Bernhard Lenk

Optische Identifikation Schwerpunkt Lesetechnik

ULB Darmstadt

Illlllllllllllllllll 16322245

Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Allgemeines

1 1

1.2 Optische Zeichen und Schrift 1.2.1 Klarschrift 1.2.2 True Type 1.2.3 OCR 1.2.4 Lesevorgang zum Lesen von Zeichen

2 4 5 5 6

1.3 Optische Codierungen 1.3.1 Strichcodes 1.3.1.1 Strukturen der Strichcodes 1.3.1.2 Lesevorgänge zum Lesen von Strichcodes 1.3.2 Matrixcodes 1.3.2.1 Strukturen der Matrixcodes 1.3.2.2 Lesevorgänge zum Lesen von Matrixcodes

7 8 8 9 10 10 12

1.4 Leseraten von Klarschrift, True Type, OCR, Strichcodes und ...

11

1.5 Integrationsschritte eines optischen Identifikationssystems

19

2 Codestandards 2.1 Allgemeines zu Codestandards 2.2 Fallbeispiele zu Codestandards 2.3 Codearten für Anwendungsstandards

26 26 36 40

2.4EAN13 2.4.1 Allgemeines EAN 13 2.4.2 Zeichenvorrat EAN 13 2.4.3 Toleranz EAN 13 2.4.4 Codelängenbestimmung EAN 13 2.4.5 Codetabelle EAN 13 2.4.6 Codeaufbau EAN 13 2.4.7 Prüfziffernberechnung EAN 13 2.4.8 Codebeispiele EAN 13

52 52 53 53 54 56 58 59 60

2.5 EAN 8 2.5.1 Allgemeines EAN 8 2.5.2 Zeichenvorrat EAN 8 2.5.3 Toleranz EAN 8 2.5.4 Codelängenbestimmung EAN 8 2.5.5 Codetabelle EAN 8 2.5.6 Codeaufbau EAN 8 2.5.7 Prüfziffernberechnung EAN 8 2.5.8 Codebeispiel EAN 8

64 64 65 65 65 66 68 68 69

VI

2.6 UPC A 2.6.1 Allgemeines UPC A 2.6.2 Zeichenvorrat UPC A 2.6.3 Toleranz UPC A 2.6.4 Codelängenbestimmung UPC A 2.6.5 Codetabelle UPC A 2.6.6 Codeaufbau UPC A 2.6.7 Prüfziffernberechnung UPC A 2.6.8 Codebeispiel UPC A

70 70 71 71 72 74 74 75 76

2.7 UPC E 2.7.1 Allgemeines UPC E 2.7.2 Zeichenvorrat UPC E 2.7.3 Toleranz UPC E 2.7.4 Codelängenbestimmung UPC E 2.7.5 Codetabelle UPC E 2.7.6 Prüfziffernberechnung UPC E 2.7.7 Codeaufbau UPC E 2.7.8 Umsetzung von UPC A auf UPC E 2.7.9 Umsetzung von UPC E auf UPC A 2.7.10 Codebeispiel UPC E

77 77 78 78 78 78 79 79 80 81 82

2.8 RSS 14 2.8.1 Allgemeines RSS 14 2.8.2 Zeichensätze RSS 14 2.8.3 Zeichenvorrat RSS 14 2.8.4 Toleranz RSS 14 2.8.5 Codelängenbestimmung RSS 14 2.8.6 Codetabelle RSS 14 2.8.7 Codeaufbau RSS 14 2.8.8 Prüfziffernberechnung RSS 14 2.8.9 Codebeispiel RSS 14

83 83 84 84 84 85 85 87 90 92

2.9 Code 2/5 Interleaved 2.9.1 Allgemeines Code 2/5 Interleaved 2.9.2 Zeichenvorrat Code 2/5 Interleaved 2.9.3 Toleranz Code 2/5 Interleaved 2.9.4 Codelängenbestimmung Code 2/5 Interleaved 2.9.5 Codetabelle Code 2/5 Interleaved 2.9.6 Codeaufbau Code 2/5 Interleaved 2.9.7 Eigensicherheit Code 2/5 Interleaved 2.9.8 Prüfziffernberechnungen Code 2/5 Interleaved 2.9.9 Codebeispiel Code 2/5 Interleaved

93 93 94 94 94 95 95 96 97 101

2.10 Code 39 2.10.1 Allgemeines Code 39 2.10.2 Zeichenvorrat Code 39 2.10.3 Toleranz Code 39 2.10.4 Codelängenbestimmung Code 39

