Ein DataMatrix-Code, den der Scanner am Markierplatz problemlos liest, kann beim Kunden trotzdem durchfallen. Dort hängt das Lesegerät schräg über dem Band, das Licht kommt von der Seite, und das Bauteil hat inzwischen eine Waschanlage hinter sich. Deshalb verlangen Abnehmer in der Automobilindustrie und der Medizintechnik eine messbare Codequalität. Wer einen gelaserten DataMatrix verifizieren will, misst nach ISO/IEC TR 29158 und bekommt eine Note von A bis F.
Lesegerät und Verifier messen verschiedene Dinge
Ein Lesegerät hat eine Aufgabe: den Inhalt herausholen. Die Hersteller trimmen ihre Algorithmen darauf, auch beschädigte, kontrastarme oder verzerrte Codes noch zu dekodieren. Das ist in der Fertigung gewollt, verdeckt aber, wie knapp ein Code an der Grenze liegt. Wenn der Scanner “gelesen” meldet, wissen Sie nicht, ob noch Reserve da ist oder ob der Code nur gerade so durchgerutscht ist.
Ein Verifier arbeitet anders. Er hat einen festen Abstand, eine definierte Beleuchtung und wird mit einer Referenzkarte kalibriert. Er bewertet jeden Prüfparameter einzeln auf einer Skala von 4 bis 0, entsprechend den Noten A bis F. Die Gesamtnote eines Bildes bestimmt der schwächste Parameter. Ein Code mit hervorragendem Kontrast und verzerrtem Raster bekommt also die Note des Rasters.
ISO/IEC 15415 und ISO/IEC TR 29158 im Vergleich
Die ISO/IEC 15415 beschreibt die Qualitätsprüfung für 2D-Codes, die gedruckt werden, typischerweise schwarz auf weißem Etikett. Auf dieser Grundlage misst ein Verifier mit fester Kalibrierung gegen eine Referenzhelligkeit. Auf blankem Stahl oder dunklem Kunststoff funktioniert das schlecht: Eine glänzende Fläche überstrahlt, eine dunkle liefert kaum Signal.
Die ISO/IEC TR 29158 ist ein technischer Bericht, der das Verfahren für Direktmarkierungen (Direct Part Mark, kurz DPM) anpasst. Sie geht auf eine Richtlinie des Branchenverbands AIM zurück und ändert vor allem zwei Dinge. Erstens erlaubt sie mehrere Beleuchtungsarten, passend zur Oberfläche. Zweitens regelt der Verifier Belichtung und Verstärkung so nach, dass die hellen Elemente des Codes einen definierten Zielwert erreichen. Erst danach misst er. Damit bekommt ein angelassener Code auf Edelstahl eine faire Chance, die er nach 15415 nicht hätte.
In der Praxis heißt das: Für den gelaserten Code auf dem Bauteil gilt fast immer die 29158. Druckt Ihre Linie zusätzlich Etiketten für Verpackung oder Begleitpapiere, bewerten Sie diese nach 15415. Welche Norm, welcher Messort und welche Mindestnote gelten, steht in der Liefervorschrift Ihres Abnehmers.
Die Prüfparameter beim DataMatrix verifizieren
Das Prüfprotokoll listet eine Reihe von Einzelnoten. Jede beschreibt einen anderen Aspekt des Codes, und für fast jede gibt es eine typische Ursache auf der Laserseite.
| Parameter | Was er bewertet | Häufige Ursache beim Lasern |
|---|---|---|
| Decode | Lässt sich der Code mit dem Referenzalgorithmus dekodieren? | Grober Fehler, z. B. falscher Inhalt oder fehlende Ruhezone |
| Cell Contrast (CC) | Helligkeitsabstand zwischen dunklen und hellen Modulen | Zu helle Anlassfarbe, zu wenig Energie, glänzende Oberfläche |
| Cell Modulation (CM) | Wie gleichmäßig die Module ausfallen | Grobe Füllung, Oberflächenstruktur, schwankende Fokuslage |
| Reflectance Margin (RM) | Wie sicher jedes Modul auf der richtigen Seite der Schwelle liegt | Ungleichmäßiger Abtrag, Spritzer, Anlauffarben am Modulrand |
| Fixed Pattern Damage (FPD) | Zustand von Suchmuster, Taktspur und Ruhezone | Überbrennen der Kanten, Kratzer oder Bearbeitungsriefen neben dem Code |
| Axial Nonuniformity (AN) | Ob die Module in X und Y gleich groß sind | Scannerkalibrierung, schräg liegendes Teil, falscher Durchmesser an der Rotationsachse |
| Grid Nonuniformity (GN) | Abweichung der Modulmitten vom idealen Raster | Feldverzerrung, Vibration, Bauteilbewegung beim Markieren |
| Unused Error Correction (UEC) | Wie viel Fehlerkorrektur noch übrig ist | Summe aller Einzelfehler |
| Minimum Reflectance (MR) | Ob die Oberfläche genug Licht für eine belastbare Messung zurückwirft | Sehr dunkle oder stark streuende Oberfläche |
Die Tabelle hilft beim Einstieg in die Fehlersuche. Auf einer Gusshaut verursacht dieselbe Laserdatei andere Probleme als auf einer geschliffenen Welle.
Beleuchtung und Messaufbau gehören ins Protokoll
Die 29158 lässt verschiedene Beleuchtungen zu. Koaxial-diffuses Licht oder ein Dom eignet sich für glatte, glänzende Flächen, auf denen eine Anlassmarkierung sitzt. Flaches Licht unter etwa 30 Grad aus mehreren Richtungen bringt Gravuren und strukturierte Codes heraus, weil die Kanten der Vertiefungen Schatten werfen. Außerdem gibt es eine Variante unter 45 Grad.
