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RFID標籤生產線上如何正確使用觸發感測器,以確保標籤品質管控,提升生產效率。

在過去幾年中,我一直參與許多專案,這些專案是把Voyantic Tagsurance系統與RFID生產機器做整合,令我驚訝的是,過程中最常遇到的問題往往與觸發有關 – 也就是如何精確地「看到」RFID標籤何時進入待測區。這個經驗甚至已經變成了一個法則:「如果Tagsurance測試系統無法正常運作(將壞標檢出,好標出貨),那麼首先你要做的事,就是檢查觸發是否正常。」我深刻體會到,觸發感測器運作正確與否對標籤品質管控至關重要。


與此同時,我很高興看到Tagsurance系統在觸發方面增加了幾個功能,以幫助使用者克服觸發方面的不確定性。在這篇文章中,我將探討以下三個議題:

  • 為什麼完美觸發那麼重要呢?

  • 什麼原因使得觸發變得困難?

  • Tagsurance 3 新功能如何確保可靠的觸發?


觸發原理

所有(或大多數?)觸發感測器都遵循幾個簡單原則:

  • 每個感測器至少都有一項監控的物理參數,根據感測器的類型,這個參數可以是特定顏色的光強度(光束感測器 through beam sensor)、導電特性(電感式感測器 inductive sensor)、光線對比度(對比式感測器 contrast sensor)、視野亮度和顏色變化(彩色對比式感測器 color contrast sensor),等等。

  • 一般感測器都具有一個視野窗口(window of view),僅在這個視野窗口內感測參數的變化。

  • 感測器可被訓練/編輯以識別當該物理參數是否達到臨界值(threshold value),例如,如果一個對比式感測器的視野逐漸從白色變為淺灰色,再變為較暗的灰色,最後變為黑色,感測器將被訓練/編輯,以將連續的某一點視為臨界值點。

  • 在臨界值點,觸發感測器的數位輸出訊號會由1變為0(或反之,或者觸發感測器發送一個脈衝信號)。

對比式感測器可在亮區和暗區邊緣經過視野窗口時,識別這個邊緣。在這個範例中,標籤上有一個印刷的觸發標記(黑色),以便讓觸發感測器更容易識別。



為什麼完美觸發那麼重要呢?

錯誤的觸發將對整體的檢測品質、生產設備性能以及生產過程的準確性和效率產生影響。有些觸發問題是明顯易見的,但有一些則是比較細微難以發現。

  • 遺漏觸發 (Missed triggers)

  • 重複觸發 (Double triggers)

  • 未檢測到遺漏的標籤 (Not detecting missing lables)

  • 觸發的時機不佳 (Suboptimal timing)

  • 觸發的位置不佳 (Suboptimal positioning)


如果待測RFID標籤(Inlay)未啟動觸發,那麼這個標籤將無法被機器檢測到,它也不會被記錄在生產日誌中和納入產出數量裡,但它仍然會在卷筒上,並交付給客戶 – 結果是,免費提供未檢測標籤給客戶,這可能會對客戶造成困擾。


重複觸發則是一個相反的問題,一個標籤被測試、處理和計算兩次,且很有可能其中一次或兩次處理會失敗,但客戶將只收到一張標籤。所以,出貨的數量、日誌文件、良率數據等都將不正確。


在某些生產過程中標籤有時會脫離底紙,這種情況發生的時候,需要我們準確識別並處理,以確保在整個生產過程能夠維持最佳運作狀態。然而,挑戰來自於需要及時察覺標籤沒有如預期通過觸發感測器,這就需要在觸發信號方面增加一些智能設定,以提高我們對遺失標籤的識別能力,從而保證生產過程的順利運行。


在RFID標籤生產機器上,測試一張標籤通常只有幾毫秒的時間,如要精準的獲取測試結果,那麼標籤在進行測試當下就必須正確地放置在(通過)測試耦合元件(Snoop Pro)上。



