Маркировка DataMatrix и QR лазером на металле: размер модуля, контраст, проверка читаемости и причины брака

Какой код выбрать

DataMatrix и QR решают одну задачу, но DataMatrix лучше подходит для мелких деталей. Keyence называет его кодом, «идеальным для маркировки малых компонентов», и указывает, что он остаётся читаемым при повреждении до 30 % площади. Версия ECC 200, которую поддерживает и EzCad2, использует коды Рида-Соломона. По Википедии, её квадратные символы имеют от 10×10 до 144×144 модулей, а ёмкость идёт от 6 цифр у самого малого символа до 3116 цифр у самого большого. Код 20×20 модулей вмещает 44 цифры или 20 байт. Если вы работаете по ГОСТ Р ИСО/МЭК 16022-2008, это российская редакция международного стандарта ISO/IEC 16022, который в 2024 году вышел в третьем издании.

QR вмещает больше: по Keyence, до 7089 цифр. Но когда на детали нужен серийный номер и немного данных, DataMatrix занимает меньше места, а для мелких деталей, по Keyence, подходит лучше. Формат выбирает заказчик в техзадании, а вы подбираете под него размер и режим.

Размер модуля и свободная зона

Размер кода складывается из числа модулей и размера X одного модуля. Руководство GS1 по DataMatrix (версия 2.5.1, 2018 год) в таблице для прямой маркировки даёт два набора значений. Для изделий, кроме медицинских, X составляет от 0,254 до 0,615 мм при целевом 0,300 мм. Для малых медицинских и хирургических инструментов, где площадка ограничена, допускается метка, созданная лазерным или химическим травлением, с X от 0,100 до 0,300 мм и целевым 0,200 мм, а для кернения (модули там не соединены) диапазон выше: 0,200, 0,300 и 0,495 мм. Свободная зона не менее 1X со всех четырёх сторон, и если она меньше, код не пройдёт проверку по ISO/IEC 15415.

Руководство также советует брать наибольший X из диапазона, который помещается в доступную площадку: так выше устойчивость к кривизне и глубине резкости. Меньшие размеры допускаются, когда места мало, но тогда нужны специальные сканеры и согласие сторон. Если заказчик не GS1-пользователь, он задаёт размер в техзадании сам.

Посчитаем код 20×20 модулей, 44 цифры:

Площадь тёмных модулей принята равной половине площади символа: в реальном коде доля зависит от данных, а сплошная L-образная граница добавляет заливки. При скорости заливки 1000 мм/с код с X = 0,30 мм метится около 0,6 секунды плюс перескоки, а с X = 0,10 мм около 0,07 секунды. Это расчёт по формуле «путь = площадь / шаг», а не замер: проверьте на своём станке и посчитайте цену операции в калькуляторе нормо-часа.

Нижняя граница определяется пятном, фокусом и сканером, а не только стандартом. Zixu Marking пишет об этом прямо: универсального минимального значения нет, и пригодный минимум зависит от сфокусированного пятна, отклика материала, положения в поле, допуска по фокусу и оптики сканера.

Тёмный и светлый код

Контраст создаётся тем, что отмеченные ячейки отражают свет иначе, чем неотмеченные. Способы зависят от материала. Zixu Marking описывает три механизма: контролируемое изменение цвета или отжиг на нержавеющей стали, избирательная абляция на анодированном алюминии и снятие верхнего слоя на покрытых или гальванических деталях.

Различие между Q-switch и MOPA разобрано в статье о MOPA и Q-switch. Если контраст на нержавейке или анодированном алюминии нужен стабильный, смотрят на MOPA. Например, на странице FL TT производитель Wattsan пишет, что MOPA JPT даёт высокое качество меток при нанесении QR-кодов и штрихкодов. Эта модель выпускается и в исполнении FL TT JPT M7.