Ein und derselbe Code bekommt je nach Beleuchtung unterschiedliche Noten. Deshalb steht im Protokoll neben der Note auch die Beleuchtungsart, die Messblende und die Wellenlänge des Prüflichts, meist Rotlicht um 660 nm. Ohne diese Angaben lassen sich zwei Noten nicht sinnvoll vergleichen. Stimmen Sie mit Ihrem Abnehmer ab, unter welcher Beleuchtung er prüft, und messen Sie bei der Bemusterung genauso.
Den Verifier selbst müssen Sie regelmäßig mit der zugehörigen Kalibrierkarte prüfen. Ein verschmutztes Fenster oder ein verstellter Abstand verschiebt die Noten, ohne dass sich am Laser etwas geändert hat.
Vom Prüfprotokoll zurück zum Laserparameter
Die Einzelnoten zeigen Ihnen, wo Sie ansetzen. Ein schwacher Zellkontrast auf Edelstahl verbessert sich meist, wenn Sie dunkler anlassen: weniger Vorschub, engere Linien, beim MOPA-Faserlaser eine längere Pulsdauer. Auf blankem Aluminium reicht Anlassen nicht, dort holen Sie Kontrast über eine leichte Gravur und flache Beleuchtung. Wie Sie solche Werte systematisch finden, beschreibt der Beitrag zum Laserparameter einstellen.
Schlechte Modulation kommt häufig von einer zu groben Füllung. Liegen die Schraffurlinien so weit auseinander, dass die Kamera zwischen ihnen hellen Grund sieht, wirkt jedes Modul gestreift. Ein engerer Linienabstand oder ein zweiter Durchgang quer zur ersten Richtung hilft. Bei rauen Oberflächen bringt eine größere Modulgröße mehr als jeder Parameter.
Geometrische Fehler (AN und GN) haben selten etwas mit der Laserleistung zu tun. Prüfen Sie zuerst, ob das Bauteil plan und senkrecht zur Optik liegt, dann die Kalibrierung des Scannerfelds, gerade bei Codes am Feldrand. Mehr dazu steht im Artikel über Galvo-Scanner und Brennweite. Auf Rundteilen muss der Durchmesser in der Software zum echten Teil passen, sonst wird der Code in Umfangsrichtung gestreckt oder gestaucht. Beim Markieren im Durchlauf entscheidet die saubere Encoder-Kopplung.
Fixed Pattern Damage ist auffällig oft ein Randproblem. Der Laser brennt die Ecken des Suchmusters über, weil sich dort Linien überlagern, oder ein Kratzer läuft durch die Ruhezone. Die DataMatrix-Spezifikation verlangt eine Ruhezone von mindestens einer Modulbreite rund um den Code. Auf bearbeiteten Flächen lohnt deutlich mehr Abstand zu Kanten, Bohrungen und Drehriefen.
Verifizieren in der Serie: Kamera an jedem Teil, Verifier in der Stichprobe
In automatisierten Linien liest eine Kamera jeden Code direkt nach dem Markieren. Viele Industrie-Lesegeräte geben dabei eine Bewertung nach den Parametern der 29158 aus und melden das Ergebnis an die SPS oder das MES. Fällt die Note unter eine Warnschwelle, sehen Sie den Trend, bevor das erste Teil ausfällt. Wie Laser und Datenquelle dabei zusammenspielen, zeigt der Beitrag zu Seriennummern und variablen Daten.
Das formale Prüfprotokoll für den Kunden liefert die Kamera allerdings nicht. Dafür nimmt der Verifier in festen Abständen eine Stichprobe, zum Beispiel pro Schicht oder pro Los, und das Ergebnis wandert in die Qualitätsdokumentation. Messen Sie dabei auch Teile, die den ganzen Prozess durchlaufen haben. Ein Code, der nach dem Laser eine A bekommt, kann nach Beizen, Strahlen oder Sterilisieren zwei Stufen verlieren. Gerade bei der UDI-Kennzeichnung von Medizinprodukten gehört diese Prüfung an gealterten Teilen zur Validierung.
Den Code von Anfang an prüffähig anlegen
Über einen großen Teil der Note entscheiden Sie schon beim Layout. Richten Sie die Modulgröße nach der Oberfläche und nach dem Lesegerät beim Kunden. Auf feinbearbeiteten Flächen genügen kleinere Module als auf Guss oder gestrahltem Material. Lassen Sie Platz für die Ruhezone, legen Sie den Code auf eine ebene Fläche und markieren Sie ihn möglichst in Feldmitte. Grundlagen zu Codetypen und Codegröße finden Sie unter QR-Codes und DataMatrix lasern, die Anforderungen aus der Fahrzeugzulieferung unter Automotive-Traceability.
Für die eigentliche Markierung entwickeln und fertigen wir in Rüthen Faser- und UV-Laser, die auf solche Codes ausgelegt sind. Der GRAVIS mit MOPA-Faserlaser ist ein Klasse-1-Arbeitsplatzsystem, mit dem Sie Kontrast über die Pulsdauer fein abstimmen. Für die Linie mit Read-after-write gibt es den INTEGRA als Integrationsgerät. Schicken Sie uns Ihre Bauteile und die Vorgabe Ihres Abnehmers über die Kontaktseite, dann markieren wir Muster mit dokumentierten Parametern, die Sie selbst verifizieren können.