تاريخ صناعة الباركود , وطريقة عمل ماسح الباركود

توجد العديد من الأنواع المختلفة من آلات مسح الرمز الشريطي ، ولكنها تعمل جميعها على نفس المبادئ الأساسية. يستخدمون جميعًا شدة الضوء المنعكسة من سلسلة خطوط سوداء وبيضاء لإخبار الكمبيوتر عن الرمز الذي يشاهده. تعكس الخطوط البيضاء الضوء بشكل جيد للغاية ، بينما تعكس الخطوط السوداء أي ضوء على الإطلاق. يسلط الماسح الضوئي للرمز الشريطي الضوء بالتسلسل عبر الرمز الشريطي ، ويكشف في الوقت نفسه نمط الضوء المنعكس وغير المنعكس ويسجله. ثم يترجم الماسح الضوئي هذا النمط إلى إشارة كهربائية يمكن للكمبيوتر فهمها. يجب أن تحتوي جميع الماسحات الضوئية على برامج كمبيوتر لتفسير الرمز الشريطي بمجرد إدخاله.

ظهر مسح الرمز الشريطي في أوائل السبعينيات كطريقة لتحسين سرعة ودقة إدخال البيانات إلى أجهزة الكمبيوتر. كانت الشركات قد بدأت للتو في استغلال تتبع الكمبيوتر للسهم والفواتير. كان التحدي هو العثور على طريقة سريعة وفعالة ومقاومة للخداع نسبيًا لتسجيل السجلات للشركات (على سبيل المثال المستودعات أو شركات الطلبات البريدية) التي تحتفظ بمخزون صغير من العناصر ذات الحجم الكبير. مكّن استخدام الرموز الشريطية الكتبة من تتبع كل عنصر قاموا ببيعه أو شحنه أو تحزيمه بدون عملية إدخال بيانات لوحة المفاتيح المملّة والمعرضة للخطأ. تم اكتشاف الترميز الشريطي بسرعة في متاجر الملابس ، ومصانع التصنيع (مثل شركات تصنيع السيارات) ، وفحص أمتعة الخطوط الجوية ، والمكتبات ، وبالطبع ، محلات السوبر ماركت. تُعرف الماسحات الضوئية للسوبر ماركت الشائعة في الوقت الحاضر بالماسحات الضوئية لنقاط البيع ، حيث يتم المسح الضوئي عند شراء البضائع ؛ ربما يكون مسح نقاط البيع هو أكثر تطبيقات مسح الرمز الشريطي صعوبة في الاستخدام اليوم. تمثل الماسحات الضوئية للسوبر ماركت التصميم الأكثر تقدمًا لأنواع مختلفة من الماسحات الضوئية للرموز الشريطية ، نظرًا للصعوبات الخاصة المرتبطة بقراءة الرموز الشريطية على العناصر ذات الأشكال الغريبة أو العناصر التي قد تكون متسخة أو رطبة أو هشة.

تطلبت الماسحات الضوئية الأولى إجراء بشريًا لإجراء المسح واستخدمت مصادر ضوء بسيطة للغاية. كانت العصا الأكثر شيوعًا ، والتي لا تزال شائعة لأنها رخيصة وموثوقة. تتطلب ماسحات العصا وضع نهاية الماسح مقابل الشفرة ، لأن مصدر الضوء الذي يستخدمونه ضيق فقط (مركّز) بما يكفي للتمييز بين الأشرطة والخطوط عند طرف العصا. إذا كانت المنتجات التي تحمل علامات على شكل غريب أو متسخة ، فإن هذه الطريقة غير عملية إن لم تكن مستحيلة.

يتطلب عمل ماسح ضوئي يعمل دون لمس الرمز مصدر ضوء سيظل في شعاع ضيق ومشرق على مسافات أطول – أفضل مصدر هو الليزر. باستخدام شعاع الليزر ، يمكن الاحتفاظ بالكود عدة بوصات أو أكثر من الماسح الضوئي ، ويمكن إجراء إجراء المسح الفعلي داخل الماسح الضوئي. سمحت تركيبات المرآة الدوارة التي تعمل بمحرك ، والتي تم تطويرها في منتصف السبعينيات ، بامتصاص ضوء الليزر على سطح حتى لا يحتاج المستخدم إلى تحريك الماسح الضوئي أو الشفرة ؛ حسنت هذه التقنية موثوقية الماسح الضوئي وسرعة قراءة التعليمات البرمجية.

