Für einfache Anwendungen reichen inkrementelle Systeme aus, die Raster aus stets gleich großen Strichen oder Löcher zur Positionsbestimmung nutzen. Bei komplexeren Positionieraufgaben jedoch bieten sich Systeme an, die eine absolute Position durch den Einsatz eines Codes bestimmen. Die verwendete Codierung entscheidet, wie robust ein System arbeitet.

Lesekopf und Datamatrix-Code-Band bilden ein komplettes Positions- Gebersystem: In den Lesekopf ist sowohl die Kamera als auch die Beleuchtung und Auswertung integriert.

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Vor diesem Hintergrund haben sich die Entwickler bei dem neuen Positioniersystem PCV (Positioning Coded Vision) für den Datamatrix-Code entschieden. Ebenso wie beim Barcode handelt es sich um einen optisch lesbaren Code, der jedoch im Gegensatz zu diesem die Informationen in zwei statt einer Dimension speichert (siehe Kasten). Das Datamatrix-Positioniersystem nutzt ein Code-Band, auf dem einzelne Codes vielfach neben- und zweifach übereinander aufgedruckt sind. Im Lesekopf des Systems sind eine Kamera, eine LED-Beleuchtungseinheit und die Signalverarbeitung untergebracht. Dieser Lesekopf erfasst die Codes, decodiert sie und gibt die X- und Y-Positionen an die übergeordnete Steuerung weiter.

Das Code-Band und der Lesekopf bilden somit ein hochauflösendes optisches Positioniersystem, das bei Verfahrwegen von bis zu 10 km eine Auflösung von maximal ±0,1 mm erreicht (wahlweise auch 1 oder 10 mm). Steigungen bis 30 % sind so problemlos realisierbar und maximale Verfahrgeschwindigkeiten bis 12,5 m/s möglich. Wegen des schmalen Code-Bandes mit nur 25 mm Breite und kleinen Kurvenradien ab 0,1 m eignet sich das System auch für enge Platzverhältnisse. Selbst an den Weichen einer Hängebahn ist eine lückenlose Verlegung des Bandes möglich. Mit den zwei übereinander liegenden Code-Reihen auf dem Code-Band lassen sich auch Höheninformationen auswerten. Sinnvoll ist das beispielsweise an Steigungen und Gefällstrecken.

Sicherheit und Redundanz

Der Abtastbereich: Der Lesekopf erfasst stets mindestens sechs Codes gleichzeitig. Mit der im Datamatrix-Code integrierten Fehlerkorrektur, die eine Überdeckung von bis zu 25 % ausgleichen kann, ergibt sich eine sehr hohe Redundanz – und damit Robustheit gegen Verschmutzung und Beschädigung. Die doppelte Code-Bahn erlaubt auch eine Auswertung von Höhenunterschieden.

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Datensicherheit und Redundanz bietet das PCV-System dadurch, dass es immer mindestens sechs Datamatrix-Codes auf einmal liest - drei in X- und zwei in Y-Richtung. Auch bei grober Verschmutzung oder Beschädigung sind plötzliche Ausfälle nicht zu erwarten, da von den sechs Codes lediglich einer lesbar sein muss.

Das System verwendet außerdem den Korrektur-Algorithmus ECC200 (Error Checking and Correction). Dadurch darf bis zu 25 % unlesbar sein. Selbst eine streckenweise Überdeckung des Code-Bands um bis zu 20 mm - beispielsweise durch Halteclips - beeinträchtigt die Genauigkeit der Positionsbestimmung nicht.

Darüber hinaus enthält Datamatrix nach Norm ISO/IEC 15415 die acht messbaren Qualitätsparameter „overall quality", „contrast", „modulation", „fixed pattern damage", „decode quality", „axial nonuniformity", „grid non-uniformity" und „unused error correction".

Diese Parameter werden direkt im Lesekopf ausgewertet. Damit ist das PCV das erste Positioniersystem auf dem Markt, mit dem der Anwender ohne großen Aufwand eine Verschmutzungs-Erkennung der Optik und des Code-Bandes umsetzen kann. Dieses „Frühwarnsystem" warnt ihn über das genutzte Kommunikations-Protokoll oder via Schaltausgang vor einem drohenden Ausfall.

