Perfekte Positionierlösungen mit dem Data Matrix Code

Innovative Technologien sorgen für Sicherheit und hohes Leistungsniveau

Pepperl+Fuchs: Technische Entwicklungen sind häufig charakterisiert durch Zwänge zu Kompromissen. Das neue Positioniersystem PCV gehört zu den eher seltenen Beispielen, bei denen man Defizite und Einschränkungen nahezu vergeblich sucht. Es basiert auf modernen Technologien wie dem Data Matrix Code und der Bildverarbeitung und vereint in sich praktisch alle positiven Merkmale von bisher bekannten Positionierlösungen. Extrem große Verfahrwege, Kurven- und Steigungsfähigkeit, hohe Auflösung und Datensicherheit auch in rauen Industrieumgebungen sind nur einige der zahlreichen Highlights.

Die meisten Maßnahmen der industriellen Automation sind dem Ziel untergeordnet eine wettbewerbsfähige Verarbeitung und Produktion sicherzustellen. Damit nicht häufige Ausfälle mit Anlagenstillstand bzw. kurze Wartungsintervalle einen Großteil der Einsparungen wieder zunichte machen, erwarten Anlagenbetreiber von Automatisierungskomponenten neben ihrer eigentlichen Funktionalität hohe Ausfallsicherheit und Langlebigkeit. Bekanntlich hat man es im Industriealltag jedoch nicht mit Schönwetterbedingungen zu tun. Maschinen und Anlagen sind nicht nur ständig Schmutz und Staub ausgesetzt, sondern müssen sich darüber hinaus häufig eine raue Behandlung gefallen lassen. Dies gilt auch für die diversen Positioniersysteme, die der Markt hervorgebracht hat.

Data Matrix Code speichert Positionsinformationen

Das neue Positioniersystem PCV (Positioning Coded Vision) von Pepperl+Fuchs vereint eine bisher nicht erreichte Ausfallsicherheit mit außergewöhnlichen Leistungsdaten. Dazu trägt zum einen der hochredundante Data Matrix Code bei, zum anderen die spezielle Anordnung und Organisation der quadratischen Codes auf einem Codeband in zwei übereinanderliegenden Reihen. Während man das Codeband entlang des Verfahrwegs der zu positionierenden Transporteinheit befestigt, befindet sich auf dem mobilen Anlagenteil der kamerabasierte Lesekopf PCV. Er erfasst die Codes, wertet die Positionsinformationen aus und leitet die Ergebnisse an eine Steuerungseinheit weiter. Beim PCV-System handelt es sich um das weltweit erste Positioniersystem, das den Data Matrix Code zur Codierung absoluter Positionsinformationen verwendet. Da der Data Matrix Code eines der derzeit leistungsfähigsten Verfahren zum Kennzeichnen und Identifizieren bereitstellt, kann das Positioniersystem auch mit entsprechend überlegenen Eigenschaften punkten. Das gilt insbesondere gegenüber Lösungen mit Barcode.

Das Data-Matrix-Positioniersystem bietet gewaltige Verfahrwege von bis zu 10.000 Metern bei einer Auflösung von wahlweise ±0,1 mm, 1 mm oder 10 mm und eignet sich damit auch für die größten denkbaren Anwendungen. Dazu gehören Elektrohängebahnen mit vielen Verzweigungen und Parallelstrecken, Verlade-, Kran- und Hebeeinrichtungen und Applikationen der Lagertechnik sowie Aufzüge. Es ist sowohl ein horizontaler als auch vertikaler bzw. kombinierter Betrieb möglich. Neben Kurven beherrscht das System Steigungs- und Gefällestrecken bis 30%-Steigung. Eine Besonderheit ist erstmals in einem solchen Positioniersystem die Auswertung von Höheninformationen, die die beiden übereinanderliegenden Codereihen eines Bandes ermöglichen. Anwender können dieses Prinzip in ihren Anwendungen nahezu beliebig fortführen, indem sie mehrere Codebänder übereinander anordnen. Das PCV-System unterstützt für Steuerungszwecke bis zu 1.000 Event-Marker, die man auf das Codeband aufklebt. Sobald der Lesekopf einen Event-Marker erreicht, löst er den korrespondierenden Schaltbefehl in Echtzeit aus. So lassen sich ohne die SPS Steueraktionen realisieren, die immer an derselben Stelle auszuführen sind.

