ES2297602T3 - Dispositivo de identificacion. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de identificación, en particular para la detección de códigos uni- y/o bidimensionales, localizados a una distancia variable, con un receptor de luz (3) de resolución local dispuesto en una carcasa (2), una óptica de imagen (4) asignada al mismo, dispuesta asimismo en la carcasa (2), así como un espejo reflector (7) dispuesto sobre un eje óptico (10) entre el receptor de luz (3) y la óptica de imagen (4), el cual está alojado a través de un brazo oscilante (8) en un eje de giro (9), situado en la carcasa (2), y que durante el giro modifica la distancia focal óptica efectiva de la imagen mediante una variación posicional y angular, caracterizado porque el receptor de luz de resolución local (3) está unido con el brazo oscilante (8) de tal modo, que al girar el brazo oscilante (8), la superficie fotosensible (6) del receptor de luz (3) de resolución local realiza una modificación del ángulo y de la posición.

Description

Dispositivo de identificación.

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La invención se refiere a un dispositivo de identificación, en particular un lector de códigos para la captación de códigos uni- y/o bidimensionales, localizados a una distancia variable. Para ello están dispuestos en una carcasa un receptor de luz de resolución local y una óptica de imagen asignada al mismo, la cual también se encuentra dentro de la carcasa.

En los dispositivos de identificación conocidos del estado de la técnica, la óptica de imagen origina en un plano focal una reproducción del código existente en el plano del objeto. En este plano focal se encuentra el receptor de luz de resolución local, el cual contiene varios píxeles receptores de luz, dispuestos en forma de líneas o matrices.

Los diferentes contrastes existentes en el código y, por consiguiente, también en la reproducción del código, generan en los distintos píxeles receptores de luz corrientes fotoeléctricas diferentes, a partir de las cuales se puede identificar entonces el código a través de un procesamiento de la señal.

Tales codificaciones son usadas en múltiples campos de aplicación, como por ejemplo para la identificación y el control de objetos individuales en la técnica del movimiento de materiales. En esto, el código no está limitado a un determinado tipo de codificación, sino que abarca todas las variantes de soportes de informaciones, reconocibles con un dispositivo de procesamiento de imagen.

En la actualidad se espera de los dispositivos de identificación eficientes que se pueda leer una cantidad de información cada vez mayor, con las superficies de codificación cada vez menores. Esto significa que se exige una alta resolución local al dispositivo de identificación. Sobre todo cuando el código se encuentra además adicionalmente dentro de un amplio campo de profundidad de medición, las exigencias respecto al dispositivo de identificación son altas. Otra de las exigencias a los dispositivos de identificación de gran rendimiento consiste en la alta calidad de lectura, la cual requiere asimismo, entre otras cosas, una óptica de imagen muy luminosa. Estas dos condiciones, es decir, un campo de medición amplio y al mismo tiempo una óptica de imagen muy luminosa, implican que el dispositivo de identificación debe ser equipado con una regulación automática de distancia.

En estos conocidos reguladores automáticos de distancia, las diferentes distancias del objeto son compensadas por la adaptación de la distancia focal óptica de la imagen, es decir, mediante la variación de la distancia entre la óptica de imagen y el receptor de luz de resolución local.

Para ello, la óptica de recepción al completo es desplazada en la mayoría de los casos en la dirección del eje óptico, mientras el receptor de luz de resolución local se halla posicionado de modo estacionario en la carcasa. La óptica de imagen, montada dentro de un portalámparas roscado, es desplazada habitualmente para ello, con la ayuda de un servomotor, mediante la rotación alrededor del eje óptico dentro de un casquillo provisto con un paso de rosca. En particular, con el uso continuado durante un período largo - considerando la vida útil de un dispositivo de identificación, éste puede estar comprendido entre 10^{7} hasta 10^{9} ciclos - tales soluciones llegan a su límite debido a las cargas originadas en la zona de los alojamientos mecánicos, o bien de las superficies de deslizamiento. Además, este proceso de enfoque necesita también, por lo general, mucho tiempo y no es capaz, por lo tanto, de reaccionar a las distancias de código que cambien rápidamente.

