Warum Barcode -Technologie?

Der Barcode, auch Strichcode genannt, ermöglicht auf einfachem Wege die maschinelle Lesung von Daten. Neue Produktionskonzepte zeichnen sich durch die Verknüpfung des Informationsflusses mit dem Materialfluß aus. Das Fördergut kann somit jederzeit und an jedem Ort erkannt werden, wodurch flexibel auf verschiedene Produktionsabschnitte Einfluß genommen werden kann.

Erst der Barcode ermöglicht eine schnelle und sichere Dateneingabe über ein Lesesystem. Außerdem arbeiten Barcode-Systeme, durch den Einsatz von modernen Drucktechniken, sowie durch die leistungsstarken Decodierroutinen der Geräte so gut wie fehlerfrei. Sie sind leicht zu integrieren und bieten ein sehr gutes Preis-Leistungsverhältnis.

Was ist ein Barcode?

Definition:

"Ein Barcode enthält Informationen die nach bestimmter Vorschrift verschlüsselt wurden und stellt dieses Datenmaterial innerhalb des Barcodefeldes in Form von gefärbten Strichen und farblosen Lücken graphisch dar."

Der Barcode enthält normalerweise keine beschreibenden Daten , sondern je nach Barcodeart eine unterschiedliche Anzahl von Ziffern oder Zeichen. Gelesen wird der Barcode durch ein optisches Lesegerät. Dabei wird die Lichtquelle des Scanners von den dunklen Strichen absorbiert, während die hellen Lücken reflektiert werden. Für die Lücken erstellt der Scanner ein niedriges elektrisches Signal, für die Striche hingegen ein hohes. Die Dauer des Signals bestimmt, wie breit oder schmal die verschiedenen Elemente sind. Dieses Signal wird von einem integrierten oder externen Decoder ins traditionelle Format umgewandelt und an den Rechner übertragen. Zum Barcodefeld gehören zwei Ruhezonen vor und nach der Strichcodierung sowie eine Klarschriftzeile darunter.

Historische Entwicklung

Um die historische Entwicklung des Barcodes aufzuzeigen, muß die Entwicklung des Computers herangezogen werden. Die ersten Versuche einen programmgesteuerten Rechenautomaten zu bauen werden für die Zeit um 1830 datiert. Hermann Hollerith patentierte 1889 im Zuge eines Wettbewerbs des U.S. Census Bureau zur Findung effizienterer Wege der Datenverarbeitung die erste Zähl- und Sortiermaschine.

Die U.S.A. erwarteten während der Hochphase der Industriellen Revolution hohe Einwanderungsmassen weshalb eine Volkszählung stattfinden sollte. Nochmals ein halbes Jahrhundert später entwickelte Konrad Zuse in Deutschland den ersten elektro-mechanischen Rechner "Z2", gefolgt von dem englischen Röhrenrechner "Colossus" sowie 1944 dem Meilenstein "Mark I".

Der "Mark I" war der erste automatische Rechner mit Ablaufsteuerung. Mit einem Gewicht von nahezu 5 Tonnen, einer Länge von über 15 Meter und einer Höhe von knapp 2,5 Meter hatte er enorme Ausmaße, rechnete aber wesentlich langsamer als jeder Taschenrechner heute. Der "Mark I" wurde durch H.H.Aiken von IBM nach sechsjähriger Zusammenarbeit mit der Harvard University fertiggestellt.

In etwa parallel dazu wurde 1949 in den U.S.A. das Patent des ersten Barcodes angemeldet. Die Entstehung von Selbstbedienungsläden und Supermärkten warf das Problem von Wartezeiten an den Kassen auf.

1955 wurden die ersten Computer für zivile Ziele an Banken und Versicherungen verkauft, die Nutzung war zuvor ausschließlich militärisch. Gleichzeitig wurde der Gedanke zur Automatisierung der Kassen entwickelt. Daraufhin folgte eine explosionsartige Entwicklung auf dem Gebiet der Elektronik und Opto-Elektronik.

Bis 1963 verringerte sich der Anteil der Computer für den militärischen Einsatz auf 37-60%, d.h. die zivile Nutzung nahm zu. Dies lag auch an der Entwicklung des ersten volltransistorisierten Computers im Jahre 1958. Nach Röhren und Transistoren folgten integrierte Schaltkreise als Hardware. 1971 realisierte Intel den ersten 4-Bit Mikroprozessor Chip.

