SICK-Lösungen zur automatischen Identifikation: Leitfaden zu Barcode, Kamera und RFID

Automatische Identifikation bedeutet, ein Produkt, einen Ladungsträger, eine Palette, einen Karton oder ein Fertigungsteil zum richtigen Zeitpunkt dem richtigen Datensatz zuzuordnen. Ein erfolgreiches System besteht nicht nur aus einem Gerät, das den Code lesen kann. Kennzeichnungsqualität, Triggerung, Lesefeld, Objektgeschwindigkeit, Datenvalidierung, PLC- oder Softwareintegration und das Szenario „nicht gelesen“ werden gemeinsam ausgelegt. Das AutoID-Portfolio von SICK umfasst kamerabasierte Codeleser, stationäre Barcodescanner, RFID-Schreib-/Lesegeräte, mobile Handterminals sowie Verbindungs- und Softwarekomponenten, die daraus eine Systemlösung machen.

Das eigentliche Ziel eines AutoID-Systems

Dass ein Barcode auf dem Bildschirm erscheint, ist allein noch kein Erfolgskriterium. Das Leseergebnis muss dem richtigen Objekt zugeordnet, mit dem erwarteten Fertigungsauftrag oder Versanddatensatz abgeglichen und rechtzeitig an die nachgelagerte Anlage übertragen werden. Liegen zwei Kartons auf dem Förderband zu dicht beieinander, kann eine korrekte Lesung dem falschen Karton zugeordnet werden. Wird ein Teilecode zweimal gelesen, kann eine doppelte Bestandsbuchung entstehen. Fehlt eine physische Ausschleusstelle für nicht lesbare Codes, geht die Prozesskontrolle verloren, selbst wenn das System Daten erzeugt.

Deshalb wird ein AutoID-Projekt auf drei Ebenen betrachtet: das Gerät, das die Kennzeichnung physisch erfasst, die Steuerungsebene, die das Leseergebnis mit Objekt- und Zeitinformationen verknüpft, und die Geschäftsebene, die das Ergebnis an WMS, MES, ERP oder eine Rückverfolgbarkeitsanwendung überträgt. Das SICK-Gerät bildet den Erfassungspunkt dieser Kette; die Systemleistung hängt jedoch von der gemeinsamen Validierung aller Ebenen ab.

Wann wird welche Identifikationstechnologie gewählt?

Kamerabasierte Codeleser

Bildbasierte Lesegeräte decodieren 1D-, 2D-, Data-Matrix-Codes oder andere vom gewählten Produkt unterstützte Codes anhand eines Bildes. Ihre Stärken liegen in Anwendungen mit wechselnder Codeausrichtung, gewünschter Überwachung der Codequalität, direkter Teilemarkierung oder einem Nutzen durch die Bildarchivierung bei fehlgeschlagenen Lesungen. Objektiv, Fokus, Auflösung, Beleuchtungsfarbe und Polarisation werden anhand von Codegröße, Modulgröße, Oberfläche und Arbeitsabstand ausgewählt. „Mehr Megapixel“ bedeutet allein keine bessere Lesung; Bildfeld, Pixel pro Codemodul und Belichtungszeit werden gemeinsam berechnet.

Laserbasierte stationäre Barcodescanner

Laserscanner sind insbesondere für das Lesen von 1D-Barcodes bei hohen Geschwindigkeiten eine leistungsfähige Option. Ein großer Schärfentiefenbereich und die Scanlinie können unterschiedliche Kartonhöhen abdecken. Codeausrichtung, Scanneranordnung und Förderergeometrie sind dabei entscheidend. Ist eine omnidirektionale Lesung erforderlich, können mehrere Scanlinien oder eine Systemarchitektur für die Mehrseitenlesung notwendig sein. Werden das Lesen beschädigter 2D-Codes, OCR oder Bildaufzeichnungen erwartet, sollte ein Vergleich mit Kameratechnologie erfolgen.

RFID-Identifikation

RFID nutzt Funkwellen zwischen Transponder und Lesegerät. Wesentliche Vorteile sind, dass keine direkte Sichtverbindung erforderlich ist und bei geeigneten Systemen Daten auf den Transponder geschrieben werden können. Bei verschmutzten, verdeckten oder unterschiedlich ausgerichteten Objekten kann RFID eine Alternative zu optischen Codes sein. Metall, Flüssigkeiten, Antennenpolarisation, Frequenzbereich, Transpondertyp und mehrere Transponder im selben Feld beeinflussen jedoch das Leseverhalten. UHF, HF und andere Frequenzklassen haben nicht dieselbe Reichweite und Anwendungscharakteristik. Transponderkosten, Wiederverwendung, Datensicherheit und regionale Funkvorschriften werden bei der Auswahl berücksichtigt.

