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Optisches Identifizierungssystem Die Erfindung bezieht sich auf Schildern
und insbesondere auf solche Schilder, mit welchen eine Reihe von Gegenständen zum
Zweck ihrer Identifizierung versehen werden kann. Beispielsweise sind solche Schilder
auf dem Gebiet chemischer oder klinischer Testversuche zweckmäßig, in welchen eine
Reihe von Fläschchen oder Gläsern, gefüllt mit verschiedenen flüssigen Proben, automatisch
identifi ziert werden müssen, während sie einem automatisch arbeitenden Kolorimeter
zugeführt werden.
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Die Erfahrung hat gezeigt, daß eine ausreichend große Anzahl eindeutig
identifizierbarer Konfigurationen erzeugt
werden kann, indem ein
mit einem Block von Kennzeichnungsmerkmalen, wie Ziffern, versehenes Schild benutzt
wird. Jedoch ist es bei gebräuchlichen Systemen üblich, das Schild an einer oder
mehreren kennzeichnenden Stellen zu lochen oder allgemein zu perforieren, um eine
eindeutig identifizierende Konfiguration zu erzeugen. Das Schild wird dann in einer
Tasche auf der Oberfläche der Flasche oder eines anderen Gegenstandes untergebracht
oder es wird an einer von der Oberfläche des Gegenstandes entfernten Stelle angeordnet.
Zu gegebener Zeit wird dann das Schild optisch, elektrisch oder mechanisch mit Hilfe
einer Leseeinrichtung gelesen. Ist das Schild an der Oberfläche des Gegenstandes
festgesteckt, so tastet die Leseeinrichtung, wenn sie auf optischem Wege arbeitet,
das an jeder Kennzeichnungsstelle reflektierte Licht ab und ermittelt diejenigen
Kennzeichnungsstellen, an welchen Perforationen vorgenommen worden sind, durch den
an diesen Stellen geringeren Betrag an reflektiertem Licht. Das ist deswegen unbefriedigend,
weil in dem Fall, daß der Gegenstand ein beispielsweise eine zentrifugierte Probe
enthaltendes durchsichtiges Fläschchen ist,
die optische Dichte
der Probe hinter den verschiedenen Proben verschieden sein kann und folglich auch
das Stör-zu Nutzsignalverhältnis an jeder perforierten Kennzeichnungsstelle verschieden
sein kann. Ist das Schild an einer von der Oberfläche des Gegenstandes entfernten
Stelle angebracht, so liest die Leseeinrichtung alle Kennzeichnungsstellen ab und
spricht auf das Licht an, das von einer Lichtquelle durch diejenigen Kennzeichnungsstellen
übertragen wird, an welchen das Schild perforiert worden ist. Auch dieses System
ist nicht grundsätzlich befriedigend, und zwar wegen der Schwierigkeit ein dünnes,
wenig stabiles Schild in geragenderEntfernung von der Oberfläche des Gegenstandes
anzuordnen, um die Lichtquelle oder die Leseeinrichtung zwischen dem Gegenstand
und der zugekehrten Seite des Schildes einbringen zu können, und wegen des zusätzlich
benötigten Platzes. Darüber hinaus muß das Schild in beiden Fällen perforiert werden,
bevor es mit dem ihm zugeordneten Gegenstand verbunden wird.
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Die Erfindung umfaßt ein Identifizierungsschild zum Anbringen an einem
Behälter, das eine Matrix diskreter Felder aufweist, wobei diese Felder ein Tinte
aufsaugendes Material, und die diese Felder umgrenzenden Teile des Schildes Material
enthalten, das weniger Tinte aufsaugend ist, und wobei ausgewählte Felder mit Tinte
versehen sein können, um sie wesentlich weniger optisch refeiktierend zu machen
als die anderen Teile des Schildes.
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Bevorzugte Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen;
es zeigen: Fig. 1: einen QuerschnItt durch einen Behälter, Fig. 2S den Behälter
nach Fig. 1 mit einem daran angebrachten Schild, Fig. 3s das Schild, Fig. 4t den
Behälter mit einer Leseeinrichtung, Fig. 5: das optische System der Leseeinrichtung,
Fig. 6: den Schaltkreis einer einzelnen photoempfindlichen Einrichtung, und Fig.
