Устройство для считывания штриховых меток

/14 05 60 ЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Казанский авиационный институт им,.А.Н.Туполева и Центральное проектно-конструкторское бюро "Теплоприбор"(56) Заявка ФРГ РЬ 3541351,кл. 6 06. К 7/14, апублик, 1988.Заявка ЕПВ М 0038069,кл. 6 06 К 7/10, опублик, 1983;(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯШТРИХОВЫХ МЕТОК(57) Изобретение относится к автоматике ивычислительной технике, а именно к считыванию штриховых меток с носителя информации; Цель изобретения - повышение Изобретение относится к автоматике вычислительной технике, а именно к счит ванию штриховых меток с носителя инфо мации. Цель изобретения - повышение точноти На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - взаимное расположение излучателя и двух фотоприемников относительно контролируемой метки; на фиг,З- схема формирования сигнала штриховой метки; на фиг.4 - диаграммы изменения напряжениЯ с фотодиодов и их суммы для идеального случая; на фиг.5 - взаимное положение метки и осей диаграмм направленности; на фиг,6 - диаграммы изменения напряжений при смещении характеристики вверх,50 1689975 А 1 точности, Устройство представляет собой сканатор, состоящий из излучателя 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 полярностью поступает на первый вход сумматора. При перемещении сканатора возле метки на фотодиоды поступает отраженный поток излучения от шкалы и напряжения на фотодиодах изменяются, В момент, когда диаграммы направленности располагаются симметрично с обеих сторон метки, разностный сигнал с фотодиодов равен нулю, что является сигналом о совпадении плоскости симметрии сканатора с продольной осью симметрии метки. 6 ил. Устройство содержит два фотоприемника 1 и 2, выполненные, например, в виде фотодиодов, которые размещены в коллимированных оптически изолированных каналах 3 и 4, выполненных в корпусе сканатора 5.Между коллимированными каналами в продольной плоскости симметрии йй сканатора 5 расположен источник 6 излучения, Продольные оси диаграмм 7 и 8 направленности от коллимированных каналов 3 и 4 направлены на края штриховой метки 9, имеющей другую отражательную способ. ность по отношению к окружающему фону.фотодиоды 1 и 2 включены встречно параллельно и подсоединены к входу формирователя 10 сигнала штриховой метки, состоящего иэ аналогового сумматора 11 и низкочастотного фильтра 12. Сумматор 11представляет 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 соединен с выходом усилителя 13. Низкочастотный фильтр 12 состоит из операционного усилителя 18, к инвертирующему входу которого подсоединены резисторы 19 и конденсатор 20, вторые концы которых соединены с выходом усилителя 18. К инвертирующему входу этого усилителя подсоединен регулируемый резистор 21, второй конец которого с вторым концом резистора 17 является входом формирователя 10, Второй конец резистора 16 соединен с выходом усилителя 18,Устройство работает следующим обра зом,Сканатор 5 вместе с излучателем 6 и фотодиодами 1 и 2 перемещается (допустим вправо) параллельно плоскости метки 9 (фиг.2). Когда в поле зрения обоих фотодиодов не имеется метки, т,е. когда диаграммы 7 и 8 направленности не касаются метки 9, то от окружающего фона, в частном случае от белой поверхности носителя информации, поступает в каналы 3 и 4 одинаковый излучаемый поток, который отражается от носителя информации, облучаемого излучателем 6, При одинаковых параметрах фото- диодов и одинаковых каналах 3 и 4 напряжения с фотодиодов равны 01 = 02 и при их встречном включении суммарное напряжение 012 = 01- 02 (фиг.