Für „lange“ Förderstrecken

Die eindrucksvolle Code-Länge von 10 km reicht auch für besonders große Anwendungen und bietet gleichzeitig Reserven für Erweiterungen oder Systeme mit vielen Verzweigungen und parallelen Förderstrecken.

Ereignisse definieren per Event-Marker: Event-Marker sind kurze Spezial-Code-Bänder, die der Anlagenbetreiber über das normale Code-Band klebt. Diese Markierungen lösen vordefinierte Abläufe aus. Beispielsweise den Spiegel des optischen Auffahrschutzes in Kurven nach rechts oder links klappen und danach wieder gerade stellen. Das Positioniersystem unterstützt bis zu 1000 unterschiedliche Ereignisse.

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Typische Applikationen für das Datamatrix-Positioniersystem sind daher Elektrohängebahnen. Diese können sich vom Lagerbereich über mehrere Fertigungshallen und das gesamte Firmengelände ausdehnen.

Das laminierte, chemieresistente und selbstklebende Code-Band aus silikonfreier Polyesterfolie ist in Rollen zu je 100 m Länge erhältlich. Der 70 mm × 70 mm × 50 mm große Lesekopf integriert zwei Taster und sieben Anzeige-LEDs, die über den Systemstatus informieren. Der Leseabstand beträgt 80 mm, bei einem Tiefenschärfebereich von ±15 mm. Im Sensorgehäuse ist eine RS485- Schnittstelle integriert, über die das System mit einem PC-Programm parametrierbar ist.

Alternativ dienen Code-Karten der Konfiguration: Der Bediener versetzt den Lesekopf per Tastendruck in einen Parametriermodus und hält die entsprechenden Code-Karten für Auflösung, Triggerquelle, Übertragungsrate, Adressbereich oder Busabschluss vor die Optik. Häufig benötigte Codes kann das Bedienpersonal entweder aus dem Benutzerhandbuch kopieren oder aus dem Konfigurations-Tool ausdrucken und bei sich tragen.

So ist im Servicefall ein schnelles Parametrieren selbst ohne Laptop möglich. Neben den aktuell verfügbaren Schnittstellen RS485 und SSI sind weitere Ausführungen - für Profibus, Profinet, Ethernet und CANopen - geplant.

Autor: Dipl.-Ing. (FH) Armin Hornberger ist Produktmanager Sensorik bei Pepperl+ Fuchs in Mannheim.

Der Datamatrix-Code

Datamatrix-Code - auch 2D-Code genannt - bietet in der Praxis eine Reihe von Vorteilen gegenüber Barcode, bei dem die Information nur eindimensional codiert ist.

Datamatrix-Code im Detail: Die Funktionsweise

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So zeichnet sich der Datamatrix-Code durch eine höhere Datendichte aus. Sprich: Der Platzbedarf für den gleichen Informationsgehalt ist deutlich geringer. Ein weiterer Vorteil ist die beim Datamatrix-Code integrierte Fehlerkorrektur, weshalb er - nicht nur in der Industrie - zunehmend den Barcode verdrängt, der in der Regel nur eine Fehlererkennung per Prüfziffer bietet.

Die Informationen sind in einem Datamatrix-Code in Form von quadratischen Pixeln untergebracht, bei der jedes Pixel entweder weiß oder schwarz ist. Der beim PCV-System verwendete Datamatrix-Code besteht aus einer 12×12- Pixel-Matrix.

Zum schnellen Auffinden hat der Code stets links und unten einen durchgehenden schwarzen Rand, die sogenannten „Finder"-Linien (im Bild orange eingefärbt). Rechts und oben befinden sich die „Alternatingpattern", die die Gittergröße der Datenzellen anzeigen. Jedes zweite Feld ist dabei schwarz, wobei das rechte oberste Feld immer weiß ist (im Bild blau gekennzeichnet). Die eigentliche Information transportiert die in dieser Umrandung liegende 10×10- Matrix. Die hier zu findenden Daten-Bytes setzen sich aus fünf Nutz-Bytes und sieben Fehlerkorrektur-Bytes zusammen. Vier Pixel bleiben unberücksichtigt (im Bild rot).