Del documento US 6 801 260 se conoce un dispositivo, el cual contiene un espejo reflector desplazable entre una óptica de imagen que está fija y un receptor de luz también fijo. Este espejo reflector es desplazado o bien en paralelo, o es inclinado, y además modificado a la vez en su distancia respecto a la óptica de imagen. De este modo, la distancia focal del lado de la imagen se modifica para la adaptación a las distintas distancias del objeto, de tal manera que los objetos con diferentes distancias de objeto son proyectados siempre nítidamente sobre el receptor de luz de resolución local.

No obstante, con un desplazamiento exclusivamente paralelo del espejo reflector, se modifica el punto de impacto del eje óptico sobre el receptor de luz, con la consecuencia negativa de que en el centro del receptor de luz se proyecta para cada regulación de distancia una zona distinta del objeto.

Este problema de la zona distinta del objeto en el centro sobre el receptor de luz no aparece, sin embargo, si el espejo reflector no se desplaza solamente en paralelo, sino en lugar de ello se inclina, y además al mismo tiempo se modifica en cuanto a su distancia a la óptica de imagen. De este modo es posible que el eje óptico, y con ello el mismo centro de la imagen, permanezca en el centro sobre el receptor de luz, es decir, también en las regulaciones de distancia diferentes no se proyecta sobre el receptor de luz ninguna zona distinta del objeto en el centro.

Esta ventaja de la dirección visual constante incluso con la regulación de distancia inalterada, es alcanzada sin embargo, según el documento US 6 801 260, solamente a través de un deterioro de la calidad de la imagen. La razón de ello estriba en el hecho de que con la inclinación del espejo reflector el eje óptico del haz de luz de recepción ya no confluye de manera óptima sobre el receptor de luz de resolución local. Además, la exigencia planteada bajo el concepto "regla de Scheimpflug" sobre el ajuste del plano de la imagen, del objeto y de la reproducción de la imagen, ya no se cumple con ello dentro del campo de regulación de la distancia, con la consecuencia de que aparecen defectos de la reproducción de la imagen (distorsiones).

Tales defectos de imagen reducen la resolución local de los dispositivos de identificación y son, por tanto, no deseados.

La invención tiene como objetivo crear un dispositivo de identificación, con regulación automática de la distancia, que para la identificación óptima de los objetos sea capaz de realizar una adaptación de la distancia, que pueda fabricarse a un precio razonable, que pueda reaccionar rápidamente y sea resistente al desgaste a distintas distancias del objeto, y que corrija además lo mejor posible los defectos ópticos de la imagen.

Este objetivo se alcanza, según la invención, con las características de la reivindicación 1.

Las realizaciones y los perfeccionamientos apropiados están caracterizados en las reivindicaciones subordinadas.

La invención propone, para la solución de esta regulación de distancia, que el dispositivo de identificación tenga en la carcasa un receptor de luz de resolución local, el cual lleve asignada una óptica de imagen dispuesta asimismo dentro de la carcasa. Entre la óptica de imagen y el receptor de luz se halla un espejo reflector. El espejo reflector se apoya, a través de un brazo oscilante, en un eje de giro situado en la carcasa, de modo que con el giro del brazo oscilante, a través de la variación de la posición y del ángulo, se modifica la distancia focal óptica eficaz de la imagen. Conforme a la invención, el receptor de luz de resolución local está unido además de tal manera con el brazo oscilante, que cuando gira el brazo oscilante la superficie fotosensible del receptor de luz de resolución local también efectúa un cambio de ángulo y posición. De esto modo se consigue, mediante el giro del brazo oscilante, el que, incluso con una distancia focal variable, el eje óptico permanezca en lo posible en el centro del receptor de luz. Al mismo tiempo se inclina el receptor de luz de tal manera que la superficie del receptor de luz se sitúa prácticamente perpendicular al eje óptico del haz de luz incidente, con lo cual se evitan, por ejemplo, distorsiones en la proyección del objeto sobre el receptor de luz. Según la invención es posible además, que el ángulo entre la superficie del receptor de luz y el eje óptico de la luz incidente pueda tomar, en función del giro del brazo oscilante, una dirección definida y distinta del ángulo recto. Esto representa una ventaja cuando tienen que proyectarse objetos cuyo plano del objeto presenta asimismo una orientación definida distinta del ángulo recto respecto al eje óptico.

