DE3107922A1 - Handabtaster zum erfassen von strichcodesymbolen - Google Patents
Handabtaster zum erfassen von strichcodesymbolenInfo
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Description
»» ''7C/'*"* ' - - Ulte-ING.-I'RAliZ TMJESl HOPF
WUESTHOFF - v. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ" Vipl-Vn... oerMard puls C9
DIPL.-CII EM. DR. E. FREIHERR VON PECMMANN
PROFESSIONAL KEFXESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE DR.-ING. DIETER BEHRENS
D-8000 MÜNCHEN
1A-54 538 SCHWEIGERSTRASSE 2
„,,_,., . _ telefon: (089)652051
Symbol Technologies/ Inc.
Hauppauge, N. Y. 11787, USA telex: 524070
Die Erfindung betrifft einen Handabtaster zum Erfassen von
Strichcodesymbolen, in dessen Gehäuse eine Laserlichtquelle und ein optisches System angeordnet sind, das das von der
Laserlichtquelle er-zeugte Licht abtastend auf das zu erfassende Strichcodesymbol und das von letzterem reflektierte
Licht auf einen !Wandler richtet, der es in ein elektrisches
Intensitätssignal umwandelt, das eine: Auswertvorrichtung
zugeführt wird, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Abtasten, Lesen und/oder Analysieren eines Strichcodesymbols und bezieht
sich insbesondere auf eine Miniaturausbildung des Handabtasters, so daß dieser aufgrund seines leichten Gewichtes und seiner geringen
Größe bzw. seines niedrigen Volumens überall frei verwendet werden kann. In dem Handabtaster sind die Laserlichtquelle, die
Stromversorgung, die Optik, die Abtastelemente, Sensoren und die Auswertvorrichtung untergebracht. Die Erfindung richtet sich
insbes. auf Abtastelemente sowie das Verfahren zurAbtastung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders zuverlässigen,
leichten, überall einsetzbaren uid mit hoher Geschwindigkeit
ein Strichcodesymbol abtastenden Handabtaster zu schaffen.
t EPO COPY
Die Lösung dieser Aufgabe ist in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen pistolenförmigen Handabtaster
mit einer Laserlichtquelle,
Fig. 2 eine Schnittansicht von oben auf den Handabtaster nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Vorderansicht des pistolenförmigen Handabtasters
nach Fig. 1,
Fig. 4 einen Teilschnitt eines Kleinsthochgeschwindigkeitsablenkmotors
und der angeschlossenen Steuerschaltung,
Fig. 5 eine diagrammatische Draufsicht auf den Motor nach
Fig. 4 in seiner Ruhestellung,
Fig. 6 eine Fig. 5 analoge Ansicht, bei der der Rotor sich
einer
jedoch in seiner Grenzauslenkungsstellungen, die mit
jedoch in seiner Grenzauslenkungsstellungen, die mit
durchgezogenen Linien dargestellt ist, befindet und in einer Schließstellung die gestrichelt dargestellt ist
Fig. 7 eine Fig. 5 analoge Ansicht, bei der sich der Rotor in seiner anderen Grenzauslenkungssteilung befindet,
Fig. 8 eine gegengekoppelte Steuerschaltung zur Modifizierung
der Geschwindigkeit der Abtriebswelle des Motors nach Fig. 4,
Fig. 9 eine Steuerschaltung mit geschlossener Schleife für den Abtastmotor nach Fig. 4,
Fig. 10 ein Stromlaufplan für die Motorsteuerschaltung nach
Fig. 9,
Fig. 11 eine schematische Ansicht eines völlig frei tragbaren und
mobilen Laser-handabtasters mit pistolenförmiger Form gemäß
Fig. 1 ,
pon
Fig. 12 eine schematische Ansicht eines pistolenförmigen Handabtasters
in Halbleiter-Laser-Ausführungsform,
Fig. 13 eine Ansicht einer Montagelinie bei einem kastenförmigen, mit einem Halter gehaltenen Laserabtastkopf an einer
Kontrollstation,
Fig. 14 eine schematische Ansicht eines anderen Laserhandabtasters
,
Fig. 15 eine Ansicht eines Penta-Bimorph .-Abtastelements mit
schematisch angedeuteter Treiberschaltung, und
Fig. 16 einen Stromlaufplan der Steuerschaltung.
Abtaster mit Laserröhre
In den Fig. 1 bis 3 und 11 ist ein leichter, in der Hand führbarer
tragbarer Handabtaster 10 zum Erfassen von Strichcodesymboli dargestellt, mit welchem Strichcodesymbole gelesen und/oder
analysiert werden können. Derartige Strichcodesymbole umfassen eine Reihe von Linien und Zwischenräume unterschiedlicher Breite.
Ein Strichcodesymbol kann zu einer mehrziffrigen Zahl, die ein
Produkt oder dgl. charakterisiert, decodiert werden. Zu den bekannten
Strichcodesymbolen gehört der Universal Product Code (UPC), EAN, Codabar und Code 39.
Der Handabtaster bzw. Handabtastkopf 10 umfaßt ein im wesentlichei
pistolenförmiges Gehäuse mit einem Griff 12 und Lauf- oder Arbeitsteil
14. Querschnitt und Gesamtgröße des Griffs 12 sind derart gewählt, daß er gut in der Hand des Benutzers liegt. Der Arbeitsteil
14 ist mit dem Griff 12 mittels lösbarer Verbinder 16 und 17
verbunden. Griff und Arbeitsteil sind auf einem leichten, nachgiebigen, stoßfesten, sich selbst tragenden Werkstoff, wie einem
synthetischem Kunststoff, gefertigt. Das Kunststoffgehäuse ist
vorzugsweise im Spritzgießverfahren hergestellt. Es kann jedoch auch durch Tiefziehen oder Formblasen hergestellt sein, um eine
dünne hohle Schale zu bilden, dessen Innenraum weniger als etwa
EPO COPY
ήΖ-
1 500 cm3 beträgt. Diese Maßangabe ist nicht beschränkend aufzu- j
fassen sondern soll lediglich eine Vorstellung über die Größe des ! Handabtasters vermitteln. Die Gesamtgröße · kann erheblich kleiner
als 1 500 cm3, teilweise 700 bis 800 cm3 betragen.
Der Äbeitsteil 14 ist als horizontales langgestrecktes Gehäuse
ausgebildet, das einander gegenüberliegende Endstücke 20 und 22 j hat. Der Griffteil 12 ist ebenfalls länglich und unter einem
gewissen Winkel mit dem Arbeitsteil verbunden. Die lösbaren Verbinder 16 und 18 halten den Griff unterhalb des Arbeitsteils 14
zwischen den Endstücken 20 und 22. Hierdurch ist dem Verwender ein bequemes Halten des Handabtasters 10 von unten her ermöglicht :
an einer Stelle, von der eine Handhabung bei ausgeglichener Ge- : Wichtsbelastung möglich ist.
Eine Kleinlichtquelle zur Erzeugung eines Laserlichtstrahls ist ;
im Inneren des Arbeitsteils 14 untergebracht. Bei einer bevorzugte. Ausführungsform befindet sich eine koaxiale Helium-Neon-Laserröhre
24 als Lichtquelle im Gehäuse, welche einen roten Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 632,8 nm erzeugt. Die Laserröhre ist festversiegelt
und unverpackt. Die Laserröhre hat ein geringes Gewicht, im allgemeinen weniger als 200 g und vorzugsweise nur
etwa 100 g. Sie ist von kurzer Länge, d.h. ist weniger als etwa 20 cm lang, vorzugsweise weniger als 5 cm lang und nimmt nur
wenig Gleichstrom auf, d.h. die Anodenspannung ist geringer als 1 100 Volt, normalerweise geringer als 650 V. Der Anodenstrom
beträgt weniger als 4,5 mA, vor-zugsweise weniger als 4 iuA. Auch
die Zündspannung ist niedrig, d.h. sie liegt unter 6 kV, vorzugsweise unter 3,4 kV. Die Ausgangsleistung ist ebenfalls gering,
nämlich in der Größenordnung von 0,5 mW. Sie hat eine lange Lebensdauer, d.h. eine von etwa 15 000 Stunden.
