Laserviivakoodilukijan dekoodausperiaate

- Dec 11, 2018-

Laserviivakoodinlukija koostuu yleensä valonlähteestä, optisesta linssistä, skannausmoduulista, analogisesta digitaalimuunnospiiristä ja muovisesta ulkokuoresta. Kun skannataan viivakoodiryhmää, valonlähde säteilytetään viivakoodiin ja heijastunut valo kerätään linssin läpi skannausmoduuliin. Skannausmoduuli muuntaa optisen signaalin analogiseksi digitaaliseksi signaaliksi, joka voidaan lähettää tietokoneelle, mitä me haluamme. Viivakoodisisältö.

 

Tavalliset laserviivakoodinlukijat koostuvat yleensä valonlähteestä, optisesta linssistä, skannausmoduulista, analogisesta digitaalimuunnospiiristä ja muovikotelosta. Se käyttää valosähköistä elementtiä havaitun optisen signaalin muuntamiseksi sähköiseksi signaaliksi ja muuntaa sitten sähköisen signaalin digitaaliseksi signaaliksi analogisen digitaalimuuntimen kautta lähetettäväksi tietokoneelle prosessoitavaksi. Skannausmoottori on erittäin tärkeä osa skannerin sisäistä rakennetta. Markkinoilla yleisesti nähtyillä viivakoodinlukijalla on tosiasiassa erilaisia skannausmoottoreita, mutta yleiset komponentit ovat valonlähteet ja optiset linssit.

(1) Laserlähde

 

MOVPE-tekniikalla valmistetulla näkyvän valon puolijohdelaserilla on etuna alhainen virrankulutus, suora modulointi, pieni koko, kevyt paino, jähmettyminen, korkea luotettavuus ja korkea hyötysuhde. Se korvasi alkuperäisen He-Ne-laserin nopeasti, kun se ilmestyi.

 

Puolijohdelaserin lähettämä säde on ei-akselisymmetrinen elliptinen säde. Poistuvan palkin erokulma kohtisuorassa PW-liitostasoon nähden on V ⊥≈ 30 ° ja poikkeamiskulma V ‖≈ 10 ° yhdensuuntainen risteystason suuntaan. Jos käytetään tavanomaista säteen kollimaatiotekniikkaa, palkin konvergenssipisteen molemmin puolin sijaitsevat elliptisen pisteen pitkät ja lyhyet akselit vaihdetaan. Ilmeisesti tämä antaa skannerille vain pienen skannausterävyyden. Jay M. Eastman et ai. Ehdotetaan käyttämällä kuviossa 3 esitettyä säteen kollimaatiotekniikkaa tämän kytkentäilmiön voittamiseksi ja parantamaan huomattavasti skannauskentän syvyysaluetta. Tätä elliptistä sädettä voidaan käyttää vain yksilinjaisella laserskannerilla. Kun optista polkua järjestetään, pisteen ellipsin pitkän akselin suunnan tulisi olla kohtisuorassa suuntaan, johon valo skannataan. Yksirivisillä laserviivakoodiskannereilla tällaiset elliptiset täplät ovat parempia kuin alla kuvatut pyöreät pisteominaisuudet johtuen niiden herkkyydestä tulostusmelulle.

 

Täyskulmaisessa laserviivakoodilukijassa viivakoodi pyydetään joskus suuressa kallistuskulmassa, kun palkki skannaa viivakoodin. Siksi palkkipistettä ei tulisi tehdä elliptiseksi. Se on yleensä pyöristetty. Yleisesti käytetty muotoiluratkaisu on lisätä pieni pyöreä aukon rajoitin kollimoivan linssin eteen. Tätä palkkiominaisuutta voidaan arvioida hyvin pienten reikien Fresnel-diffraktioominaisuuksien avulla. Tällä ratkaisulla kenttäterävyys voi olla noin 250-300 mm vakiokokoisissa UPC-viivakoodeissa. Tämä riittää yleiseen kaupalliseen POS-järjestelmään. Se ei kuitenkaan riitä sellaisiin paikkoihin kuin lentokenttäkuljetuskuljetuslinja, jotka vaativat suuren syväterävyyden. Tällä hetkellä yleisesti käytetyllä kaaviolla on tarkoitus lisätä viivakoodisymbolin kokoa tai saada erilaisia skannaussäteitä, jotka muodostavat skannauskuvion, yhdentymään eri alueilla "monipisteisen tason" muodostamiseksi. Houkuttelevampi ratkaisu on kuitenkin käyttää erityistä optista kollimaattorielementtiä, jotta sen läpi kulkevalla valokentällä olisi erityinen jakauma ja siten erittäin pieni säteen divergenssikulma, mikä johtaisi suureen kenttäsyvyyteen.

