उत्पाद सुरक्षा, पहचान और जालसाज़ी-रोधी के लिए फाइबर लेज़र मार्किंग

उत्पाद सुरक्षा, पहचान और जालसाज़ी-रोधी के लिए फाइबर लेज़र मार्किंग

प्लास्टिक उत्पादों पर डायरेक्ट पार्ट मार्किंग के लिए लेज़र मार्किंग, इन-मोल्ड लेबलिंग और स्याही-आधारित प्रिंटिंग की तुलना में लाभ देती है। Ytterbium फाइबर लेज़र का उदय सुरक्षा और जालसाज़ी-रोधी उपाय जोड़ने की एक महत्वपूर्ण विधि के रूप में लेज़र को और अलग पहचान देता है।

मशीन विज़न कोड वाली स्थायी डायरेक्ट पार्ट मार्किंग की औद्योगिक विनिर्माण आवश्यकता तेज़ी से बढ़ रही है। तीन जाने-पहचाने कोड प्रकार हैं QR, Data Matrix और बारकोड। डायरेक्ट पार्ट मार्किंग से किसी एकल विशिष्ट उत्पाद को निर्माण के समय से लेकर उसके उपयोगी जीवन के अंत तक ट्रैक किया जा सकता है। मशीन विज़न कोड की माँग के पीछे कॉम्पोनेंट ट्रेसेबिलिटी और उत्पाद की विशिष्ट पहचान (UID) की बढ़ती आवश्यकताएँ हैं। 9/11 के बाद निर्माताओं ने ट्रेसेबिलिटी स्थापित करने और उत्पादों से छेड़छाड़ व जालसाज़ी रोकने की रणनीतियाँ लागू करना शुरू किया। अमेरिकी रक्षा विभाग (DoD) ने सैन्य संपत्ति पर मानक पद्धति के रूप में MIL-STD-130 विकसित किया। DoD से आगे, ऑटोमोटिव, फार्मास्युटिकल, इलेक्ट्रॉनिक, पैकेजिंग और उपभोक्ता उत्पाद सहित वाणिज्यिक औद्योगिक उत्पादों के निर्माता भी इसी प्रकार के मानकों को तेज़ी से अपना रहे हैं।

मुख्य बिंदु

• समान डेटा वाले बारकोड की तुलना में Data Matrix कोड का आकार 1/10 से 1/100 होता है — जहाँ सतह का क्षेत्र सीमित हो, वहाँ यह महत्वपूर्ण है।
• प्रत्येक कोड का लगभग आधा भाग डिज़ाइन से ही रिडंडेंट होता है, जिससे सेल को हुई क्षति के पठनीयता को प्रभावित न करने की संभावना 50/50 रहती है।
• MIL-STD-130 ने मानक तय किया, और ऑटोमोटिव, फार्मास्युटिकल, इलेक्ट्रॉनिक्स और पैकेजिंग क्षेत्रों ने समकक्ष मानक अपनाए हैं।
• लगभग 25% मशीन विज़न कोड खराब रेज़ोल्यूशन गुणवत्ता के कारण गलत पढ़े जाते हैं — यह अधिकतर इंकजेट की सीमा है।
• ऑटोमोटिव अंडर-हुड ईंधन कॉम्पोनेंट पर 1/6-इंच का 2D कोड 150 मिलीसेकंड से कम में मार्क हो जाता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

मशीन विज़न कोड के लिए इंकजेट के बजाय लेज़र मार्किंग क्यों उपयोग करें?

रेज़ोल्यूशन और स्थायित्व के कारण। अस्थायी इंकजेट वह बारीक रेखा-किनारे का रेज़ोल्यूशन नहीं दे सकता जो मशीन विज़न को चाहिए, विशेषकर छोटे पार्ट पर, और विशेषज्ञों का मानना है कि लगभग 25% मशीन विज़न कोड खराब रेज़ोल्यूशन गुणवत्ता के कारण गलत पढ़े जाते हैं। अधिकांश स्याहियाँ पूर्व-उपचार के बाद भी निम्न सतह ऊर्जा वाले प्लास्टिक पर पर्याप्त रूप से चिपकती नहीं हैं।

बारकोड की तुलना में Data Matrix का क्या लाभ है?