102 102 102 102 102

VII

2.10.5 Codetabelle Code 39 2.10.6 Codeaufbau Code 39 2.10.7 Prüfziffernberechnung Code 39 2.10.8 Codebeispiele Code 39

103 105 105 106

2.11 Code 128 2.11.1 Allgemeines Code 128 2.11.2 Zeichenvorrat Code 128 2.11.3 Toleranz Code 128 2.11.4 Codelängenbestimmung Code 128 2.11.4.1 Codelängenbestimmung Code 128, allgemein 2.11.4.2 Codelängenbestimmung Code 128, Zeichensatz A oder B 2.11.4.3 Codelängenbestimmung Code 128, Zeichensatz C 2.11.5 Codetabelle Code 128 2.11.6 Codeaufbau Code 128 2.11.6.1 Codeaufbau Code 128, Zeichensatz A 2.11.6.2 Codeaufbau Code 128, Zeichensatz B 2.11.6.3 Codeaufbau Code 128, Zeichensatz C 2.11.7 Sonderzeichen Code 128 2.11.8 Regeln für höchste Informationsdichte Code 128 2.11.8.1 Bestimmen des Startzeichens, Code 128 2.11.8.2 Ungerade Anzahl von Ziffern, Code 128 2.11.8.3 Mehr als 4 Ziffern im Zeichensatz A oder B, Code 128 2.11.8.4 ASCII-Steuerzeichen mit Zeichensatz B, Code 128 2.11.8.5 Kleinbuchstaben mit Zeichensatz A, Code 128 2.11.8.6 Ein nicht numerisches Zeichen im Zeichensatz C, Code 128 2.11.9 Prüfziffernberechnung Code 128 2.11.10 Codebeispiel Code 128

107 107 107 108 109 109 109 110 111 114 114 114 115 115 116 116 116 116 116 117 117 117 118

2.12 PDF 417 2.12.1 Allgemeines PDF 417 2.12.2 Zeichensätze PDF 417 2.12.3 Zeichenvorrat PDF 417 2.12.4 Codetabelle PDF 417 2.12.5 Einsatz der Codeworte, PDF 417 2.12.5.1 Einsatz der Betriebsart TC, PDF 417 2.12.5.2 Einsatz der Betriebsart BC, PDF 417 2.12.5.3 Einsatz der Betriebsart NC, PDF 417 2.12.5.4 Einsatz der Betriebsart ECI, PDF 417 2.12.6 Zeichenaufbau PDF 417 2.12.7 Codeaufbau PDF 417 2.12.8 Toleranzen PDF 417 2.12.9 Datensicherheit PDF 417 2.12.10 Codebeispiele PDF 417

119 119 120 120 120 122 124 125 126 126 126 127 128 129 129

2.13 Data Matrix 2.13.1 Data Matrix ECC 200 2.13.2 Allgemeines Data Matrix ECC 200 2.13.3 Zeichensätze Data Matrix ECC 200

131 132 132 133

VIII

2.13.4 2.13.5 2.13.6 2.13.7 2.13.8 2.13.9

Zeichenvorrat Data Matrix ECC 200 Codetabelle Data Matrix ECC 200 Codeaufbau Data Matrix ECC 200 Toleranzen Data Matrix ECC 200 Datensicherheit Data Matrix ECC 200 Codebeispiele Data Matrix ECC 200

133 136 137 142 142 142

2.14 QR Code 2.14.1 QR Code Version 2 2.14.2 Allgemeines QR Code Version 2 2.14.3 Zeichensätze QR Code Version 2 2.14.4 Zeichenvorrat QR Code Version 2 2.14.5 Codetabelle/Codeaufbau QR Code Version 2 2.14.6 Toleranzen QR Code Version 2 2.14.7 Datensicherheit QR Code Version 2 2.14.8 Codebeispiele QR Code Version 2

146 147 147 147 148 148 154 155 156

2.15 Aztec Code 2.15.1 Aztec Code Standard 2.15.2 Allgemeines Aztec Code Standard 2.15.3 Zeichensätze Aztec Code Standard 2.15.4 Zeichenvorrat Aztec Code Standard 2.15.5 Codetabelle Aztec Code Standard 2.15.6 Codeaufbau Aztec Code Standard 2.15.7 Toleranzen Aztec Code Standard 2.15.8 Datensicherheit Aztec Code Standard 2.15.9 Codebeispiele Aztec Code Standard