في وقت لاحق ، تم اختيار الهولوغرام لاستبدال المرايا ، لأنها يمكن أن تعمل مثل المرآة ولكنها خفيفة الوزن ويمكن تشغيلها بمحرك بسهولة أكبر. الهولوغرام هو صورة فوتوغرافية تتصرف مثل جسم ثلاثي الأبعاد عندما تصطدم بضوء الطول الموجي الصحيح. يتم إنشاء صورة ثلاثية الأبعاد من خلال تسليط شعاع ليزر مقسم إلى جزأين على لوح زجاجي أو بلاستيكي مغطى بمستحلب فوتوغرافي. في حين أن الجيل السابق من الماسحات الضوئية يعمل عن طريق تدوير مجموعة المرآة ، تعمل الماسحات الضوئية الثلاثية الأبعاد من خلال لف القرص بواحد أو أكثر من الصور المجسمة المسجلة عليه.

طور الباحثون في IBM و NEC في وقت واحد ماسحات ضوئية ثلاثية الأبعاد في نقطة بيع في عام 1980. تم اختيار المسح ثلاثي الأبعاد ليس فقط لأنه يمكن لف أقراص الهولوغرام بسهولة أكثر من تجميعات المرآة ، ولكن أيضًا لأن قرصًا واحدًا يمكن أن يعكس الضوء في العديد من الاتجاهات المختلفة ، من خلال دمج مناطق الهولوغرام المختلفة على نفس القرص. وقد ساعد ذلك على حل مشكلة وضع الرمز الشريطي ؛ أي ، الرموز لم تعد هناك حاجة لمواجهة نافذة المسح مباشرة. ستقوم الماسحات الضوئية الحديثة للرموز الشريطية بالمسح الضوئي في اتجاهات وزوايا مختلفة ومئات المرات كل ثانية. إذا نظرت إلى سطح الماسح الضوئي في حارة الدفع ، فسترى الكثير من خطوط الضوء المتقاطعة ؛

مواد أولية

يتكون ماسح الباركود المجسم من تجميع الأجزاء مسبقة التشكيل. الليزر – أنبوب زجاجي صغير مملوء بالغاز ومصدر طاقة صغير لتوليد شعاع ليزر – عادة ما يكون ليزر هيليوم نيون (HeNe). وبعبارة أخرى ، فإن أنبوب الغاز مملوء بغازات الهيليوم والنيون التي تنتج ضوءًا أحمر. من السهل اكتشاف الضوء الأحمر ، وهي أقل تكلفة من أنواع الليزر الأخرى. إنها إصدارات أصغر بكثير من أنواع الليزر المستخدمة في العروض الخفيفة أو المراقص.

العدسات والمرايا في المجموعة البصرية مصنوعة من الزجاج أو البلاستيك المصقول للغاية ، والتي يتم تغليفها في بعض الأحيان لجعلها أكثر أو أقل انعكاسًا في الطول الموجي الأحمر للضوء المستخدم. نظام الكشف عن الضوء هو صمام ضوئي – جزء من أشباه الموصلات يقوم بتوصيل التيار الكهربائي عندما يضيء الضوء عليه ، ولا يوجد تيار عند عدم وجود ضوء ؛ تعد السليودات الضوئية للسيليكون أو الجرمانيوم نوعين من الثنائيات الضوئية الأكثر استخدامًا.

يتكون الغلاف من علبة متينة ، عادة ما تكون مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، ونافذة بصرية يمكن أن تكون زجاجية أو بلاستيكية مرنة للغاية. يجب أن تحتوي مادة النافذة على خصائص بصرية وميكانيكية جيدة ؛ أي أنه يجب أن يظل شفافًا ولكن يجب أيضًا أن يغلق الماسح الضوئي من الهواء ، حتى لا يدخل أي أوساخ أو غبار إلى داخله ويحجب الضوء أو كاشف الضوء. يمكن أن تتسبب العيوب في النافذة في انتقال الضوء بزاوية غير متوقعة أو لا يمكن إطلاقها على الإطلاق ؛ يؤثر كلا السيناريوهين على دقة الماسح الضوئي.

