DataMatrix-Laserbeschriftung: Größe, Kontrast und Lesbarkeit
DataMatrix ist ein zweidimensionaler Codestandard, der eine hohe Datenkapazität auf kleinem Raum ermöglicht. Er wird häufig für die Rückverfolgbarkeit von Automobilbauteilen, die UDI-Kennzeichnung von Medizinprodukten, die Identifikation elektronischer Komponenten und die Bauteilkennzeichnung in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt. Wird der Code mittels Laser direkt auf das Werkstück aufgebracht (DPM – Direct Part Marking), entsteht eine über die gesamte Lebensdauer des Produkts lesbare Kennzeichnung, ohne dass Etiketten, Farbe oder Tinte erforderlich sind.
Der Erfolg bei der DataMatrix-Laserbeschriftung besteht nicht darin, dass der Code auf der Oberfläche lediglich "sichtbar" ist, sondern darin, dass er von Lesegeräten in der Produktionslinie und im späteren Einsatz zuverlässig "gelesen" werden kann. Dafür müssen Zellengröße, Kontrast, Ruhezone, Modulgleichmäßigkeit und Oberflächenbeschaffenheit aufeinander abgestimmt werden. Dieser Artikel erläutert die wichtigsten Parameter der DataMatrix-Laserbeschriftung und die Faktoren, die die Lesbarkeit beeinflussen.
Die Rückverfolgbarkeitslösungen und Laserbeschriftungsmaschinen von Venox ermöglichen die Integration der DataMatrix-Codierung in die Produktionsdaten. Sie können einen Mustertest anfordern, um die gewünschte Codegröße und Lesbarkeit auf Ihrem Werkstück zu überprüfen.
Aufbau des DataMatrix-Codes und Parameter der Laserbeschriftung
Symbolgröße und Anzahl der Zellen (Module)
Ein DataMatrix-Code besteht aus einer Matrix quadratischer Zellen. Mit zunehmender Datenmenge steigt die Anzahl der Zellen in der Matrix von 10×10 bis auf 144×144. Bei der Laserbeschriftung ergibt sich die physische Größe des Codes aus der Anzahl der Zellen multipliziert mit der Größe einer einzelnen Zelle. Beispielsweise nimmt ein 16×16-Code mit einer Zellengröße von 0,25 mm eine Fläche von ungefähr 4 × 4 mm ein. Wenn der Codeinhalt unnötig lang ist, erhöht sich die Anzahl der Zellen, wodurch bei gleichbleibender Gesamtfläche die Zellengröße abnimmt. Dies beeinträchtigt die Lesbarkeit.
Zellengröße und Laserstrahldurchmesser
Jede Zelle muss gleichmäßig ausgefüllt oder vollständig frei sein. Ist der Laserstrahldurchmesser im Verhältnis zur Zellengröße zu groß, können benachbarte Zellen ineinander übergehen. Ist er zu klein, können innerhalb der Zellen Lücken entstehen. Bei Faserlasern hängt der Strahldurchmesser von der Objektivauswahl ab: Ein Objektiv mit einem Beschriftungsfeld von 110 mm ermöglicht einen kleineren Fokusdurchmesser und feinere Zellen, während Objektive mit größeren Beschriftungsfeldern für Codes mit größeren Zellen geeignet sind. In der Praxis liefert eine Zellengröße, die mindestens dem 2–3-Fachen des Laserstrahldurchmessers entspricht, gleichmäßige Ergebnisse.
Methoden zur Kontrasterzeugung
Der Laser erzeugt den DataMatrix-Kontrast durch unterschiedliche Verfahren: dunkle Zellen durch thermische Verfärbung auf Edelstahl und Titan; helle Zellen durch Oberflächengravur auf Aluminium; Freilegung der darunterliegenden Materialfarbe durch Entfernen der Beschichtung auf eloxierten und lackierten Oberflächen; Farbveränderung oder Aufschäumen bei Kunststoffen. Die Wahl des geeigneten Verfahrens hängt vom Material ab und muss mit der Beleuchtungsart des Codelesegeräts kompatibel sein.
Ruhezone und Positionierung
Um den Code muss ein freier Bereich (Ruhezone) von mindestens einer Zellenbreite eingehalten werden. Wird der Code zu nah an einer Kante, einer Bohrung, einer Schweißnaht oder einer strukturierten Oberfläche positioniert, kann das Lesegerät das Symbol nur schwer erkennen. Bei gekrümmten Oberflächen müssen die Codeabmessungen entsprechend dem Krümmungsradius begrenzt werden, um Verzerrungen in Krümmungsrichtung zu vermeiden.
