航天產(chǎn)品二維碼標(biāo)印及試驗技術(shù)研究

周炎，謝汶姝，尹航，劉俊濤，劉巍，賈麗

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京100076）

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航天產(chǎn)品二維碼標(biāo)印及試驗技術(shù)研究

周炎，謝汶姝，尹航，劉俊濤，劉巍，賈麗

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京100076）

針對航天產(chǎn)品統(tǒng)一編碼與附碼的需求，開展了幾種二維碼標(biāo)印方法和試驗的研究，進行了多種典型材料的二維碼標(biāo)印及質(zhì)量檢測，并有針對性地開展了環(huán)境適應(yīng)性試驗，驗證了二維碼的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性，為航天產(chǎn)品實施二維碼標(biāo)印工作提供技術(shù)支持。

二維碼；標(biāo)印；試驗

航天產(chǎn)品對信息化保障需求日益提升，而對產(chǎn)品實施統(tǒng)一編碼并標(biāo)印條碼是實現(xiàn)信息化保障的基礎(chǔ)，二維碼相比一維條碼、射頻識別等技術(shù)有著信息容量大、抗干擾、糾錯能力強、識別率高等方面的技術(shù)優(yōu)勢，因此成為了產(chǎn)品唯一編碼標(biāo)識的首選，本文開展了針對航天產(chǎn)品的二維碼標(biāo)印方法及試驗的研究。

1 二維碼標(biāo)印方法研究

二維碼對于黑白反差的要求較低，一般灰度對比超過20%即可，同時二維碼可以反色，不僅適用于印刷，也適用于通過激光、噴墨、打點和腐蝕等方式直接制作在金屬和非金屬產(chǎn)品上。典型的二維碼標(biāo)印方法有打點、激光蝕刻、噴墨和電化學(xué)蝕刻等，將條碼永久性標(biāo)印在金屬、塑料、橡膠和玻璃等基體表面。

1.1 打點標(biāo)印

打點通常是使用氣動或電動驅(qū)動的撞針，利用撞針的硬度和沖擊力在零件表面產(chǎn)生圓的凹痕。打點標(biāo)印設(shè)備通過計算機控制打點針頭在二維平面內(nèi)按一定軌跡移動，同時針頭做高頻沖擊運動，從而在產(chǎn)品表面打印出有一定深度和大小的標(biāo)記。打點標(biāo)印設(shè)備及示例如圖1所示。

圖1 打點標(biāo)印設(shè)備及標(biāo)印示例

打點標(biāo)印對零件要求如下：

（1）表面可以做一定的破壞；

（2）表面硬度不能太高；

（3）零件可以承受一定的沖擊力。

1.2 激光標(biāo)印

激光直接標(biāo)記技術(shù)是指利用激光的熱效應(yīng)作用在材料表面，使基體發(fā)生一系列的物理或化學(xué)變化，從而留下永久標(biāo)記的技術(shù)[1]。激光標(biāo)印為非接觸式加工，可避免產(chǎn)生機械應(yīng)力所造成的損傷，同時由于聚焦后光斑很小，熱影響區(qū)域小且加工精細。激光標(biāo)印設(shè)備及示例如圖2所示。

圖2 激光標(biāo)印設(shè)備及標(biāo)印示例

根據(jù)激光標(biāo)印的原理，要求材料對激光具有良好的吸收特性。為了滿足這一基本要求，可以通過兩種方法來實現(xiàn)。一是選擇對材料有良好吸收特性的激光工作波長，通過選取激光器種類或采用激光變頻技術(shù)來實現(xiàn)；二是對標(biāo)記材料進行預(yù)處理，如磷化、發(fā)黑或涂抹吸光物質(zhì)等都有明顯的效果[2]。

1.3 噴墨標(biāo)印

噴墨標(biāo)印技術(shù)是一種非接觸的打印技術(shù)，通過打印設(shè)備控制，將墨水沉積到襯底上，形成事先設(shè)計好的圖案[3]，廣泛應(yīng)用于食品、化妝品、醫(yī)藥、汽車等零件加工行業(yè)、電線電纜行業(yè)、電子行業(yè)、煙酒行業(yè)以及其他領(lǐng)域。噴墨標(biāo)印設(shè)備及示例如圖3所示。

圖3 噴墨標(biāo)印設(shè)備及標(biāo)印示例

根據(jù)噴墨工作原理的區(qū)別，主要有兩種：按需噴印式和連續(xù)噴印式。按需噴印式方法通過高精密閥門或壓電技術(shù)控制墨水通過噴頭，字符對應(yīng)的墨水依靠壓力噴出，在相對運動的物體表面形成字符。連續(xù)噴印式方法的工作原理是墨水通過壓力從噴嘴不斷噴出，經(jīng)過兩個可調(diào)電壓的金屬板之間，通過調(diào)整金屬板之間的電壓控制墨滴偏轉(zhuǎn)后的垂直位置，調(diào)整與物體表面的相對速度控制墨滴的水平位置，最終在物體表面形成字符。

