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制造行业的 DMC 与 RFID

作者:Balluff | Jun 23, 2020 9:39:35 AM

有关产品全程追溯和可靠识别的讨论和规定越来越多,让识别系统成为制造流程的必然组成部分。以下两种特殊技术备受好评:二维码 (DMC) 和射频识别 (RFID)。

关于 RFID 的一个批评是,实用性和性价比方面的市场成熟度尚且不足。将它与 DMC 进行比较;DMC 的实用性和成本效益优于 RFID。在为自己的应用选择 DMC 或 RFID 时,必须了解这两项技术之间的基本区别。它们各有优缺点,错误的决策可能招致高昂的代价。所选择的技术应主要取决于所识别的对象。具体的决策应基于尺寸、形状和环境条件。

 

以 DMC 开辟新的机遇空间

二维码是一个二维数据点图案,是码阵形式的大小可变的矩形。码阵由若干符号元素组成,元素数量至少为 10×10,至多为 144×144。它是一种用 0 和 1 解译的二进制代码,最多可包含 1,556 个字节。


 

横向边界和纵向边界界确定了一个角,这个角起读取方位的作用 — 称为“定位标识”。在其余边上,边界必须交替布置正方形的明元素和暗元素,用以界定码阵结构的位置和尺寸 — “交替标识”。数据存储区域位于符号内部。

 

DMC 的优点

较之于一维码,这种机器可读编码形式用于在较小的区域中编码较大量的数据。相机扫描仪已经能够可靠读取仅 2mm x 2mm 的点阵码图。因此,DMC 适用于产品上用来安装标签的空间很小的极小产品或圆形表面。


利用 DMC 技术,您能够在非常小的区域中放入大量信息。货物或批次编号、制造或到期日期以及其他重要制造数据可以跨所有工序永久存储在工件上。


一个尤其突出的优点是,可以使用不同的打印或压印方法将二维码直接设置到零件上(不需要贴标签)。它可以通过喷墨打印或热转印方式来刺刻、激光蚀刻或打印。它兼容多种材料:塑料、纸、金属等。由于读取 DMC 必须使用专门的相机,而不是使用条码扫码器,因此可以从任何方向 (0°-360°) 读码。
此外,得益于信息冗余和纠错算法,读取 DMC 时的纠错性非常好,甚至能够完全补偿数据字段的 25-30% 污染或损坏。

 

DMC 的缺点

由于无法使用线性条码扫码器读取 DMC,必须使用更为昂贵的基于相机的图像处理系统。此外,由于码阵面上的模块化排布决定了所包含的数据,因此必须对整个码阵面(而非其中一部分)进行解码。否则,就无法获得任何有价值的信息。


虽然 DMC 支持低对比度打印(20% 对比度便已足够),但难以应对光泽表面,因为用于读码的相机所使用的光要么无法以理想的方式反射,要么散射过多。相机安装角度也较重要。


最后,同样重要的是,DMC 的位置或其安放方式也决定了其是否能够被读取。不同于 RFID,DMC 只能通过视觉接触的方式读取。相机无法读取隐藏的 DMC。即使视线可及,也只能在特定的读取距离内读取 DMC。

 

利用 RFID 透视制造流程

这项技术能够以非接触方式明确识别配有 RFID 数据载体的所有物件。制造流程中的 RFID 系统由数千数据载体(又称为标签或应答器)和至少一个带天线的读/写设备(通常称为读取器)组成。


读取器通过其天线产生弱电磁场。如果标签进入这个磁场,标签的微芯片便会接收能量,从而能够(以非接触方式)向读取器发送数据或者在芯片上存储新信息。如果标签离开这个磁场,与读取器的连接便会断开,芯片再次失活。存储的数据将保存在标签存储器中。


RFID 标签有多种设计可选,它可以是简单的粘贴标签,也可以是硬性标签,如磁盘、数据螺栓或玻璃标签。刀具识别只能使用数毫米大小的标签,非常大的应答器适用于容器识别。

 

 

RFID 的优点

RFID 标签有 3 大优点:

  • 能够以非接触方式读取或写入标签,无需与读取器视觉接触
  • 标签拥有几乎无限的重写能力
  • 可以同时读取多个标签(多标签/批量读取)

