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帶你認識激光條碼掃描器

帶你認識激光條碼掃描器

摘要:激光條碼掃描器由激光源、光學掃描、光學接納、光電轉換、信號放大、整形、量化和譯碼等局部組成。激光條碼掃描器由于其獨有的大景深區域、高掃描速度、寬掃描范圍等突出優點得到了普遍的運用

激光條碼掃描器由于其獨有的大景深區域、高掃描速度、寬掃描范圍等突出優點得到了普遍的運用。另外,激光全角度條碼掃描器由于可以高速掃描識讀恣意方向經過的條碼符號,被大量運用在各種自動化水平高、物流量大的范疇。

激光條碼掃描器由激光源、光學掃描、光學接納、光電轉換、信號放大、整形、量化和譯碼等局部組成。下面將細致討論這些組成局部。


(一)激光源

激光源采用MOVE(金屬氧化物氣相外延)技術制造的可見光半導體激光用具有低功耗、可直接調制、體積小、重量輕、固體化、牢靠性高、效率高等優點。它一出現即快速替代了原來運用的He-Ne激光器。

半導體激光器發出的光束為非軸對稱的橢圓光束。出射光束垂直于-W結面方向的發散角V⊥≈30°,平行于結面方向的發散角V‖≈10°。如采用傳統的光束準直技術,光束集聚點兩邊的橢圓光斑的長、短軸方向將會發作交流。顯然這將使掃描器只要小的掃描景深。JayM.Eastman等提出采用光束準直技術,克制了這種交流現象,大大地進步了掃描景深范圍。這種橢圓光束只能應用在單線激光掃描器上。布置光路時,應讓光斑的橢圓長軸方向與光線掃描方向垂直。關于單線掃描識讀器,這種橢圓光斑由于對印刷噪聲的不敏理性,將比下面所說的圓形光斑特性更好。

關于全角度條碼掃描器,由于光束在掃描條碼時,有時以較大傾斜角掃過條碼。因而,光束光斑不宜做成橢圓形。通常都將它整構成圓形。目前常用的整形計劃是在準直透鏡前加一小圓孔光闌。此種光束特性可用小孔的菲涅耳衍射特性來很好地近似。采用這種計劃,關于規范尺寸UC條碼,景深能做到大約250mm到300mm。這關于普通商業OS系統曾經足夠了。但對如機場行李保送線等請求大景深的場所,就顯得不夠了。目前常用的計劃是增大條碼符號的尺寸或使組成掃描圖案的不同掃描光線集聚于不同區域構成“多焦面”。但是更有吸收力的計劃是采用特殊的光學準直元件,使經過它的光場具有特殊的散布從而具有極小的光束發散角,得到較大的景深。


(二)光學掃描系統

從激光源發出的激光束還需經過掃描系統構成掃描線或掃描圖案。全角度條碼掃描器普通采用旋轉棱鏡掃描和全息掃描兩種計劃。全息掃描系統具有構造緊湊、牢靠性高和造價低廉等顯著優點。自從IBM公司在3687型掃描器上首先應用以來得到了普遍的應用,且不時新陳代謝。能夠意料,它所占的市場份額將會越來越大。

旋轉棱鏡掃描技術歷史較長久,技術上較成熟。它應用旋轉棱鏡來掃描光束,用一組折疊平面反射鏡來改動光路完成多方向的掃描光線。目前運用較多的MS-700等掃描器產品還使旋轉棱鏡不同面的楔角不同而構成一個掃描方向上有幾條掃描線。由多向多線的掃描光線組成一個高密度的掃描圖案。這種辦法可能帶來的另一個益處是可使激光輻射危害減輕。

全角度掃描這個概念最早是為了加快超級市場的流通速度而提出的,并設計了與之相應的UC條碼。關于UC碼兩個掃描方向的“X”掃描圖案就已能完成全角度掃描。隨著掃描技術的開展,條碼應用范疇的拓寬以及進步自動化水平的迫切需求,如今正在把全角度掃描這個概念推行到別的碼制,如39碼、交插25碼等。這些碼制的條碼高寬比擬小,為了完成全角度掃描將需求多得多的掃描方向數。為此除旋轉棱鏡外還將需求增加另一個運動元件,例如旋轉圖4中的折疊平面鏡組等。

手持單線掃描器由于掃描速度低、掃描角度較小等緣由,能用來完成光束掃描的計劃就很多。除采用旋轉棱鏡、擺鏡外,還能經過運動光學系統中的很多部件來到達光束掃描。如經過運動半導體激光器、運動準直透鏡等來完成光束掃描。而產生這些運動的動力元件除直流電機外,還能夠是壓電陶瓷和電磁線圈等。這些動力元件具有不易損壞、壽命長和運用便當等優點,估量亦將會得到一定的應用。


(三)光接納系統

掃描光束射到條碼符號上后被散射,由接納系統接納足夠多的散射光。在激光全角度掃描器中,普遍采用回向接納系統。在這種構造中,接納光束的主光軸就是出射光線軸。這樣,散射光斑一直位于接納系統的軸上。這種構造的瞬時視場極小,能夠極大地進步信噪比,還能進步對條碼符號鏡面反射的抑止才能,并且對接納透鏡的請求亦很低。另外,它還能使接納器的敏感面較小。高速光電接納器敏感面積普通都不大,而且小敏感面積的接納器本錢亦較低,所以這一點也是很重要的。它的缺陷是當掃描光束位于掃描系統各元件邊緣時要產生漸暈現象。除了從構造上采取措施盡量減小漸暈外,還應舍棄特性太差的掃描角度。

