Сканер штрих-кода

<час />

Фон

Существует множество различных типов машин для сканирования штрих-кодов, но все они работают на одних и тех же фундаментальных принципах. Все они используют интенсивность света, отраженного серией черных и белых полос, чтобы сообщить компьютеру, какой код он видит. Белые полосы очень хорошо отражают свет, а черные полосы почти не отражают свет. Сканер штрих-кода последовательно направляет свет на штрих-код, одновременно обнаруживая и записывая образец отраженного и неотраженного света. Затем сканер преобразует этот рисунок в электрический сигнал, понятный компьютеру. Все сканеры должны включать компьютерное программное обеспечение для интерпретации штрих-кода после его ввода. Этот простой принцип изменил то, как мы можем манипулировать данными, и то, как многие компании занимаются ведением записей.

Сканирование штрих-кода появилось в начале 1970-х годов как способ повысить скорость и точность ввода данных в компьютеры. Компании только начинали использовать компьютерное отслеживание запасов и выставления счетов. Задача заключалась в том, чтобы найти быстрый, эффективный и относительно надежный метод регистрации для компаний (например, складов или компаний по доставке по почте), которые поддерживают небольшой запас товаров большого объема. Использование штрих-кодов позволило служащим отслеживать каждый проданный, отправленный или упакованный товар без утомительного и подверженного ошибкам процесса ввода данных с клавиатуры. Штриховое кодирование быстро прижилось в магазинах одежды, на производственных предприятиях (например, автопроизводителях), в проверках багажа авиакомпаний, библиотеках и, конечно же, в супермаркетах. Сканеры для супермаркетов, которые сегодня являются обычным явлением, известны как сканеры для торговых точек, поскольку сканирование выполняется при покупке товаров; сканирование в точках продаж - это, пожалуй, самое сложное приложение для сканирования штрих-кода, которое используется сегодня. Сканеры для супермаркетов представляют собой наиболее совершенную конструкцию из различных типов сканеров штрих-кода из-за особых трудностей, связанных со считыванием штрих-кодов на предметах необычной формы или предметах, которые могут быть грязными, влажными или хрупкими.

Первые сканеры требовали вмешательства человека для сканирования и использовали очень простые источники света. Самым распространенным была палочка, которая до сих пор популярна, потому что она недорогая и надежная. Сканеры палочки требуют размещения конца сканера напротив кода, потому что используемый ими источник света достаточно узкий (сфокусированный), чтобы различать полосы и полосы прямо на кончике палочки. Если маркированные продукты имеют странную форму или грязные, этот метод непрактичен, если вообще возможен.

Чтобы сделать сканер, который работает, не касаясь кода, требуется источник света, который будет оставаться в узком ярком луче на больших расстояниях - лучший источник - лазер. Используя лазерный луч, код можно держать на расстоянии нескольких дюймов или более от сканера, и фактическое сканирование может происходить внутри сканера. Вращающиеся зеркальные сборки с приводом от двигателя, разработанные в середине 1970-х годов, позволяли лазерному лучу перемещаться по поверхности, поэтому пользователю не нужно было перемещать сканер или код; эта технология повысила надежность сканера и скорость чтения кода.

Позже голограммы были выбраны для замены зеркал, поскольку они могут действовать как зеркало, но при этом легкие и их легче моторизировать. Голограмма - это фотографическое изображение, которое ведет себя как трехмерный объект, когда на него попадает свет с правильной длиной волны. Голограмма создается путем попадания лазерного луча, разделенного на две части, на стеклянную или пластиковую пластину, покрытую фотографической эмульсией. В то время как предыдущее поколение сканеров работало, вращая сборку зеркала, голографические сканеры работают, вращая диск с одной или несколькими голограммами, записанными на нем.

В 1980 году исследователи из IBM и NEC одновременно разработали голографические сканеры для торговых точек. Голографическое сканирование было выбрано не только потому, что диски голограммы вращались легче, чем зеркальные сборки, но также потому, что один диск мог отражать свет во многих различных направлениях. за счет включения разных областей голограммы на один и тот же диск. Это помогло решить проблему позиционирования штрих-кода; то есть коды больше не нужны, чтобы смотреть прямо в окно сканирования. Современные сканеры штрих-кода будут сканировать в разных направлениях и под разными углами сотни раз в секунду. Если вы посмотрите на поверхность сканера на кассе, вы увидите множество пересекающихся световых линий; этот шаблон был выбран как самый надежный и наименее требовательный к конкретной ориентации упаковки.

