Wie man verwischte Barcodes liest: Die Synergie zwischen Verschlusszeit und Beleuchtung

Lesen von verwischten Barcodes bei hoher Geschwindigkeit.

• Kurze Belichtungszeiten frieren schnell bewegte Codes ein.
• Die Spitzenintensität des Stroboskops kompensiert das kurze Zeitfenster.
• Direkte oder diffuse Geometrie eignet sich für matte oder glänzende Etiketten.
• Ein schneller Trigger synchronisiert den Impuls mit der Kamera.
• Abgedeckt durch die RODER Beleuchtungen DL5, DL6, DC6 und FD2.

Das Lesen eines Barcodes auf einem bewegten Teil ist ein Wettlauf gegen die Verwischung. Der Code muss gestochen scharf eingefroren werden, da andernfalls die Lesung fehlschlägt. Die Antwort ist jedoch nicht nur eine schnelle Verschlusszeit. Es ist die Synergie zwischen Verschlusszeit und Beleuchtung. Diese Seite erklärt die Physik und listet die passenden RODER Vision Beleuchtungen auf.

Die Physik der Bewegungsunschärfe beim Barcode-Lesen

Die Bewegungsunschärfe nimmt mit der Objektgeschwindigkeit und der Belichtungszeit zu. Betrachten wir einen Barcode, der sich mit 1 m/s bei einer Belichtung von 1 ms bewegt. Er legt während dieser Belichtung 1 mm zurück. Wenn die schmalste Barre 0,5 mm breit ist, verschiebt sich der Code um zwei Barrenbreiten. Daher ist das Ergebnis eine starke Verwischung und ein garantierter Lesefehler.

Die akzeptable Unschärfe wird im Verhältnis zur minimalen Barrenbreite definiert. Dieses Minimum ist als X-Dimension bekannt. ISO-Barcode-Standards legen die Anforderungen an den Kantenkontrast der Barren für jede Qualitätsstufe fest. Da Unschärfe den Kantenkontrast verringert, muss sie gering bleiben. Für eine zuverlässige Lesung muss die Unschärfe unter 10 % bis 20 % der X-Dimension gehalten werden.

Berechnung der erforderlichen Belichtungszeit

Die erforderliche Belichtung ergibt sich aus der Geschwindigkeit, der X-Dimension und der zulässigen Unschärfe. Angenommen, eine X-Dimension von 0,33 mm bewegt sich mit 0,5 m/s. Die zulässige Unschärfe beträgt dann 0,033 bis 0,066 mm. Daher darf die Belichtungszeit höchstens 0,033 mm geteilt durch 500 mm/s betragen, also maximal 66 Mikrosekunden. Auf einem Förderband mit 2 m/s und demselben Code sinkt sie auf 16 Mikrosekunden..

Diese Zeiten sind für moderne Global-Shutter-Kameras problemlos machbar. Die eigentliche Herausforderung liegt auf der Seite der Beleuchtung. Eine korrekte Belichtung in 16 bis 66 Mikrosekunden bereitzustellen, ist anspruchsvoll. Konkret sind dafür Intensitäten erforderlich, die ein bis zwei Größenordnungen über der Standard-LED-Leistung im Dauerbetrieb liegen.

Stroboskopbeleuchtung: Spitzenintensität für kurze Belichtungszeiten

LED-Beleuchtungen arbeiten in zwei Modi. Im Dauerbetrieb (DC) nehmen die LEDs einen konstanten Strom auf. Daher ist die Lichtleistung stabil, aber durch die thermische Kapazität begrenzt. Ein Überschreiten des maximalen Stroms erhöht die Sperrschichttemperatur und schädigt die LEDs dauerhaft.

Der Stroboskopbetrieb verändert dieses Gleichgewicht. Da das Licht zwischen den Impulsen ausgeschaltet ist, bleiben die LEDs kühl. Daher kann der Strom während jedes Impulses weit über den Nennwert im Dauerbetrieb steigen. Als Ergebnis erreicht die Spitzenintensität das Niveau, das eine Belichtung von 16 Mikrosekunden erfordert. Effektiv kompensiert das Stroboskop das kurze Zeitfenster.

Impulsdauer und Synchronisation

Der Impuls muss auf die Kamerabelichtung ausgerichtet sein. Eine Standardmethode nutzt den Kameratrigger, um das Stroboskop zu starten. Im Gegenzug entspricht die Impulsdauer der Belichtungszeit. Zudem muss die Beleuchtung schnell reagieren. Daher muss die Anstiegszeit bis zur vollen Leistung kürzer als die Belichtungszeit sein. Bei Belichtungszeiten von 50 Mikrosekunden bedeutet dies höchstens wenige Mikrosekunden.

Die Beleuchtungen RODER Vision DL5 und DL6 sind für diese Aufgabe ausgelegt. Ihre Treiberschaltungen erreichen die volle Spitzenleistung in weniger als 2 Mikrosekunden. Der Triggereingang akzeptiert sowohl 5-V- als auch 24-V-Logik. Daher ist er direkt kompatibel mit Standardkameras und Frame Grabbern.

Beleuchtungsgeometrie für Codes auf bewegten Teilen

Die Geometrie beeinflusst die Lesbarkeit über die reine Intensität hinaus. Der Winkel, die Gleichmäßigkeit und die Richtung sind gleichermaßen wichtig. Daher muss die Geometrie zur Etikettenoberfläche und deren Ausrichtung passen.

