Jak uzyskać czytelny kod Data Matrix DPM na metalu?

Jak uzyskać czytelny kod Data Matrix DPM na metalu?

Czytelny kod wykonywany bezpośrednio na metalowej części wymaga prawidłowego projektu symbolu, dobranej metody znakowania, stabilnego pozycjonowania przedmiotu, właściwego oświetlenia oraz kontroli zgodnej z ISO/IEC 29158. Samo jednorazowe zeskanowanie oznaczenia nie potwierdza jeszcze, że będzie ono niezawodnie odczytywane podczas produkcji, montażu, serwisu i recyklingu.

Aby uzyskać powtarzalny rezultat, należy:

1. określić rodzaj i strukturę danych;

2. ustalić wymagania odbiorcy;

3. dobrać wielkość kodu i pojedynczego modułu;

4. wybrać właściwą metodę nanoszenia;

5. przeprowadzić próby na docelowym stopie metalu;

6. dopasować moc, prędkość i częstotliwość lasera;

7. kontrolować odległość od znakowanej powierzchni;

8. zachować wzorzec w kształcie litery L i strefę ciszy;

9. dobrać czytnik oraz oświetlenie;

10. wykonać weryfikację według ISO/IEC 29158;

11. sprawdzić trwałość po myciu, obróbce i montażu;

12. wdrożyć kontrolę danych i numerów seryjnych.

Najlepszy kod nie musi być najciemniejszy ani najgłębszy. Kluczowe są regularne komórki, stabilny kontrast i dostateczny zapas jakości pozwalający na późniejsze zabrudzenie, zarysowanie lub zużycie części.

Poradnik jest przeznaczony dla producentów metalowych komponentów, działów jakości, automatyków, integratorów oraz przedsiębiorstw z branży motoryzacyjnej, lotniczej, medycznej, maszynowej i elektronicznej.

Czym jest Data Matrix?

Data Matrix jest dwuwymiarowym kodem kreskowym zbudowanym z jasnych i ciemnych modułów rozmieszczonych w regularnej matrycy. Charakterystyczny wzorzec lokalizacyjny składa się z dwóch pełnych boków tworzących literę L oraz dwóch boków z naprzemiennymi modułami. Kody Data Matrix mogą kodować do 3600 znaków.

Taka konstrukcja pozwala czytnikowi określić:

• położenie symbolu;

• jego orientację;

• liczbę wierszy i kolumn;

• wielkość pojedynczego modułu;

• sposób rozmieszczenia zakodowanych informacji.

Kody Data Matrix są odczytywane przez skanery obrazowe i kamery 2D. Klasyczny skaner laserowy przeznaczony wyłącznie do liniowych kodów kreskowych nie odczyta matrycy 2D. Czytniki obrazowe mogą natomiast obsługiwać zarówno symbole liniowe, jak i kody 2D.

Ile danych może zawierać kod Data Matrix?

Standardowy, kwadratowy Data Matrix może pomieścić maksymalnie:

• 2335 znaków alfanumerycznych;

• 3116 cyfr.

W przypadku GS1 DataMatrix pierwszy znak jest przeznaczony na FNC1, dlatego maksymalna pojemność zostaje ograniczona do 2334 znaków alfanumerycznych albo 3114 cyfr. Są to wartości dla największej matrycy 144 × 144 moduły.

W rzeczywistych zastosowaniach DPM nie należy dążyć do wykorzystania maksymalnej pojemności. Duża ilość znaków alfanumerycznych zwiększa liczbę modułów, a tym samym:

• powiększa cały symbol;

• wymaga zmniejszenia modułów przy ograniczonej powierzchni;

• wydłuża czas znakowania;

• zwiększa wymagania wobec lasera;

• utrudnia odczyt na nierównej lub błyszczącej powierzchni.

Do oznaczania metalowych podzespołów najczęściej wystarcza znacznie krótszy zestaw danych, na przykład numer części, partii, zlecenia i numer seryjny.

Data Matrix a tradycyjne kody kreskowe

Tradycyjne kody kreskowe zapisują informacje głównie w jednym kierunku. Wymagają odpowiedniej długości symbolu i zwykle przechowują mniej danych niż kody Data Matrix.

Kryterium	Liniowe kody kreskowe	Data Matrix
Układ danych	Jednowymiarowy	Dwuwymiarowy
Typowy wygląd	Kreski i odstępy	Matryca modułów
Ilość danych	Ograniczona	Znacznie większa
Numer seryjny i partia	Zależne od symboliki	Mogą być zapisane razem
Mała powierzchnia	Ograniczone możliwości	Zwykle lepsze wykorzystanie miejsca
Korekcja błędów	Zależna od symboliki	ECC 200
Odczyt	Skaner liniowy lub kamera	Kamera albo skaner obrazowy
DPM	Rzadziej stosowane	Bardzo częste zastosowanie
Data Matrix może zawierać więcej informacji na małej powierzchni niż wiele tradycyjnych kodów kreskowych, a wybór właściwego nośnika danych wymaga zrozumienia różnic pomiędzy kodem QR a kodem Data Matrix w zastosowaniach przemysłowych. Nie oznacza to jednak, że każdy symbol 2D automatycznie będzie mniejszy. Wymiar zależy od ilości danych, wielkości modułu i wymagań konkretnej aplikacji.

Kod Data Matrix a kod QR

Data Matrix i QR są kodami 2D, ale często służą do innych zadań.

Kod QR jest powszechnie stosowany w aplikacjach konsumenckich, ponieważ może być łatwo skanowany przez aparaty telefonów. Może kierować użytkownika do strony internetowej, instrukcji, formularza lub cyfrowych informacji o produkcie. Kody QR mogą przechowywać maksymalnie 4296 znaków alfanumerycznych.

