2D-Matrixcode als Werkzeug im Qualitätsmanagement (Stand 5.0-016)

Quadratisch, praktisch, gut

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Der 2D-Matrixcode fasst in der Qualitätskontrolle immer mehr Fuß. So lassen sich mit seiner Hilfe Fehler an Produkten effektiv im Fertigungsablauf zurückverfolgen. Die Codes können dabei beispielsweise per Tintenstrahldrucker aufgebracht oder mit einem Laser eingeprägt werden. Die verschiedenen Beschriftungsmethoden stellen hohe Anforderungen an das Bildverarbeitungs-System im Lesegerät, es muss je nach Untergrund mit unterschiedlichen Kon-trasten und Reflexionen fertig werden.

Dr. Helmut Schwarz, Deutschlandrepräsentant von Fastcom Technology S.A. in Lausanne/CH

Eindimensionale Strichcodes sind aus unserem täglichen Leben nicht mehr weg zu denken, finden sie sich doch unter anderem auf Verpackungen aller Art, sei es bei Getränken und Lebensmitteln, Medikamenten, Wasch- und Reinigungsmitteln, kurz, mehr oder weniger auf fast allen Produkten des täglichen Lebens. Mit der Einführung des zweidimensionalen ECC-200-Matrixcodes kam eine neue Dimension hinzu – vermehrt nutzt die Industrie dieses Werkzeug, um fehlerhaften Produkte in der gesamten Fer-tigungskette nachzugehen zu können.
Produkthaftung macht Qualitätskontrolle unerlässlich
Nicht zuletzt das Produkthaftungsgesetz (PHG) vom 1.1.1990 zwingt die Hersteller zu diesem Vorgehen. Rechtliche Anforderungen an das betriebliche Qualitätsmanagement erwachsen aus der Verpflichtung, Schäden zu ersetzen, die durch fehlerhafte Produkte verursacht wurden. Diese Pflicht trifft das Unternehmen, das den Produktfehler zu verantworten hat. Die Rechtsgrundlagen sind im Bürger-lichen Gesetzbuch (Vertrags- und allgemeines Deliktsrecht) sowie im Produkthaftungsgesetz enthalten. Ein umfassendes Qualitätsmanagement mit dem Ziel präventiver Schadensverhütung ist unerlässlich, wenn man in Betracht zieht, dass ein – nach rechtlichen Maßstäben – fehlerfreies Produkt keine Folgeschäden und damit keine Haftungsansprüche nach sich ziehen kann. Jedes Unternehmen sollte daher das Haftungsrisiko angemessen in die Entscheidung über Maßnahmen zur systematischen Qualitäts-sicherung einbeziehen.
Den 2D-Matrixcode gibt es in einer Basisversion und in der überarbeiteten Ausführung ECC 200, die während der AIM-Überprüfung entwickelt wurde. Die Größe des rechteckigen Codes vergrößert sich proportional zum Inhalt, sie ist bei unterschiedlichen Mengen an Informationen deshalb variabel. Der Code ist in der Regel quadratisch, das heißt, Breite und Höhe beziehungsweise Spaltenzahl und Zeilenzahl sind immer gleich: angefangen bei 10 x 10 bis maximal 144 x 144. Gedruckt werden können sie auch in einer nicht quadratischen Form. Bis zu 2334 7-bit-, 1558 8-bit-ASCII-Zeichen oder 3116 Ziffern sind codierbar. Um die Zeilen und Spalten auseinanderhalten zu können, wurde eine senkrechte und horizontale Umrandung auf der linken und unteren Seite eingeführt (Bild 2).
Schreiben und Lesen
Welche Branchen setzen nun vermehrt den 2D-Matrixcode ein? Hier sind in ers-ter Linie die Pharma- und Medizintechnik, die Automobilindustrie samt Zulieferern, die Elektronik- und Halbleiterindustrie zu nennen, aber auch das Transportgewerbe und die Post , die mit Stampit eine Möglichkeit der PC-basierten Frankierung auf Basis dieses Codes anbietet. Die Markierung selbst wird je nach Branche und Verwendungszweck auf verschiedene Weise aufgebracht: per Tintenstrahl-Drucker auf Papier, mit dem Laser auf metallischen Werkstoffen, durch Einprägung, etc.