Direktbeleuchtung für matte Oberflächen

Flache Barcodes auf matten Oberflächen eignen sich für die Direktbeleuchtung. Ein helles, gleichmäßiges Feld sorgt für einen starken Kontrast zwischen Barren und Lücken. Daher liest der Decoder das Symbol zuverlässig. Dies ist der einfachste und effizienteste Aufbau. Folglich ist dies der Standard für bedruckte Papieretiketten.

Diffuse Beleuchtung für glänzende Oberflächen

Glänzende Etiketten, metallisierte Folien und Schrumpffolien benötigen diffuses Licht. Andernfalls sättigen glänzende Hotspots den Sensor und verbergen die Barren. Eine Flachdom-Beleuchtung liefert diffuses Licht aus einem großen Raumwinkel. Der Code wird durch die Domöffnung erfasst. Daher verschwunden Reflexionen und das Symbol bleibt lesbar.

Es gibt einen Kompromiss bei der Intensität. Ein Dom verteilt seine Leistung über einen weiten Winkel. Folglich ist die Oberflächenintensität geringer als bei einem Direktlicht gleicher Leistung. Daher kombinieren schnelle, reflektierende Anwendungen moderates diffuses Licht mit einem sehr kurzen Stroboskopimpuls. Diese Kombination bietet sowohl Kontrast als auch das Einfrieren der Bewegung.

Datamatrix- und 2D-Codes

2D-Codes erfordern zusätzliche Überlegungen. Datamatrix-Codes werden oft direkt auf das Teil aufgebracht. Diese direkte Teilekennzeichnung kann lasergraviert, nadelgeprägt oder gedruckt sein. Daher resultiert der Kontrast aus dem Oberflächenrelief und nicht aus Tinte. Bei diesen hebt ein Flachwinkel- oder Domlicht das Zellenmuster hervor. In jedem Fall friert ein kurzer Stroboskopimpuls die Bewegung dennoch ein.

Praktische Richtlinien für stroboskopische Barcodesysteme

Das Entwerfen eines Stroboskopsystems erfordert die Abstimmung mehrerer Parameter. Dazu gehören die Belichtungszeit und die Spitzenintensität. Sie umfassen auch den Arbeitsabstand, das Sichtfeld und die Triggerschnittstelle. Die folgenden Punkte fassen die wichtigsten Schritte zusammen.

• Belichtung: Berechnen Sie diese aus der Geschwindigkeit, der X-Dimension und der zulässigen Unschärfe.
• Intensität: Wählen Sie eine Stroboskop-Spitze, die das kurze Zeitfenster füllt.
• Geometrie: Verwenden Sie Direktlicht für matte Oberflächen, diffuses Licht für glänzende.
• Trigger: Synchronisieren Sie den Impuls mit einer schnellen Reaktion von unter 2 Mikrosekunden.

RODER Vision Beleuchtungsfamilien für das Barcode-Lesen

Die folgenden Produktfamilien eignen sich für das Hochgeschwindigkeits-Barcode- und Datamatrix-Lesen. Jede unterstützt den Stroboskopbetrieb mit hoher Spitzenleistung. Daher richtet sich die richtige Wahl nach der Oberfläche und der Geometrie.

Serie DL5 — Hochintensive Matrix-Beleuchtungen

Hochintensive Matrix, gebaut für den Stroboskopbetrieb. Daher liefert sie die Spitzenleistung, die für Belichtungen im Mikrosekundenbereich erforderlich ist. Anstiegszeit unter 2 Mikrosekunden, mit 5-V- und 24-V-Triggereingang.

Serie DL6 — Matrixbeleuchtungen mit hoher Dichte

Hochdichte Matrix mit MCCD©-Treiber und HTTM©-Wärmemanagement. Daher liefert sie gleichmäßiges, helles Direktlicht für das Lesen matter Etiketten bei hoher Geschwindigkeit. Vollständig stroboskopkompatibel.

Serie DC6 — Hochdichte Ringbeleuchtungen

Hochdichte Ringbeleuchtung um das Objektiv. Daher bietet sie eine gleichmäßige, schattenfreie Beleuchtung für Codes auf flachen Teilen. Ein flacher Winkel hilft auch bei direkt gekennzeichneten Datamatrix-Codes.

Serie FD2 — Flachdom-Beleuchtungen

Flachdom, der diffuses Licht aus einem großen Raumwinkel liefert. Daher eliminiert er glänzende Hotspots auf glänzenden Oberflächen, Folien und Schrumpffolien. Ideal für Codes auf hochreflektierenden Substraten.

Die richtige Wahl hängt von der Oberfläche und der Geschwindigkeit ab. Für matte Etiketten sind die Direktlichter DL5 und DL6 führend. Codes um das Objektiv eignen sich stattdessen für den Ring DC6, der gleichmäßiges Licht liefert. Glänzende Oberflächen und Folien erfordern den Dom FD2, der Blendung eliminiert. In jedem Fall bietet RODER Vision technische Unterstützung bei der Dimensionierung des Stroboskops und der Geometrie. Definieren Sie daher zuerst die Geschwindigkeit, die X-Dimension und die Oberfläche, und wählen Sie dann die passende Beleuchtung.

Häufig gestellte Fragen

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