आकार और मज़बूती। समान एन्कोड किए गए डेटा के लिए Data Matrix, बारकोड के आकार का 1/10 से 1/100 होता है। डेटा पूरे सिंबल में बिखरा होता है, इसलिए कोड लगभग आधा काला और आधा सफ़ेद होता है, जिससे सेल को हुई क्षति के पठनीयता को प्रभावित न करने की संभावना लगभग बराबर रहती है, और अंतर्निहित एरर करेक्शन सिंबल की क्षति से उबरने में मदद करता है।

क्या Data Matrix कोड बारकोड स्कैनर से पढ़े जा सकते हैं?

नहीं। सामान्यतः कोई स्वीप पैटर्न पूरे सिंबल को कवर नहीं कर सकता, इसलिए Data Matrix को लेज़र स्कैनर के बजाय कैमरा-कैप्चर डिवाइस से स्कैन करना पड़ता है।

डायरेक्ट पार्ट मार्किंग अपनाने का कारण क्या रहा?

ट्रेसेबिलिटी और विशिष्ट पहचान की आवश्यकताएँ। 9/11 के बाद निर्माताओं ने ट्रेसेबिलिटी स्थापित करने और छेड़छाड़ व जालसाज़ी रोकने की रणनीतियाँ लागू करना शुरू किया, और अमेरिकी रक्षा विभाग ने सैन्य संपत्ति पर मानक पद्धति के रूप में MIL-STD-130 विकसित किया। वाणिज्यिक क्षेत्रों ने समान मानक अपनाए।

एक छोटा 2D कोड वास्तव में कितना डेटा रख सकता है?

ऑटोमोटिव अंडर-हुड ईंधन कॉम्पोनेंट पर 150 मिलीसेकंड से कम में मार्क किया गया 1/6-इंच का कोड कॉम्पोनेंट की पूरी ट्रेसेबिलिटी रखता है — रेज़िन बैच, मोल्ड मशीन, तारीख, शिफ़्ट और समय, तथा असेंबली लीक टेस्ट के परिणाम।

डिजिटल बनाम एनालॉग मार्किंग/प्रिंटिंग प्रौद्योगिकियाँ

विशिष्ट पहचान की जानकारी वाली डायरेक्ट पार्ट मार्किंग के लिए लेज़र मार्किंग, इंकजेट और डॉट पीन जैसी “डिजिटल” प्रौद्योगिकी आवश्यक है। ध्यान दें कि इन-मोल्ड और हीट ट्रांसफ़र लेबलिंग दो-चरणीय प्रक्रियाएँ हैं जो लेज़र मार्किंग की तुलना में काफ़ी महँगी हैं और इस लेख में चर्चा का विषय नहीं हैं। कई त्रि-आयामी प्लास्टिक उत्पादों के लिए लेज़र पसंदीदा तरीका है, क्योंकि इस प्रक्रिया से उच्च-कंट्रास्ट, स्थायी मार्किंग मिलती है और महँगी उपभोग्य स्याही/सॉल्वेंट या पोस्ट-क्योरिंग की आवश्यकता नहीं होती। लेज़र सबसे छोटे आकार के मशीन विज़न कोड भी सटीकता से मार्क कर सकते हैं। यह माइक्रो-मार्किंग के लिए, और तब महत्वपूर्ण है जब किसी पार्ट या कॉम्पोनेंट पर अल्फ़ान्यूमेरिक, लोगो या योजनात्मक आरेख मार्क करने के लिए सतह का क्षेत्र सीमित हो। मज़बूत सिक्स-सिग्मा संचालन में मार्किंग के वास्तविक आकार और जटिलता चाहे जो हो, सभी उत्पादों का 100 प्रतिशत मनुष्य या मशीन विज़न द्वारा पढ़े जाने योग्य होना आवश्यक है।

एक उत्कृष्ट अनुप्रयोग उदाहरण कठोर परिवेश वाले अंडर-हुड ऑटोमोटिव ईंधन कॉम्पोनेंट और असेंबली, सामान्यतः एसीटल, नायलॉन और पॉलीएस्टर पॉलिमर, पर लेज़र से लगाए गए 2D Data Matrix कोड हैं (फ़ोटो 1)। 1/6” आकार का कोड 150 मिलीसेकंड से कम में मार्क हो जाता है। कोड में कॉम्पोनेंट पार्ट की पूरी ट्रेसेबिलिटी (रेज़िन बैच, मोल्ड-मशीन, तारीख-शिफ़्ट-समय और असेंबली लीक टेस्ट से) का डेटा होता है।