7s den mit der Leseeinrichtung verbundenen Schaltkreis.
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Der mit dem zu beschreibenden Schild verfolgte Zweck besteht darin,
eine geeignete eindeutig identifizierende Konfiguration aus Kennzeichnungstellen
dadurch auf einem Schild zu erzeugen, daß die entsprechenden Kennzeichnungsstellen
statt perforiert einfach durch Verwendung eines Schreibgerätes ausgefüllt oder die
entsprechenden Kennzeichnungsmerkmale gleichsam durch überdeckende Farbe unsichtbar
gemacht werden0 Dies kann offensichtlich erfolgen, bevor oder nachdem das Schild
an der Oberfläche des Gegenstandes mit Hilfe des haftenden Schildrückens befestigt
worden ist, der feuchtigkeitsempfindlich sein kann, vorzugsweise aber druckempfindlich
ist. Vorausgesetzt, daß das Ausfüllen gleichmäßig erfolgt, ist das Stör - zu Nutzsignalverhältnis
an allen Stellen im wesentlichen konstant.
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Um das Stör - zurzu Nutzsignalverhältnis zu verringern, ist der Block
von Kennzeichnungsmerkmalen vorzugsweise in Farbe auf das Schild gedruckt, vorzugsweise
in gelb oder in einer dem Gelb im Spektrum nahen Farbe, so daß die Kennzeichnungs
merkmale bei Betrachtung im weißen Licht dem Auge sichtbar sind, und ist im System
ein Filter entsprechender Farbe
eingeschlossen, so daß die Kennzeichnungsmerkmale,
die oder deren Felder nicht ausgefüllt worden sind, den photoempfindlichen Elementen
der Leseeinrichtung als unsichtbar erscheinen.
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Um Größe und Tiefe der Ausfüllungen der Kennzeichnungsmerkmale zu
standardisieren, ist vorzugsweise jedes Kennzeichnungsmerkmal auf dem Schild mit
einem Feld aus aufsaugenden Material verbunden, das von einer Fläche aus nichtaufsaugendem
Material umgeben ist, wobei die mit allen Kennzeichnungsmerkmalen verbundenen Flächen
dieseelbe Größe haben.
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Ein Weg, auf dem ein solches Schild hergestellt werden kann, besteht
darin, ein Blatt aus aufsaugendem Material, ähnlich Löschpapier, einem doppelten
Druckprozeß zu unterwerfen. In einem ersten Schritt wird das aufsaugende Material
außer in diskreten Feldern, die den Kennzeichnungsstellen entsprechen, mit einem
Silikon oder einer anderen Tinte imprägniert, die die Poren und Fasern des aufsaugenden
Materiales schließt und dessen Saugfähigkeit beschränkt oder beseitigt. Dann können
in einem zweiten Schritt die Kennzeichnungsmerkmale auf das Blattmaterial aufgedruckt
werden. Bei einer solchen
Anordnung braucht das aufsaugende Feld,
dessen Kennzeichnungsmerkmal ausgefüllt werden soll, nur noch mit der Spitze etwa
einer Füllfeder berührt zu werden. Die Tinte verteilt sich dann und füllt allein
das aufsaugende Feld.
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In einem Ausfuhrungsbeispiel bestand das Schild aus einem selbsthaftenden
weißen Litho-Papier mit in rot mit üblicher Druckerfarbe aufgedruckten Kennzeichnungsmerkmalen.
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Die die aufsaugenden Felder umgebende Fläche war golden in einem Vinylpräparat,
das mit Hilfe eines heißen Prägeprozesses aufgebracht worden ist.