 

这些特性开辟了 DMC 无法实现的新机会。如果 RFID 标签集成在货盘或刀具中,就算您无法看到,它仍可以被识别。由于无需视觉接触,无论 RFID 标签有多脏,依然能够读取。得益于标签的重写能力,您有机会随时更改、删除或补充芯片上的数据。


一旦将 RFID 系统集成到了流程中,就能够在尽可能少的人为干预下运行系统。如果是新购标签,新信息会自动写到标签上。单个标签最多能够容纳 128 kb 数据。带 RFID 标签的零件的识别耗时不到一秒钟,比条形码快得多。这有助于减少管理错误、提高透明度、显著提升速度。


利用 RFID,即使对零件进行了后处理,也能够在其整个寿命期中实施跟踪。每道生产工序都能够被记录、读取并直接写到位于零件内部或表面的 RFID 标签上。为了避免安全问题,可以对数据加密、实施密码保护,或设置为包含“消灭”特性以便永久删除数据。

 

RFID 的缺点

RFID 也有一些缺点。根据使用频率,物理状态通常会成为问题的源头。比如,由于金属有反射和屏蔽能力,金属容器或金属内容物可能引发问题,甚至造成无法读取。含水比例高的产品会吸收无线电波,继而导致读取器无法识别某些对象。


另一个痛点是成本。RFID 标签定然比 DMC 要昂贵,因为即便是大容量标签,也必须另外支付集成天线和应答器的费用。然而,鉴于其几乎无限的读写能力,即便初始购置成本较高,在一段时间后,标签的数万次使用(至少是闭环应用)也会实现成本回收。

 

不同频率适合不同应用

现有 3 种射频范围,它们各具特色:

 

具体的应用决定应选择的频率。由于低频 (LF) 系统对潜在金属反射的敏感度较低,它们适合必须将标签嵌入金属的应用,比如刀具识别。高频 (HF) 系统能够高速传输大量数据,因此是工艺流程 (WIP) 应用的理想之选。当设备或流程不允许读取器和标签靠得较近且物件上各位置处的 RFID 标签只能由一根 UHF 天线读取时时,超高频 (UHF) 的大读取范围让其具有非常大的吸引力。由于所有标签能够在读取器的读取范围内几乎同时读出,因此 UHF 系统是检测整个货盘载货的理想之选。

 

DMC 与 RFID 标签之间的主要区别

下面概述了二维码与 RFID 之间的最重要的区别:

 
哪一种选项更适合您的应用?

根本上讲,在这两项技术之间的选择决策始终要视具体情况而定。下面是一些基本问题,进行选择时,不妨考虑一下它们:

  • 标识的对象是否要重复使用,或者是否要在加工链结束时丢弃?→ 闭环应用 = RFID,开环应用 = DMC
  • 加工链中是仅需要一次性标识,还是需要反复写入/更改所存储的数据?→ 一次性标识 = DMC,重写 = RFID
  • 识别距离是远还是近?→ 近 = DMC,远 = RFID
  • 对象上的数据量怎么样?→ 小 = DMC,大 = RFID
  • 过程数据是否应存储在对象上?→ 是 = RFID,否 = DMC
  • 处理速度怎么样? 无关 = DMC,高 = RFID
  • 光线条件和对比度怎么样?→ 良好 = DMC,不良 = RFID
  • 用来安装标签的空间多大?→ 小 = DMC,足够大 = RFID
  • 视线是否难以直达识别对象?→ 是 = RFID,否 = DMC
  • 是否存在如污垢或损坏这样的潜在干扰源?→ 是 = RFID,否 = DMC
  • 是否存在如金属或液体这样的潜在干扰源?→ 是 = DMC,否 = RFID

 

这两者并不始终要二选一

DMC 与 RFID 并不一定是有它无我的关系。有时,可能更适合采用这两种技术的组合。组合解决方案的一个例子是印有 DMC 的 RFID 标签。DMC 能够通过扫描仪直接从扫描对象上读取,RFID 标签则负责其他任务。通过搭载专门的技术,甚至能够识别已包装的货物。此外,所有相关的过程数据都能够存储在 RFID 数据载体上,提升整个价值链的附加值。


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