Ürün güvenliği ve izlenebilirlik için lazer markalama ve makine görüşü kodları

Ürün güvenliği ve izlenebilirlik için lazer markalama ve makine görüşü kodları

Makine görüşü kodları içeren silinmez doğrudan parça markalamaya yönelik endüstriyel üretim gereksinimleri katlanarak artıyor. Doğrudan parça markalama, bir ürünün üretim anından kullanım ömrünün sonuna kadar izlenmesini sağlar. Bu talebi, bileşen izlenebilirliği ve benzersiz ürün tanımlama (UID) yönündeki artan gereksinimler yönlendiriyor. 11 Eylül sonrasında üreticiler, izlenebilirlik oluşturmak ve ürünlere müdahaleyi ile sahteciliği engellemek için stratejiler uyguluyor. ABD Savunma Bakanlığı (DoD), askeri malzemeler için standart uygulama olarak MIL-STD-130M'yi belirlemiştir. DoD'nin askeri gereksinimlerinin ötesinde otomotiv, ambalaj, ilaç, elektronik ve tüketim ürünlerinden endüstriyel ürünlere kadar ticari üreticiler de benzer standartları hızla benimsiyor.

Benzersiz tanımlama bilgisi içeren doğrudan parça markalama; mürekkep püskürtme, nokta darbeli (dot peen) ve lazer markalama gibi dijital proses teknolojileri gerektirir. Birçok üç boyutlu plastik ürün için tercih edilen yöntem lazerdir; çünkü proses yüksek kontrastlı, silinmez markalar oluşturur, pahalı sarf mürekkebi/solvent maliyetleri veya son kürleme gerektirmez. Ayrıca lazerler en küçük boyutlu makine görüşü kodlarını da markalayabilir. Bu, mikro markalamada veya bir parça ya da bileşen üzerinde alfanümerik karakterler, logolar veya şematik çizimler için sınırlı yüzey alanı bulunduğunda önemlidir. Sağlam Altı Sigma üretim operasyonları, gerçek markalamanın boyutu ve ayrıntı karmaşıklığı ne olursa olsun tüm ürünlerin yüzde 100 insan veya makine görüşü tarafından okunabilir olmasını gerektirir.

Temel çıkarımlar

• Doğrudan parça markalama, bir ürünü üretimden kullanım ömrünün sonuna kadar izler; benzersiz tanımlamanın gerektirdiği de budur.
• MIL-STD-130M, DoD standardıdır; otomotivden ambalaja kadar ticari sektörler de bu yolu izlemiştir.
• Eşit miktarda kodlanmış veri için Data Matrix, barkodun 1/10 ila 1/100'ü boyutundadır.
• Yedeklilik tasarımın parçasıdır. Veri sembol boyunca dağıtılır; hasardan kurtarma için hata düzeltme kullanılır.
• Motor bölmesi altındaki otomotiv yakıt bileşenlerinde çeyrek inçlik bir kod yaklaşık 200 milisaniyede markalanır.

Sık sorulan sorular

Makine görüşü kodu nedir?

Optik tarayıcılar veya kameralar tarafından yorumlanan kodlanmış bilgidir. Bilindik tek boyutlu barkod, veriyi açık zemin üzerinde koyu kontrast olarak gösterir; bu da bire ve sıfıra dönüştürülen yüksek ve düşük yansıma oluşturur; veri paralel çizgilerin genişliklerinde ve aralıklarında saklanır. Daha yeni desenler ise noktalar, eş merkezli daireler ve görüntülerin içine gizlenmiş metin kullanır.

Küçük parçalarda barkod yerine neden Data Matrix kullanılır?

Boyut ve dayanıklılık nedeniyle. Eşit miktarda kodlanmış veri için Data Matrix, barkodun yalnızca 1/10 ila 1/100'ü boyutundadır; dolayısıyla parça yüzeyinin çok küçük bir kısmı önemli miktarda üretim verisi taşır. Her kod yaklaşık yarı yarıya siyah ve beyazdır; bu da hücre hasarının okunabilirliği bozmama ihtimalini 50/50 yapar, hata düzeltme ise kusurlardan kurtarmaya yardımcı olur.