全角度掃描器中還普遍采用光學自動增益控制系統,使接納到的信號光強度不隨條碼符號的間隔遠近而改動。這能夠減少信號的動態范圍,有利于后續處置。

手持槍式掃描器具有掃描速度較慢、信號頻率較低等特性。而低響應頻率的接納器如硅光電池具有較大的敏感面積,并且這低頻系統也容易到達較高的信噪比。因而,除可采用上述回向接納計劃外還能夠采取別的計劃。例如可應用半導體激光器的易調制性,將出射激光束以某一較高頻率調制。然后,在電信號處置時再采用同步接納放大技術取出條碼信號。只需調制頻率遠大于條碼信號頻率,它所帶來的條碼寬度誤差將可疏忽不計。

同步接納技術具有極高的抑止噪聲才能,因而就不一定采用回向接納構造。這樣就會給光學接納系統的布置上帶來相當的靈敏性。應用這種靈敏性就能使識讀器某些方面的性能得以進步。例如在回向接納計劃中,運動元件亦是接納系統的組成局部,請求它具有一定的孔徑大小以保證接納到足夠多的信號光。但是,假如運動元件僅僅起掃描出射光束的作用,就能夠做得很小。顯然小的運動元件無論關于選擇動力元件還是進步壽命、牢靠性都是極為有利的。


(四)光電轉換、信號放大、整形、量化

光電轉換、信號放大及整形接納到的光信號需求經光電轉換器轉換成電信號。全角度條碼掃描器中的條碼信號頻率為幾兆赫到幾十兆赫。這么高的信號頻率請求光電轉換器運用具有高頻率響應才能的雪崩光電二極管(AO)或IN光電二極管。全角度條碼掃描器普通都是長時間連續運用,為了運用者平安,請求激光源出射能量較小。因而最后接納到的能量極弱。為了得到較高的信噪比(這由誤碼率決議),通常都采用低噪聲的分立元件組成前置放大電路來低噪聲地放大信號。手持槍式掃描器的信號頻率為幾十千赫到幾百千赫。普通采用硅光電池、光電二極管和光電三極管作為光電轉換器件。手持槍式掃描器出射光能量相對較強,信號頻率較低,另外,如前所說還可采用同步放大技術等。因而,它對電子元器件特性請求就不是很高。而且由于信號頻率較低,就能夠較便當地完成自動增益控制電路。由于條碼印刷時的邊緣含糊性,更主要是由于掃描光斑的有限大小和電子線路的低通特性,將使得到的信號邊緣含糊,通常稱為“模仿電信號”。這種信號還須經整形電路盡可能精確地將邊緣恢復出來,變成通常所說的“數字信號”。同樣,手持槍式掃描器由于信號頻率低,在選擇整形計劃上將有更多的余地。

從上面所說的狀況中,我們能夠看到高信號頻率帶來了技術上的很大艱難和本錢上的進步。條碼機關于具有一定識讀才能的全角度掃描識讀器,它的數據率正比于n(H×Cosα-W×sinα)。其中,n為掃描方向數,H、W分別為條碼符號的高度、寬度,α為條碼符號相對掃描圖案處于最不利于掃描識讀時的角度值,關于各掃描線平均散布的狀況απ2n,如n2時α為45°由這個式子我們可預算關于UC碼,假如采用掃描左半部和右半部并停止拼接的計劃,n為3時數據率最低,關于完整貫串整個條碼才識讀的計劃,n為5時數據率將最低。在設計掃描系統時需對此予以思索。另外,也能夠采用低速的掃描模塊組合成一個陣列來到達全角度高速掃描條碼的性能。顯然,這種計劃較宜應用于流水線場所中。


(五)譯碼

整形后的電信號經過量化后,由譯碼單元譯出其中所含信息。全角度條碼掃描器由于數據率高,且得到的絕大多數為非條碼信號和不完好條碼信號,譯碼器需求有自動辨認有效條碼信號的才能。因而它對譯碼單元的請求高得多,請求譯碼單元具有極高的數據處置才能和極大的數據吞吐量。

目前普遍采用軟、硬件嚴密分離的辦法。關于UC、EAN碼,譯碼器還要有左、右碼段自動拼接功用。不過這種拼接可能未來自兩個不同條碼的左半部和有半部拼接起來。奇偶性和校驗位并不能保證這種狀況一定不會發作。隨著掃描技術的開展,掃描器掃描方向數的增加和掃描速度的進步,這種碼段拼接功用就顯得不是十分必要了。不少公司的產品都提供一個開關讓用戶本人來取舍這個功用。

上面細致闡述了激光條碼掃描器的各組成局部及其單元技術,并對全角度條碼掃描器和手持槍式條碼掃描器的技術特性作了一些比擬。但是隨著激光掃描識讀技術的開展,上面所作的比照也不是絕對的,如NC公司就已將全角度掃描模塊放到手持槍式掃描器中,槍式掃描器的功用已越來越強大。激光掃描識讀技術目前開展十分迅速,各種新技術、新觀念不時呈現,有大量的工作需求條碼工作者們去做。

 

 

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