在上面動畫中,待測標籤在被測試時(轉為綠色時),可以在 Snoop Pro 耦合元件上移動 7 毫米,若以每分鐘 60 米的機台速度計算,這提供了 7 毫秒時間給Tagsurance進行測試,如果是因為觸發的時機、位置不佳或不一致的觸發而浪費了 1 毫米,測試時間則減少到 6 毫秒(約減少了 14.2% 的測試時間)。



什麼原因使得觸發變得困難

造成觸發困難的根本原因有很多種:

  • 單一款感測器類型可能不適合所有生產標籤的材料。

  • 「邊緣 Edge」可能不夠清晰,當下所使用的感測器無法識別。

  • 在通過視野窗口的路徑上,每張Inlay可能會有多個邊緣。

  • 當Inlay移動時,路徑可能偏移,或是上下浮動。

  • 材料可能存在缺陷。

  • 對於快速移動的標籤/Inlay,很難精確看到觸發點的位置,因此使得觸發優化變得困難。

在RFID標籤生產機器上,一般會遇到的觸發類型包括:

  • 標籤 (Inlays)

  • 剪裁後的標籤 (Cut labels)

  • 未剪裁的標籤 (Uncut labels)


剪裁後的標籤(Cut labels)

剪裁後的標籤通常是最容易處理的材料,因為標籤與標籤外的邊緣有清晰的分界。 然而,觸發問題也可能會出現,例如,當外在光線條件改變時,有光澤的材料可能會增加觸發的難度,也就是說,如果感測器接收到光線強度的變化,在視野窗口內的臨界值位置可能會偏移。如果底紙的顏色接近標籤的顏色,使用對比度感測器則可能無法檢測到邊緣。


未剪裁的標籤(Uncut labels),材料有可能出現波浪狀,這對精確觸發構成潛在問題。

未剪裁的標籤如果沒有額外的觸發標記,那對比式感測器則不適用。根據材料的不同,可能需要使用光束感測器、金屬感應或電容、電感式感測器。



單張Inlay有多個邊緣(觸發), Inlay相片來自www.tageos.com。

有些Inlays(天線位於透明底紙上)可能沒有明確的觸發路徑,且觸發感應器會在每張Inlay上觸發多次,如上圖所示。有時Inlay天線的形狀(相對於觸發感測器的視野窗口)很小,在這種情況下,產線路徑若略有偏移就會產生觸發問題。



具有明確觸發路徑的Inlay標籤,Inlay相片來自rfid.averydennison.com。

在標籤複合機器上,產線速度通常在每分鐘數十米,甚至可能達到每分鐘百米,在高速下材料容易產生振動,如果材料在視野窗口內的邊緣處於跳躍狀態,那麼就有可能存在重複觸發的風險。


Voyantic Tagsurance 3 系統具備幾個新功能,對於解決「觸發」問題有很大的幫助。


Tagsurance 3 系統的新功能,可以避免常見的觸發問題。當正確使用時,Tagsurance 3的觸發是100%可靠的。



Tagsurance 3 觸發功能

Tagsurance 3 在觸發控制的改善:

  • 支援多種感測器類型 (support of multiple sensor types)

  • 先進圖型識別 (advanced pattern recognition)

  • 模擬觸發信號 (simulated triggers)

  • 觸發作動視覺化 (visibility on trigger performance)

  • 支援閃光燈 (strobe light)


Tagsurance 3 支援多種感測器類型 Tagsurance3系統可以使用多種類型的觸發感測器,這些感測器都與Tagsurance 3系統相容,並支援隨插即用。

  • 對比式感測器(灰階或彩色對比)能夠識別顏色或亮度的差異,例如標籤和底紙之間的邊緣,只要存在對比差異,就能使其運作。

  • 光束感測器感知材料的透光能力變化,只要材料的某部分能夠透光即可。

  • 電容感測器是基於感測金屬和非金屬之間的邊緣。

  • 超聲波感測器是感知材料厚度的差異。


Tagsurance 3系統可支援多種不同類型感測器

圖型觸發 (Pattern Trigger)