157 158 158 158 158 159 160 165 166 166

3 Codeauswahl 3.1 Branchentypische Codes 3.2 Codeauswahl als Funktion der Nutzdatenmenge 3.3 Codeauslegungen 3.4 Druckdichte und Druckauflösung 3.5 Codeformate 3.5.1 Strichcodeformate 3.5.1.1 Codeseitenverhältnis CSV 3.5.1.2 Strichcodes in Zaunanordnung 3.5.1.3 Strichcodes in Leiteranordnung 3.5.1.4 Strichcodes in Omnianordnung 3.5.2 Stapelcodeformate 3.5.2.1 Stapelcodes in Zaunanordnung 3.5.2.2 Stapelcodes in Leiteranordnung 3.5.3 Matrixcodeformate

167 167 168 170 170 172 173 173 175 175 176 178 178 179 179

4 Drucktechniken 4.1 Auswahl der Druckverfahren

181 181

4.2 Offline Druckverfahren 4.2.1 Vorteile der Offline Druckverfahren

182 182

IX

4.2.2 Nachteile der Offline Druckverfahren 4.2.3 Methoden der Offline Druckverfahren

182 183

4.3 Online Druckverfahren 4.3.1 Vorteile der Online Druckverfahren 4.3.2 Nachteile der Online Druckverfahren 4.3.3 Methoden der Online Druckverfahren 4.3.4 Druckauflösungen der Online Druckverfahren

184 184 184 186 188

5 Codequalität 5.1 Prüfbedingungen nach ISO/IEC 15416 5.2 Parameter für die Prüfung nach ISO/IEC 15416 5.2.1 Globale Schwelle GT 5.2.2 Decodierung D 5.2.3 Symbolkontrast SC 5.2.4 Minimale Reflexion Rmin 5.2.5 Minimaler Adjazenzkontrast ECmin 5.2.6 Modulation MOD 5.2.7 Mängel M 5.2.8 Decodierbarkeit V 5.3 Prüfbedingungen nach ISO/IEC 15415 5.4 Einfluss von Folie über dem Code

189 191 193 194 194 194 195 196 196 198 199 201 204

6 Codeaufbringung 6.1 Übersicht der Aufbringverfahren 6.2 Direktcodierung 6.3 Indirektcodierung

209 209 211 216

7 Lesegeräte 7.1 Definition der Lesegerätegruppen

218 218

7.2 Struktur der Handlesegeräte 7.2.1 Kabelgebundene Handlesegeräte 7.2.2 Kabellose Handlesegeräte 7.2.3 Struktur der mobilen Datenerfassungsgeräte

232 244 246 251

7.3 Struktur der stationären Lesegeräte 7.3.1 Abtastoptiken stationärer Lesegeräte 7.3.2 Parameter der Abtastoptiken 7.3.2.1 X-Lesediagramm der 1 D-Optik 7.3.2.2 XY-Lesediagramm der 2D-Optik 7.3.2.3 XYZ-Lesediagramm der 3D-0ptik

253 255 263 266 267 272

7.4 Funktionsweise der Abtastoptiken 7.4.1 1 D-Optik 7.4.2 2D-0ptik 7.4.2.1 Abtastoptik des Linien-Scanners 7.4.2.2 Abtastoptik des Zeilen-Scanners 7.4.3 3D-0ptik

279 279 280 280 282 284

X

7.4.3.1 Abtastoptik 7.4.3.2 Abtastoptik 7.4.3.3 Abtastoptik 7.4.3.4 Abtastoptik

des des des des

Raster-Scanners Schwingspiegel-Scanners Omni-Scanners Matrix-Scanners

284 286 289 291

7.5 Automatisierungsgrad der Lesegeräte 7.5.1 Stationäre, nicht automatische Lesegeräte 7.5.2 Stationäre, halbautomatische Lesegeräte 7.5.3 Stationäre, automatische Lesegeräte 7.5.3.1 Stationäre, automatische Lesegeräte auf Laser-Basis 7.5.3.1.1 Abtastrate der Laser-Scanner 7.5.3.1.2 Optische Auflösung der Laser-Scanner 7.5.3.1.3 Leseentfernung der Laser-Scanner 7.5.3.1.4 Tiefenschärfe der Laser-Scanner 7.5.3.1.5 Lesebereichskurven der Laser-Scanner 7.5.3.1.6 Leistungskategorien der Laser-Scanner 7.5.3.1.7 Decoder der Laser-Scanner 7.5.3.1.7.1 Standard-Decoder der Laser-Scanner 7.5.3.1.7.2 Coderekonstruktions-Decoder der Laser-Scanner 7.5.3.1.8 Objektverfolgung mit Laser-Scanner 7.5.3.1.8.1 Laser-Scanner ohne Objektverfolgung 7.5.3.1.8.2 Laser-Scanner mit Objektverfolgung 7.5.3.2 Stationäre, automatische Lesegeräte auf Sensor-Basis 7.5.3.2.1 Abtastrate der Sensor-Scanner 7.5.3.2.2 Optische Auflösung der Sensor-Scanner 7.5.3.2.3 Leseentfernung der Sensor-Scanner 7.5.3.2.4 Tiefenschärfe der Sensor-Scanner 7.5.3.2.5 Lesebereichskurven der Sensor-Scanner 7.5.3.2.6 Leistungskategorien der Sensor-Scanner 7.5.3.2.7 Decoder der Sensor-Scanner