Data Matrix jest natomiast często wybierany do:

• znakowania małych podzespołów;

• produkcji przemysłowej;

• serializacji;

• bezpośredniego znakowania części;

• identyfikacji narzędzi;

• zastosowań motoryzacyjnych;

• urządzeń medycznych i instrumentów chirurgicznych.

W konkretnym projekcie Data Matrix może zajmować mniejszą powierzchnię niż kod QR zawierający podobny zestaw danych. Wynik zależy jednak od zawartości, składni i wymaganego rozmiaru modułu.

W systemie GS1 zarówno GS1 DataMatrix, Data Matrix z GS1 Digital Link, jak i kod QR z GS1 Digital Link są zatwierdzone dla określonych zastosowań. Nie są one jednak zamienne w każdym procesie.

Kod DataMatrix w ochronie zdrowia

W systemie GS1 dla identyfikacji i identyfikowalności produktów medycznych stosowany jest GS1 DataMatrix. GS1 wskazuje, że kod QR nie powinien zastępować GS1 DataMatrix jako nośnika służącego do identyfikacji produktu w tym zastosowaniu.

Nie oznacza to, że Data Matrix jest jedynym kodem 2D dopuszczonym we wszystkich procesach związanych z ochroną zdrowia. Szczegółowe wymagania zależą od produktu, rynku, przepisów i zastosowania.

Czym jest Direct Part Marking?

Direct Part Marking, czyli DPM, oznacza nanoszenie oznaczenia bezpośrednio na powierzchnię przedmiotu zamiast na osobną etykietę. System DPM zapewnia pełną identyfikowalność komponentu od produkcji do recyklingu i stanowi jeden z kluczowych obszarów nowoczesnego przemysłowego znakowania produktów i systemów weryfikacji kodów. DPM umożliwia zakodowanie do 3600 znaków na małej powierzchni.

Bezpośrednie znakowanie może powodować:

• zmianę koloru;

• usunięcie powłoki;

• utlenienie;

• przetopienie;

• wyżłobienie;

• wgniecenie;

• zmianę struktury znakowanej powierzchni.

Direct Part Marking może być wykonywany metodą inwazyjną albo nieinwazyjną. ISO wskazuje między innymi znakowanie laserowe, mikroudar, atrament i trawienie elektrochemiczne jako przykładowe sposoby tworzenia bezpośredniego oznaczenia.

DPM nie jest osobnym rodzajem kodu. Jest sposobem nanoszenia symbolu, tekstu, logo lub innego znaku bezpośrednio na materiał.

Dlaczego stosuje się bezpośrednie znakowanie części?

Etykiety mogą:

• odkleić się;

• zostać zerwane;

• ulec zabrudzeniu;

• przestać być czytelne po myciu;

• nie wytrzymać wysokiej temperatury;

• zajmować zbyt dużo miejsca;

• nie pasować do niewielkiego komponentu.

Bezpośrednie znakowanie części pozwala powiązać oznaczenie z przedmiotem od momentu produkcji aż do późniejszego serwisu, ponownego użycia lub recyklingu.

Technologia znajduje zastosowanie między innymi w:

• motoryzacji;

• lotnictwie;

• produkcji maszyn;

• elektronice;

• medycynie;

• farmacji;

• obronności;

• kolejnictwie;

• produkcji narzędzi;

• przemyśle ciężkim.

Trwałość oznaczenia nie oznacza jednak jego absolutnej niezniszczalności. Kod może ulec uszkodzeniu w wyniku głębokiego ścierania, korozji, piaskowania, obróbki mechanicznej albo nałożenia nieprzezroczystej powłoki.

Czy technologia DPM powstała dla NASA?

Stwierdzenie, że technologia DPM powstała wyłącznie na potrzeby NASA, jest uproszczeniem. NASA odegrała jednak istotną rolę w rozwoju i praktycznym wykorzystaniu matrycowych oznaczeń do śledzenia bardzo dużej liczby elementów.

W 1987 roku Marshall Space Flight Center rozpoczęło badania nad bezpośrednim znakowaniem matrycowym w celu identyfikacji milionów części promów kosmicznych. NASA opracowała również wytyczne dotyczące nanoszenia symboli Data Matrix na elementy wykorzystywane w programach lotniczych i kosmicznych.

Historia NASA dobrze pokazuje, dlaczego DPM jest ważne: małe oznaczenie miało pozostawać związane z konkretnym podzespołem przez cały cykl jego wykorzystania.

Data Matrix DPM jako integralna część produktu

Kod wykonany laserem, mikroudarem albo trawieniem staje się częścią powierzchni przedmiotu. Nie wymaga oddzielnego podkładu ani kleju.

Może wspierać:

• identyfikację pojedynczego egzemplarza;

• pełniejszą identyfikowalność;

• kontrolę partii;

• automatyczny montaż;

• rejestrację parametrów produkcji;

• kontrolę jakości;

• historię serwisową;

• potwierdzanie autentyczności;

• analizę reklamacji;

• identyfikację wadliwych podzespołów.

System DPM nie zapewnia jednak pełnej identyfikowalności samodzielnie. Konieczne jest połączenie kodu z bazą danych, ERP, MES albo innym systemem przechowującym historię komponentu.

Bezpośrednie znakowanie a rodzaj materiału

DPM można stosować nie tylko na metalu. Odpowiednio dobrane metody pozwalają na znakowanie bezpośrednie:

• tworzywa sztuczne;

• szkło;

• ceramikę;

• drewno;

• materiały kompozytowe;

• powierzchnie lakierowane;

• powłoki anodowane.

