Bildergalerie
Für schnelle Scan-Aufgaben von 1D-Codes, wie Barcode-Etiketten an Reifenrohlingen, eignen sich Laserscanner am besten.
Das kamerabasierte Lesegerät erkennt 2D-Codes und lässt sich von Bohrlöchern in Leiterplatten nicht stören.

Grundsätzlich gilt: Um einen 1D- beziehungsweise Barcode zu identifizieren, ist ein Laserscanner ausreichend. Bei 2D-Codes kommen in der Regel kamerabasierte Lesegeräte zum Einsatz. So beinhaltet das Lesegerät LSIS 220 von Leuze Electronic einen Global-Shutter-CMOS-Sensor, der den Rolling-Shutter-Effekt vermeidet (ein Lagefehler in Abbildungen bei zeilen- oder spaltenweisen fotografischen Aufnahmen). Das Gerät erkennt neben 2D-Codes auch ein- und mehrzeilige Barcodes, sogenannte Stapelcodes, – omnidirektional, im Stillstand und in der Bewegung. Der Hersteller hat die Auflösung des Bildsensors für diese Anwendungen auf bewegte Codes optimiert, da die Auswertung einer zu großen Datenmenge zu viel Zeit benötigen würde. Bei diesem Verfahren wertet das Gerät das aufgenommene Bild nicht komplett aus, sondern analysiert es zunächst grob mittels Suchalgorithmen. Wenn es erkannt hat, wo sich der Code im Bild befindet, wertet der Codeleser nur diesen Bereich Pixel für Pixel aus. Außerdem hat der Hersteller Optik und Beleuchtung verbessert, um den Prüfbereich auch an den Rändern scharf darzustellen und das Bildfeld homogen auszuleuchten. Gleichzeitig erreicht die Kamera eine hohe Schärfentiefe.

Die integrierte, homogene Ausleuchtung der Smart-Kamera eignet sich beispielsweise für die Automobilindustrie, wo Motorteile Reflexionen verursachen oder direktmarkierte 2D-Codes zu lesen sind.

Die integrierte, homogene Ausleuchtung der Smart-Kamera eignet sich beispielsweise für die Automobilindustrie, wo Motorteile Reflexionen verursachen oder direktmarkierte 2D-Codes zu lesen sind.Leuze

Typischerweise kommen 2D-Codes häufig dort zum Einsatz, wo sich viele Informationen wenig Fläche teilen müssen, wie in Handling- und Prüfautomaten; ebenso in Robotersystemen, in der Produktionstechnik von Leiterplatten oder bei der Produkt-Rückverfolgung. Im Unterschied dazu werden Barcodes dort eingesetzt, wo die Datenmenge gering ist und es vor allem auf die Geschwindigkeit des Ausleseprozesses ankommt, etwa beim Identifizieren von Kisten, Paletten oder Motorteilen anhand der Seriennummer. Im Normalfall liest ein Laserscanner, eine seit Jahren bekannte, günstige und ausgereifte Technik, diese Codes aus. Da ein kamerabasiertes Lesegerät grundsätzlich auch einen Barcode lesen kann, könnte der Anwender eigentlich generell Kameras einsetzen. Jedoch sprechen die technischen Details vieler Anwendungen dagegen, beispielsweise, wenn es um das optische Lesefeld geht.

Blickfeld entscheidet

Das optische Lesefeld definiert sich durch die Lesereichweite (Tiefenschärfe) und die optischen Öffnungswinkel (Lesefeldbreiten). Im direkten Vergleich ist die Lesereichweite eines Lesegeräts ohne Fokusverstellung denen mit Fokusverstellung überlegen. Kamerabasierte Lesesysteme kommen in der Regel nicht ohne Fokusverstellung aus, um ein ausreichendes Lesefeld zu erreichen.

Noch größer ist der Unterschied bei den Öffnungswinkeln: Der Laser hat einen Öffnungswinkel von bis zu 60 ° bei voller Reichweite. Im Gegensatz dazu reduziert sich bei der Kamera bei ähnlicher Reichweite – in manchen Fällen um die Hälfte. Um vergleichbare Lesefelder zu erhalten, benötigt der Anwender dann die doppelte Anzahl an Geräten.

Das individuell gestaltete Omniportal mit sieben Barcode-Scannern deckt die gesamte Breite der Förderstrecke ab und erfasst auch schnell vorbeirasende Produkte.

