Bernhard Lenk Optische Identifikation Schwerpunkt Lesetechnik ULB Darmstadt Illlllllllllllllllll 16322245
Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1.1 Allgemeines 1 1.2 Optische Zeichen und Schrift 2 1.2.1 Klarschrift 4 1.2.2 True Type 5 1.2.3 OCR 5 1.2.4 Lesevorgang zum Lesen von Zeichen 6 1.3 Optische Codierungen 7 1.3.1 Strichcodes 8 1.3.1.1 Strukturen der Strichcodes 8 1.3.1.2 Lesevorgänge zum Lesen von Strichcodes 9 1.3.2 Matrixcodes 10 1.3.2.1 Strukturen der Matrixcodes 10 1.3.2.2 Lesevorgänge zum Lesen von Matrixcodes 12 1.4 Leseraten von Klarschrift, True Type, OCR, Strichcodes und... 11 1.5 Integrationsschritte eines optischen Identifikationssystems 19 2 Codestandards 26 2.1 Allgemeines zu Codestandards 26 2.2 Fallbeispiele zu Codestandards 36 2.3 Codearten für Anwendungsstandards 40 2.4EAN13 52 2.4.1 Allgemeines EAN 13 52 2.4.2 Zeichenvorrat EAN 13 53 2.4.3 Toleranz EAN 13 53 2.4.4 Codelängenbestimmung EAN 13 54 2.4.5 Codetabelle EAN 13 56 2.4.6 Codeaufbau EAN 13 58 2.4.7 Prüfziffernberechnung EAN 13 59 2.4.8 Codebeispiele EAN 13 60 2.5 EAN 8 64 2.5.1 Allgemeines EAN 8 64 2.5.2 Zeichenvorrat EAN 8 65 2.5.3 Toleranz EAN 8 65 2.5.4 Codelängenbestimmung EAN 8 65 2.5.5 Codetabelle EAN 8 66 2.5.6 Codeaufbau EAN 8 68 2.5.7 Prüfziffernberechnung EAN 8 68 2.5.8 Codebeispiel EAN 8 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 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 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 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 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 70 70 71 71 72 74 74 75 76 77 77 78 78 78 78 79 79 80 81 82 83 83 84 84 84 85 85 87 90 92 93 93 94 94 94 95 95 96 97 101 102 102 102 102 102 VII
2.10.5 Codetabelle Code 39 103 2.10.6 Codeaufbau Code 39 105 2.10.7 Prüfziffernberechnung Code 39 105 2.10.8 Codebeispiele Code 39 106 2.11 Code 128 107 2.11.1 Allgemeines Code 128 107 2.11.2 Zeichenvorrat Code 128 107 2.11.3 Toleranz Code 128 108 2.11.4 Codelängenbestimmung Code 128 109 2.11.4.1 Codelängenbestimmung Code 128, allgemein 109 2.11.4.2 Codelängenbestimmung Code 128, Zeichensatz A oder B 109 2.11.4.3 Codelängenbestimmung Code 128, Zeichensatz C 110 2.11.5 Codetabelle Code 128 111 2.11.6 Codeaufbau Code 128 114 2.11.6.1 Codeaufbau Code 128, Zeichensatz A 114 2.11.6.2 Codeaufbau Code 128, Zeichensatz B 114 2.11.6.3 Codeaufbau Code 128, Zeichensatz C 115 2.11.7 Sonderzeichen Code 128 115 2.11.8 Regeln für höchste Informationsdichte Code 128 116 2.11.8.1 Bestimmen des Startzeichens, Code 128 116 2.11.8.2 Ungerade Anzahl von Ziffern, Code 128 116 2.11.8.3 Mehr als 4 Ziffern im Zeichensatz A oder B, Code 128 116 2.11.8.4 ASCII-Steuerzeichen mit Zeichensatz B, Code 128 116 2.11.8.5 Kleinbuchstaben mit Zeichensatz A, Code 128 117 2.11.8.6 Ein nicht numerisches Zeichen im