Zu diesem Zeitpunkt hatte man konkrete Vorstellungen über allgemein gültige und universell einsetzbare Strichcodes. Vier Jahre zuvor war der Barcode Code 2/5 entwickelt worden. Man befand sich auf der Suche nach einer generellen Lösung zur Kontrolle und Verarbeitung von Material- und Warenflüssen. Bis zur Einführung von IMB PC im Jahre 1981 wurden verschiedene Barcodes entwickelt, z.B. im Jahre 1974 der Code 39, 1976 der Code EAN (European Article Numbering) sowie 1981der Code 128.

Die explosionsartige Ausbreitung von Barcodeanwendungen vollzog sich parallel zur Entwicklung der Personal Computer, zu deren Verbreitung auch
die 1977 gegründete Firma Apple maßgeblich beitrug. In einer Studie über die Verbreitung von PC`s in privaten Haushalten von Mitte 1997 hatten 26% der deutschen Bevölkerung über 18 Jahren Zugang zu einem Computer.

Die Entwicklung schreitet weiterhin voran, immer im Blick die "Eierlegende-wollmilchsau", die alle elektronischen Medien (z.B. Fernsehen, Computer, Telefon,..) in sich vereint.

Die Barcodeentwicklung bleibt natürlich auch nicht stehen. Neben dem Barcode wurden seit 1988 verschiedene Stapel- und Matrixcodes realisiert, um noch mehr Zeichen darstellen zu können. 1990 gab es weltweit rund 200 verschiedene Barcodearten. Seit 1993 gibt es eine deutsche und europäische Norm für Barcodes.

Verschiedene Barcode Arten

Eindimensionale Barcodes

Diese Barcodes bestehen aus einer Zeile mit farbigen Strichen und farblosen Lücken. Wie aus der Geschichte zu ersehen, wurden unterschiedliche Barcodes entwickelt. Durchgesetzt haben sich allerdings nur die Barcodes mit dem größten Nutzen für den Anwender. Seit April 1993 sind deshalb die wichtigsten Barcodes als deutsche und Europäische Norm verfügbar. Diese stellen wir im folgenden vor.

2 Beispiele Code 2/5 Interleaved

Der Code 2/5 Interleaved ist ein numerischer Code, darstellbar 0 bis 9. Dieser Code ist aufgebaut aus 2 breiten und 3 schmalen Strichen, bzw. aus 2 breiten uns 3 schmalen Lücken. Für das Druckverhältnis (V) gilt: schmales Element zu breitem Element V= 1:2 bis V= 1:3. Ist das schmale Element kleiner als 0,5mm, dann gilt schmales Element : breitem Element V= 1:2,25 bis max. V= 1:3. Die erste Ziffer wird dargestellt mit 5 Strichen. Die zweite Ziffer mit der unmittelbar folgenden Lücke.

Der Vorteil dieses Codes ist die hohe Informationsdichte, z.B. 2,7mm/Ziffer bei einer Modulbreite (X) = 0,3mm und V= 1:3. Selbstüberprüfbar. Dieser Vorteil stellt aber auch gleichzeitig den Nachteil dar. Alle Lücken tragen Informationen, deshalb kleinere Toleranz von plus/minus 10%. Dieser Code ist im Offset- Buch-Tief- Flexo- computergesteuerten Druckverfahren sowie im Fotosatz herstellbar. DIN EN 801

CODABAR

Dieser numerische Code kann 6 zusätzliche Sonderzeichen darstellen, d.h. 0-9, -,$,:,/,.,+. Jedes Zeichen besteht aus 7 Elementen (4 Strichen und 3 Lücken). Dabei werden entweder 2 oder 3 breite und 4 oder 5 schmale Elemente zur Darstellung der Codes verwendet. Die Lücken zwischen den Zeichen tragen keine Information. Für das Druckverhältnis (V) gilt: schmales Element zu breitem Element V= 1:2,25, max. V= 1:3. Die Vorteile wurden schon beschrieben, der Code kann 6 Sonderzeichen darstellen, jedoch keine Information in den Lücken. Hieraus leitet sich der Nachteil der niedrigen Informationsdichte, z.B. 5,5mm/Ziffer bei einer Modulbreite(X) von X= 0,3mm und V= 1:3, ab. Dieser Code ist im Offset-, Buch-, Tief-, Flexo-, Numerierungs-, computergesteuerten Druckverfahren sowie im Fotosatz herstellbar. DIN EN 798

CODE 39

Dieser alphanumerische Code kann neben den Ziffern 0-9, 26 Buchstaben sowie sieben Sonderzeichen darstellen. Jedes Zeichen besteht aus 9 Elementen (5 Strichen und 4 Lücken). Drei Elemente sind breit und 6 schmal, mit der Ausnahme der Darstellung der Sonderzeichen. Die Lücke zwischen den Zeichen ist ohne Information. Für das Druckverhältnis (V) gilt: schmales Element zu breitem Element V= 1:2 bis V= 1:3. Ist das schmale Element kleiner als 0,5mm, dann gilt schmales Element : breitem Element V= 1:2,25 bis max. V= 1:3.

