Wie klein kann ein Laser-Datamatrix-Code wirklich sein?
Es gibt eine Frage, die in Gesprächen über Kennzeichnung immer wieder auftaucht: Wie klein kann ein Datamatrix-Code tatsächlich sein und trotzdem noch funktionieren?
Nicht „gerade so“ klein.
Nicht „kaum lesbar“ klein.
Sondern so klein, dass er maschinell lesbar ist.
Vor kurzem war diese Frage für uns nicht mehr nur theoretisch. Fast zeitgleich gingen zwei Kundenanfragen ein. Beide wollten Mikro-Datamatrix-Codes in Größen, die die meisten Firmen sofort ablehnen würden. Der eine benötigte einen Code auf einer Fläche von 1 × 1 mm. Der andere fragte nach etwas unter 0,25 × 0,50 mm. Bei dieser Größenordnung verkleinert man nicht einfach nur einen Code. Man spielt mit den Gesetzen der Physik. Wir sind stets bestrebt, innovativ zu sein und die Technologie voranzutreiben, also haben wir es getestet.
Was folgte, war weniger ein routinemäßiger Anwendungsversuch als vielmehr eine Übung zur Ermittlung der Grenzen.
Warum will jemand so kleine Codes?
Die Miniaturisierung schreitet unaufhaltsam voran. Elektronik wird immer kleiner. Luft- und Raumfahrt-Komponenten werden leichter und dichter. Medizinische und hochpräzise Teile verlieren immer mehr freie Oberfläche. Doch die Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit haben nicht nachgelassen, wenn überhaupt, dann sind sie strenger geworden.
Hersteller benötigen nach wie vor:
- Eindeutige Identifizierung
- Rückverfolgbarkeit der Produktion
- Konformitätskennzeichnung
- Maßnahmen zur Fälschungssicherung
Die unangenehme Wahrheit ist: Viele Teile sind mittlerweile so klein, dass die Kennzeichnung wie ein nachträglicher Einfall wirkt, der in eine Ecke gequetscht wurde. Genau hier kommen ultrakleine Datamatrix-Codes ins Spiel. Dass die Codes klein sind, spielt keine Rolle, wenn sie zu klein sind, um lesbar zu sein.
Die üblichen Grenzen kleiner Codes
Theoretisch kann man einen Datamatrix-Code in der Software endlos verkleinern. Das Layout bleibt erhalten. Das Muster sieht auf dem Bildschirm noch gut aus, aber die Realität ist härter.
Im Mikrobereich haben Sie mit drei Problemen zu kämpfen:
1) Wärmeausbreitung
Laserenergie bleibt nicht brav in einem winzigen Quadrat. Sie breitet sich aus. Benachbarte Zellen beginnen zu verschwimmen.
2) Kontrastverlust
Wenn die Zellen nicht sauber voneinander getrennt sind, haben Bildverarbeitungssysteme Schwierigkeiten, Hell und Dunkel zu unterscheiden.
3) Optik
Selbst wenn Sie perfekt markieren, muss die Kamera es auch sehen können. Oft ist das die größere Herausforderung.
Ja, es gibt kleine Codes. Aber zuverlässig kleine und überprüfbare Codes? Das ist seltener.
Einfach anfangen
Wir begannen mit einem 26 × 12-Datamatrix-Layout und reduzierten dessen Größe schrittweise. Bei den ersten Versuchen nutzten wir eine bekannte Methode: Wir markierten den Umriss jeder Zelle und reduzierten die Füllung, um kleine Punkte zu erzeugen.
Auf dem Papier sinnvoll. Auf den Teilen nicht so toll.
Die Zellen begannen, sich gegenseitig zu stören. Der thermische Fußabdruck war im Verhältnis zur Zellengröße einfach zu groß. Saubere Geometrie verwandelte sich in unscharfe Cluster.
Lesbar? Nein.
Wiederholbar? Definitiv nicht.
Zeit für einen neuen Ansatz.
Die spiralförmige Füllverschiebung
Ein neuerer Füllmodus in der Software nutzt spiralförmige Pfade, um eine Zelle entweder von außen nach innen oder von innen nach außen zu füllen. Anstatt Energie über einen Bereich zu verteilen, steuert er, wie die Wärme abgegeben wird.
Stellen Sie sich das eher wie das Zeichnen eines Punktes vor als das Malen eines Quadrats. Durch Verkürzung der Spiralänge konnten wir extrem kleine, kontrollierte Markierungen erzeugen. Das reduzierte die thermische Ausbreitung zwischen den Zellen und bewahrte die Trennung. An diesem Punkt machte es „Klick“.
