RFID auf Metall: Warum sich Zuverlässigkeit erst in der Praxis zeigt

Fabio Mazzola: Ein On-Metal-Tag ist immer das Ergebnis eines Kompromisses zwischen verschiedenen Designparametern.

Im Allgemeinen sorgen eine größere Antenne und eine größere Tag-Dicke für eine bessere Leistung und größere Lesereichweiten. Das ist jedoch nicht immer mit der jeweiligen Anwendung vereinbar. Der verfügbare Platz kann begrenzt sein, das Tag muss möglicherweise unauffällig angebracht werden oder das Objekt erfordert ein sehr kompaktes Format.

Eine Verringerung der Antennengröße oder der Tag-Dicke kann Kompromisse bei der Lesereichweite, der Ausrichtungstoleranz oder der Leistungsstabilität bedeuten. Andererseits benötigt ein für maximale Reichweite ausgelegtes Tag in der Regel mehr Platz und eine komplexere Struktur, was sich auch auf die Kosten auswirkt.

Es gibt keine allgemein bessere Lösung. Die richtige Wahl hängt von der erforderlichen Lesereichweite, der verfügbaren Montagefläche, den Umgebungsbedingungen, der Installationsmethode und dem Projektbudget ab.

Fabio Mazzola: Ihr Einfluss kann sehr groß sein.

Flache Metalloberflächen bieten in der Regel die am besten vorhersehbaren Bedingungen. Industrielle Objekte sind jedoch oft gekrümmt, perforiert, gerippt, vertieft oder befinden sich in der Nähe anderer metallischer Objekte. Kanten, Vertiefungen, Gitter und komplexe Geometrien können die Antennenabstimmung und die Signalausbreitung beeinflussen.

Schon eine Verschiebung des Tags um wenige Zentimeter kann zu einem spürbaren Unterschied in der Lesereichweite führen.

Deshalb empfehlen wir, Tests direkt am tatsächlichen Objekt des Kunden durchzuführen. Ein Datenblatt ist ein wichtiger Ausgangspunkt, kann jedoch die endgültige Montageposition, die Geometrie des Objekts oder die Umgebung nicht vollständig widerspiegeln.

Fabio Mazzola: Ultradünne On-Metal-RFID-Etiketten sind für viele Identifikations- und Rückverfolgungsanwendungen sehr effektiv. Sie bieten Vorteile hinsichtlich der Kosten, der geringen Höhe, der einfachen Anbringung und der individuellen Anpassbarkeit.

Sie sind in verschiedenen Materialien, Größen und Konfigurationen erhältlich, mit dauerhafter Laserbeschriftung, QR-Codes, DataMatrix-Codes, Barcodes, Seriennummern, Logos und vorcodierten RFID-Chips.

In anspruchsvollen Umgebungen sind robuste Tags jedoch die widerstandsfähigere Lösung. Wenn das Tag Stößen, Abrieb, aggressiven Chemikalien, extremen Temperaturen, Hochdruckreinigung oder langen Betriebszyklen ausgesetzt ist, kann eine starre Konstruktion einen höheren Schutz und größere Zuverlässigkeit bieten.

Die Entscheidung sollte auf der Grundlage der tatsächlichen Betriebsbedingungen und der erwarteten Lebensdauer der Anwendung getroffen werden. Ein dünnes Etikett kann genau das Richtige für ein geschütztes Objekt mit begrenztem Montageplatz sein. Ein robustes Etikett kann für ein wiederverwendbares Werkzeug, einen Industriecontainer oder eine Komponente im Außenbereich unverzichtbar sein.

Fabio Mazzola: Die Chipauswahl wird oft unterschätzt, kann jedoch erhebliche Auswirkungen auf die gesamte RFID-Lösung haben.

Verschiedene Chips bieten unterschiedliche Werte hinsichtlich Empfindlichkeit, Speicherkapazität, Verarbeitungsgeschwindigkeit und Sicherheitsfunktionen. Der EPC-Speicher wird normalerweise verwendet, um die eindeutige Kennung eines Objekts zu speichern und es mit den Managementsystemen des Unternehmens zu verknüpfen.