İzlenebilirlik için tipik olarak hangi plastikler markalanır?

Asetaller, naylonlar, poliolefinler, polikarbonatlar, polyesterler ve stirenikler; hepsi düşük yüzey enerjili, kimyasal olarak inert ve polar olmayan malzemelerdir. Lazer markalamanın, ön işlem ve kürleme gerektiren mürekkep esaslı proseslere tercih edilmesinin nedeni tam olarak budur.

Motor bölmesi altındaki otomotiv kodu hangi verileri taşır?

Tam bileşen izlenebilirliği: reçine partisi, kalıp makinesi, tarih, vardiya ve saat ile montaj sızdırmazlık testi sonuçları. Çeyrek inçlik bir kod yaklaşık 200 milisaniyede markalanır.

Doğrudan parça markalamadaki büyümeyi ne tetikledi?

İzlenebilirlik ve benzersiz tanımlama gereksinimleri. 11 Eylül sonrasında üreticiler izlenebilirlik oluşturmak ve müdahale ile sahteciliği engellemek için stratejiler uyguladı; MIL-STD-130M Savunma Bakanlığı'nın standart uygulaması oldu ve ticari üreticiler de eşdeğerlerini benimsedi.

Makine görüşü kodları nedir?

Makine tarafından okunabilir (görüntü) kodlar, optik tarayıcılar veya kameralar aracılığıyla yorumlanabilen kodlanmış bilgilerdir. Bilindik bir örnek, bilginin genellikle açık zemin üzerinde koyu kontrast olarak gösterildiği ve 1'lere ve 0'lara dönüştürülen yüksek ve düşük yansıma oluşturan tek boyutlu “barkod”dur. Barkodların en yaygın biçimleri, veriyi basılı paralel çizgilerin (siyah beyaz şeritler) genişliklerinde ve aralıklarında saklar. Ancak noktalardan, eş merkezli dairelerden oluşan yeni desenler ve görüntülerin içine gizlenmiş metin kodları da kullanılmaktadır. Amerika Birleşik Devletleri'nde UPC (Evrensel Ürün Kodu), perakende ve tüketim ürünlerinde barkodun en bilinen ve en yaygın kullanımıdır.

Modern barkod şemaları ASCII karakter setini içerebilse de imalat sektörlerinde (elektronik, havacılık, otomotiv, ilaç vb.) çok daha gelişmiş makine görüşü kodlarının gerektiği ihtiyaçlar vardır. Daha küçük alan gereksinimiyle birlikte daha fazla bilgi kodlama yönündeki sürekli çaba, iki boyutlu “Data Matrix” kodlarının geliştirilmesine yol açmıştır. Data Matrix kodları (barkodlarda kullanılan) bir lazerle okunamaz; çünkü tüm sembolü kapsayabilecek bir tarama deseni genellikle yoktur. Bir kamera yakalama cihazıyla taranmaları gerekir. 2D Data Matrix, barkodların sınırlamalarını gidermek üzere özel olarak tasarlanmış devrim niteliğinde bir makine tarafından okunabilir koddur. Şekil 1, 2D Data Matrix ile barkod arasındaki farkları göstermektedir.

2D kod ile barkod karşılaştırması

2D Data Matrix kodları küçük parça markalama için idealdir ve zorlu endüstriyel ortamlarda dayanacak şekilde tasarlanmıştır. Eşit miktarda kodlanmış veri için Data Matrix kodlarının boyutu barkodun yalnızca 1/10 ila 1/100'üdür. Dolayısıyla bir parça üzerinde, ürün izlenebilirliği için önemli miktarda üretim verisi içerebilen çok az alan yeterlidir. Her kod yaklaşık yarı yarıya siyah ve beyazdır; bu da hücre hasarının okunabilirliği bozmama ihtimalini 50/50 yapar. Data Matrix'in yüksek yedeklilik düzeyi (veri sembol boyunca dağıtılmıştır) ve baskı kusurlarına karşı direnci onu son derece güvenilir kılar. Algoritmaya yerleşik hata düzeltme şemaları, sembol hasarından kurtarma yeteneğini optimize eder. Şekil 2, Data Matrix kodu ile barkodu karşılaştırmaktadır.

Lazer markalama

Bu bölüm, üç boyutlu plastik imalatı bileşen parçaları ve montajlarında (asetaller, naylonlar, poliolefinler, polikarbonatlar, polyesterler, stirenikler vb. dahil) 2D Data Matrix kodlarının kullanımına odaklanır. Bu tür plastikler kimyasal olarak inert, polar olmayan ve düşük yüzey enerjilidir. Doğrudan parça markalamada Nd:YAG lazerler, yüzey ön işlemi ve kürleme gerektiren mürekkep püskürtme gibi mürekkep esaslı proseslere göre avantaj sunar. 1064nm dalga boyunda (yakın kızılötesi spektrum) çalışan ışın yönlendirmeli Nd:YAG lazerler (“YAG”), emisyon dalga boyu, güç performansı ve çok yönlülükleri nedeniyle lazer markalama sektöründe popülerdir. Bu, daha hızlı markalama hızları, daha yüksek kalite ve daha fazla üretim sağlar.

Referans olarak sürekli dalga (CW) CO₂ lazerler 10,6 µm dalga boyunda (uzak kızılötesi spektrum) çalışır. CO₂ lazerler, YAG lazerlere kıyasla çok daha düşük tepe gücü üretir ve bu nedenle çoğu plastikte yüksek kontrastlı markalar oluşturamaz. CO₂ lazerlerin genellikle etiketler, kâğıt malzemeler ve mürekkep ablasyonu üzerine barkod ve matris kodu markalamada kullanıldığını not edin.

Lazer markalamanın mekanizması, polimerin yerel bir yüksek enerjili radyasyon kaynağı (lazer) ile ışınlanmasıdır. Işıma enerjisi malzeme tarafından emilir ve ısıl enerjiye dönüştürülür. Isıl enerji, malzemede reaksiyonların gerçekleşmesini sağlar. Tüm ışın yönlendirmeli YAG lazerler eşit değildir.

Bir lazer üreticisinin sistemlerine dahil ettiği donanım ve yazılım bileşenleri, markalama kalitesi ve hızında önemli fark yaratır. Temel özellik, markalanan yüzeydeki güç yoğunluğudur (watt/cm²) (bu, lazerin ham çıkış gücünden farklıdır). Işın yönlendirmeli Nd:YAG lazer markalayıcılar (ark lambası ve diyot ışık kaynakları), lazer ışınını markalanacak yüzey boyunca yönlendirmek için yüksek hızlı, bilgisayar kontrollü galvanometrelere monte edilmiş aynalar kullanır; tıpkı kalemle kâğıda yazmak gibi. Biri Y ekseninde, biri X ekseninde olan her galvanometre, markalama alanı içindeki ışın hareketini sağlar. Düz alan lens grubu, altlık malzeme yüzeyinde yüksek güç yoğunluğu elde etmek için lazer ışığını odaklar. Şekil 3, bilgisayar kontrollü galvanometreler kullanan optik ışın iletim sistemini göstermektedir.

Lazer ışınının çıkış modu, markalama performansı için kritiktir. Lazerler üreticiler tarafından çok modlu, TEM00 (enine elektromanyetik mod) veya düşük dereceli mod dahil bunlar arasındaki herhangi bir modda sağlanabilir. Bu çıkış modları, ışın ıraksaması ve lazer ışınının çapı boyunca güç dağılımı gibi faktörlerle ilişkilidir. Düşük dereceli ve TEM00 modlu lazerler, küçük bir odaklanmış nokta elde edebilmeleri ve bunun sonucunda kenarları iyi tanımlanmış çok ince bir çizgi oluşturabilmeleri nedeniyle Data Matrix ve barkodların, tek vuruşlu alfanümerik karakterlerin, dolgulu true-type yazı tiplerinin ve karmaşık grafiklerin yüksek hızlı vektör markalamasına özellikle uygundur.