噴墨標(biāo)印方法有以下的優(yōu)點：

（1）非接觸：由于是噴射油墨，與產(chǎn)品表面并不直接接觸，不會破壞被噴印物表面。

（2）速度快，且容易編輯和修改標(biāo)印內(nèi)容。

（3）應(yīng)用的表面材質(zhì)廣泛：通過選擇不同的墨水，不論是紙張、塑膠、金屬、玻璃、堅硬的表面或是柔軟易碎的表面均可得到良好的效果。

1.4 電化學(xué)法標(biāo)印

電化學(xué)法標(biāo)印是利用電解加工的方法，以電化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，使金屬陽極（工件）溶解，從而在金屬表面加工出所需圖案的一種工藝[4]。電化學(xué)法的工作原理是電化學(xué)溶解或氧化將要標(biāo)印的金屬表面，通過模版圖像，留下相應(yīng)的標(biāo)記。通過在待標(biāo)印的表面（與蝕刻設(shè)備的陽極相連）和電解液浸墊（與陰極相連）間放置模板，并接通低電壓電流來實現(xiàn)。電化學(xué)法標(biāo)印設(shè)備及示例如圖4所示。

圖4 電化學(xué)標(biāo)印設(shè)備及標(biāo)印示例

由于需要預(yù)制模板，主要適用于產(chǎn)品標(biāo)印信息固定的情況和低產(chǎn)量生產(chǎn)線，不適用于序列號等隨產(chǎn)品個體信息變化的標(biāo)識信息。

2 二維碼標(biāo)印試驗

通過采取不同的方法在幾種典型材料表面標(biāo)印二維碼，根據(jù)材料本身特性調(diào)整標(biāo)印設(shè)備的相關(guān)參數(shù)以獲得最佳效果，并依據(jù)二維碼質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)（AIM DPM-1-2006《條碼符號質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)》）對二維碼樣本進行質(zhì)量等級檢測，驗證各種標(biāo)印方法在不同材質(zhì)產(chǎn)品上的適用性，試驗結(jié)果如表1所示。

表1 二維碼標(biāo)印方法對不同材料的適用性

3 二維碼可靠性試驗

航天產(chǎn)品在實際使用過程中，將經(jīng)歷濕熱、鹽霧、砂塵等嚴酷的自然環(huán)境條件，以及使用人員的接觸、摩擦和汗液腐蝕等工況，為驗證產(chǎn)品表面二維碼應(yīng)對各類環(huán)境和工況的可靠性，開展了環(huán)境適應(yīng)性試驗和耐摩擦試驗。

3.1 環(huán)境適應(yīng)性試驗

根據(jù)航天產(chǎn)品實際使用環(huán)境條件，同時按照GJB150A《軍用設(shè)備環(huán)境試驗方法》要求，提出濕熱、鹽霧、砂塵試驗要求，各項試驗條件如表2至表4所示。

表2 濕熱試驗條件

表3 鹽霧試驗條件

表4 砂塵試驗條件

選取表面二維碼質(zhì)量合格的試驗件開展?jié)駸帷Ⅺ}霧、砂塵環(huán)境試驗，試驗后進行外觀檢查并通過識讀試驗檢驗二維碼的識讀率。從試驗結(jié)果看：鋁板、銅板等抗腐蝕能力較差的試驗件在經(jīng)歷濕熱、鹽霧環(huán)境后會出現(xiàn)不同程度的腐蝕斑紋，部分影響了二維碼的識讀；不銹鋼板、鈦板及非金屬試驗件表面無明顯變化，二維碼識讀正常；經(jīng)歷砂塵試驗后，各種材質(zhì)的試驗件表面光澤均變暗，激光標(biāo)印的二維碼變模糊，噴墨標(biāo)印的二維碼被打磨掉，影響到二維碼的識讀。詳細的二維碼識讀結(jié)果如表5所示。

表5 二維碼環(huán)境適應(yīng)性試驗結(jié)果

3.2 耐摩擦試驗

由于各種標(biāo)印方法的原理不同，導(dǎo)致了二維碼的耐磨性也不同。打點、激光、電化學(xué)法標(biāo)印是通過直接改變產(chǎn)品表面狀態(tài)實現(xiàn)的，二維碼的耐磨性主要取決于材料本身，而噴墨標(biāo)印是通過油墨附著于產(chǎn)品表面實現(xiàn)的，二維碼的耐磨性主要取決于油墨與產(chǎn)品本體材質(zhì)的相容性。通常情況下前三種標(biāo)印方法的耐磨性要優(yōu)于噴墨標(biāo)印。因此，本次試驗僅選取幾種噴墨標(biāo)印的試驗件開展耐摩擦試驗，采用100%聚酯棉布作為接觸材質(zhì)（模擬人手皮膚），采用人工汗液的有機溶劑作為接觸溶液（模擬人手分泌的電解質(zhì)），對產(chǎn)品表面二維碼進行循環(huán)摩擦，過程中檢測二維碼識讀情況，驗證不同產(chǎn)品表面二維碼的耐摩性及對汗液的耐腐蝕性。試驗條件如表6所示。

選取幾種典型材質(zhì)的產(chǎn)品進行耐摩擦試驗，試驗結(jié)果如表7所示。

表7 二維碼耐摩擦試驗結(jié)果

4 結(jié)論

通過開展航天產(chǎn)品二維碼標(biāo)印及試驗的研究，驗證了幾種標(biāo)印方法對不同材料產(chǎn)品的適用性和工藝可行性，通過環(huán)境適應(yīng)性和耐摩擦試驗的考核，檢驗了不同產(chǎn)品、不同材料、不同標(biāo)印方法生成的二維碼可靠性，對開展航天產(chