उत्पाद सुरक्षा और ट्रेसेबिलिटी के लिए लेज़र मार्किंग और मशीन विज़न कोड

उत्पाद सुरक्षा और ट्रेसेबिलिटी के लिए लेज़र मार्किंग और मशीन विज़न कोड

मशीन विज़न कोड वाली स्थायी डायरेक्ट पार्ट मार्किंग की औद्योगिक विनिर्माण आवश्यकता तेज़ी से बढ़ रही है। डायरेक्ट पार्ट मार्किंग से किसी उत्पाद को निर्माण के समय से लेकर उसके उपयोगी जीवन के अंत तक ट्रैक किया जा सकता है। इस माँग के पीछे कॉम्पोनेंट ट्रेसेबिलिटी और उत्पाद की विशिष्ट पहचान (UID) की बढ़ती आवश्यकताएँ हैं। 9/11 के बाद निर्माता ट्रेसेबिलिटी स्थापित करने और उत्पादों से छेड़छाड़ व जालसाज़ी रोकने की रणनीतियाँ अपना रहे हैं। अमेरिकी रक्षा विभाग (DoD) के पास सैन्य संपत्ति के लिए मानक पद्धति के रूप में MIL-STD-130M है। DoD की सैन्य आवश्यकताओं से आगे, ऑटोमोटिव, पैकेजिंग, फार्मास्युटिकल, इलेक्ट्रॉनिक और उपभोक्ता उत्पाद जैसे क्षेत्रों के वाणिज्यिक औद्योगिक उत्पादों के निर्माता भी इसी प्रकार के मानकों को तेज़ी से अपना रहे हैं।

विशिष्ट पहचान की जानकारी वाली डायरेक्ट पार्ट मार्किंग के लिए इंकजेट, डॉट पीन और लेज़र मार्किंग जैसी डिजिटल प्रोसेस टेक्नोलॉजी आवश्यक है। 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 की लागत या पोस्ट-क्योरिंग की आवश्यकता नहीं होती। इसके अलावा, लेज़र सबसे छोटे आकार के मशीन विज़न कोड भी मार्क कर सकते हैं। यह माइक्रो-मार्किंग के लिए, या 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 विनिर्माण संचालन में मार्किंग के आकार और विवरण की जटिलता चाहे जो हो, सभी उत्पादों का 100 प्रतिशत मनुष्य या मशीन विज़न द्वारा पढ़े जाने योग्य होना आवश्यक है।

मुख्य बिंदु

• डायरेक्ट पार्ट मार्किंग उत्पाद को निर्माण से लेकर जीवन के अंत तक ट्रैक करती है, और विशिष्ट पहचान के लिए यही आवश्यक है।
• MIL-STD-130M DoD का मानक है, और ऑटोमोटिव से लेकर पैकेजिंग तक वाणिज्यिक क्षेत्रों ने भी इसका अनुसरण किया है।
• समान एन्कोड किए गए डेटा के लिए Data Matrix, बारकोड के आकार का 1/10 से 1/100 होता है।
• रिडंडेंसी को डिज़ाइन में ही शामिल किया गया है। डेटा पूरे सिंबल में बिखरा होता है, और क्षति से उबरने के लिए एरर करेक्शन मौजूद है।
• ऑटोमोटिव अंडर-हुड ईंधन कॉम्पोनेंट पर चौथाई इंच का कोड लगभग 200 मिलीसेकंड में मार्क हो जाता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

मशीन विज़न कोड क्या है?

यह कोडित जानकारी है जिसे ऑप्टिकल स्कैनर या कैमरे पढ़ते हैं। जाना-पहचाना एक-आयामी बारकोड डेटा को हल्की पृष्ठभूमि पर गहरे कंट्रास्ट के रूप में दर्शाता है, जिससे उच्च और निम्न परावर्तन बनता है जिसे 1 और 0 में बदला जाता है, और डेटा समानांतर रेखाओं की चौड़ाई और अंतराल में संग्रहीत होता है। नए पैटर्न में बिंदु, संकेंद्री वृत्त और चित्रों के भीतर छिपे टेक्स्ट का उपयोग होता है।

छोटे पार्ट पर बारकोड के बजाय Data Matrix क्यों उपयोग करें?

आकार और मज़बूती के कारण। समान एन्कोड किए गए डेटा के लिए Data Matrix, बारकोड के आकार का केवल 1/10 से 1/100 होता है, इसलिए पार्ट की बहुत कम सतह पर महत्वपूर्ण विनिर्माण डेटा समाहित हो जाता 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, और एरर करेक्शन दोषों से उबरने में मदद करता है।

ट्रेसेबिलिटी के लिए आमतौर पर कौन-से प्लास्टिक मार्क किए जाते हैं?

एसीटल, नायलॉन, पॉलीओलेफ़िन, पॉलीकार्बोनेट, पॉलीएस्टर और स्टाइरीनिक्स — ये सभी रासायनिक रूप से निष्क्रिय, अध्रुवीय और निम्न सतह ऊर्जा वाली सामग्री हैं, और इसी कारण स्याही-आधारित प्रक्रियाओं की तुलना में लेज़र मार्किंग को प्राथमिकता दी जाती है, जिनमें पूर्व-उपचार और क्योरिंग आवश्यक होती है।

अंडर-हुड ऑटोमोटिव कोड में कौन-सा डेटा होता है?

कॉम्पोनेंट की पूरी ट्रेसेबिलिटी: रेज़िन बैच, मोल्ड मशीन, तारीख, शिफ़्ट और समय, तथा असेंबली लीक टेस्ट के परिणाम। चौथाई इंच का कोड लगभग 200 मिलीसेकंड में मार्क हो जाता है।

डायरेक्ट पार्ट मार्किंग में वृद्धि 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 कीं; MIL-STD-130M रक्षा विभाग की मानक पद्धति है, और वाणिज्यिक निर्माता समकक्ष मानक अपना रहे हैं।

मशीन विज़न कोड क्या हैं?

मशीन-पठनीय (विज़न) कोड ऐसी कोडित जानकारी हैं जिन्हें 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, बिंदुओं, संकेंद्री वृत्तों के नए पैटर्न और चित्रों के भीतर छिपे टेक्स्ट कोड भी उपयोग किए जाते हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका में UPC (यूनिवर्सल प्रोडक्ट कोड) खुदरा और उपभोक्ता उत्पादों में बारकोड का सबसे प्रसिद्ध और व्यापक उपयोग है।

हालाँकि आधुनिक बारकोड योजनाएँ ASCII कैरेक्टर सेट समाहित कर सकती हैं, फिर भी विनिर्माण क्षेत्रों, इलेक्ट्रॉनिक, एयरोस्पेस, ऑटोमोटिव, फार्मास्युटिकल आदि में ऐसी आवश्यकताएँ हैं जिनमें 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। इन्हें 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 Data Matrix और बारकोड के अंतर दर्शाए गए हैं।

2D कोड और बारकोड की तुलना

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 केवल 1/10 से 1/100 होता है। इसलिए पार्ट पर बहुत कम स्थान चाहिए, जिसमें 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। चित्र 2 में Data Matrix कोड और बारकोड की तुलना की गई है।

लेज़र मार्किंग

यह खंड त्रि-आयामी प्लास्टिक-निर्मित कॉम्पोनेंट पार्ट और असेंबली (जिनमें एसीटल, नायलॉन, पॉलीओलेफ़िन, पॉलीकार्बोनेट, पॉलीएस्टर, स्टाइरीनिक्स आदि शामिल हैं) पर 2D Data Matrix कोड के उपयोग पर केंद्रित है। ये प्लास्टिक रासायनिक रूप से निष्क्रिय और अध्रुवीय होते हैं तथा इनकी सतह ऊर्जा कम होती है। डायरेक्ट पार्ट मार्किंग के लिए Nd:YAG लेज़र, इंकजेट जैसी स्याही-आधारित प्रक्रियाओं की तुलना में लाभ देते हैं, जिनमें सतह पूर्व-उपचार और क्योरिंग आवश्यक होती है। 1064nm तरंगदैर्घ्य (निकट अवरक्त स्पेक्ट्रम) वाले बीम-स्टीयर्ड Nd:YAG लेज़र (“YAG”) अपनी उत्सर्जन तरंगदैर्घ्य, पावर प्रदर्शन और बहुमुखी उपयोगिता के कारण लेज़र मार्किंग उद्योग में लोकप्रिय हैं। इसके परिणामस्वरूप मार्किंग की गति अधिक, गुणवत्ता बेहतर और उत्पादन अधिक मिलता है।

संदर्भ के लिए, कंटिन्युअस वेव (CW) CO₂ लेज़र 10.6 µm तरंगदैर्घ्य (सुदूर अवरक्त स्पेक्ट्रम) पर कार्य करते हैं। CO₂ लेज़र, YAG लेज़र की तुलना में काफ़ी कम पीक पावर उत्पन्न करते हैं, इसलिए वे अधिकांश प्लास्टिक पर उच्च-कंट्रास्ट मार्किंग नहीं बना सकते। ध्यान दें, CO₂ लेज़र आमतौर पर लेबल, पेपर-स्टॉक और स्याही एब्लेशन पर बारकोड और मैट्रिक्स कोड मार्क करने के लिए उपयोग होते हैं।

लेज़र मार्किंग की प्रक्रिया में पॉलिमर को स्थानीय उच्च-ऊर्जा विकिरण स्रोत (लेज़र) से विकिरणित किया जाता है। विकिरण ऊर्जा को सामग्री अवशोषित करती है और वह ऊष्मीय ऊर्जा में बदल जाती है। यह ऊष्मीय ऊर्जा सामग्री में अभिक्रियाएँ उत्पन्न करती है। सभी बीम-स्टीयर्ड YAG लेज़र एक समान नहीं होते।