Zeichensatz C, Code 128 117 2.11.9 Prüfziffernberechnung Code 128 117 2.11.10 Codebeispiel Code 128 118 2.12 PDF 417 119 2.12.1 Allgemeines PDF 417 119 2.12.2 Zeichensätze PDF 417 120 2.12.3 Zeichenvorrat PDF 417 120 2.12.4 Codetabelle PDF 417 120 2.12.5 Einsatz der Codeworte, PDF 417 122 2.12.5.1 Einsatz der Betriebsart TC, PDF 417 124 2.12.5.2 Einsatz der Betriebsart BC, PDF 417 125 2.12.5.3 Einsatz der Betriebsart NC, PDF 417 126 2.12.5.4 Einsatz der Betriebsart ECI, PDF 417 126 2.12.6 Zeichenaufbau PDF 417 126 2.12.7 Codeaufbau PDF 417 127 2.12.8 Toleranzen PDF 417 128 2.12.9 Datensicherheit PDF 417 129 2.12.10 Codebeispiele PDF 417 129 2.13 Data Matrix 131 2.13.1 Data Matrix ECC 200 132 2.13.2 Allgemeines Data Matrix ECC 200 132 2.13.3 Zeichensätze Data Matrix ECC 200 133 VIII
2.13.4 Zeichenvorrat Data Matrix ECC 200 133 2.13.5 Codetabelle Data Matrix ECC 200 136 2.13.6 Codeaufbau Data Matrix ECC 200 137 2.13.7 Toleranzen Data Matrix ECC 200 142 2.13.8 Datensicherheit Data Matrix ECC 200 142 2.13.9 Codebeispiele Data Matrix ECC 200 142 2.14 QR Code 146 2.14.1 QR Code Version 2 147 2.14.2 Allgemeines QR Code Version 2 147 2.14.3 Zeichensätze QR Code Version 2 147 2.14.4 Zeichenvorrat QR Code Version 2 148 2.14.5 Codetabelle/Codeaufbau QR Code Version 2 148 2.14.6 Toleranzen QR Code Version 2 154 2.14.7 Datensicherheit QR Code Version 2 155 2.14.8 Codebeispiele QR Code Version 2 156 2.15 Aztec Code 157 2.15.1 Aztec Code Standard 158 2.15.2 Allgemeines Aztec Code Standard 158 2.15.3 Zeichensätze Aztec Code Standard 158 2.15.4 Zeichenvorrat Aztec Code Standard 158 2.15.5 Codetabelle Aztec Code Standard 159 2.15.6 Codeaufbau Aztec Code Standard 160 2.15.7 Toleranzen Aztec Code Standard 165 2.15.8 Datensicherheit Aztec Code Standard 166 2.15.9 Codebeispiele Aztec Code Standard 166 3 Codeauswahl 167 3.1 Branchentypische Codes 167 3.2 Codeauswahl als Funktion der Nutzdatenmenge 168 3.3 Codeauslegungen 170 3.4 Druckdichte und Druckauflösung 170 3.5 Codeformate 172 3.5.1 Strichcodeformate 173 3.5.1.1 Codeseitenverhältnis CSV 173 3.5.1.2 Strichcodes in Zaunanordnung 175 3.5.1.3 Strichcodes in Leiteranordnung 175 3.5.1.4 Strichcodes in Omnianordnung 176 3.5.2 Stapelcodeformate 178 3.5.2.1 Stapelcodes in Zaunanordnung 178 3.5.2.2 Stapelcodes in Leiteranordnung 179 3.5.3 Matrixcodeformate 179 4 Drucktechniken 181 4.1 Auswahl der Druckverfahren 181 4.2 Offline Druckverfahren 182 4.2.1 Vorteile der Offline Druckverfahren 182 IX
