Techniki znakowania generalnie dzieli się na dwie kategorie: metody pośrednie i bezpośrednie. W pierwszych oznaczenie nanosi się na etykietę i dopiero tę mocuje na obiekcie. W drugich z kolei symbole są wykonywane bezpośrednio na jego powierzchni. Są to zatem głównie techniki niszczące, ale jedynie w dopuszczalnych granicach. Poza tym do tej kategorii zalicza się nadrukowywanie, które choć nie niszczy, to jednak modyfikuje znakowaną powierzchnię. Zasadniczo oznaczenia wykonane metodami pośrednimi są łatwo usuwalne, zaś naniesione bezpośrednio są trwałe.
Zalety metod pośrednich to: łatwość znakowania i uzyskania, a potem utrzymania, dla danej serii, dobrej czytelności symboli. Zaletą oznaczeń wykonanych technikami bezpośrednimi z kolei jest większa trwałość. Z drugiej strony na czytelność symboli w tym przypadku w dużym stopniu wpływają właściwości powierzchni, takie jak chropowatość oraz kolor materiału, z którego wykonano znakowany obiekt.
Znakowanie laserowe
Tytułowa metoda zaliczana jest do technik znakowania trwałego. Symbole są wykonywane przy użyciu wiązki światła laserowego o dużej mocy skupionej w punkcie, która skanuje znakowaną powierzchnię kierowana przez układ optyczny. Jej ruch jest synchronizowany z regulacją mocy lasera. W zależności od typu powierzchni korzysta się z innych konfiguracji układu optycznego. Zasadniczo znakowarek dwuwymiarowych używa się do tych płaskich, zaś trójwymiarowych do pozostałych (zakrzywionych). W tych drugich układ soczewek i luster jest tak zrealizowany, aby ruchem wiązki można było sterować nie tylko w osiach X i Y, ale także wzdłuż osi Z.
Najważniejszym komponentem znakowarek tego typu jest laser. Maszyny te wyposaża się w źródła promieniowania różnego typu. Przykładem są półprzewodnikowe lasery Nd: YVO4 oraz Nd: YAG. Generalnie pierwsze sprawdzają się w nanoszeniu drobniejszych oznaczeń i wówczas, jeśli ważne jest ograniczenie ilości ciepła towarzyszącego znakowaniu, a drugie w metodach, które odwrotnie, wymagają go w dużej ilości. Z kolei lasery światłowodowe wyróżnia kompaktowość i sprawność energetyczna. Lasery C02 są preferowane w znakowaniu szkła, papieru, drewna, z kolei lasery półprzewodnikowe, Nd: YVO4 oraz Nd: YAG są zalecane w nanoszeniu oznaczeń na metale.
Wyżarzanie laserowe
W naświetlonym laserem miejscu zachodzą widoczne modyfikacje w strukturze materiału. W zależności od mechanizmu tego zjawiska wyróżnia się różne techniki znakowania laserowego.
Przykład to wyżarzanie. W tej metodzie promieniowanie laserowe wywołuje termiczne miejscowe utlenianie materiału bez jego zauważalnej ablacji. Symbole naniesione w ten sposób są czarne, bez pęknięć, wgłębień, zadziorów. Typowa głębokość wyżarzania to 20‒30 μm, dzięki czemu znaki są trwałe i odporne na korozję. Nie można ich usunąć kwasem, rozpuszczalnikami ani przez ścieranie. Technika ta jest popularna w znakowaniu wykończonych powierzchni, zwłaszcza części lotniczych i narzędzi chirurgicznych, czyszczonych i sterylizowanych w wysokich temperaturach z użyciem silnych chemikaliów, w przypadku których bardziej inwazyjne metody nanoszenia symboli, powodujące pogorszenie jakości powierzchni, nie sprawdzą się ze względów sanitarnych. Oznaczenia są wyżarzane są na powierzchni metali żelaznych (żelazo, stal) i tytanu.
