SU1689975A1 - Устройство дл считывани штриховых меток - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, а именно к считыванию штриховых меток с носител  информации . Цель изобретени  - повышение точности. Устройство представл ет собой сканатор, состо щий из излучател  и двух фотодиодов, диаграммы направленности которых направлены на исследуемую метку. Разностный сигнал с фотодиодов поступает одновременно на второй вход сумматора и на низкочастотный фильтр, с выхода которого сигнал с противоположной пол рностью поступает на первый вход сумматора. При перемещении сканатора возле метки на фотодиоды поступает отраженный поток излучени  от шкалы и напр жени  на фотодиодах измен ютс . В момент, когда диаграммы направленности располагаютс  симметрично с обеих сторон метки, разностный сигнал с фотодиодов равен нулю, что  вл етс  сигналом о совпадении плоскости симметрии сканатора с продольной осью симметрии метки. 6 ил. СП с

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, а именно к считыванию штриховых меток с носител  информации .

Цель изобретени  - повышение точности .

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - взаимное расположение излучател  и двух фотоприемников относительно контролируемой метки; на фиг.З - схема формировани  сигнала штриховой метки; на фиг.4 - диаграммы изменени  напр жений с фотодиодов и их суммы дл  идеального случа ; на фиг.5 - взаимное положение метки и осей диаграмм направленности; на фиг.6 - диаграммы изменени  напр жений при смещении характеристики вверх.

Устройство содержит два фотоприемника 1 и 2, выполненные, например, в виде фотодиодов, которые размещены в колли- мированных оптически изолированных каналах 3 и 4, выполненных в корпусе сканатора 5.

Между коллимированными каналами в продольной плоскости симметрии NN сканатора 5 расположен источник 6 излучени . Продольные ори диаграмм 7 и 8 направленности от коллимированных каналов 3 и 4 направлены на кра  штриховой метки 9, имеющей другую отражательную способ- . ность по отношению к окружающему фону.

Фотодиоды 1 и.2 включены встречно параллельно и подсоединены к входу формировател  10 сигнала штриховой метки, состо щего из аналогового сумматора 11 и низкочастотного фильтра 12. Сумматор 11

Os 00 Ю ЧЭ ч|

сл

представл ет собой операционный усилитель 13, к неинвертирующему входу которого подсоединен резистор 15, к инвертирующему входу подсоединены резисторы 14 и 16 и 17. Второй конец резистора 14 соеди- нен с выходом усилител  13. Низкочастотный фильтр 12 состоит из операционного усилител  18, к инвертирующему входу которого подсоединены резисторы 19 и конденсатор 20, вторые концы которых соединены с выходом усилител  18. К инвертирующему входу этого усилител  подсоединен регулируемый резистор 21, второй конец которого с вторым концом резистора 17  вл етс  входом формировател  10. Второй конец резистора 16 соединен с выходом усилител  18,

Устройство работает следующим обра зом,

Сканатор 5 вместе с излучателем 6 и фотодиодами 1 и 2 перемещаетс  (допустим вправо) параллельно плоскости метки 9 (фиг.2). Когда в поле зрени  обоих фотодиодов не имеетс  метки, т.е. когда диаграммы 7 и 8 направленности не касаютс  метки 9, то от окружающего фона, в частном случае от белой поверхности носител  информации , поступает в каналы 3 и 4 одинаковый излучаемый поток, который отражаетс  от носител  информации, облучаемого излуча- телем 6. При одинаковых параметрах фотодиодов и одинаковых каналах 3 и 4 напр жени  с фотодиодов равны Ut Ite и при их встречном включении суммарное напр жение Ui2 Ui - IJ2 (фиг.З) равно нулю. Так как на входах сумматора 11 и фильтра 12 входной сигнал Uia равен нулю, то и на выходе усилител  13 выходной сигнал Увых-о равен нулю - это идеальный случай,

На фиг.4 приведены временные диаг- раммы изменени  напр жений Ui (с левого фотодиода), U2 (с правого фотодиода) и их суммы Ui2 Ui - Ite дл  идеального случа , где X - это перемещение продольной плоскости NN симметрии скзнатора 5 относи- тельно продольной оси симметрии метки. Эти диаграммы построены дл  часто используемого на практике случа  d В 2Ак (фиг.5), где В - ширина диаграмм направленности в плоскости их пересечени  с мет- кой, d - ширина метки, 2АК - рассто ниэ между продольными ос ми диаграмм направленности в плоскости метки,

Соотношение d В 2дк выбираетс  по следующим услови м.При таком соотноше- ним теоретически получаетс  наибольша  чувствительность, т.е. наибольша  крутизна сигнала U12 возле точки О (на фиг.4) перехода через нуль.