W tym poradniku skupiamy się na metalach, ponieważ ich połysk, chropowatość i kierunkowe odbicie światła powodują szczególne wyzwania dla skanera oraz weryfikatora, choć zastosowania znakowania w przemyśle obejmują również wiele innych materiałów i procesów.

Jakie metale można znakować?

Kod Data Matrix może być nanoszony między innymi na elementy opisane w rozwiązaniach do znakowania produktów metalowych i stalowych, w tym:

• stal konstrukcyjną;

• stal nierdzewną;

• aluminium;

• miedź;

• mosiądz;

• tytan;

• odlewy;

• powierzchnie anodowane;

• elementy lakierowane;

• tabliczki znamionowe.

Przed próbą należy podać nie tylko ogólne określenie „metal”, ale również:

• gatunek i stop;

• sposób obróbki;

• twardość;

• kolor;

• chropowatość;

• rodzaj powłoki;

• wymagania antykorozyjne;

• stan powierzchni podczas produkcji.

Parametry dobrane do jednego stopu aluminium mogą nie zapewnić tego samego rezultatu na innym materiale.

Metody znakowania kodów 2D Data Matrix na metalu

Najczęściej wykorzystywane metody znakowania obejmują — obok innych technik drukowania i znakowania na metalu, w tym laserowego znakowania stali — następujące rozwiązania:

• laser Fiber;

• mikroudar;

• grawerowanie mechaniczne;

• trawienie elektrochemiczne;

• ablację powłoki;

• wyżarzanie;

• głębokie grawerowanie.

Każda technologia inaczej zmienia znakowaną powierzchnię i tworzy inną charakterystykę odbicia światła.

Laserowe nanoszenie kodu Data Matrix

Znakowanie laserowe polega na precyzyjnym kierowaniu wiązki lasera na powierzchnię materiału. Układ galwanometryczny prowadzi wiązkę po zaprogramowanym obszarze, tworząc komórki, teksty, grafiki i numery.

Proces może powodować:

• zmianę koloru;

• utlenienie;

• ablację;

• przetopienie;

• spienienie powłoki;

• grawerowanie.

Do znakowania wielu metali najczęściej wykorzystuje się lasery Fiber, a w aplikacjach wymagających głębokiego, szybkiego grawerowania można zastosować znakowarki laserowe do metalu REA LASER HD o mocy do 500 W. REA LASER FL jest przeznaczony do nanoszenia trwałych oznaczeń na metalu i twardych tworzywach oraz może pracować jako część zautomatyzowanej linii produkcyjnej.

Pełna grupa urządzeń jest dostępna na stronie znakowarki laserowe Fiber.

Zalety znakowania laserowego

• brak mechanicznego kontaktu z częścią;

• możliwość nanoszenia małych modułów;

• wysoka prędkość;

• łatwa zmiana projektu;

• obsługa danych zmiennych;

• brak zużycia twardego grotu;

• możliwość automatycznej serializacji;

• integracja z systemami IT;

• trwałość oznaczenia.

Ograniczenia znakowania laserowego

• konieczność zapewnienia bezpieczeństwa laserowego;

• wymaganie stabilnej odległości od powierzchni;

• ryzyko przegrzania materiału;

• możliwość powstawania pyłów i oparów;

• zależność efektu od stopu i powłoki;

• potrzeba dobrania oświetlenia do odczytu.

Mikroudarowe nanoszenie kodu Data Matrix

Znakowanie mikroudarowe wykorzystuje twardy grot. Maszyna znakująca uderza precyzyjnie w powierzchnię przedmiotu, tworząc pojedyncze zagłębienia.

Kolejnymi uderzeniami urządzenie wyżłabia moduły tworzące:

• symbol Data Matrix;

• numer seryjny;

• tekst;

• logo;

• numer partii.

W mikroudarze kod nie powstaje przez ciągłe grawerowanie linii, lecz przez uporządkowany układ punktów. Metoda dobrze sprawdza się na twardych, płaskich elementach, o ile wszystkie zagłębienia mają powtarzalne położenie i głębokość.

GS1 wskazuje, że kontrolowane punktowe wgłębienia mogą być wykorzystywane do nanoszenia GS1 DataMatrix na twarde, płaskie powierzchnie.

Mikroudar może być niewłaściwy, gdy przedmiot:

• jest cienkościenny;

• nie może zostać odkształcony;

• ma delikatną powłokę;

• nie może być obciążany mechanicznie;

• wymaga bardzo gładkiej powierzchni.

Elektrochemiczne nanoszenie kodów

Trawienie elektrochemiczne wykorzystuje prąd, elektrolit i odpowiednie szablony. Oddziaływanie roztworów chemicznych zmienia wybraną część metalowej powierzchni.

Metoda może zapewnić trwałe oznaczenie bez silnego oddziaływania termicznego. Wymaga jednak:

• właściwego elektrolitu;

• przygotowania powierzchni;

• kontroli czasu;

• dokładnego szablonu;

• czyszczenia pozostałości;

• zapewnienia powtarzalności.

Elektrochemiczne DPM może być odpowiednie dla określonych wyrobów ze stali, ale jest trudniejsze do wykorzystania przy szybkiej serializacji każdej sztuki.

Grawerowanie mechaniczne

Grawerowanie polega na usuwaniu materiału przy użyciu narzędzia skrawającego. Może zapewniać dużą głębokość i odporność mechaniczną.

Przy wykonywaniu kodów 2D problemem mogą być:

• zużycie narzędzia;

• luzy mechaniczne;

• drgania;

• zaokrąglenie krawędzi;

• długi czas cyklu;

• trudność w wykonaniu bardzo małych modułów.

Metoda jest odpowiednia przede wszystkim wtedy, gdy wymagana jest głęboka, trwała identyfikacja, a powierzchnia części pozwala na usuwanie materiału.