З) равно нулю, Тэк как на входах сумматора 11 и фильтра 12 входной сигнал 012 равен нулю, то и на выходе усилителя 13 выходной сигнал Ох.0 равен нулю - это идеальный случай,Нэ фиг,4 приведены временные диаграммы изменения напряжений 01 (с левого фотодиода), 02 (с правого фотодиода) и их суммы 012 = 01 - 02 для идеального случая, где Х - это перемещение продольной плоскости Мй симметрии сканатора 5 относительно продольной оси симметрии метки, Эти диаграммы пострОены для часто используемого на практике случая б = В =- 2 Ак (фиг,5), где В - ширина диаграмм направленности в плоскости их пересечения с меткой, б - ширина метки, 2 дк - расстояние между продольными осями диаграмм направленности в плоскости метки,Соотношение б = В =-2 Ак выбирается по следующим условиям. При таком соотношении теоретически получается наибольшая чувствительность, г.е, наибольшая крутизна сигнала 012 возле точки О (на фиг,4) перехода через нуль,При движении сканатора 5 в поле зрения фотодиодов попадает метка 9, т.е, диаграммы 7 и 8 направленности пересекают метку 9, то ввиду слабой отражательной спо собности метки в каналы фотодиодов поступает разное количество потока излучения.Образуется переменная составляющая напряжения 012 (фиг,4), Фильтр 12 настроен так, что переменная составляющая сигнала 10 012 не проходит через него, следовательно,на сумматор 11 поступает только сигнал 0 12,1Частота среза фильтра равна 10 -2 лй Сгде Я - величина сопротивления резистора 15 19 а С - величина емкости конденсатора 20.РПериод прохождения сигнала 02, как следует из фиг,4, равен Тс = ЗИЧ, где Ч - линейная скорость сканирования, Для этого, чтобы через фильтр не проходил сигнал с 20 чаототой 1 = 1/Тс, должно быть выполненоусловие Ь .Момент перехода сигнала 012(фиг.4) через нулевой уровень (с положительного значения на отрицательное в точке О), а 25 следовательно, и сигнала О с устройства(фиг,З) через нулевой уровень, соответствует моменту совмещения плоскости Йй симметрии сканатора 5 с продольной осью симметрии метки, так как в этот момент 30 метку перекрывают одинаковые площади удиаграмм 7 и 8 направленности, Этот случай изображен на фиг,5, где показан поперечный разрез диаграмм направленности в плоскости их пересечения с меткой 9 (пере крытые меткой площади диаграмм направленности заштрихованы).При прямоугольном сечении каналов 3и 4 неперекрытые площади диаграмм направленности изменяются по линейному за кону в зависимости от перемещения Х.Следовательно, при допущении линейности передаточных характеристик (зависимости напряжения на фотодиоде от величины по- гока излучения) фотодиодов, напряжения на 45 фотодиодах 01 и 02 изменяются также полинейному закону01 К(Х- С 1); 02=-К 2(х+ С 2), (1) где К 1 и К 2 - крутизна характеристик левого и правого фотодиодов в зависимости от перемещения сканатора;С 1 и С 2 - смещение центра диаграмм направленности левого и правого фото- диодов от плоскости симметрии ЙЙ сканатора.Как следует из конструкции сканаторэЗависимости 01(Х) и 02(Х) графически отражены прямыми АЕ и Е В (фиг.4).График изменения суммарного напряжения 012 отразится прямой АВ012 - (К 1+ К 2) х+ (К 1 К 2) 2 (2)бКэк следует иэ этого уравнения, при равенстве К 1 " К 2 и при Х " 0 сигнал 012 = 0 (фиг,4) - идеальный случай.Практически при изготовлении скэнэтора, э также в процессе эксплуатации из-эа различных дестабилизирующих факторов, например, изменение характеристик фото- диодов, загрязнение каналов 3 и 4, наличие помех происходит разбаланс К 1 Ф К 2, допустим стало К 1 ) К 2 и новая зависимость 01(Х) отразится прямой ОЕ. Теперь график суммарного напряжения отразится другой прямой ОВ,Как следует из уравнения (2) при Х = 0 напряжение 012 не равно нулю012 =ОО= (К 1 К 2) 2, Р)бТак как условием фиксации оси симметрии метки является регистрация напряжения О в момент его прохождения через нуль, то теперь появится погрешность равная отрезку 00,Для исключения этой погрешности при Х = 0 необходимо фиксировать точку С, Для этого на сумматор 11 подается напряжение смещения Ос = -Оо для смещения прямой ОВ вниз на величину ОС. Тогда при Х = 0 сигнал после сумматора равен Овых = О. Напряжение смещения Ос формируется низкочастотным фильтром. Исходя из условия б = . В - 2 Ак при х - 0 компенсация сигналов 01 и 02 должна происходить при полуперекрытых полях зрения фотодиодов (фиг,5, что определяет величину коэффициента передачи фильтра на низких частотах, равную Кф 1/2.