Die Laserröhre 24 erzeugt einen Lichtstrahl im TEM mode.
nmq
Diese Multi-mode-Röhre erzeugt einen Laserlichtstrahl mit einem ins
axialen Querschnitt, im allgemeinen kreisförmigen, Strahl der in
der unmittelbaren Umgebung einer Anode 26, die einen Durchmesser;
EPO COPY φ'S:
von etwa 0,9 mm hat. Es ist verständlich, daß der Laserlichtstrahl
mit zunehmendem Abstanä von der Anode 26 unter einem geringen
öffnungswinkel von etwa 3,5 bis 4 milliradians sich verbreitert. Im Gegensatz zu bekannten Ein-mode-Laserröhren, die einen kreisförmigen Lichtpunkt mit einer Gauss'sehen Helligkeitsverteilungscharakteristik haben, welche sich mit der Zeit nicht ändert, ist der kreisförmige Lichtpunkt einer Multi-mode-Laserröhre 24 durch eine nicht gleichmäßige Helligkeitsverteilung, die sich mit der
Zeit ändert, gekennzeichnet. Eine Beobachtung des erzeugten Ausgangslichtpunkts einer Multi-mode-Röhre ist durch dunklere Zonen innerhalb des Ausgangsstrahls gekennzeichnet, wobef^Sie dunkleren Zonen willkürlich innerhalb des Lichtpunktes bewegen, etwa ähnlich, wie sich die Sonnenflecken auf der Sonne verlagern.
öffnungswinkel von etwa 3,5 bis 4 milliradians sich verbreitert. Im Gegensatz zu bekannten Ein-mode-Laserröhren, die einen kreisförmigen Lichtpunkt mit einer Gauss'sehen Helligkeitsverteilungscharakteristik haben, welche sich mit der Zeit nicht ändert, ist der kreisförmige Lichtpunkt einer Multi-mode-Laserröhre 24 durch eine nicht gleichmäßige Helligkeitsverteilung, die sich mit der
Zeit ändert, gekennzeichnet. Eine Beobachtung des erzeugten Ausgangslichtpunkts einer Multi-mode-Röhre ist durch dunklere Zonen innerhalb des Ausgangsstrahls gekennzeichnet, wobef^Sie dunkleren Zonen willkürlich innerhalb des Lichtpunktes bewegen, etwa ähnlich, wie sich die Sonnenflecken auf der Sonne verlagern.
Die Laserröhre 24 ist mit Haltebändern 32 und 34 auf einer Mutter-
oder Stützplatte 30 befestigt. Gummistoßdämpfer 26 und 28 dienen
dazu, die Stützplatte stoßgesichert innerhalb des Arbeitsteils zu halten.Der Dämpfer 36 ist zwischen dem Gehäuse und einem
vorderen vertikalen Flansch 40 der Stützplatte 30 angeordnet, um eine horizontale Bewegung nach vorne und nach hinten so gering wie möglich zu halten. Der Dämpfer 38 ist zwischen dem Gehäuse und
einem rückwärtigen Teil der Platte 30 angeordnet, um die vertikale Auf- und Abbewegung der Platte und der auf ihr angebrachten Bauteile so gering wie möglich zu halten.
vorderen vertikalen Flansch 40 der Stützplatte 30 angeordnet, um eine horizontale Bewegung nach vorne und nach hinten so gering wie möglich zu halten. Der Dämpfer 38 ist zwischen dem Gehäuse und
einem rückwärtigen Teil der Platte 30 angeordnet, um die vertikale Auf- und Abbewegung der Platte und der auf ihr angebrachten Bauteile so gering wie möglich zu halten.
Die der Arbeitsplatte 30 zugewandte Unterseite der Laserröhre 24 ruht auf zwei im Abstand angeordneten gefurchten Konsolen 42 und
44, die an der Stützplatte 30 festgeschraubt sind. Die Schraubelemente
46 und 48 sind unabhängig voneinander drehbar, um eine
Lagejustierung der Laserröhre gegenüber der Stützplatte zu ermöglichen, insbes. um den Laserstrahl gegenüber einer Miniaturoptik auszurichten.
Lagejustierung der Laserröhre gegenüber der Stützplatte zu ermöglichen, insbes. um den Laserstrahl gegenüber einer Miniaturoptik auszurichten.
Eine Gleichstromversorgung 50 für die Laserröhre 24 ist im
Inneren des Handgriffs 12 untergebracht. Ihr Volumen beträgt
etwa 60 cm3. Sie wiegt etwa 200 g. Die Stromvorsorgung bildet
die schwerste Baueinheit innerhalb des Gehäuses und ist deshalb
Inneren des Handgriffs 12 untergebracht. Ihr Volumen beträgt
etwa 60 cm3. Sie wiegt etwa 200 g. Die Stromvorsorgung bildet
die schwerste Baueinheit innerhalb des Gehäuses und ist deshalb
EPO COPY
im Handgriff untergebracht, um den Schwerpunkt niedrig zu halten, so daß das Balancieren des Handabtasters bei dessen Handhabung
erleichtert ist.
Wie man Fig. 16 entnimmt, hat die Stromversorgung 50 einen Eingangsanschluß
52, an welchen eine Niedervoltgleichspannungsquelle, z.B. eine 15-Volt-Batterie angeschlossen werden kann. Diese
12-Volt-Gleichstrom fließen über einen gesonderten, nicht abgeschirmten
Leiter, der innerhalb eines Verbindungäabels 58 untergebracht
ist. Die Stromversorgung 50 hat ferner einen Auslaß- , anschluß 24, welche die Anodenspannung und den Anodenstrom an I
die Anode 26 der Laserröhre 24 über einen Lastwiderstand 55 ab- \
gibt. Die Kathode 28 der Röhre 24 ist geerdet. I
Die Stromversorgung 50 enthält ferner einen Steueranschluß 56, der an einem Auslöseschalter 60 und einer Steuerschaltung liegt.
Die An- oder Abwesenheit eines Steuersignals am Steueranschluß }:
56 bestimmt, ob oder ob nicht die Anodenspannung am Auslaßanschluß 54 erzeugt wird. Die elektriscfrenVerbindungen der Anschlüsse
52, 54 und 56 wurden in Fig. 1 nicht dargestellt.
Gemäß Fig. 1 wird der Laser-Lichtstrahl auf eine Miniaturoptik gerichtet, die ebenfalls im Arbeitsteil untergebracht ist. Sie
umfaßt eine Kette optischer Bauteile zur optischen Modifizierung des
Laserlichtstrahls und um den modifizierten Lichtstrahl längs eines
Lichtwegs durch das Gehäuse zu richten. Der Lichtstrahl trit" aus dem Gehäuse durch eine Auslaßöffnung 62 im Bereich des Endstücks
20 aus und betrifft auch ein Strichcodesymbol, welches sich nahe einer Bezugsebene, die sich außerhalb des Gehäuses befindet,
vorhanden ist.
Die optische Kette umfaßt eine den Strahl verbreiternde negative Linse 64 und eine positive Objektivlinse 66, deren relative
Öffnung f normalerweise im Bereich von f/6 bis f/7 liegen. Die Öffnung f des auf die optische Kette treffenden Lichtstrahls hat
überlicherweise einen Wert von f/50 bis f/60. Auch andere Objektiv
können zu hohen Werten für die Schärfentiefe im Bereich von
25 nun oder mehr für den Multi-mode-Laser führen.
25 nun oder mehr für den Multi-mode-Laser führen.
Wie bereits oben angegeben, beträgt der Lichtstrahl-durchmesser
unmittelbar außerhalb der Laserröhre etwa 1 mm oder weniger. Die den Srahl verbreiterende Linse 64 vergrößert den Lichtpunkt auf
etwa 6 bis 6,5 mm auf der Objektivlinse 66. Die optische Kette
fokussiert den Lichtstrahl derart, daß er in der Bezugsebene,
die etwa 260 mm vor der Objektivlinse 66 liegt, einen Durchmesser von etwa 0,125 bis 0,175 jrnfr Eine Punktgröße von 0,15 mm wird zu beiden Seiten der Bezugsebene im Bereich des Arbeitsabstandes erreicht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Bezugsebene einen Abstand von etwa 25 mm vom Endstück 22 des
Arbeitsteils 14 und beträgt der Arbeitsabstand etwa 5 cm.
fokussiert den Lichtstrahl derart, daß er in der Bezugsebene,
die etwa 260 mm vor der Objektivlinse 66 liegt, einen Durchmesser von etwa 0,125 bis 0,175 jrnfr Eine Punktgröße von 0,15 mm wird zu beiden Seiten der Bezugsebene im Bereich des Arbeitsabstandes erreicht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Bezugsebene einen Abstand von etwa 25 mm vom Endstück 22 des
Arbeitsteils 14 und beträgt der Arbeitsabstand etwa 5 cm.
Folglich wird die Punktgröße von 0,15 mm ausgehend vom Endstück
über einen Bereich von 25 mm bis zur Bezugsebene und über diese hinaus um weitere 25 mm aufrechterhalten. Das Strichcodesymbol·
kann irgendwo im Ber-eich dieses Bereiches angeordnet werden,
um akkurat decodiert und/oder analysiert zu werden.
kann irgendwo im Ber-eich dieses Bereiches angeordnet werden,
um akkurat decodiert und/oder analysiert zu werden.