تتكون الأقراص الثلاثية الأبعاد من مادة تسمى الجيلاتين ثنائي اللون (DCG) محكم بين قرصين بلاستيكيين. DCG هي مادة كيميائية حساسة للضوء تستخدم لتسجيل صور الليزر ، مثل الكثير من تسجيلات الأفلام الفوتوغرافية الضوئية. تم تطويره من قبل Dow Chemical و Polaroid لعملهم المجسم الخاص ، ويتم بيعه في شكل سائل بحيث يمكن طلاءه على مجموعة متنوعة من الأسطح. تعتبر الصور المجسمة لـ DCG شائعة في المجوهرات الثلاثية الأبعاد (المعلقة ، وواجهات الساعات ، وما إلى ذلك) وفي أقراص التصوير المجسمة التي تباع في متاجر الألعاب. ستفقد DCG صورة مسجلة إذا تركت في الهواء الطلق ، ولهذا السبب يجب أن تكون مختومة بين طبقتين من البلاستيك.

محرك الدوران الذي يدير القرص عبارة عن أسطوانة كهربائية صغيرة ذات عمود دوران مركزي ، يشبه النوع المتوفر في مجموعة الناصب. يتم ربط العمود بمركز قرص الهولوغرام ، بحيث عندما يتم تشغيل المحرك ، يدور القرص.

التصميم

تتطلب الماسحات الضوئية للرموز الشريطية فريقًا من المصممين لإنتاج التجميع المكتمل. أولاً ، يقوم مهندس التسجيل بالليزر بتصميم قرص الهولوغرام. هناك عدد من الميزات الهامة التي يجب مراعاتها في هذا التصميم. على سبيل المثال ، يجب أن يعكس القرص غالبية الضوء الذي يضربه (كفاءة عالية) ، ويجب ألا يشوه الضوء بحيث تظل الحزمة المنعكسة ضيقة ، ويجب أن تعكس الضوء في نمط المسح المختار أثناء الدوران. أيضًا ، يجب أن يزيد نمط المسح من عدد الاتجاهات القابلة للقراءة التي يمكن من خلالها تمرير رمز شريطي عبر نافذة المسح ولا يزال يُقرأ.

يتكون القرص النهائي من العديد من الصور المجسمة المختلفة المسجلة في أسافين على نفس القرص. يعكس كل إسفين الضوء بزاوية مختلفة. أثناء دوران القرص ، يتم مسح الضوء في خط. يتغير اتجاه الخطوط من إسفين إلى إسفين. يحدد مصمم الهولوغرام أيضًا القوة الدقيقة لليزر الذي سيتم استخدامه ، وهو اختيار يعتمد على طول العمر والكفاءة والسلامة للمستخدم.

بعد تصميم قرص الهولوغرام ، يقوم مهندس بصري بتصميم موضع الليزر وأقراص الهولوغرام ، ويحدد أي عدسات أو مرايا مطلوبة لتوجيه الضوء في الاتجاه الصحيح ، ويصمم نظام الكشف بحيث يكون الضوء المنعكس من الرمز الشريطي يقرأ بكفاءة وموثوقية. يجب على المصمم تحسين الرمية الضوئية للماسح الضوئي ، يُعرف بأنه أبعد مسافة يمكن إبقاء كائن بعيدًا عن نافذة الماسحة الضوئية ولا يزال يُقرأ بشكل صحيح. إن مهمة المصمم البصري مهمة النظر في أفضل طريقة لتناسب المكونات في أصغر مساحة ، مع أصغر وزن ومصروف ، مع الاستمرار في وضع النافذة بزاوية مناسبة للاستخدام العادي. على سبيل المثال ، يجب أن يكون الماسح الضوئي في السوبر ماركت نافذة مواجهة لأعلى على منصة الدفع ، على الرغم من أنه قد يكون أكثر ملاءمة لوضع القرص الدوار في الجانب داخل الصندوق. يمكن أن تسمح المرايا الإضافية بالوفاء بكل من هذه القيود.

يحدد مهندس الكهرباء أفضل طريقة لتفسير الإشارات الكهربائية القادمة من الكاشف الضوئي. كهربائيًا ، يجب استقبال الإشارات وتفسيرها على أنها تسلسل لإشارات التشغيل (الضوء المنعكس من شريط أبيض) وإشارات الإيقاف (لا ينعكس الضوء من شريط أسود). ثم يتم تحويل النمط الناتج بواسطة الكمبيوتر إلى معلومات المنتج التي يمثلها النمط. قد يتم استخدام مبرمج كمبيوتر لتصميم برنامج الكمبيوتر الذي سيترجم الرمز إلى معلومات المنتج ، ولكن مهمة تفسير نمط ON / OFF بشكل صحيح متروك للمهندس الكهربائي.