लेज़र निर्माता अपने सिस्टम में जो हार्डवेयर और सॉफ़्टवेयर घटक लगाता है, उनसे मार्किंग की गुणवत्ता और गति में उल्लेखनीय अंतर पड़ता है। एक प्रमुख विशेषता मार्क की सतह पर पावर डेंसिटी (वाट/cm²) है (जो लेज़र की कच्ची आउटपुट पावर से भिन्न है)। बीम-स्टीयर्ड Nd:YAG लेज़र मार्कर (आर्क लैंप और डायोड प्रकाश स्रोत) उच्च-गति कंप्यूटर-नियंत्रित गैल्वेनोमीटर पर लगे दर्पणों का उपयोग करते हैं, जो लेज़र बीम को मार्क की जाने वाली सतह पर निर्देशित करते हैं, ठीक वैसे जैसे कागज़ पर पेंसिल से लिखा जाता है। प्रत्येक गैल्वेनोमीटर, एक Y-अक्ष पर और एक X-अक्ष पर, मार्किंग क्षेत्र के भीतर बीम की गति प्रदान करता है। फ़्लैट-फ़ील्ड लेंस असेंबली लेज़र प्रकाश को फ़ोकस करके सब्सट्रेट की सतह पर उच्च पावर डेंसिटी प्राप्त करती है। चित्र 3 में कंप्यूटर-नियंत्रित गैल्वेनोमीटर वाला ऑप्टिकल बीम डिलीवरी सिस्टम दिखाया गया है।

लेज़र बीम का आउटपुट मोड मार्किंग प्रदर्शन के लिए निर्णायक है। निर्माता लेज़र को मल्टी-मोड, TEM00 (ट्रांसवर्स इलेक्ट्रोमैग्नेटिक मोड) या इनके बीच के किसी भी मोड में, जिनमें निम्न-क्रम मोड भी शामिल है, उपलब्ध करा सकते हैं। ये आउटपुट मोड बीम डायवर्जेंस और लेज़र बीम के व्यास में पावर वितरण जैसे कारकों से संबंधित हैं। निम्न-क्रम और TEM00-मोड लेज़र, Data Matrix और बारकोड, सिंगल-स्ट्रोक अल्फ़ान्यूमेरिक, भरे हुए ट्रू-टाइप फ़ॉन्ट और जटिल ग्राफ़िक्स की उच्च-गति वेक्टर मार्किंग के लिए विशेष रूप से उपयुक्त हैं, क्योंकि वे छोटा फ़ोकस्ड स्पॉट बना सकते हैं, जिससे स्पष्ट किनारों वाली अत्यंत पतली रेखा मिलती है।

पावर डेंसिटी फ़ोकस्ड लेज़र स्पॉट के आकार का फ़ंक्शन है। किसी भी दी गई फ़ोकल लंबाई के लेंस और लेज़र तरंगदैर्घ्य के लिए फ़ोकस्ड 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 (एकौस्टो-ऑप्टिक Q-स्विच द्वारा) और पीक पावर डेंसिटी मार्क बनाने तथा इष्टतम कंट्रास्ट और गति प्राप्त करने के महत्वपूर्ण पैरामीटर 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। बीम वेलोसिटी (गति) भी एक महत्वपूर्ण कारक है।

लेज़र एडिटिव्स का उपयोग मशीन विज़न कोड के कंट्रास्ट को बेहतर और अनुकूलित करेगा तथा मार्किंग साइकिल समय घटाएगा। ये कारक अंततः लागत बचाते हैं और विनिर्माण उत्पादन बढ़ाते हैं। मटेरियल साइंस समाधान किफ़ायती और उपयोग में आसान हैं, और उचित फ़ॉर्मूलेशन होने पर पॉलिमर उत्पादों के भौतिक और रासायनिक गुणों पर इनका कोई हानिकारक प्रभाव नहीं पड़ता।

अनुप्रयोग

एक उत्कृष्ट अनुप्रयोग उदाहरण कठोर परिवेश वाले अंडर-हुड ऑटोमोटिव ईंधन कॉम्पोनेंट और असेंबली (सामान्यतः एसीटल, नायलॉन और पॉलीएस्टर) पर लेज़र से लगाए गए 2D Data Matrix कोड हैं। जैसा कि पृष्ठ 32 पर उदाहरण A में दिखाया गया है, ¼ इंच आकार का कोड लगभग 200 मिलीसेकंड 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। एसीटल की लेज़र मार्किंग में नई तकनीकी प्रगति उत्पाद सीरियलाइज़ेशन और ट्रेसेबिलिटी के दायरे को और विस्तृत करती है। उदाहरण B: 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 (W.I.P.) के आंतरिक इन्वेंटरी प्रबंधन में भी लाभ देती है।”

आधुनिक मशीन-विज़न सिस्टम केवल स्टैंड-अलोन निरीक्षण उपकरण नहीं हैं। बल्कि उन्हें सांख्यिकीय गुणवत्ता नियंत्रण मेट्रिक्स कार्यक्रमों सहित सिक्स-सिग्मा संपूर्ण 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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