RFID im Blick · AutoID/RFID Marktplatz und Presseportal

Störfest und skalierbar

Die RFID-Technologie ist aus der industriellen Fertigung nicht mehr wegzudenken. Der in der Vergangenheit notwendige Wechsel zwischen verschiedenen Kommunikationsstandards war ein großes Hindernis zur durchgängigen Einführung in der gesamten Wertschöpfungskette.

Die UHF-RFID-Technologie wurde in erster Linie zur Erfassung von Transpondern über größere Reichweiten entwickelt. Diese Anforderung ist in erste Linie im Bereich der Logistik und der Fahrzeugerfassung vonnöten. Moderne UHF-RFID-Systeme bieten bereits gute Ergebnisse und erzielen Reichweiten von bis zu zehn Metern.

Identifikation durch neue Antennentechnologie

Im Bereich der industriellen Produktion gibt es aber eine große Anzahl von Anwendungen, bei der die gewünschte Reichweite im Bereich zwischen wenigen Zentimetern bis zu mehreren Metern liegt. In der Vergangenheit konnte die UHF-RFID-Technologie nur bei den mittleren und großen Reichweiten punkten; speziell bei sehr kleinen Schreib-/Leseabständen kommt immer noch oft die HF-/LF-Technik zum Einsatz. Aufgrund der ständig steigenden Anforderungen an eine transparente Fertigungsstruktur müssen auch in der Intralogistik und in der späteren Warenverteilung Reichweiten im mittleren und großen Bereich abgedeckt werden.

UHF versus HF

Da diese Anforderungen nur mit UHF-Technologie lösbar sind, ist oft ein Systemwechsel innerhalb eines Fertigungsverbundes erforderlich. Um dieses Problem zu lösen, ist eine Erweiterung der Anwendungsbereiche von UHF-RFID auch auf kleine Reichweiten notwendig. Erste sogenannte Low-Range-UHF-Systeme sind seit einiger Zeit am Markt verfügbar. Kleine Reichweiten sind dadurch abdeckbar. Einen definierten und störunempfindlichen Erfassungsbereich vergleichbar mit einer HF-Lösung ist aber nicht möglich. Neueste UHF-Antennenlösungen bieten nun die Möglichkeit, in einem kleinen definierten Bereich eine hohe Energiedichte zu konzentrieren, um auch Transponder auf metallischen oder leitfähigem Untergrund mit ausreichend Energie zu versorgen, und ohne nennenswerte Energie in das Fernfeld zu transportieren.

Störfestigkeit deutlich erhöht

Damit sind gleich zwei positive Effekte erzielbar: als erstes ist die notwendige Energie dort einsetzbar, wo sie benötigt wird, und zum zweiten können die Probleme mit der Störempfindlichkeit bei größeren Readerpopulationen verringert werden. Durch eine weitere Verbesserung auf der Readerseite sind mittlerweile sehr kleine Abstände zwischen einzelnen Schreib-/Lesestationen möglich, ohne dass eine aufwendige externe Synchronisation der Reader erfolgen muss.

Die richtige Auswahl des Transponders

Von Seiten der Tag-Hersteller wird auf dem Gebiet der Low-Range-Anwendungen ebenfalls einiges an Innovationen erbracht, sodass heute eine breite Auswahl an Nahfeld-Transpondern zur Verfügung stehen. Falls in der gesamten Prozesskette unterschiedliche Identifikationsreichweiten notwendig sind, können durch die Verwendung von Hybrid-Transpondern sowohl kleine Reichweiten als auch größere Distanzen bis zu drei Metern erzielt werden. Diese Eigenschaft ist auf Seiten des Transponders durch eine spezielle Antennenstruktur einstellbar. Mehrkosten beim Transponder entstehen dadurch nicht.

Praxis: RFID im Pharmabereich

Gerade im Bereich der Pharmaindustrie ist RFID eine interessante Lösung zur Steuerung von Produktions- und Verpackungsschritten. Nachfolgend ist das bereits in der Fertigung verwendete Transponderetikett auch für logistische und sicherheitstechnische Anwendungen im Einsatz. Durch die Verwendung der Antennen-Reader-Kombination können sowohl die hohen Geschwindigkeiten auf dem Produktionsband von bis zu fünf Metern pro Sekunde, als auch Reichweiten von bis zu drei Metern erzielt werden.