En una realización ventajosa está previsto que el receptor de luz vaya colocado sobre un soporte básico y que este soporte básico se aloje en uno de sus extremos en un eje de giro, situado en la carcasa, mientras el extremo móvil del soporte básico está unido con unión positiva de forma con el brazo oscilante. Con esto se consigue, según la invención, que la variación espacial del receptor de luz pueda seguir una trayectoria independiente en su movimiento, la cual, sin embargo, esté en relación fija con el movimiento del brazo oscilante.

En una realización ventajosa está previsto que la unión positiva de forma esté realizada mediante un elemento mecánico de acoplamiento. El elemento mecánico de acoplamiento va unido por un lado mediante un cojinete giratorio con el soporte básico y en por otro lado está unido con el brazo oscilante, también mediante un cojinete giratorio. El plano de la trayectoria del movimiento puede determinarse, según la invención, de forma relativa respecto al movimiento de giro del brazo oscilante a través de la longitud del elemento de acoplamiento y a través de la ubicación del cojinete giratorio sobre el cuerpo base, o bien sobre el brazo oscilante.

Dado que ambos cojinetes giratorios para la unión del elemento de acoplamiento con el soporte básico y el brazo oscilante solamente se accionan dentro de un campo angular limitado de giro, los cojinetes giratorios pueden ser sustituidos por una banda plana flexible de resorte. Con ello se obtiene un funcionamiento de los cojinetes giratorios muy bien definido y sin holgura, que asegura un movimiento de giro estable y resistente al desgaste, incluso durante períodos de tiempo más largos, y que garantiza además una transmisión del calor entre el soporte básico y la carcasa.

Según la invención también esta previsto que el soporte básico sea a la vez una placa de circuitos impresos sobre la cual vaya montado el receptor de luz y en su caso también otros elementos electrónicos. Especialmente cuando el ángulo de giro para el receptor de luz es pequeño, el tablero de circuitos impresos puede asumir también, debido a las características de su material, la función de la banda de resorte. El soporte básico puede ser también, sin embargo, un tablero compacto de circuitos impresos que tenga una zona del tablero de circuitos impresos rígida y no flexible, a la que siga una zona semiflexible. En la zona rígida del tablero de circuitos impresos van dispuestos el receptor de luz de resolución local y, si fuera necesario, otros componentes electrónicos, mientras que la zona flexible contiene los medios para la transmisión de las líneas eléctricas de alimentación y señalización, y realiza a la vez la función de la banda de resorte, conforme al alojamiento ya descrito. Con esta forma de realización, según la invención, se puede fabricar el cuerpo base, incluido el cojinete giratorio, a un precio muy económico.

En otra forma de realización de la invención está previsto que el soporte básico contenga una superficie contorneada, y que el soporte básico se oprima, mediante una tensión previa, sobre una superficie de contacto situada en el brazo oscilante y que acciona conjuntamente con la superficie de contorno en el cuerpo base. A través de la forma de la superficie de contorno, o bien de la superficie de contacto, es posible asimismo también con ello determinar la trayectoria de desarrollo del movimiento del receptor de luz respecto al movimiento de giro del brazo oscilante. Naturalmente también es posible, según la invención, que la superficie contorneada se encuentre en el brazo oscilante y la superficie de contacto vaya fijada al soporte básico. En particular, cuando el brazo oscilante y/o el cuerpo base se fabrican con una herramienta que proporcione la forma, la superficie de contorno y/o superficie de contacto se puede generar directamente, de modo que esta forma de realización presenta ventajas considerables en cuanto a los costes de fabricación frente a la variante con el elemento de acoplamiento mecánico.