Der Vorteil des Code 39 ist die alphanumerische Darstellung, bei dem Nachteil der niedrigen Informationsdichte von z.B. 4,8mm/Ziffer bei einer Modulbreite(X) von X= 0,3mm und V= 1:3. Ein weiterer Nachteil ist die kleine Toleranz von plus/minus 10%. Dieser Code ist im Offset-, Buch-, Tief-, Flexo-, computergesteuerten Druckverfahren sowie im Fotosatz herstellbar. DIN EN 800

CODE 128

Der Code 128 ermöglicht ohne Zeichenkombinationen den vollen ASCII-Zeichensatz darzustellen, jedoch nicht direkt. Es wird zwischen 3 Zeichensätzen A, B, C unterschieden, die je nach Problemstellung zu verwenden sind und deren Vermischung möglich ist. Um den vollen ASCII-Zeichensatz darstellen zu können, benötigt man das Startzeichen A oder B in Verbindung mit einem Sonderzeichen des Code 128. Jedes Zeichen besteht aus 11 Modulen, aufgeteilt in drei Striche und drei Lücken. Die Striche bestehen immer aus einer geraden Anzahl von Modulen. Das Stoppzeichen ist die Ausnahme und besitzt 13 Module, bestehend aus 11 Modulen und einem Begrenzungsstrich mit 2 Modulen. Der Vorteil des Code 128 ist der volle ASCII-Zeichensatz und die damit verbundene hohe Informationsdichte. Der Nachteil liegt bei der kleinen Toleranz, dem vierbreiten Code und darin, daß der ASCII-Zeichensatz nicht vollständig mit einem Zeichensatz darstellbar ist. Dieser Code ist im Offset-, Buch-, Tief-, Flexodruckverfahren sowie im Thermotransferdruck und Fotosatz herstellbar.

DIN EN 799

EAN 128

Bei dem EAN 128 handelt es sich um den Logistikcode für den Handel. Er entspricht dem Code 128, jedoch wird als Startzeichen die Kombination von Start A, Start B oder Start C mit dem Zeichen FNC1 verwendet.

EAN

Bei dem EAN (European Article Numbering) handelt es sich um einen numerischen Code, der die Ziffern 0-9 darstellen kann. Jedes Zeichen besteht aus 11 Elementen. Alle Striche und Lücken tragen Informationen. Es können nur 8 oder 13 Zeichen dargestellt werden. Sein Vorteil ist die hohe Informationsdichte in 10 verschiedenen Größen, bei dem Nachteil der sehr kleinen Toleranzen. Dieser Code ist im Offset-, Buch-, Tief-, Laserdruckverfahren sowie ab einer bestimmten Größe im Thermodruck und Fotosatz herstellbar. DIN EN 797

Die genauen Code-Spezifikationen für den EAN und den EAN128 können angefordert werden bei:

Centrale für Coorganisation GmbH

Postfach 19 04 24

50501 Köln

Telefon 0221-94714-222

Telefax 0221-94714-290

Zweidimensionale Codes

Die 2D-Codes unterscheiden sich in zwei Gruppen, den gestapelten und den Matrix Codes.

Stapelcodes bestehen aus mehreren Zeilen mit Strichen und Lücken. Sie haben meistens ein gemeinsames Start- und Stoppzeichen.

Die Matrix Codes hingegen bestehen aus polygonisch, meist viereckig angeordneten Gruppen von Datenzellen mit einem typischen Orientierungssymbol, an dem der jeweilige Codes erkannt werden kann.

1. Stapelcodes (Auszug)

Bei dem Code 49 kann die Zeilenanzahl von 2 bis 8 Zeilen variieren. Jede Zeile besteht aus insgesamt 70 Modulen, einem Startzeichen (2 Module), 4 Datenwörtern (4x16 Module) und einem Stoppzeichen (4 Module). Durch die Darstellung der einzelnen Datenwörter in fest definierten Datenwortkombinationen lassen sich während des Lesevorgangs die Zeilennummern ermitteln.

Es können maximal 49 ASCII-Zeichen oder 81 Ziffern verschlüsselt werden. Der Vorteil dieses kompakten Codes ist die Flexibilität in der Anpassung von Informationen auf eine gegebene Fläche durch variable Höhe und Informationsdichte. Es können alle herkömmlichen Lesegeräte verwendet werden. Der Dekoder muß jedoch erweitert werden, da sich der Code 49 auf eine eigene Strichcodierung stützt. Der gesamte
Block der Codes muß vom Dekoder erfaßt werden, bevor der Inhalt in ein über-geordnetes System übertragen werden kann.

