雷射刻印二維條碼
(Data Matrix/QR條碼/條碼)

隨著產品日趨輕薄短小及可追溯性的強化,在產品上的有限空間內提供更多資訊的需求日益高漲。
「二維條碼」和一般條碼相比,資訊量可達其數十到數百倍。且資料密度高,和一般條碼相比,相同資訊量所需的空間只要1/30。活用這種特性,各領域正擴大活用二維條碼中。

二維條碼運用案例

二維條碼的使用能實現管理簡化、提高正確性外,也能減少作業工時。近年來不只成品,連零件都開始強化可追溯性,用雷射刻印機直接刻印二維條碼的案例越來越多。因此刻印機必須能刻印出可穩定讀取的高品質二維條碼。

電子軟元件產業

CAMERA模組
CAMERA模組
即使刻印空間極小的零件,也可用二維條碼進行序號管理。可彈性因應今後日益高漲的品質管理需求。
心律調節器
心律調節器
將製造、檢查履歷製成二維條碼,實現可追溯性管理。只要讀取條碼即可瞬間確認履歷內容。

汽車產業

汽缸體
汽缸體
按照產品以二維條碼刻印序號,在後端製程讀取條碼,對機械手臂下達作業指示。
噴射器
噴射器
按照產品將製造日期、生產線資訊等履歷刻印成二維條碼,進行可追溯性管理。

何謂二維條碼的等級

為了能穩定讀取條碼,刻印時必須印出二維條碼讀取器容易讀取的刻印。其指標就是二維條碼讀取的規定規格,可以等級表示易讀性。一般來說,直接用雷射刻印機在產品上刻印時會以ISO/IEC TR 29158(AIM DPM-1-2006)規格*判斷,此規格針對以下項目評估易讀性等級。

直接部件刻印(DPM)中二維條碼刻印品質評估的國際規格。

1綜合判定(ALL)

211的項目中等級最低者判定為綜合評估。結果以A至D、F判定,A是最高等級(讀取穩定度)。

綜合判定(ALL)
2解碼成功與否(DEC)

評估可否解碼(讀取)

3單元對比(CC)
明單元和暗單元的平均亮度值差異
4單元調整(CM)
評估明單元和暗單元的亮度偏差程度
5反射容許度(RM)

評估CM( 4)加明暗單元的判定準確度

6固定圖案受損(FPD)

固定圖案(參閱下圖)的受損程度

固定圖案受損(FPD)
7格式資訊受損(FID)

QR條碼的格式資訊(參閱下圖)受損程度

格式資訊受損(FID)
8型號資訊受損(VID)

QR條碼(類型2版本7以上)的型號資訊受損程度

型號資訊受損(VID)
9軸均一性(AN)

條碼的長、寬尺寸歪曲程度

軸均一性(AN)
10網格非均一性(GN)

評估各單元的最大錯位

網格非均一性(GN)
11未使用ECC(UEC)

解碼時未使用的ECC比例

金屬面的直接部件刻印(DPM)如果沒有清楚的對比,CC、CM、RM、FPD大多較低,如何避免這些數值降低,是可讀取刻印的關鍵。近年來C等級以上的刻印要求增加,希望剛刻印完成時有更高的等級。

3D刻印功能

判定二維條碼時單元的黑白對比差異很重要。以雷射刻印機刻印時,白色刻印和黑色刻印是分別改變刻印條件讓顏色改變。

3D marking function
1:黑色(氧化)刻印
以雷射光照射刻印目標物時移動焦點,只傳達熱。不切削只施加熱,讓表面生成氧化膜,此氧化膜看起來是黑色的,因此得以進行黑色刻印。
2:白色(切削)刻印
在焦點位置對刻印目標物照射雷射光。精細切削金屬表面,讓表面出現凹凸,產生漫射光,看起來呈白色,因此得以進行白色刻印。
可變光點
可變光點
依設定的座標照射

