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Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Lesevorrichtung zur Erfassung von Codes auf Objekten aus transparentem Material nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Es sind verschiedene Arten von Codierungen bekannt, mit denen Waren zur Identifikation versehen werden. Besonders weit verbreitet sind Strichcodes, die zumeist mit Hilfe von scannenden Codelesern erfasst werden. Zunehmend finden aber auch Kamerasensoren Verwendung, die ein Bild des Objekts mit dem Code aufnehmen und die Codeinformation mittels Bildverarbeitung auslesen.
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Neben den eindimensionalen Strichcodes gibt es auch zweidimensionale Codes, die von solchen kamerabasierten Codelesern erfassbar sind und einen höheren Informationsgehalt erlauben. Beispiele für solche Codes sind der QR-Code, der Aztec-Code, MaxiCode oder der Datamatrix-Code. Letzterer kennt verschiedene Fehlerkorrekturen (ECC, error correction code), wobei speziell Datamatrix-ECC200-Code ein besonders sicher lesbares Codeschema darstellt.
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Codes werden nicht nur mit Farbmitteln auf Objektoberflächen aufgedruckt, sondern in vielen Fällen auch durch dauerhafte Direktbeschriftung angebracht (direct part marking). Dabei entsteht der Code als Strukturierung der Oberfläche des Objekts, beispielsweise durch Prägung oder Lasergravur.
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Eine besondere Herausforderung stellt das Lesen von solchen durch Materialstrukturierung aufgebrachten Codes bei einem transparenten Trägermaterial dar, beispielsweise bei Codes, die mittels Laser in ein Quarzglas eingraviert wurden. Herkömmlich wird hier wie bei intransparentem Material der Code direkt mit einer Lichtquelle ausgeleuchtet. Dazu dient eine interne Beleuchtung des Codelesers oder eine externe Lichtquelle in Form von Ring- oder Spotlicht. Die Beleuchtung erzeugt aber Oberflächenreflexionen auf der Glasfläche und erschwert damit in erheblichem Maße die Lesbarkeit des Codes.
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Aus der
DE 10 2005 005 536 A1 ist ein Codeleser mit einer integrierten Lichtquelle zur Ausleuchtung eines Lesebereichs bekannt. Der Codeleser besitzt Lichtleitelemente, die dafür sorgen, dass das Licht nicht senkrecht, sondern schräg auf die Oberfläche mit dem Code auftrifft. Dabei entstehen aber weiterhin Reflexionen, die besonders dann stören, wenn das Objekt mit dem Code transparent ist.
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Es ist weiterhin bekannt, selbstleuchtende Schriftzüge auf transparenten Schildern zu erzeugen, indem eine LED-Lichtquelle an einer seitlichen Kante angebracht wird, deren Licht von dem Schriftzug abgelenkt wird. Eine LED-beleuchtete Gedenktafel, die nach diesem Prinzip funktioniert, ist in der
US 6,481,131 B2 offenbart. Dies steht allerdings in keinerlei Zusammenhang mit einem Codeleser.
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Daher ist Aufgabe der Erfindung, einen Codeleser mit verbesserten Leseergebnissen für Codes auf transparentem Material anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch eine optoelektronische Lesevorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Dabei geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, eine direkte Beleuchtung zu vermeiden. Stattdessen wird das Licht in das Objekt eingekoppelt, und zwar entweder durch unmittelbare Berührung zwischen Lichtquelle und Material, so dass gar keine Reflexionen entstehen, oder an einer Stelle des Objekts, an der Reflexionen den Bildsensor nicht erreichen. Dann wird der Effekt ausgenutzt, dass das Licht bei entsprechenden Auftreffwinkeln an glatten Materialoberflächen des Objekts ins Objektinnere zurückgeworfen wird. Der Code mit seiner Strukturierung verletzt diese Bedingung, so dass hier Licht austritt. Der Code wird also anders als im Stand der Technik nicht im Auflicht mit den unvermeidlichen Störreflexionen, sondern quasi von innen heraus beleuchtet. Mit anderen Worten leuchtet aus Sicht des Bildsensors nur der Code, oder zumindest leuchtet der Code bei nicht perfekten Materialbedingungen gut erkennbar heller als dessen Umgebung.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Code deutlich ausgeleuchtet ist, ohne dass Reflexionen an der Objektoberfläche die Lesbarkeit beeinträchtigen. Dadurch entstehen sichere, reproduzierbare Leseergebnisse.
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Der Code ist demnach als Materialstrukturierung aufgebracht. Diese Strukturierung sorgt dafür, dass ein veränderter Lichtweg in dem Objekt entsteht. In der Regel wird dazu die Objektoberfläche, also unmittelbar die optische Grenzfläche zwischen Objekt und Luft verändert. Speziell mit Lasergravur sind aber auch innere Strukturierungen möglich. Dabei verändert der Code also nicht die Austrittsbedingung an der Oberfläche, sondern das Licht wird im Objektinneren so umgelenkt oder aufgestreut, dass es in einem steileren Auftreffwinkel auf die Oberfläche trifft und deshalb austreten kann.