 

(2) Optinen skannausjärjestelmä

 

Laserlähteestä lähetetyn lasersäteen on myös muodostettava skannauslinja tai skannauskuvio skannausjärjestelmän läpi. Täysin kulmassa olevat viivakood lasersivunlukijat käyttävät yleensä kahta menetelmää pyörivän prismaskannauksen ja holografisen skannauksen suhteen. Holografisilla skannausjärjestelmillä on merkittäviä etuja, kuten kompakti rakenne, korkea luotettavuus ja alhaiset kustannukset. IBM: n ensimmäisestä sovelluksesta 3687-skanneriin lähtien sitä on käytetty laajalti ja sitä päivitetään jatkuvasti. Voidaan olettaa, että sen markkinaosuus kasvaa.

 

Pyörivällä prisman skannaustekniikalla on pitkä historia ja tekniikka on suhteellisen kypsä. Se käyttää pyörivää prismaa skannaamaan palkki, ja joukko taitettuja tasopeilejä muuttaaksesi valopolkua monisuuntaisen skannausvalon saavuttamiseksi. Tällä hetkellä skannerituotteita, kuten MS-700, käytetään pyörivän prisman eri pintojen kiilakulmien tekemiseen erilaisiksi, jotta muodostuu useita skannauslinjoja yhdessä skannaussuunnassa. Monisuuntainen monilinjainen skannausvalo muodostaa erittäin tiheän skannauskuvion. Toinen etu, jonka tämä lähestymistapa voi tuoda, on lasersäteilyriskien vähentäminen.

 

Ensin ehdotettiin täyskulmaisen skannauksen käsitettä supermarketin nopeuden parantamiseksi, ja vastaava UPC-viivakoodi suunniteltiin. Täysikulmainen skannaus on jo mahdollista UPC-koodin kahden skannaussuunnan "X" -skenauskuvalle. Skannaustekniikan kehittyessä, viivakoodisovelluskenttien laajentuessa ja kiireellisessä tarpeessa parantaa automatisointiastetta, täyskulmaisen skannauksen käsite on nyt laajennettu muihin koodijärjestelmiin, kuten 39 koodiin ja 25 koodiin. Näiden koodien viivakoodileveys ja -leveys ovat suhteellisen pienet, ja täyskulman skannauksen saavuttamiseksi tarvitaan paljon enemmän skannaussuuntanumeroita. Tätä tarkoitusta varten on pyörivän prisman lisäksi lisättävä toinen liikkuva elementti, kuten esimerkiksi kuvan 4 taitetun tason peilin pyöritys ja vastaavat.

 

Kädessä pidettävissä yksirivisissä skannerissa on monia vaihtoehtoja säteen skannaamiseen alhaisen skannausnopeuden ja pienen skannauskulman takia. Pyörivien prismien ja peilien lisäksi palkki skannataan monilla liikkuvan optiikan komponenteilla. Säteen skannaus saavutetaan siirtämällä puolijohdelaseria, liikkuvaa kollimoivaa linssiä tai vastaavaa. Voimakomponentit, jotka tuottavat näitä liikkeitä, voivat olla tasavirtamoottorin lisäksi pietsosähköisiä keraamisia ja sähkömagneettisia keloja. Näiden tehokomponenttien etuna on, että ne ovat vähemmän alttiita vaurioille, pitkä käyttöikä ja helppo käyttö, ja niiden odotetaan olevan asennettu.

 

(3) Valoa vastaanottava järjestelmä

 

