Способ считывания маркировочных меток сканером, создающим дополнительный рассеянный световой поток для расширения зоны считывания сканера

Способ считывания маркировочных меток сканером, создающим дополнительный рассеянный световой поток для расширения зоны считывания сканера

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способам считывания (сканирования) и декодирования маркировки изделий для последующей идентификации их с целью защиты изделий от подделок, подлога и фальсификации. В наносимых метках линейных штрихкодов или двумерных метках типа Data Matrix (стандарт ЕСС 200) информационная и проверочная части образуют единое кодовое слово и состоят из одинаковых по форме элементарных ячеек, расположенных внутри квадрата или прямоугольника. Нанесение малоразмерной, но высокоинформативной маркировки на поверхность изделия обеспечивает надежный путь прослеживания всего цикла производства изделия, контроля и обслуживания его в процессе эксплуатации.

Известно, что указанные метки используют для защиты и идентификации объектов с помощью скрытой маркировки, которая наносится на поверхность объекта в виде некоторого рисунка невидимой краской, которая становится видимой в ультрафиолетовых или инфракрасных лучах (патент РФ 2107945, 27.03.1998 г.) и считывается с помощью специальных устройств - сканеров.

Недостатком известного способа маркировки является то, что он не позволяет записывать идентификационную информацию, а дает только ответ, подлинный документ или нет.

Известен способ оптической маркировки музейных ценностей (патент РФ №2413989), однако при обеспечении 100% защиты музейных ценностей от подделок способ не обеспечивает декодирование двумерных штриховых кодов с высокой точностью. Так, при нанесении маркировки, например, с помощью струйного принтера на поверхность бликующих и зеркально-отражающих изделий из 10 попыток сканирования успешными оказались только 2 попытки. Для получения качественного сканирования изображения двумерного кода использовалось устройство контрастного освещения - освещение направленным световым и рассеянным световым потоками. Но данный принцип исключается при маркировке бликующих и зеркально-отражающих изделий из-за многочисленных зеркальных и фоновых бликов поверхности.

Известна также маркировка бликующих и зеркально-отражающих поверхностей изделий с нанесением штриховых кодов на диффузно-отражающий подслой, предварительно нанесенный на поверхность изделия, превосходящий по размерам двумерный штриховой код и не вступающий с ним в реакцию (см. патент РФ №2432612), и последующее считывание этих меток с помощью считывающих устройств - сканеров.

Из RU 96992 U1, 20.08.2010, известен способ считывания и декодирования штрихкодов различного типа, в том числе символьных меток прямого нанесения, с помощью портативного считывающего устройства, включающего корпус с триггерным узлом, оптическую часть, состоящую из объектива и осветительного блока, аппаратную часть и программное обеспечение, выполненное так, что оптическая и аппаратная части изготовлены таким образом, что импульсы светодиодов целеуказания осветительного блока оптической части не совпадают по времени с импульсами светодиодов подсветки, а оптимальный уровень освещения выбирается автоматически, за счет регулирования силы тока в светодиодах подсветки, при этом для освещения используются в том числе светодиоды с узким спектральным диапазоном излучения. С целью наведения сканера на штрихкод, свет от двух мощных светодиодов проходит через специальные линзы, установленные перед ними, затем через переднюю оптическую крышку и формирует на предмете два ярких пятна. Импульсы свечения светодиодов целеуказания не совпадают по времени с импульсами свечения светодиодов подсветки, поэтому их не видно на изображении штрихкода, поступающего на декодирование.

Наиболее подходящим типом освещения метки, пригодным для последующей цифровой обработки, является диффузное освещение. Конструкция оптической передней крышки сканера с незначительными энергетическими потерями пропускает свет со стороны блока освещения к предмету и отраженный от предмета свет к объективу камеры.

При считывании и декодировании символьных меток прямого нанесения (СМПН) с поверхностей, имеющих большой коэффициент отражения, при помощи существующих считывающих устройств (сканеров) имеются определенные проблемы, связанные с подбором освещенности объекта. При этом для освещения СМПН применяется только рассеянный свет.

Конструкция осветительной системы сканера состоит из двух типов источников освещения:

- рассеянный свет, исходящий изнутри цилиндрической камеры сканера;

- направленный свет, исходящий от источника света, расположенного на внешней части цилиндрической камеры.

При засветке объекта (СМПН), для считывания и декодирования поле, освещенное рассеянным светом, оказывается ограниченным внутренним отверстием кольцевой части осветительной камеры, что приводит к затруднению считывания и декодирования СМПН, соразмерных с рассеянным световым полем.