Der Anwenderspeicher kann nützlich sein, wenn zusätzliche Betriebsinformationen direkt auf dem Tag gespeichert werden müssen. Die TID, die mit dem Chip selbst verknüpft ist, kann Authentifizierungs- und Fälschungsschutzanwendungen unterstützen.

Bei vielen UHF-Projekten sind Chips mit 128-Bit-EPC-Speicher mittlerweile die gängigste Wahl. Sie sind weit verbreitet, kostengünstig und für ein breites Spektrum industrieller Anwendungen geeignet. Wenn ein Projekt jedoch spezielle Daten-, Sicherheits- oder Authentifizierungsfunktionen erfordert, wird die Chipauswahl zu einem wichtigen Bestandteil der Entwurfsentscheidung.

Fabio Mazzola: Dies gehören zu den komplexesten Situationen für RFID-Systeme.

Mehrfachreflexionen, Abschirmungseffekte und eine sich ändernde Tag-Ausrichtung können die Lesbarkeit beeinträchtigen. Ein Tag kann sich in der Nähe einer anderen Metalloberfläche befinden, teilweise von einem benachbarten Objekt verdeckt sein oder an einer Stelle platziert sein, an der sich der Signalweg während des normalen Betriebs ändert.

In diesen Umgebungen geht es nicht einfach darum, die größtmögliche Lesereichweite zu erreichen. Das Ziel ist es, eine konsistente und wiederholbare Leistung aufrechtzuerhalten.

Das Tag-Design spielt hier eine wichtige Rolle. Die Antennenkonstruktion, die Chip-Empfindlichkeit und die Fähigkeit des Tags, sich von der Metalloberfläche zu isolieren, beeinflussen die Zuverlässigkeit. Aber auch die Platzierung des Lesegeräts, die Antennenausrichtung, die Lesebereiche und der Betriebsablauf müssen berücksichtigt werden.

Zuverlässiges RFID in einer metallreichen Umgebung ist immer eine Systemaufgabe, nicht nur eine Aufgabe des Tags.

Fabio Mazzola: Datenblätter und Ergebnisse aus Entwicklungstests bieten wertvolle Anhaltspunkte. Sie helfen dabei, geeignete Tag-Optionen zu identifizieren und technische Spezifikationen zu vergleichen.

Für On-Metal-Anwendungen ist jedoch immer eine Feldvalidierung unerlässlich.

Die tatsächlichen Betriebsbedingungen können erheblich von den Laborbedingungen abweichen. Die Metallgeometrie, Montageeinschränkungen, Umwelteinflüsse und Objekte in der Nähe können das Ergebnis beeinflussen. Aus diesem Grund empfehlen wir, ausgewählte Muster direkt an den Anlagen des Kunden und in der vorgesehenen Betriebsumgebung zu testen.

So können Unternehmen die tatsächliche Leseleistung überprüfen, die Montageposition optimieren und mögliche Verbesserungen identifizieren, bevor die groß angelegte Einführung beginnt.

Fabio Mazzola: Wenn die Pilotphase unter realen Bedingungen korrekt durchgeführt wurde, sind Probleme im Zusammenhang mit den Tags in der Regel begrenzt.

Kunden sollten Muster direkt an ihren eigenen Objekten, mit ihrer eigenen Lesegerätekonfiguration und in ihrer eigenen Betriebsumgebung testen. Dies validiert die Lösung frühzeitig und macht die Ergebnisse bei einer Skalierung des Projekts besser vorhersehbar.

Wiederholbarkeit ist entscheidend. Wenn ein Tag ordnungsgemäß konzipiert und qualifiziert wurde, sollte die in der Testphase beobachtete Leistung auch bei zukünftigen Lieferungen reproduzierbar sein.