Skannauspalkki on hajallaan sen jälkeen, kun se on sattunut viivakoodisymboliin, ja vastaanottava järjestelmä vastaanottaa tarpeeksi hajavaloa. Täyskulmaisissa laserviivakoodiskannerissa käytetään yleisesti paluun vastaanotto -järjestelmää. Tässä konfiguraatiossa vastaanotetun säteen pääoptinen pääakseli on poistosäteen akseli. Siten hajallaan oleva piste on aina vastaanottojärjestelmän akselilla. Tämän rakenteen hetkellinen näkökenttä on erittäin pieni, mikä voi parantaa huomattavasti signaali-kohinasuhdetta ja parantaa myös viivakoodisymbolien spekulaarisen heijastuksen vaimennusta, ja myös vastaanottavalle linssille asetetut vaatimukset ovat alhaiset. Lisäksi se pienentää vastaanottimen herkkää pintaa. Nopeat optoelektroniset vastaanottimet eivät yleensä ole herkkiä, ja vastaanottimet, joilla on pienet herkät alueet, ovat myös halvempia, joten tämä on myös tärkeää. Sen haittana on, että se tuottaa vinjettiilmiön, kun skannauspalkki sijaitsee skannausjärjestelmän kunkin komponentin reunalla. Vinjetin minimoimiseksi tarvittavien rakenteellisten toimenpiteiden toteuttamisen lisäksi huonojen ominaisuuksien skannauskulma olisi myös hylättävä.

 

Optista automaattista vahvistuksenohjausjärjestelmää käytetään myös yleisesti täyskulmaisissa viivakoodiskannereissa, jotta vastaanotetun signaalin valon voimakkuus ei muutu viivakoodisymbolin etäisyyden kanssa. Tämä voi vähentää signaalin dynaamista aluetta ja helpottaa myöhempää käsittelyä.

 

Kämmentietokoneella varustetulla laserviivakoodilukijalla on hidas skannausnopeus ja matala signaalitaajuus. Matalalla vastetaajuudella varustetulla vastaanottimella, kuten piivalokuvakennolla, on suuri herkkä alue, ja tällä matalataajuisella järjestelmällä on myös helppo saavuttaa korkea signaali-kohinasuhde. Siksi edellä kuvatun paluun vastaanottojärjestelmän lisäksi voidaan ottaa käyttöön muitakin järjestelyjä. Esimerkiksi lähtevä lasersäde voidaan moduloida suhteellisen korkealla taajuudella hyödyntämällä puolijohdelaserin helppoa modulointia. Sitten sähköisessä signaalinkäsittelyssä synkronista vastaanottovahvistustekniikkaa käytetään viivakoodisignaalin poistamiseen. Niin kauan kuin modulaatiotaajuus on paljon suurempi kuin viivakoodisignaalin taajuus, sen aiheuttama viivakoodin leveysvirhe on merkityksetön. Synkronisella vastaanottotekniikalla on erittäin korkea kohinanvaimennuskyky, joten vastaanottamiseen palauttamista ei tarvitse käyttää. Tämä antaa huomattavan joustavuuden optisen vastaanottojärjestelmän järjestelyille. Tämä joustavuus mahdollistaa paremman suorituskyvyn joillakin lukijan ominaisuuksilla. Esimerkiksi paluuta vastaanottamiseen -järjestelmässä liikkuva komponentti on myös olennainen osa vastaanottavaa järjestelmää, edellyttäen, että sillä on tietty aukon koko sen varmistamiseksi, että riittävä signaalivalo vastaanotetaan. Kuitenkin, jos liikkuvalla elementillä on vain lähtevän säteen skannaus, se voidaan tehdä pieneksi. On selvää, että pienet liikkuvat elementit ovat erittäin edullisia voimakomponenttien valinnalle, parantavat käyttöikää ja luotettavuutta.

 

(4) Valosähköinen muuntaminen, signaalin vahvistus ja muotoilu

 

Vastaanotettu optinen signaali on muutettava valosähköisen muuntimen avulla sähköiseksi signaaliksi. Viivakoodisignaalin taajuus täyskulman laserviivakoodilukijassa vaihtelee muutamasta megahertsistä useisiin kymmeniin megahertseihin. Tällaiset korkeat signaalitaajuudet vaativat optoelektrisen muuntimen käyttämään lumivyörypododia (APO) tai PIN-fotodiodia, jolla on korkea taajuusvastekyky. Täyskulmaisia laserviivakoodilukijaa käytetään yleensä jatkuvasti pitkään. Käyttäjien turvallisuuden vuoksi laserlähteen on emittoitava vähemmän energiaa. Siksi viimeksi vastaanotettu energia on erittäin heikko. Korkeamman signaali-kohinasuhteen (joka määritetään bittivirhesuhteen) saamiseksi käytetään yleensä matalan kohinan diskreettiä komponenttia muodostamaan esivahvistinpiiri signaalin vahvistamiseksi pienellä kohinalla.