二維條碼的刻印是以切削和氧化來產生黑白對比差異。重點在於區分使用對準焦點的白色刻印、移動焦點的黑色刻印,而3D刻印功能的可變光點十分有效。

刻印二維條碼時對比差異很重要,因此需在全範圍內對焦3D補正。

3D correction

刻印中心雖可理想刻印,但如無3D刻印補正,就難以取得黑白對比。也容易造成焦點模糊、因區域特性導致刻印位置偏移而影響等級的問題。

焦點深度

雷射有焦點深度。焦點偏移刻印品質就會下滑,也會影響到二維條碼的讀取。

焦距偏移造成之二維條碼等級變化

焦距越偏離基準位置刻印越淺,對比越不明顯,因此等級就越低。可容許的焦點深度因雷射振動方式而不同,必須通過維持工件與雷射刻印機的焦距、結合位移感測器等方式,防止焦點偏移。

KEYENCE製造之3軸光纖雷射刻印機
KEYENCE製造之3軸光纖雷射刻印機
KEYENCE製造之3軸YVO4雷射刻印機
KEYENCE製造之3軸YVO4雷射刻印機

雷射振盪方式與焦點深度

光束功率分佈的比較

光纖雷射
光纖雷射
YVO4雷射(縱向激發方式)
YVO4雷射
(縱向激發方式)

右圖比較了YVO4雷射和光纖雷射的刻印品質。YVO4雷射會做出高峰值功率、短脈衝的雷射。具有理想的強度分佈且可在短時間進行高能量雷射照射加工,即使因搬運工件或產品公差導致焦點偏移,刻印品質也較光纖型更穩定。此外即使是刻印區域邊緣等會受入射角影響的情形,YVO4雷射也可實現無刻印模糊的穩定刻印品質。

自動對焦功能

自動對焦的機制

自動對焦的機制

KEYENCE雷射刻印機MD-X系列內建CAMERA,不需要外部機器即可自動對焦。即使是因焦距不穩定而難以刻印的目標物,也可維持高刻印品質。此外,變更品種時不需要變更作業,有助於大幅減少工時、簡化設備、提高生產力。

以內建CAMERA監控長度量測用雷射指示器。由指示器的位置找出焦距,進行自動對焦。依據工件的材質、形狀或表面狀態,有些可能無法量測。

刻印圖案

備有多種二維條碼刻印圖案,可因應各種狀況提供最佳刻印。以下介紹因應特定狀況的最佳刻印手法。

可從各式刻印圖案中選擇

刻印圖案 x 11種
刻印圖案 x 11種
背景圖案 x 6種
背景圖案 x 6種

清晰刻印二維條碼

有些工件會受到髮絲紋等的影響,而無法穩定讀取條碼。只要改變二維條碼或背景的構圖方式,即可改善讀取速率。

  • 髮絲紋工件

    髮絲紋工件

  • 以橫向光柵掃描進行背景處理會留下髮絲紋,導致讀取不穩定

    以橫向光柵掃描進行背景處理會留下髮絲紋,導致讀取不穩定

  • 若以斜向交叉光柵掃描進行背景處理,則不會出現髮絲紋而可穩定讀取

    若以斜向交叉光柵掃描進行背景處理,則不會出現髮絲紋而可穩定讀取

最快速刻印二維條碼

有時受限於生產數量,只有有限的時間可刻印。最佳化刻印圖案可縮短刻印產距時間、提高生產效率。

  • 圖案B
    圖案B
    每1單元朝橫向刻印的標準刻印
    刻印產距時間:637 ms
  • 整體圖案2
    整體圖案2
    一筆劃刻印二維條碼整體的效率化圖案
    刻印產距時間:342 ms
    比傳統減少47%

產距時間係以單元尺寸0.3 mm、16 x 16之DataMatrix的刻印範例算出。上述評估為一般案例。會因刻印工件材質、表面狀態或刻印條件而異。

二維條碼深雕加工

刻印後還有電鍍或淬火製程時,刻印時就必須進行深雕加工。通過選擇不同的深雕圖案,可以進行均勻深雕加工,亦或是短時間內的深雕加工。

圖案F
圖案F

讓雷射交叉以得到均勻的深雕量。

圖案C
圖案C

用雷射以同心圓狀深雕蓄熱,即可在短時間內深入雕刻。

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