एक ऑटोमोटिव अधिकारी के शब्दों में, “हम जो अंडर-हुड एसीटल ईंधन कॉम्पोनेंट डिज़ाइन करते हैं, उनमें से कई आकार में छोटे होते हैं। स्वचालित असेंबली संचालन के अंत के पास, इन-लाइन लीक टेस्टिंग के बाद, महत्वपूर्ण जानकारी और Data Matrix कोड की स्थायी माइक्रो-मार्किंग उद्योग में बहुत मूल्यवान है। विशिष्ट पार्ट पहचान कार्य-प्रगति के आंतरिक इन्वेंटरी प्रबंधन में भी लाभ देती है।”

नॉन-कॉन्टैक्ट लेज़र मार्किंग और इंकजेट प्रक्रियाओं की तुलना में, “एनालॉग” स्याही ट्रांसफ़र पैड प्रिंटिंग और स्क्रीन प्रिंटिंग अधिकांश प्लास्टिक पर स्थायी मार्किंग या यूनिट-स्तर की विशिष्ट पहचान नहीं बना सकतीं।

इसके अलावा, इस प्रक्रिया से स्याही, टैम्पोन (पैड), क्लीशे (प्रिंटिंग प्लेट) और रसायनों की महँगी आवर्ती परिवर्ती लागत जुड़ी होती है। लेज़र मार्किंग बनाम इंकजेट की तुलना में स्याही और उपभोग्य सामग्री की लागत बचत समान है। अस्थायी इंकजेट बारीक रेखा-किनारे का रेज़ोल्यूशन नहीं दे सकता, जो मशीन विज़न के लिए, विशेषकर छोटे पार्ट पर, आवश्यक है। विशेषज्ञों का मानना है कि 25% मशीन विज़न कोड खराब रेज़ोल्यूशन गुणवत्ता के कारण गलत पढ़े जाते हैं। ध्यान रखें कि अधिकांश स्याहियाँ पूर्व-उपचार के बाद भी कई निम्न सतह ऊर्जा वाले प्लास्टिक पर पर्याप्त रूप से नहीं चिपकतीं। यह स्थिति डिजिटल और एनालॉग, दोनों स्याही प्रिंटिंग प्रक्रियाओं में मौजूद है।

मशीन विज़न कोड क्या हैं? मशीन-पठनीय (विज़न) कोड ऐसी जानकारी रखते हैं जिसे ऑप्टिकल स्कैनर या कैमरों की सहायता से पढ़ा जा सकता है। एक जाना-पहचाना उदाहरण एक-आयामी “बारकोड” है, जो जानकारी का ऐसा निरूपण है, सामान्यतः हल्की पृष्ठभूमि पर गहरे कंट्रास्ट के रूप में, जिससे उच्च और निम्न परावर्तन बनता है, जिसे 1 और 0 में बदला जाता है। बारकोड के सबसे आम प्रारूप डेटा को मुद्रित समानांतर रेखाओं (काली और सफ़ेद पट्टियों) की चौड़ाई और अंतराल में संग्रहीत करते हैं।

हालाँकि आधुनिक बारकोड योजनाएँ ASCII कैरेक्टर सेट समाहित कर सकती हैं, फिर भी कुछ विनिर्माण में कहीं अधिक उन्नत मशीन विज़न कोड चाहिए। कम स्थान में अधिक जानकारी एन्कोड करने की निरंतर आवश्यकता ने द्वि-आयामी “Data Matrix” कोड के विकास को जन्म दिया। Data Matrix कोड को लेज़र (जो बारकोड में उपयोग होता है) से नहीं पढ़ा जा सकता, क्योंकि सामान्यतः कोई स्वीप पैटर्न पूरे सिंबल को कवर नहीं कर सकता। Data Matrix कोड को कैमरा-कैप्चर डिवाइस से स्कैन करना पड़ता है। 2D Data Matrix एक क्रांतिकारी मशीन-पठनीय कोड है, जिसे विशेष रूप से बारकोड की सीमाओं को दूर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। चित्र 1 में 2D कोड (Data Matrix और QR) और बारकोड के अंतर दर्शाए गए हैं।