Wyżarzanie, ablacja czy grawerowanie laserowe?

Wyżarzanie

Wyżarzanie laserowe powoduje zmianę optyczną powierzchni, najczęściej bez głębokiego usuwania materiału.

Jest stosowane między innymi na stali nierdzewnej, gdy ważne są:

• gładka powierzchnia;

• brak głębokiego zagłębienia;

• wysoki kontrast;

• niewielka ingerencja mechaniczna.

Wpływ procesu na odporność korozyjną powinien zostać potwierdzony dla konkretnego stopu i późniejszych warunków użytkowania.

Ablacja

Ablacja polega na usunięciu warstwy lakieru, anodowania albo innej powłoki i odsłonięciu materiału o innym kolorze.

Może dawać bardzo dobry kontrast na:

• aluminium anodowanym;

• lakierowanych obudowach;

• tabliczkach znamionowych;

• elementach z kontrastową warstwą.

Grawerowanie

Grawerowanie usuwa metal i pozostawia zagłębienie.

Jest odpowiednie, gdy wymagana jest:

• odporność na ścieranie;

• trwałość po malowaniu;

• czytelność po intensywnym użytkowaniu;

• fizyczne wyżłobienie kodu.

Nadmierna głębokość nie poprawia automatycznie odczytu. Może prowadzić do nieregularnych krawędzi, cieni, odbić i zlewania się sąsiednich modułów.

Jak wybrać metodę znakowania?

Wymaganie	Metoda do pierwszych testów
Mały kod i wysoka prędkość	Laser Fiber
Brak kontaktu z przedmiotem	Laser
Głęboki znak	Grawerowanie lub laser dużej mocy
Twarda płaska część	Laser albo mikroudar
Stal nierdzewna i gładka powierzchnia	Wyżarzanie laserowe
Aluminium anodowane	Ablacja powłoki
Brak silnego oddziaływania cieplnego	Mikroudar lub trawienie
Serializacja każdej sztuki	Laser albo zautomatyzowany mikroudar
Dobór powinien zostać potwierdzony próbą na finalnym materiale. Teoretyczne założenie nie zastępuje testu wykonanego na rzeczywistych produktach.

Jak zaprojektować czytelny kod Data Matrix?

Najważniejsze elementy projektu to:

• ograniczona ilość danych;

• odpowiednia matryca;

• dostatecznie duży moduł;

• prawidłowy wzorzec L;

• strefa ciszy;

• stabilna lokalizacja;

• brak interferencji z rysami i krawędziami;

• dopasowanie do pola widzenia czytnika.

Wielkość kodu Data Matrix

Wielkość zależy od:

• liczby znaków;

• sposobu kodowania;

• zastosowanej symboliki;

• wielkości modułu;

• wymagań klienta;

• możliwości systemu znakującego;

• odległości skanowania;

• rozdzielczości kamery.

Im większa ilość danych, tym większa matryca. Próba zmieszczenia dużej liczby znaków na małej powierzchni prowadzi do zmniejszenia modułów.

Może to spowodować:

• łączenie komórek;

• niepełne wypalanie;

• wrażliwość na rozogniskowanie;

• trudności z odczytem;

• mały zapas jakości.

Nie należy wybierać najmniejszego kodu, który udało się odczytać w laboratorium. Projekt powinien uwzględniać zmienność produkcji i późniejsze użytkowanie.

Wymiar pojedynczego modułu

Pojedynczy moduł jest najmniejszym elementem matrycy. Jego wymiar określa się często jako wymiar X.

Zbyt małe moduły są szczególnie wrażliwe na:

• zmianę ogniskowej;

• drgania;

• nierówną powierzchnię;

• olej;

• pył;

• zużycie części;

• ograniczenia rozdzielczości skanera.

Zbyt duże moduły zwiększają symbol i czas znakowania. Wymiar należy dobrać do procesu, a nie tylko do dostępnego miejsca.

Wzorzec w kształcie litery L

Dwa pełne boki symbolu tworzą charakterystyczny wzorzec w kształcie litery L. Pozostałe boki składają się z naprzemiennych modułów.

Uszkodzenie tego obszaru może uniemożliwić czytnikowi rozpoznanie:

• orientacji;

• wymiarów;

• liczby komórek;

• położenia symbolu.

Kodu nie należy umieszczać w miejscu przeciętym przez:

• krawędź przedmiotu;

• otwór;

• spaw;

• rowek;

• głęboką rysę;

• załamanie powierzchni.

Strefa ciszy wokół kodu Data Matrix

Wokół matrycy musi znajdować się wolny obszar bez innych elementów.

Nie powinny się tam znajdować:

• litery;

• cyfry;

• ramki;

• logo;

• kolejne oznaczenie;

• linia cięcia;

• krawędź;

• nierówność przypominająca moduły.

GS1 DataMatrix wymaga strefy ciszy o szerokości co najmniej jednego wymiaru X z każdej strony symbolu.

Jak ustawić laser do kodu Data Matrix?

Nie istnieje jeden zestaw parametrów właściwy dla każdego metalu. Optymalne ustawienia zależą od źródła, optyki, materiału, powłoki i oczekiwanego efektu.

Moc lasera

Zbyt mała moc powoduje:

• niepełną zmianę powierzchni;

• niski kontrast;

• słabe komórki;

• małą trwałość.

Zbyt wysoka moc może spowodować:

• topienie krawędzi;

• rozpryski;

• nadmierną głębokość;

• zlewanie modułów;

• wypalanie powłoki poza obszarem znaku.

Prędkość

Zbyt szybkie prowadzenie wiązki lasera zmniejsza energię dostarczaną do powierzchni. Zbyt wolne zwiększa nagrzewanie i może deformować moduły.