Технической задачей заявленного изобретения является повышение эффективности считывания и декодирования нанесенных меток сканером, особенно с поверхностей, имеющих большой коэффициент отражения (зеркальных и бликообразующих поверхностей), и упрощение наведения (позиционирования) сканера на метки. Поставленная техническая задача достигается способом считывания (сканирования) различных меток, таких как линейные штрихкоды или двумерные метки типа Data Matrix, нанесенных на поверхности различных изделий, с помощью сканера, создающего дополнительный рассеянный световой поток, расширяющий зону считывания сканером, включающий создание светового потока осветительным модулем сканера путем формирования потока источниками направленного и рассеянного света, при этом зона рассеянного светового потока увеличена с помощью дополнительного рассеивающего конусообразного светового кольца на сканере, а взаимодействие указанных световых потоков осуществляется по следующему алгоритму: сначала световой поток через внешние отверстия осветительной камеры сканера попадает на сканируемую поверхность, далее световой поток (поз.11 и поз.12) отражается от поверхности с меткой и попадает через оптическую систему на светочувствительный сенсор, после чего происходит сравнивание уровня освещенности одного светового поля (поз.11) с уровнем освещенности другого светового поля (поз.12), а после сравнения уровней освещенности световых полей для источников света, расположенных внутри осветительной камеры (поз.13) и снаружи осветительной камеры (поз.6), вырабатываются управляющие сигналы, необходимые для выравнивания освещенностей полученного (образовавшегося) общего светового поля (поз.12) и обеспечения высокого качества сканирования.

Итак, для решения поставленной технической задачи и достижения технического результата в заявленном способе предлагается увеличить световое поле рассеянного света за счет источников направленного света, для чего в конструкции осветительной системы заменяется внешний кольцеобразный световод с линзами на кольцеобразный световод конического сечения с рассеивающими свойствами.

Для обеспечения максимально равномерного поля рассеянного света, составленного из двух световых полей, применен специальный алгоритм управления, позволяющий достигнуть наилучших результатов при считывании и декодировании СМПН с поверхностей, имеющих большой коэффициент отражения, а также значительно упростить наведение (позиционирование) сканера на СМПН.

Используемое для осуществления заявленного способа портативное считывающее устройство (сканер) для «захвата» и декодирования, в частности, символьных меток прямого нанесения (СМПН), наносимых на отдельные детали и компоненты, с целью их идентификации и отслеживания жизненного цикла является современным мощным инструментом сбора данных. Данное устройство, имеющее систему освещения, позволяющую расширить диапазон считывания, состоит из корпуса, модуля сканирования и усовершенствованной камеры осветителя. Модуль сканирования, встроенный в корпус, имеет осветительную камеру, состоящую из двух систем освещения - внешней и внутренней, создает диффузный световой поток, подсвечивающий метки СМПН. Отраженный от поверхности, с нанесенной на ней меткой, свет через отверстие в корпусе осветительной камеры попадает на датчик, считывающий изображение метки. Усовершенствованная осветительная система с дополнительным рассеивающим конусообразным излучателем обеспечивает увеличенную область распознавания и считывания СМПН с поверхностей, обладающих различными характеристиками отражения и поглощения светового потока.

Краткое содержание изобретения (описание сущности способа)

Для решения вышеуказанной проблемы предлагается новый способ формирования внешнего рассеянного светового потока и связанный с этим алгоритм обеспечения освещения. Данное изобретение позволяет обеспечить способность сканера, для считывания линейных и двумерных меток, существенно увеличить полезную зону сканирования. Это позволит значительно повысить вероятность, качество считывания и распознавания объектов сканирования на любых типах поверхностей при их соизмеримости с обычной зоной сканирования. Алгоритм подбора необходимой комбинации освещенности направленного и рассеянного света, используемый в данном изобретении, позволяет обеспечить высокое качество сканирования линейных и двумерных меток с бликующих и зеркально-отражающих поверхностей.

В данном изобретении возможно применение нескольких типов точечных источников направленного и рассеянного света, имеющих различные излучающие оптические характеристики.

Это позволяет применять данное изобретение для распознавания и считывания меток различных типов, наносимых на поверхность невидимыми в обычном световом диапазоне красителями. Используемое при этом разделение во времени источников комбинированного диффузного освещения и источников прицеливания позволяет применять в качестве наведения на цель сканирования не только обычные светодиоды, но и лазерные, что, безусловно, улучшает потребительские свойства устройства считывания.

Краткое описание чертежей

Особенности изобретения, которые считаются новейшими, для лучшего понимания излагаются в сочетании с прилагаемыми чертежами. Фиг.1 является изображением сканера линейных и двумерных меток со специальным рассеивающим конусообразным кольцом, конфигурация и расположение которого обеспечивают оптимально необходимое сочетание комбинированного диффузного освещения объекта сканирования.

На фиг.2 слева изображено формирование светового пятна в области расположения сканируемой метки для существующего прототипа сканера. При этом общее световое пятно (поз.11) складывается из двух световых потоков: рассеянного (поз.7) и направленного (поз.9), и размер светового пятна при этом имеет определенные границы, связанные с конструкцией осветительного модуля. Предложенный способ увеличения размера общего светового пятна заключается в замене направленного внешнего светоизлучателя на рассеивающий (фиг.2 справа, поз.5). При таком способе существенно увеличивается размер общего светового пятна (поз.12), оставляя при этом прежними габариты осветительного модуля и не изменяя конструкции всей оптической системы прототипа. Из приведенной фиг.2 видно, что световое пятно (поз.11) существенно увеличивается (поз.12) за счет дополнительного светового поля (поз.10). Для обеспечения равномерности области сканирования метки система управления источниками света подбирает необходимое соотношение света.