Napis, grafika, a może kod kreskowy?Stosowane są oznaczenia różnego typu. Przykładem są napisy. Tekstowa, czytelna dla ludzi informacja może dotyczyć różnych aspektów znakowanego obiektu. Na przykład w przypadku produktów spożywczych w ten sposób klient dowiaduje się o terminie przydatności do spożycia, składzie, danych producenta. Zasadniczo można w tym celu użyć dowolnej czcionki, choć istnieją też czcionki zoptymalizowane pod kątem konkretnych metod znakowania, na przykład laserem, w których linie się nie przecinają, co pozwala uniknąć przepalenia. Uzupełnieniem informacji tekstowej, a często też jedynym źródłem informacji o produkcie, są oznaczenia nieczytelne dla ludzi, przeznaczone do odczytu za pomocą skanera lub przez system wizyjny. Są to kody kreskowe 1D i 2D. Pierwsze z nich składają się z rzędu linii i przerw o różnej grubości, zaś drugie mają postać kwadratu wypełnionego jasnymi i ciemnymi polami. W kodach 2D można przekazać więcej informacji niż w "zwykłych" kreskowych. Grafiki z kolei są przeważnie nanoszone jako dekoracja lub przedstawiają logo identyfikujące producenta. |
Na czym polega grawerowanie laserowe?
Podczas grawerowania wiązka laserowa lokalnie nagrzewa obrabiany przedmiot, aż zostanie przekroczona temperatura parowania materiału, z którego go wykonano. Wgłębienia tworzące symbole powstają zatem w wyniku jego stopienia i / albo odparowania naświetlanego podłoża. Typowo głębokości grawerowania wynoszą od 0,001 do 0,1 mm. W zasadzie wszystkie materiały można znakować w taki sposób, pod warunkiem dobrania odpowiedniego typu lasera. Stosowana jest także technika głębokiego grawerowania, polegająca na jego wielokrotnym powtarzaniu, w wyniku czego usuwane są kolejne warstwy materiału. Typowe głębokości w tym przypadku wynoszą od 0,1 do 5 mm. Tą metodą znakowane są metale. Głębokie grawerowanie pozwala ponadto wykonywać symbole 3D – wrażenie trójwymiarowości zapewnia usuwanie warstw materiału na różnych poziomach.
Przegląd mechanizmów znakowania laserem
Stosuje się też technikę, w której materiał jest usuwany tak, by powstałe wgłębienie kontrastowało z otoczeniem ze względu na zmianę sposobu, w jaki odbija światło. Głębokość znaków zazwyczaj nie przekracza 0,01 mm. Jest to jedna z szybszych metod znakowania laserowego.
Parametry wiązki laserowej można także tak dobrać, aby częściowo albo całkowicie usunąć jedną lub większą liczbę warstw powłoki, odsłaniając materiał podłoża, który różni się od niej kolorem. Metoda ta pozwala na znakowanie dowolnego materiału.
W przypadku tworzyw sztucznych popularna jest z kolei technika, w której lokalnie podgrzewa się je do temperatury topnienia. Powoduje to pojawienie się pęcherzyków gazu spieniających materiał. Po zastygnięciu piana jest jaśniejsza lub ciemniejsza od otoczenia, w zależności od tego, czy takiej obróbce został poddany, odpowiednio, ciemny czy jasny plastik. Żeby zwiększyć kontrast, stosuje się specjalne dodatki. Oznaczenia wykonane tą metodą są trwałe, ale nieodporne na zarysowania. Są też wyczuwalne dotykowo.
Kontrola jakości i odczyt etykietParadoksalnie automatyzacja, dzięki której linie produkcyjnie pracują szybciej i efektywniej, co korzystnie wpływa na wydajność i koszt produkcji, sprawia, że łatwiej o błędy w oznaczeniach, przy dużej prędkości bowiem personel nie jest w stanie wzrokowo wychwycić błędów i może dochodzić do powielanie tych zawczasu niezauważonych. Błędom etykietowania sprzyja też różnorodność asortymentu wyrobów produkowanych w obrębie danej linii – raczej niewiele ciągów technologicznych jest już obecnie przeznaczonych wyłącznie do jednego typu produktu. Błędy i niska jakość etykiet to duży problem – tak oznakowane produkty trzeba bowiem etykietować na nowo, przerabiać albo przeznaczyć na straty. Jeszcze poważniejsze są skutki wprowadzenia ich na rynek. Ich późniejsze wycofanie z niego to bowiem nie tylko strata dla producenta w związku z koniecznością oddania pieniędzy klientom, ale także uszczerbek na wizerunku, którego realny koszt potem odczuwa on latami. Aby do tego nie dopuścić, na liniach produkcyjnych wdrażane są zautomatyzowane systemy kontroli jakości etykiet oparte na systemach wizyjnych, które współpracują z systemami odrzucania wybrakowanych wyrobów. Ich standardowa funkcjonalność obejmuje:
Systemy wizyjne są również wykorzystywane w odczycie etykiet. Projektując je pod kątem takiej aplikacji, na wstępie często można stanąć przed dylematem, czy zacząć od opracowania algorytmu, czy raczej od skompletowania systemu wizyjnego. Są one bowiem od siebie wzajemnie zależne – potrzeby pierwszego determinują wymagania stawiane drugiemu, zaś od jakości obrazu zależy skuteczność algorytmu. Dlatego najlepiej pracować nad nimi równolegle, co można osiągnąć w podejściu iteracyjnym. W takim przypadku trzeba odnosić do siebie i aktualizować parametry obu składowych, sprzętowej oraz programowej. Przykładem takiego jest rozdzielczość przestrzenna, określająca rozmiar najmniejszego szczegółu możliwego do rozróżnienia na obrazie. Wpływa na nią m.in. częstotliwość próbkowania. Ta zależy od powiększenia układu optycznego, dlatego zmienia się razem z odległością od obiektu. Niewystarczająca częstotliwość próbkowania utrudnia rozróżnianie detali na obrazie i powoduje zniekształcenia z powodu aliasingu. By ją odpowiednio dobrać, znać trzeba: rozmiar fizyczny szczegółów, które powinny być rozpoznawalne, maksymalną odległość od obiektu inspekcji, wymaganą liczbę pikseli. Często na wstępnym etapie projektowania nie wszystkie dane są dostępne, szczególnie jeżeli będą implementowane zaawansowane algorytmy, na przykład techniki AI. Dlatego na początku warto częstotliwość próbkowania zawyżyć, a potem eksperymentując z algorytmem przetwarzania obrazu, ustalić jej minimalną wymaganą wartość. Wracając do części sprzętowej systemu – minimalna częstotliwość próbkowania determinuje: liczbę pikseli przetwornika obrazu, rozmiar piksela przetwornika obrazu i ogniskową obiektywu. |
Laserowe znakowanie szkła, stali, aluminium
W przypadku szkła stosuje się metodę, w której miejscowo absorbowana wiązka promieniowania powoduje powstawanie pod powierzchnią mikropęknięć. Te, ze względu na liczne wewnętrzne odbicia światła, wydają się jaśniejsze. Technika ta pozwala na wykonywanie dwu- i trójwymiarowych, tworzonych kropka po kropce, symboli wewnątrz szkła.
W przypadku takich materiałów jak stal nierdzewna czy tytan stosuje się także zmodyfikowaną metodę wyżarzania. Polega ona na zmienianiu parametrów znakowania w taki sposób, aby w wyniku utleniania w zagłębieniach symboli tworzyły się powłoki tlenkowe, które różnią się kolorami. W tym celu regulowane są: średnica wiązki, moc lasera, prędkość oraz kierunek znakowania, częstotliwość i czas trwania impulsów laserowych.
Podobnie w przypadku anodowanego aluminium, odpowiednio dobierając parametry pracy lasera, można selektywnie, do określonej głębokości, usuwać fragmenty powłoki tlenkowej. Technika ta jest popularna w znakowaniu urządzeń mobilnych w obudowach z tego materiału. Symbole w ten sposób wykonane charakteryzują się dużym kontrastem i wysoką jakością wizualną i dotykową.
Thomas Spranzel
|
Czy warto wybrać znakowarkę laserową?
Znakowanie laserowe jest popularnym sposobem nanoszenia oznaczeń, w wielu przypadkach preferowanym ze względu na jego liczne zalety w porównaniu z metodami konkurencyjnymi. Przede wszystkim symbole wykonane tą techniką są trwałe i odporne na czynniki niszczące, na przykład: ścieranie, wodę, rozpuszczalniki, olej, temperaturę, promieniowanie UV. Dzięki temu trudno jest je zmodyfikować i usunąć, co stanowi samoistne zabezpieczenie przed fałszowaniem.
Trwałość oraz duży kontrast oznaczeń zapewniają też ich długotrwałą czytelność. Laserem można nanosić grafiki, logo i czcionki wysokiej rozdzielczości, jak również kody kreskowe 1D i 2D. Jest to metoda elastyczna – przestawienie znakowarki na inny rodzaj symbolu nie jest skomplikowane (polega zwykle na jego edycji w programie sterującym maszyną), szybka, bezkontaktowa (mało niszcząca) i uniwersalna – lasery znakują różne materiały. Ponieważ nie są stosowane płynne czynniki (farby, tusze, kwasy, rozpuszczalniki), nie trzeba czekać, aż znakowane przedmioty wyschną. Sam proces jest niebrudzący. Ze względu na brak chemikaliów jest przyjaźniejszy środowisku. Pozwala to także zaoszczędzić na materiałach eksploatacyjnych. Ponadto nie są wymagane dodatkowe czynności, jak czyszczenie, wymiana i ostrzenie narzędzi tnących.