Сырье

Сканер голографического штрих-кода состоит из набора предварительно отформованных деталей. Лазер - небольшая стеклянная трубка, наполненная газом, и небольшой источник питания для генерации лазерного луча - обычно представляет собой гелий-неоновый (HeNe) лазер. Другими словами, газовая трубка заполнена гелием и неоном, которые излучают красный свет. Красный свет легче всего обнаружить, а гелий-неоновый свет дешевле, чем другие виды лазеров. Они представляют собой гораздо меньшие версии лазеров, используемых в световых шоу или дискотеках.

Линзы и зеркала в оптическом узле изготовлены из полированного стекла или пластика, на который иногда наносят покрытие, чтобы сделать его более или менее отражающим при длине волны красного используемого света. Система обнаружения света представляет собой фотодиод - полупроводниковую часть, которая проводит электрический ток, когда на него попадает свет, и не пропускает ток, когда свет отсутствует; кремниевые или германиевые фотодиоды - это два типа фотодиодов, которые наиболее часто используются.

Корпус состоит из прочного корпуса, обычно сделанного из нержавеющей стали, и оптическое окно, которое может быть стеклянным или очень упругим. Материал окна должен обладать хорошими оптическими и механическими свойствами; то есть он должен оставаться прозрачным, но также должен защищать сканер от воздуха, чтобы грязь или пыль не попадали внутрь и не блокировали свет или детектор света. Дефекты в окне могут привести к тому, что свет будет передаваться под непредсказуемым углом или не пропускаться вовсе; оба сценария влияют на точность сканера.

Голографические диски сделаны из вещества, называемого дихромированный желатин . (DCG) между двумя пластиковыми дисками. DCG - это светочувствительное химическое вещество, используемое для записи лазерных изображений, подобно тому, как фотопленка записывает свет. Он был разработан Dow Chemical и Polaroid для их собственных голографических работ и продается в жидкой форме, поэтому его можно наносить на различные поверхности. Голограммы DCG широко используются в голографических украшениях (подвески, циферблаты и т. Д.) И в голографических вращающихся дисках, продаваемых в магазинах игрушек. DCG потеряет записанное изображение, если оставить его на открытом воздухе, поэтому его необходимо закрепить между двумя слоями пластика.

Привод вращающегося двигателя, который вращает диск, представляет собой небольшой электрический цилиндр с центральным вращающимся валом, подобный типу, доступному в сборочном наборе. Вал прикреплен к центру диска голограммы, так что при включении двигателя диск вращается.

Дизайн

Сканеры штрих-кода требуют, чтобы команда дизайнеров произвела завершенную сборку. Сначала инженер по лазерной записи проектирует диск с голограммой. В этом дизайне следует учитывать ряд важных особенностей. Например, диск должен отражать большую часть падающего на него света (высокая эффективность), он не должен искажать свет, чтобы отраженный луч оставался узким, и он должен отражать свет в выбранном шаблоне сканирования во время вращения. Кроме того, шаблон сканирования должен максимизировать количество читаемых ориентаций, при которых штрих-код может быть пропущен через окно сканирования и все еще считан.

Готовый диск состоит из множества различных голограмм, записанных клиньями на одном диске. Каждый клин отражает свет под разным углом. Когда диск вращается, свет сканируется в линию. Ориентация линий меняется с клина на клин. Разработчик голограмм также указывает точную мощность лазера, который будет использоваться, выбор, основанный на долговечности, эффективности и безопасности пользователя.

После того, как диск с голограммой спроектирован, инженер-оптик проектирует размещение лазера и диска голограммы, определяет линзы или зеркала, необходимые для направления света в нужном направлении, и проектирует систему обнаружения таким образом, чтобы свет, отраженный от штрих-кода, мог быть читать качественно и надежно. Разработчик должен оптимизировать оптический выброс сканера, определяется как максимальное расстояние, на котором объект может находиться от окна сканера и при этом считываться правильно. Задача дизайнера оптики - решить, как лучше всего разместить компоненты на минимальном пространстве, с наименьшим весом и затратами, при этом располагая окно под удобным углом для нормального использования. Например, сканер в супермаркете должен располагать окошко кассы вверх, хотя может быть удобнее положить вращающийся диск боком внутрь коробки. Дополнительные зеркала позволяют удовлетворить оба этих ограничения.