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Die Beleuchtungseinheit ist bevorzugt so angeordnet, dass ihr Licht in einem Winkel in das Objekt eingekoppelt wird, der zumindest in einem Umgebungsbereich des Codes zu innerer Totalreflexion führt und bei dem die Strukturierung des Codes die Totalreflexionsbedingung bricht, so dass der Code aufleuchtet. Es wird also gezielt dafür gesorgt, dass die Einkopplung zu Bedingungen in der Umgebung des Codes führt, die möglichst wenig Streulicht erzeugen. Effektiv stellt so allein der Code eine aktive Lichtquelle dar und ist deshalb besonders gut lesbar.
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Die Beleuchtungseinheit ist bevorzugt so angeordnet, dass ihr Licht in einem Winkel von 60° bis 120° zu der optischen Achse des Bildsensors seitlich in das Objekt eingekoppelt wird, insbesondere in einem rechten Winkel. Unter diesen Winkeln ist, zumindest wenn das Objekt eine gewisse Regelmäßigkeit aufweist und beispielsweise ein Quader oder ein Zylinder ist, die Totalreflexionsbedingung an einer glatten Oberfläche in der Umgebung des Codes sichergestellt.
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Der Bildsensor weist bevorzugt eine pixelaufgelöste Matrix oder Linie in CCD- oder CMOS Technologie auf. Mit einem Zeilensensor entsteht ein besonders einfacher Bildsensor. Ein flächenförmiges Bild des Codes wird dann zeilenweise durch Relativbewegung von Lesevorrichtung und Objekt erfasst. Alternativ wird das Bild als Ganzes von einer Matrix aufgenommen.
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Die Auswertungseinheit ist bevorzugt zum Lesen zweidimensionaler Codes ausgebildet, insbesondere von ECC200-Codes. Solche Codes werden zur Identifizierung von transparenten Objekten mit Direktmarkierung besonders häufig verwendet.
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Die Lesevorrichtung weist bevorzugt einen Ausgang auf, an dem die Beleuchtungseinheit als externe Beleuchtung angeschlossen ist. Somit kann die Beleuchtungseinheit unabhängig von der Lesevorrichtung an einem gewünschten Ort und in einer gewünschten Ausrichtung angeordnet werden. Außerdem sind Austausch und Wartung erleichtert.
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Alternativ ist die Beleuchtungseinheit in die Lesevorrichtung integriert, insbesondere an einem Ausleger eines Gehäuses der Lesevorrichtung. Damit müssen nicht mehrere Teile montiert oder angeordnet werden, und die richtigen Abstände und Orientierungen sind vorgegeben.
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Die Beleuchtungseinheit weist bevorzugt mindestens eine Laser- oder LED-Lichtquelle auf, die insbesondere eine hohe optische Ausgangsleistung von einigen oder mehr als zehn Watt aufweist. Derartige Lichtquellen haben eine hohe Lebensdauer und sind lichtstark genug, um auch mit sehr kompakten Außenmaßen der Beleuchtungseinheit für eine ausreichende Ausleuchtung zu sorgen.
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Die Beleuchtungseinseinheit weist bevorzugt mindestens eine Lichtquelle mit weißem oder blauem Farbspektrum auf. Licht in dieser Farbe wird am besten von dem Code umgelenkt und bietet einen besonders gut erkennbaren Kontrast für den Bildsensor.
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Der Code ist bevorzugt eine Lasergravur. Damit sind dauerhafte Beschriftungen möglich, welche die Oberfläche in der Umgebung des Codes praktisch nicht beeinträchtigen und deshalb verbleibendes Streulicht minimieren.
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Der Code weist bevorzugt eine aufstreuende Oberfläche auf und ist insbesondere aufgeraut. Damit ist sichergestellt, dass das Licht an dem Code aus dem Objekt austreten kann.
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Das transparente Material weist bevorzugt Acryl, Glas oder Quarzglas auf. Dies sind häufig eingesetzte Materialien, auf denen Codes gelesen werden sollen. Es ist nicht zwingend erforderlich, dass das Objekt vollständig aus diesem oder einem anderen transparenten Material besteht. Bereiche, in denen kein zu lesender Code aufgebracht ist, können auch intransparentes Material enthalten.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:
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1 eine schematische Schnittzeichnung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lesevorrichtung; und
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2 eine Darstellung gemäß 1 einer weiteren Ausführungsform mit integrierter Beleuchtung.
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1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Codelesers 10 beziehungsweise einer Lesevorrichtung zum Lesen eines Codes 12, der als Oberflächenstrukturierung auf einem Objekt 14 aus transparentem Material aufgebracht ist. Das Objekt 14 ist zur Darstellbarkeit des Codes 12 nicht im Schnitt, sondern in einer dreidimensionalen Ansicht gezeigt.