Etykietowanie
Etykiety to przeważnie kawałki cienkiego, samoprzylepnego materiału o warstwowej strukturze. Składają się typowo z: powłoki wierzchniej, która pełni funkcję ochronną, podłoża, które z jednej strony jest zadrukowywane, a z drugiej pokrywane klejem, podkładu, do którego wszystkie wyższe warstwy są przez to spoiwo przymocowane na etapie produkcji i od którego podczas etykietowania są odrywane.
W projektowaniu etykiety dobór materiałów jej poszczególnych warstw jest kwestią kluczową, od nich bowiem zależy, w jakich warunkach będzie ją można użytkować bez obaw o jej przedwczesne zniszczenie i to, na jakim podłożu będzie ją można umieścić, by mieć pewność, że połączenie z nim będzie trwałe. Wybierając konkretny materiał, trzeba w związku z tym przeanalizować funkcję, jaką pełnią poszczególne warstwy etykiety.
Przykładowo podkład przede wszystkim jest jej nośnikiem do momentu jej odklejenia, a poza tym chroni do tego czasu warstwę z klejem przed uszkodzeniem, zdarciem albo jej zanieczyszczeniem, które uniemożliwiłoby jej przyklejenie lub pogorszyło przyczepność spoiwa. Wykonywany jest on zwykle z papieru lub folii pokrywanych specjalną powłoką, do której nie przywiera klej.
Jaki klej będzie najlepszy?
Podłoże, będące nośnikiem z jednej strony nadruku, a z drugiej kleju, wykonuje się z: papieru niepowlekanego, w przypadku nalepek o niskiej trwałości, papieru powlekanego, tworzyw sztucznych, na przykład polipropylenu (tanie etykiety, na płaskie powierzchnie), polietylenu (etykiety również na zakrzywione powierzchnie), poliesteru (etykiety na płaskie powierzchnie, wysoce odporne na czynniki środowiskowe) i materiałów specjalnych (m.in. biodegradowalnych).
Warstwa najwyższa z kolei zabezpiecza niższe przed czynnikami zewnętrznymi, na przykład przed blaknięciem pod wpływem promieni słonecznych, ścieraniem lub chemikaliami oraz decyduje o wykończeniu etykiety (matowe, z połyskiem, kolorowe, przezroczyste). Jest to zwykle laminat, czyli folia stopiona z niższymi warstwami naklejki. Oprócz tego etykiety z wierzchu bywają lakierowane.
Również wybór kleju wymaga rozważenia wielu kwestii, bowiem spoiwo ma bardzo duży wpływ na cechy użytkowe etykiety, przede wszystkim trwałość mocowania. Przykładowo kleje akrylowe wyróżnia bardzo dobra przyczepność, nawet do powierzchni, do których trudno jest coś przykleić, w tym chropowatych, malowanych proszkowo, oleistych, i wodoodporność. Klej akrylowe z kolei są wytrzymałe na temperatury w szerokim przedziale, odporne na promieniowanie ultrafioletowe i rozpuszczalniki. Z czasem nie tracą przyczepności. Poza tym nadają się do mocowania etykiet na: szkle, metalach, czystych powierzchniach z tworzyw sztucznych, i charakteryzuje je dobra przyczepność do zakrzywionych powierzchni. Kleje silikonowe z kolei wyróżnia: łatwość usuwania, dobra przyczepność oraz odporność na wysokie temperatury.
Popularność "zwykłych" etykiet nie maleje. Mimo to w znakowaniu pośrednim zastosowanie znalazły też znaczniki RFID.
Znakowanie RFID
Technologia znakowania RFID wykorzystuje bezkontaktową transmisję danych za pośrednictwem fal radiowych. Oznaczając obiekty znacznikami tego typu, można je jednoznacznie identyfikować i bezkontaktowo śledzić. Rozwój technologii RFID w porównaniu do jej głównej konkurencji, czyli kodów kreskowych, przyczynił się do dużego postępu w dziedzinie znakowania. Dzięki niej odczyt znaczników jest możliwy bez konieczności zapewnienia bezpośredniej widoczności na linii tag–czytnik, a zasięg odczytu mieści się w zakresie od kilku centymetrów do kilkudziesięciu metrów.