Die Brennweiten und Abstände der positiven und negativen Linsen sind speziell so ausgelegt, daß sie einen Multi-mode-Laserstrahl
modifizieren können. Der Strahlpunkt in der Bezugsebene enthält dennoch dunkle Bereiche, jedoch ist die ungleichmäßige Helligkeitsverteilung
weniger stark ausgeprägt.
Die Optik für eine Ein-Mode-Laserröhre ist konventioneller aufgebaut
als die für eine Multi-mode-Röhre und die öffnungszahlen
der Linsen würden normalerweise im Bereich f/120 bis f/200 liegen, um eine ausreichende Schärfentiefe im Bereich von 5 bis 7,5 cm zu erzielen. Im Falle der Multi-mode-Laserröhre sind die Öffnungszahlen der Linsen geringer, was geringere Schärfentiefen in der Größenordnung von 2,5 cm zur Folge hdt. Es wurde jedoch überraschen gefunden, daß der Arbeitsabstand größer als 2,5 cm und insbes. im j Bereich von 5 cm liegen kann. I
der Linsen würden normalerweise im Bereich f/120 bis f/200 liegen, um eine ausreichende Schärfentiefe im Bereich von 5 bis 7,5 cm zu erzielen. Im Falle der Multi-mode-Laserröhre sind die Öffnungszahlen der Linsen geringer, was geringere Schärfentiefen in der Größenordnung von 2,5 cm zur Folge hdt. Es wurde jedoch überraschen gefunden, daß der Arbeitsabstand größer als 2,5 cm und insbes. im j Bereich von 5 cm liegen kann. I
Im freien Raum sind innerhalb des Arbeitsteils 12 ein Miniaturabtaster
zur zyklischen Auslenkung des Laserstrahls über das Strichcodesymbol vorgesehen, damit der Laserstrahl am Stichcodesymbol
reflektiert wird . Der Abtaster umfaßt wenigstens einen Miniaturabtaster 68 zum Auslenken des Strahls über das
Strichcodesymbol in einer bestimmten Richtung (x-Achsenabtastung) längsweise. Der Abtaster weist, wenn auch nicht notwendigerweise,
noch einen weiteren Miniaturabtaster 17 auf zum Auslenken des Strahls über den Strichcode in Querrichtung (y-Achsenabtastung),
die ortogonal zur anderen Richtung steht.
Viele Arten von Abtastelementen lassen sich als Abtaster 68 und i.
70 anwenden. Beispielsweise motorgetriebene Miniaturpolygone lassen sich einsetzen oder die verschiedenen Bimorph-Abtastschwingelemente
wie sie im US-PS 4 251 798 dargestellt sind.
Dennoch ist der Abtaster 68 für die X-Achse und der Abtaster 70 für die Y-Achse dargestellt. Sie sind miteinander austausch- ;
bar hinsichtlich Größe und Gewicht und der Anbringung im Arbeitsteil 14. Die Wirkungsweise dieser Abtaster 68 und 70 wird in Verbindung
mit den Fig. 4-10 erläutert. Bei beiden Abtastern 68 und 70 handelt es sich um Abtastmotoren, deren Abtriebswellen hin
und her Drehschwingungen ausüben. Sie nehmen Spiegel 76 und 78 innerhalb des Strahlengangs auf. Der Betrieb des Motors wird
durch Motorsteuerschaltungen derart gesteuert, daß sie zyklisch ·
in unterschiedlicher ümfangsrichtung über einen Bogen von wenigerf
360° hin- und herschwingen. Üblicherweise beträgt der Bogen etwa 5° bezüglich der Vertikalen. Auch andere Bogenlängen können angewendet
werden. Der auf die Spiegel auftreffende Lichtstrahl wird mit sehr hoher Geschwindigkeit von wenigstens 5 Schwingungen je
Sekunde, vielfach aber mit 100 Schwingungen pro Sekunde bewegt.
Der Miniaturabtaster umfaßt einen stationären lichtreflektierender
Spiegel 80, der auf der Stützplatte 30 unter einem Winkel von 45° zur Achse, um welche die Abtriebswelle 72 schwingt, ausge- ;
ist
richtet befestigt/. Der aus der Objektivlinse 6 6 austretende
richtet befestigt/. Der aus der Objektivlinse 6 6 austretende
Lichtstrahl trifft auf den stationären Spiegel 80 und ist an diesem in horizontaler Ebene derart abgelenkt, daß er auf den
Spiegel 76 trifft, der seinerseits auf der Abtriebswelle 72 unter einem Winkel von 45° zur Schwingachse der Abtriebswelle 72
und 74 ausgerichtet ist. Das auf den Spiegel 76 treffende Licht wird nach oben zum Spiegel 78 reflektiert, der auf der Abtriebswelle 74 unter einem Winkel von 45° befestigt ist. Das auf den
Spiegel 78 auftreffende Licht wird dann nach vorne in Längsrichtung
des Arbeitsteils 14 reflektiert und tritt aus einem für den Laserstrahl durchlässiges Auslaßfenster 62 aus.
Die Hin- und Herschwingungen der Abtriebswelle 72 bewirken, daß
der Lichtstrahl sich längs eines Strichcodesymbols bewegt und eine Abtastung in Richtung der X-Achse bewirkt. Wenn man es
wünscht, kann die Hin- und Herschwingung der Welle 74 den Lichtstrahl längs der Höhe des Strichcodesymbols auslenken, um so eine
Abtastung in Richtung der Y-Achse zu bewirken.
Wenn lediglich der X-Achsen-Abtastmotor 68 angetrieben wird, so
daß der Spiegel 76 mit gleichförmiger Geschwindigkeit angetrieben
wird, wird der Laserstrahl linear in horizontaler Richtung ausgelenkt und eine lineare Abtastlinie wird an der Bezugsebene
erzeugt.
Der Arbeitsteil 14 des Handabtasters 10 hat einen oberen Wandabschnitt
82 und einen . nach unten .geneigten' Wandabschnitt oberhalb und unterhalb der Auslaßöffnung im Endteil 20. Der obere
Wandabschn.82 ist etwa eben und hat keine vorstehenden Vor Sprünge
in der Nähe des Endabschnitts 20. Die Auslaßöffnung ist so dimensioniert,
daß sie weit und eng sein kann. Der Laserstrahl tritt durch die Auslaßöffnung an einer Stelle gerade oberhalb des oberen
Wandabschnitts aus. Auf diese WEise . wirkt der ober Wandabschnitt Θ2 in bequemer WEise als Zielführung um den Laserstrahl
akkurat zum Strichcodesymbol oder Zielsymbol zu richten, üblicherweise
wird der Benutzer auch das Zielsymbol aus einer Position
EFO CCPY .giß
von unter dem Handabtaster 10 aus zielen. Würde der obere Wandabschnitt
82 Vorsprünge aufweisen, so würde dies die Sicht stören. Ein glatter oberer Wandabschnitt 82 vermeidet daher eine Sichtstörung
zwischen dem Gehäuse und dem Laserstrahl selbst.
Kleinstsensoren sind ebenfalls auf den vorderen aufrechtstehenden
Flansch 40 der Stützplatte 30 innerhalb des Gehäuses vorgesehen. Miniatursensoren umfassen photoempfindliche Wandler wie Photomultiplier
oder Halbleiterphotodioden zur Erzeugung eines elektrischen Intensitätssignals. Dieses ist eine analoges, intensitäts- ί
abhängiges Signals des reflektierten Lichts. ;
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, gelangt das reflektierte Licht zu- [ nächst durch ein Auslaßfenster 62 und anschließend durch ein !
Filter 90, das für einen roten Laserlichtstrahl durchlässig ist, .}
worauf es auf .ein paar Photodioden 86 und 88 trifft. Diese sind \
mit Abstand voneinander auf dem Flansch 40 befestigt und erzeugen f
ein analoges elektrisches Signal. Es werden zwei Dioden statt einer verwendet, um das Bildfeld zu vergrößern. Die beiden Dioden j
sind soweit ausexnandergerückt, daß deren Empfangszonen einander überlappen. Beträgt das Bildfeld der Abtaster etwa 10 cm, dann
sind die beiden Photodioden etwa 5 cm ausexnandergerückt, um das ;
Bildfeld voll zuerfassen.
