مبدأ فك شفرة ماسح الباركود الليزري

- Dec 11, 2018-

يتكون ماسح الباركود الليزري عادة من مصدر ضوئي وعدسة ضوئية ووحدة مسح ودائرة تحويل رقمي تمثيلي وأغلفة خارجية بلاستيكية. عند مسح مجموعة من الرموز الشريطية ، يتم تشعيع مصدر الضوء على الرمز الشريطي ، ويتم جمع الضوء المنعكس من خلال العدسة إلى وحدة المسح الضوئي. تقوم وحدة المسح بتحويل الإشارة الضوئية إلى إشارة رقمية تمثيلية ، والتي يمكن إرسالها إلى الكمبيوتر ، وهو ما نريده. محتوى الرمز الشريطي.

 

تتكون ماسحات الباركود الليزرية الشائعة عادة من مصدر ضوئي وعدسة ضوئية ووحدة مسح ضوئي ودائرة تحويل رقمي تمثيلي وحاوية بلاستيكية. يستخدم عنصر كهروضوئي لتحويل الإشارة الضوئية المكتشفة إلى إشارة كهربائية ، ثم يحول الإشارة الكهربائية إلى إشارة رقمية من خلال محول رقمي تمثيلي للإرسال إلى جهاز كمبيوتر للمعالجة. يعد محرك المسح جزءًا مهمًا جدًا من البنية الداخلية للماسحة الضوئية. الماسح الضوئي للباركود الذي يشاهد عادة في السوق يحتوي بالفعل على محركات مسح مختلفة ، ولكن المكونات العامة هي مصادر الضوء والعدسات البصرية.

(1) مصدر الليزر

 

يتميز ليزر أشباه الموصلات بالضوء المرئي الذي تم تصنيعه بواسطة تقنية MOVPE (المرحلة الأوكسيدية لبخار المرحلة Epitaxy) بمزايا الاستهلاك المنخفض للطاقة ، التعديل المباشر ، الحجم الصغير ، الوزن الخفيف ، التصلب ، الموثوقية العالية ، الكفاءة العالية. وسرعان ما استبدلت ليزر He-Ne الأصلي عندما ظهر.

 

الشعاع المنبعث من ليزر أشباه الموصلات هو شعاع بيضاوي الشكل غير متناظرة. زاوية الانحراف لشعاع الخروج عمودي على مستوى الوصلة PW هي V ⊥≈ 30 ° ، وزاوية الانحراف V ‖≈ 10 ° موازية لاتجاه طائرة الوصلة. إذا تم استخدام تقنية الموازاة التقليدية للحزمة ، فسيتم تبادل المحاور الطويلة والقصيرة للبقعة الإهليلجية على جانبي نقطة التقاء الحزمة. من الواضح أن هذا سيعطي الماسح الضوئي فقط عمق تفحص صغير للحقل. جاي إم. إيستمان وآخرون. اقترح استخدام تقنية موازاة الحزمة الموضحة في الشكل 3 للتغلب على هذه الظاهرة التحول وتحسين كبير في مجال المسح عمق المجال. لا يمكن تطبيق هذه الحزمة الإهليلجية إلا على ماسح ضوئي ليزر أحادي الخط. عند ترتيب المسار البصري ، يجب أن يكون اتجاه المحور الطويل للقطع الناقص للبقعة عموديًا على الاتجاه الذي يتم فيه فحص الضوء. بالنسبة للماسحات الضوئية ذات الباركود الليزري أحادية الخط ، فإن هذه البقع الإهليلجية ستكون أفضل من خصائص البقعة الدائرية الموصوفة أدناه بسبب عدم حساسية ضوضاء الطباعة.