Zakres zastosowań znakowania RFID jest bardzo szeroki. Tagi tego typu są wykorzystywane w zarządzaniu łańcuchami dostaw, monitorowaniu stanu magazynów, śledzeniu asortymentu w handlu, śledzeniu przepływu materiałów i wyrobów w produkcji, lokalizowaniu wyposażenia, zautomatyzowanym pobieraniu opłat za różne usługi, kontroli dostępu i znakowaniu zwierząt hodowlanych. Jako metoda identyfikacji sprawdzają się tam, gdzie liczy się jednoznaczność, szybkość, wydajność oraz możliwość znakowania pojedynczych obiektów.
Komponenty systemów identyfikacji i śledzenia RFID
Chociaż systemy identyfikacji i śledzenia w technologii RFID różnią się stopniem złożoności, każdy powinien składać się z co najmniej trzech komponentów. Są to: tagi, czytniki i anteny.
Znacznik RFID w najprostszej postaci składa się z dwóch podzespołów – anteny nadawczo-odbiorczej i układu elektronicznego, który przechowuje identyfikator tagu i inne informacje. Znaczniki są mocowane do przedmiotów i odczytywane za pomocą czytników. Zasilane są zintegrowaną baterią albo energią fal radiowych z czytnika.
W początkach popularyzacji technologii RFID opcji w zakresie tagów, czytników i osprzętu było mniej, przez co wybór był nieporównywalnie prostszy niż obecnie. Z drugiej strony, gdy jest ich więcej, skompletowanie zestawu najlepiej dostosowanego do wymagań aplikacji jest łatwiejsze.
Przykładowo tagi RFID są dostępne w wielu kształtach, rozmiarach, zasięgach odczytu. Aby ułatwić sobie zadanie wyboru najlepszego modelu, na wstępie dobrze jest zawęzić zakres poszukiwań do jednego kryterium – na przykład najpierw można zdecydować, czy lepsza będzie elastyczna etykieta RFID, czy sztywny tag.
Etykiety samoprzylepne, czy sztywne tagi?
Pierwsze to przeważnie elementy samoprzylepne, w wykonaniu nieinwazyjnym. Mogą być zadrukowywane informacjami czytelnymi dla ludzi i / lub kodami kreskowymi. Zalety etykiet RFID to: niska cena, łatwość mocowania, możliwość, w połączeniu z odpowiednim osprzętem (drukarka RFID), drukowania / kodowania na masową skalę. Główne ich ograniczenia to: mała trwałość, nieodporność na czynniki niszczące, możliwość mocowania jedynie na klej.
Tagi sztywne są zwykle wykonane z tworzyw sztucznych, czasem innych materiałów jak ceramika. Są grubsze niż te samoprzylepne. Przeważnie są zaprojektowane pod kątem określonych wymagań, na przykład: większego zasięgu odczytu, możliwości wbudowania w znakowane obiekty, większej trwałości, większej odporności na czynniki niszczące. Możliwość uzyskania niestandardowych właściwości to ich największa zaleta. Oprócz tego mogą być mocowane różnymi metodami. Z drugiej strony są droższe, a ich etykietowanie i kodowanie jest trudniejsze do zautomatyzowania.
Kontrola jakości tagów RFIDProducenci znaczników RFID dokładają wszelkich starań, by tagi w ich ofercie charakteryzowały się parametrami deklarowanymi w specyfikacjach oraz były odporne na warunki, w których będą użytkowane przez całą ich zakładaną żywotność. W tym celu, jeszcze nim dany model znacznika zostanie wprowadzony do masowej produkcji, partie prototypowe są poddawane licznym testom. Sprawdzane są ich parametry i to, jak się zmieniają pod wpływem czynników niszczących. Takie badania powtarza się wielokrotnie w cyklach, symulując narażenie na nie przez dłuższy czas ich eksploatacji. Jeżeli prototypowa seria znaczników nie przejdzie testów z pozytywnym wynikiem, zwykle w ogóle dany ich model nie jest wprowadzany do produkcji. W pierwszej kolejności badane są charakterystyki RF i parametry użytkowe. Sprawdzane są m.in.: tolerancja częstotliwości, odporność na interferencje, zależność od orientacji, zasięg odczytu oraz zapisu, czas zapisu. Zwykle testowana jest statystycznie reprezentatywna próbka znaczników, w celu porównania średniej i odchylenia standardowego najważniejszych parametrów. Testy takie przeprowadza się w specjalnych komorach, w których zapewnione są powtarzalne warunki. Następnie znaczniki poddaje się badaniom w uciążliwych warunkach, na przykład w piecach. W ten sposób sprawdza się deklarowaną maksymalną temperaturę pracy, umieszczając w nich tagi nawet na kilkaset godzin. Są one poddawane także testom odporności na zmiany temperatury. Wówczas temperatura w komorze testowej wolno zwiększa się od deklarowanej minimalnej temperatury pracy do tej maksymalnej, przy czym po osiągnięciu każdej z nich przez pewien czas jest utrzymywana na danym poziomie. Cykl powtarza się wiele, nawet kilkaset razy. Ponadto sprawdzana jest wytrzymałość znaczników na zniszczenie pod wpływem uderzenia w nie przez obiekty o różnej masie. Weryfikowany jest również deklarowany stopień szczelności (IP). Oprócz tego sprawdza się wytrzymałość przyczepności etykiet do podłoża, a w przypadku tych nieelastycznych, które mocowane są w sposób niestandardowy, sprawdzana jest ich odporność na daną metodę montażu, na przykład, czy nie pękną lub nie odkształcą się w czasie przykręcania. Okresowo wybrane tagi są poddawane testom parametrów użytkowych i wymiarów. |
Jaki czytnik wybrać?