В EzCad светлый код получается инверсией. По руководству EzCad2, у штрихкодов есть параметр Reverse, который меняет местами отмечаемые и пустые части для материалов, светлеющих после маркировки, и параметр Quiet, задающий поле вокруг при включённой инверсии; есть ли они в окне Data Matrix вашей версии, проверьте сами. Перед партией уточните у заказчика, читает ли его сканер инверсный код.

Чёрный цвет сам по себе не гарантия: Zixu Marking отмечает, что визуально чёрная метка не обязательно лучшая для сканера, потому что сильный блеск и неровная фактура снижают рабочий контраст при производственной подсветке. Шероховатость исходной поверхности тоже влияет, смотрите справочник по шероховатости.

Как проверить читаемость

Сканер показывает, читается ли код сейчас, но не показывает запас. Zixu Marking формулирует это так: «декодирование не равно оценке». Верификатор оценивает код по параметрам. По GS1, в оценку по ISO/IEC 15415 входят декодирование, контраст символа, модуляция, повреждение шаблона поиска и зоны покоя, осевая и сеточная неравномерность и неиспользованная коррекция ошибок, а оценка идёт по шкале от 4 до 0. AMADA Weld Tech выделяет четыре параметра для лазерных кодов: контраст, рост печати (отношение размеров немаркированной и маркированной ячеек), осевую неравномерность и зону покоя.

Для прямой маркировки деталей отдельная методика. GS1 пишет, что ISO/IEC 15415 недостаточно для кодов, нанесённых напрямую на деталь, и ссылается на руководство AIM, поданное в ISO как ISO/IEC TR 29158. Среди его ключевых параметров модуляция внутри ячейки и минимальная отражательная способность выше 5 %. В каталоге ISO значится ISO/IEC 29158 «Direct Part Mark (DPM) Quality Guideline»: эта редакция снята с публикации 25 марта 2025 года, и в тот же день вышло издание ISO/IEC 29158 (оно есть в каталоге магазина стандартов en-standard.eu). Какой порог оценки обязателен, определяет заказчик, и в договоре нужно записать методику и класс.

Без верификатора проверку организуют так: берут образец из партии и читают сканером заказчика под разными углами и при разной подсветке. Для приёмки полезна матрица кодов на образце: три размера модуля (0,20, 0,25, 0,30 мм) и три скорости (500, 1000, 1500 мм/с). Девять кодов маркируют в одной зоне поля и читают каждый на трёх углах подсветки. Режим с запасом выбирают по тому, что читается во всех положениях. Как собрать такую матрицу в программе, показано в статье про EzCad.

Почему код не читается

Последняя причина не связана с лазером, но Zixu Marking включает её в список: перемежающиеся ошибки данных ищут в связке с базой и в контроле дублей.

Про послеоперационную обработку есть числа. В испытаниях Laserax после катафорезной окраски ячейки меньше 0,75 мм давали плохой результат, лучшим оказался модуль 1,25 мм (2 секунды на код 20 мм лазером 100 Вт). После дробеструйной обработки обычная метка не прошла проверку, и помогли более глубокое травление объективом с меньшим фокусом и 12 проходов при ячейке 0,6 мм. Поэтому если деталь пойдёт на покраску, размер модуля выбирают по условиям после неё, а не по стандартному режиму. Заказчики, которым нужен код для сбыта товаров, часто спрашивают и про «Честный знак»: это отдельная система со своими требованиями, разбор в статье об изделиях с ЧПУ.

Серии и оборудование

В серии каждый код имеет свой номер, и в EzCad2 для этого есть переменный текст: серийный номер с заданным приращением, чтение строк из файла, ввод с клавиатуры и подключение к базе SQL. Когда детали идут по ленте, подходят конвейерные исполнения маркеров, например Wattsan FL FM, в паспорте которого указана конвейерная конструкция. Деталям с цилиндрической поверхностью нужен ротатор. Коммерческий разбор заказов на коды — в статье о маркировке для производств, а идеи изделий с расчётом собраны на страницах DataMatrix на деталях и шильдов для оборудования.