圖型觸發是一個強大好用的功能,使用者可依標籤天線行狀定義圖型觸發,它可以消除由於複雜的天線設計、不斷變化的光線條件以及高速運行下產生振動而引起的雙重觸發等問題。

圖型觸發設定範例

以上圖示顯示一個簡單圖型觸發設定,它透過擴展邊緣來取代一般的邊緣識別。在這個設定中,當標籤通過感測器的視窗時,感測器首先看到3毫米的白色區域,然後是2毫米的彩色(觸發的標記)區域。當設定好的圖型被感測器偵測到時,感測器在5毫米長的位置上觸發,但因為在觸發偏移(Trigger offset)裡設置3毫米的偏移,所以實際觸發的位置是在上圖中3毫米的位置(Trigger point)。 這個圖型觸發能有效地解決雙重觸發問題,如果感測器偵測到2個邊緣,例如,由於底紙振動而造成的,則不會滿足圖型觸發的規則,感測器不會啟動。


模擬觸發信號 在上圖設置中,標籤天線重複長度為25.01毫米,也稱為間距(pitch),一個模擬的觸發訊號會在觸發位置之後7毫米處自動產生。換句話說,如果感測器沒有按預期觸發,不管原因是什麼,都會產生一個模擬觸發訊號。觸發未正常發生的原因可能包括印刷的觸發標記品質不佳、漏標、產線(lane)偏移,或是圖型觸發不符合觸發條件。模擬觸發的功能可以解決大多數因為感測器無法如預期看到邊緣的問題,模擬觸發功能也用於檢測遺失的標籤(漏標 missing labels)


延遲距離 (Hold-off Distance)

避免重複觸發的另一種方法是設置延遲距離,使用此功能,延遲距離內的重複觸發將被忽略。例如,如果設置了0.5毫米的延遲距離,它可以消除大多數的重複觸發。但Inlay天線如較複雜,使用延遲距離功能需要很謹慎。


請謹慎使用延遲距離功能,在上圖範例中,通常情況下,Inlay會在第一個邊緣上被觸發,並通過延遲距離的設定來避免在第二個邊緣上被觸發(1)。但是,如果有一個觸發漏掉了(2),觸發將永久性地失去同步(3)。

觸發作動視覺化 Tagsurance 3系統提供了觸發訊號視覺化資訊,以提升觸發的可靠性。Tagsurance3的操作介面上可顯示觸發感測器實際偵測到的Inlay間距(pitch)。

觸發感測器量測出的Inlay間距

在上面的範例中,週期性的出現一個pitch長度比其他的標籤長約0.7毫米,因此,在優化觸發位置時,必須將這0.7毫米納入考量。



在這個範例中,底材(liner)出現了漂移導致觸發訊號在短時間內被遺漏了。由於觸發間隔異常,pitch的長度會在一段時間內發生變化,以遺失標籤的情況來說,pitch值會變長。同理,在重複觸發的情況下,pitch值會變異常的短。


閃光燈 為了優化觸發位置,Voyantic提供了一款閃光燈(Strobe Light),它可以自動與觸發信號同步。當標籤處於測試位置時,閃光燈會閃爍。閃光燈能夠完美顯示標籤在耦合元件上(Snoop Pro)的位置,這讓確認標籤是否在正確位置上被測試變得更加容易。


建議 - 如何讓觸發更加完善

  1. 根據材料的特性選擇適合的感測器類型

  2. 使用圖型觸發功能搭配模擬觸發功能一起做使用

  3. 利用GUI上的pitch資訊判斷觸發是否穩定

  4. 善用閃光燈來調整觸發位置


本公司在台灣台中實驗室備有完整Tagsurance 3 測試設備,歡迎預約參觀:



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