Mobile und magnetische Lösungen

Mobile Handterminals bieten Flexibilität an Stellen, an denen Bediener zum Objekt gehen, Nachlesungen durchführen oder Ausnahmefälle bearbeiten. Magnetisch codierte Identifikation kann bei speziellen Transport- oder Positionierungsanwendungen eine Alternative zu optischen Verfahren und RFID sein. Soll ein Handterminal in einer stationären Automatisierungsanlage lediglich zur Fehlerkorrektur und nicht als Hauptlesegerät dienen, müssen Prozessberechtigungen und Softwareoberfläche entsprechend ausgelegt werden.

Kritische Auslegungsdaten für kamerabasiertes Lesen

Die ersten Angaben betreffen den Codetyp und die physischen Abmessungen. Bei einem zweidimensionalen Code wie Data Matrix ist neben den äußeren Gesamtabmessungen auch die Modulgröße wichtig. Wird der Code direkt per Laser in Metall eingebracht, unterscheidet sich der Kontrast von dem eines bedruckten Etiketts. Auf glänzenden Kunststoffverpackungen können Reflexionen entstehen; bei gekrümmten Oberflächen kann ein Teil des Codes außerhalb des Schärfebereichs liegen. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Produkts bestimmt die Belichtungszeit und diese wiederum die Bewegungsunschärfe.

Der Leseabstand ist kein einzelner Zahlenwert. Der durch die minimale und maximale Produkthöhe entstehende Arbeitsbereich, das Sichtfeld und die erforderliche Codeauflösung werden gemeinsam bewertet. Innerhalb der Lector-Familie gibt es unterschiedliche Produktklassen für kompakte Anwendungen und größere Sichtfelder. Die Lector61x-Familie beispielsweise ist ein kamerabasierter Codeleser für beengte Einbauräume und kleine Codes. Die tatsächlichen Werte für Auflösung, Fokusbereich, Beleuchtung und Schnittstellen müssen anhand des Datenblatts des gewählten Typs überprüft werden.

Die Beleuchtung ist mindestens ebenso wichtig wie die Kamera. Eine integrierte Beleuchtung kann viele Anwendungen vereinfachen; glänzende Oberflächen, farbige Drucke oder tief gravierte Codes können jedoch eine externe Beleuchtung, eine andere Lichtfarbe, einen Diffusor oder Polarisation erfordern. Der Winkel zwischen Lesegerät und Produkt kann so eingestellt werden, dass spiegelnde Reflexionen von der Kamera weggeleitet werden. Deshalb sollte beim Mustertest nicht nur ein neuer, sauberer Code verwendet werden, sondern auch der qualitativ schwächste Code, der im Prozess entstehen kann.

Wie wird eine RFID-Lesestelle projektiert?

Bei RFID ist nicht die „größtmögliche Reichweite“ das Ziel, sondern das zuverlässige Lesen des gewünschten Transponders ohne Erfassung benachbarter Transponder. Die Grenzen des Lesefelds werden durch Antennenleistung, Antennentyp, Kabelverluste, Polarisation, Transponderposition und reflektierende Flächen in der Umgebung bestimmt. Bei Gabelstaplern, Durchfahrtstoren oder Fördertunneln müssen Metallkonstruktionen, Motoren und Ladungsgeometrie vor Ort erfasst werden.

Entscheidend ist auch, auf welcher Oberfläche der Transponder angebracht wird. Ein direkt auf Metall angebrachter Standardtransponder kann verstimmt werden; Verpackungen mit Flüssigkeiten können das UHF-Feld beeinflussen. Ein On-Metal-Transponder, ein Abstandshalter oder eine andere Antennenanordnung kann erforderlich sein. Ist die Transponderausrichtung nicht festgelegt, kommen zirkulare Polarisation oder mehrere Antennen infrage. Bei einer Pulklesung werden die maximal gleichzeitig im Feld vorhandene Transponderanzahl und die Verarbeitungszeit in den Abnahmetest aufgenommen.

