Markierung direkt im Metall: DMC, Laser, Kerbwirkung
Eine Edelstahlkupplung mit 12 mm Durchmesser braucht eine Kennung, die die Passivierung übersteht, zehn Jahre im Technikraum aushält und ein Abwischen mit Lösemittel nicht bemerkt. Kein Etikett hält das durch, und Platz für eines ist ohnehin nicht vorhanden. Die Markierung muss ins Metall, und damit ändert sich jede Regel, die für Druck gilt.
Direktteilemarkierung bringt einen maschinenlesbaren Code auf das Teil selbst statt auf etwas, das daran klebt, und damit ändert sich fast jede Regel aus der Druckwelt. Kontrast ist keine Eigenschaft von Farbe mehr, Modulgröße ist keine Frage der Druckauflösung mehr, und die Symbologie ist meist kein QR mehr. Micro QR und rMQR beginnt mit genau dieser Lage, einer Seriennummer auf wenigen Millimetern einer Leiterplatte, und die kleineren QR-Varianten sind eine Antwort darauf. Selten die erste.
Die Markierung hat keine Farbe
Ein gedruckter Code funktioniert, weil dunkle Farbe Licht schluckt und heller Untergrund es zurückwirft. Eine Direktmarkierung hat kein Pigment. Was sie hat, ist ein Unterschied in Oberflächenstruktur, Oxidschicht oder Tiefe, und ob der als dunkel oder hell erscheint, hängt vollständig davon ab, wie Sie beleuchten.
Nehmen Sie eine nadelgeprägte Markierung: kleine kegelige Vertiefungen, in Metall eingeschlagen. Das Metall in einer Vertiefung ist dasselbe Metall wie die Fläche ringsum. Unter diffusem Licht von oben wirkt die Vertiefung leicht dunkel, weil sie sich selbst verschattet. Unter flach von der Seite einfallendem Licht fängt der Rand das Licht, die Vertiefung liest hell und die flache Fläche wird dunkel, die Polarität des gesamten Codes kippt also.
Ein Lesegerät muss hier beide Polaritäten beherrschen, und deshalb dekodieren industrielle Leser Hell-auf-Dunkel-Markierungen, die eine Telefon-Kamera-App glatt verweigert; invertierte Codes erklärt, warum diese Verweigerung auf der Verbraucherseite normal ist. Dieselbe physische Markierung kann ein hervorragender oder ein unlesbarer Code sein, und der Unterschied ist nichts als die Lampe.
Drei Wege, die Markierung zu erzeugen
Laser. Am besten steuerbar und am weitesten verbreitet. Auf Metall kann ein Faserlaser Material abtragen und eine raue matte Fläche hinterlassen, oder die Oberfläche anlassen und eine dunkle Oxidschicht wachsen lassen, ohne etwas abzunehmen. Die Anlassbeschriftung ist die Wahl für chirurgische Instrumente und Lebensmitteltechnik, denn sie hinterlässt keine Spalte, in der sich Verschmutzung fängt, und übersteht wiederholtes Autoklavieren. Auf Kunststoffen hellt Aufschäumen auf und Karbonisieren dunkelt ab, je nach Polymer.
Nadelprägen. Ein Hartmetallstift, pneumatisch oder elektromagnetisch getrieben, der Punkt für Punkt eindrückt. Robust, günstig, verträgt raue Guss- und Schmiedeoberflächen, und grob: Die Modulgröße ist der Stiftdurchmesser, und die Zellen kommen rund heraus. Damit fällt das Verfahren für kleine Markierungen aus, und die Stoßbelastung schließt dünnwandige Teile aus.
Chemisches und elektrochemisches Ätzen. Eine Schablone plus Elektrolyt und Strom, oder ein fotochemisches Verfahren, das eine dünne Schicht abnimmt und eine matte Vertiefung hinterlässt. Verbreitet, wo der Wärmeeintrag nahe null bleiben muss. Langsamer je Teil, und es braucht je Motiv eine Schablone, was es eher zu festen als zu serialisierten Kennungen drängt.
Warum der DMC meist gewinnt, und wann QR trotzdem
Das kleinste Data-Matrix-Symbol nach ECC 200 ist ein Raster von 10 mal 10 und hält sechs Ziffern, und es braucht eine Ruhezone von einem Modul je Seite, also einen Platzbedarf von 12 mal 12 Modulbreiten. Das kleinste QR-Symbol ist Version 1 mit 21 mal 21, und die Ruhezone von vier Modulen bringt es auf 29 mal 29. Bei identischer Modulgröße ist das 2,4-mal die Breite und 5,8-mal die Fläche für die QR-Variante, und auf einer Kupplung von 12 mm ist das die ganze Entscheidung. Der DMC verliert außerdem weniger Zellen an die Suchgeometrie, denn er braucht einen L-förmigen Rand und eine Taktspur statt dreier Suchmuster von 7 mal 7.