4.2.2 Nachteile der Offline Druckverfahren 182 4.2.3 Methoden der Offline Druckverfahren 183 4.3 Online Druckverfahren 184 4.3.1 Vorteile der Online Druckverfahren 184 4.3.2 Nachteile der Online Druckverfahren 184 4.3.3 Methoden der Online Druckverfahren 186 4.3.4 Druckauflösungen der Online Druckverfahren 188 5 Codequalität 189 5.1 Prüfbedingungen nach ISO/IEC 15416 191 5.2 Parameter für die Prüfung nach ISO/IEC 15416 193 5.2.1 Globale Schwelle GT 194 5.2.2 Decodierung D 194 5.2.3 Symbolkontrast SC 194 5.2.4 Minimale Reflexion Rmin 195 5.2.5 Minimaler Adjazenzkontrast ECmin 196 5.2.6 Modulation MOD 196 5.2.7 Mängel M 198 5.2.8 Decodierbarkeit V 199 5.3 Prüfbedingungen nach ISO/IEC 15415 201 5.4 Einfluss von Folie über dem Code 204 6 Codeaufbringung 209 6.1 Übersicht der Aufbringverfahren 209 6.2 Direktcodierung 211 6.3 Indirektcodierung 216 7 Lesegeräte 218 7.1 Definition der Lesegerätegruppen 218 7.2 Struktur der Handlesegeräte 232 7.2.1 Kabelgebundene Handlesegeräte 244 7.2.2 Kabellose Handlesegeräte 246 7.2.3 Struktur der mobilen Datenerfassungsgeräte 251 7.3 Struktur der stationären Lesegeräte 253 7.3.1 Abtastoptiken stationärer Lesegeräte 255 7.3.2 Parameter der Abtastoptiken 263 7.3.2.1 X-Lesediagramm der 1 D-Optik 266 7.3.2.2 XY-Lesediagramm der 2D-Optik 267 7.3.2.3 XYZ-Lesediagramm der 3D-0ptik 272 7.4 Funktionsweise der Abtastoptiken 279 7.4.1 1 D-Optik 279 7.4.2 2D-0ptik 280 7.4.2.1 Abtastoptik des Linien-Scanners 280 7.4.2.2 Abtastoptik des Zeilen-Scanners 282 7.4.3 3D-0ptik 284 X
7.4.3.1 Abtastoptik des Raster-Scanners 284 7.4.3.2 Abtastoptik des Schwingspiegel-Scanners 286 7.4.3.3 Abtastoptik des Omni-Scanners 289 7.4.3.4 Abtastoptik des Matrix-Scanners 291 7.5 Automatisierungsgrad der Lesegeräte 293 7.5.1 Stationäre, nicht automatische Lesegeräte 293 7.5.2 Stationäre, halbautomatische Lesegeräte 293 7.5.3 Stationäre, automatische Lesegeräte 298 7.5.3.1 Stationäre, automatische Lesegeräte auf Laser-Basis 302 7.5.3.1.1 Abtastrate der Laser-Scanner 302 7.5.3.1.2 Optische Auflösung der Laser-Scanner 304 7.5.3.1.3 Leseentfernung der Laser-Scanner 308 7.5.3.1.4 Tiefenschärfe der Laser-Scanner 309 7.5.3.1.5 Lesebereichskurven der Laser-Scanner 312 7.5.3.1.6 Leistungskategorien der Laser-Scanner 314 7.5.3.1.7 Decoder der Laser-Scanner 326 7.5.3.1.7.1 Standard-Decoder der Laser-Scanner 332 7.5.3.1.7.2 Coderekonstruktions-Decoder der Laser-Scanner 337 7.5.3.1.8 Objektverfolgung mit Laser-Scanner 344 7.5.3.1.8.1 Laser-Scanner ohne Objektverfolgung 344 7.5.3.1.8.2 Laser-Scanner mit Objektverfolgung 346 7.5.3.2 Stationäre, automatische Lesegeräte auf Sensor-Basis 348 7.5.3.2.1 Abtastrate der Sensor-Scanner 349 7.5.3.2.2 Optische Auflösung der Sensor-Scanner 350 7.5.3.2.3 Leseentfernung der Sensor-Scanner 352 7.5.3.2.4 Tiefenschärfe der Sensor-Scanner 353 7.5.3.2.5 Lesebereichskurven der Sensor-Scanner 354 7.5.3.2.6 Leistungskategorien der Sensor-Scanner 355 7.5.3.2.7 Decoder der Sensor-Scanner 358 8 Voraussetzungen zur Berechnung stationärer, automatischer Lesesysteme 359 8.1 Definition der Lesewinkel et, ß, y 359 8.1.1 Drehwinkel a 360 8.1.2 Kippwinkel ß 366 8.1.3 Neigungswinkel y 371 8.2 Fiktive Laser- und Sensor-Scanner 374 8.2.1 Allgemeine Festlegung 374 8.2.2 Optische Auflösung in Abhängigkeit der Druckauflösung 376 8.2.3 Laser-Scanner XS 378 8.2.4 Laser-Scanner S 379 8.2.5 Laser-Scanner M 380 8.2.6 Laser-Scanner L 381 8.2.7 Laser-Scanner XL 382 8.2.8 Laser-Scanner XXL 383 8.2.9 Omni-Scanner L 385 8.2.10 Omni-Scanner XL 386 XI