293 293 293 298 302 302 304 308 309 312 314 326 332 337 344 344 346 348 349 350 352 353 354 355 358

8 Voraussetzungen zur Berechnung stationärer, automatischer Lesesysteme 8.1 Definition der Lesewinkel et, ß, y 8.1.1 Drehwinkel a 8.1.2 Kippwinkel ß 8.1.3 Neigungswinkel y

359 359 360 366 371

8.2 Fiktive Laser- und Sensor-Scanner 8.2.1 Allgemeine Festlegung 8.2.2 Optische Auflösung in Abhängigkeit der Druckauflösung 8.2.3 Laser-Scanner XS 8.2.4 Laser-Scanner S 8.2.5 Laser-Scanner M 8.2.6 Laser-Scanner L 8.2.7 Laser-Scanner XL 8.2.8 Laser-Scanner XXL 8.2.9 Omni-Scanner L 8.2.10 Omni-Scanner XL

374 374 376 378 379 380 381 382 383 385 386

XI

8.2.11 CCD-Zeilen-Scanner S 8.2.12 CCD-Zeilen-Scanner XL 8.2.13 CCD-Matrix-Scanner S 8.2.14 CCD-Matrix-Scanner M 8.2.15 CCD-Matrix-Scanner L

387 388 389 390 391

9 Leseanordnungen stationärer Lesesysteme 9.1 Leseanordnungen, allgemeine Übersicht 9.1.1 Lesemethoden der ausgerichteten Lesung 9.1.2 Lesemethoden der omnidirektionalen Lesung 9.1.3 Lesemethoden zur Lesung unter Folie

392 392 400 400 401

9.2 Leseanordnungen mit 1 D-Optik 9.2.1 Ausgerichtete Lesung mit Punkt-Scannern 9.2.1.1 Bedingungen für den Abstandsleser 9.2.1.2 Beachtenswertes für den Abstandsleser 9.2.1.3 Berechnung der Transportgeschwindigkeit für den Abstandsleser

402 402 402 402 403

9.3 Leseanordnungen mit 2D-Optik 9.3.1 Ausgerichtete Lesung mit Linien-Scannern 9.3.1.1 Bedingungen für den Linien-Scanner 9.3.1.2 Beachtenswertes in Applikationen mit Linien-Scannern 9.3.1.3 Hauptkategorien von Leseanordnungen mit Linien-Scannern 9.3.1.3.1 Leseanordnung mit Linien-Scanner in der Hauptkategorie 1 9.3.1.3.1.1 Berechnungen für den Linien-Scanner mit Lesung von links 9.3.1.3.1.2 Berechnungen für den Linien-Scanner mit Lesung von oben 9.3.1.3.2 Leseanordnungen mit Linien-Scanner in der Hauptkategorie 2 9.3.1.3.2.1 Berechnungen für den Linien-Scanner mit Lesung schräg 9.3.1.3.2.2 Berechnungen für den Linien-Scanner mit Lesung schräg 9.3.1.3.2.3 Berechnungen für den Linien-Scanner mit Lesung schräg 9.3.1.3.2.4 Berechnungen für den Linien-Scanner mit Lesung schräg 9.3.1.3.2.5 Berechnungen für den Linien-Scanner mit Lesung seitlich 9.3.2 Omnidirektionale Lesung mit Linien-Scannern 9.3.2.1 Einsatz eines Kreiscodes 9.3.2.2 Einsatz eines T-Codes 9.2.2.3 Einsatz eines Eckumsetzers 9.3.3 Ausgerichtete Lesung mit Zeilen-Scanner und ST-Decoder 9.3.3.1 Bedingungen für den Zeilen-Scanner mit ST-Decoder 9.3.3.2 Beachtenswertes in Applikationen mit Zeilen-Scanner 9.3.3.3 Hauptkategorien von Leseanordnungen mit Zeilen-Scannern und ... 9.3.3.4 Berechnungen für Zeilen-Scanner mit Lesung von links, rechts ... 9.3.4 Omnidirektionale Lesung mit Zeilen-Scanner, BV-Decoder und ... 9.3.4.1 Bedingungen für den Zeilen-Scanner mit BV-Decoder 9.3.4.2 Beachtenswertes in Applikationen mit Zeilen-Scanner und BV-Decoder 9.3.4.3 Hauptkategorien von Leseanordnungen mit Zeilen-Scannern und ... 9.3.4.4 Berechnungen für Zeilen-Scanner mit Lesung von oben