Con respecto a la demanda de una regulación rápida y sin desgaste de la distancia es especialmente ventajoso, según la invención, que sea necesaria solamente una magnitud mecánica de ajuste para el movimiento del brazo oscilante y del cuerpo base, es decir, del receptor de luz. Esto significa que el esfuerzo necesario para la regulación de la distancia se puede realizar economizando espacio y de forma económica.

Otras formas de realización de la invención se mencionan en las reivindicaciones subordinadas.

La invención se describe a continuación, a modo de ejemplo, en las figuras 1 y 2, en las que se muestra, respectivamente, una vista lateral esquemática de una forma de realización de un dispositivo de identificación, según la invención, con una regulación de la distancia.

En ello se muestran, en particular:

Fig. 1 la unión del brazo oscilante con el cuerpo base a través de un elemento de acoplamiento mecánico.

Fig. 2 la unión del brazo oscilante con el cuerpo base a través de una superficie de contorno y una superficie de contacto que actúa conjuntamente con la misma.

En la fig. 1 se representa, a modo de ejemplo, el dispositivo de identificación como lector de códigos 1. El lector de códigos 1 contiene en una carcasa 2 un receptor de luz 3 de resolución local. Este receptor de luz 3 de resolución local puede estar configurado, para el registro de un código unidimensional, por ejemplo, como una línea CCD o línea CMOS. Con el uso del lector de códigos para el registro de informaciones bidimensionales, el receptor de luz 3 de resolución local es entonces, por ejemplo, una superficie CCD o una superficie CMOS.

Asimismo, en la carcasa 2 va instalada una óptica de reproducción que proyecta una reproducción de un objeto 5_{0} sobre la superficie 6 del receptor de luz 3 de resolución local.

Dependiendo de las condiciones de aplicación y de la función asignada al lector de códigos, el objeto 5_{0} es iluminado adicionalmente por un dispositivo de iluminación, no representado en la fig. 1. Este dispositivo de iluminación, que está provisto de una o varias fuentes luminosas, puede estar integrado en el lector de códigos 1, o bien puede estar ejecutado como una unidad de iluminación externa independiente.

Entre la óptica de imagen 4 y el receptor de luz 3 está dispuesto un espejo reflector 7 sobre un eje óptico 10. El espejo reflector 7 está apoyado con un brazo oscilante 8 en un eje giratorio 9, situado en la carcasa 2. El espejo reflector 7 mostrado en la fig. 1 está situado a aprox. 45º en posición oblicua respecto al rayo de luz incidente. El espejo reflector 7 desvía la dirección del rayo incidente en aprox. 90º en dirección del receptor de luz 3. Según las condiciones de imagen ópticas, la óptica de imagen 4 crea una reproducción de un objeto 5_{0}, que se encuentra a una distancia definida del objeto a_{0} por delante del dispositivo 1 de identificación, sobre la superficie 6 del receptor de luz 3, el cual se encuentra a la distancia correspondiente de la imagen por detrás de la óptica de imagen 4.

Si la distancia del objeto varía de a_{0} a a_{1}, o bien a_{2}, tiene que girarse el brazo oscilante 8 en el eje de giro 9 en un ángulo \alpha para proyectar nuevamente una imagen exacta del objeto 5_{1}, o bien 5_{2}, sobre la superficie 6 del receptor de luz 3 de resolución local.

Para el movimiento del brazo oscilante 8 existe un actor 12 lineal en la carcasa 2, el cual está unido con el brazo oscilante 8 a través de una biela 11 móvil. El actor 12 es capaz, por lo tanto, de girar el brazo oscilante 8, y con ello el espejo reflector, alrededor del eje de giro 9. Junto al actor 12 representado simbólicamente en la fig. 1, son posibles también otros actores para el movimiento del brazo oscilante. De este modo se puede colocar, por ejemplo, en el eje de giro 9 un actor circular en forma de un motor de paso a paso. Fundamentalmente también son posibles bobinas móviles magnéticas, cilindros neumáticos e hidráulicos, etc. para el movimiento del brazo oscilante. Como muestra además la fig. 1, el receptor de luz 3 está colocado sobre un lado de un cuerpo base 13. El otro lado del cuerpo base 13 está bloqueado en la carcasa 2 a través de un apoyo 14. Según se muestra en la fig. 1, a modo de ejemplo, el cuerpo base 13 está unido para este fin con el apoyo 14 a través de una banda de resorte 15.