Gemäß Fig. 2 sind ebenfalls innerhalb des Innenraums des Arbeitsteils ,14 Kleinst-Auswertevorrichtungen 92 für die Verarbeitung
der Signale vorgesehen. Sie sind fest auf der Stützplatte 30 an einer Seite der Laserröhre 24 befestigt. Sie sind vorzugsweise
aus integrierten Schaltkreisen aufgebaut, welche die elektrischen Analogsignale verarbeiten und zu den Strichcodesymbolen entsprechenden
Kennzahlen verarbeiten. In diesem Zusammenahang wird auf das US-Patent 4 251 798 verwiesen, welchem eine bevorzugte
Ausführungsform zur Datenverarbeitung entnehmbar ist.
Die Steuerschaltung 94, siehe Fig. 2, für die Abtaster 6 8 und
70 sind ebenfalls vorzugsweise als integrierte Schaltkreise aufgebaut und auf einer Seite der Laserröhre untergebracht.
EPO COPY Jpf
Alle elektrischen Verbindungen zu den Photodioden 86 und 88,
zur Auswertschaltung 9 2 und zur Steuerschaltung 94 für die Abtaster 68 und 70 wurden in den Fig. 1-3 aus Gründen der
deutlicheren Darstellung forgelassen. Eine detaillierte Beschreibung der Steuerschaltung erfolgt in Verbindung mit Fig.
16.
Alle genannten Komponenten einschließlich der Laserröhre 24, der Stromversorgung 50, den Linsen 64 und 66, den Abtastmotoren
68 und 70, den Photodioden 86 und 88, der Auswertschaltung 92, der Steuerschaltung 9 4 und der Stützplatte 30 zusammen mit
dem Handgriff 12 und dem Arbeitsteil 14 des GEhäuses bilden zusammen
einen leichtgewichtigen Handabtaster dessen Gesamtgewicht weniger als 1100 bis 1200 Gramm beträgt. Es lassen sich
aber auch Handabtaster aufbauen, deren Gewicht nur 700 bis 900 Gramm beträgt. Der Handabtaster 10 nach den Fig. 1-3 und 11 ist
mit einem flexiblen Kabel 58 mit den übrigen Bauteilen des Abtastsystems verbunden. Zu diesen zählen, u.a. Digitalsignaldecodier-Rechenschaltungen,
Datenspeicherschaltungen und bei einigen Anwendungen Steuerspannungserzeuger für die Stromversorgung
50 und die Stuerschaltung 94. Diese zusätzlichen Schaltungskomponenten konnenin einer Bedienungskonsole,
die mit Wechselstrom aus der Steckdose: betrieben wird,.
oder, in einer bevorzugten Ausführung nach Fi.g 11, in einem kleinen Behältnis, z.B. einem Täschchen 100, das vom Benutzer
z.B. am Gürtel getragen wird, untergebracht sein. In letzterem Fall ist einewiederaufladbare Batterie in der Tasche untergebracht,
um das Abtastsystem in seiner Gesamtheit frei umhertragen zu können.
Das Körpertäschchen 100 kann als auf dem Rücken zu tragender
Rucksack oder vorzugsweise als Gürteltasche, siehe Fig. 11, ausgebildet sein. Der Decodierrechnerschaltkreis 102 ist in der
Gürteltasche untergebracht und geeignet, das durch die Auswertschaltung 92 digitalisierte Signal zu decodieren. Die Datenspeicherschaltung
104 ist ebenfalls in der Gürteltasche untergebracht und dient dazu, decodierte Signale zu speich-eprrr
Die Datenspeicherschaltung 104 ist eine in sich abgescnlossene Speichervorrichtung, beispielsweise ein nicht-flüchtiger Blasen-<
speicher oder eine Magnetkassette oder ein flüchtiger Halbleiter-Laser-Schreib-Speicher.
Die niedrige Spannung der wiederaufladbaren Batterie 106 ist ebenfalls in der Gürteltasche untergebracht.
. Die Decodierschaltung 102,der Speicher 104 und die Batterie 106 können in getrennten Gürteltaschen 100 oder in
einer einzigen, deren Abmessungen 5 χ 10 χ 25 cn? beträgt, untergebracht
sein. Auf diese Weise ist das ganze Laserabtastsystem völlig frei umhertragbar und in sich geschlossen.
Das Kabel 58 hat einen verhältnismäßig geringen Querschnitt, ist leicht, nicht sperrig, flexibel und ist leicht mit dem Handabtaster
10 beim Zielen auf unterschiedliche Symbole beweglich.
Es läßt verschiedene Freiheitsgrade der Bewegung zu und erfordert keine große besondere Kraft seitens des Benutzers bei der
Handhabung.
Der Handabtaster 10 braucht nicht die pistolenartige Formgebung, wie sie sich aus den Fig. 1-3 und 11 ergibt, zu haben. Es lassen
sich auch stromlinienförmige Gehäuse anwenden. Eine andere Ausbildung des Handabtasters ergibt sich aus Fig. 14, siehe den
Kopf 10a. Dieser ist im wesentlichen identisch mit der pistolenartigen
Ausbildung nach den Fig. 1-3 mit Ausnahme des Handgriffs 12, der in gleicher Richtung wie der Arbeitsteil 14 und
Er
an dessen Ende ausgebildet ist. weist die fingeraufnehmenden Furchen 101 auf. Der Benutzer kann den Kopf daher mit einer Hand greifen und in der Handfläche halten.
an dessen Ende ausgebildet ist. weist die fingeraufnehmenden Furchen 101 auf. Der Benutzer kann den Kopf daher mit einer Hand greifen und in der Handfläche halten.
Ein anderes Merkmal des stromlinienförmigen Abtasters 10a ist
ein an der Außenseite angebrachter Gummidämpfer 103, der in Verbindung mit allen hier offenbarten GEhäusen verwendbar ist.
Ähnlich wie bei einem beliebigen in der Hand zu haltenden Gerät muß ein Handabtastkopf fest genug sein, um starken äußeren unge·-
wöhnlichen Belastungen standzuhalten, wie sie auftreten, wenn unbeabsichticjterweise
der Abtaster vom Tisch gestoßen wird und auf den Boden fällt. Die Gummidämpfer 36 und 38 sind daher innerhalb
- S6?-
des Gehäuses an der Stützplatt-e 30 derart angebracht, daß diese
Platte mit den an ihr befestigten Komponenten eine momentane Verlagerung innerhalb des Gehäuses bei einer Stoßbeanspruchung
vornehmen kann.
Eine Stoßsicherung erfolgt auch noch durch Biegung des nachgiebigen
Gehäuses selbst. Wird das Gehäuse aus einem Werkstoff wie im Vakuum verformten ABS-Kunststoff gefertigt, so ist ein Biegen
ohne Gefahr einer Zerstörung des Gehäuses ohne weiteres möglich.
Hochgeschwindigkeits-Abtastmotor
Die strukturellen und funktioneilen Einzelheiten des Abtastmotors 68 für die X-Achse ergeben sich aus den Fig. 4 bis 10.
Diese Einzelheiten sind die gleichen für den Abtastmotor 70 ; für die Y-Achse und werden daher der Kürze wegen nicht nochmals
erläutert. :
Der Abtastmotor 68 ist eine leichtgewichtige, Miniatur-Laserstrahl1
Ablenkeinrichtung für die sehr schnelle Abtastung von Strichcode- j Symbolen in einem Laserabtastsystem. Der Motor 68 umfaßt eine
Drehschwingungen ausführende Antriebswelle 72, die in Lagern 108
geführt ist und die fest einen Spiegel 76 aufnimmt, der von ihr in Drehschwingungen versetzt wird.
Der Motor 68 umfaßt ein oberes becher.förmiges Statorgehäuse 110
und ein unteres, ebenfalls becherförmiges Statorgehäuse 112.
Diese nehmen Statorwicklungen 114 und 116 auf. Ein Permanentmagnetrotor
120 ist auf einem Lagerstift 118 koaxial zur Abtriebswelle
7 2 gelagert. Der Rotor 120 ist durch die Statorwicklungen umschlossen und betrieblich mit der Abtriebswelle 72 verbunden,
um diese in Drehschwingungen zu versetzen.
Das obere Statorgehäuse 110 hat ein Paar Pole 122 und 124, die räumlich 180° gegeneinander versetzt sind. Das untere Statorgehäuse
112 hat ebenfalls ein Paar Pole 126 und 128, die ebenfalls räumlich um 180° gegeneinander versetzt sind. Die obere Pole 122
und 124 sind um 90° gegenüber den unteren Polen 126 und 128 versetzt^
der Permanentmagnetrotor 120 ist it einer gleichen Anzahl von Polpaaren magnetisiert, d.h. ein Paar, wie es in jeder
Statorwicklung enthalten ist.