2D Data Matrix कोड छोटे पार्ट की मार्किंग के लिए आदर्श हैं और कठोर औद्योगिक परिवेश में टिके रहने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। समान एन्कोड किए गए डेटा के लिए Data Matrix कोड का आकार बारकोड का 1/10 से 1/100 होता है। पार्ट पर बहुत कम स्थान में उत्पाद ट्रेसेबिलिटी के लिए महत्वपूर्ण विनिर्माण डेटा समाहित हो सकता है। प्रत्येक कोड लगभग आधा काला और आधा सफ़ेद होता है, जिससे सेल को हुई क्षति के पठनीयता को प्रभावित न करने की संभावना 50/50 रहती है। Data Matrix की उच्च रिडंडेंसी (डेटा पूरे सिंबल में बिखरा होता है) और मुद्रण दोषों के प्रति प्रतिरोध इसे अत्यंत विश्वसनीय बनाते हैं। एल्गोरिद्म में निर्मित एरर करेक्शन योजनाएँ सिंबल की क्षति से उबरने की क्षमता को बेहतर बनाती हैं। तालिका 1 देखें।

लेज़र एडिटिव्स

निकट-अवरक्त लेज़र एडिटिव्स कंट्रास्ट की मात्रा बढ़ाते हैं, जिसे लेज़र सेटअप पैरामीटर बदलकर और तीव्र किया जा सकता है। पॉलिमर में “गहरे रंग” या “हल्के रंग” का मार्किंग कंट्रास्ट देने की अंतर्निहित विशेषताएँ होती हैं। टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO2) और कार्बन ब्लैक की कम मात्रा वाले कुछ कलरेंट यौगिक भी लेज़र प्रकाश को अवशोषित कर सकते हैं और कुछ मामलों में मार्किंग कंट्रास्ट बेहतर करते हैं। प्रत्येक पॉलिमर ग्रेड, एक ही पॉलिमर परिवार के भीतर भी, अलग परिणाम दे सकता है। एडिटिव फ़ॉर्मूलेशन विषैले नहीं होने चाहिए और उत्पादों के स्वरूप या भौतिक अथवा कार्यात्मक गुणों पर प्रतिकूल प्रभाव नहीं डालने चाहिए।

इंक प्रिंटिंग प्रक्रियाओं (पैड/स्क्रीन प्रिंटिंग और इंकजेट) की तुलना में लेज़र एडिटिव्स लागत बचाते हैं और अनुकूलित न की गई सामग्री की तुलना में 20 प्रतिशत और उससे तेज़ मार्किंग गति दिखा सकते हैं। लेज़र एडिटिव्स पेलेट ग्रैन्यूल और पाउडर रूप में उपलब्ध कराए जाते हैं। ग्रैन्यूल उत्पादों को सीधे पॉलिमर रेज़िन के साथ मिलाया जा सकता है, जबकि पाउडर रूप को मास्टरबैच में बदला जाता है। अधिकांश पॉलिमर में आसानी से फैल जाते हैं। एडिटिव और पॉलिमर के आधार पर (अंतिम पार्ट में) भार के अनुसार लोडिंग सांद्रता 0.01 से 4.0 प्रतिशत के बीच होती है।

कुछ एडिटिव्स में एंटीमनी-डोप्ड टिन ऑक्साइड और एंटीमनी ट्राइऑक्साइड के मिश्रण होते हैं, जो प्राकृतिक (बिना रंग वाले) सब्सट्रेट की अपारदर्शिता को “धूसर” आभा दे सकते हैं। अन्य एडिटिव्स में एल्युमिनियम कण, मिश्रित धातु ऑक्साइड और स्वामित्व वाले यौगिक हो सकते हैं। अंतिम कलर-मैच स्वरूप पाने के लिए पिगमेंट और डाई से रंग समायोजन किया जाता है। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध विशिष्ट एडिटिव्स (जिन्हें लेज़र वेल्डिंग के लिए भी उपयोग किया जाता है) को 21 CFR 178.3297 – पॉलिमर के लिए कलरेंट की शर्तों A-H के अंतर्गत खाद्य संपर्क और खाद्य पैकेजिंग उपयोग के लिए FDA अनुमोदन प्राप्त है। यूरोपीय संघ के लिए भी समान अनुपालन कथन उपलब्ध हैं। प्रमाणन शर्तें पॉलिमर प्रकार, लोडिंग स्तर सीमा और प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष संपर्क के अनुसार विशिष्ट होती हैं। “अंतिम पार्ट” में मिलाए गए FDA-अनुमोदित एडिटिव्स की आगे की योग्यता जाँच से मेडिकल उपकरणों की बायोकम्पैटिबिलिटी हासिल की जा सकती है।