 

للحصول على ماسح الباركود الليزري بزاوية كاملة ، يتم في بعض الأحيان مسح الرمز الشريطي بزاوية إمالة كبيرة حيث تقوم الحزمة بمسح الباركود. لذلك ، لا ينبغي جعل بقعة الشعاع بيضاوي الشكل. وعادة ما يتم تقريبه. حل التشكيل المستخدم بشكل شائع هو إضافة فتحة دائرية صغيرة أمام العدسة الموازية. يمكن تقريب خاصية الحزمة هذه بشكل جيد بخصائص حيود فريسنل في الثقوب الصغيرة. مع هذا الحل ، يمكن أن يتراوح عمق المجال بين 250 مم و 300 مم تقريباً من أجل الباركود UPC القياسي. هذا يكفي لنظام نقاط البيع التجارية العامة. ومع ذلك ، لا يكفي بالنسبة لأماكن مثل خط نقل الأمتعة في المطار التي تتطلب عمقًا كبيرًا من المجال. في الوقت الحالي ، يتمثل المخطط الأكثر شيوعًا في زيادة حجم رمز الرمز الشريطي أو جعل أشعة مسح مختلفة تشكل نمط المسح تتلاقى في مناطق مختلفة لتشكيل "مستوى متعدد البؤر". ومع ذلك ، فإن الحل الأكثر جاذبية هو استخدام عنصر مواز بصري خاص لجعل مجال الضوء الذي يمر من خلاله له توزيع خاص وبالتالي لديه زاوية انحراف شعاع صغيرة للغاية ، مما ينتج عنه عمق كبير من المجال.

 

(2) نظام المسح الضوئي

 

يحتاج شعاع الليزر المنبعث من مصدر الليزر أيضًا إلى تشكيل خط مسح أو نمط مسح ضوئي من خلال نظام المسح. تستخدم الماسحات الضوئية لرمز الباركود الليزري ذات الزاوية الكاملة عمومًا طريقتين لدوران مسح المنشور والمسح المجسم. أنظمة المسح المجسم لها مزايا كبيرة مثل البنية المدمجة والموثوقية العالية والتكلفة المنخفضة. منذ تطبيق IBM الأول على الماسح الضوئي 3687 ، تم استخدامه على نطاق واسع ويتم تحديثه باستمرار. يمكن توقع زيادة حصتها في السوق.

 

إن تقنية مسح المنشور الدورية لها تاريخ طويل وناضجة نسبيًا في التكنولوجيا. يستخدم المنشور الدوار لفحص الحزمة ، ومجموعة من مرايا الطائرة المطوية لتغيير مسار الضوء لتحقيق ضوء المسح متعدد الاتجاهات. في الوقت الحاضر ، يتم استخدام منتجات الماسحة الضوئية مثل MS-700 لجعل زوايا الإسفين ذات الوجوه المختلفة للمنشور الدوار مختلفة لتشكيل عدد وافر من خطوط المسح في اتجاه مسح واحد. يشكل ضوء المسح متعدد الخطوط متعدد الخطوط نمط مسح عالي الكثافة. فائدة أخرى قد تجلبها هذه الطريقة هي تقليل مخاطر إشعاع الليزر.

 

تم اقتراح مفهوم المسح بزاوية كاملة أولاً لتحسين سرعة السوبر ماركت ، وتم تصميم الباركود UPC المقابل. يمكن إجراء المسح بزاوية كاملة بالفعل لنمط المسح الضوئي "X" لاتجاهي المسح الضوئي لرمز UPC. مع تطور تقنية المسح الضوئي وتوسيع مجالات تطبيق الرمز الشريطي والحاجة الملحة لتحسين درجة الأتمتة ، يتم الآن توسيع مفهوم المسح بزاوية كاملة ليشمل أنظمة الرموز الأخرى ، مثل 39 رمزًا و 25 رمزًا. يكون عرض الرمز الشريطي وعرض هذه الرموز صغيرًا نسبيًا ، ويتطلب الأمر المزيد من أرقام اتجاه المسح من أجل تحقيق المسح بزاوية كاملة. لهذا الغرض ، بالإضافة إلى المنشور الدوار ، من الضروري إضافة عنصر متحرك آخر ، مثل تدوير مرآة الطائرة المطوية المحددة في الشكل 4 وما شابه.