При сканировании фона суммарный сигнал с фотодиодов равенОф =.01(-2)+02( - 2 б)Пользуясь выражениями (1) и учитываяравенство 02 (-б ) = 02 () 2 опреде 3 бляем сигнал от фона (разность длин отрезков ЕО - ЕВ) Оф - (К 1 - К 2)б, Учитывая, что сигнал 012 подается нэ инвертирующий вход усилителя 18, то на двух входах сумматора 11 будут сигналы с противоположнойполярностью, а на входе усилителя 13 результирующий сигнал представляет разность этих сигналов 012 - КфОф, который при х=Обудет всегда равен нулю Оо- КФОФ "О, т.е. независимо от разности коэффициентов К 1 и К 2 при х = 0 сигнал на выходе сумматора также всегда равен нулю Овых = О,При изменении Х в пределах Зб напряжение смещения Оо с выхода фильтра не успеет измениться вследствие свойств низ 5 10 низких частотах должен быть равен Кф == Э 2. Для настройки коэффициента передачи служит делитель с переменным коэффициентом деления из резисторов 19 и 21 (фиг.3),Рассмотрим другой дестабилиэирую 30 щий фактор - смещение характеристики, например 01(Х) вверх как показано на фиг,6. В этом случае график суммарного напряжения О 12 отразится прямой ОВ, которая не пересекает ось Х, следовательно, при отсутствии фильтра устройство было бц не работоспособно.Как следует иэ фиг.6, для работоспособности устройства и для исключения погреш 35 40 ности регистрации оси симметрии метки коэффициент передачи фильтра должен быть равным единице, т,е, Ос = -Оо, Практически для получения наибольшей точности работы устройства исходя из условий эксплуатации устройства, параметров фотодиодов и размеров сканатора коэффициент передачи фильтра нужно подбирать экспериментально.В качестве излучателя может быть использован светодиод с ИК-излучением. В качестве фотодиодов могут быть использованы также зти светодиоды, но в фотогенераторном режиме,Резистор 14 совместно с резисторами 45 50 55 16 и 17 служит для получения необходимого коэффициента усиления сумматора 11. Резистор 15 необходим для исключения влияния входных токов усилителя 13. Предлагаемое устройство обладает его конструктивной и схем ной простотой, боль кочастотного фильтра (напряжение на конденсаторе 20 эа этот короткий промежуток времени не успеет измениться), а сигнал 012 за это время изменяется. Таким обра зом напряжение на выходе сумматора Овцав момент х = 0 равно нулю.При изготовлении сканатора, а такжепри эксплуатации окажется, что С 1 = С 2 = = А где коэффициент Аотличен от единибцы. В этом случае можно показать, что для КОМПЕНСацИИ НаПряжЕНИя 012 = Оо = (К 1 -- К 2) Акоэффициент передачи фильтра набшой работоспособностью при наличии де-.стабилизирующих факторов и точностью,Формул а и зо 6 ретен ия Устройство для считывания штриховых меток, содержащее расположенные в корпусе сканатора излучатель и фотоприемники, выполненные, например, в виде фотодиодов, выходы фотоприемников подключены к входу формирователя сигнала штриховой метки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, фотоприемники расположены в коллимированных оптически изолированных каналах, выполненных в корпусе сканатора симметрично относительно оптической оси излучателя на расстоянии, равном ширине штриховой 5 метки, а формирователь сигнала штриховойметки состоит из низкочастотного фильтра и аналогового сумматора, фотодиоды включены встречно параллельно и подключены к входу низкочастотного фильтра и к первому 10 входу аналогового сумматора, второй входкоторого соединен с выходом низкочастотного фильтра, а выход является выходом устройства.1 Я 9975 авитель Т.Ничипоровиче М.Мо гентал Состедактор С.Патрушева Техр д р Корректор Н.Корол роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 аказ 3816 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета во изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушская нэб., 4/5