DE2557535C3

DE2557535C3 - Fernerkennungsanordnung für Objekte

Info

Publication number: DE2557535C3
Application number: DE2557535A
Authority: DE
Inventors: Jacques Chatou Chartraire; Jean Le St. Renan Coeur; Jacques Plouzane-St. Renan Pouliquen
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1974-12-20
Filing date: 1975-12-19
Publication date: 1980-04-30
Also published as: ES443689A1; SE7514482L; NL7514767A; DK581975A; US4070584A; GB1514179A; IE41977B1; FR2295495B1; CH607149A5; CA1058728A; DE2557535A1; IE41977L; IT1052880B; ATA969875A; AT351591B; FR2295495A1; DE2557535B2

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

^M überstreichen. Die bekannte Lesevorrichtung ist zur Erkennung von Farben, jedoch nicht zur Erkennung von

abwechselnd reflektierenden und nicht reflektierenden

Flächen auf einem Träger geeignet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

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

F i g. 1 ein Schema der Erkennungsanordnung F i g. 2 eine Fotodiodenanordnung

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.

F i g. 6 zeigt schematisch bei a eine Reihe von

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

Des weiteren sind noch Kontroll- oder Steuerschal

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.

Hierzu 3 Blitt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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 P_a) gleichzeitig als innerhalb dieser Fläche (29) liegende Fläche (28) abbildet, daß das Taktsignal zum Lesen der Information die Wandlerelemente (P\ bis P_a) 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.