Die strukturellen Aspekte des Abtastmotors 38 sind analog denen eines vereinfachten Schrittschaltmotors, der eine Vorrichtung dar-;
stellt, um elektrische Impulse in dx< skrete mechanische Drehbe-/ |
copy I■:)
wegungen umzuwandeln, wenn immer die Polarität einer Statorwicklung
sich ändert. Durch abwechselndes Erregen und Entregen der beiden Statorwicklungen eines Schrittschaltmotors
bewirkt die magnetische Wechselwirkung zwischen den Rotorpolen und den Statorpolen, daß sich der Motor in diskreten Winkelschritten
über den ganzen Umfang von 360° der Abtriebswelle bewegt.
Im Gegensatz zu einem Schrittschaltmotor ist die Motorsteuerung 94 so ausgebildet, daß die Abtriebswelle hin- und herschwenkt,
zunächst in der einen ümfangsrichtung über einen um 360° geringeren
Winkel und dann in der entgegengesetzten Richtung um ebenfalls einen gegenüber 360° geringeren Winkel, worauf dieser
Zyklus mit hoher Geschwindigkeit wiederholt wird. Jeder Bogen beträgt normalerweise etwa 5° gegenüber der Vertikalen, obwohl
auch andere Drehwinkel möglich sind. Die Drehschwingungen erfolgen vorzugsweise mit einer Frequenz von etwa 100 Schwingungen/sec.
Die Motorsteuerung 94 umfaßt eine Referenzschaltung 140 zum Aufgeben einer wesentlichen konstanten niedrigpegeligen Gleichspannung
auf "eine der Statorwicklungen. Beispielsweise wird ein 12-Volt-Gleichspannungssignal auf die Statorwicklung 114 über
einen Leiter 123 gegeben. Die Motorsteuerung umfaßt ferner eine veränerliche Einrichtung 142 zum Anlegen einer sich periodisch
verändernden Spannung mit zeitveränderlicher Amplitude auf die andere der Statorwicklungen. Beispielsweise wird eine dreiecksförmige
Spannungswellenform auf die Statorwcklung 116 über den
Leiter 134 gegeben.
Die Bezugsspannungs-quelle gemäß den Fig. 5, 6 und 7 legt eine konstante positive Gleichspannung an die Statorwicklung 115,
wodurch die Statorpole 122 bzw. 124 als Nord- bzw. Südpol erregt werden. Die variable Spannungsquelle gemäß Fig. 5 legt
eine Null-Spannung an die Statorwicklung 116 und ermöglicht es dem Permanentnord- und Südpolen des Rotors, sich, wie dargestellt,
gegenüber den Statorpolen 122 und 124 auszurichten. In
EPO COPY
Fig. 6 legt die variable Spannungsquelle eine positive Gleichspannung
an die Wicklung 116 und bewirkt dadurch eine Erregung
der Statorpole 126 und 128 als Nord- bzw. Südpole und bewirkt gleichzeitig, daß der Rotor sich im Uhrzeigersinne um einen
Winkelschritt entsprechend<fer positiven Amplitude der an die
Wicklung 116 angelegten Spannung dreht. Nach Fig. 7 legt die ;
variable Spannungsquelle eine negative Gleichspannung an die Wicklung 116 und bewirkt dadurch eine Erregung der Statorpole
126 und 128 als Süd- bzw. Nordpole und gleichzeitig, daß der Rotor sich im Gegenuhrzeigersinn um einen Winkelbetrag dreht,
der von der negativen Amplitude der an die Wicklung 116 angelegten
Spannung abhängt.
Die Abtriebswelle 72 wird entsprechend in Winkelstellungen bewegt,
welche der Amplidute der sich periodisch ändernden ; Spannung entspricht. Der Winkelausschalg der Drehbewegung ist |
der Spannungsamplitude proportional. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 72 entspricht der Änderungsgeschwindigkeit
der periodischen Spannung. Die Bewegungsrichtung, d.h. im , '.
Uhr- oder im Gegenuhrzeigersinne, hängt von der Steigung, d.h. {
der positiven oder negativen Steigung der periodischen Spannung ab. Die Drehschwingungsfrequenz ist proportional der Periodizität '
der periodischen Wellenform. Sie beträgt wenigstens fünf Schwingung
pro see. und vorzugsweise in der Größenordnung von 100 Schwingunger
/see. ·.
Die Wellenform der periodischen Spannung kann eine belj±>ige
sich mit der Zeit verändernde Spannung sein, so eine Sägezahnspannung, eine Sinusspannung oder eine dreieckförmige Wechselspannung
sein. Für periodische Antriebswellenformen ist die Geschwindigkeit der Abtriebswelle nicht-linear sondern hat vielmehr
die Form einer Sinusschwingung in dem Sinne, daß die Ab-
die triebswellengeschwindigkeit abfällt, wenn die Welle, Grenz-
Drehausschlagsstellung der Fig. 6 und 7 erreicht und erhöht sich, wenn sich die Welle der in Fig. 5 dargestellten Mittellage
nähert. * ,φ
COPY ·%-f
Um eine möglichst lineare Abtastung durch die Wellenstellung mit Bezug auf die Amplitude der sich periodisch ändernden
Antriebsspannung zu erzielen, ist es möglich, die Amplitude
der konstanten Gleichspannung, die an die Statorwicklung 114 gelangt, voreinzustellen, indem die Bezugseinrichtung 140 auf
einen bestimmten Wert voreingestellt wird. Alle Schwingkomponenten lassen sich durch eine Resonanzfrequenz kennzeichnen.
Für den Abtastmotor 68 ergibt sich die Resonanzfrequenz unter anderem aus der Masse der bewegten Teile und durch das feste
Magnetfeld, d.h. die Federkonstante, das durch die Statorwicklungen
bestimmt ist. Folglich stellt man durch Änderung der Gleichspannung an der Statorspule 114 die Bewegungsfrequenz
der Welle auf einen „gewünschten Wert ein.
Eine andere Möglichkeit, eine weitergehend lineare Abtastung zu erzielen, besteht darin, den Gegenkopplungsschaltkreis gemäß
Fig. 8 einzusetzen. Der Kleinstabtastmotor wiegt etwa 30 bis 35 g und hat ein Volumen von weniger als etwa 2,5 cm3.
Der Abtastmotor hat eine lange Lebensdauer in der Größenordnung von 10 000 Stunden, da er häufig abgeschaltet wird, wie noch
beschrieben wird.
Eine andere Methode zur .Erzielung einer linearen Abtastung ergibt
sich aus der anhand der Fig. 9 und 10 dargestellten Tastmotorsteuerungsschaltung
mit geschlossenem Kreis.
Gemäß Fig. 16 hat jeder Kleinstabtastmotor 68 und 70 eine Bezugs
einrichtung 140 (Bezugsspannungsquelle) und eine veränderliche Spannungsquelle 142. Zusätzlich ist noch eine SChließeinrichtung
150 in der Steuerschaltung 94 zur Erzeugung einer Schließspannung vorgesehen, welche entweder eine oder beide Abtriebswellen der Motoren 68 oder 70 in eine Schließstellung verdrängt,
in welcher die zugehörigen Spiegel derart bewegt sind, daß der Laserstrahl nicht durch das Auslaßfenster 62 auf das Symbol
treffen kann.
Die Schießeinrichtung 150 ist elektrisch mit der veränderlichen j
Spannungsquelle' verbunden. In einer Ausführungsform erzeugt die j
Schließeinrichtung 150 eine Spannung, deren Amplitude größer als ! die Amplitude der Antriebs spannung ist. In Fig. 6 ist die Abblendl
oder Schließstellung für den Rotor 120' gestrichelt dargestellt. \
Die große Amplitude der Spannung bewirkt eine Verstellung der Abtriebswelle um einen größeren Winkelbetrag als er zum Erreichen j
der Auslenkgrenzstellung erforderlich ist, die mit durchgezogenen
Linien dargestellt ist. In diesem Fall ist der Spiegel aus dem '
Lichtweg herausbewegt, um so die Laserstrahlübertragung zu unterbrechen.