عملية التصنيع

بعد تصميم جميع المكونات ، تصبح جاهزة للإنتاج والتجميع. عادة ما يتم تصنيع قرص الهولوغرام داخل الشركة ، في حين يتم شراء المكونات الأخرى – العدسات والمرايا والليزر – من شركات تصنيع أخرى. ثم يتم تجميع واختبار الأجزاء المختلفة.
قرص الهولوغرام
1 الخطوة الأولى في عملية التصنيع هي إنتاج قرص الهولوغرام بكميات كبيرة. يتم نسخ هذا القرص من صورة ثلاثية الأبعاد رئيسية. جميع الأقراص الرئيسية والنُسخ هي شطائر مصنوعة من “خبز” بلاستيكي مع تعبئة DCG. يتم تصنيع الأقراص الرئيسية في أقسام ، وتد واحد لكل زاوية انعكاس مختلفة مطلوبة في القرص النهائي. سيكون لماسحة نقاط البيع النموذجية ما بين 7 و 16 إسفين على قرص واحد. يتم التسجيل المجسم باستخدام شعاعين من الليزر يتقاطعان على سطح شطيرة DCG ، مما يخلق نمطًا مجسمًا. سيؤدي تعديل الزاوية التي يلتقي فيها العوارض إلى تغيير الخصائص العاكسة لكل صورة ثلاثية الأبعاد.
2 بمجرد تسجيل جميع الأوتاد المطلوبة ، يتم تجميعها ولصقها على لوحة شفافة واحدة ، والتي يمكن تكرارها بعد ذلك. يحتوي الغراء المستخدم على خصائص بصرية لن تشوه صورة الهولوغرام ، مثل المواد اللاصقة التي أساسها الجلسرين. هناك العديد من الطرق لتكرار الهولوغرام ، ولكن أكثرها شيوعًا بالنسبة إلى هولوغرام DCG هو النسخ البصري. يتم وضع القرص الرئيسي بالقرب من قرص شطيرة DCG فارغ ، ولكن لا يلمسه ، ويتم استخدام شعاع ليزر واحد لإضاءة المعلم من الخلف. هذا ينقل النمط إلى الفراغ.
العدسات والمرايا والليزر
3 المكونات الأخرى – العدسات والمرايا والليزر ، إلخ – يتم شراؤها عادةً من جهة تصنيع خارجية. يتم تحديد خصائص العدسة والمرايا ونافذة المسح أثناء عملية التصميم. تختبر الشركة المصنعة جميع هذه المكونات بمجرد وصولها للتأكد من أنها تلبي المواصفات. يتم اختبار المحركات والليزر للتشغيل السليم ، ويتم اختبار بعضها مدى الحياة للتأكد من أن الماسح الضوئي للرمز الشريطي لن يفشل في غضون فترة زمنية معقولة.
الإسكان
4 يمكن شراء المساكن من ورشة عمل معدنية ، أو يمكن تصنيعها من قبل الشركة المصنعة. يتم تحديد حجم الصندوق وشكله الدقيق في التصميم ، ويحول التصنيع هذه المواصفات إلى رسومات قابلة للتحقيق. يتم تشكيل الأجزاء وتجميعها واختبارها من أجل القوة والمتانة.

في الماسح الضوئي للرمز الشريطي ، يتم توجيه شعاع الليزر نحو عنصر برمز شريطي أبيض وأسود. ينعكس الضوء ويسجل مرة أخرى على قرص هولوغرافي دوار. ثم يقوم الكاشف الضوئي بتحويل هذا الضوء إلى إشارة كهربائية يمكن قراءتها بواسطة الكمبيوتر.
يتكون قرص الغزل من مادة كيميائية ، DCG ، تقع بين قرصين بلاستيكيين. يحتوي القرص المجسم النموذجي على ما بين 7 و 12 وتد ، يعكس كل منها الضوء بزاوية مختلفة. لعمل هذه الأقراص ، يتم تحضير قرص رئيسي – يتألف من الأوتاد المختلفة الملصقة على لوحة شفافة واحدة – أولاً. بعد ذلك ، يضيء شعاع ليزر واحد السيد من الخلف ، وينقل النمط إلى قرص DCG فارغ بجوار (ولكن ليس لمس) الرئيسي.