Hohe Datensicherheit durch integrierte Fehlerkorrekturverfahren

Der Data Matrix Code wurde bereits Ende der 1980er Jahre zur sicheren Teileverfolgung mit weltweit eindeutigen Kennzeichnungen in der Luft- und Raumfahrt entwickelt und aufgrund seiner Leistungsfähigkeit bald von der Automobilindustrie übernommen. Er hat seinen Siegeszug fortgesetzt und ist heute jedermann bekannt, z. B. von Postsendungen. Der Vorteil des Data Matrix Code gegenüber dem Barcode ist das vielfach höhere Speichervermögen auf gleicher Fläche. Es ist zurückzuführen auf die zweidimensionale Pixelmatrix während der Barcode als eindimensionaler Code die Daten nur in einer Richtung speichert. Der Data Matrix Code dient daher nicht nur zum Codieren einfacher Nutzinformation wie Ident-Nummern, sondern bietet gleichzeitig etliche Reserven für beliebige Daten und nicht zuletzt für die Fehlerkorrektur. Während der Barcode lediglich anhand einer Prüfziffer Lesungen verifizieren kann, ist der Data Matrix Code aufgrund seiner speziellen Datenverschlüsselung mit Datenredundanz in der Lage, Codes selbst dann automatisch zu rekonstruieren, wenn Teile beschädigt oder überdeckt sind. Beim PCV kommt außerdem der ECC200-Code (Error Checking and Correction Algorithm) zum Einsatz, der als die zur Zeit am sichersten lesbare Data Matrix Variante gilt. Begrenzungsmuster helfen, die Data Matrix Codes schnell aufzufinden und liefern eine eindeutige Referenz der Codezeilen und -spalten.

Da sich auf dem Codeband des Positioniersystems zwei übereinanderliegende Reihen mit Data Matrix Codes befinden, erfasst der Lesekopf jeweils mindestens sechs Codes gleichzeitig. Für eine erfolgreiche Decodierung muss nur einer der drei Codes in X-Richtung korrekt lesbar sein. Das verleiht dem PCV System nicht nur eine bisher nicht gekannte Toleranz gegenüber Beschädigungen, Verschmutzung oder Abdeckung des Codebandes, sondern auch weitere wertvolle Systemeigenschaften. So darf das Codeband stellenweise bis zu einer Breite von 20 mm unterbrochen werden, z. B. von Stromschienenhalterungen einer Elektrohängebahn. Ferner konnten die Pepperl+Fuchs-Entwickler aufgrund der hohen Informationsdichte das Codeband schmaler als je zuvor auslegen. Es lässt auch an engsten Montagestellen gut befestigen und erlaubt Kurvenradien bis hinab zu 0,1 m.

Auswertung der ISO-15415-Qualitätsparameter

Da auch Data Matrix Codes im Lauf der Zeit verschmutzt und beschädigt werden können oder z. B. durch leere Druckpatronen von vorneherein einen ungenügenden Kontrast bieten, gibt es ein cleveres Frühwarnsystem. Der PCV-Lesekopf wertet dazu fortlaufend die acht in der ISO/IEC-15415 definierten Qualitätsparameter aus. Falls notwendig, informiert das System den Anwender über das Protokoll und einen Schaltausgang rechtzeitig vor einem tatsächlichen Ausfall über solche Qualitätsmängel.

Das Data-Matrix-Positioniersystem unterstützt Verfahrgeschwindigkeiten bis 12 m/s. Alle Systemkomponenten wie Kamera, LED-Beleuchtung und Mikroprozessor-Auswertung sind in dem PCV-Lesekopf untergebracht. Außerdem wird keine separate Busanschaltung benötigt, da eine RS485-Schnittstelle ebenfalls integriert ist. Der Verzicht auf Laserdioden und mechanische Teile macht das System robust und langlebig. Bei der Inbetriebnahme erleichtert eine Ausrichthilfe die Justierung des Lesekopfes. Der Leseabstand beträgt 80 mm bei einem Tiefenschärfebereich von ±15 mm. Die in 100-Meter-Rollen erhältlichen Codebänder sind selbstklebend, bestehen aus silikonfreier laminierter Polyesterfolie und sind widerstandsfähig gegenüber chemischen Einflüssen. Neben der Parametrierung des Systems über eine komfortable PC-Software gibt es die Möglichkeit der Konfiguration über Codekarten, indem man diese einfach vor die Kamera hält. Die benötigten Codekarten lassen sich aus dem Handbuch kopieren oder einfach ausdrucken, so dass das Servicepersonal sie immer bei sich tragen kann und kein Notebook benötigt.

Fazit: „Quantensprung“ bei Positioniersystemen

Mit dem PCV-System hat Pepperl+Fuchs ein innovatives Positioniersystem auf den Markt gebracht an dem sich bisherige Lösungen messen lassen müssen. Hohe Redundanz und Datensicherheit des Data Matrix Code gepaart mit modernster Kameratechnologie und intelligenten Auswertealgorithmen bietet Systemintegratoren und Anwendern das derzeitige Optimum an Leistung und Flexibilität. Durch seine überlegenen Eigenschaften wird es zahlreiche Einsatzfelder in der Lager- und Fördertechnik, in Transport-, Hebe- und Verladeeinrichtungen usw. erschließen.