Das individuell gestaltete Omniportal mit sieben Barcode-Scannern deckt die gesamte Breite der Förderstrecke ab und erfasst auch schnell vorbeirasende Produkte.Leuze

In der Lager und Fördertechnik befinden sich die Identifizierungsgeräte meistens zwischen oder an der Fördertechnik, zum Beispiel einer Rollenbahn. Das erfordert einen Mindestleseabstand von häufig um 30 mm und eine Lesefeldbreite von mindestens 80 mm. Aufgrund des kleineren Öffnungswinkels hat ein Kamerasystem mit diesen Anforderungen bereits erhebliche Schwierigkeiten – erst recht, wenn noch eine hohe Reichweite hinzukommt.

Ein Kamerasystem kann die Tiefenschärfe, wie erwähnt, nur durch Fokusverstellung erreichen. Deshalb muss der Anwender die Zeit, um den Fokus motorisch zu verstellen, in die Geschwindigkeitsberechnung der zu detektierenden Barcodes, beispielsweise auf Paketen, miteinbeziehen. Um den Fokus in die korrekte Lage zu bringen, muss eine Kamera zunächst den Abstand zum Objekt erfassen und dann nachregeln. Insgesamt benötigt dieses Fokussieren Zeit, was bei schnell aufeinanderfolgenden Codes mit unterschiedlichen Leseabständen zu Problemen führen kann.

Einstellungssache

Daher ist ein schnelles Fokussieren für ein Vision-System entscheidend. Hierfür gibt es heute unterschiedliche Lösungen, vom austauschbaren bis zum einstellbaren Objektiv. Meistens muss der Anwender dazu manuell in die Anwendung eingreifen – häufig unter beengten Platzverhältnissen. Folglich erfordern exakte Fokussierungen auf diese Weise einen hohen Justageaufwand und lassen sich nur schwer reproduzieren. Die motorische Fokusverstellung der Smart-Kamera LSIS 400i erspart dem Anwender bei Chargenwechseln mit unterschiedlichen Objektabständen das manuelle Einstellen. Stattdessen lädt er einfach das neue Prüfprogramm mit dem jeweiligen Fokus für den spezifischen Abstand. Dann fährt die motorische Fokusverstellung die entsprechende Fokusposition an. Diese Lösung ermöglicht es, reproduzierbare Einstellungen und damit Qualitätsverbesserungen zu erzielen.

Vorteil Kamera

Kamerabasierte Gerätevarianten mit Codelese-Software können 1D- und 2D-Data-Matrix-Codes lesen – sowohl gedruckte als auch direktmarkierte, also auf das Bauteil gelaserte oder genadelte. Befindet sich der Code auf einer glänzenden Oberfläche, erschweren Reflexionen das Auslesen. Für Anwendungen in der Leiterplatten- und Automobilindustrie eignet sich daher die integrierte homogene Ausleuchtung der Smart-Kamera. Neben der Artikelnummer lässt sich damit die individuelle Seriennummer für die Rückverfolgbarkeit identifizieren. Mittels Software kann der Anwender einstellen, um welchen Codetyp es sich handelt und die entsprechenden Merkmale vorgeben. Bei 1D-Codes beispielsweise lässt sich die Schrittweite im Bild erhöhen, um ein schnelleres Erkennen zu erzielen. Bei zweidimensionalen Codes lässt sich zudem der Lesemodus auswählen: ‚fast‘ für Codes guter Qualität oder ‚robust‘ für kritischere, zum Beispiel direktmarkierte. Liegen die Zellen eines Data-Matrix-Codes nicht in quadratischer Form vor, sondern als Kreisfläche (Dot), so erkennt der Algorithmus diese ebenfalls. Außerdem kann die Software gespiegelte Codes lesen.

Mit gegenüberliegender Durchlichtquelle schafft die Kamera in der Verschlusskappen-Kontrolle eine Erkennungsleistung von 99,8 %.