Bei einer anderen bevorzugten Ausbildungsform bewirkt die Schließeinrichtung
keine Auslenkung des Spiegels über den Drehschwingungs
bereich hinaus, wie es zuvor beschrieben wurde. Stattdessen ver- j stellt die Schließeinrichtung den Spiegel Jn eine Stellung inner- \
halb des Drehschwingungsbereiches derart, daß das reflektierte ] Licht nicht durch das Auslaßfenster aus dem Gehäuse austreten ;
kann.Das reflektierte Licht bleibt vielmehr innerhalb des Gehäuses;
oder wird, vorzugsweise, zu einem Lichtabsorber abgelenkt, wie i beispielsweise ienem schwarzen Körper, der innerhalb des Gehäuses j
untergebracht ist. ·
Bei einer bevorzugten Ausführungsform bewegt die veränderliche j Spannungsquelle den Spiegel derart, daß der reflektierte Laser- . j
lichtstrahl über das Beobachtungsfeld streicht, welches langer !
als die Länge des Auslaßfensters oder der Auslaßöffnung 62 ist. Die Gehäusewandungen zu beiden Seiten des Auslaßfensters unterbrechen
den Laserlicmtstrahl und blockieren dessen übertragung, wenn der Lichtstrahl über den gesamten Auslenkbereich bis über
die Längsabmessung des Auslaßfensters ausgelenkt wird. i
In diesem Falle kann die Schließ- oderAbblendstellung bei einer beliebigen Stellung des Spiegels erreicht werden, die dazu führt, \
daß das reflektierte Licht über die Längsabmessung des Auslaßfensters
hinaus, d.h. seitlich davon, gerichtet ist. Man erkennt, '
i daß in diesem Fall die Schließ- oder Abblendstellung innerhalb
normalen Auslenkbereichs liegt, daß aber der Lichtstrahl dennoch
daran gehindert ist, das Strichcodesymbol zu erreichen. 7*7'~~~ O: '/
- JÄ>
Die Schließstellung repräsentiert eine Motorabschaltstellung. Die später beschriebenen häufigen Motorabschaltungen führen
zu einem sehr niedrigen Arbeitstakt.
Objekt Erkennung
Wie bereits beschrieben, erlaubt die Abtasteinrichtung ein schnelles wiederholtes Abtasten des abzutastenden Strichcode- <
symbols. Für eine einwandfreie Betriebsweise ist es erforderlich, zu unterscheiden zwischen der mehrfachen Abtastung eines
Objekts oder der einzigen Abtastung mehrerer Objekte. Die ;
Fähigkeit jedes abzutastende Objekt zu erfassen ist für ein ι nachfolgendes Decodieren kritisch. j
Gemäß den Fig. 1 und 10 ist eine Auslöseeinrichtung 60 vorge- ; sehen, mit welcher die Abtaster 68 und 70 eine bestimmte Anzahl i
jedesmal das Symbol überstreicht, wenn der Auslöser 60 betätigt j worden ist. Es handelt sich hier vorzugsweise um einen Druckschalter
im Gehäuse, der in der Nähe der Verbindung zwischen dem Handgriff und dem Gehäuse montiert ist. Der Auslöser 60 ist ;
auf dem Handgriff derart angebracht, daß der Zeigefinger zum manuellen Betätigen verwendet werden kann. Jedesmal wenn der
Druckschalter gedrückt wird, streicht der Abtaststrahl mehrmals über das Strichcodesymbol, beispielsweise 200 mal.
Wenn der Decodierschaltkreis 102 das Symbol erfolgreich decodiert,
was bei der ersten Abtastung oder bei einer späteren bis zu 200sten der Fall sein kann, zeugt er erfolgreich ein Decodiersignal
und leitet diese über eine Leitung innerhalb des Kabels 68 zu einer Anzeige innerhalb des Handabtasters. Die Anzeige kann
ein Schallgenerator 9 8 und/oder eine Leuchtdiode 99
sein. Wenn der Piepser 98 tönt und/oder die Diode 99 Licht abgibt, weiß der Benutzer, daß die Abtastung des gerade abgetasteten
Symbols beendet ist. Die Betätigung des Schalters 60 und die Betätigung der Anzeige sind definierbare Ereignisse,
welche dem Laserabtastsystem angeben, wann ein Abtasten beginnt und endet. Der Auslöser 60 kann vor oder nach der Betätigung
der Anzeige losgelassen werden.
COPY
Wenn der Abtastvorgang aufgrund einer Anzeige durch den Anzeiger beendet ist, bewegt der mechanische Abschaltkreis 150 die Abtriebswelle in ihre Abstell- oder Schließstellung und verhindert, daß
der Laserstrahl weiterhin durch die Auslaßöffnung herausgelassen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Laserröhre 24 noch nicht abgeschaltet,
nur der Abtastmotor wird abgeschaltet. Dies bedeutet nicht nur ein Sicherheitsmerkmal sondern vergrößert auch die Lebensdauer
der Laserröhre und des Abtastmotors.
Eine Betätigung des !-Auslösers 60 schaltet gleichzeitig die Laserröhre
24 an, vorausgesetzt, daß die Laserröhre zuvor abgeschaltet war. Ferner wird hierduch gleichzeitig ein Zeitgeber 152
eingeschaltet, der eine bestimmte Zeit lang, z.B. in der Größenordnung von 5 Minuten, wirksam ist. Wenn der Auslöser 60 während
5 Min. nicht betätigt worden ist, wird die Laserröhre automatisch abgeschaltet durch ein Steuersignal an den Steueranschluß 56 der
Stromversorgung 50. Hierdurch wird Energie eingespart. Wenn der Trigger während der durch den Zeitgeber 152 bestimmten Zeit betätigt
wird, wird die Zeitperiode reaktiviert und die Laserröhre bleibt noch 5 Minuten angeschaltet bevor sie automatisch abgeschaltet
wird, wenn während der nächsten 5 Minuten nicht eine erneute Betätigung erfolgt. Eine weitere Leuchtdiode (LED) 97,
s. Fig. 1, ist auf dem Handabtaster angebracht, um den Einschaltzustand
jederzeit anzuzeigen.
Jede Betätigung des Auslösers 60 bewirkt eine Mehrzahl von Abtastungen
bis der Decodierschaltkreis festgestellt hat, daß eine
erfolgreiche decodierte Abtastung stattgefunden hat. Zu diesem Zeitpunkt wird ein diesen Erfolg anzeigendes Signal entweder auf <
den Piepser 98 und/oder die Leuchtdiode 99 gegeben. Die Schall- ; und/oder Lichtanzeige zeigt dem Benutzer an, daß die Abtastung
beendet ist und nunmehr ein weiteres Symbol abgetastet werden kann.
Wenn eine erfolgreiche Decodierung einer Abtastung nicht erreicht werden konnte, bewirkt der Auslöser eine Beendigung der wiederholter
Abtastung nach einer bestimmten Zeitspanne die seit der Betätigung
des Auslösers verstrichen ist. Eine solche Zeitspanne beträgt üblicherweise etwa 3 Sekunden und kann so gewählt werden,
daß dem Benutzer ausreichend Zeit zum Anvisieren des abzutastenden Symbols auf einem Objekt verbleibt.
Ein Abtasten wird auch dann automatisch beendet/ wenn der Auslöser
vor Ablauf der genannten 3 Sek. losgelassen wird und bevor ein erfolgreich decodiertes Meßergebnis erzielt ist.
Laser Dioden Abtaster :
Eine Einrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls muß nicht in
Form einer Laserröhre 24 , wie sie zuvor beschrieben ist, sondern kann auch als eine Halbleiterlaserdiode 200, wie sie Fig. 12
zeigt, ausgebildet sein. Die Laserdiode kann so ausgebildet sein, daß sie eine kontinuierliche Welle oder Impulse abgibt. Derartige
Laserdioden sind vielerorts erhältlich, beispielsweise von der Firma General Optronics Corporation, Laser Diode, Inc., und
Optical Information Systems, Inc.
Die Laserdiode 200 ist im Handabtaster 10 untergebracht. Bei einer
bevorzugten Anordnung ist die Diode 200 innerhalb eines Kühlblocks
202 vorgesehen, welcher im Handabtaster verschraubt ist. Die Laser"
diode 200 ist sehr viel kleiner und leichter als eine Laserröhre 24« Daher ist die Verwendung einer Laserdiode insbesondere dort von
Vorteil, wo bei der Anwendung Gewichte von weniger als 1 Pfund und Größen von weniger als 750 cm3 angestrebt werden.
Ferner benötigt eine Laserröhre 24 eine hohe Spannung, z.B. von 650 Volt Gleichspannung, und eine niedrige Spannung, beispielsweise
10 Volt Gleichspannung und dementsprechende Stromversorgungsgeräte. Eine Laserdiode 200 benötigt lediglich eine niedrige
Spannungsversorgung von 12 Volt Gleichspannung. Die Vermeidung einer Hochspannungsversorgung 50 spart noch mehr Platz und Gewicht ;
EPO COPY i-'-ßi
- 2
Die Laserdiode 200 weist eine etwa rechteckförmige Ausnehmung
oder laser-ausstrahlende öffnung 204 auf, die eine Größe von
1μ in χ 10μ m hat. Der ausgesandte Laserstrahl erweitert sich
außerhalb der öffnung 20^11 einem asymmetrischen öffnungswinkel,
der etwa 10° bis 20° χ 40° bis 50° mißt. Das Linsensystem 206 ist so augelegt, daß es eine numerische Apertur von etwa 0,25,
eine Nettovergrößerung von etwa 10 X - etwa 15X und eine relative öffnung bzw. Öffnungszahl f von etwa f/2 hat. Der Abtaster
und die Auswertevorrichtung sind in Fig. 12 der Deutlichkeit wegen fortgelassen worden.