 

تحتوي الماسحات الضوئية أحادية الخط المحمولة على العديد من الخيارات لمسح الحزمة بسبب انخفاض سرعة المسح الضوئي وزاوية المسح الصغيرة. بالإضافة إلى تدوير المناشير والمرايا ، يتحقق مسح الشعاع بواسطة العديد من المكونات في البصريات المتحركة. يتحقق مسح الشعاع عن طريق تحريك ليزر أشباه الموصلات ، أو عدسة موازية متحركة ، أو ما شابه. قد تكون مكونات الطاقة التي تولد هذه الحركات من السيراميك الكهروإجهادي والملفات الكهرومغناطيسية بالإضافة إلى محرك التيار المستمر. تتمتع مكونات الطاقة هذه بمزايا كونها أقل عرضة للتلف وعمر الاستخدام الطويل وسهولة الاستخدام ، ومن المتوقع أن يتم تطبيقها.

 

(3) نظام تلقي الضوء

 

تنتشر شعاع المسح بعد وقوعه على رمز الرمز الشريطي ، ويتلقى نظام الاستقبال ما يكفي من الضوء المبعثر. في ماسحات الرمز الشريطي الليزرية بالليزر ذات الزاوية الكاملة ، يشيع استخدام نظام العودة للتلقي. في هذا التكوين ، المحور البصري الرئيسي للحزمة المستقبلة هو محور شعاع الخروج. وبالتالي ، فإن البقعة المنتشرة تكون دائمًا على محور نظام الاستقبال. مجال الرؤية الآنية لهذا الهيكل صغير للغاية ، مما يمكن من تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء إلى حد كبير ، وكذلك تحسين قمع الانعكاس المرآوي لرموز الرموز الشريطية ، ومتطلبات عدسة الاستقبال منخفضة أيضًا. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يجعل السطح الحساس للمستقبل أصغر. مستقبلات الإلكترونيات الضوئية عالية السرعة ليست حساسة بشكل عام ، والمستقبلات ذات المساحات الحساسة الصغيرة هي أيضًا أقل تكلفة ، لذلك هذا مهم أيضًا. العيب هو أنه ينتج ظاهرة التظليل عندما يقع شعاع المسح الضوئي على حافة كل مكون من نظام المسح. بالإضافة إلى اتخاذ تدابير هيكلية لتقليل التظليل ، ينبغي أيضًا تجاهل زاوية المسح الضوئي للخصائص السيئة.

 

يستخدم نظام التحكم في الكسب التلقائي البصري بشكل شائع في الماسحات الضوئية لرمز الباركود بالزاوية كاملة الزاوية ، بحيث لا تتغير شدة ضوء الإشارة المستقبلة مع مسافة رمز الرمز الشريطي. هذا يمكن أن يقلل من النطاق الديناميكي للإشارة وتسهيل المعالجة اللاحقة.

 