التجميع النهائي

5 أخيرًا ، يتم تجميع قرص الهولوغرام مع محرك محرك الغزل واختباره. يتم فحص نمط المسح والاتجاه والسرعة. ثم يتم تجميع قرص الغزل مع النظام البصري (الليزر والمرايا). غالبًا ما يعتمد وضع الليزر على اعتبارات المساحة: يمكن توجيه الليزر مباشرة إلى القرص الدوار ، أو إلى مرآة توجه الشعاع إلى القرص ، إذا كان هذا يجعل الحزمة أصغر.
6 يتم اختبار القرص والنظام البصري كوحدة. عندما يجتاز التجميع الفحص ، يتم تثبيته بشكل دائم داخل السكن ومختوم مع نافذة المسح.

مراقبة الجودة

هناك عدة مراحل لمراقبة الجودة في تصنيع ماسح الباركود. بادئ ذي بدء ، هناك العديد من معايير الاختبار التي تم تحديدها في صناعة الرمز الشريطي والتي يجب تحديدها من قبل جميع الشركات المصنعة. وتشمل هذه:
معدل قراءة التمرير الأول (FPRR) – النسبة المئوية للوقت الذي يمكن فيه قراءة الرمز في المرة الأولى التي يمر فيها بنافذة الفحص
معدل الرفض – عدد عمليات المسح لكل مليون والتي لن تتم قراءتها ببساطة
قراءة السرعة – نطاق السرعات التي يمكن من خلالها تمرير رمز فوق سطح الماسح الضوئي

ستتعلق هذه الخصائص بالخصائص البصرية والكهربائية والميكانيكية للماسح الضوئي. ميكانيكيًا ، يتم تشغيل الماسحات الضوئية لعدة أيام (وسيتم سحب بعض الوحدات المحددة من الإنتاج لفترات عمر أطول – حتى عدة سنوات) لضمان استمرار المحرك في تشغيل القرص باستمرار بالسرعة المتوقعة. نظرًا لأن القدرة على التمييز بين الأشرطة العريضة والضيقة في التعليمات البرمجية مرتبطة بالسرعة التي يتحول بها القرص ، فمن المهم أن يستمر القرص الميكانيكي في العمل بطريقة يمكن التنبؤ بها. ترتبط سرعة الدوران أيضًا بقراءة السرعة ، وقد تحتاج إلى تعديلها لتتوافق مع متوسط ​​السرعة التي سيستخدمها الموظف لسحب العناصر من خلال الخروج من السوبر ماركت.

سوف يأخذ مستقبل تقنية مسح الرمز الشريطي عددًا من المسارات المتباينة. يتطلب الاستخدام الأكثر عمومية لمسح الرمز الشريطي مصادر ضوء أرخص وأصغر ستعمل على تحسين الأدوات البسيطة مثل الماسح الضوئي. على سبيل المثال ، قد تجعل أشباه أشباه الموصلات العصا أداة أكثر جاذبية للمستخدمين. بالإضافة إلى ذلك ، بدأت بعض أدوات ولعب تعلم الأطفال في الظهور باستخدام الرموز الشريطية التفاعلية بدلاً من الأزرار. بهذه الطريقة ، يمكن إضافة وحدات جديدة إلى نفس لعبة مسح الرمز الشريطي. هناك بعض أنظمة التسوق المنزلي التي بدأت في استغلال هذه التكنولوجيا ، مما يسمح للأشخاص بالقيام بقالة البقالة أو التسوق في المنزل عن طريق مسح التحديدات من كتالوج باستخدام هاتفهم ومودم.

من ناحية أخرى ، بدأت الماسحات الضوئية الليزرية في العثور على تطبيقات أكثر تعقيدًا حيث أصبحت التقنية أكثر موثوقية وأسهل في الاستخدام. تستخدم المزيد من الصناعات الترميز الشريطي لتتبع الكثير من العناصر المعقدة المصنعة خصيصًا ، وتسجيل الخطوات في عملية التصنيع ، ومراقبة الأنشطة في مصانعها. قد يتم تطوير مجموعات بصرية أخرى تسمح لهذه التقنية بأن تصبح أكثر مرونة من حيث الحجم والمنفعة.

مصدر