VISION zur Überprüfung gelaserter Codes

  • Kombination von Beschriftungslaser und Kamerasystem
  • Schnelles Lesen und Prüfen unter realen Produktionsbedingungen
  • Erstellung eines Qualitätsprofils (Patent angemeldet)
  • Inklusive Protokollierungsfunktion
  • Prüfung von sieben Qualitätsparametern
  • Fünf Qualitätsstufen: A, B, C, D und F
  • Jederzeit nachrüstbar
  • Anlehnung an die Norm ISO/IEC TR 29158
  • Erhöhung der Prozesssicherheit
  • Eine Softwareoberfläche für Beschriftungslaser und Kamera

Industrielle Rückverfolgbarkeit eine Klasse besser

Direct Part Marking (DPM), auch bekannt als direkte Teilkennzeichnung, wird in den meisten Industrien immer wichtiger. Um die Automatisierung und die Rückverfolgbarkeit innerhalb des Produktionsprozesses (interne Rückverfolgbarkeit) und entlang der gesamten Wertschöpfungskette (externe Rückverfolgbarkeit) zu sichern, werden Produkte vermehrt gekennzeichnet. Um möglichst viele Daten auf den Werkstücken unterbringen zu können, werden zweidimensionale DataMatrix- und QR-Codes aufgebracht. Laserbeschriftungen, die mit Schilling Beschriftungslasern aufgebracht werden, sind hierfür besonders gut geeignet, da Laserbeschriftungen einen sehr guten Kontrast ermöglichen. Außerdem können mit Beschriftungslasern sehr kleine Codes aufgebracht werden, wodurch sehr viel Inhalt auf kleinem Raum untergebracht werden kann. Natürlich ist die wichtigste Eigenschaft eines gelaserten Codes seine Lesbarkeit. In anderen Worten: Der gelaserte Code muss ohne Fehler, entlang der gesamten Wertschöpfungskette, lesbar sein.

Um die Codequalität quantitativ messen zu können, wurden Standards und technische Normen definiert: Die Verifikationsmethode für direkt beschriftete Codes, wurde in der Norm ISO/IEC TR 29158 spezifiziert. Die Norm ISO/IEC TR 29158 beschreibt Methodiken für die Messung spezieller Eigenschaften zweidimensionaler Codes. Die Norm beschreibt außerdem Methoden zur Beurteilung und Bewertung dieser Messungen, so dass beschriftete Codes in fünf Qualitätsstufen eingeordnet werden können: A, B, C, D und F.

Je höher die Qualitätsstufe, desto höher ist die Zuverlässigkeit des Leseprozesses. Ein Code mit der Qualitätsstufe F wird in den meisten Umgebungen z. B. nur schlecht oder überhaupt nicht lesbar sein. Die Gesamtqualität des Codes wird durch die niedrigste Bewertung innerhalb der untersuchten Qualitätsparameter bestimmt. Werden also z. B. 6 Parameter mit einem A bewertet, aber ein Parameter mit einem D, entspricht der gesamte Code der Qualitätsstufe D.

Um eine zuverlässige Code Analyse zu erhalten, sind auf dem Markt spezielle Messinstrumente, sogenannte zertifizierte Verifier, erhältlich. Diese beinhalten standardisierte Lichtsysteme und Linsen und arbeiten nach zertifizierten Algorithmen um die Qualität von Codes objektiv zu beurteilen. Die Verifier erstellen nach der Prüfung der Codes einen Qualitätsbericht mit quantitativen Informationen über die Code Eigenschaften.

Verifier werden verwendet um die Qualität von sogenannten Freigabemustern zu bewerten und zu zertifizieren. Diese Referenzmuster werden in der Massenproduktion verwendet, um störungsfreie Codeprüfungen sicherzustellen.

Wie andere Messinstrumente, sind zertifizierte Verifier dafür bestimmt, unter kontrollierten Umgebungen betrieben zu werden. Typischerweise sind sie nicht dafür geeignet, die Codequalität in realen Produktionsumgebungen zu überwachen. Die Code Erfassung unter realen Produktionsbedingungen ist empfindlich gegenüber Umgebungslicht, mechanischen Vibrationen, elektrischen Störungen etc.. Diese Schwankungen sind nicht kompatibel mit absoluten und standardisierten Qualitätsmessungen. Dies kann z. B. dazu führen, dass das gleiche Muster mehrfach verschieden bewertet wird.