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Muß sichergestellt werden, daß das Schild schnell und zuverlässig
an dem Gegenstand, wie etwa einem Fläschchen, angebracht werden kann, so besteht
die Möglichkeit, jeden Gegenstand, an dem ein Schild angebracht werden so mit einer
Vertiefung zu versehen, die an drei Seiten durch Rippen begrenzt sein kann und die
so groß ist, daß sie das Schild oder zumindest ein Ende des Schildes mit geringer
Toleranz aufnehmen kann. Jedes Schild, besonders bei Ausstattung mit einem druckempfindlichen
Haftrücken, kann dann
entlang eines Randes einen Streifen ohne Haftmittel
aufe weisen. Dies ermöglicht es, den haftfreien Rand des Schildes schnell gegen
die Oberfläche des Gegenstandes zu drücken und das Schild in seine Lage in der Vertiefung
zu schieben, ehe der Rest des Schildes gegen die Oberfläche des Gegenstandes angedrückt
wird. fn einem solchen Fall kann die Leseeinrichtung so angeordnet werden, daß sie
die Lage der Vertiefung ortet und sich selbst nach einem zumindest teilweise in
der Vertiefung befindlichen Schild ausrichtet.
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Wo bisher immer von Tinte die Rede war, soll der in dieser Beschreibung
und in den Ansprechen verwendete Begriff t'Tintett nicht nur Tinte an sich, sondern
jedes pigmentierte oder ähnliche Material einschließen, das geeignet ist, die Reflektion
einer Oberfläche zu ändern.
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In den Figo 1 und 2 enthält der Behälter einen Teil 101 von der Form
eines Versuchsrohres aus geeignetem transparentem Kunststoff. Es ist mit einem verstärkten
Bodenteil 103 versehen, der an seinem Außenrand gerändelt ist. Im Boden 105 befindet
sich eine kreisrunde Vertiefung. Das Identifizierungsschild 106, das weiter unten
näher beschrieben wird,
ist an die Außenseite des Rohres angeheftet.
In bevorzugter Ausführungsform umschließt das Schild das Rohr nicht vollständig,
damit der Inhalt des Rohres sichtbar bleibt.
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Ein Deckel 102 aus geeignetem elastomerem Kunststoff ist vorgesehen.
Der Gürtel 2 dient mit einem Gestell zum Halten des Probenbehälters mund die Vertiefung
105 ist so angeordnet, daß sie mit einem Stiftteil am Gestell zusammenwirkt und
der Behälter mit Hilfe eines Zahnrades oder eines Ritzels, das an dem gerändelten
Rand 104 angreift, zu Drehungen angetrieben werden kann. Der Grund hierfür wird
sich später ergeben. Das Schild ist in Fig. 3 dargestellt und enthält eine Matrix
aus sechs senkrechten Reihen, von welchen jede die Ziffern 0 bis 9 enthält, die
in rot auf ein stark reflektierendes Blatt gedruckt sind. Entlang dem linken Rande
befindet sich -eine.senkrechte Reihe, in der Teile, welche den horizontalen Zeilen
0, 2 4, 6 und 8 entsprechen; geschwärzt sind. Entlang dem oberen Rande befinden
sich geschwärzte Teile, die jeder senkrechten Reihe entsprechen.
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Die geschwärzten Teile können durch Drucken in schwarz mit üblicher
Druckerschwärze hergestellt sein. Ist eine Probe in den Behälter eingefüllt, so
wird sie durch eine sechsstellige Zahl identifiziert und diese wird dargestellt
durch
Schwärzen der entsprechenden Teile in jeder senkrechten Reihe,
indem eine geeignete schwärze Schreibfeder verwendet wird0 Die die Ziffern enthaltenden
Quadrate sind durch Teile voneinander getrennt, die - wie oben beschrieben, - versuchen,
die Tinte an der Ausbreitung in benachbarte Quadrate zu hindern. Das in Fig0 3 gezeigte
Schild soll die Identifizierungsnummer 356 635 darstellen.
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Wenn die zu identifizierende Probe eine Identifizierungsstation erreicht,
gerät es mit einem Ritzel 105 in Eingriff, das durch einen Elektromotor 108 in Bewegung
versetzt wird, um den Probenbehälter durch den Eingriff an der Rändelung 104 um
seine Längsachse zu Drehungen anzutreiben. Die Vertiefung im Boden 105 (Fig. 3a)
dient als Ratationsachse.
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Die Leseeinrichtung kann eben so viele Tastelemente haben wie sich
Kennzeichnungsstellen auf dem Schild befinden, und zwar angeordnet in derselben
relativen Konfiguration.