Ytterbium फाइबर लेज़र प्रौद्योगिकी

लेज़र प्रौद्योगिकी में सुधार FDA-अनुमोदित लेज़र एडिटिव्स की नवीनतम पीढ़ी के तेज़ विकास में सहायक रहे हैं। नैनोसेकंड ytterbium फाइबर लेज़र का उदय मार्किंग, वेल्डिंग और कटिंग की सबसे महत्वपूर्ण प्रगतियों में से एक है। मूल रूप से, फाइबर लेज़र अन्य डायोड-पंप्ड सॉलिड-स्टेट (DPSS) मार्किंग लेज़र से भिन्न होते हैं। फाइबर लेज़र में लेज़र बीम उत्पन्न करने वाला सक्रिय माध्यम एक विशेष फाइबर-ऑप्टिक केबल के भीतर फैला होता है। फाइबर-डिलीवर्ड लेज़र के विपरीत, बीम का पूरा पथ बीम डिलीवरी ऑप्टिक्स तक फाइबर-ऑप्टिक केबल के भीतर ही होता है। यह ऑल-फाइबर संरचना काफ़ी हद तक इन लेज़र की विश्वसनीयता और मज़बूती के लिए ज़िम्मेदार है, जो उनके तेज़ विकास का कारण है।

Nd:YAG लेज़र की तुलना में फाइबर लेज़र उत्कृष्ट बीम गुणवत्ता (M2) और ब्राइटनेस देते हैं। उत्कृष्ट बीम गुणवत्ता वाले लेज़र को छोटे स्पॉट आकार पर फ़ोकस किया जा सकता है, जिससे ऊर्जा घनत्व अधिक होता है। 1mJ तक पल्स ऊर्जा और उच्च पावर डेंसिटी वाले फ़िक्स्ड- और परिवर्तनीय-पल्स मास्टर ऑसिलेटर पावर एम्प्लीफ़ायर (MOPA) फाइबर लेज़र ऐसे कई पॉलिमर को मार्क कर सकते हैं जिन्हें ऐतिहासिक रूप से कठिन माना जाता था। वैनाडेट लेज़र में भी छोटा M2 मान होता है, और उनकी पल्स चौड़ाई फ़िक्स्ड फाइबर और YAG लेज़र से कम होती है। पल्स अवधि सामग्री में ऊष्मा और कार्बनीकरण की मात्रा को प्रभावित करती है। छोटी पल्स, सामान्यतः <40ns, संवेदनशील पॉलिमरिक सामग्री के प्रसंस्करण के समय अधिक नियंत्रित ऊर्जा इनपुट संभव बनाती हैं। ये पल्स सामग्री की सीमाएँ पार करने के लिए पीक पावर बनाए रखती हैं, लेकिन स्थानीय ऊष्मीय क्षति घटाने के लिए उनकी पल्स ऊर्जा कम होती है।

अनुप्रयोग विकास अत्यंत विशिष्ट होता है, क्योंकि कोई सार्वभौमिक लेज़र समाधान नहीं है। लघु पल्स अवधि वाले MOPA लेज़र संवेदनशील FDA-अनुमोदित रासायनिक एडिटिव्स के प्रदर्शन का पूरा लाभ उठा सकते हैं। लेज़र ऊष्मा इनपुट और ऊष्मा इनपुट की दर पर स्थानिक व कालिक स्तर का स्थानीय नियंत्रण अधिकतम प्रदर्शन संभव बनाता है। कौन-सा लेज़र प्रकार जोड़ना है, इसका चयन इस पर निर्भर करता है कि लेज़र की आउटपुट विशेषताएँ अनुकूलित पॉलिमर सामग्री के साथ कैसे पारस्परिक क्रिया करती हैं।