Daher werden industrielle Kameras, wie z. B. das neue Kamerasystem VISION, verwendet, um aufgelaserte Codes direkt im Produktionsprozess zu überprüfen. Diese industriellen Kamerasysteme sind, im Gegensatz zu den Verifiern, für die Verwendung in rauen Produktionsumgebungen ausgelegt.

Das Kamerasystem VISION, ermöglicht die Überwachung von Abweichungen bei der Laserbeschriftung zweidimensionaler Codes. Sie überprüft die Qualitätsparameter, die auch nach der ISO/IEC Norm geprüft werden. Damit ermöglicht VISION eine Qualitätsbewertung von Codes in Anlehnung an die Norm ISO/IEC TR 29158. Da VISION aber z. B. den Belichtungswinkel und andere relevante Parameter nicht berücksichtigt, diese die Qualitätsbeurteilung der Codes jedoch beeinflussen, ist VISION nicht als zertifizierter Verifier zu sehen.

VISION ist hingegen eine Lösung zur Rückverfolgbarkeit, die die gleichbleibende Code Qualität unter realen Produktionsbedingungen sichert. VISION kombiniert in einer Software die Flexibilität von Beschriftungslasern und die Zuverlässigkeit von industriellen Kamerasystemen.

VISION ermöglicht die Durchführung mehrerer Messungen und berechnet hieraus die statistische Streuung jedes individuellen Qualitätsparameters. Dabei misst und prüft VISION den Beitrag jedes individuellen Parameters.

Dieses vollautomatische "Qualitätstraining" erstellt ein so genanntes "Qualitätsprofil" (Patent angemeldet), das immer alle relevanten Qualitätsparameter beinhaltet.

Auf Basis eines qualifizierten Freigabemusters kann VISION ein Qualitätsprofil zur Verfügung stellen, das die Qualität jedes einzelnen Parameters abbildet.

Dank des Qualitätsprofils ist es durch VISION möglich, die Qualitätsveränderungen einzelner Parameter zu ermitteln. Unabhängig von der Gesamtbewertung von Codes.

In Übereinstimmung mit der Norm ISO/IEC TR 29158, die die AIM DPM-1-2006 beinhaltet, wurden sieben Qualitätsparameter bzw. Messgrößen definiert. Die Kenntnis der Bedeutung der Qualitätsparameter, kann bei der Feineinstellung des Beschriftungslasers hilfreich sein. Jeder Qualitätsparameter ist klassifiziert in die Stufen A bis F. Die Gesamtqualität des Codes wird durch die niedrigste Bewertung innerhalb der untersuchten Qualitätsparameter bestimmt. Werden also z. B. 6 Parameter mit einem A bewertet, aber ein Parameter mit einem D, entspricht der gesamte Code der Qualitätsstufe D.

CC - Cell Contrast (Kontrast)

Dieser Parameter misst den Unterschied der hellsten und der dunkelsten Stelle des DataMatrix-Codes.
Bei Laserbeschriftungen ist die Erstellung eines Code Hintergrundes (Ruhezone) ein extrem effektives Mittel um den Kontrast zu erhöhen.

CM - Cell Modulation (Modulation)

Die Modulation gibt das Verhältnis von Schwarzanteil zu Weißanteil im Code wieder. Sowohl zu viel, als auch zu wenig Schwarzanteil führen zu einer Reduzierung des Wertes, Ein ausgewogenes Verhältnis von Schwarz- und Weißanteil vereinfacht die Zuordnung der einzelnen Module. Wenn dieser Wert eine niedrige Bewertung erhält, liegt es meistens an einer verschmutzten oder unebenen Oberfläche (z. B. Rundung, Staub, Öl...) oder einer falsch eingestellten Beschriftungsdistanz.

FPD - Fixed Pattern Damage (Dekodierbarkeit)

Diese Messgröße überprüft die elementaren Eigenschaften des Codes (Ruhezone um den Code, "L" Rahmen, Referenzpunkte). Schlechte Ergebnisse bei diesem Parameter, können zu Problemen bei der Lesbarkeit und Prüfung des Codes führen. Wie beim Parameter Cell Contrast, kann die Laserung eines gleichmäßigen Hintergrundes in Form einer Ruhezone das Risiko einer niedrigen Bewertung des Reflexionswertes reduzieren.

