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激光条码扫描平台的原理及五大组成部分!
编辑:广州微光信源物联科技有限公司   发布时间:2019-04-17

导读:激光条码扫描器由激光源、光学扫描、光学接纳、光电转换、信号放大、整形、量化和译码等局部组成,下面将细致讨论这些组成局部。

激光条码扫描器由于其独有的大景深区域、高扫描速度、宽扫描范围等突出优点得到了普遍的运用。另外,激光全角度激光条码扫描器由于可以高速扫描识读恣意方向经过的条码符号,被大量运用在各种自动化水平高、物流量大的范畴。激光条码扫描器由激光源、光学扫描、光学接纳、光电转换、信号放大、整形、量化和译码等局部组成,下面将细致讨论这些组成局部。

激光条码扫描平台的原理

激光扫描枪经过打出的光源来扫描条码,经过条码的黑白条空所反射的光的宏大差异来辨认条码,当扫描一组条码的时分,光源映照到条码上后反射光穿过透镜集聚到扫描模组上,由扫描模组(俗称扫描枪解码板)把光信号变换成模仿数字信号(即电压,它与承受到的光的强度有关)。即可传输到电脑上就是我们想要的条码内容。在这个扫描枪整个采集光源到解码剖析转变成电脑输入信号的过程当中,假如条码无法正确的辨认到,激光源线会不断亮着,这其实是扫描枪不断在解码的过程,假如解码胜利,激光线就自动灭掉。

这时分模仿-数字转换电路把模仿电压转换成数字讯号,传送到电脑。颜色用RGB三色的8、10、12位来量化,既把信号处置成上述位数的图像输出。假如有更高的量化位数,意味着图像能有更丰厚的层次和深度,但颜色范围已超出人眼的辨认才能,所以在可分辨的范围内关于我们来说,更高位数的扫描枪扫描出来的效果就是颜色衔接平滑,可以看到更多的画面细节。

激光扫描枪组成局部

(一)激光源

采用MOVPE(金属氧化物气相外延)技术制造的可见光半导体激光用具有低功耗、可直接调制、体积小、重量轻、固体化、牢靠性高、效率高等优点。它一呈现即疾速替代了原来运用的He-Ne激光器。

半导体激光器发出的光束为非轴对称的椭圆光束。出射光束垂直于P-W结面方向的发散角V⊥≈30°,平行于结面方向的发散角V‖≈10°。如采用传统的光束准直技术,光束集聚点两边的椭圆光斑的长、短轴方向将会发作交流。显然这将使扫描器只要小的扫描景深。Jay M.Eastman等提出采用图3所示的光束准直技术,克制了这种交流现象,大大地进步了扫描景深范围。这种椭圆光束只能应用在单线激光扫描器上。布置光路时,应让光斑的椭圆长轴方向与光线扫描方向垂直。关于单线激光条码扫描器,这种椭圆光斑由于对印刷噪声的不敏理性,将比下面所说的圆形光斑特性更好。

关于全角度条码激光条码扫描器,由于光束在扫描识读条码时,有时以较大倾斜角扫过条码。因而,光束光斑不宜做成椭圆形。通常都将它整构成圆形。目前常用的整形计划是在准直透镜前加一小圆孔光阑。此种光束特性可用小孔的菲涅耳衍射特性来很好地近似。采用这种计划,关于规范尺寸UPC条码,景深能做到大约250mm到300mm。这关于普通商业POS系统曾经足够了。但对如机场行李保送线等请求大景深的场所,就显得不够了。目前常用的计划是增大条码符号的尺寸或使组成扫描图案的不同扫描光线集聚于不同区域构成“多焦面”。但是更有吸收力的计划是采用特殊的光学准直元件,使经过它的光场具有特殊的散布从而具有极小的光束发散角,得到较大的景深。

(二)光学扫描系统

从激光源发出的激光束还需经过扫描系统构成扫描线或扫描图案。全角度条码激光条码扫描器普通采用旋转棱镜扫描和全息扫描两种计划。全息扫描系统具有构造紧凑、牢靠性高和造价低廉等显著优点。自从IBM公司在3687型扫描器上首先应用以来得到了普遍的应用,且不时新陈代谢。能够意料,它所占的市场份额将会越来越大。

旋转棱镜扫描技术历史较长久,技术上较成熟。它应用旋转棱镜来扫描光束,用一组折叠平面反射镜来改动光路完成多方向的扫描光线。目前运用较多的MS-700等扫描器产品还使旋转棱镜不同面的楔角不同而构成一个扫描方向上有几条扫描线。由多向多线的扫描光线组成一个高密度的扫描图案。这种办法可能带来的另一个益处是可使激光辐射危害减轻。

全角度扫描这个概念最早是为了进步超级市场的流通速度而提出的,并设计了与之相应的UPC条码。关于UPC码两个扫描方向的“X”扫描图案就已能完成全角度扫描。随着扫描技术的开展,条码应用范畴的拓宽以及进步自动化水平的迫切需求,如今正在把全角度扫描这个概念推行到别的码制,如39码、交插25码等。这些码制的条码高宽比拟小,为了完成全角度扫描将需求多得多的扫描方向数。为此除旋转棱镜外还将需求增加另一个运动元件,例如旋转图4中的折叠平面镜组等。