При движении сканатора 5 в поле зрени  фотодиодов попадает метка 9, т.е. диаграммы 7 и 8 направленности пересекают метку 9, то ввиду слабой отражательной способности метки в каналы фотодиодов поступает разное количество потока излучени . Образуетс  переменна  составл юща  напр жени  Ui2 (фиг.4), Фильтр 12 настроен так, что переменна  составл юща  сигнала Ui2 не проходит через него, следовательно, на сумматор 11 поступает только сигнал Ui2.

Частота среза фильтра равна f0 -, , „

f. 31 t (

где R - величина сопротивлени  резистора 19 а С - величина емкости конденсатора 20. Период прохождени  сигнала Ui2, как следует из фиг,4, равен Тс 3d/V, где V - линейна  скорость сканировани . Дл  этого, чтобы через фильтр не проходил сигнал с частотой f 1/Тс, должно быть выполнено условие f0 « f.

Момент перехода сигнала Ui2 (фиг.4) через нулевой уровень (с положительного значени  на отрицательное в точке О), а следовательно, и сигнала ивых с устройства (фиг.З) через нулевой уровень, соответствует моменту совмещени  плоскости NN симметрии сканатора 5 с продольной осью симметрии метки, так как в этот момент метку перекрывают одинаковые площади у диаграмм 7 и 8 направленности. Этот случай изображен на фиг.5, где показан поперечный разрез диаграмм направленности в плоскости их пересечени  с меткой 9 (перекрытые меткой площади диаграмм направленности заштрихованы),

При пр моугольном сечении каналов 3 и 4 неперекрытые площади диаграмм направленности измен ютс  по линейному закону в зависимости от перемещени  X. Следовательно, при допущении линейности передаточных характеристик (зависимости напр жени  на фотодиоде от величины потока излучени ) фотодиодов, напр жени  на фотодиодах Ui и LJ2 измен ютс  также по линейному закону

Ui--Ki(X-Ci): U2 -K2(X + C2), (1)

где KI и «2 крутизна характеристик левого и правого фотодиодов в зависимости от перемещени  сканатора;

Ci и С2 - смещение центра диаграмм направленности левого и правого фотодиодов от плоскости симметрии NN сканатора.

Как следует из конструкции сканатора

(фмг.2) |.

Зависимости Ui(X) и U2(X) графически отражены пр мыми АР и ЕВ (фиг.4).

График изменени  суммарного напр жени  U12 отразитс  пр мой АВ

Ui2 -(Ki + K2)x + (Ki-K2) | (2)

Как следует из этого уравнени , при равенстве Ki К2 и при X « 0 сигнал Ui2 0 (фиг.4) - идеальный случай.

Практически при изготовлении сканато- ра, а также в процессе эксплуатации из-за различных дестабилизирующих факторов, например, изменение характеристик фото- диодов, загр знение каналов 3 и 4, наличие помех происходит разбаланс Ki «2, допустим стало Ki «2 и нова  зависимость UГ(Х) отразитс  пр мой DF. Теперь график суммарного напр жени  отразитс  другой пр мой DB.

Как следует из уравнени  (2) при X О напр жение Uia не равно нулю

U12 U0 (Kl-K2)f

Так как условием фиксации оси симметрии метки  вл етс  регистраци  напр жени  ивых в момент его прохождени  через нуль, то теперь по витс  погрешность равна  отрезку 00.