Es ist zudem ratsam, eine Betriebsreserve einzuplanen. Wenn ein Prozess eine Lesereichweite von fünf Metern erfordert, kann eine Lösung, die diesen Schwellenwert übertrifft, eine höhere Zuverlässigkeit bieten, wenn normale Schwankungen bei der Ausrichtung, der Installation oder den Umgebungsbedingungen auftreten.

Ein gut durchgeführtes Pilotprojekt ist daher die solideste Grundlage für einen reibungslosen Übergang zum großflächigen Einsatz.

Fabio Mazzola: On-Metal-RFID-Tags können mehrere Identifikationstechnologien auf demselben physischen Träger vereinen.

RFID ermöglicht automatisches und kontaktloses Auslesen. QR-Codes und DataMatrix-Codes bieten optischen Zugriff über Smartphones oder Scanner. In einigen Fällen können Dual-Frequenz-Tags zudem UHF-RFID und NFC in einem einzigen Gerät vereinen.

Dies kann in industriellen Anwendungen äußerst nützlich sein. UHF kann automatisierte Identifikations- und Inventarisierungsprozesse unterstützen, während NFC es einem Techniker ermöglicht, mit einem Smartphone oder Tablet direkt auf Daten zuzugreifen.

Derselbe Tag kann somit ein Objekt mit Wartungsinformationen, technischer Dokumentation, Zertifikaten, Prüfdaten, Authentifizierungsfunktionen oder Inhalten des „Digital Product Passport“ verknüpfen. Ein QR-Code oder DataMatrix-Code kann zudem mit einem GS1 Digital Link verbunden werden und bietet so einen weiteren Zugang zu denselben produktbezogenen Informationen.

Das Tag ist mehr als nur ein Träger einer ID. Es wird zu einem praktischen Zugangspunkt zum digitalen Lebenszyklus des Objekts.

Fabio Mazzola: Der entscheidende Punkt ist, dass diese Vorteile aus der RFID-Technologie als Ganzes resultieren. On-Metal-Tags ermöglichen es, dieselben Vorteile auch für Metallprodukte und -anlagen zu nutzen, bei denen herkömmliche RFID-Tags nicht zuverlässig funktionieren würden.

Eine eindeutige Kennung kann ein Objekt mit den Informationen verknüpfen, die während seines gesamten Lebenszyklus generiert werden: Produktion, Logistik, Installation, Wartung, Inspektionen, Aktualisierungen, Reparaturen und das Ende der Nutzungsdauer.

Für den Digital Product Passport ist RFID eine Möglichkeit, das Produkt zu identifizieren und auf technische Dokumentation, Zertifizierungen, Konformitätsdaten, Wartungshistorie sowie Informationen zur Wiederverwendung oder zum Recycling zuzugreifen.

On-Metal-RFID erweitert diese Lebenszykluslogik auf viele hochwertige industrielle Anlagen, darunter Maschinen, Werkzeuge, wiederverwendbare Transportgüter, IT-Ausrüstung und Infrastrukturkomponenten.

Fabio Mazzola: RFID ist eine ausgereifte Technologie. Ein hohes Maß an Zuverlässigkeit, Miniaturisierung und Leistung wurde bereits erreicht, sodass wir kurzfristig eher schrittweise Verbesserungen als radikale Veränderungen erwarten.

Eine wichtige Entwicklung wird wahrscheinlich die weitere Kostensenkung sein. Da RFID in immer mehr Branchen eingesetzt wird und die Produktionsmengen steigen, können Skaleneffekte dazu führen, dass zuverlässige On-Metal-Lösungen erschwinglicher werden.

Dies wird dazu beitragen, RFID auf neue Anwendungsbereiche auszuweiten, in denen es bisher möglicherweise als zu spezialisiert oder zu teuer galt. Die Kombination aus bewährter Technologie, zunehmender Standardisierung und einem besseren Kosten-Nutzen-Verhältnis wird die Verbreitung weiter vorantreiben.