手持单线扫描器由于扫描速度低、扫描角度较小等缘由,能用来完成光束扫描的计划就很多。除采用旋转棱镜、摆镜外,还能经过运动光学系统中的很多部件来到达光束扫描。如经过运动半导体激光器、运动准直透镜等来完成光束扫描。而产生这些运动的动力元件除直流电机外,还能够是压电陶瓷和电磁线圈等。这些动力元件具有不易损坏、寿命长和运用便当等优点,估量亦将会得到一定的应用。

(三)光接纳系统

扫描光束射到条码符号上后被散射,由接纳系统接纳足够多的散射光。在激光全角度激光条码扫描器中,普遍采用回向接纳系统。在这种构造中,接纳光束的主光轴就是出射光线轴。这样,散射光斑一直位于接纳系统的轴上。这种构造的瞬时视场极小,能够极大地进步信噪比,还能进步对条码符号镜面反射的抑止才能,并且对接纳透镜的请求亦很低。另外,它还能使接纳器的敏感面较小。高速光电接纳器敏感面积普通都不大,而且小敏感面积的接纳器本钱亦较低,所以这一点也是很重要的。它的缺陷是当扫描光束位于扫描系统各元件边缘时要产生渐晕现象。除了从构造上采取措施尽量减小渐晕外,还应舍弃特性太差的扫描角度。

全角度激光条码扫描平台中还普遍采用光学自动增益控制系统,使接纳到的信号光强度不随条码符号的间隔远近而改动。这能够减少信号的动态范围,有利于后续处置。

手持枪式激光条码扫描用具有扫描速度较慢、信号频率较低等特性。而低响应频率的接纳器如硅光电池具有较大的敏感面积,并且这低频系统也容易到达较高的信噪比。因而,除可采用上述回向接纳计划外还能够采取别的计划。例如可应用半导体激光器的易调制性,将出射激光束以某一较高频率调制。然后,在电信号处置时再采用同步接纳放大技术取出条码信号。只需调制频率远大于条码信号频率,它所带来的条码宽度误差将可疏忽不计。同步接纳技术具有极高的抑止噪声才能,因而就不一定采用回向接纳构造。这样就会给光学接纳系统的布置上带来相当的灵敏性。应用这种灵敏性就能使识读器某些方面的性能得以进步。例如在回向接纳计划中,运动元件亦是接纳系统的组成局部,请求它具有一定的孔径大小以保证接纳到足够多的信号光。但是,假如运动元件仅仅起扫描出射光束的作用,就能够做得很小。显然小的运动元件无论关于选择动力元件还是进步寿命、牢靠性都是极为有利的。

(四)光电转换、信号放大及整形

接纳到的光信号需求经光电转换器转换成电信号。全角度激光条码扫描器中的条码信号频率为几兆赫到几十兆赫。这么高的信号频率请求光电转换器运用具有高频率响应才能的雪崩光电二极管(APO)或PIN光电二极管。全角度激光条码扫描器普通都是长时间连续运用,为了运用者平安,请求激光源出射能量较小。因而最后接纳到的能量极弱。为了得到较高的信噪比(这由误码率决议),通常都采用低噪声的分立元件组成前置放大电路来低噪声地放大信号。

手持枪式激光条码扫描器的信号频率为几十千赫到几百千赫。普通采用硅光电池、光电二极管和光电三极管作为光电转换器件。手持枪式激光条码扫描器出射光能量相对较强,信号频率较低,另外,如前所说还可采用同步放大技术等。因而,它对电子元器件特性请求就不是很高。而且由于信号频率较低,就能够较便当地完成自动增益控制电路。

由于条码印刷时的边缘含糊性,更主要是由于扫描光斑的有限大小和电子线路的低通特性,将使得到的信号边缘含糊,通常称为“模仿电信号”。这种信号还须经整形电路尽可能精确地将边缘恢复出来,变成通常所说的“数字信号”。同样,手持枪式扫描器由于信号频率低,在选择整形计划上将有更多的余地。

从上面所说的状况中,我们能够看到高信号频率带来了技术上的很大艰难和本钱上的进步。关于具有一定识读才能的全角度激光条码扫描器,它的数据率R正比于n/(H×Cosα-W×sinα)。其中,n为扫描方向数,H、W分别为条码符号的高度、宽度,α为条码符号相对扫描图案处于最不利于扫描识读时的角度值,关于各扫描线平均散布的状况 α=π/2n,如 n=2 时 α为45°由这个式子我们可预算关于UPC码,假如采用扫描左半部和右半部并停止拼接的计划,n为3时数据率最低,关于完整贯串整个条码才识读的计划,n为5时数据率将最低。在设计扫描系统时需对此予以思索。

另外,也能够采用低速的扫描模块组合成一个阵列来到达全角度高速扫描条码的性能。显然,这种计划较宜应用于流水线场所中。

(五)译码

整形后的电信号经过量化后,由译码单元译出其中所含信息。全角度激光条码扫描器由于数据率高,且得到的绝大多数为非条码信号和不完好条码信号,译码器需求有自动辨认有效条码信号的才能。因而它对译码单元的请求高得多,请求译码单元具有极高的数据处置才能和极大的数据吞吐量。目前普遍采用软、硬件严密分离的办法。关于UPC、EAN码,译码器还要有左、右码段自动拼接功用。不过这种拼接可能未来自两个不同条码的左半部和有半部拼接起来。奇偶性和校验位并不能保证这种状况一定不会发作。随着扫描技术的开展,激光条码扫描平台扫描方向数的增加和扫描速度的进步,这种码段拼接功用就显得不是十分必要了。不少公司的产品都提供一个开关让用户本人来取舍这个功用。


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