Jaki czytnik wybrać?

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 RFID

Producenci 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

igus

Czy w przypadku rozwiązań znakowania konieczne jest oferowanie kompletnych systemów czy raczej dostarcza się pojedyncze produkty, które są integrowane przez klientów? Jakiego rodzaju wsparcia wymagają odbiorcy w doborze i uruchamianiu urządzeń?

Jako dostawca komponentów z bezsmarowych trybopolimerów skupiamy się wyłącznie na dostarczaniu poszczególnych elementów do znakowarek i etykieciarek. Odbiorcami są zarówno producenci tego typu maszyn, jak i zakłady produkcyjne, które je wykorzystują do produkcji swoich wyrobów. W maszynach etykietujących wykorzystywane są m.in. rolki xiros oparte na łożyskach kulkowych, o bardzo małych oporach toczenia, zapobiegające zrywaniu prowadzonej folii lub papieru. Do regulacji położenia i wysokości komponentów oraz prowadzonej etykiety oferujemy natomiast prowadnice liniowe drylin. Wszystkie nasze komponenty są testowane w laboratorium w fabryce w Niemczech i na ich podstawie tworzone są ogólnodostępne konfiguratory, które pomagają w doborze i obliczaniu żywotności tych produktów.

Co roku rynek stawia nas przed nowymi wyzwaniami, które stają się inspiracją do tworzenia nowych produktów. W 2021 roku rozszerzyliśmy gamę naszych rolek prowadzących m.in. o lekkie rolki wykonane z włókna węglowego o właściwościach ESD, aluminiowe rolki o powierzchni piaskowanej do zapewnienia lepszej przyczepności, oraz wysokotemperaturowe rolki ze stali nierdzewnej z łożyskami z materiału iglidur A500, odpornego na podwyższone temperatury. Wszystkie te produkty są odpowiedzią na zapotrzebowanie naszych klientów.