„Die UHF-RFID-Technologie befindet sich auf einem Erfolgskurs in der Fabrikautomation.“

Thomas Brunner, Kathrein

 

Fazit: UHF auf dem Siegeszug

Durch die rasante Weiterentwicklung der UHF-RFID-Technologie kann nun nur durch die Auswahl des richtigen Antennen-/Readertyps und des passenden Transponders durchgängig jegliche AutoID-Applikation - von sehr geringen bis zu großen Reichweiten - kosteneffizient bewältigt werden. Alle unterschiedlichen Identifikationspunkte in der Produktentstehungskette arbeiten mit dem einmalig auf das Produkt aufgebrachten Hybrid-Transponder. Die Kosten für den Tag fallen nur einmal an, oft verbleibt er ein Leben lang auf dem Produkt und ist im Servicefall wieder auslesbar. Durch den stetig steigenden Trend zur Erhöhung der Fertigungseffizienz bieten nun die neuen UHF-RFID-Technologien große Chancen im harten Wettbewerb zu bestehen.

Exkurs: Leiterplatten-Tracking mit UHF-Technologie

Das für den Einsatz in der Elektronikfertigung optimierte RFID-System RRU 4 bietet die Möglichkeit kontaktlos Daten auf den internen Speicher eines RFID-Chips zu schreiben. Diese produktspezifischen Informationen sind in den weiteren Produktionsschritten und über den gesamten Produktlebenszyklus verwendbar. Am Beispiel des SMD-RFID-Transponders Magicstrap des Unternehmens Murata wird ein Leiterplatten-Tracking mit RFID verdeutlicht.

Induktive Kopplung

Nach Aufbringung des Magicstrap kann bereits eine Kommunikation mit dem Chip erfolgen. Das UHF-RFID-Modul koppelt dabei induktiv zu einer einfach ins Layout des PCBs (Printed Circuit Board, elektronische Leiterplatte) zu integrierenden Antenne, Platzbedarf 0,25 bis 1 Quadratzentimeter, mit deren Hilfe bei Bedarf Reichweiten von über zwei Metern realisierbar sind. Durch die induktive Kopplung ist die RFID-Funktionalität bereits vor dem Lötvorgang gegeben, das heißt diese ist vom ersten Prozessschritt an nutzbar. Die Selektivität der Kathrein-Antennen stellt einen wesentlichen Faktor dar, um eine eventuell notwendige Vereinzelung von PCBs im Nutzen zu realisieren. Neben einer eindeutigen Identifikation für Rückverfolgbarkeit bietet der wiederbeschreibbare Nutzerspeicher im Magicstrap die Möglichkeit über die RFID-Reader im Prozess an notwendigen Stellen Prozessparameter auf der Leiterplatte abzulegen. Die Daten sind bei Bedarf auch nach zehn Jahren noch abrufbar.

Schutz gegen Diebstahl

Über die drahtlose Funkverbindung zwischen dem Transponder auf der Leiterplatte und einem RFID-Reader sind produktionsspezifische Informationen über das Endgerät ablegbar. Des Weiteren wird die nächste Generation dieser Transponder zusätzlich über eine serielle Schnittstelle verfügen. Dies eröffnet eine Vielzahl von Zusatznutzen. So kann beispielsweise die Schnittstelle ein Gerät aktivieren oder deakt ivieren, womit ein wirksamer Schutz gegen Diebstahl, ungewollte Inbetriebnahme oder auch gegen „graue“ Vertriebskanäle zur Verfügung steht. Eine andere Anwendung ist die Änderung eines Gerätesetups im bereits verpackten Zustand, da bei entsprechendem Antennendesign auf der Leiterplatte Daten durch die Umverpackung und das Gerätegehäuse in den Magicstrap geschrieben werden können.

Durch die Verpackung funken

Durch das von Murata und Kathrein entwickelte System sind Reichweiten von bis zu 50 Zentimetern erreichbar. Somit können auch eventuell notwendige Bestands- oder Endkontrollen durch die Verpackung hindurch erledigt werden. Die dafür notwendigen Antennen- und Reader-Systeme sind für den Einsatz im industriellen Bereich und zur Integration in der SMD-Linie optimiert.