लेज़र उपकरण प्रणालियाँ

लेज़र निर्माता अपने सिस्टम में जो हार्डवेयर और सॉफ़्टवेयर घटक लगाता है, उनसे मार्किंग कंट्रास्ट, गुणवत्ता और गति में उल्लेखनीय अंतर पड़ता है। एक प्रमुख विशेषता मार्क की सतह पर पावर डेंसिटी (W/cm²) है (जो लेज़र की कच्ची आउटपुट पावर से भिन्न है)। लेज़र बीम का आउटपुट मोड मार्किंग प्रदर्शन के लिए निर्णायक है। ये आउटपुट मोड बीम डायवर्जेंस और लेज़र बीम के व्यास में पावर वितरण जैसे कारकों से संबंधित हैं।

पावर डेंसिटी फ़ोकस्ड लेज़र स्पॉट के आकार का फ़ंक्शन है। किसी भी दी गई फ़ोकल लंबाई के लेंस और लेज़र तरंगदैर्घ्य के लिए फ़ोकस्ड लेज़र स्पॉट का आकार लेज़र बीम डायवर्जेंस का फ़ंक्शन है, जिसे लेज़र कॉन्फ़िगरेशन, मोड-सिलेक्टिंग अपर्चर आकार और अपकॉलिमेटर (बीम एक्सपैंडर) मैग्निफ़िकेशन नियंत्रित करते हैं। पल्स रिपीटिशन रेट और पीक पावर डेंसिटी मार्क बनाने तथा इष्टतम कंट्रास्ट और गति प्राप्त करने के महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं। पावर बनाम पल्स रिपीटिशन रेट के अंकगणितीय वक्र व्युत्क्रमानुपाती होते हैं। कम आवृत्ति पर उच्च पीक पावर सतह का तापमान तेज़ी से बढ़ाती है और सब्सट्रेट में न्यूनतम ऊष्मा पहुँचाते हुए सामग्री को वाष्पित कर देती है। जैसे-जैसे पल्स रिपीटिशन बढ़ता है, कम पीक पावर से वाष्पीकरण न्यूनतम होता है, लेकिन ऊष्मा अधिक चालित होती है। मार्किंग कंट्रास्ट और गुणवत्ता को प्रभावित करने वाले अन्य योगदान देने वाले कारक, बेशक, बीम वेलोसिटी और वेक्टर रेखाओं के बीच की दूरी हैं।

निष्कर्ष

आधुनिक मशीन-विज़न सिस्टम केवल स्टैंड-अलोन निरीक्षण उपकरण नहीं हैं। बल्कि उन्हें सांख्यिकीय गुणवत्ता नियंत्रण मेट्रिक्स कार्यक्रमों सहित सिक्स-सिग्मा विनिर्माण संचालन में एकीकृत किया जाता है। उन्नत सिस्टम में आर्टिफ़िशियल इंटेलिजेंस होती है, जो लेज़र और मशीन-विज़न कोड के दायरे को और बढ़ाती है। लेज़र मार्किंग का यह शक्तिशाली संयोजन प्रक्रिया फ़ीडबैक और त्रुटि-निवारण देकर लगभग शून्य दोष वाले उत्पादों की सफलता के लिए निर्णायक माना जाता है।

Scott R. Sabreen, The Sabreen Group, Inc. के संस्थापक और अध्यक्ष हैं, जो प्लास्टिक द्वितीयक प्रसंस्करण — लेज़र मार्किंग, सतह पूर्व-उपचार, बंधन, डेकोरेटिंग व फिनिशिंग और उत्पाद सुरक्षा — में विशेषज्ञता रखने वाली इंजीनियरिंग कंपनी है। Sabreen 30 से अधिक वर्षों से अग्रणी तकनीकों का विकास और विनिर्माण समस्याओं का समाधान कर रहे हैं। उनसे 972.820.6777 पर या www.sabreen.com अथवा www.plasticslasermarking.com पर संपर्क किया जा सकता है।

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