| Parameter | Auswirkung | Praktische Empfehlung |
|---|---|---|
| Zellengröße | Lesegerätauflösung und Abstimmung auf den Laserstrahl | Mindestens das 2–3-Fache des Strahldurchmessers |
| Symbolgröße | Platzbedarf und Leseabstand | Dateninhalt möglichst kurz halten |
| Kontrast | Leserate | Materialgerechtes Verfahren, Überprüfung durch Tests |
| Ruhezone | Erkennung des Symbols | Mindestens 1 Zelle, vorzugsweise mehr |
| Modulgleichmäßigkeit | Qualitätsklasse | Kontrolle des Abstands der Fülllinien und der Fokussierung |
| Oberflächenbeschaffenheit | Reflexionen und Bildrauschen | Öl, Rost und Grate entfernen |
Lesbarkeit von DataMatrix-Codes sicherstellen und überprüfen
Normen zur Qualitätsbewertung
Direkt auf Werkstücke aufgebrachte DataMatrix-Codes werden gemäß ISO/IEC 29158 (AIM DPM) bewertet, während für Codes auf Etiketten die Norm ISO/IEC 15415 verwendet wird. Bei der Qualitätsbewertung werden Kriterien wie Kontrast, Modulgleichmäßigkeit, axiale Ungleichmäßigkeit, Beschädigung fester Muster und ungenutzte Fehlerkorrektur mit Qualitätsgraden von A bis F bewertet. In der Automobil- und Medizintechnikbranche verlangen Kunden häufig einen Mindestqualitätsgrad (beispielsweise C oder B). Daher sollten die Beschriftungsparameter mit einem Codeprüfgerät überprüft werden.
Fehlerkorrekturfähigkeit
Der DataMatrix-ECC-200-Standard beinhaltet die Reed-Solomon-Fehlerkorrektur, wodurch der Code auch dann lesbar bleiben kann, wenn ein Teil davon beschädigt ist. Diese Fähigkeit sollte jedoch nicht als Rechtfertigung dafür dienen, bereits während der Produktion Codes mit geringer Qualität zu erzeugen. Die Fehlerkorrekturreserve sollte für Kratzer, Verschleiß und Verschmutzungen vorgesehen werden, die während der Lebensdauer des Produkts auftreten können.
Kompatibilität von Lesegerät und Beleuchtung
Laserbeschriftete Codes, insbesondere solche, die durch Gravur erzeugt werden, können bei gleichmäßiger direkter Beleuchtung einen geringen Kontrast aufweisen. DPM-Lesegeräte mit flachwinkliger Beleuchtung (Dunkelfeldbeleuchtung bzw. Dark Field) oder Kuppelbeleuchtung können diese Codes wesentlich zuverlässiger lesen. Das Lesegerät und das Beleuchtungssystem der Produktionslinie sollten gemeinsam mit dem Beschriftungsverfahren ausgewählt werden. Beim Mustertest sollte die Lesbarkeit mit dem tatsächlich in der Produktionslinie verwendeten Lesegerät überprüft werden.
Beständigkeit und nachfolgende Bearbeitungsprozesse
Wenn das Werkstück nach der Codebeschriftung lackiert, beschichtet, wärmebehandelt oder sandgestrahlt wird, können diese Prozesse den Kontrast verändern. Die Beschriftungstiefe und das Verfahren sollten unter Berücksichtigung der nachfolgenden Bearbeitungsschritte festgelegt werden. Bei einigen Anwendungen wird der Code erst nach diesen Prozessen aufgebracht, während bei anderen Anwendungen eine Tiefengravur vor der weiteren Bearbeitung eingesetzt wird, um die Kennzeichnung zu erhalten.
Checkliste für DataMatrix-Mustertests
- Modulgleichmäßigkeit und Füllqualität bei der angestrebten Zellengröße.
- Leserate mit dem tatsächlich verwendeten Lesegerät und Beleuchtungssystem.
- Ergebnis der Qualitätsbewertung gemäß ISO/IEC 29158.
- Symbolverzerrung auf gekrümmten Oberflächen.
- Lesbarkeit nach nachfolgenden Bearbeitungsprozessen (Lackierung, Beschichtung, Wärmebehandlung).
- Bearbeitungszeit pro Code und Einhaltung der angestrebten Zykluszeit.
Validieren Sie Ihre DataMatrix-Anwendung mit Venox
Die DataMatrix-Laserbeschriftung ermöglicht bei Verwendung der richtigen Parameter eine äußerst zuverlässige Rückverfolgbarkeit. Allerdings müssen Codegröße, Kontrasterzeugungsverfahren und Lesegerätekompatibilität für jedes Material und jede Geometrie separat bewertet werden. Sie können einen Mustertest anfordern, indem Sie uns Ihr Werkstück, den gewünschten Codeinhalt und den von Ihrem Kunden geforderten Qualitätsgrad mitteilen.
Entdecken Sie die Laserbeschriftungssysteme von Venox und nehmen Sie Kontakt mit Venox auf, um einen DataMatrix-Anwendungstest oder ein Angebot anzufordern.