8.2.11 CCD-Zeilen-Scanner S 387 8.2.12 CCD-Zeilen-Scanner XL 388 8.2.13 CCD-Matrix-Scanner S 389 8.2.14 CCD-Matrix-Scanner M 390 8.2.15 CCD-Matrix-Scanner L 391 9 Leseanordnungen stationärer Lesesysteme 392 9.1 Leseanordnungen, allgemeine Übersicht 392 9.1.1 Lesemethoden der ausgerichteten Lesung 400 9.1.2 Lesemethoden der omnidirektionalen Lesung 400 9.1.3 Lesemethoden zur Lesung unter Folie 401 9.2 Leseanordnungen mit 1 D-Optik 402 9.2.1 Ausgerichtete Lesung mit Punkt-Scannern 402 9.2.1.1 Bedingungen für den Abstandsleser 402 9.2.1.2 Beachtenswertes für den Abstandsleser 402 9.2.1.3 Berechnung der Transportgeschwindigkeit für den Abstandsleser 403 9.3 Leseanordnungen mit 2D-Optik 404 9.3.1 Ausgerichtete Lesung mit Linien-Scannern 404 9.3.1.1 Bedingungen für den Linien-Scanner 404 9.3.1.2 Beachtenswertes in Applikationen mit Linien-Scannern 408 9.3.1.3 Hauptkategorien von Leseanordnungen mit Linien-Scannern 408 9.3.1.3.1 Leseanordnung mit Linien-Scanner in der Hauptkategorie 1 415 9.3.1.3.1.1 Berechnungen für den Linien-Scanner mit Lesung von links 422 9.3.1.3.1.2 Berechnungen für den Linien-Scanner mit Lesung von oben 426 9.3.1.3.2 Leseanordnungen mit Linien-Scanner in der Hauptkategorie 2 430 9.3.1.3.2.1 Berechnungen für den Linien-Scanner mit Lesung schräg 433 9.3.1.3.2.2 Berechnungen für den Linien-Scanner mit Lesung schräg 440 9.3.1.3.2.3 Berechnungen für den Linien-Scanner mit Lesung schräg 446 9.3.1.3.2.4 Berechnungen für den Linien-Scanner mit Lesung schräg 453 9.3.1.3.2.5 Berechnungen für den Linien-Scanner mit Lesung seitlich 459 9.3.2 Omnidirektionale Lesung mit Linien-Scannern 467 9.3.2.1 Einsatz eines Kreiscodes 467 9.3.2.2 Einsatz eines T-Codes 467 9.2.2.3 Einsatz eines Eckumsetzers 469 9.3.3 Ausgerichtete Lesung mit Zeilen-Scanner und ST-Decoder 471 9.3.3.1 Bedingungen für den Zeilen-Scanner mit ST-Decoder 471 9.3.3.2 Beachtenswertes in Applikationen mit Zeilen-Scanner 472 9.3.3.3 Hauptkategorien von Leseanordnungen mit Zeilen-Scannern und... 473 9.3.3.4 Berechnungen für Zeilen-Scanner mit Lesung von links, rechts... 475 9.3.4 Omnidirektionale Lesung mit Zeilen-Scanner, BV-Decoder und... 478 9.3.4.1 Bedingungen für den Zeilen-Scanner mit BV-Decoder 478 9.3.4.2 Beachtenswertes in Applikationen mit Zeilen-Scanner und BV-Decoder 483 9.3.4.3 Hauptkategorien von Leseanordnungen mit Zeilen-Scannern und... 484 9.3.4.4 Berechnungen für Zeilen-Scanner mit Lesung von oben 487 XII