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Statt dessen können die Tastelemente der Leseeinrichtung auch eine
lineare Anordnung darstellen, entsprechend einer Reihe oder Zeile im Kennzeichnungsblock
auf dem Schild, so daß der gesamte Block durch die lineare Anordnung der TasteLemente
in einem Lesevorgang abgetastet werden kann.
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Das Schild erfordert normalerweise eine Beleuchtung und jeder Lichtleiter
kann ein Y-förmiger Lichtleiter sein. Ein Arm des Y wird dann mit der Lichtquelle
zusammen arbeiten und der andere Arm mit einem entsprechenden photoempfindlichen
Element.
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Der Schaft des Y besteht dann aus den beiden Seite an Seite liegenden
Lichtleitern, so daß beim Lesen des Schildes Licht vom Ende is einen Lichtleiters
auf eine Kennzeichnungsstelle fällt und das reflektierte Licht vom benachbarten
Lichtleiter erfaßt wird.
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In der in Fig. 4 gezeigten Anordnung ist eine senkrechte Reihe von
zehn Bünden optischer Glasfasern so angeordnet, daß sie genau mit den Identifizierungszeilen
auf dem Schild übereinstimmen. Jedoch ist es nicht erforderlich, für die der Null
entsprechende Zeile ein Faserbündel vorzusehen. Ein einzelnes Bündel ist in Fig.
5 gezeigt. Eine Hälfte 1093des Bündels führt zu einer Lichtquelle 110 und die andere
Hälfte 111 jedes Bündels führt zu einer entsprechenden photoempfXindlichen Einrichtung
112, so daß eine Anzeige darüber erhalten wird, ob die Einrichtung einen geschwärzten
Teil des Schildes oder einen reflektierenden Teil des Schildes "sieht". Bei der
Drehung des Behälters übergeht der Ausdruckmechanismus, der
die
Identifizierung ausdruckt, alle Anzeigen, bis eine gleichzeitige Anzeige an den
den Zeilen 0, 2, 4, 6 und 8 zugeordneten photoempflindlichen Einrichtungen erhalten
wird. Dies liefert die Information, daß durch die Drehung des Behälters der linke
Rand des Schildes in die der Tasteinrichtung gegenüber liegende Stellung gebracht
worden ist. Nachfolgende Anzeigen werden dann in Intervallen registriert, die durch
Torimpulse gesteuert werden, welche von den Schwärzungen in der obersten, nicht
mit Ziffern versehenen Zeile erhalten werden, so daß die senkrechten Reihen aufeinander
folgend gelesen werden. Diese Anzeigen werden einem Drucker zugeführt, der diejenige
Ziffer ausdruckt, welche vom Druckmechanismus gelesen worden ist.
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Eine im Zusammenhang mit dem Identifizierungssystem geeignete Schaltanordnung
ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Jede photoempfindliche Einrichtung 112 (Fig.
5) enthält einen Phototransistor 201 (Fig. 6). Licht von dem Faser-Lochtleiter 111
trifft auf die lichtempfindlicehe Oberfläche des Phototransistors 201, wie dies
durch den Pfeil 202 angedeutet ist. Der Phototransistor 201
ist
in üblicher Emitter-Schaltung angeschlossen, und der Ausgang vom Kellektor ist dem
einen Eingang eines Differentialverstärkers 204 in integrierter Schaltung zugeführt,
dessen anderer Eingang ein von einem Patentiometer 203 erhaltener Gleichstromeingang
ist. derAusgang des Verstärkers 204 erscheint an der Klemme 205.
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Es ist sich zu vergegenwärtigen, daß das System zehn Schaltkreise
des in Fig. 6 gezeigten Aufbaus besitzt, deren entsprechende Ausgangsklemmen 205
in der Fig. 7 als 205 - 1, 205 - 2, 205 - 3, .., 205 - 9, und 205 - G bezeichnet
sind. Die Signale von der photoempfindlichen Einrichtung, welche die "1" Zeile abtastet,
erscheinen an der Klemme 205 - f; die Signale von der photoempfindlichen Einrichtung,
welche die 2 zeile abtastet, erscheinen an der Klemme 205 - 2; und so fort. Die
Signale von der photoempfindlichen Einrichtung, die die unbezifferte oberste Zeile
abtastet, erscheinen bei 205 - G.