Częstotliwość impulsów

Częstotliwość wpływa na:

• energię pojedynczego impulsu;

• nakładanie impulsów;

• szerokość śladu;

• strukturę powierzchni;

• kontrast;

• ilość ciepła.

Odstęp wypełnienia

Przy precyzyjnym nanoszeniu wypełnionych komórek znaczenie ma odstęp pomiędzy kolejnymi ścieżkami.

Zbyt duży odstęp pozostawia niejednorodne moduły. Zbyt mały może powodować przegrzanie.

Liczba przejść

Dodatkowe przejścia mogą zwiększyć głębokość lub kontrast, ale również:

• wydłużyć czas cyklu;

• powiększyć komórki;

• zwiększyć strefę cieplną;

• pozostawić osad.

Parametry należy optymalizować jako całość.

Ogniskowanie wiązki lasera

Kierowanie wiązki lasera musi odbywać się przy zachowaniu prawidłowej odległości od znakowanej powierzchni.

Rozogniskowanie powoduje:

• powiększenie plamki;

• zaokrąglenie krawędzi;

• zlewanie komórek;

• różnice pomiędzy bokami kodu;

• pogorszenie kontrastu.

Problem pojawia się często, gdy:

• przedmiot ma zmienną wysokość;

• powierzchnia jest zakrzywiona;

• uchwyt nie jest powtarzalny;

• część drga;

• operator ustawia detal ręcznie.

Pomóc mogą:

• dedykowane uchwyty;

• automatyczna oś Z;

• pomiar wysokości;

• autofocus;

• kontrola położenia;

• mechaniczne ograniczenie tolerancji.

Przygotowanie znakowanej powierzchni

Kod powinien być testowany na powierzchni odpowiadającej rzeczywistemu procesowi produkcji, niezależnie od tego, czy dotyczy to metalu, czy np. znakowania i nadruku na foliach opakowaniowych PP, PE, PET lub PVC.

Należy określić, czy przedmiot jest:

• suchy;

• zaolejony;

• pokryty chłodziwem;

• frezowany;

• szlifowany;

• polerowany;

• lakierowany;

• anodowany;

• ocynkowany;

• oksydowany.

Olej i chłodziwo

Warstwa cieczy może wpływać na:

• oddziaływanie wiązki;

• ilość dymu;

• osadzanie zanieczyszczeń;

• kontrast;

• późniejsze skanowanie.

Nie należy kwalifikować procesu na idealnie wyczyszczonych próbkach, jeżeli rzeczywiste produkty trafiają do znakowania z warstwą oleju.

Struktura po obróbce

Rysy po frezowaniu albo szlifowaniu mogą przypominać elementy kodu lub powodować kierunkowe odbicia. Należy dobrać lokalizację i oświetlenie tak, aby struktura materiału nie dominowała nad modułami.

Powłoki

Kod może być wykonywany:

• przed malowaniem;

• po lakierowaniu;

• przed anodowaniem;

• po anodowaniu;

• przed pasywacją;

• po pasywacji.

Końcową jakość należy ocenić po wszystkich procesach, które mogą wpłynąć na powierzchnię.

Jak oświetlić kod Data Matrix na metalu?

W DPM oświetlenie jest częścią systemu odczytu. Ta sama powierzchnia może wyglądać zupełnie inaczej przy zmianie kąta światła.

Stosuje się między innymi:

• światło jasnego pola;

• ciemne pole;

• oświetlenie kierunkowe;

• światło rozproszone;

• oświetlenie wielokierunkowe;

• różne kąty padania.

Zagłębione moduły mogą być wyraźne przy oświetleniu ciemnego pola, ale niemal niewidoczne w świetle osiowym. Gładkie wyżarzanie może wymagać innej konfiguracji niż mikroudar.

Specjalistyczny czytnik DPM powinien umożliwiać dobranie oświetlenia do charakteru powierzchni. Kod odczytywany tylko pod jednym przypadkowym kątem ma małą odporność procesową.

Czy kod Data Matrix można odczytywać pod każdym kątem?

Data Matrix posiada wzorzec umożliwiający rozpoznanie jego orientacji. Skaner obrazowy może więc odczytywać kod po obróceniu symbolu.

GS1 wskazuje czytelność GS1 DataMatrix w orientacji 360 stopni jako jedną z jego właściwości.

Nie oznacza to jednak, że każda metalowa powierzchnia zostanie odczytana z dowolnego kąta kamery. Refleksy, krzywizna, głębokość graweru i cień mogą ograniczać fizyczną widoczność oznaczenia.

Odporność kodu Data Matrix na uszkodzenia

Data Matrix ECC 200 wykorzystuje korekcję Reed–Solomon. Umożliwia ona odzyskanie części brakujących informacji, gdy niektóre moduły zostały zabrudzone lub uszkodzone.

Nie należy jednak projektować procesu na podstawie jednego stałego założenia, na przykład odporności na 20% powierzchni. Rzeczywisty rezultat zależy od:

• wielkości matrycy;

• liczby kodowych słów korekcyjnych;

• miejsca uszkodzenia;

• rozkładu błędów;

• stanu wzorca L;

• jakości pozostałych komórek.

Korekcja błędów powinna być traktowana jako zapas bezpieczeństwa, a nie zamiennik prawidłowego znakowania.

Standardy międzynarodowe dla kodów DPM

ISO/IEC 16022

ISO/IEC 16022:2024 opisuje strukturę i zasady działania symboliki Data Matrix, w tym format, wymiary, korekcję błędów i dekodowanie.