Применение данного способа позволило увеличить количество удачных попыток сканирования, но не сократило количество технологических операций и расход материалов при нанесении меток на поверхность изделий.

Для доказательства соответствия предлагаемого изобретения условиям патентоспособности и промышленной применимости приводим примеры конкретного выполнения. Этими примерами не исчерпывается сущность предложенного способа по изобретению.

Пример 1

На фиг.1 и фиг.2 представлен вариант (пример) осуществления способа. На фиг.1 представлен вариант общего вида сканера с дополнительным рассеивающим конусообразным кольцом. На фиг.2 представлен осветительный модуль и схема формирования дополнительного рассеянного светового потока для расширения зоны считывания, без увеличения диаметра осветительной камеры. Сканер для считывания линейных и двумерных меток - это устройство, в состав которого входят корпус (поз.1), особый осветительный модуль (поз.3), специальная оптическая система с объективом, целеуказателем и сенсором (поз.2), конструктивно расположенные внутри корпуса, которые, взаимодействуя по уникальному алгоритму, обеспечивают уверенное считывание и распознавание объектов сканирования, находящихся в зоне сканирования.

В состав особого осветительного модуля (фиг.2) входит специальная камера (поз.4) с источниками направленного и рассеянного света (поз.6 и поз.13). Рассеянный свет формируется внутри камеры за счет многократного своего отражения от ее стенок и выходит из нее через внешнее отверстие (поз.7), попадая на объект сканирования. Направленный свет формируется на внешней стороне камеры вокруг того отверстия, через которое выходит рассеянный свет. Для формирования направленного света используются точечные источники и специальные фокусирующие линзы (поз.8), создающие направленный световой поток (поз.9). Световой поток поз.11 и поз.12 отражается от поверхности с меткой и попадает через оптическую систему на светочувствительный сенсор, после чего происходит сравнение уровня освещенности поля поз.11 с уровнем освещенности поля поз.12. На основании сравнения уровней освещенности этих двух световых полей вырабатываются управляющие сигналы для источников света, расположенных внутри осветительной камеры поз.13 и снаружи осветительной камеры поз.6, выравнивая таким образом освещенность общего светового поля поз.11 и поз.12 и обеспечивая высокое качество сканирования. Система комбинированного диффузного освещения объекта сканирования как рассеянным так и направленным светом осуществляет сканирование кодов и меток СМПН на любых типах поверхностей, включая блестящие, металлические и зеркальные поверхности.

На прозрачном и бликующем изделии, таком как ампула, предварительно нанесена штриховая метка с помощью струйного принтера. Данная метка не обеспечивает декодирование двумерного штрихового кода сканером isReader C-1, так как отсутствует ее четкое и качественное отражение (см. фиг.3).

Пример 2

Штриховая метка, нанесенная на ампулу, считывается и декодируется сканером с дополнительным рассеивающим конусообразным кольцом (см. фиг.4).

Используемые технические средства при нанесении меток и сканировании: чернильно-струйный принтер EBS-6100, Сканер символьных меток isReader С-1, фотоаппарат OLYMPUS.

Возможна комбинация использования невидимых и видимых чернил при нанесении меток на музейные экспонаты. Это служит дополнительной защитой от подделок различных музейных раритетов и антиквариата, исключает их дублирование за счет использования новейших технологий.

Таким образом, как следует из описания, при осуществлении способа по изобретению за счет, в частности, расширения зоны считывания путем формирования дополнительного рассеянного светового потока в совокупности с выбранным определенным алгоритмом взаимодействия формируемых световых потоков и другими указанными признаками достигается повышение эффективности при считывании и декодировании меток, в том числе и символьных меток прямого считывания с поверхностей, имеющих большой коэффициент отражения. Кроме того, упрощается сам процесс наведения сканера на метки.

Способ считывания (сканирования) различных маркировочных меток, таких как линейные штрих-коды или двумерные метки типа Data Matrix, нанесенных на поверхности различных изделий, с помощью сканера, создающего дополнительный рассеянный световой поток и расширяющий зону считывания сканером, включающий создание светового потока осветительным модулем сканера путем формирования потока источниками направленного и рассеянного света, при этом зона рассеянного светового потока увеличена с помощью дополнительного рассеивающего конусообразного светового кольца на сканере, а взаимодействие указанных световых потоков осуществляется с помощью следующего алгоритма - сначала световой поток через внешнее отверстие осветительной камеры сканера попадает на сканируемую поверхность, далее этот световой поток (поз.11 и поз.12) отражается от поверхности с меткой и попадает через оптическую систему на светочувствительный сенсор, после чего происходит сравнение уровня освещенности одного светового поля (поз.11) с уровнем освещенности другого светового поля (поз.12), а после сравнения уровней освещенности этих двух световых полей для источников света, расположенных внутри осветительной камеры (поз.13) и снаружи осветительной камеры (поз.6), вырабатываются управляющие сигналы, необходимые для выравнивания освещенности полученного общего светового поля (поз.12) и обеспечения высокого качества сканирования.