СПОСОБ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЙ ЗАПИСИ И СЧИТЫВАНИЯ КОДОВОЙ ИНФОРМАЦИИ
METHOD OF INTERFERENCE-FREE WRITING AND READING OF CODE INFORMATION

Область техники
Изобретение относится к маркировке носителя информации и считыванию информации с носителя. Оно может быть использовано, например, в атомной промышленности для маркировки подвесок и пеналов с отработавшими тепловыделяющими сборками (ОТВС), позволяет повысить помехоустойчивость записи и считывания кодовой информации и за счет того, что маркировка осуществляется с образованием светопоглощающего слоя, а считывание кодовой информации происходит быстрее и надежнее независимо от угла между направлениями освещения и считывания. При этом снижается уровень облучения персонала при обслуживании ОТВС.
Предшествующий уровень техники
Известен способ считывания с помощью лазерного луча штрихового кода, вытравленного на полированной поверхности топливного стержня, используемого в ядерном реакторе [патент, ЕР 0326796, кл. G06K 7/10, 1989], при этом стержень располагают таким образом, что поверхность со штриховым кодом размещается рядом с поверхностью рассеивателя света и между этой поверхностью и считывателем света. Лазерный луч направляется на поверхность с кодом так, что свет, отраженный от этой поверхности, попадает на рассеиватель, а затем в считыватель света. Поверхность рассеивателя размещена под углом 30° по отношению к тракту распространения луча по направлению к поверхности кода так, что только 25% света отражается в считыватель. Считыватель может изменять положение между позицией генерации света и позицией приема света.
Недостатком этого способа является его низкая помехозащищенность. В процессе хранения топливные стержни подвергаются воздействию коррозии, загрязнению и истиранию. Ржавчина, загрязнения и эксплуатационные царапины на поверхности с вытравленным штрих-кодом ухудшают качество считывания, а очищение поверхности от загрязнения может повредить вытравленную на поверхности стержня информацию. Кроме того, жесткие требования для выдерживания угла освещения и угла считывания усложняют способ.
В качестве прототипа выбран способ помехоустойчивой записи и считывания кодовой информации, [Патент РФ №2348076 от 02.04.2006, G06K 7/10, G06K 1/12, Подгорнов В.А., Крыванов А.В.], включающий нанесение на поверхность объекта микронеровностей, обеспечивающих безбликовое отражение зондирующего излучения, выполнение на поверхности объекта трехмерных маркирующих меток, заполнение их светопоглощающим веществом, проецирование светового пучка от источника света на маркирующие метки и последующее формирование их изображения с помощью оптической системы на поверхности фотоприемника.
Недостатком этого способа можно считать низкую помехозащищенность светопоглощающего вещества, заполняющего канавки на поверхности, так как после застывания оно мягче металла и тех металлических щеток и скребков, которыми металлическую поверхность очищают от ржавчины и грязи. По этой причине есть вероятность возникновения помех при считывании меток. Кроме этого процесс нанесения маркирующих меток достаточно трудоемкий и сложный. Еще один недостаток в том, что при считывании волнистая светоотражающая поверхность дает различные по характеру оптические изображения при разных углах освещения и углах регистрации отраженного света. При нормальном к поверхности освещении и регистрации изображения нормально к поверхности метки будут на изображении темными по отношению к фону. Но при наклонном освещении поверхности и при регистрации изображения нормально к поверхности метки будут на изображении более светлыми по отношению к фону, т.к. волнистая зеркальная поверхность будет отклонять свет вне направления регистрации в пределах заданной при изготовлении геометрии. Таким образом, явным недостатком является неустойчивость характера оптического изображения от условий его регистрации.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение арсенала технических средств, повышение устойчивости кодовой информации к физическим воздействиям в процессе эксплуатации, повышение технологичности, упрощение и облегчение записи и считывания кодовой информации.
Технический результат, достигаемый при решении этой задачи, заключается в упрочнении поверхности записанного кода, уменьшении количества операций записи кодовой информации, снижении требований к идентичности (повторяемости) условий оптической регистрации области маркировки.
Технический результат достигается тем, что в способе помехоустойчивой записи и считывания кодовой информации, включающем выполнение на поверхности объекта микронеровностей, затем кодовой структуры, состоящей из маркирующих меток, проецирование зондирующего излучения на кодовую структуру и регистрацию изображения, согласно изобретению наносят диффузно отражающие микронеровности хаотично и равномерно на поверхность объекта, оплавляют лазерным лучом микронеровности на поверхности объекта с образованием светопоглощающего слоя, составляют из оплавленных микронеровностей маркирующие метки, проецируют зондирующее излучение на кодовую структуру под углом падения, обеспечивающим максимальный контраст между фоном и меткой в регистрируемом под заданным углом изображении.
Микронеровности могут быть нанесены пескоструйной обработкой поверхности или обработкой поверхности стеклянными микросферами.
Микронеровности могут быть нанесены химической обработкой поверхности.
Маркирующие метки могут быть нанесены оплавлением микронеровностей до образования трехмерных углублений на поверхности.
Считывание изображения кодовой структуры проводят в направлении, соответствующем направлению освещения поверхности с кодовой структурой, для минимизации габаритов регистрирующей аппаратуры в условиях ограничения доступа к объекту контроля. Это позволит применять, например, обычный сотовый телефон со встроенным фотоаппаратом и вспышкой, фотоаппарат или видеокамеру со вспышкой.