ISO/IEC 15415

ISO/IEC 15415:2024 dotyczy metod oceny jakości kodów dwuwymiarowych. Może być stosowana również do oznaczeń bezpośrednich, ale ISO wskazuje, że lepszą korelację z rzeczywistym odczytem DPM zapewnia połączenie jej z ISO/IEC 29158.

ISO/IEC 29158

ISO/IEC 29158:2025 jest aktualną normą opisującą modyfikacje metodologii oceny potrzebne dla bezpośrednio znakowanych części. Uwzględnia między innymi alternatywne warunki oświetlenia, refleksy oraz symbole złożone z niepołączonych punktów.

AIM DPM

Historyczne wytyczne AIM DPM stanowiły podstawę wcześniejszego rozwoju metod oceny bezpośrednich oznaczeń. AIM informuje obecnie, że dokument DPM Quality Guidelines jest nieaktualny i do wdrożeń należy stosować właściwą normę ISO/IEC 29158.

Nie należy więc przedstawiać AIM jako europejskiego odpowiednika instytucji akredytującej. AIM jest organizacją branżową związaną ze standardami automatycznej identyfikacji, a aktualne wymagania pomiarowe określa norma ISO/IEC.

Jak weryfikować kod Data Matrix DPM?

Weryfikacja nie polega wyłącznie na sprawdzeniu, czy skaner zdekodował dane.

Profesjonalny pomiar może obejmować — z użyciem wyspecjalizowanych weryfikatorów kodów kreskowych i 2D — między innymi:

• dekodowanie;

• kontrast komórek;

• modulację;

• uszkodzenie wzorca stałego;

• niejednorodność osiową;

• nierównomierność siatki;

• wykorzystanie korekcji błędów;

• przyrost lub ubytek znakowania.

Do oceny oznaczeń bezpośrednich można wykorzystać REA VeriCube DPM. Urządzenie jest przeznaczone do kontroli symboli znakowanych między innymi laserowo i mikroudarowo oraz wykorzystuje wielokierunkowe oświetlenie potrzebne do trudnych powierzchni.

Pełna oferta znajduje się w kategorii weryfikatory kodów REA VERIFIER oraz weryfikatory kodów QR i Data Matrix.

Weryfikator a zwykły czytnik

Czytnik odpowiada na pytanie:

Czy dane udało się teraz odczytać?

Weryfikator odpowiada na pytanie:

Jaki jest poziom jakości symbolu i które parametry ograniczają jego niezawodność?

Zwykły czytnik może poprawnie rozpoznać kod o niewielkim zapasie jakości. Weryfikacja pozwala wykryć pogorszenie procesu, zanim oznaczenie stanie się całkowicie nieczytelne.

Szczegółowa procedura została opisana w poradniku jak sprawdzić jakość kodu kreskowego, QR i Data Matrix.

Parametry oceny kodu Data Matrix DPM

Dekodowanie

Potwierdza, czy symbol można rozpoznać zgodnie z jego specyfikacją.

Błąd może wynikać z:

• nieprawidłowej struktury;

• uszkodzonego wzorca L;

• błędnej liczby modułów;

• braku strefy ciszy;

• poważnej deformacji;

• niewłaściwego projektu.

Kontrast komórek

Opisuje różnicę pomiędzy jasnymi i ciemnymi obszarami.

Niski kontrast może być związany z:

• niewłaściwym światłem;

• małą zmianą powierzchni;

• zaolejeniem;

• silnym połyskiem;

• zbyt słabym oddziaływaniem lasera.

Modulacja komórek

Pokazuje, czy kontrast jest równomierny w całym symbolu.

Problemy powodują:

• nierówna powierzchnia;

• zmienna wysokość;

• zabrudzenie;

• niejednakowa energia;

• kierunkowe odbicia.

Uszkodzenie wzorca stałego

Dotyczy wzorca w kształcie litery L oraz naprzemiennych modułów.

Przyczyną może być:

• krawędź części;

• głęboka rysa;

• otwór;

• złe ustawienie;

• nadmierna energia;

• wada materiału.

Niejednorodność osiowa

Pokazuje, czy symbol nie został nadmiernie rozciągnięty w jednym kierunku.

Może wystąpić wskutek:

• ruchu przedmiotu;

• błędnej synchronizacji;

• nieprawidłowej kalibracji pola;

• złej korekcji optycznej.

Nierównomierność siatki

Ocenia, czy środki modułów znajdują się w prawidłowych miejscach.

Problemy mogą powodować:

• drgania;

• rozogniskowanie;

• deformacja powierzchni;

• nierówne uderzenia grotu;

• nieliniowość pola lasera.

Diagnostyka nieczytelnego kodu Data Matrix

Objaw	Możliwa przyczyna	Działanie
Kod działa tylko pod jednym kątem	Kierunkowe refleksy	Zmienić oświetlenie lub efekt znakowania
Moduły łączą się	Za duża energia albo zbyt mały kod	Zmniejszyć energię lub zwiększyć symbol
Część matrycy jest słabsza	Zmienna odległość	Poprawić mocowanie i ogniskowanie
Wzorzec L jest przerwany	Niepełne nanoszenie	Zmienić parametry lub lokalizację
Kod znika po myciu	Niewystarczająca trwałość	Zmienić metodę i wykonać test chemiczny
Kod nie działa po malowaniu	Zbyt płytkie wyżłobienie	Zastosować odpowiednią głębokość przed malowaniem
Wyniki różnią się między partiami	Zmienny stop lub powłoka	Testować różne partie materiału
Skaner na linii nie odczytuje kodu	Złe pole widzenia lub ekspozycja	Dobrać kamerę, obiektyw i światło
Kod ma dobrą jakość, ale złe dane	Błąd integracji	Kontrolować zawartość niezależnie
Moduły są owalne	Ruch albo rozogniskowanie	Ustabilizować detal i sprawdzić ognisko

Jak przygotować próbę znakowania Data Matrix?