 

Kädessä pidettävän pistoolityyppisen laserviivakoodilukijan signaalitaajuus on useista kymmenistä kilohertseistä useisiin satoihin kilohertseihin. Piivalokuvakennoja, fotodiodeja ja valotransistoreita käytetään yleensä valosähköisiksi muuntolaitteiksi. Kädessä pidettävä pistoolityyppinen viivakoodiskanneri emittoi suhteellisen suurta valon energiaa ja sillä on matala signaalitaajuus. Lisäksi, kuten yllä on kuvattu, voidaan käyttää myös synkronista vahvistustekniikkaa. Siksi sen vaatimukset elektronisten komponenttien ominaisuuksille eivät ole kovin korkeat. Lisäksi, koska signaalin taajuus on alhainen, automaattinen vahvistuksen ohjauspiiri voidaan toteuttaa helpommin.

 

Reunan epäselvyyden vuoksi viivakooditulostuksessa, mikä tärkeämpää skannauspisteen rajoitetun koon ja elektronisen piirin alipäästöominaisuuksien vuoksi, tuloksena olevat signaalin reunat hämärtyvät, joita yleisesti kutsutaan "analogisiksi sähköisiksi signaaleiksi". Tämä signaali on myös palautettava reunalle mahdollisimman tarkasti muotoilupiirin avulla, jotta siitä tulisi sitä, jota yleisesti kutsutaan "digitaaliseksi signaaliksi". Samoin kädessä pidettävissä pistooliskannereissa on alhaisemman signaalitaajuuden vuoksi enemmän tilaa muotoilumuotojen valinnalle.

 

Edellä esitetystä tilanteesta voidaan nähdä, että korkea signaalitaajuus aiheuttaa teknisiä vaikeuksia ja kustannusten nousua. Täyskulmaisella laserviivakoodilukijalla, jolla on tietty lukutaito, sen datanopeus R on verrannollinen n / (H × Cos α - W × sin α ). Missä n on skannaussuuntien lukumäärä, H ja W ovat vastaavasti viivakoodisymbolin korkeus ja leveys, ja α on kulma-arvo, jolla viivakoodisymboli on epäsuotuisin skannaamiseen ja skannaukseen, ja se on jakautunut tasaisesti jokaiselle skannausviiva α = π / 2n, jos n = 2, α on 45 ° . Tämän kaavan avulla voimme arvioida kaavion vasemman ja oikean puolen skannaamiseksi ja UPC-koodin silmukoimiseksi. Kun n on 3, datanopeus on alhaisin. Koko viivakoodi luetaan, ja datanopeus on pienin, kun n on 5. Tämä on otettava huomioon skannausjärjestelmää suunniteltaessa.

 

Lisäksi pienen nopeuden skannausmoduulit voidaan myös yhdistää yhdeksi ryhmäksi viivakoodin suorituskyvyn täyskulman nopean skannauksen aikaansaamiseksi. On selvää, että tämä ratkaisu soveltuu paremmin käytettäväksi putkistojen sovelluksissa.

 

(5) Koodaus

 

Sen jälkeen kun muotoiltu sähköinen signaali on kvantisoitu, dekoodausyksikkö dekoodaa sen sisältämän informaation. Koska täyskulmaisella viivakoodiskannerilla on korkea datanopeus ja suurin osa saaduista ovat ei-viivakoodisignaaleja ja epätäydellisiä viivakoodisignaaleja, dekooderin on kyettävä tunnistamaan kelvolliset viivakoodisignaalit automaattisesti. Siksi sillä on paljon korkeammat vaatimukset dekoodausyksikölle, edellyttäen, että dekoodausyksiköllä on erittäin korkea tietojenkäsittelykyky ja suuri tiedonsiirtonopeus. Tällä hetkellä ohjelmistojen ja laitteistojen yhdistelmä on laajalti omaksuttu. UPC- ja EAN-koodeilla dekooderissa on myös automaattinen ompelutoiminto vasemmalle ja oikealle koodisegmentille. Tämä ommel voi kuitenkin ommella vasemman ja puolikkaan kahdesta eri viivakoodista. Pariteetti ja tarkistusnumerot eivät takaa, että näin ei tapahdu. Skannaustekniikan kehittyessä skannerin skannaussuuntien lukumäärää ja skannausnopeutta lisätään, tämä koodisegmentin liitostoiminto ei ole kovin välttämätön. Monien yritysten tuotteissa on kytkin, jonka avulla käyttäjät voivat valita tämän ominaisuuden.

Lisätietoja laserviivakoodilukijasta saat verkkosivustoltamme, niin saat lisätietoja