Инженер-электрик определяет лучший метод интерпретации электрических сигналов, исходящих от фотодетектора. Электрически сигналы должны приниматься и интерпретироваться как последовательность сигналов включения (свет, отраженный от белой полосы) и сигналов выключения (отсутствие отражения света от черной полосы). Полученный узор затем преобразуется компьютером в информацию о продукте, которую он представляет. Компьютерный программист может быть использован для разработки компьютерного программного обеспечения, которое преобразует код в информацию о продукте, но работа по правильной интерпретации схемы включения / выключения возложена на инженера-электрика.

Производственный
процесс

После того, как все компоненты спроектированы, они готовы к сборке. Диск с голограммой обычно изготавливается на собственном предприятии, тогда как другие компоненты - линзы, зеркала и лазер - обычно покупаются у других производителей. Затем различные части собираются и тестируются.

Диск с голограммой

• 1 Первым шагом в производственном процессе является массовое производство диска с голограммой. Этот диск является копией мастер-голограммы. Все диски, мастер и репродукции, представляют собой бутерброды из пластикового «хлеба» с DCG начинкой. Мастер-диски делаются секциями, по одному клинку для каждого угла отражения, необходимого для окончательного диска. Типичный сканер в торговой точке содержит от 7 до 16 клиньев на одном диске. Голографическая запись выполняется двумя лазерными лучами, которые пересекаются на поверхности сэндвича DCG, создавая голографический узор. Регулировка угла, под которым встречаются два луча, изменит отражательные свойства каждой голограммы. Каждый созданный таким образом клин будет действовать как зеркало, повернутое в другом направлении.
• 2 После записи всех необходимых клиньев их собирают и приклеивают на единую прозрачную пластину, которую затем можно воспроизвести. Используемый клей обладает оптическими свойствами, которые не искажают изображение голограммы, как, например, клеи на основе глицерина. Есть много способов воспроизвести голограмму, но наиболее распространенным для голограмм DCG является оптическая репликация. Мастер-диск помещается рядом с пустым сэндвич-диском DCG, но не соприкасается с ним, и один лазерный луч используется для освещения мастера сзади. Это перенесет узор на заготовку.

Линзы, зеркала, лазер

• 3 Другие компоненты - линзы, зеркала, лазер и т. д. - обычно приобретаются у стороннего производителя. Свойства линзы, зеркала и окна сканирования указываются в процессе проектирования. Производитель тестирует все эти компоненты по мере их поступления, чтобы подтвердить, что они соответствуют спецификации. Двигатели и лазеры проходят испытания на предмет надлежащей работы, а некоторые проходят испытание на весь срок службы, чтобы убедиться, что сканер штрих-кода не выйдет из строя в течение разумного периода времени.

Жилье

• 4 Корпус можно купить в мастерской по ремонту металла или изготовить самостоятельно. Размер и точная форма коробки указываются в конструкции, и производство преобразует эти спецификации в реализуемые эскизы. Детали обрабатываются, собираются и проходят испытания на прочность и долговечность.

В сканере штрих-кода лазерный луч направлен на предмет с черно-белым символом штрих-кода. Свет отражается обратно и записывается на вращающийся голографический диск. Затем фотодетектор преобразует этот свет в электрический сигнал, который может считывать компьютер.
Вращающийся диск состоит из химического вещества, DCG, зажатого между двумя пластиковыми дисками. Типичный голографический диск содержит от 7 до 12 клиньев, каждый из которых отражает свет под разным углом. Для изготовления этих дисков сначала готовится мастер-диск, состоящий из различных клиньев, наклеенных на единую прозрачную пластину. Затем единственный лазерный луч освещает мастер сзади, перенося рисунок на пустой диск DCG, расположенный рядом с мастером (но не касаясь его).