9.4 Leseanordnungen mit 3D-Optik 490 9.4.1 Ausgerichtete Lesung mit Raster-Scanner 490 9.4.1.1 Bedingungen für den Raster-Scanner 492 9.4.1.2 Beachtenswertes in Applikationen mit Raster-Scannern 503 9.4.1.3 Raster-Scanner mit Lesung von der Seite, links oder rechts 504 9.4.1.4 Berechnungen für den Raster-Scanner mit Lesung von der Seite... 505 9.4.1.5 Berechnungen für den Raster-Scanner mit Lesung von der Seite... 509 9.4.1.6 Berechnungen für den Raster-Scanner mit Lesung von vorne... 517 9.4.1.7 Berechnungen für den Raster-Scanner mit Lesung im Stillstand 522 9.4.1.8 Berechnungen für den Raster-Scanner mit Lesung von oben... 524 9.4.1.9 Berechnungen für den Raster-Scanner mit Lesung schräg... 525 9.4.2 Ausgerichtete Lesung mit Schwingspiegel-Scannern 528 9.4.2.1 Bedingungen für den Schwingspiegel-Scanner 531 9.4.2.2 Beachtenswertes in Applikationen mit Schwingspiegel-Scannern 547 9.4.2.3 Schwingspiegel-Scanner mit Lesung von der Seite, links oder... 548 9.4.2.4 Berechnungen für den Schwingspiegel-Scanner mit Lesung von... 558 9.4.2.5 Berechnungen für den Schwingspiegel-Scanner mit Lesung... 559 9.4.3 Pseudo-omnidirektionale Lesung mit Schwingspiegel-Scanner 567 9.4.4 Omnidirektionale Lesung mit Omni-Scannern 568 9.4.4.1 Bedingungen für den Omni-Scanner 568 9.4.4.2 Beachtenswertes in Applikationen mit Omni-Scanner 570 9.4.4.3 Omni-Scanner mit Lesung von oben 571 9.4.4.4 Berechnungen für den Omni-Scanner mit Lesung von oben 572 9.4.5 Omnidirektionale Lesung mit Omni-Anordnungen 586 9.4.5.1 Bedingungen für die Omni-Anordnung 586 9.4.5.2 Berechnungen für die Omni-Anordnungen mit Lesung von oben 587 9.4.6 Omnidirektionale Lesung mit Matrix-Scannern 594 9.4.6.1 Bedingungen für den Matrix-Scanner 594 9.4.6.2 Beachtenswertes in Applikationen mit Matrix-Scannern 596 9.4.6.3 Matrix-Scanner mit Lesung von oben 597 9.4.6.4 Berechnungen für den Matrix-Scanner mit Lesung von oben 598 10 Praktische Installation eines Linien-Scanners 602 11 Betriebsarten von Scannern 611 11.1 Allgemeines zu den Betriebsarten 611 11.2Stand-alone 611 11.3 Master-Slave 612 11.4 Pass-Through 613 11.5 Multiplexbetrieb 615 12 Ganzheitliche Betrachtung von Förderanlage und Identifikations- System 617 12.1 Leserate 617 12.2 Lesesicherheit 618 12.3 Durchsatz 622 12.4 Verfügbarkeit 626 12.4.1 MTBF 627 12.4.2 MTTR 628 XIII
12.5 Ausfallrate 628 12.6 Ausfallzeit 629 13 Zulassungen für Lesegeräte 631 13.1 UL 632 13.2 CSA 634 13.3 EX 634 13.4IP-Schutzart 639 13.5 Lasersicherheit 610 14 Datensicherheit optischer Codierungen 645 14.1 Hamming-Distanz HD 645 14.2 Übertragungssicherheit bei Strichcodes 646 14.2.1 Paritätsprüfung 646 14.2.2 Prüfziffernberechnung 650 14.3 Übertragungssicherheit bei Stapelcodes 652 14.4 Übertragungssicherheit bei Composite Codes 652 14.5 Übertragungssicherheit bei Matrixcodes 652 14.5.1 CRC 653 14.5.2 ReedSolomon 655 15 Literaturverzeichnis 660 16 Fachbegriffe 664 17 Sachwörterverzeichnis 716 XIV