Oprócz tego kryterium znaczniki RFID klasyfikuje się też ze względu na: zakres częstotliwości pracy, konstrukcję przystosowaną do konkretnych czynników uciążliwych (odporne na wodę, temperaturę, zniszczenie, środki chemiczne) i niestandardowe zastosowania (tagi, które można prać, sterylizować w autoklawie, o dużej pojemności pamięci). W ramce przedstawiamy przegląd tagów podzielonych według pierwszego z nich, czyli znaczników LF, HF oraz UHF.
|
Znaczniki LF RFID Pasmo niskiej częstotliwości obejmuje częstotliwości od 30 do 300 kHz, z czego systemy LF RFID mogą korzystać tylko z małego jego wycinka od 125 do 134 kHz. Cechą wyróżniającą fale radiowe tej długości jest łatwość przenikania przez metale i wodę. Z drugiej strony zasięg odczytu tagów LF jest krótszy niż znaczników HF i UHF RFID – wynosi typowo od kilku centymetrów do najwyżej 50 centymetrów w idealnych warunkach. Są też generalnie droższe, chociaż cena zależy od typu i zastosowania. Są to najczęściej znaczniki pasywne, czyli ich żywotności nie ogranicza bateria i w teorii mogą działać, dopóki nie ulegną uszkodzeniu mechanicznemu. Ich odczyt jest wolny. Nie są również zalecane do zastosowań, w których wymagana jest szyfrowana komunikacja. Popularne zastosowania znaczników LF RFID to znakowanie żywego inwentarza oraz kontrola dostępu. Znaczniki HF RFID
Znaczniki HF RFID, podobnie jak LF RFID, zwykle wykorzystują sprzężenie magnetyczne do komunikacji z czytnikiem. Jako tagi pasywne mają zatem, przynajmniej w teorii, nieskończoną żywotność. Fale HF mogą przechodzić przez większość materiałów z wyjątkiem wody i metali ciężkich. Metale lekkie, takie jak aluminium, nie wpływają na tagi HF RFID. Zwykle zasięg ich odczytu wynosi od kilku centymetrów do około metra, w zależności od konfiguracji systemu. Są niedrogie. Czytniki HF RFID również są tanie. Popularyzacji znaczników tego typu sprzyja poza tym możliwość ich odczytu przez smartfony. Tagi HF RFID są używane m.in. w kontroli dostępu, elektronicznych biletach i paszportach – to zastosowanie wymaga wprowadzenia dodatkowych zabezpieczeń (metalowej obudowy skracającej zasięg odczytu, ochrony dostępu do czytnika hasłem). Znaczniki UHF RFID Pasmo UHF obejmuje częstotliwości od 300 MHz do 3 GHz, z czego systemy RFID UHF pracują w zakresie 860–960 MHz i na częstotliwościach 433 MHz oraz 2,45 GHz. Wyróżnić można dwa ich typy: pasywne i aktywne. Różnica między nimi polega na sposobie zasilania znaczników. W pierwszych tagi są zasilane energią z czytnika. Ogranicza to ich zasięg odczytu do najwyżej 30 metrów. Pasywne znaczniki UHF RFID dzięki dużej popularności są tanie – ich cena zmalała szczególnie w ostatnich latach, dzięki czemu zaczęto ich używać jako etykiet jednorazowego użytku. Obecność metali oraz woda odbijają, załamują i pochłaniają sygnały UHF. Aby ten negatywny wpływ ograniczyć, stosuje się specjalne rozwiązania (ekranowanie, specjalne konstrukcje znaczników). Koszt czytników pasywnych tagów UHF jest typowo większy niż w przypadku znaczników LF i HF. Źródłem zasilania aktywnych tagów UHF jest bateria zintegrowana ze znacznikiem. Dzięki temu samodzielnie, w odstępach czasu, emitują sygnał odbierany przez czytniki, w zasięgu których się znajdują (w odległości nawet do 100 metrów). Dzięki lokalnemu źródłu zasilania sygnał jest wzmacniany, co zapewnia jego dobrą jakość nawet w sąsiedztwie wody i metali. Są drogie. Ze względu na baterię mają ograniczoną żywotność – zwykle najwyżej 3–5 lat. Ich zastosowania to m.in.: śledzenie ładunków, pojazdów, sprzętu budowlanego. |
Kolejnym elementem, który należy wybrać, kompletując system RFID, jest czytnik. Podstawowe kryterium to typ czytnika. W tym zakresie wybierać można spośród: ręcznych, stacjonarnych i modułów czytników.