يتميز ماسح الباركود الليزري المحمول من نوع البندقية بخصائص سرعة المسح البطيء وتردد الإشارة المنخفض. يتمتع المستقبِل ذو التردد المنخفض للاستجابة ، مثل خلية السيليكون الضوئية ، بمساحة كبيرة حساسة ، كما أن نظام التردد المنخفض هذا يسهل أيضًا تحقيق نسبة إشارة عالية إلى الضوضاء. لذلك ، بالإضافة إلى مخطط الاستقبال الموصوف أعلاه ، يمكن اعتماد مخططات أخرى. على سبيل المثال ، يمكن تعديل شعاع الليزر الصادر بتردد عالي نسبيًا عن طريق استخدام التعديل السهل لليزر شبه الموصل. ثم ، في معالجة الإشارات الكهربائية ، يتم استخدام تقنية تضخيم الاستقبال المتزامن لإخراج إشارة الباركود. طالما أن تردد التشكيل أكبر بكثير من تردد إشارة الرمز الشريطي ، فإن خطأ عرض الرمز الشريطي الذي يجلبه سيكون ضئيلاً. تتمتع تقنية الاستقبال المتزامن بقدرة كبح عالية للضوضاء ، لذلك ليس من الضروري استخدام بنية العودة إلى الاستقبال. هذا سيعطي مرونة كبيرة لترتيب نظام الاستقبال البصري. تتيح هذه المرونة تحسين الأداء في بعض جوانب القارئ. على سبيل المثال ، في نظام العودة إلى الاستقبال ، يعد المكون المتحرك أيضًا جزءًا لا يتجزأ من نظام الاستقبال ، مما يتطلب أن يكون له حجم فتحة معين لضمان تلقي إشارة ضوئية كافية. ومع ذلك ، إذا كان العنصر المتحرك يلعب دور مسح الحزمة الصادرة فقط ، فيمكن جعله صغيرًا. من الواضح أن العناصر المتحركة الصغيرة مفيدة للغاية لاختيار مكونات الطاقة ، وتحسين الحياة والموثوقية.

 

(4) تحويل كهروضوئية ، إشارة التضخيم والشكل

 

يجب تحويل الإشارة الضوئية المستلمة إلى إشارة كهربائية بواسطة محول كهروضوئي. يتراوح تردد إشارة الرمز الشريطي في ماسح الرمز الشريطي بالليزر بزاوية كاملة من بضع ميغاهرتز إلى عدة عشرات من ميغاهرتز. تتطلب مثل هذه الترددات ذات الإشارة العالية من المحوِّل البصري الكهربي استخدام الثنائي الضوئي الانهيار (APO) أو الثنائي الضوئي PIN بقدرة استجابة عالية التردد. تستخدم الماسحات الضوئية ذات الباركود الليزرية الكاملة الزاوية بشكل مستمر لفترة طويلة. من أجل سلامة المستخدمين ، يُطلب من مصدر الليزر أن ينبعث طاقة أقل. لذلك ، فإن الطاقة المستلمة الأخيرة ضعيفة للغاية. من أجل الحصول على نسبة أعلى للإشارة إلى الضوضاء (التي يتم تحديدها بواسطة معدل الخطأ في البتات) ، عادةً ما يتم استخدام مكون منفصل منخفض الضوضاء لتشكيل دارة المضخم لتضخيم الإشارة مع انخفاض مستوى الضجيج.

 

تردد إشارة ماسح الباركود الليزري اليدوي من نوع البندقية هو عدة عشرات من الكيلو هرتز إلى عدة مئات من الكيلو هرتز. تُستخدم عمومًا خلايا الصور السيليكونية ، وأجهزة الديود الضوئي والناقلات الضوئية كأجهزة تحويل كهروضوئية. ماسحة الباركود الليزرية المحمولة من نوع البندقية تنبعث منها طاقة ضوئية عالية نسبيًا ولها تردد إشارة منخفض. بالإضافة إلى ذلك ، كما هو موضح أعلاه ، يمكن أيضًا استخدام تقنية التضخيم المتزامن. لذلك ، متطلباتها لخصائص المكونات الإلكترونية ليست عالية جدا. علاوة على ذلك ، بما أن تردد الإشارة منخفض ، فإن دائرة التحكم في الكسب التلقائي يمكن تحقيقها بسهولة أكبر.