Mit gegenüberliegender Durchlichtquelle schafft die Kamera in der Verschlusskappen-Kontrolle eine Erkennungsleistung von 99,8 %.Leuze

Smart-Kamera contra Vision-System

In der industriellen Bildverarbeitung haben sich im Lauf der letzten Jahre unterschiedliche Geräteklassen durchgesetzt, die sich unter anderem auch in ihrer Flexibilität und dem damit verbundenen Integrationsaufwand unterscheiden. PC- oder controllerbasierte Vision-Systeme bilden hier die Spitze der Modellpalette. Sie bestehen aus einem schnellen PC, einer Kamera zur Bildaufnahme und einer leistungsstarken Software. High End bedeutet aber auch: hoher Preis und kompliziert in der Anwendung. Deshalb werden solche Systeme nur dort verwendet, wo anspruchsvolle Anwendungen gelöst werden müssen und die Kosten nicht im Vordergrund stehen. Die Automobilhersteller zum Beispiel überprüfen mit solchen Systemen, ob alle Löcher korrekt in eine Tür gestanzt sind und ob sich jene an der richtigen Position befinden. Diese Systeme können per Definition auch einen 2D-Code lesen, allerdings kommt das in der Praxis nicht vor, da sie in aller Regel zu teuer und kompliziert in der Handhabung sind.

Für die Mehrzahl der Automatisierungsaufgaben sind jedoch die flexibler einsetzbaren Smart-Kameras die bessere Wahl. Sie lassen sich mit geringem Zeit- und Kostenaufwand integrieren, bieten aber dennoch für viele Anwendungen ausreichend Flexibilität und Leistung. Da die Geräte sowohl in der Bedienung als auch bezüglich der Funktionalität zwischen den Gerätekategorien ‚Vision-Sensor‘ und ‚Vision-System‘ liegen, bilden sie die Brücke zwischen der oberen und unteren Skala. Dabei decken sie ein großes Anwendungsspektrum ab.

Im Vision-Sensor sind PC und Kamera in einem Gehäuse integriert, meist inklusive Beleuchtung. Diese Geräte bilden das untere Ende der Leistungsskala und können meist nur Bilder miteinander vergleichen; um zum Beispiel zu überprüfen, ob ein Etikett vorhanden ist.

Die Smart-Kamera ist ein Gerät, das an die Leistung der kleinsten Vision-Systeme heranreicht. Allerdings ist es wie ein Vision-Sensor aufgebaut – es steckt also alles in einem Gehäuse.

Einzelfallentscheidung

Momentan liegen die Listenpreise von Kamerasystemen im Bereich von laserbasierten High-End-Lesegeräten. Für Standardanwendungen in der Fördertechnik erscheinen daher solche Produkte als zu teuer. Jedoch schreitet die Entwicklung voran: zum Beispiel im 2D-Bereich, wo die Anforderungen an die Kameras stetig steigen – bei einer dennoch einfachen Bedienung. Oder im 3D-Bereich, wo auch in Zukunft die Leistung steigt und der Preis sinkt. Dadurch gleichen die Vorteile von Kamerasystemen langsam die höheren Kosten aus.

Gleichwohl wird in der Industrieumgebung, wie der Förder- und Lagertechnik, auch in Zukunft der einfache 1D-Code noch weiter im Einsatz sein, da er einfach zu drucken ist und die Informationsdichte ausreicht. Die für das Auslesen von 1D-Codes entwickelten, laserbasierten Lesegeräte erfüllen diese Aufgabe zufriedenstellend und kostengünstig. In der Fördertechnik spielt die ausgereifte und weitverbreitete Lasertechnik also auch langfristig eine wichtige Rolle.

Außerdem reichen die hohe Reichweite und das schnelle Lesen von Smart-Kameras allein nicht aus. Es kommt immer auf die jeweilige Applikation an: Zwischen den Förderstrecken ist meistens nicht genug Platz, um einem Lesegerät 200 mm Abstand zu spendieren. Im schlechtesten Fall ist ein noch größerer Abstand nötig, um eine akzeptable Lesefeldbreite zu erreichen. Zudem stellt sich die Frage nach der Akzeptanz eines Produkts, bei dem der Autofokus während der Inbetriebnahme auf der Anlage erst noch installiert werden muss.

Durch die hohe Lesesicherheit der heutigen Barcode-Leser und durch die besseren optischen Daten kommt auch in Zukunft bei solchen Anwendungen ein laserbasiertes Lesegerät zum Einsatz. Hinzu kommt, dass die Inbetriebnahme eines Laserscanners durch die integrierte Feldbustechnik, dem optimierten elektrischen Anschluss und den überlegenen Lesefeldern nahezu fehlerlos geschieht. Bei den Kamerasystemen hat es der Anwender diesbezüglich meistens nicht so leicht und muss bei Installation und Inbetriebnahme mit mehr Aufwand rechnen.