Aufgrund der rechteckförmigen Auslaßöffnung 20 4 ist auch der Querschnitt des Abtastpunktes etwa rechteckförmig oder oval.
Der längliche Abtastpunkt in der Bezugsebene hat eine Größe von etwa 6μ m χ 25 μ m.
Die längere Erstreckung des länglichen Abtastpunktes wird mit der Höhenerstreckung des abzutastenden Symbols bzw. parallel zur
Längsrichtung der Striche ausgerichtet . Die kürzere Erstreckung des Abtastpunktes erstreckt sich in Längsrichtung des Strichcodesymbols.
Das Abtasten mit einem rechteckigen oder ovalen Abtastpunkt wird im Abtasten mit einem kreisförmigen Punkt vorgezogen, da der längliehe
Abtastpunkt elektrische Signale erzeugt, deren Amplitude sich abrupter ändert, wenn sich der längliche Abtastpunkt über
eine Grenze zwischen Hell und Dunkel des Symbols bewegt. Wenn ein länglicher Abtastpunkt gerade auf eine dunkle Linie des Symbols
fällt, mitteln sich Änderungern der Linienbreite über der Höhe aus. Wird er dann zu dem nächsten hellen Zwischenraum zwischen
zwei dunklen Strichen bewegt, erfolgt der Übergang abrupter bei einem länglichen Punkt als bei einem runden Punkt. Dieses größere
Auflösungsvermögen vermindert die Codierfehler, insbesondere bei
solchen Symbolen, bei denen der Kontrast zwischen den gedruckten Linien und den Zwischenräumen gering ist.
1107922
Die Linse 206 ist so ausgebildet, daß eine geringe Winkelneigung von etwa 10öbis 15° in der Ausrichtung des länglichen Abtastpunktes
relativ zu den Strichen des Symbols möglich ist.
EPO COPY
Claims (27)
- />K.-ING. FÜ.AN7- WU»STHOFrPATENTANWÄLTE ;WUESTHOFF-v. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ '" d,Vi^no. gerhard pulsDIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMAl PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE DR.-ING. DIETER BEHRENSMANDATAIRES AGr6eS PRES «.'OFFICE EUIlOPiEN DES BREVBTS DIPL.-ING.; DIPU-VIRTSr',.-ING. KUPERT GID-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 21A—54 538 telefon: (089)6010 jiTELEGRAMM: PROTECTPATENTSymbol Technologies, Inc. rau« 514070Ansprüche :Handabtaster zum Erfassen von Strichcodesymbolen, in dessen Gehäuse eine Laserlichtquelle und ein optisches System angeordnet sind, das das von der Lichtquelle erzeugte Licht abtastend auf das zu erfassende Strichcodesymbol und das von letzterem refelktierte Licht auf einen Wandler richtet, der es in ein elektrisches Intensitätssignal umwandelt, das einer Äuswertevorrichtung zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet ,daß das Auslaßgehäuse ein Auslaßfenster und einen Innenraum von weniger als 1 500 cm3 umgrenzt, daß die Laserlichtquelle als Miniatur-Laserlichtquelle (24) ausgebildet ist, daß eine Miniaturoptik innerhalb des Gehäuses (14) vorgesehen ist, welche den Laserlichtstrahl durch die Öffnung (62) auf ein Srichcodesymbol leitet, welches nahe einer Bezugsebene vor der Öffnung und außerhalb des Gehäuses liegt, daß eine Miniaturauslenkvorrichtung (68) im Lichtweg und innerhalb des Gehäuses vorgesehen ist, mit welcher der Laserlichtstrah] zyklisch über das Strichcodesymbol ausgelenkt wird, um daran reflektiert zu werden,(86, 88)
daß ein Miniatursensor/xnnerhalb des Gehäuses zur Aufnahme und Wandlung des am Srichcodesymbol reflektierten Lichts und zum Erzeugen eines elektrischen Signals vorgesehen ist, welcher das reflektierte· Licht in das elektrische Intensitätssignal umwandelt unddaß das die Miniatur-Laserlichtquelle, die Abtast- bzw. Auslenkvorrichtung und der Wandler zusammen mit dem Gehäuse einen leicht-EPO COPY QjS,31Ö732Zgewichtigen Handabtaster bilden, dessen Gesamtgewicht weniger als etwa 1 200 g ist. - 2. Handabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse etwa die Form einer Pistole hat, deren Handgriff bequem von der Hand des Benutzers umgriffen werden kann und dessen Arbeitsteil (14) mit dem Handgriff (12) verbunden ist.
- 3. Handabtas^r nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse stromlinienförmig ausgebildet ist und unmittelbar in die Handfläche des Benutzers paßt.
- 4. Handabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Laserlichtquelle eine leichte Laserröhre (24) zur Erzeugung eines Laserlichtstrahls ist und daß eine Einstelleinrichtung zur Justage der Lage der Laserröhrqgegenüber dem Gehäuse und damit des Laserstrahls vorgesehen ist. '
- 5. Handabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß dieiaserlichtquelle eine Multi-mode-Laserröhre zur Erzeugung eines Laserlichtstrahls ist, dessen achsnormaler Abtastlichtpunkt einen Querschnitt hat, der eine nicht gleichmäßige Helligkeitsverteilung hat, die mit der Zeit sich ändert.und daß die Optik eine Kette optischer Glieder im Lichtweg des Strahls veränderlicher Lichthelligkeit hat, die den Strahl derart modifiziert, daß ein Lichtpunkt erzeugt wird, dessen axialer Querschnittsgröße in der Nähe einer Bezugsebene über den Arbeitsabstandsbereich etwa gleich gehalten ist.
- 6. Handabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle eine Laserröhre zur Erzeugung eines Lichtstrahls mit einem achsnormalen Querschnitt hat, der etwa kreisförmig von einem bestimmten Durchmesser ist und daß dieEPO COPY ß;%Optik eine Kette optischer Glieder im Lichtweg hat, mit welchem sich optisch der Lichtstrahl so modifizieren läßt, daß ein Lichtpunkt mit einem Durchmesser erzeugt wird, der kleiner als ein bestimmter Durchmesser in einer Bezugsebene ist und den kleinen Lichtpunktdurchmesser über den Arbeitsbereich erhält.
- 7. Handabtaster nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß die Laserlichtquelle eine Halbleiterlaserdiode (200) ist. - 8. Handabtaster nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet , die Laserdiode eine längliche Laserstrahlauslaßöffnung zur Erzeugung eines Laserstrahls hat, dessen achsnormale Querschnittsfläche eine längliche Gestalt hat, und daß die Abtast- bzw. Auslenkeinrichtung (68) den länglichen Abtastpunkt derart über das Strichgutsymbol auslenkt, daß die Längsrichtung des Abtastpunktes senkrecht zur Abtast- bzw. Auslenkrichtung verläuft. - 9. Handabtaster nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß die Ablenkvorrichtung einen Hochgeschwindigkeitsabtastmotor (68) mit einer Drehschwingungen ausführenden Abtriebswelle (72) aufweist, daß eine lichtreflektierende Einrichtung (76) auf der Abtriebswelle befestigt und innerhalb des Lichtweges angeordnet ist, daß eine MotorSteuereinrichtung zum Antrieb des Motors vorgesehen ist, daß dieser Drehschwingungen in einer bestimmten zyklischen Weise in gegenläufigen Richtungen über einen Bogen von weniger als 360° aber über das Bildfeld, das sich über den Strichcode hinwegerstreckt, ausführt. - 10. Handabtastgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastmotor (68) einen mit der Abtriebswelle (72) betrieblich verbundenen Rotor und ein Paar Statorwicklungen aufweist, daß(140) die Motorsteuerung eine Bezugsspannungsg-uelle zum Aufbringen einer konstanten Gleichspannung auf eine der Statorwicklungen und eine veränderliche Einrichtung zum Aufbringen einer periodischen Spannung mit zeitveränderlicher Amplitude auf die andere Statorwicklung aufweist und daß die Motorsteuerung die Abtriebswelle (72) in eine der Amplitude der periodischen Spannung entsprechende Stellung bewegt und mit einer Geschwindigkeit, welche der Änderungsgeschwindigkeit der periodischen Spannung entspricht.