Czytniki ręczne to urządzenia mobilne. Dobrze sprawdzają się w takich zadaniach, jak lokalizacja oznakowanych obiektów lub ich inwentaryzacja. Mają wbudowaną antenę i pokładowy komputer, chociaż mogą się też komunikować z innymi urządzeniami, jak smartfon czy tablet. Są łatwe w konfiguracji i obsłudze, podobnie jak czytniki stacjonarne. Te występują standardowo w dwóch wersjach: ze zintegrowaną anteną albo antenami zewnętrznymi, które się do czytnika podłącza. Moduły z kolei stanowią jedynie jednostkę obliczeniową – są komponentami, z których można zbudować czytnik RFID, dobierając jego pozostałe elementy stosownie do potrzeb.
Monika Gawryś
|
Drukarki RFID
Drukarki RFID to urządzenia, które jednocześnie drukują informacje i kodują dane w etykietach RFID. Pierwsze mogą być dowolnego typu – drukarki RFID mogą nanosić na znaczniki zarówno napisy, grafiki, jak i kody kreskowe 1D i 2D. Urządzenia te zapewniają dużą oszczędność czasu, wykonując oba zadania jednocześnie. Ponadto nawet gdy znaczników nie trzeba zadrukowywać, dzięki typowo dużej szybkości tych urządzeń, wykorzystując je do zautomatyzowania kodowania, można uzyskać dużą oszczędność czasu.
Drukarki RFID można podzielić na grupy w zależności od ich przepustowości. Te przemysłowe są w stanie wydrukować dziennie nawet kilkanaście tysięcy znaczników. Opłaca się z nich korzystać, jeśli wymagana jest tak duża wydajność. Stacjonarne urządzenia do zastosowań biurowych z kolei mogą wydrukować typowo powyżej 500 tagów dziennie. Drukarki mobilne natomiast są w stanie wykonać przeciętnie około 200 znaczników. Nie są one tak powszechne, jak te przemysłowe ani biurowe. Mogą się jednak okazać bardzo wygodną alternatywą dla stacjonarnych, jeżeli trzeba drukować znaczniki lokalnie w rozległych obiektach, na przykład w magazynach. Z powodu kompaktowości mogą jednak wymagać niestandardowych materiałów eksploatacyjnych.
Poza tym drukarki RFID klasyfikuje się ze względu na częstotliwość pracy znaczników. Najpopularniejsze są te drukujące pasywne tagi UHF. Wyposaża się je w koder w zakresie częstotliwości 860‒960 MHz. Ponieważ popularność znakowania RFID rośnie i na rynku pojawiają się nowe typy tagów, dostępne są też specjalistyczne drukarki przystosowane do ich specyfiki, na przykład zadrukowujące piankowe albo metalowe podkłady.
Druk termiczny czy termotransferowy?
Nadruki na znacznikach RFID zazwyczaj wykonywane są w jednej z dwóch technologii, które poza tym wykorzystuje się do zadrukowywania „zwykłych” papierowych etykiet. Są to: druk termiczny i termotransferowy. Większość drukarek RFID może pracować w obu trybach – przełączenie z jednego na drugi wymaga zmiany ustawień urządzenia i użycia odpowiednich materiałów eksploatacyjnych.
Proces drukowania pierwszą metodą składa się z dwóch etapów: podgrzanie głowicy drukującej oraz jej kontaktu z papierem przechodzącym przez urządzenie, po którym głowica przesuwa się, odwzorowując zadany wzór. Aby stał się on widoczny, papier musi mieć specjalne właściwości. Nadaje mu je termoczuła emulsja, którą jest powlekany. Dzięki niej papier tam, gdzie styka się z rozgrzaną głowicą drukującą, ciemnieje.