Krok 1. Zbierz reprezentatywne przedmioty

Próbki powinny pochodzić z:

• kilku partii materiału;

• różnych dostaw;

• zakresu tolerancji produkcyjnej;

• rzeczywistego procesu obróbki.

Krok 2. Przygotuj docelowe dane

Test powinien uwzględniać najdłuższy przewidywany ciąg znaków, a nie krótki przykładowy numer.

Należy przygotować:

• strukturę danych;

• numer części;

• numer partii;

• numer seryjny;

• wymagane separatory;

• właściwą składnię.

Krok 3. Ustal wielkości symbolu

Warto sprawdzić kilka wariantów:

• docelową wielkość;

• większy moduł;

• mniejszą ilość danych;

• alternatywne miejsce znakowania.

Krok 4. Przygotuj matrycę parametrów

Należy kontrolowanie zmieniać:

• moc;

• prędkość;

• częstotliwość;

• liczbę przejść;

• wypełnienie;

• odległość od powierzchni.

Każdy przedmiot powinien mieć numer odpowiadający zapisanym ustawieniom.

Krok 5. Zmierz czas cyklu

Najlepszy wizualnie rezultat może być zbyt wolny dla produkcji. Trzeba uwzględnić:

• czas nanoszenia;

• pobranie danych;

• pozycjonowanie;

• skanowanie;

• kontrolę;

• odrzut błędnej części.

Krok 6. Wykonaj weryfikację

Pomiar należy przeprowadzić zgodnie z ISO/IEC 29158, stosując właściwą konfigurację światła.

Krok 7. Sprawdź trwałość

W zależności od aplikacji należy przeprowadzić testy:

• ścierania;

• oleju;

• chłodziwa;

• mycia;

• temperatury;

• korozji;

• soli;

• piaskowania;

• malowania;

• montażu.

Krok 8. Użyj docelowego skanera

Ostateczny test powinien odbywać się z wykorzystaniem:

• kamery stosowanej na linii;

• czytnika klienta;

• właściwej odległości;

• rzeczywistego kąta;

• docelowej prędkości;

• finalnego oświetlenia.

Kontrola kodów Data Matrix na linii produkcyjnej

Przykładowy proces może wyglądać następująco:

1. ERP albo MES przesyła numer produktu.

2. System generuje numer seryjny.

3. Oprogramowanie tworzy symbol.

4. Laser wykonuje bezpośrednie znakowanie.

5. Kamera sprawdza obecność oznaczenia.

6. Czytnik dekoduje dane.

7. System porównuje zawartość ze zleceniem.

8. Wadliwy przedmiot zostaje odrzucony.

9. Wynik jest zapisywany w historii produkcji.

10. Wybrane próbki są okresowo mierzone weryfikatorem.

Kontrola każdej sztuki na linii nie zawsze jest równoznaczna z pełnym pomiarem jakości. Najlepszy proces łączy bieżące skanowanie z okresową weryfikacją laboratoryjną.

Data Matrix i identyfikowalność produktów

Kod może umożliwić prześledzenie konkretnej części od momentu produkcji przez:

• obróbkę;

• montaż;

• kontrolę;

• magazyn;

• sprzedaż;

• serwis;

• ponowne użycie;

• recykling.

Aby uzyskać pełniejszą identyfikowalność, należy zapisywać:

• numer seryjny;

• datę;

• stanowisko;

• operatora lub maszynę;

• partię materiału;

• parametry procesu;

• wynik kontroli;

• status produktu.

Bez bazy danych sam symbol pozostaje jedynie nośnikiem identyfikatora.

Najczęstsze błędy we wdrożeniu Direct Part Marking

Minimalizowanie kodu bez potrzeby

Zbyt małe moduły mają mały zapas na zmienność procesu i zabrudzenie, dlatego przy doborze technologii warto uwzględnić pełne portfolio produktów i systemów znakowania REA, a nie tylko minimalny możliwy rozmiar symbolu.

Ocenianie tylko wzrokowe

Użytkownik widzi połysk inaczej niż kamera i specjalistyczny skaner.

Testowanie jednej idealnej części

Próba powinna obejmować różne partie materiału, stan powierzchni oraz tolerancje.

Nadmierne grawerowanie

Głębszy znak nie zawsze daje lepszy kontrast i może pogorszyć geometrię.

Brak kontroli wysokości

Niewielka różnica odległości może mieć duży wpływ na małe moduły.

Stosowanie metody przeznaczonej do etykiet

Bezpośrednie znakowanie wymaga odpowiednich warunków oświetlenia i metody DPM.

Brak ponownej kwalifikacji

Zmiana stopu, dostawcy, powłoki lub procesu obróbki może wymagać nowych ustawień.

Brak kontroli danych

Poprawnie wykonany kod może zawierać błędny numer lub powtórzony identyfikator.

Lista kontrolna wdrożenia Data Matrix DPM

• Ustalono rodzaj i strukturę danych.

• Potwierdzono wymagania klienta.

• Określono dokładny stop metalu.

• Wybrano metodę znakowania.

• Ustalono miejsce nanoszenia.

• Dobrano wielkość modułu.

• Zachowano strefę ciszy.

• Zabezpieczono wzorzec L.

• Wykonano próby parametrów.

• Sprawdzono różne partie materiału.

• Zmierzono czas cyklu.

• Potwierdzono ogniskowanie.

• Dobrano czytnik i oświetlenie.

• Wykonano pomiar ISO/IEC 29158.

• Przeprowadzono testy trwałości.