UEC - Unused Error Connection (Fehlerkorrekturwert)

DataMatrix-Codes enthalten einen Mechanismus zur Fehlerkorrektur. Fehler in einzelnen Modulen können automatisch korrigiert werden. Die Summe der korrigierten Fehler wird im Fehlerkorrekturwert abgebildet.

ANU - Axial Non-Uniformity (Achsenverhältnis)

Das Achsenverhältnis gibt Auskunft über eine eventuelle horizontale oder vertikale Verzerrung des Codes. Dieser Wert ist z. B. dann niedrig, wenn z. B. geneigte Oberflächen beschriftet werden oder das Lesegerät nicht parallel zum zu prüfenden DataMatrix-Code steht.

MR - Minimum Reflectance (Reflexionswert)

Gelaserter DataMatrix-Code

Der Reflexionswert bestimmt, in wie weit der DataMatrix-Code das Licht spiegelt. Dieser Qualitätsparameter wird stark durch Lasereinstellungen wie Leistung, Geschwindigkeit und Wiederholungen beeinflusst.

GNU - Grid Non-Uniformity (Verzerrung)

Dieser Parameter gibt Auskunft über generelle Verzerrungen des Codes. Angenommen, dass der ideale Winkel der Module zueinander 90° ist, wird jede Winkel Abweichung von diesen 90°, zu einer Verzerrung führen. 

Ein Automobilhersteller, bestellt von einem Lieferanten eine mechanische Komponente, die einen DataMatrix-Code beinhalten soll.

Um eine zuverlässige interne Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten, verlangt der Automobilhersteller eine Qualitätsstufe B oder besser.

Der Lieferant produziert einige Muster, in Übereinstimmung mit den Anforderungen des Automobilherstellers. Um die Qualitätsstufe des laserbeschrifteten DataMatrix-Codes zu beurteilen, lässt er den Code im Labor mit einem zertifizierten Verifier prüfen. Diese Prüfung ergibt, dass der Code der Qualitätsstufe A entspricht, in Übereinstimmung mit den Anforderungen des OEM.

Um dem Vertrag zu entsprechen und um Kosten durch reklamierte Teile zu vermeiden, entscheidet sich der Lieferant das Kamerasystem VISION einzusetzen um die Codequalität im Produktionsprozess zu überwachen. Als VISION neben dem Beschriftungslaser installiert wird, ergibt die Prüfung mit dem Kamerasystem VISION eine Gesamtbewertung von C, sogar bei dem gleichen Freigabemuster, das mit dem zertifizierten Verifier mit einem A bewertet wurde. Wie passen diese Informationen zusammen?

Das Freigabemuster hat, gemäß der Überprüfung mit dem Verifier, definitiv die Qualitätsstufe A. Auf der anderen Seite, wird das Kamerasystem VISION durch Messfehler beeinflusst, die durch ungünstige Umgebungsbedingungen, wie z. B. Winkel der Kamera, Lichtbedingungen etc. entstehen. Diese ungünstigen Messbedingungen sind unter realen Produktionsbedingungen immer präsent und beeinflussen die Effektivität von integrierten Bewertungsalgorithmen.  

Auf Basis eines Freigabemusters, stellt VISION ein Qualitätsprofil (Patent angemeldet) zur Verfügung, das die Qualität jedes einzelnen Parameters abbildet. Hierdurch wird sofort ersichtlich, was zur Bewertung mit einem C während des Produktionsprozesses führt. Nun können z. B. die Umgebungsbedingungen verbessert werden. Oder es kann, nach Rücksprache mit dem Automobilhersteller, vereinbart werden, dass das C z. B. durch einen ungünstigen Lesewinkel im Produktionsprozess zu Stande kommt. Aber alle anderen Parameter mit A bewertet werden, so dass das C zu vernachlässigen ist. Stichproben mit einem zertifizierten Verifier können die Bewertung dann noch unterstützen.

Dank des Qualitätsprofils ist es also möglich, die Qualitätsveränderungen einzelner Parameter zu ermitteln. Unabhängig von der Gesamtbewertung von Codes, die sich immer an der niedrigsten Bewertung innerhalb der untersuchten Qualitätsparameter orientiert.