404 404 404 408 408 415 422 426 430 433 440 446 453 459 467 467 467 469 471 471 472 473 475 478 478 483 484 487

XII

9.4 Leseanordnungen mit 3D-Optik 9.4.1 Ausgerichtete Lesung mit Raster-Scanner 9.4.1.1 Bedingungen für den Raster-Scanner 9.4.1.2 Beachtenswertes in Applikationen mit Raster-Scannern 9.4.1.3 Raster-Scanner mit Lesung von der Seite, links oder rechts 9.4.1.4 Berechnungen für den Raster-Scanner mit Lesung von der Seite ... 9.4.1.5 Berechnungen für den Raster-Scanner mit Lesung von der Seite ... 9.4.1.6 Berechnungen für den Raster-Scanner mit Lesung von vorne ... 9.4.1.7 Berechnungen für den Raster-Scanner mit Lesung im Stillstand 9.4.1.8 Berechnungen für den Raster-Scanner mit Lesung von oben ... 9.4.1.9 Berechnungen für den Raster-Scanner mit Lesung schräg ... 9.4.2 Ausgerichtete Lesung mit Schwingspiegel-Scannern 9.4.2.1 Bedingungen für den Schwingspiegel-Scanner 9.4.2.2 Beachtenswertes in Applikationen mit Schwingspiegel-Scannern 9.4.2.3 Schwingspiegel-Scanner mit Lesung von der Seite, links oder... 9.4.2.4 Berechnungen für den Schwingspiegel-Scanner mit Lesung von ... 9.4.2.5 Berechnungen für den Schwingspiegel-Scanner mit Lesung ... 9.4.3 Pseudo-omnidirektionale Lesung mit Schwingspiegel-Scanner 9.4.4 Omnidirektionale Lesung mit Omni-Scannern 9.4.4.1 Bedingungen für den Omni-Scanner 9.4.4.2 Beachtenswertes in Applikationen mit Omni-Scanner 9.4.4.3 Omni-Scanner mit Lesung von oben 9.4.4.4 Berechnungen für den Omni-Scanner mit Lesung von oben 9.4.5 Omnidirektionale Lesung mit Omni-Anordnungen 9.4.5.1 Bedingungen für die Omni-Anordnung 9.4.5.2 Berechnungen für die Omni-Anordnungen mit Lesung von oben 9.4.6 Omnidirektionale Lesung mit Matrix-Scannern 9.4.6.1 Bedingungen für den Matrix-Scanner 9.4.6.2 Beachtenswertes in Applikationen mit Matrix-Scannern 9.4.6.3 Matrix-Scanner mit Lesung von oben 9.4.6.4 Berechnungen für den Matrix-Scanner mit Lesung von oben

490 490 492 503 504 505 509 517 522 524 525 528 531 547 548 558 559 567 568 568 570 571 572 586 586 587 594 594 596 597 598

10 Praktische Installation eines Linien-Scanners

602

11 Betriebsarten von Scannern 11.1 Allgemeines zu den Betriebsarten 11.2Stand-alone 11.3 Master-Slave 11.4 Pass-Through 11.5 Multiplexbetrieb

611 611 611 612 613 615

12 Ganzheitliche Betrachtung von Förderanlage und IdentifikationsSystem 12.1 Leserate 12.2 Lesesicherheit 12.3 Durchsatz 12.4 Verfügbarkeit 12.4.1 MTBF 12.4.2 MTTR

617 617 618 622 626 627 628

XIII

12.5 Ausfallrate 12.6 Ausfallzeit

628 629

13 Zulassungen für Lesegeräte 13.1 UL 13.2 CSA 13.3 EX 13.4IP-Schutzart 13.5 Lasersicherheit

631 632 634 634 639 610

14 Datensicherheit optischer Codierungen 14.1 Hamming-Distanz HD 14.2 Übertragungssicherheit bei Strichcodes 14.2.1 Paritätsprüfung 14.2.2 Prüfziffernberechnung 14.3 Übertragungssicherheit bei Stapelcodes 14.4 Übertragungssicherheit bei Composite Codes 14.5 Übertragungssicherheit bei Matrixcodes 14.5.1 CRC 14.5.2 ReedSolomon

645 645 646 646 650 652 652 652 653 655

15 Literaturverzeichnis

660

16 Fachbegriffe

664

17 Sachwörterverzeichnis

716

XIV