Das Lesen des Codes – und um das geht es ja schließlich im Rahmen der Qualitätskontrolle beziehungsweise bei der Rückverfolgung fehlerbehafteter Produkte – stellt allerdings eine komplexe Aufgabe für die digitale Bildverarbeitung dar: schlechte Kontraste, reflektierendes Material, beschädigte Codes, hohe Taktraten bei dynamisch zu lesenden Codes erfordern ausgefeilte Lösungen sowohl bei der Hard- als auch bei der Software.
Die 2D-Matrixcode-Reader der Produktreihe Akamatrix von Akatech basieren auf den intelligenten CMOS-Kameras iMVS der Firma Fastcom Technology in Lausanne. Diese Kameras, die aufgrund ihres integrierten Signalprozessors mit 40 MHz ohne externen PC auskommen, eignen sich durch ihre hohe Dynamik von 120 dB für Applikationen mit Reflexionen und schlechten Kontrasten. Durch die direkte Pixeladressierung, ein Feature, welches derzeit nur Fastcom anbietet, lassen sich sehr hohe Taktraten erzielen. Auf Basis der Kameras entwickelte Akatech seinen Code-Reader als Komplettsystem mit entsprechender Beleuchtung, Optiken und flexiblen Montagemöglichkeiten sowie einer Anwendungssoftware. Bei der Software wurde vor allem auf Benutzerfreundlichkeit, einfache Adaptierung an unterschiedliche Aufgabenstellungen, leichte Parametrierung und die Möglichkeit, eine Vielzahl von Konfigurationen zu speichern, Wert gelegt.
Der Code-Leser kann sowohl statische als auch dynamische Codes identifizieren. Bild 3 stellt den ersten Fall dar, bei dem die Kamera im sogenannten Windows-Modus läuft und eine Region of Interest (ROI) aus dem Sensor gelesen wird. Wird der Code mit hoher Geschwindigkeit vor der Kameraoptik in einer definierten Richtung bewegt, so wird das System im Zeilenmodus gefahren (Bild 4).
Qualitätskontrolle von medizinischen Geräten
Ein Anwendungsbeispiel ist die Qualitätskontrolle in der Produktion von medizinischen Geräten (medical devices). Hier bestand die Aufgabe in der Inspektion von komplett montierten Geräten mit dem Ziel, die korrekte Auswahl der verwendeten Komponenten während der vorherigen Fertigungsschritte sicher zu stellen. Bei der Inspektion müssen ein 2D-Matrixcode, die Seriennummer der Komponenten, und die Nummer der eingesetzten Elektronik gelesen werden. Die wesentlichen Herausforderungen dabei waren:
m Matrixcode und Seriennummer sind je nach Modell unterschiedlich positioniert.
m Die medizinischen Geräte werden auf verschiedene Weise beschriftet: Lasermarkierungen, Tintenstrahldruck usw. – mit der Folge hoher Schwankungen hinsichtlich Kontrast und Qualität.
m Die zugrunde liegende Datenbank mit den Parametern der unterschied-lichen medical devices muss leicht von einem Nichtfachmann modifizierbar sein.
Diese Anwendung zeigt beispielhaft die Implementierung eines Qualitätskontrollsystems auf der Basis des 2D-Matrix-codes, um den Anforderungen des Produkthaftungsgesetzes gerecht zu werden. Fastcom und Akatech sehen in naher Zukunft ein großes Potenzial für ihr gemeinsames Produkt Akamatrix. So wird ein namhafter Kolbenhersteller seine Produkte mit dem 2D-Matrixcode kennzeichnen, um seinen Kunden, den Automobilfirmen, eine lückenlose Rückverfolgung im Schadensfall zu ermöglichen.
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