DE2557535C3 - Fernerkennungsanordnung für Objekte - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Fernerkennungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1
genannten ArL
Eine solche Fernerkennungsanordnung ist aus der DE-OS 20 03 897 bekannt. Mil dieser bekannten
Vorrichtung wird parallel ein Strichkode gelesen, der sich an der Unterseite einer Fahrzeugkarosserie
befindet, die sich auf einem FertigungsflieQband fortbewegt. Die Fernerkennungsanordnung besteht aus
mehreren photoempfindlichen Elementen, von denen jedes genau einem Kodeelement zugeordnet ist. Wird
bei dieser bekannten Vorrichtung entweder der Informationsträger oder die Fernerkennungsanordnung
in Richtung der Wandlerelementenreihe, beispielsweise um eine Strecke, die gleich dem Abstand zweier
Kodeelemente ist, verschoben und folglich die präzise Zuordnung zwischen lichtempfindlichem Element und
Kodeelement gestört, so ist das abgelesene Ergebnis fehlerhaft Die bekannte Fernerkennungsanordnung
arbeitet folglich nur dann zuverläßlich, wenn sichergestellt ist, daß der auf dem Träger aufgezeichnete Kode
beim Vorbeiziehen vor der Wandlerelementenreihe in seiner Längsrichtung eine exakt definierte Position zur
Wandlerelementenreihe einnimmt Die bekannte Anordnung ist folglich nicht geeignet, einen Kode von
einem vorbeifahrenden Fahrzeug abzulesen.
Aus der DE-OS 23 20 857 ist ein optisches Auslesegerät bekannt, bei dem eine von mehreren parallelen
Spuren mit Hilfe eines Lichtstrahles abgetastet wird und ein Informationssignal durch die infolge der Abtastung
entstehende zeitliche Modulation des üchtstrahies
erhalten wird. Die Modulation des Lichtstrahles wird über ein Wandlerelement detektiert Um bei dieser
bekannten Vorrichtung zu vermeiden, daß der Abtastlichtstrahl in eine zu der abzutastenden Spur parallele
Spur gerät, wird der modulierte Lichtstrahl in Form
eines Fächers nicht nur auf ein einziges, sondern auf eine Reihe von Wandlerelementen abgebildet Wandert die
abzutastende Spur, deren Information im Normalfall durch das mittlere Element der Wandlerelementenreihe
aufgezeichnet werden soll, aus, so wird dies dadurch kompensiert, daß anstelle des mittleren Wandlerelementes
ein weiter peripher gelegenes Wandlerelement zur Aufzeichnung der Information verwendet wird. Die
Wandlerelementenreihe bei der bekannten Vorrichtung dient zur Kompensation von Spurabweichungen und
wird nicht sequenziell abgefragt
Des weiteren ist aus der DE-OS 19 36 985 eine Fernerkennungsanordnung bekamt, bei der die kodierte
Information von Wandlerelementen optisch sequen-
ziell gelesen wird. Dies setzt voraus, daß sich das Objekt
relativ zu den Wandlern bewegt
Schließlich ist aus der DE-OS 2151 797 eine Lesevorrichtung für an einem Gegenstand angebrachte
Farbmarken bekannt Diese bekannte Vorrichtung
besteht aus einer Optik und einer Anordnung zur
spektralen Zerlegung des Lichtes. Durch die Optik wird das Farbstreifenmuster nach der entsprechenden
spektralen Zerlegung auf Photodektoren abgebildet. Dabei durchquert eine Schlitzblende den Strahlengang,
so daß jeweils nur ein einziger Farbring auf die Detektoren fällt Um eine Information darüber zu
erhalten, wann die Schlitzblende in das Strahlenfeld eintritt, ist eine Synchronisationsvorrichtung vorgesehen.
Bei dieser bekannten Vorrichtung kann sich der die
Farbmarkierungen aufweisende Träger in Ruhe befinden oder er kann sich bewegen, sofern die Bewegung
hinreichend langsam erfolgt, so daß für die das Gesichtsfeld durchquerende Schlitzblende genügend
Zeit verbleibt, um das gesamte Farbmuster zu
abwechselnd reflektierenden und nicht reflektierenden
Fernerkennungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art zu schaffen, bei der
nicht notwendigerweise eine definierte Zuordnung zwischen den Wandlerelementen und den Informations-
trägerelementen eingehalten werden muß.
Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In den Zeichnungen ist eine Anordnung nach der Erfindung anhand von beispielsweise gewählten Ausführungsformen,
deren Einzelheiten und erläuternden Diagrammen schematisch vereinfacht wiedergegeben.
Es zeigt ίο
Fig.3 ein Diagramm der von den Photodioden gelieferten Signale
Fig.4 eine Photodiodenreihe zusammen mit deren >5
Steuerschaltung für die Umschaltung
Fig.5 eine Aufsicht auf einen Kodeträger in
Verbindung mit der Ausrichtung der Photodioden
F i g. 6 eine Photodiodenreihe in Verbindung mit nicht reflektierenden Flächen sowie die sich hieraus ergeben- *o
den Signale
F i g. 7 eine Verarbeitungsschaltung für die von den
Photodioden gelieferten Videosignale und
Fig.8 ein Diagramm der in der Schaltung nach
F i g. 7 verarbeiteten Signale.
F i g. 1 zeigt in schematischer Form den Aufbau der Erkennungsanordnung. Sie umfaßt eine Lichtquelle 9,
die eine Glühlichtlampe, eine Jod-Quartz-Lampe oder eine Lumineszenzdiode, die weißes oder monochromatisches
Licht abgibt sein kann, sowie eine Optik 10, die das Lichtbündel so formt daß es den Träger beleuchtet
und die als Sendeoptik bezeichnet werden kann. Eine Reflexionsoptik lenkt den reflektierten Lichtstrahl über
ein wahlweise vorhandenes Filter 13 auf eine Reihe von optoelektrischen Wandlern 14, im vorliegenden Fall
Photodioden. Eine Steuerschaltung 15 für die Umschaltung der Photodioden 14 und eine Verarbeitungsdchaltung
16 für die von den Photodioden 14 gelieferten Signale vervollständigen die Anordnung. Die Verarbeitungsschaltung
16 ist bei 17 mit einer vom Anwendungsfall abhängigen externen Einheit verbunden.
Die opto-elektrischen Wandler sind photoempfindliche
Dioden, die in einer geraden Linie oder Reihe angeordnet sind. Sie sind in integrierter Schaltungstechnik
realisiert, was insbesondere ihre Anordnung in einer
Reihe ermöglicht, ohne daß hierfür viel Platz benötigt wird.
In F i g. 2 ist das Schaltbild einer Photodiode in stark
vereinfachter Form wiedergegeben. Die Photodiode 18 mit positiven und negativen Ladungen im Bereich ihrer Μ
Grenzschicht (symbolisch mit 19 bezeichnet) wird entsprechend dem Pfeil 25 beleuchtet Ihre Speiseschaltung
ist mit 20 bezeichnet und ein über 23 gesteuerter
Unijunktion- oder Doppelbasistransistor 21 steuert die Umschaltung der Photodiode. Der Widerstand 22 bildet ss
den Lastwiderstand für die betrachtete Photodiode und liefert dann seinen Anschlüssen 24 das Ausgangssignal
in Form einer elektrischen Spannung u, die proportional zur Beleuchtung der Photodiode ist,
F i g. 3 ist ein Diagramm der auf diese Weise von drei Photodioden gelieferten Spannung u in Abhängigkeit
von der Zeit, je nach Beleuchtung dieser drei Photodioden sind die Impulse mehr oder wenigeir groß.
Da in der Erkernungsanordnung ein Träger erkannt werden soll, also letztlich ein Bild ausgewertet werden
soll, wird eine bestimmte Anzahl solcher Photodiioden in
einer Reihe angeorndet; eine sequentiell angeschaltete Steuerspannung ermöglicht jeder Photodiode die
Abgabe ihres Ausgangssignals, d. h. die Abschätzung der Lichtenergie desjenigen Teils des Trägers, den sie
abtastet Diese Anschaltung bzw. Umschaltung wird mit Hilfe eines Synchronzählers und eines Taktgebers
bewerkstelligt
Fig.4 zeigt schematisch eine Photodiodenreihe entsprechend den vorstehenden Ausführungen. Die
Photodioden sind mit Pl ... Pn bezeichnet und ihre zugehörigen, gesteuerten Schalter mit Ti ... Tn. Der
Zähler 26 wird von einem Taktgeber 27 gespeist Die Stromversorgung ist schematisch durch eine Batterie 20
dargestellt Die aus der Abtastung des Trägers sich ergebenden Videosignale treten an den Anschlüssen 24
des Lastwiderstandes 22 auf.