Zwei weitere Gründe sind institutioneller Natur. Data Matrix ECC 200 ist die Symbologie, die in den Markierungsnormen steht, nach denen industrielle Einkäufer arbeiten, darunter MIL-STD-130 für die Teilekennzeichnung der US-Verteidigung und die eindeutigen Produktkennungen auf Medizintechnik, es gibt also schon Lesegeräte, Prüfgeräte und Qualitätsvorgaben dafür. Und seine Lesegeräte setzen schwierige Oberflächen voraus, während QR aus der Verbraucherwelt Papier voraussetzt. Der breitere Symbologievergleich deckt das übrige Feld ab.
QR verdient sich seinen Platz in einer verbreiteten Lage: wenn ein Mensch mit einem gewöhnlichen Telefon lesen muss. Servicetechniker im Feld. Ein Maschinentypenschild, das jemand abfotografiert, um an das Handbuch zu kommen, worum herum Wartungscodes gebaut sind. Garantieregistrierung durch den Endkunden. Nichts anderes hier wird von einer vorinstallierten Kamera-App von Haus aus gelesen. Es gibt auch ein Argument der Nutzlast: Für eine Adresse statt einer Kennung schlägt die Byte-Kapazität von QR das Hineinquetschen derselben Zeichenkette in einen kleinen DMC, und für eine strukturierte Produktkennung im Handel ist GS1 Digital Link ein QR-basiertes Schema mit einem bestehenden Ökosystem.
Micro QR sitzt zwischen beiden. Ein Suchmuster statt dreier und eine Ruhezone von zwei Modulen statt vier bringen seine größte Version auf einen Platzbedarf von 21 mal 21, die Größe eines nackten QR-Rasters der Version 1 vor dem Rand dieses Codes. Es trägt nur kurze Kennungen, und die Leseunterstützung ist eine Frage je Gerät und je Firmware, es gehört also in einen geschlossenen Kreis mit bekannter Hardware und nirgendwohin, wo ein Telefon beteiligt ist.
Die Beleuchtung entscheidet alles
Mehr Lesefehler kommen von der Beleuchtung als von allem anderen.
- Diffuses Domlicht für glänzende und gewölbte Flächen: Es flutet die Markierung aus allen Winkeln gleichzeitig und tötet das Glanzlicht, das ein poliertes Teil der Kamera zurückwirft.
- Flach einfallendes Dunkelfeld für gravierte und geprägte Markierungen auf flachen Flächen. Licht streift die Oberfläche, flache Bereiche spiegeln vom Objektiv weg und werden dunkel, die Markierung streut und wird hell. Umgekehrte Polarität, starker Kontrast.
- Koaxiales Licht oder Hellfeld für matt-auf-glänzend, etwa Laserabtrag auf poliertem Stahl, wo die flache Fläche Licht zum Objektiv zurückgibt und die raue Markierung nicht.
Eine fest montierte Kamera ändert jede Regel, weil sie alles davon auf einmal festlegt: Abstand, Winkel, Fokus, Belichtung, Beleuchtung und den Ausschluss von Umgebungslicht. Sie hören auf, für den schlimmsten Fall zu entwerfen, den ein Fremder herstellen könnte, und entwerfen für eine Geometrie, die Sie garantieren. Die kleinste Modulgröße sinkt auf das, was Ihre Optik auflöst, meist in Pixel je Modul angegeben, mit drei als üblichem Arbeitswert und fünf als bevorzugtem Wert für alles, was bewertet wird.
Leiterplatten haben eigene Regeln
Eine Markierung auf einer Leiterplatte muss Reflow bei bis zu 260 Grad überstehen, möglicherweise Wellenlöten und einen Reinigungsschritt. Papieretiketten tun das nicht, Polyimid-Etiketten tun es. Laserbeschriftung direkt auf den Lötstopplack funktioniert gut, meist mit einer ultravioletten oder grünen Wellenlänge, die so gewählt ist, dass sie den Lack markiert, ohne ins Trägermaterial zu schneiden.