En una forma de realización especial, el cuerpo base 13 puede ser directamente un tablero de circuitos impresos, sobre el cual están colocados, aparte del receptor de luz 3, otros elementos constructivos electrónicos, no representados en la fig. 1. La función de la banda de resorte 15 puede realizarla en ese caso el propio tablero de circuitos impresos o una zona semiflexible adyacente a la zona rígida del tablero de circuitos impresos, que contenga al mismo tiempo los medios para la transmisión de las líneas eléctricas de alimentación y señalización.

El cuerpo base 13 está unido también con el brazo oscilante 8 a través de un elemento de acoplamiento mecánico 16. Esta unión está realizada mediante dos cojinetes giratorios 17 y 18, según se muestra en la fig. 1. Naturalmente, también aquí es posible que estos cojinetes estén realizados, de forma análoga a la forma de realización anteriormente descrita, mediante una banda de resorte fijada a ambos lados. Si se gira el brazo oscilante 8, según lo anteriormente descrito, debido a la variación de la distancia de un objeto, el receptor de luz 3 se mueve entonces sobre una trayectoria circular alrededor del cojinete 14, modificándose la superficie 6 del receptor de luz 3 en un ángulo \beta. En función de la disposición espacial de los cojinetes 9 y 14, así como del dimensionado y posicionamiento del elemento de acoplamiento mecánico 16, se consigue que el eje óptico 10 incida siempre casi verticalmente, o bajo un ángulo de-
finido y en lo posible axialmente, sobre el receptor de luz 3, también en las distintas posiciones del espejo reflector 7.

En el dispositivo de identificación representado en la fig. 2, la unión positiva de fuerza del cuerpo base 13 con el brazo oscilante 8 está realizada de tal modo, que en el cuerpo base 13 va fijada una superficie contorneada 20, la cual actúa conjuntamente con una superficie de contacto 21, situada en el brazo oscilante 8. Esta superficie de contacto 21 puede presentar en este caso distintas formas de realización, como por ejemplo, la forma de un perno o de un cojinete giratorio. Para que la superficie contorneada 20 esté siempre unida sin holgura a la superficie de contacto 21 correspondiente, existe un resorte de compresión 22, tensado previamente, que actúa sobre el cuerpo base 13. Lógicamente, según la invención es posible también que la superficie de contorno 20 esté situada en el brazo oscilante 8 y que la superficie de contacto 21 vaya fijada al soporte básico. A través de la forma de la superficie de contorno 20, o bien de la superficie de contacto 21, así como a través del posicionamiento de las mismas tanto sobre el brazo oscilante 8 como sobre el cuerpo base 13, es posible determinar de forma relativa la trayectoria de desplazamiento del movimiento del receptor de luz respecto al movimiento de giro del brazo oscilante. Con esto también es posible preestablecer la trayectoria de desplazamiento del movimiento del receptor de luz 3, es decir, crear un ángulo recto o uno definido divergente del mismo, respecto al eje óptico 10. Con ello es posible asimismo, facilitar las modificaciones geométricas necesarias en el espejo reflector 7 y en el receptor de luz 3 para una imagen óptima, en función de la distancia a_{0} correspondiente del objeto.

Claims (15)

1. Dispositivo de identificación, en particular para la detección de códigos uni- y/o bidimensionales, localizados a una distancia variable, con un receptor de luz (3) de resolución local dispuesto en una carcasa (2), una óptica de imagen (4) asignada al mismo, dispuesta asimismo en la carcasa (2), así como un espejo reflector (7) dispuesto sobre un eje óptico (10) entre el receptor de luz (3) y la óptica de imagen (4), el cual está alojado a través de un brazo oscilante (8) en un eje de giro (9), situado en la carcasa (2), y que durante el giro modifica la distancia focal óptica efectiva de la imagen mediante una variación posicional y angular, caracterizado porque el receptor de luz de resolución local (3) está unido con el brazo oscilante (8) de tal modo, que al girar el brazo oscilante (8), la superficie fotosensible (6) del receptor de luz (3) de resolución local realiza una modificación del ángulo y de la posición.