In F i g. 3 sind — wie gesagt — die Ergebnisse einer Abtastung mit Hilfe von drei Phoiodioden dargestellt
jedoch ist hieraus ohne weiteres erkennbar, daß eine Ausdehnung auf eine größere Zahl ohne Schwierigkeit
möglich ist Man erkennt, daß zr;i Videcspitzen, d. h.
zwei aufeinanderfolgende Impulse durch eine Taktgeberperiode getrennt sind und daß außerdem, wenn man
annimmt, daß eine Reihe mit π Photodioden vorliegt
jede Photodiode alle /iTNanosekunden beispielsweise
abgefragt wird, worin T die Impulsperiode des Taktgebers ist
Fig.5 zeigt in der Aufsicht wie ein Kodeträger und
die Photodiodenreihe angeordnet sind. Der Träger 3 ist hier mit waagerechten, abwechselnd reflektierenden
und absorbierenden Flächen dargestellt und bei 28 ist das Bild der Photodiodenreihe (14 in F i g. 1) in der
Leseentfernung wiedergegeben. Die Optiken 10 und 12 (Fig. 1) sind derart aufgebaut daß das Bild der
Photodiodenreihe die Form eines Rechteckes 28 mit der Länge LD und der Breite Id hat während der
Querschnitt des einfallenden Lichtstrahles auf der Fläche des Trägers ebenfalls ein Rechteck 29 bildet,
dessen Abmessungen Lund /etwa größer als diejenigen
des Bildrechteckes der Photodiodenreihe sind. Hingegen ist die Länge LCdes abzutastenden Trägers kleiner
z.s die Länge LD der abtastenden Photodiodenreihe.
Hierdurch wird eine gewisse Höhentoleranz festgelegt wenn der Träger und die Photodioden so angeordnet
sind, daß die Abtastung vertikal erfolgt wobei diese Toleranz deswegen notwendig, weil die Träger von
einem Fahrzeug zum nächsten nicht stets an der gleichen Stelle angebracht werden können.
Die reflektierenden Flächen 31 und die absorbierenden Rächen 32 des Trägers sind senkrecht zur Reihe der
abtastenden Photodioden angeordnet Die Verschiebung oder Bewegung des mit dem Träger versehenen
Objektes geschieht gewöhnlich in Richtung des hcizontalen Pfeiles 33, so daß mehrere aufeinanderfolgende
Abtastungen des Trägers durchgeführt werden. Die Zahl aufeinanderfolgender Abtastungen hängt vor
allem von den Bedingungen, unter denen die Erkennung stattfinden soll, ab. Mehrere Abtastungen werden selbst
dann ausgeführt, wenn das mit dem Träger versehene Objekt stillsteht
Jeder Photodiode entspricht wenigstens eine Elementarzone oder Fläche des Trägers. Wenn diese Fläche
reflektierend ist, wird die Photodiode beleuchtet und
liefert einen der Beleuchtung proportionalen Impuls. Wenn diese Fläche absorbierend ist wird die entsprechende
Photodiode nicht beleuchtet und liefert keinerlei Signal. Die geordnete und zyklische Abfrage jeder
Photodiode der Reihe gestattet also das Auslesen des auf dem Träger aufgezeichneten Kodes.
Photodioden Pi bis Pn mit dem Bild von nichtrefleklierenden
Flächen ZX, ZI, Z3 beispielsweise, die eine oder mehrere Photodioden überdecken können. Die
Kurve b der Fig.6 gibt das Ausgangssignal der abgefragten Photodiodenreihe wieder, wobei die
Amplitude der Impulse proportional zur von den Photodioden zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen
empfangenen Lichtenergiemenge ist.