Чтобы повысить помехоустойчивость записи кодовой информации в данном изобретении на поверхность наносят хаотично и равномерно микронеровности. Микронеровности обеспечивают диффузное отражение зондирующего излучения. При освещении такой поверхности под любым углом ее цвет на регистрируемом изображении всегда будет оставаться светлым по сравнению с записанной кодовой информацией.
Оплавляют лазерным лучом микронеровности на поверхности объекта в виде маркирующих меток с образованием светопоглощающего верхнего слоя. Светопоглощающий слой, появляющийся при обработке металлической поверхности лазером, имеет структуру и свойства, близкие к керамике. Известно, что керамика более стойкая к механическим воздействиям, дезактивации нагретыми щелочными и кислотными растворами, чем металл. Это повышает стойкость к истиранию маркирующих меток при очищении поверхности от загрязнения. Кроме того, при нанесении маркирующих меток не требуется высверливания и резания поверхности. Уменьшается количество операций записи кодовой информации. Это упрощает процесс нанесения маркирующих меток и повышает его технологичность.
Краткое описание чертежа
На чертеже показано прохождение записывающего, зондирующего и отраженного излучения.
Варианты осуществления изобретения
Как показано на чертеже, на поверхности 1 выполнены микронеровности 2. Для этого поверхность 1 обрабатывают на установке пескоструйной обработки до появления микронеровностей 2. Пескоструйная обработка поверхности 1 может проводиться стеклянными микросферами. В этом случае микронеровности 2 не будут иметь посторонних включений и частиц песка, что позволит сохранять поверхность 1 чистой долгое время. Такая обработка поверхности 1 в то же время позволит получить более однородное диффузное отражение падающего на неровности 2 света на всей площади поверхности 1 и исключить блики при зондировании. Микронеровности 2 могут быть нанесены химической обработкой поверхности 1. В этом случае микронеровности 2 появляются на поверхности 1 в результате неоднородного вытравливания вещества с поверхности 1.
После нанесения микронеровностей 2 на поверхность 1 наносят кодовую информацию, состоящую из совокупности меток 3. Для этого воздействуют в заданном месте поверхности 1 лазерным лучом 4. От нагревания поверхности 1 в выбранной точке лазерным лучом 4 неровности 2 оплавляются. На месте оплавления неровностей 2 образуется метка 3. Оплавленный и окисленный металл микронеровностей 2 приобретает свойства керамики, а именно повышенную твердость, и способность поглощать падающий на него свет. Повышенная прочность обеспечивает стойкость к истиранию выше стойкости металла, из которого выполнен носитель информации. Процесс нанесения меток 3 лазером 4 избавил от необходимости резания и сверления металла для нанесения метки 3 на поверхность 1. За счет этого повысилась технологичность, упростилась и облегчилась запись и считывание кодовой информации.
Как показано на чертеже, маркирующие метки 3 могут быть нанесены на поверхность 1 оплавлением микронеровностей 2 до образования трехмерных углублений 5 на поверхности 1. На дне таких углублений 5 находится оплавленный и окисленный металл метки 3, имеющий светопоглощающие свойства.
При зондировании излучение 6 от внешнего источника 7 падает на поверхность 1 с микронеровностями 2 и метками 3. Отраженная картина считывается при помощи объектива 8 и представляет собой кодовую информацию, состоящую из совокупности изображений 9 меток 3, на поверхности 1. От микронеровностей 2 на поверхности 1 излучение 6 диффузно отражается в виде лучей 10, составляя на считываемой картине матовый светло-серый фон, не дающий бликов при любом угле считывания к поверхности 1. От метки 3 зондирующее излучение 6 не отражается, а поглощается светопоглощающим слоем метки 3. Диффузно отражающие неровности 2 позволяют считывать свет от источника освещения 7 без бликов при любом угле падения лучей света 6.
Считывание изображения кодовой структуры можно проводить в направлении, соответствующем направлению освещения поверхности с кодовой структурой. Это позволяет максимально приблизить источник света 7 к объективу 8 считывания кодовой информации и, следовательно, минимизировать габариты регистрирующей аппаратуры в условиях ограничения доступа к объекту контроля. На практике это означает возможность применения широкодоступной аппаратуры, такой как обычный сотовый телефон со встроенным фотоаппаратом и вспышкой, фотоаппарат или видеокамеру со вспышкой.
Отраженные лучи 10 попадают в объектив 8 считывателя, собираются объективом 8 и проецируются на фоточувствительную матрицу 11. Сигналы с матрицы 11 оцифровываются, регистрируются и численно обрабатываются в блоке обработки считывателя 12.
По результатам этой идентификации отклонений, свойственных меткам 3, блок обработки 12 делает заключение о наличии или отсутствии и форме метки 3 в заданном месте поверхности 1. По результатам проведенного распознавания меток 3 блок обработки 12 формирует зарегистрированную им кодовую информацию и выдает ее оператору.
Промышленная применимость
Наиболее эффективно выглядит использование предложенного способа помехоустойчивой записи и считывания кодовой информации для маркировки пеналов тепловыделяющих элементов атомных реакторов. Он позволяет создать помехоустойчивую запись и считывание кодовой информации за счет повышения стойкости поверхности к загрязнениям и к истиранию в процессе очищения поверхности. В принципе, возможно использование предлагаемого изобретения не только в атомных электростанциях, но и в других отраслях промышленности, где присутствуют условия жесткой эксплуатации и необходима помехоустойчивая запись и считывание кодовой информации. Рассмотренные варианты выполнения изобретения могут быть реализованы на существующем в настоящее время оборудовании, показывают его работоспособность и подтверждают промышленную применимость.