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Der Codeleser 10 weist ein Objektiv 16 mit mindestens einer Empfangslinse 16 auf, welche das Objekt 14 auf einen Bildsensor 20 abbildet. Dieser pixelaufgelöste Bildsensor 20 erzeugt Bilddaten, die von einer Auswertungseinheit 22 ausgelesen werden. Dabei wird der Code 12 in den Bilddaten unabhängig von seiner Lage oder Orientierung erkannt und sein Codeinhalt bestimmt. An einem Datenausgang 24, der mit der Auswertungseinheit 22 verbunden ist, können dann die Informationen der gelesenen Codes ausgegeben werden.
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Eine Beleuchtungssteuerung 26 ist mit der Auswertungseinheit 22 und einem Anschluss 28 für eine externe Beleuchtungseinheit 30 verbunden. Die Beleuchtungssteuerung 26 aktiviert und deaktiviert die Beleuchtungseinheit 30 oder stellt deren Leuchtstärke ein. Alternativ kann auch auf eine Beleuchtungssteuerung 26 verzichtet werden. Die Beleuchtungseinheit 26 wird dann mit dem Codeleser 10 oder mit einem eigenen Schalter ein- und ausgeschaltet. Es muss auch nicht notwendig eine Verbindung zwischen Codeleser 10 und Beleuchtungseinheit 26 geben. Gerade bei stationären Anwendungen wird die Beleuchtungseinheit 26 fest montiert und kann dann auch unabhängig von dem Codeleser 10 bedient werden.
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In der Beleuchtungseinheit 30 ist eine Lichtquelle 32 vorgesehen, beispielsweise eine blaue oder weiße Halbleiterlichtquelle. Mit deren Hilfe wird Licht seitlich in das Objekt 14 eingekoppelt. Störende Reflexionen an der Objektoberfläche werden von dem Bildsensor 20 nicht erfasst, weil das Licht auf eine seitliche Fläche des Objekts 14 trifft. Das Licht kann aus dem Objektinneren nur dann austreten, wenn es in einem hinreichend spitzen Winkel auf eine innere Grenzfläche trifft, unter dem keine Totalreflexion erfolgt. An der dem Codeleser zugewandten Oberfläche des Objekts 14 ist aber zumindest bei einigermaßen regelmäßigen Objektformen und glatter Objektoberfläche die Totalreflexionsbedingung erfüllt. Auch auf diesem Weg erreicht demnach kein Störlicht den Bildsensor 20. An anderen Oberflächen, die in den meisten praktischen Fällen außerhalb des Gesichtsfelds des Bildsensors 20 liegen, tritt möglicherweise Licht aus, in dem dargestellten Beispiel die der Einkopplungsfläche 34 gegenüberliegende Fläche 36. Dies kann bei Bedarf durch zusätzliche Reflektoren verhindert werden, auch durch eine Beschichtung des Objekts 14, oder das Licht wird durch die zusätzlichen Reflektoren sofort wieder in das Objekt 14 zurückgeleitet.
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An dem Code 12 selbst ist die Oberflächenstruktur des Objekts 14 verändert. Dadurch wird das Licht an dem Code 12 diffus aus dem Objekt 14 ausgestrahlt, wie durch Striche 38 angedeutet. Der Code 12 leuchtet gleichsam selbst und bietet so dem Codeleser 10 ein kontraststarkes, zuverlässig lesbares Bild.
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Für eine gute Einkopplung sollte der Abstand zwischen Beleuchtungseinheit 30 und Einkopplungsfläche 34 nicht zu groß sein. Bei unmittelbarer Berührung oder Abständen von bis zu einem oder zwei Zentimetern geht besonders wenig Lichtleistung durch zu große Beleuchtungswinkel oder Reflexionen verloren. Die Lesbarkeit ist bei geringen Leseabständen zwischen Codeleser 10 und Code 12 besonders gut, beispielsweise bei einem Leseabstand von fünf oder zehn Zentimetern. Je nach Optik 16–18 und Bildsensor 20 sind aber auch deutlich größere Leseabstände möglich.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Codelesers 10. Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß 1 ist die Beleuchtungseinheit 32 in den Codeleser 10 integriert. Dazu ist eine mechanische Halterung 40 an dem Gehäuse des Codelesers 10 vorgesehen, welche die Lichtquelle 32 in die notwendige Position und Orientierung bringt. Die Halterung 40 ist nur äußerst schematisch dargestellt. In der Praxis können andere Formgebungen, Verbindungsstellen, an denen Teile der Halterung 40 angebracht und gelöst werden, Verstellmöglichkeiten für die Länge und Orientierung der Halterung 40 und ähnliches vorgesehen sein.
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Außerdem ist in dieser Ausführungsform die Empfangslinse 20 in das Innere des Codelesers 10 verlegt und statt der Objektivblende eine einfache Frontscheibe 42 vorgesehen, um zu illustrieren, dass die erfindungsgemäße Beleuchtung bei verschiedenen Ausführungsformen eines kamerabasierten Codelesers 10 einsetzbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005005536 A1 [0006]
- US 6481131 B2 [0007]
