Strojově čitelná identifikace

Úvod

Jako téměř ve všech průmyslových procesech i v oblasti sestavování elektronických plošných spojů se objevuje otázka identifikace jedinečných produktů a jejich sledování. Štítky, které se pro tuto aplikaci používají, musí být zaznamenány v automatizovaných online systémech. Do dnešního dne se používají čárové kódy jako Code 39 nebo Code 128. Technický rozvoj a řízení nároků na kvalitu vedou téměř nezadržitelně k trendům, které uvádíme níže:

• Zvyšuje se množství dat, protože je nutné sledovat více produktů s různými finalizačními kroky
• Plošné spoje jsou menší s vyšší hustotou aplikovaných dílů
• Volný prostor pro kódy se zmenšuje
• Náklady na štítky se musí snižovat

Zejména tři první uvedené body vytvářejí poptávku po metodě štítkování s výrazně vyšší informační hustotou. Vývoj v oblasti dvourozměrných kódů (2D kódů), který začal na konci osmdesátých let v USA, vytvořil možnosti v oblasti, která umožnila „kvadraturu kruhu“ a s ní i naplnění všech čtyř požadavků, a která se tedy stala realisticky dosažitelná.

Normy podporují jednoznačnost a spolehlivost

V devadesátých letech neznala kreativita mezí a vzniklo více než 30 různých kódových systémů. Zároveň se objevil proud, který si uvědomil, že s takovouto variabilitou se nebudou schopni vyrovnat ani výrobci, ani uživatelé důležitých technických pomůcek (tiskárny, čtecí zařízení, software atd.). V rámci vytvoření jednoznačného a spolehlivého systému se sešly standardizační komise a pustily se do vytváření „normy“ v celé té změti 2D kódových systémů. Zhruba před dvěma lety veškerá činnost na národní úrovni v tomto směru ustala – vše je vyřešeno a zaměřeno na tři pracovní skupiny International Standardization Organization (ISO/IEC JTC 1/SC3, WG 1-3). Určité zásadní podklady jim byly poskytnuty národními pracovními skupinami, například normativní komisí pro informační techniku N1 31 pro DIN (Německo).

Od čáry k bodu – Data Matrix ECC 200.

Jedním z vedoucích typů kódu je jednoznačně Data Matrix. Dnes je tento systém favoritem oblasti strojově čitelných štítků na malých dílech. Aktuálně je na spadnutí uvolnění normy DIS 16022 (Draft International Standard), ale zároveň prohlásily mnohé organizace, že doporučují užívání právě Data Matrix (skupina automobilového průmyslu AIAG, asociace EIA, SEMI nebo EDIFICE).

Výhody Data Matrix jsou zřejmé:

• Nejvyšší datová hustota = menší prostorové nároky
• Téměř libovolná velikost symbolů (škálovatelnost) umožňuje úpravy pro různé aplikace
• Vhodnost pro téměř všechny tiskové procesy (offset, termální tisk, přímý potisk inkoustem nebo laserem)
• Čitelnost i při nízkém kontrastu
• Čitelnost v rámci 360 stupňů bez zvláštního vybavení
• Kódování alfanumerických dat a tedy i specifických zákaznických údajů
• Možnost elektronického přenosu dat
• Vysoká spolehlivost čtení, automatická detekce a opravy chyb

Je to zejména tato flexibilita v kombinaci s extrémně malými nároky na prostor, které zaujaly mnoho výrobců elektroniky. V této oblasti spolu soupeří dva procesy vytváření kódu, konkrétně štítkování a přímý potisk (inkoustem nebo laserem).

Zbývá jen jedna otázka = štítkovat nebo přímo tisknout?

Po dlouhou dobu byl štítek preferovaným nosičem kódu. Nicméně díky struktuře Data Matrix (tj. struktuře v podobě samostatných buněk) se implicitním řešením rovněž stal přímý potisk. Zde jsou exemplární procesy potisku inkoustovými nebo laserovými tiskárnami. Oba procesy mají svá pro a proti. Významné argumenty jsou uvedeny v následující tabulce. Protilehlý diagram demonstruje, že termální tisk na štítek nepředstavuje žádný přímý problém, ale má vyšší nároky na prostor a je dražší. U inkoustového a laserového přímého potisku je nutné zvážit několik okolností, které jsou rozhodující pro úspěch nebo selhání těchto technologií v praxi.

„Normu“ či ne „normu“ – toť otázka.

Grafická podoba kódu Data Matrix je složena ze 3 částí, každá z nichž má specifickou funkci.

Kotvicí obrazec
Definuje prostorovou pozici kódů a celkovou velikost; umožňuje rozpoznání možných poškození.

Datová oblast
Obsahuje data, poskytuje proces korekce chyb, který v rámci určitých mezí rozpoznává poškození a opravuje je.

Kotvicí obrazec a proměnlivý obrazec jsou v první řadě určeny svou funkcí. Pokud v nich nastanou problémy, kód není čitelný. Pokud se dodržují normativní požadavky, tvar písmene L kotvicího obrazce musí být utvořen z dvou spojených čar s jasně definovanými okraji a pevnou šířkou. Proměnlivý obrazec by měl být tvořen oddělenými buňkami, které jsou uspořádány v mřížce 50-50 (od prázdného místa k buňce).

Zachování minimálních požadavků je garantem úspěchu

Inkoustový potisk by měl vypadat takto, v praxi se mohou objevovat nejrůznější odchylky.

Datová oblast
Jednotlivé buňky se jasně odchylují od středu mřížky. V jejich uspořádání v bodech přesně mezi dvěma středovými body již není žádný logický smysl. Tímto se spustí korekce chyb.

Zlepšené metody vyhodnocení zajistily, že se symboly Data Matrix generují tak, aby byly čitelné. Je rovněž vhodné poznamenat, že korekce chyb zajišťuje čitelnost a spolehlivost čtení i v případech, kdy jsou kódy porušeny špínou nebo čisticími procesy. Nicméně zde je před námi ještě dlouhá cesta. Pokud chceme dekódovat symboly, musíme rozhodně ještě vylepšit používaná čtecí zařízení. Proto by měly být definovány minimální požadavky garantující zachování funkční záložní kopie dat.

Na obrázku je znázorněn problém. Týká se oblasti obsahující buňku. Pokud je tato oblast příliš malá, nebude snímačem zjištěna. Pokud je příliš veliká, může být sousední buňka přečtena jako „1“. V obou případech dojde k chybě substituce.

Na obrázku 2 vidíme „migraci“ kódového bodu ze středu. V extrémních případech leží bod přesně uprostřed mezi dvěma středy. Poté již není možné uspořádat tento bod logicky do specifické pozice v matici.

Kvadratické buňky načrtnuté níže (obr. 3) jsou typické a naprosto ideální. Tento model máme jako referenci. Pokud se buňka zobrazí jako bod a ne jako čtvereček, pak, podle pravidla, je oblast menší. Pokud má bod stejný průměr jako délka hrany čtverce, pak je oblast zhruba o 20 % menší. To lze tolerovat. Pokud jde o „migraci“ ze středu, neměla by se překročit maximální hodnota 25 %. Poté, vzhledem k ostatním tolerancím, již nelze zaručit logicky správné uspořádání. Vytváření směrnice Symbol Print Quality Guidelines na toto téma momentálně probíhá v pracovní skupině ISO SC 31 WG 3. Do konce roku 1999 by měly být formulovány konkrétní závěry.