 

نظرًا لغموض الحافة في طباعة الرموز الشريطية ، والأهم من ذلك بسبب الحجم المحدود لنقطة المسح وخصائص المرور المنخفض للدائرة الإلكترونية ، سيتم توضيح حواف الإشارة الناتجة ، والتي يشار إليها عمومًا باسم "الإشارات الكهربائية التناظرية". يجب أيضًا استعادة هذه الإشارة إلى الحافة بأكبر قدر ممكن من الدقة بواسطة دائرة التشكيل لتصبح ما يشار إليه عادة باسم "إشارة رقمية". وبالمثل ، فإن الماسحات الضوئية المحمولة باليد لديها مساحة أكبر لاختيار مخططات التشكيل بسبب انخفاض تردد الإشارة.

 

من الحالة المذكورة أعلاه ، يمكننا أن نرى أن التردد العالي للإشارة يؤدي إلى صعوبات تقنية وزيادات في التكلفة. بالنسبة للماسح الضوئي ذي الباركود الليزري بزاوية كاملة ولديه قدرة قراءة معينة ، فإن معدل البيانات R يتناسب مع n / (H × Cos α - W × sin α ). عندما يكون n هو عدد اتجاهات المسح ، فإن H و W هما على التوالي ارتفاع وعرض رمز الرمز الشريطي ، و α هي قيمة الزاوية التي يكون فيها رمز الرمز الشريطي غير مواتٍ للغاية للمسح والمسح الضوئي ، ويتم توزيعه بشكل موحد لكل خط المسح α = π / 2n ، إذا كانت n = 2 ، α هي 45 درجة . من هذه الصيغة ، يمكننا تقدير مخطط مسح النصف الأيسر والنصف الأيمن وتنسيق كود UPC. عندما تكون n 3 ، يكون معدل البيانات هو الأدنى. تتم قراءة الباركود بأكمله ، وسيكون معدل البيانات هو الأدنى عند n وهو 5. يجب مراعاة ذلك عند تصميم نظام المسح.

 

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا دمج وحدات المسح الضوئي منخفضة السرعة في صفيف واحد لتحقيق المسح الضوئي عالي السرعة بزاوية كاملة لأداء الرمز الشريطي. من الواضح أن هذا الحل مناسب أكثر للاستخدام في تطبيقات خطوط الأنابيب.

 

(5) فك التشفير

 

بعد تحديد كمية الإشارة الكهربائية على شكلها ، يتم فك تشفير المعلومات الواردة فيها بواسطة وحدة فك التشفير. نظرًا لأن الماسح الضوئي ذي الباركود الليزري ذو الزاوية الكاملة يحتوي على معدل بيانات مرتفع ومعظم ما تم الحصول عليه هو إشارات غير باركود وإشارات غير كاملة للباركود ، يحتاج مفكك التشفير إلى أن يكون لديه القدرة على التعرف تلقائيًا على إشارات الرمز الشريطي الصحيحة. لذلك ، لديها متطلبات أعلى بكثير على وحدة فك التشفير ، والتي تتطلب وحدة فك التشفير أن يكون لديها قدرة عالية للغاية لمعالجة البيانات وإنتاجية كبيرة للبيانات. في الوقت الحاضر ، يتم اعتماد مجموعة من البرامج والأجهزة على نطاق واسع. بالنسبة إلى أكواد UPC و EAN ، تشتمل وحدة فك الترميز أيضًا على وظيفة خياطة تلقائية لشرائح الشفرة اليمنى واليسرى. ومع ذلك ، قد تخيط هذه الغرز النصف الأيسر والنصف من اثنين من الرموز الشريطية المختلفة. أرقام التكافؤ والتحقق لا تضمن عدم حدوث ذلك. مع تطور تقنية المسح الضوئي ، وزيادة عدد اتجاهات المسح الضوئي للماسحة الضوئية وسرعة المسح الضوئي ، فإن وظيفة الربط في مقطع الشفرة ليست ضرورية للغاية. توفر العديد من منتجات الشركات مفتاحًا يتيح للمستخدمين اختيار هذه الميزة.

لمزيد من التفاصيل عن ماسح الباركود الليزري ، يرجى زيارة موقعنا على الإنترنت لمعرفة المزيد