Triggerung, Objektverfolgung und Ergebniszuordnung

Wann ein stationäres Lesegerät Daten erfassen soll, kann durch einen Lichtschrankentrigger, einen Encoder, einen PLC-Befehl oder einen Freilaufbetrieb festgelegt werden. Bei veränderlicher Fördergeschwindigkeit kann eine wegabhängige Verfolgung zuverlässiger sein als eine zeitbasierte Verzögerung. Verringert sich der Abstand zwischen zwei Produkten, dürfen sich die Triggerfenster nicht überlappen. In einem Mehrseiten-Lesesystem müssen die Ergebnisse verschiedener Lesegeräte unter derselben Objektidentität zusammengeführt werden.

Werden mehrere Codes erkannt, muss die Auswahlregel eindeutig sein. Eine Filterung kann anhand von Codetyp, Präfix, Länge, Prüfzeichen oder erwarteter Auftragsliste erfolgen. Der „zuerst gelesene Code“ ist nicht immer der richtige; Lieferanten- und Logistiketiketten auf der Verpackung können sich im selben Sichtfeld befinden. Zusammen mit dem Ergebnis können Lesezeitpunkt, Gerätekennung, Qualitätskennwert und bei Bedarf eine Bildreferenz an das übergeordnete System übertragen werden.

Das No-Read-Management wird gemeinsam mit dem physischen Materialfluss ausgelegt. Wird ein nicht gelesenes Objekt angehalten, ausgeschleust oder an eine manuelle Station weitergeleitet? Der Abstand bis zur Ausschleusung und die Bandgeschwindigkeit werden in der PLC-Warteschlange nachverfolgt. Bei einer Nachlesung muss das erste Ereignis storniert oder mit demselben Objekt zusammengeführt werden. Bedienereingriffe werden unter Berücksichtigung der Benutzerberechtigung und mit Audit-Trail protokolliert.

4Dpro und der Ansatz zur Systemintegration

Das 4Dpro-Konzept von SICK zielt darauf ab, für unterschiedliche Identifikationstechnologien einen vergleichbaren Anschluss-, Konfigurations- und Integrationsansatz bereitzustellen. Der betriebliche Nutzen liegt darin, Kamera-, Laser- und RFID-Optionen je nach Projektanforderung austauschen zu können und dem Wartungsteam die Arbeit mit gemeinsamen Werkzeugen zu ermöglichen. Dennoch müssen unterstützte Protokolle, Steckverbinder, Softwarefunktionen und Klonverfahren für jedes Gerät produktspezifisch geprüft werden.

Das Leseergebnis kann direkt an die PLC, in ein industrielles Ethernet-Netzwerk oder über ein Anschlussmodul an das übergeordnete System übertragen werden. Bei der Architekturentscheidung werden Zykluszeit, Datenvolumen, Netzwerksegmentierung, Geräteadressierung, Zeitsynchronisation und Verhalten im Störungsfall festgelegt. Ist eine Bildarchivierung vorgesehen, werden auch Aufbewahrungsdauer, Zugriffsberechtigungen und mögliche personenbezogene Daten in die Informationssicherheitsrichtlinie einbezogen.

Abnahmekriterien für die Leistung

Eine kontextlose Aussage wie „liest zu hundert Prozent“ ist keine technische Spezifikation. Der Abnahmetest muss mit einem definierten Mustersatz, Produktgeschwindigkeit, Produktabstand, Codequalität, Ausrichtung, Umgebungslicht, Etikettenposition und einer festgelegten Testdauer beschrieben werden. Erstleserate, Fehllesungen, Mehrfachlesungen, Zuordnungen zum falschen Objekt und die erfolgreiche No-Read-Ausschleusung sind getrennte Kennzahlen. Bei RFID gilt auch das unerwünschte Lesen benachbarter Transponder als Fehler.

Ein System, das unter FAT-Bedingungen gute Ergebnisse liefert, kann sich aufgrund von Metallkonstruktionen oder Tageslicht in der realen Anlagengeometrie anders verhalten. Beim SAT sollten reale Ladungen, die höchste Geschwindigkeit, unterschiedliche Beleuchtungsbedingungen im Schichtbetrieb und die ungünstigsten Etikettenmuster verwendet werden. Die Ergebnisse werden mit Geräteprotokollen und Aufzeichnungen des übergeordneten Systems abgeglichen. Nach Abschluss der Abnahme werden Parametersicherung, Fotos des Lesefelds und Referenzmuster in die Wartungsdokumentation aufgenommen.