Окончательная сборка

• 5 Наконец, диск с голограммой собирается с вращающимся моторным приводом и тестируется. Проверяются шаблон сканирования, направление и скорость. Затем вращающийся диск собирают с оптической системой (лазером и зеркалами). Размещение лазера часто зависит от места:лазер может быть направлен непосредственно на вращающийся диск или на зеркало, которое направляет луч к диску, если это уменьшает размер упаковки.
• 6 Диск и оптическая система тестируются как единое целое. Когда сборка проходит проверку, она постоянно устанавливается внутри корпуса и закрывается окном сканирования.

Контроль качества

При производстве сканера штрих-кода контроль качества проходит в несколько этапов. Начнем с того, что существует несколько критериев тестирования, которые определены в индустрии штрих-кодов и должны быть указаны всеми производителями. К ним относятся:

• Скорость чтения при первом прохождении (FPRR) - процент времени, в течение которого код может быть прочитан при первом прохождении окна сканирования.
• Уровень отклонения - количество сканированных изображений на миллион, которые просто не будут прочитаны.
• Скорость чтения - диапазон скоростей, с которыми код может проходить по поверхности сканера.

Эти свойства будут относиться к оптическим, электрическим и механическим свойствам сканера. С механической точки зрения сканеры работают в течение нескольких дней (и некоторые избранные устройства будут сняты с производства для испытаний на более длительный срок службы - до нескольких лет), чтобы гарантировать, что двигатель будет продолжать вращать диск последовательно с ожидаемой скоростью. Поскольку способность различать широкие и узкие полосы в коде зависит от скорости вращения диска, очень важно, чтобы моторизованный диск продолжал работать предсказуемым образом. Скорость вращения также будет иметь отношение к скорости чтения, и, возможно, ее потребуется отрегулировать, чтобы она соответствовала средней скорости, которую клерк будет использовать для перетаскивания товаров через кассу супермаркета. Механические сбои могут указывать на несбалансированный или несбалансированный диск или другие механические проблемы, которые необходимо исправить.

Оптически сканеры проверяются на непротиворечивость считывания кода. Для хорошего сканера штрих-кода это число должно быть больше 85 процентов. Обычно достигается от 75 до 85 процентов. Если сканер не соответствует этим критериям, его отправляют обратно для проверки оптической системы - чистоты компонентов и надлежащего функционирования лазера и системы обнаружения.

Электрически сканеры проверяются на коэффициент брака. Голографические сканеры сканируют свет по штрих-коду 100-200 раз в секунду. Это позволяет компьютеру сравнивать различные показания кода на предмет точности. Но если возникнет какая-то проблема с электроникой, компьютер начнет «отбрасывать» сканы или просто отказываться их читать. В части этого теста используются штрих-коды, которые в некотором роде несовершенны - коды, содержащие чернильные пятна, полосы неоднородной ширины и т. Д. Производитель должен создать сканер, который может допускать некоторые сбои в процессе печати кода. Это еще одна причина использовать метод множественного сканирования и перекрестной проверки.

Будущее

Технологии сканирования штрих-кодов в будущем пойдут разными путями. Для более широкого использования сканирования штрих-кода требуются более дешевые и небольшие источники света, которые улучшат работу таких простых инструментов, как палевый сканер. Например, полупроводниковые лазеры могут сделать палочку более привлекательным инструментом для пользователей. Кроме того, некоторые детские обучающие инструменты и игрушки начинают появляться с интерактивными штрих-кодами, а не с кнопками. Таким образом, к одной и той же игрушке для сканирования штрих-кода могут быть добавлены новые модули. Существуют некоторые системы домашних покупок, которые начинают использовать эту технологию, позволяя людям делать покупки в магазине или покупать одежду дома, просматривая выбранные элементы из каталога с помощью своего телефона и модема.

С другой стороны, лазерные сканеры находят все более и более сложные приложения, поскольку технология становится более надежной и простой в использовании. Все больше отраслей используют штриховое кодирование для отслеживания сложных партий изделий, изготавливаемых по индивидуальному заказу, записи этапов производственного процесса и мониторинга деятельности на своих предприятиях. Могут быть разработаны другие оптические сборки, которые позволят этой технологии стать еще более гибкой по размеру и применимости.