Güç yoğunluğu, odaklanmış lazer nokta boyutunun bir fonksiyonudur. Belirli bir odak uzaklığındaki lens ve lazer dalga boyu için odaklanmış lazer nokta boyutu, lazer konfigürasyonu, mod seçici diyafram boyutu ve genişletici (ışın genişletici) büyütmesi tarafından kontrol edilen lazer ışını ıraksamasının bir fonksiyonudur. Darbe tekrarlama hızı (akusto-optik Q-anahtarı ile) ve tepe güç yoğunluğu, markanın oluşturulmasında ve en uygun kontrast ile hızın elde edilmesinde kritik parametrelerdir. Düşük frekansta yüksek tepe gücü, altlık malzemeye minimum ısı ileterek malzemeyi buharlaştırırken yüzey sıcaklığını hızla artırır. Darbe tekrarlaması arttıkça daha düşük tepe gücü minimum buharlaşma sağlar ancak daha fazla ısı iletir. Işın hızı da kritik bir faktördür.

Lazer katkı maddelerinin kullanımı, makine görüşü kodu kontrastını artırır ve optimize eder, markalama çevrim sürelerini kısaltır. Bu faktörler nihayetinde maliyet tasarrufu sağlar ve imalat üretimini artırır. Malzeme bilimi çözümleri uygun formülasyon ile maliyet etkindir, kullanımı kolaydır ve polimer ürünlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri üzerinde zararlı bir etkisi yoktur.

Uygulamalar

Mükemmel bir uygulama örneği, motor bölmesi altındaki zorlu ortamlardaki otomotiv yakıt bileşenlerine ve montajlarına (tipik olarak asetal, naylon ve polyester) lazerle uygulanan 2D Data Matrix kodlarıdır. Sayfa 32'deki Örnek A'da gösterildiği gibi, ¼ inç boyutundaki kod yaklaşık 200 milisaniyede markalanır. Kodda yer alan veriler, bileşen parçanın tam izlenebilirliğini içerir (reçine partisi, kalıp makinesi, tarih-vardiya-saat ve montaj sızdırmazlık testi). Asetallerin lazer markalamasındaki yeni teknolojik gelişmeler, ürün seri numaralandırma ve izlenebilirlik alanlarını daha da genişletmektedir. Örnek B: Bir otomotiv yöneticisinin açıkladığı gibi: “Tasarladığımız motor bölmesi altındaki asetal yakıt bileşenlerinin çoğu kompakttır. Otomatik montaj operasyonlarının sonuna doğru, hat içi sızdırmazlık testinden sonra kritik bilgilerin ve Data Matrix kodlarının silinmez şekilde mikro markalanması sektörde büyük değer taşıyor. Benzersiz parça tanımlama, devam eden işler (W.I.P.) için şirket içi envanter yönetimine de fayda sağlıyor.”

Modern makine görüşü sistemleri yalnızca bağımsız muayene cihazları değildir. Aksine, istatistiksel kalite kontrol metrik programlarını da içeren Altı Sigma toplam imalat operasyonlarına entegre edilmiştir. Gelişmiş sistemler yapay zekâ içerir; bu da lazerlerin ve makine görüşü kodlarının kapsamını daha da genişletir. Lazer markalamanın güçlü kombinasyonu, neredeyse sıfır hatalı ürünler için proses geri bildirimi ve hata önleme sağlayarak başarı için kritik kabul edilmektedir.

Scott R. Sabreen, plastik ikincil işleme prosesleri (lazer markalama, yüzey ön işlemleri, yapıştırma, dekorasyon ve yüzey işleme ile ürün güvenliği) alanında uzmanlaşmış bir mühendislik şirketi olan The Sabreen Group, Inc.'in kurucusu ve başkanıdır. Sabreen, 30 yılı aşkın süredir öncü teknolojiler geliştirmekte ve imalat sorunlarını çözmektedir. Kendisine 972.820.6777 numaralı telefondan veya www.sabreen.com ya da www.plasticslasermarking.com adreslerini ziyaret ederek ulaşabilirsiniz.

---