Wartung und Lebenszyklus

Bei optischen Lesegeräten gehören die Reinigung des Lesefensters sowie die Kontrolle von Fokus und Halterung zur regelmäßigen Wartung. Bei RFID-Systemen umfasst sie Antennen- und Kabelverbindungen, mechanische Beschädigungen und Abweichungen des Lesefelds. Ein geändertes Verpackungsdesign, ein neuer Etikettenlieferant oder ein anderes Palettenmaterial können die Leistung verändern. Eine Prozessänderung ist nicht allein Sache des Softwareteams; sie muss mit den AutoID-Abnahmemustern erneut validiert werden.

Beim Geräteaustausch müssen IP-Adresse, Parameterdatei, Triggerlogik und Zuordnung zum übergeordneten System kontrolliert wiederhergestellt werden. Selbst wenn das Ersatzgerät zur selben Familie gehört, können Unterschiede bei Firmware und Lizenzen bestehen. Ein kurzer Referenztest nach dem Austausch verhindert, dass verborgene Konfigurationsfehler in die Produktion gelangen.

AutoID-Projektumfang von Oskon

Oskon plant die Identifikationsstelle im Zusammenhang mit dem gesamten Materialfluss. Code- oder Transponderstandard, Sensortriggerung, Auswahl von Lesegerät und Zubehör, Montage, Verkabelung, PLC-Software, Ausschleuslogik, HMI-Bilder und WMS/MES/ERP-Datenaustausch werden in einer gemeinsamen Funktionsbeschreibung zusammengeführt. Bei Bedarf werden Barcode-, Kamera- und RFID-Technologien anhand von Mustern verglichen; die Auswahl erfolgt nicht allein nach den anfänglichen Investitionskosten.

Bei Projekten für automatische Lager, Sortieranlagen, Produktionslinien oder Materialverfolgung wird das Geräteergebnis mit der Ladungsträgeridentität und der Routenentscheidung verknüpft. Alarmklassen, Wiederholungsversuche, manuelle Verifizierung und Szenarien für einen sicheren Stillstand werden ausgearbeitet. So werden SICK-Produkte von einer Katalogkomponente zum Bestandteil einer durchgängigen Identifikationslösung mit messbaren Abnahmekriterien.

Kurze Checkliste vor dem Kauf

• Welche Codeart, physischen Abmessungen, Modulgröße und welches Druck- oder Markierungsverfahren liegen vor?
• Wie hoch sind Objektgeschwindigkeit und Objekthöhe, wie ist die Ausrichtung und wie groß ist der Mindestabstand zwischen zwei Objekten?
• Soll von einer Seite, von mehreren Seiten oder unabhängig von der Ausrichtung gelesen werden?
• Welche Frequenzregion, welcher Transpondertyp, welches Material und welche Anzahl gleichzeitig im Feld befindlicher Transponder sind bei RFID vorgesehen?
• An welche PLC oder Software, mit welchem Protokoll und innerhalb welcher Zeit soll das Ergebnis übertragen werden?
• Wie wird der physische Materialfluss bei No-Read, Mehrfachlesungen und Fehlzuordnungen gesteuert?
• Wer ist für Parametersicherung, Bildspeicherung, Benutzerberechtigungen und Wartung verantwortlich?

Häufig gestellte Fragen

Kann ein kamerabasierter Leser einen Laserleser immer ersetzen?

Nein. Codetyp, Geschwindigkeit, Sichtfeld, Ausrichtung, Kosten und Bildbedarf bestimmen die Auswahl. Bei 1D-Codes bleibt der Laserscanner eine leistungsfähige Option; bei 2D, DPM, Qualitätsanalyse oder erforderlicher Bildaufzeichnung bietet die Kamera Vorteile.

Liest RFID jeden Transponder ohne Sichtverbindung?

Dass keine Sichtverbindung erforderlich ist, ist ein wichtiger Vorteil. Metall, Flüssigkeiten, Transponderausrichtung, Antennenfeld und benachbarte Transponder beeinflussen jedoch die Leistung. Die Lesestelle muss mit dem tatsächlichen Material getestet werden.

Kann ein Lesegerät die gesamte Förderbreite abdecken?

Auch wenn Sichtfeld oder Scanbereich ausreichend erscheinen, können Codeauflösung, Produkthöhe und wechselnde Ausrichtung mehrere Geräte erforderlich machen. Für die Mehrseitenlesung wird die Systemarchitektur gesondert berechnet.