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Das NAND-Tor 206 mit achtfachem Eingang, das als NAND-Tor mit fünffachem
Eingang geschaltet ist, die NAND-Tore 207
und 208 mit vierfachem
Eingang sowie das NAND-Tor 209 mit zweifachem Eingang sind in der Weise an die Klemmen
205-1 bis 205-9 angeschlossen, daß sie als Dezimal-Binär-Decoder arbeiten, wobei
die entsprechenden Ausgänge von den Toren 206 bis 209 die Bkts der Binärzahl repräsentieren,
die der Zahl der unter Spannung gekommenenKlemme entspricht.
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Die NAND-Tore 210, 211 und 212 sind an die Klemmen 205-2, 205-4, 205-6
und 205-8 in der Weise angeschlossen, daß am Ausgang des Tores 212 nur dann ein
Signal erscheint, wenn gleichzeitig ein Signal von den 2-, 4-, 6- und 8-Zeilen des
Schildes vorhanden ist0 Ein Flip-Flop 213 empfängt den Ausgang von Tor 212 und ist
selbst mit einem Ausgang an einen Flip-Flop 214 und mit einem anderen Ausgang an
einen Dekadenzähler 215 angeschlossen. Der Dekadenzähler erhält einen weiteren Eingang
von der Klemme 205 - G. Der Ausgang des Zählers 215 in binär codierten Dezimalen
wird einem Binär-Dezimal-Decorder 216 zugeführt.
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l3eim Einschalten wird der Flip-Flop 213 durch den Schaltkreis 217
in einem Zustand gehalten, in welchem dem Zähler 215 ein
Sperrimpuls
zugeführt wird. Wenn ein Behälter der Identifizierungsanordnung präsentiert wird,
wird der Klemme 218, die mit dem Flip-Flop 214 verbunden ist, ein Impuls zugefihrt.
Dies erzeugt einen Ausgangsimpuls, der den Motor 108 einschaltet (val. auch Fig.
4), so daß der Behälter in Drehung versetzt wird.
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Wenn die Drehung das Schild in diejenige Lage bringt, in welcher die
die geschwärzten Zeilen 0, 2, 4, 6 und 8 enthaltende senkrechte Reihe den photoempfindlichen
Einrichtungen gegenüber liegt, entsteht am Ausgang des Tores 212, ein Startbefehl-Signal,
das durch Betätigen des Flip-Flops 213 den Zähler 215 betriebsfähig macht. Der Motor
dreht den Behälter weiter, bis die erste senkrechte Zahlenreihe auf dem Schild den
photoempfindlichen Einrichtungen gegenüber liegt. Diese Reihe repräsentiert die
105-Stelle der Identifizierungsnummer. Das an der Klemme 205-G erhaltene Signal
ist ein Lesebefehl, der dem Zähler 215 und von dort weiter dem Decoder 216 zugeführt
wird, um an der Klemme 216-1 ein Signal zu erzeugen. Dieses Signal dient dazu, es
einem
geeigneten Druckrad, für die 105-Stelle, zu ermöglichen, sich entsprechend der binären
Information an den Toren 206 bis 209 einzustellen, die das jenige Quadrat auf dem
Schild repräsentiert, das geschwärzt worden ist.
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Während der Behälter sich dreht, kommen die Klemmen 216-2, 216-3,
... 216-6 nacheinander unter Spannung und werden die Ziffern für die 10 -,104-,
103-, 10 -,oa~,10¹ - und 100-Stelleregistriert. Nachdem die letzte senkrechte Reihe
an den photoempfindlichen Einrichtungen vorbeigelaufen ist, druckt der Drucker die
Identifizierungsnummer aus.
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Der Behälter dreht sich weiterhin, bis die vertiakale Reihe mit den
geschwärzten Zeilen 0, 2, 4, 6 und 8 erneut gegenüber den photoempfindlichen Einrichtungen
erscheint. Diesmal dient das am Ausgang des Tores 212 entstehende Signal als Stop-Befehl.
Fr veranlaßt den Flip-Flop 213, ein Signal zur Veii'ügung zu stellen das den Zähler
215 sperrt, sowie ein Signal, das don Flip-Flop 214 veranlaßt, den Motor 108 anzuhalten,
wodurch die Drehung des Behälters beelldet wird.