Die Platzierung ist auf Weisen eingeschränkt, wie es Grafik nie ist. Die Markierung muss in einer Sperrfläche ohne Kupfer darunter sitzen, nach der Bestückung sichtbar bleiben und flach genug für eine fest montierte Kamera in bekanntem Arbeitsabstand sein. Der Kontrast auf grünem oder schwarzem Lötstopplack ist besser als erwartet, weshalb Markierungen auf Leiterplatten häufig absichtlich hell auf dunkel stehen, und weshalb ein Telefon das falsche Prüfmittel dafür ist.
Werkstoffzeugnis, Kerbwirkung und was die Zeichnung vorgibt
In der deutschen Metallverarbeitung führt eine Markierung am Teil fast immer auf denselben Stapel Papier, und das entscheidet, was hinter dem Code liegen sollte.
Gefragt sind Werkstoffzeugnis und Chargennachweis: ein Abnahmeprüfzeugnis nach EN 10204, die Schmelzennummer, das Protokoll der Maßabnahme, bei Schweißnähten die Angaben zu Verfahren und Prüfung. Öffnet ein Code am Teil diesen Stapel in einem Scan, hat er seinen Zweck erfüllt, und zwar für die Leute, die ihn sonst per Telefon und Aktenordner zusammensuchen: Wareneingang, Instandhaltung, Sachverständige. Der Code ersetzt die Dokumente nicht, er verkürzt den Weg zu ihnen.
Die zweite Frage ist, ob Sie an dieser Stelle überhaupt markieren dürfen. Nadelprägen und Schlagstempel erzeugen eine Kerbe, und eine Kerbe ist eine Rissquelle. Bei druckführenden, tragenden und dynamisch belasteten Teilen ist das nicht beliebig zulässig; dort geben Regelwerk und Zeichnung entweder kerbarme Verfahren oder ein Verfahren ohne Materialverdrängung vor, und die Lage der Markierung ist mit angegeben. Lesen Sie die Zeichnung, bevor Sie eine Fläche wählen, und markieren Sie nie auf einem Radius, einer Dichtfläche oder einer Schweißnahtvorbereitung, weil dort niemand eine Kennung erwartet und die Prüfung sie als Befund aufnimmt.
Der dritte Punkt betrifft die Pflichtkennzeichnung. Typbezeichnung, Seriennummer, Herstellerangabe und gegebenenfalls das CE-Zeichen müssen dauerhaft und lesbar bleiben. Eine Direktmarkierung darf daneben treten, nicht darüber, und sie darf die Klartextangaben nicht so eng einfassen, dass eine spätere Nachprägung sie beschädigt.
Und schließlich die Frage, welches Symbol erwartet wird. In der Automobilzulieferkette sind Warenanhänger und Ladungsträger nach den Vorgaben des Verbands der Automobilindustrie ausgezeichnet, und diese Etiketten sind ein anderes System als die Markierung am Bauteil. Ein Werk, dessen Handgeräte auf die Etikettenwelt eingestellt sind, liest Ihre sorgfältige Teilemarkierung nicht automatisch mit. Klären Sie vorab schriftlich, welcher Symboltyp am Teil erwartet wird, mit welcher Mindestgröße und welcher geforderten Güte, und lassen Sie sich die Lesegeräte nennen. Diese eine Abstimmung erspart eine Serie, die technisch einwandfrei und im Werk unbrauchbar ist.
Prüfen Sie auf eine Note, nicht auf einen Scan
Das Abnahmekriterium ist hier nicht die gelungene Lesung, und diese Gewohnheit trennt die Direktteilemarkierung vom gewöhnlichen Druck. Eine Markierung, die heute auf Ihrem einen Lesegerät antwortet, kann in jeder messbaren Hinsicht grenzwertig sein, und sie fällt im nächsten Jahr auf einem anderen Gerät unter anderem Licht aus.
Verifikation ist eine kalibrierte Messung gegen festgelegte Kenngrößen, ausgegeben als Note: Kontrast, Modulation, Rastergleichmäßigkeit, Schäden an den festen Mustern und wie viel Fehlerkorrektur verbraucht wurde. ISO/IEC TR 29158 legt diese Methodik ausdrücklich für Direktmarkierungen fest, denn ISO/IEC 15415, die allgemeine Norm zur Druckqualität von 2D-Symbolen, setzt eine papierähnliche Oberfläche voraus.
Legen Sie eine Mindestnote in der Spezifikation fest, prüfen Sie dagegen auf dem echten Untergrund, bevor der Entwurf eingefroren wird, und ziehen Sie in der Serie Stichproben dagegen. Eine Markierung mit guter Note hat Reserve. Eine Markierung, die bloß scannt, hat keine.