Das Problem war nicht die Positioniergenauigkeit. Der Laser platzierte die Markierungen genau dort, wo es befohlen wurde. Der eigentliche Kampf war die Energiekontrolle innerhalb jeder Zelle. Sobald das gelang, verbesserte sich die Codequalität dramatisch. Und die Größe schrumpfte weiter.
Auf mikroskopischem Gebiet
Wir haben die Größe für einen 26 × 12-Datamatrix-Code auf etwa 0,25 × 0,50 mm reduziert. Das ist auf dem Papier schon winzig. Unter dem Mikroskop sieht es fast unwirklich aus. Anders ausgedrückt: Der gesamte Code ist nicht breiter als etwa sechs menschliche Haare. Lassen Sie das einen Moment auf sich wirken.
Ein vollständiger, maschinenlesbarer Datamatrix-Code, kleiner als etwas, das man mit bloßem Auge kaum erkennen kann. Wir wollen hier vorsichtig sein, aber man kann mit Fug und Recht sagen, dass dies möglicherweise zu den kleinsten maschinenlesbaren Datamatrix-Codes gehört, die jemals mit standardmäßiger Industrieausrüstung hergestellt wurden. Es könnte sogar der weltweit kleinste seiner Art sein. Das weltweit zu beweisen ist schwierig, aber die Größe liegt wirklich an der Grenze des Machbaren.
Die Markierung war nur die halbe Miete
Hier kommt die Wendung: Die Markierung in dieser Größe ist nicht der schwierigste Teil, sondern das Lesen.
Eine Standard-Bildverarbeitungsanlage konnte die Details einfach nicht auflösen. Selbst hochwertige Objektive hatten bei normalen Konfigurationen Schwierigkeiten. Bei dieser Größe handelt es sich um Mikroskopie, nicht um eine Routineinspektion. Durch Experimente mit Objektivabstandshaltern veränderten wir den Abstand zwischen Sensor und Objektiv, um die Vergrößerung weiter zu steigern. Etwa 60 mm Verlängerung erwiesen sich als die praktische Obergrenze, bevor eine Fokussierung unmöglich wurde.
Mit dieser Konfiguration konnte die Kamera endlich ein klares Bild aufnehmen. Nach Training und Feinabstimmung erzielten wir konsistente, korrekte Auslesungen. Das war der eigentliche Erfolg.
Eine winzige Markierung ist interessant. Eine verifizierbare winzige Markierung ist nützlich.
Was das in der Praxis bedeutet
Es geht nicht darum, alles nur um der Mikroskopie willen mikroskopisch klein zu machen. Die meisten Anwendungen benötigen diesen Maßstab nicht.
Aber für Hersteller, die sich mit folgenden Bereichen befassen:
- Mikroelektronik
- Miniaturteile für die Luft- und Raumfahrt
- Präzisionskomponenten
- Empfindliche oder platzbeschränkte Gegenstände
…ändert dies die Möglichkeiten.
Teile, die einst als „zu klein zum Markieren“ galten, sind möglicherweise nicht mehr tabu. Konstrukteure erhalten mehr Freiheit. Die Rückverfolgbarkeit muss nicht zugunsten der Größe geopfert werden. Und bemerkenswert ist, dass dies mit Standard-Lasersystemen und -Software erreicht wurde, nicht mit exotischer Laborausrüstung.
Wie klein kann ein Datamatrix-Code also sein?
Kleiner als viele annehmen. Kleiner, als es die meisten Spezifikationen jemals verlangen. Potenziell so klein wie ein Bruchteil eines Millimeters, während er maschinenlesbar bleibt.
Gibt es Grenzen? Auf jeden Fall. Material, Kontrast, Beleuchtung und Optik spielen alle eine Rolle. Auch die Wiederholbarkeit über verschiedene Materialien hinweg muss noch weiter erforscht werden. Aber die Obergrenze hat sich eindeutig verschoben. Und das ist der interessante Teil. Nicht nur, wie klein wir diesmal gegangen sind, sondern wie weit sich die Grenze verschoben hat.
Denn sobald sich eine Grenze verschiebt, tauchen fast sofort neue Anwendungen auf. Wenn Sie mit winzigen Teilen arbeiten und davon ausgegangen sind, dass eine Datamatrix-Markierung nicht realistisch ist, ist es vielleicht an der Zeit, diese Annahme zu überdenken. Der verfügbare Platz auf einem Bauteil wird immer kleiner, aber die Markierungstechnologie steht nicht still. Pryor ist schon länger an der Spitze der Entwicklung der Markierungstechnologie, als die meisten Unternehmen überhaupt existieren, und wir haben nicht vor, in nächster Zeit damit aufzuhören.
