레이저 마킹기를 이용한 2D 코드(데이터 매트릭스/QR 코드/바코드)

제품의 소형화·슬림화와 트레이서빌리티가 강화됨에 따라 제조되는 제품에 대해 더 많은 정보를 한정된 공간에 부여하고자 하는 니즈가 높아지고 있습니다.
「2D 코드」는 바코드에 비해 몇십 배에서 몇백 배에 이르는 정보량을 가질 수 있습니다. 또한 데이터 밀도가 높아 정보량이 동일한 경우, 바코드에 비해 1/30의 공간 절약을 실현했습니다. 이러한 특성을 이용하여 다양한 분야에서 활용이 확대되고 있습니다.

2D 코드 운용 사례
2D 코드의 등급이란
3D 인쇄 기능
초점 심도
인쇄 패턴

2D 코드 운용 사례

2D 코드를 이용하여 관리의 간소화/정확성 향상, 작업 공정 수 절감 등을 실현합니다. 최근에는 완성품뿐만 아니라 부품 단위의 트레이서빌리티 강화가 진행되고 있으며, 2D 코드를 레이저 마킹기로 직접 인쇄하는 경우가 늘어나고 있습니다. 따라서 2D 코드를 안정적으로 판독할 수 있는 높은 품질의 인쇄가 요구됩니다.

전자 디바이스 업계

카메라 유닛: 인쇄 공간이 없는 극소 부품도 2D 코드라면 시리얼 관리가 가능. 앞으로 더욱 많아질 품질 관리 니즈에도 유연하게 대응할 수 있습니다.

페이스 메이커: 제조, 검사 이력을 2D 코드화하여 트레이서빌리티 관리를 실현. 코드를 판독하기만 하면 바로 이력 내용을 확인할 수 있습니다.

자동차 업계

실린더 블록: 제품별로 시리얼 번호를 2D 코드로 인쇄하고, 후공정에서 코드를 판독한 뒤 로봇에 작업을 지시합니다.

인젝션: 제조 날짜 및 라인 정보 등의 이력을 제품별로 2D 코드로 인쇄하고, 트레이서빌리티를 관리합니다.

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2D 코드의 등급이란

안정적으로 판독할 수 있는 인쇄를 실현하기 위해서는 2D 코드 리더기가 쉽게 판독할 수 있도록 인쇄해야 합니다. 그 지표로서 2D 코드의 판독에는 규격이 정해져 있어 판독하기 쉬운 정도를 등급으로 나타낼 수 있습니다. 레이저 마킹기로 직접 제품에 인쇄할 경우는 ISO/IEC TR 29158(AIM DPM-1-2006) 규격*으로 판단되는 것이 일반적이며, 이 규격은 아래 항목에서 판독하기 쉬운 등급을 평가합니다.

다이렉트 부품 마킹의 2D 코드 인쇄 품질 평가에 관한 국제 규격입니다.

1 종합 판정(ALL): 2~11 항목 중에서 가장 낮은 등급이 종합 평가로 판정됩니다. 결과는 A~D, F로 판정되며, A가 가장 높은 등급(판독 안정도)입니다.

2 디코드 성공 여부(DEC): 디코드(판독) 가능 여부를 평가

3 셀 콘트라스트(CC): 밝은 셀과 어두운 셀의 휘도값의 평균값 차

4 셀 모듈레이션(CM): 밝은 셀과 어두운 셀의 휘도 편차를 평가

5 반사 여유도(RM): CM(4)에 밝은 셀과 어두운 셀의 판정 정확도를 추가하여 평가

6 고정 패턴 손상(FPD): 고정 패턴(아래 그림 참조)의 손상 정도

7 형식 정보 손상(FID): QR 코드의 형식 정보(아래 그림 참조)의 손상 정도

8 모델 번호 정보 손상(VID): QR 코드(모델2의 버전7 이후)의 모델 번호 정보 손상 정도

9 축 균일성(AN): 코드의 가로·세로 사이즈의 왜곡 정도

10 그리드 비균일성(GN): 각 셀 위치의 최대 어긋남을 평가

11 미사용 오류 정정(UEC): 디코드 시 사용하지 않았던 오류 정정 비율

금속면에 다이렉트 부품 마킹을 할 때는 콘트라스트가 확실하지 않으면 CC, CM, RM, FPD가 낮아지는 경우가 많아, 이 수치를 얼마나 떨어뜨리지 않느냐가 판독할 수 있는 인쇄의 핵심입니다. 최근에는 C등급 이상이 요구되는 경우가 많아 인쇄 직후 시점에는 더욱 높은 등급이 되는 것이 바람직합니다.