• Sprawdzono kod po późniejszych procesach.

• Wdrożono kontrolę danych.

• Zabezpieczono numery seryjne.

• Przygotowano reakcję na błąd.

• Zaplanowano ponowną kwalifikację.

Data Matrix DPM na metalu — podsumowanie

Uzyskanie niezawodnego kodu wymaga połączenia technologii znakowania, projektu, mechaniki, oświetlenia i kontroli, co dobrze wpisuje się w kompetencje producenta systemów do znakowania REA JET.

Najważniejsze zasady to:

• dobór metody do konkretnego stopu;

• ograniczenie ilości danych;

• zachowanie odpowiednio dużych modułów;

• ochrona wzorca L;

• zapewnienie strefy ciszy;

• kontrola ogniskowej;

• unikanie nadmiernej energii;

• testowanie rzeczywistego stanu powierzchni;

• dopasowanie oświetlenia;

• weryfikacja według ISO/IEC 29158;

• kontrola danych i serializacji.

Systemy REA LASER mogą wykonywać trwałe oznaczenia na metalowych komponentach i współpracować z systemami identyfikowalności. Połączenie lasera z rozwiązaniami REA VERIFIER umożliwia przygotowanie jednego procesu obejmującego nanoszenie, odczyt i kontrolę jakości.

Technologia DPM była początkowo wykorzystywana do trwałego znakowania części w przemyśle lotniczym i kosmicznym. Obecnie jest to nowoczesna technologia identyfikacji podzespołów, wykonywanych zwykle z metalu, ale również z tworzyw sztucznych i innych materiałów. Proces wyżłabiania kodu może być realizowany laserowo, mikroudarowo lub mechanicznie. DPM ogranicza potrzebę drukowania i naklejania dodatkowych etykiet.

Odczyt kodu za pomocą specjalistycznego czytnika umożliwia szybkie powiązanie części z jej historią produkcyjną. Ze względu na połysk i strukturę powierzchni metalowej konieczne jest odpowiednie oświetlenie. Podstawową jednostką kodu Data Matrix DPM jest pojedynczy jasny lub ciemny moduł.

Przygotuj próbę znakowania Data Matrix

Do testu warto przesłać:

• metalowe próbki;

• oznaczenie stopu;

• informacje o powłoce;

• stan powierzchni;

• docelowe dane;

• wymaganą wielkość kodu;

• czas cyklu;

• sposób pozycjonowania;

• wymagania klienta;

• informacje o późniejszych procesach;

• docelowy skaner;

• oczekiwany poziom jakości.

Skontaktuj się z REA i przygotuj próbę znakowania oraz weryfikacji kodu Data Matrix.

Najczęściej zadawane pytania

Co oznacza DPM?

DPM oznacza Direct Part Marking, czyli nanoszenie oznaczenia bezpośrednio na część zamiast na oddzielną etykietę.

Czy DPM jest rodzajem kodu?

Nie. DPM jest metodą nanoszenia. Bezpośrednio na przedmiot można nanieść Data Matrix, tekst, logo lub numer.

Jaki laser stosuje się do metalu?

W wielu aplikacjach wykorzystuje się laser Fiber. Ostateczny wybór zależy od stopu, powłoki, prędkości i oczekiwanego efektu.

Czy Data Matrix może zawierać znaki alfanumeryczne?

Tak. Standardowy symbol może zawierać cyfry i znaki alfanumeryczne. Maksymalna pojemność zależy od rozmiaru matrycy i sposobu kodowania.

Czy Data Matrix jest mniejszy niż kod QR?

Przy określonym zestawie danych może zajmować mniejszą powierzchnię. Nie jest to jednak reguła niezależna od zawartości i wielkości modułu.

Czy kod można odczytywać pod każdym kątem?

Skaner obrazowy rozpoznaje orientację symbolu, ale rzeczywisty odczyt może zostać ograniczony przez refleksy, krzywiznę i oświetlenie.

Czy kod jest odporny na uszkodzenia?

Data Matrix wykorzystuje korekcję błędów, lecz jej skuteczność zależy od wielkości i miejsca uszkodzenia. Nie gwarantuje niezniszczalności oznaczenia.

Czy głębsze grawerowanie poprawia jakość?

Nie zawsze. Zbyt głęboki znak może pogorszyć geometrię i powodować niekorzystne odbicia światła.

Dlaczego kod działa tylko pod jednym kątem?

Najczęściej przyczyną są refleksy od metalu albo kierunkowa struktura powstała podczas znakowania.

Czy zwykły skaner wystarcza do kontroli?

Skaner potwierdza możliwość odczytu. Do obiektywnej oceny jakości potrzebny jest weryfikator DPM.

Jaką normę stosować?

Do oceny bezpośrednio znakowanych kodów należy stosować wymagania właściwe dla ISO/IEC 29158 wraz z odpowiednią specyfikacją aplikacji.

Czy można znakować zaolejony metal?

Można przeprowadzić taki proces, ale konieczne są testy. Olej wpływa na działanie lasera, powstawanie zanieczyszczeń i późniejszy odczyt.

Czy kod trzeba sprawdzić po malowaniu?

Tak. Jeżeli część jest później malowana, końcową kontrolę należy wykonać po tym procesie.

Jak często weryfikować kody?

Pomiar należy wykonywać przy uruchomieniu, po zmianie materiału, parametrów, dostawcy, serwisie urządzenia oraz okresowo podczas produkcji.

Czy technologia DPM została opracowana przez NASA?

NASA była jednym z ważnych pionierów zastosowania matrycowego znakowania do śledzenia części promów kosmicznych, ale nie należy przedstawiać całej technologii DPM jako rozwiązania powstałego wyłącznie dla jednej organizacji.