Technologia termiczna jest popularna poza drukarkami RFID – na co dzień wykorzystuje się ją przykładowo do drukowania paragonów, etykiet wysyłkowych, plakietek z nazwiskami. Cechą wspólną wszystkich tych nośników informacji jest to, że są użytkowane tylko przez krótki czas, dlatego nie oczekuje się od nich długiej żywotności ani wysokiej odporności na trudne warunki.
W przypadku etykiet RFID, które mają dłużej pozostać czytelne, nie jest już jednak tak chętnie stosowana, ponieważ nadruki wykonane tą techniką z czasem bledną, zwłaszcza pod wpływem światła słonecznego i ciepła. Nie są też odporne na ścieranie.
W drugiej metodzie nagrzana głowica jest dociskana do specjalnej termotransferowej taśmy. W miejscu kontaktu ta ostatnia się topi, co sprawia, że zostaje przeniesiona na zadrukowywany materiał. Druk termotransferowy jest preferowaną metodą w przypadku etykiet RFID, gdyż zapewnia trwałość i odporność nadruków na światło słoneczne, ciepło i ścieranie. Poza tym obecność taśmy pomiędzy głowicą a etykietą separuje ją od kurzu i brudu. Główną wadą tej metody jest natomiast koszt taśmy.
Jaka taśma będzie najlepsza?
Wyróżnić można trzy typy taśm termotransferowych: woskowe, woskowo-żywiczne, żywiczne. Każdy z nich ma zalety, ale i wady. Największą popularnością cieszą się taśmy woskowe. Są niedrogie. Mają również niską temperaturę topnienia. Powinno się ich używać generalnie do wykonywania nadruków na etykietach papierowych, powlekanych i niepowlekanych. Czasem niestety wychodzą one nieostre i zwykle mają krótszą żywotność. Poza tym taśmy woskowe mogą pozostawiać smugi.
Taśmy termotransferowe woskowo-żywiczne z kolei są droższe, chociaż jednocześnie tańsze niż te tylko żywiczne. Mają średnią temperaturę topnienia. Można ich używać do drukowania na papierze powlekanym, w tym z błyszczącymi, gładkimi powierzchniami i syntetycznym. Zapewniają ostre, wyraźne nadruki, o dużej trwałości.
Taśmy żywiczne mają największą temperaturę topnienia w porównaniu do pozostałych dwóch typów. Sprawdzą się w zadrukowywaniu na przykład metek odzieży. Gwarantują ostre, wyraźne nadruki, o bardzo dużej trwałości. Są jednak w zestawieniu z woskowymi i woskowo-żywicznymi najdroższe.
Na co zwrócić uwagę, wybierając drukarkę RFID?
Rozdzielczość nadruków, wyrażana w DPI, jest jednym z ważniejszych parametrów drukarek. Znaczenie ma ona szczególnie w drukowaniu oznaczeń, które będą odczytywane przez czytnik – przykład to kody kreskowe, które się skanuje. Jeżeli nadruk nie będzie wyraźny, skaner może nie być w stanie go w ogóle rozpoznać. Drukarki o większej rozdzielczości są jednak droższe.
Kolejny bardzo istotny parametr to szerokość wydruku. Przed zakupem drukarki trzeba się upewnić, że etykiety, które mają być zadrukowywane, nie okażą się zbyt szerokie dla danego modelu. Generalnie im większa jest szerokość wydruku, tym drukarka jest droższa. Z drugiej jednak strony zapewnia to dużą elastyczność, ponieważ w jednym urządzeniu można drukować etykiety o różnych rozmiarach poniżej wartości maksymalnej dla danego modelu.
Ważna informacja to też obsługiwana przez drukarkę grubość etykiet (niektóre, na przykład na piankowym podkładzie, jeżeli są dopuszczalne w danym modelu, mogą wymagać specjalnej konfiguracji) oraz minimalna (albo maksymalna) długość.
Istotny w drukowaniu etykiet jest również sposób, w jaki drukarka rozpoznaje koniec jednej i początek kolejnej. Długość pojedynczej etykiety można ustawić w drukarce na etapie kalibracji, wówczas można korzystać z rolek, w których są one naklejone jednak obok drugiej, bez odstępu. Alternatywą jest rozmieszczenie kolejnych etykiet w stałej odległości od siebie – drukarka jest w stanie wykryć odstęp na podstawie zmniejszenia się grubości podkładu. Często w tych przerwach nadrukowane są kreski w kolorze innym niż podkład, które na tej podstawie rozpoznaje drukarka.
Monika Jaworowska