Sensortechnik

Mit der richtige Methode zur korrekten Identifizierung

| Autor / Redakteur: Mattias Göhner, Matthias May* / Jan Vollmuth

Anwender müssen sich ständig den Herausforderungen ihrer Applikation stellen – vom einfachen Code lesen bis zu aufwändigen Inspektionsaufgaben. Derzeit bietet der Markt verschiedenste Systeme als optimale Lösung an. Hier gilt es nicht zu verzweifeln bei der Fragestellung: Barcodeleser, Smart Kamera, Vision Systeme – ja, was denn nun?

Grundsätzlich kann man Codes in zwei Bereiche unterteilen: den 1D-Barcode und 2D-Code. Um einen 1D-Barcode zu identifizieren, ist ein laserbasierender Barcodeleser ausreichend, für einen 2D-Code werden in der Regel kamerabasierende Lesegeräte eingesetzt. So basiert der 2D-Codeleser LSIS 220 von Leuze Electronic auf einem Global-Shutter-CMOS-Sensor, mit dem der Rolling-Shutter-Effekt (ein Lagefehler in Abbildungen bei zeilen- oder spaltenweisen fotografischen Aufnahmen) vermieden wird.

Der Codeleser LSIS 220 liest neben 2D-Codes auch 1D-Barcodes und Stacked Codes – omnidirektional, im Stillstand und in der Bewegung. Die Auflösung des LSIS 220 Kamerachips wurde für diese Anwendungen mit bewegten Codes optimiert, da die Auswertung einer zu großen Datenmenge zu viel Zeit benötigen würde. Optik und Beleuchtung wurden verbessert, um die Codes auch in den Randbereichen scharf abzubilden und das Bildfeld homogen auszuleuchten. Gleichzeitig wird eine hohe Schärfentiefe erreicht.

Maximum an Informationen

Typisch kommen diese Lesegeräte zu Einsatz z. B. bei Codelesungen in Handlings- und Prüfautomaten, in Robotersystemen, in der Produktionstechnik von Leiterplatten oder bei der Rückverfolgung. Der 2D-Code wird also häufig dort angewendet, wo auf sehr wenig Platz ein Maximum an Informationen untergebracht werden muss.

Die laserbasierende Barcodelesung hingegen ist seit Jahren eine bekannte und ausgereifte Technik, die dazu verwendet wird, sicher einen 1D-Barcode auf Objekten wie Kisten, Paletten und Kartons zu identifizieren und dessen Dateninhalt an eine übergeordnete Steuerung weiterzugeben. Da ein kamerabasierendes Lesegerät wie LSIS 220 grundsätzlich auch einen 1D-Barcode lesen kann, könnte man generell in allen Anwendungen kamerabasierende Lesegeräte einsetzen. Jedoch sprechen aber die technischen Details vieler Anwendungen dagegen, beispielsweise schon dann, wenn es um das optische Lesefeld geht.

Optische Lesefelder in der Förder-/Lagertechnik

Das optische Lesefeld definiert sich durch die minimalen und maximalen Lesereich-weiten und die optischen Öffnungswinkel (Lesefeldbreiten). Im direkten Vergleich erkennt man, dass die Lesereichweiten (Tiefenschärfe) eines Lesegeräts ohne Fokusverstellung jenen Geräten mit Fokusverstellung überlegen ist. In der Regel benötigen kamerabasierende Lesesysteme heute noch immer eine Fokusverstellung, um ein ausreichendes Lesefeld zu erreichen.

Noch größer ist der Unterschied bei den Öffnungswinkeln: Der Laser hat einen Öffnungswinkel von bis zu 60 Grad bei voller Reichweite. Im Gegensatz dazu reduziert sich der Öffnungswinkel der Kamera bei ähnlicher Reichweite teilweise um die Hälfte. Um vergleichbare Lesefelder zu erhalten, benötigt man mit der Kameratechnologie nicht selten die doppelte Anzahl an Geräten.

Kleiner Öffnungswinkel bereitet Probleme

In der Lager und Fördertechnik werden die Identifizierungsgeräte meistens zwischen oder an der Fördertechnik, z. B. einer Rollenbahn, installiert. Dadurch wird oft ein typischer Mindestleseabstand von etwa 30 mm und eine Lesefeldbreite von mindestens 80 mm benötigt. Aufgrund des kleineren Öffnungswinkels hat ein Kamerasystem bereits mit diesen einfachen Anforderungen erhebliche Schwierigkeiten – erst recht, wenn noch eine dementsprechende Reichweite hinzukommt.

Ein Kamerasystem kann die Tiefenschärfe, wie erwähnt, nur durch Fokusverstellung garantieren. Deshalb muss die Zeit, um den Fokus motorisch zu verstellen, in die Ge-schwindigkeitsberechnung miteinbezogen werden. Um den Fokus in die korrekte Lage zu bringen, muss erst der Abstand zum Objekt erfasst werden - und dann wird noch nachgeregelt. Insgesamt benötigt dieses Fokussieren Zeit, was bei schnellen aufeinanderfolgenden Codes mit unterschiedlichen Leseabständen zu Problemen führen kann.

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