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3D 인쇄 기능

2D 코드 판정에는 셀의 흑색과 백색의 콘트라스트 차이가 중요합니다. 레이저 마킹기로 인쇄할 경우, 백색 인쇄와 흑색 인쇄는 각각의 인쇄 조건을 변경하여 색을 변화시킵니다.

1: 흑색(산화) 인쇄: 인쇄할 대상 물체에 레이저광을 조사할 때 초점을 어긋나게 하여 열만 전달합니다. 절삭하지 않고 열만 가하면 표면에 산화막이 생성되고 이 산화막이 검게 보여 흑색으로 인쇄할 수 있습니다.

2: 백색(절삭) 인쇄: 인쇄할 대상 물체의 초점 위치에 레이저광을 조사합니다. 금속 표면을 세밀하게 절삭하여 표면에 요철을 만들면 빛의 난반사가 발생해 하얗게 보이도록 인쇄할 수 있습니다.

스폿 가변: 설정한 좌표대로 조사

2D 코드 인쇄는 절삭과 산화를 이용한 인쇄를 실시함으로써 흑색과 백색의 콘트라스트 차이를 만들어낼 수 있습니다. 초점을 맞추는 백색 인쇄, 초점을 어긋나게 하는 흑색 인쇄를 구분하여 사용하는 것이 핵심이며 3D 인쇄 기능에 의한 스폿 가변이 효과적입니다.

2D 코드 인쇄에서는 콘트라스트 차이가 중요하므로 영역 전체에서 초점이 맞는 3D 보정이 효과적입니다.

인쇄 중심에서는 문제없이 이상적인 인쇄를 할 수 있지만 3D 인쇄에 의한 보정이 없을 경우 흑색과 백색의 콘트라스트를 적절하게 조정하여 인쇄하기 어렵다거나, 초점이 흐려지거나 에어리어 특성에 의해 인쇄 위치가 어긋나 등급이 내려가는 경향이 있습니다.

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초점 심도

레이저에는 초점 심도가 있습니다. 초점이 어긋나면 인쇄 품질이 떨어지고, 2D 코드 판독에도 영향을 미칩니다.

초점 거리 어긋남에 의한 2D 코드의 등급 변화

초점 거리가 기준 위치에서 어긋남에 따라 인쇄가 흐려지고, 콘트라스트가 잡히지 않아 등급이 낮아집니다. 레이저 발진 방식에 따라 허용되는 초점 심도가 다르지만, 대상 물체와 레이저 마킹기의 초점 거리를 항상 일정하게 유지하거나 변위 센서와 조합하여 초점 어긋남을 방지하는 대책을 마련해야 합니다.

KEYENCE 화이버 레이저 마킹기

KEYENCE YVO₄ 레이저 마킹기

레이저 발진 방식과 초점 심도

빔 파워의 분포 비교

YVO4 레이저(엔드 펌핑 방식) — YVO₄ 레이저
(엔드 펌핑 방식)

오른쪽 그림은 YVO₄ 레이저와 화이버 레이저의 인쇄 품질을 비교한 것입니다. YVO₄ 레이저는 고피크 파워·단펄스 레이저를 생성합니다. 강도 분포가 이상적이며, 짧은 시간에 높은 에너지의 레이저를 조사하여 가공할 수 있으므로 대상 물체의 반송 및 제품 공차에 의해 초점이 어긋나더라도 인쇄 품질은 화이버 타입에 비해 안정적입니다. 또한, 인쇄 에어리어 가장자리 등 입사각이 영향을 주는 경우에도 YVO₄ 레이저라면 인쇄 불균일이 없는 안정적인 인쇄 품질을 실현합니다.

오토 포커스 기능

오토 포커스의 원리

KEYENCE의 레이저 마킹기 MD-X 시리즈는 내장 카메라로 외부 기기가 필요 없는 오토 포커스 기능을 실현했습니다. 초점 거리가 일정하지 않아 인쇄가 어려웠던 대상 물체에도 높은 인쇄 품질을 유지합니다. 또한 품종 변경 시의 설정 변경 등이 필요 없어지면서 큰 폭으로 공정 수 절감·설비 간소화·생산성 향상에 기여합니다.

길이 측정용 레이저 포인터를 내장 카메라로 모니터링합니다. 포인터의 위치에서 초점 거리를 산출하여 오토 포커스를 실시합니다. 대상 물체의 재질이나 형상, 표면 상태에 따라서는 측정할 수 없는 경우도 있습니다.

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