- 11. Handabtaster nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die periodisch sich ändernde Spannung Abschnitte mit posi-(941tiver und negativer Neigung hat und daß die Motorsteuerung die Abtriebswelle (72; in der erforderlichen Umfangsrichtung entsprechend der Steigung der periodischen Spannung bewegt.
- 12. Handabtaster nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die periodisch sich ändernde Spannung eine Dreiecksspannungswellenform aufweist.
- 13. Handabtaster nach Anspruch 10,dadurch gekennzeichnet,(94) daß die Steuereinrichtung eine Einstelleinrichtung zur Voreinstel lung des Spannungspegels der Gleichspannung, die an die Statorwicklungen geleitet wird, aufweist.
- 14. Handabtaster nach Anspruch 10,dadurch gekennzeichnet,(94) daß die Steuereinrichtung eine mit der anderen Statorwicklung elektrisch verbundene Gegenkopplung aufweist, um die Drehschwingungen ausführende Abtriebswelle (72) mit gleichförmiger Lineargeschwindigkeit zu bewegen.
- 15. Handabtaster nach Anspruc h 9,dadurch gekennzeichnet,(94)daß die Motorsteuerung ferner eine Abstelleinrichtung (150) aufweist, mit welcher die Abtriebswelle (72) in eine Schließ- oder Absperrstellung bringbar ist, in welcher der Lichtreflektor derart steht, daß ein Durchlaß des Lichtstrahls durch die Auslaßöffnung (62) unterbunden ist.-•"-"Π COPY Λ
- 16. Handabtaster nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet ,daß der Abtast- oder Äuslenkmotor (68, 70) einen mit der Abtriebswelle (72) verbundenen Rotor und eine Statorwicklung aufweist und daß die Motorsteuerung eine periodisch sich ändernde Spannung variabler Amplitude auf die Statorwicklung und zu dessen und der Abtriebswelle Auslenkung1 gibt und daß die Abstelleinrichtung eine Abstellspannung einer größeren Amplitude als der variablen Amplitude der sich periodisch ändernden Spannung zur Auslenkung · der Abtriebswelle in eine Abschaltstellung abgibt. - 17. Handabtaster nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,daß ein Auslöser (60) im Gehäuse vorgesehen ist zur Auslösung der Auslenkeinrichtung dna zum Abtasten des Strichcodesymbols bei jeder Betätigung des Auslösers., - 18. Handabtaster nach Anspruch 17,dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser als handbetätigbafer Druckschalter ausgebildet ist und daß nach Auslösung die Abtast- oder Auslenkeinrichtung (68,7 den Strahl über den Strichcodesymbol bei jeder Betätigung des Auslösers mehrmals auslenkt.■
- 19. Handabtaster nach Anspruch 17,'. dadurch gekennzeichnet,daß der Auslöser (60) einen betrieblich mit der Laserlichtquelle(24, verbundenen Zeitgeber (152) umfaßt, der die Erzeugung eines Lichtstrahls eine bestimmte Zeitspanne nach Betätigung des Auslösers unterbricht.
- 20. Handabtaster nach Anspruch 1,■ dadurch gekennzeichnet,; daß die Abtast- oder Auslenkeinrichtung, den Laserstrahl in einer bestimmten Richtung längs des Strichcodesymbols auslenkt und das die Auslenkeinrichtung erster Miniaturauslenkeinrichtung (68)EPO COPYzur Auslenkung des Laserlichtstrahls längsweise des Symbols in bestimmter Richtung und eine zweite Miniaturauslenkvorrichtung zur Bewegung des Laserlichtstrahls in Querrichtung ortogonal zur bestimmten Richtung auslenkt.
- 21. Handabtaster nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet ,daß die erste und die zweite Miniaturauslenkvorrichtung jeweils einen Hochgeschwindigkeits-Abtast- bzw. Auslenkmotor (68> 70) mit einer Drehschwingungen ausführenden Abtriebswelle aufweist, daß Lichtreflektoren auf den Abtriebswellen innerhalb des Lichtwegs angebracht und daß die Motorsteuerung zum Drehschwingungsantrieb jedes Motors in alternierenden Umfangsrichtungen über Bögen von weniger als 360° zur Bewegung des Laser lichtstrahls sowohl in. der bestimmten als auch der dazu senkrechten Richtung ausgebildet ist. - 22. Handabtaster nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,daß der Wandler zwei im Abstand voneinander angeordnete Photo- , dioden (86, 88) zur Erzeugung eines Analogsignals aufweist, deren Aufnahmebereiche oder Bildfelder einander zum Erfassen eines vergrößerten Bildfeldes überlappen. - 23. Handabtaster nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet,daß die Signalauswerteinrichtung (102) innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und das elektrische Signal zur Gewinnung einer dem Strichcodesymbol entsprechenden Kennzahl "verarbeitet und aus dem elektrischen Analogsignal ein elektrisches Digitalsignal erzeugt. - 24. Handabtaster nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,daß eine flexible, nicht gegen Rundfunkfrequenzen abgeschirmte Leitung am Gehäuse angeschlossen ist, über die die Digitalsignale abgeleitet werden.EPO COPY f- - 25. Abtastsystem zum Erfassen von Strichcodesymbolen mit einem Handabtaster nach Anspruch 1 und einem am Körper des Benutzers tragbaren Behältnis (100) zur Aufnahme eines Miniaturdecoders(102) zum Decodieren der durch die Auswertvorrichtung gewonnenen Signale, einem Miniaturspeicher (104) zum Speichern der decodierten Daten, einer \iieder auf ladbaren Batterie (106) für die Stromversorgung und einem nichtsperrigen elektrischen Kabel (5 8), dessen eines Ende am Handabtaster (10) und dessen anderes Ende an das Behältnis (100).insbesondere eine Gürteltasche, angeschlossen ist, dessen Durchmesses etwa 6 mm beträgt und das sich selbst an den Abstand zwischen dem Behältnis und dem Handabtaster anpaßt, wenn dieser von einem Symbol zum anderen geführt wird, ohne daß dazu eine besondere Kraftanstrengung des Benutzers erforderlich ist.
- 26. Verfahren zum Erfassen von Strichcodesymbolen mit einem Handabtastsystem gemäß Anspruch '. 1 ,dadurch gekennzeichnet,daß die Abtriebswelle (72) eines Abtastmotors (68) in einer ümfangsrichtung über einen Bogenabschnitt von weniger als 360° angetrieben wird,daß anschließend die Abtriebswelle in der entgegengesetzten Richtunc über einen Bogen von weniger als 360° angetrieben wird, daß abwechselnd die beiden zuvor genannten Schritte in bestimmter zyklischer Weise wiederholt werden und
daß maneinenLichtreflektor auf eine Abtriebswelle zur Ausführung von Drehschwingungen mit dieser derart anordnet, daß ein Laserlichtstrahl auf den Reflektor fällt und wiederholt über ein Strichcodesymbol ausgelenkt wird. - 27. Verfahren zum aufeinanderfolgenden Erfassen von mit Strichcodesymbolen versehenen Objekten, von denen jedes Symbol wiederholt für aufeinanderfolgende Decodierungen mit einem Handabtast- system nach Anspruch 1 abzutasten ist,EPO COPY ißdadurch gekennzeichnet, daß manuell ein Auslöser zum wiederholten Abtasten eines Objekts das ein Strichcodesymbol trägt, betätigt wird unddaß eine Anzeige zum Anzeigen der Beendigung des wiederholten Abtastens des Objekts betätigt wird, wobei die Betätigung des Auslösers und der Anzeige voneinander getrennt definierbare Ereignisse sind, die ein Zeitintervall bestimmen, in welchem nur das Objekt wiederholt abgetastet ist.28ο Verfahren zum aufeinanderfolgenden Erfassen von jeweils ein Strichcodesymbol aufweisenden Objekten, die jeweils wiederholt bis zu einem erfolgreichen Decodieren mit einem Abtastsystem nach Anspruch 1 abzutasten sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trigger zum Auslösen des wiederholten Abtastens eines ein Strichcodesymbol aufweisenden Objekts betätigt wird,daß die erfolgreiche Abtastung des Objekts bestimmt wird unddaß das wiederholte Abtasten des Objekts nach Feststellung, daß letzteres erfolgreich decodiert wurde, beendet wird.29« Verfahren nach ..Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet , daß das wiederholte Abtasten des Objekts nach einer bestimmten Zeitspanne, innerhalb derer das Objekt nicht erfolgreich decodiert wurde, beendet wird.3Oo Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet , daß eine Anzeige zur'Anzeige der nichterfolgreichen Decodierung betätigt wird.
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