Der Nachteil ist das feste Format als auch die Beachtung der gestapelten Struktur beim Lesen. Dieser Code ist im Offset-, Buch-, Tief-, Flexo-, computergesteuerten Druck-verfahren sowie im Fotosatz herstellbar.

PDF 417

Die Zeichen des PDF (Portable Data File) 417 sind in sogenannten "Code-Wörtern" verschlüsselt. Jedes Codewort besteht aus 17 Modulen, aufgeteilt in 4 Striche und 4 Lücken.

Es können bis zu 1000 Bytes verschlüsselt werden. Die Zeilenzahl kann von 3 bis 90 Zeilen variieren. Jede Zeile enthält einen Zeilenindikator zur Orientierung für das Lesegerät. Hierzu wird das erste und letzte Codewort in einer Zeile herangezogen. Zwei Codewörter dienen als Prüfzeichen, um den Inhalt der Gesamtnachricht abzusichern.

Zur Fehlerkorrektur können bis zu 510 weitere Codewörter eingefügt werden, welches sich auch in den verschiedenen Fehlerkorrekturstufen widerspiegelt. Der Vorteil dieses sehr kompakten Codes ist die Flexibilität in der Anpassung von Informationen auf eine gegebene Fläche durch variable Höhe und Informationsdichte.

Es können alle herkömmlichen Lesegeräte verwendet werden. Der Dekoder muß jedoch erweitert werden, da sich der PDF 417 auf eine eigene, sehr komplexe Codestruktur stützt. Der gesamte Block des Codes muß vom Dekoder erfaßt werden, bevor der Inhalt in ein übergeordnetes System übertragen werden kann. Beim Lesen muß die gestapelte Struktur beachtet werden. Der PDF 417 ist mit Drucktechniken herstellbar, die über die notwendige Treibersoftware verfügen.

Maxi Code

Der Maxi Code besitzt eine feste Größe von 25,4x25,4mm. Es können 144 Symbol-Zeichen in einer Fläche von 645mm2 dargestellt werden. Maximal 93 ASCII-Zeichen oder 138 Ziffern.

In der Mitte des Codes befindet sich ein Suchmuster , bestehend aus 3zentrishcne Kreisen, das als Orientierung für die Lesung dient. Um dieses Suchmuster herum sind die 866 Sechsecke wabenförmig, in 33 Reihen angeordnet. Diese tragen den Daten-inhalt. Jede der 33 Reihen besteht aus maximal 30 Wabenelementen. 6 Orientierungs-waben zu je 3 Wabenelementen, sind um das Suchmuster im Abstand von 60 Grad angeordnet und dienen der Lageerkennung für die omnidirektionale Lesung.

Die Informationsdichte beträgt 13 Zeichen pro 100mm2. Der Vorteil dieses sehr kompakten Codes ist die hohe Sicherheit, resultierend aus dem mächtigen Fehleralgorithmus. Rekonstruktionen des Dateninhaltes sind bei einer Beschädigung des Gesamtcodes von 25% möglich.

Die omnidirektionale Lesung ist durch den Maxi Code auch bei hohen Transport-geschwindigkeiten möglich. Sein Nachteil sind die festen Parameter sowie die ausschließliche Lesung mit Bildverarbeitungsystemen. Der Maxi Code ist mit Drucktechniken herstellbar, die über mit dem notwendigen Druckertreiber ausge-

stattet sind.

QR Code

Der QR Code (Quick Response Code) wurde 1994 bei Nippondenso (Japan) entwickelt. Er ist quadratisch und anhand seiner Suchhilfen, ineinander geschachtelten hellen und dunklen Quadrate in drei Ecken, leicht zu erkennen.

Die Symbolelemente sind Quadrate, von denen sich mindestens 21x21 und maximal 177x177 Elemente im Symbol befinden. Es existieren 4 Fehlerkorrektur-Levels, die eine Rekonstruktion des beschädigten Codes von 7% (Level L) bis zu 30% (Level H) zulassen.

Es können bis zu 7089 Ziffern,4296 alphanumerische Zeichen oder 1817 japanische Schriftzeichen (Kanja/Kana) codiert werden. Der Inhalt kann auf bis zu 16 einzelne Codes aufgeteilt werden.

Der QR Code ist u.a. bei Toyota und Daimler Chrysler im Einsatz und bei AIM International standardisiert.

Literatur: u.a. Hansen/Lenk (1990): Codiertechnik

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