Im Vorstehenden wurde die Arbeitsweise der
Erkennungsanordnung ohne Aufstellung besonderer Hypothesen erläutert Unter anderem wurde dabei
davon ausgegangen, daß der Träger parallel zur Photodiodenreihe und in einer bestimmten, ein korrektes
Arbeiten ermöglichenden Entfernung liegt. Diese Daten sind Konstanten der Anordnung, welche nach
den Verwendungsbedingungen und baulichen Merkmalen, beispielsweise der gewählten Zahl der Photodioden
und dem Ausgangsmaterial des Trägers, geändert werden können. Das Ausgangsmaterial des Trägers
kann Papier sein oder ein nachleuchtend-refiektierendes
Material und legt die Leistungsfähigkeit der zu verwendenden Lichtquelle fest
Außerdem ist die Anordnung so ausgelegt, daß sie auch dann verwendbar ist, wenn der Kodeträger eine
beträchtliche Eigengeschwindigkeit besitzt oder mehr oder weniger stark in bezug auf die Achsen eines
kartesischen Koordinatensystems geneigt oder schräggestellt ist.
F i g. 7 zeigt das Blockschaltbild einer Verarbcitungsschaltung für die von den opto-elektrischen Wandlern
gelieferten Ausgangssignale. Diese Verarbeitungsschaltung ist an einen Träger angepaßt, der eine bestimmte
Anzahl von reflektierenden Flächen umfaßt, von denen jede eine Ziffer und ihre Adresse trägt. Die durch die
Photodioden durchgeführte Analyse führt folglich üu einem Videosignal, das eine bestimmte Anzahl numerischer
Daten enthält, die die Identität des Objektes bezeichnen, welches mit dem zu übersetzenden Träger
versehen ist. Diese numerische Verarbeitungsschaltung
16 in F i g. 1 umfaßt eine Quantifizierungsschaltung 34, die eine Schaltung 35 zur Abtrennung der Ziffer von der
Adresse in dem Erkennungssignal speist
AUt diese scnaitung folgt eine Schaltung 36, die die
Adressen verarbeitet, sowie eine Schaltung 37, die die Ziffern verarbeitet jedoch von der Schaltung 36
gesteuert wird. Die Adressenverarbeitungsschaltung liefert bei 39 ein Signal, das anzeigt, daß kein Fehler in
der Adresse vorliegt während die Ziffernverarbeitungsschaltung 37 einen Ausgangsspeicher 38 speist der die
Erkennungsnummer des Objektes bildenden Ziffern in Klarschrift liefert
Die Quantifizierungsschaltung 34 wird mit dem Ausgangssignal gespeist, das von der Photodiodenreihe
abgegeben wird und umfaßt eine Ausgangsschwellwertschaltung, so daß nur die Impulsspitzen an die
Abtrennschaltung 35 geliefert werden.
F i g. 8 veranschaulich! im Diagramm diese Verarbei tung. Die Zeile a gibt die Taktimpulse wieder. Die Zeil·
bgibt das Ausgangssignal mit dem Schwellwert * wiede
und die Zeile c zeigt das quantifizierte Ausgangssignal. s Im beschriebenen Beispiel geschieht die Abtrennunf
der Adresse von der Ziffer unter Zugrundelegunj dessen, daß die Ziffer durch die reflektierenden Flächet
des Trägers gebildet wird und daß die Adresse durch di nichtreflektierenden Zwischenräume oder absorbieren
ίο den Flächen gebildet wird. Somit sind in den
verarbeiteten Impulszug die Intervalle zwischen dei Impulsen, die das elektrische Bild der Ziffern de
Erkennungsnummer eines Objektes repräsentieren, da elektrische Bild der auf dem Träger aufgeschriebener
Adresse.
Die Verarbeitung der Adresse in der Schaltung 3( kann im vorliegenden Beispiel anhand der Unterschei
dung der Länge der schwarzen Zwischenräume de Trägers erfolgen, wobei die Ziffern eines oder null Ae.