2. Dispositivo de identificación según la reivindicación 1, caracterizado porque el receptor de luz de resolución local (3) va situado sobre un soporte base (13) y porque el soporte base (13) está alojado en un extremo en un eje de giro (14) dispuesto en una carcasa (2), mientras el extremo móvil del soporte básico (13) está unido con el brazo oscilante (8).

3. Dispositivo de identificación según la reivindicación 2, caracterizado porque la unión está realizada mediante un elemento de acoplamiento mecánico (16).

4. Dispositivo de identificación según la reivindicación 3, caracterizado porque el elemento de acoplamiento mecánico (16) une al soporte básico (13) con el brazo oscilante (8) a dos cojinetes giratorios (17) y (18).

5. Dispositivo de identificación según la reivindicación 4, caracterizado porque los dos cojinetes giratorios (17) y (18) se componen de al menos una banda de resorte plana flexible, la cual une un extremo del elemento de acoplamiento mecánico (16) con el soporte básico (13) y el otro extremo del elemento de acoplamiento mecánico (16) con el brazo oscilante (8).

6. Dispositivo de identificación según la reivindicación 2, caracterizado porque en el soporte básico (13) va fijada una superficie contorneada (20), y que, mediante una fuerza de tensión previa, el soporte básico (13) se adhiere a una superficie de contacto (21), situada en el brazo oscilante y que actúa conjuntamente con la superficie contorneada (20) del cuerpo base (13).

7. Dispositivo de identificación según la reivindicación 2 y 6, caracterizado porque el soporte base (13) es un tablero de circuitos impresos que sostiene al receptor de luz (3) de resolución local, y si fuera necesario a otros componentes electrónicos, y que realiza a la vez la función de una banda de resorte.

8. Dispositivo de identificación según la reivindicación 2 y 6, caracterizado porque el soporte básico (13) es un tablero compacto de circuitos impresos, con una primera zona de tablero de circuitos impresos no flexible, que sostiene al receptor de luz (3) de resolución local, y si fuera necesario a otros componentes electrónicos, y que presenta, añadida a la anterior, una segunda zona semiflexible para la transmisión de las líneas eléctricas de alimentación y señalización, y que al mismo tiempo realiza la función de una banda de resorte.

9. Dispositivo de identificación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque al girar el brazo oscilante (8), la superficie fotosensible (6) del receptor de luz (3) de resolución local está alineada casi siempre perpendicularmente respecto al eje óptico (10) de la luz incidente.

10. Dispositivo de identificación según una de las reivindicaciones precedentes 1 al 8, caracterizado porque al girar el brazo oscilante (8), la superficie fotosensible (6) del receptor de luz (3) de resolución local presenta, con respecto al eje óptico (10) de la luz incidente, una referencia de ángulo definida, divergente del ángulo recto.

11. Dispositivo de identificación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque al girar el brazo oscilante (8), el eje óptico (10) de la luz incidente se proyecta casi siempre sobre el centro de la superficie fotosensible del receptor de luz (3) de resolución local.

12. Dispositivo de identificación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el espejo reflector (7) tiene un efecto óptico como colector de luz o bien de dispersión luminosa.

13. Dispositivo de identificación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el espejo reflector (7) está dispuesto dentro de la óptica de reproducción.

14. Dispositivo de identificación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la articulación giratoria (9) del brazo oscilante (8) posee al menos una banda de resorte plana flexible, la cual está unida con sus dos extremos con las piezas que han de girar respectivamente entre sí.

15. Dispositivo de identificación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la magnitud de ajuste mecánico es activable por un actor (12) lineal o circular para el movimiento del brazo oscilante (8) y del soporte base (13).