Дл  исключени  этой погрешности при X 0 необходимо фиксировать точку С. Дл  этого на сумматор 11 подаетс  напр жение смещени  Uc -U0 дл  смещени  пр мой DB вниз на величину ОС. Тогда при X О сигнал после сумматора равен Увых 0. Напр жение смещени  Uc формируетс  низкочастотным фильтром. Исход  из услови  d В - 2АК при х - 0 компенсаци  сигналов Ui и U2 должна происходить при полуперекрытых пол х зрени  фотодиодов (фиг.5), что определ ет величину коэффициента передачи фильтра на низких частотах, равную Кф-1/2.

При сканировании фона суммарный сигнал с фотодиодов равен

U4,uT(-f) + U2(-fd)

Пользу сь выражени ми (1) и учитыва 

%н

равенство U2(-yd) ()2 опреде- g5

л ем сигнал от фона (разность длин отрезков ED - FB) 11ф - (Ki - K2)d. Учитыва , что сигнал U12 подаетс  на инвертирующий вход усилител  18, то на двух входах сумматора 11 будут сигналы с противоположной

5

10

15 20

25

30 35 40 45

50

g5

пол рностью, а на входе усилител  13 результирующий сигнал представл ет разность этих сигналов Ui2 - КфУф, который при х 0 будет всегда равен нулю Uo - Кф1)ф 0, т.е. независимо от разности коэффициентов Ki и «2 при х 0 сигнал на выходе сумматора также всегда равен нулю ивых - 0.

При изменении X в пределах 3d напр жение смещени  Uc с выхода фильтра не успеет изменитьс  вследствие свойств низкочастотного фильтра (напр жение на конденсаторе 20 за этот короткий промежуток времени не успеет изменитьс ), а сигнал Ui2 за это врем  измен етс . Таким образом напр жение на выходе сумматора ивых в момент х 0 равно нулю.

При изготовлении сканатора, а также при эксплуатации окажетс , что Ci Са

А -п где коэффициент Я отличен от единицы . В этом случае можно показать, что дл  компенсации напр жени  Ui2 Uo (Ki - К2) А коэффициент передачи фильтра на

низких частотах должен быть равен Я/2. Дл  настройки коэффициента передачи служит делитель с переменным коэффициентом делени  из резисторов 19 и 21 (фиг.З).

Рассмотрим другой дестабилизирующий фактор - смещение характеристики, например Ui(X) вверх как показано на фиг.6. В этом случае график суммарного напр жени  Ui2 отразитс  пр мой DB, котора  не пересекает ось X, следовательно, при отсутствии фильтра устройство было бы не работоспособно .

Как следует из фиг.6, дл  работоспособности устройства и дл  исключени  погрешности регистрации оси симметрии метки коэффициент передачи фильтра должен быть равным единице, т.е. Uc -Uo. Практически дл  получени  наибольшей точности работы устройства исход  из условий эксплуатации устройства, параметров фотодиодов и размеров сканатора коэффициент передачи фильтра нужно подбирать экспериментально .

В качестве излучател  может быть использован светодиод с ИК-излучением. В качестве фотодиодов могут быть использованы также эти светодиоды, но в фотогенераторном режиме.

Резистор 14 совместно с резисторами 16 и 17 служит дл  получени  необходимого коэффициента усилени  сумматора 11.

Резистор 15 необходим дл  исключени  вли ни  входных токов усилител  13.

Предлагаемое устройство обладает его конструктивной и схемной простотой, большой работоспособностью при наличии дестабилизирующих факторов и точностью.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  считывани  штриховых меток, содержащее расположенные в корпусе сканагора излучатель и фотоприемники , выполненные, например, в виде фотодиодов, выходы фотоприемников подключены к входу формировател  сигнала штриховой метки, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, фотоприемники расположены в коллимированных

   оптически изолированных каналах, выполненных в корпусе сканатора симметрично относительно оптической оси излучател  на рассто нии, равном ширине штриховой метки, а формирователь сигнала штриховой метки состоит из низкочастотного фильтра и аналогового сумматора, фотодиоды включены встречно параллельно и подключены к входу низкочастотного фильтра и к первому входу аналогового сумматора, второй вход которого соединен с выходом низкочастотного фильтра, а выход  вл етс  выходом устройства.

   Фм8./

   19 20

   Ф«/е.«3

   У,

   Фиг.:

   N

   16 17 Н

   Ф«е.

   ФЦ8.