Adresse unterschiedliche Dauern, beispielsweise fünf bi zehn Taktgeberperioden für eine logische Eins und zwe
bis vier Perioden für eine logische Null besitzen. Di< Adresse besteht beispielsweise aus vier numerischer
Symbolen und ihr Vergleich mit einem zentralen Kod ermöglicht ihre Dekodierung und die anschließend
Überprüfung der Ziffer. Das bei 39 erscheinende Signa zeigt an, daß die Adressenzahl entsprechend den
vollständirin auf dem Träger befindlichen Wor dekodiert wurde. Die Verarbeitung der Ziffern in de
Schaltung 37 beruht auf einer Impulszählung, wobei da numerische Symbol »Eins« beispielsweise fünf bis zehi
Impulse umfaßt während das Symbol »Null« nur eins bi vier Impulse umfaßt. Die Ziffer umfaßt folglich in
gewählten Beispiel fünf numerische Symbole »Eins«
JS oder »Null« und wird mit einem ursprünglichen 2- au
5-Kode verglichen, dekodiert und nach Bestätigung durch die Adressenverarbeitungsschaltung im Speiche
38 gespeichert
tungen vorgesehen, die in der Figur nicht dargestell
sind.
Eine Verarbeitung in gleicher Form ist auch dam möglich, wenn der Träger nur eine einzige Fläch
umfaßt
Vorstehend beschrieben wurde eine Erkennungsan Ordnung für mit einem Kodeträger ausgerüstete
Objekte, weiche Anordnung eine Serie von opto-elek trischen Wandlern des Photodiodentyps umfaßt die
längs einer Linie angeordnet sind und sequentiel geschaltet werden, um eine Analyse des Trägen
vorzunehmen. Diese Anordnung besitzt Vorteile in bezug auf bekannte Anordnungen, die mit Lasern
arbeiten, welche Vorteile insbesondere auf dem Gebiet der Herstellungskosten und der Leistungsfähigkeil
liegen.
Claims (5)
1. Fernerkennungsanordnung für Objekte, die eine
kodierte Information in Form von abwechselnd reflektierenden und nicht reflektierenden Rächen
auf einem Träger tragen, mit einer Lichtquelle und einer deren Lichtstrahl auf den Träger konzentrierenden
Optik und einem optoelektrischen Wandler, der das durch den kodierten Träger modulierte Licht
empfängt und mindestens ebenso viele Wandlerelemente wie Kodeinformationen auf dem Träger
vorhanden sind, umfaßt, wobei die Wandlerelemente in einer Reihe nebeneinanderliegen und während
des Lesens ein Taktsignal erhalten, wobei die Ausleserichtung des Trägers und die Richtung der
Wandlerelementenreihe jeweils senkrecht zur Bewegungsrichtung des Objektes verlaufen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Optik (10) die Lichtquelle (9) als alle die kodierte Information
darstellenden Flächen gleichzeitig beleuchtende Fläche (29) abbildet und eine weitere Optik alle
Wandlerelemente (P\ bis Pa) gleichzeitig als innerhalb
dieser Fläche (29) liegende Fläche (28) abbildet, daß das Taktsignal zum Lesen der Information die
Wandlerelemente (P\ bis Pa) sequentiell abfragt und
daß die Länge der Wandlerelementenreihen größer als die Länge des kodierten Trägers ist, so daß einer
Kurs- bzw. Parallelitätsabweichung Rechnung getragen wird.
2. Fernerkennungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da-!1 die Wandlerelemente
Photodioden oder Photodioden in integrierter Schaltungstechnik sind.
3. Fernerkennungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen
Synchronzähler und Taktgeber zum Schalten der Photodioden enthält und die Umschaltungen in
Zeitintervallen, die gleich dem Produkt aus der Zahl der Photodioden der Reihe und der Taktgeberperiode
sind, erfolgen.
4. Fernerkennungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahlrechtecksquerschnitt
mit Abmessungen, die sehr wenig über denjenigen des in der Leseentfernung entworfenen
Bildes der Photodiodenreihe liegen, besitzt, um die für die Beleuchtung des Trägers notwendige
Lichtleistung zu begrenzen.
5. Fernerkennungsanordnung nach einem der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, daß die
photoempfindlichen Wandler so gesteuert sind, daß mehrere Abtastungen des KodetrJgers während
seines Passierens vor der Reihe durchgeführt werden.
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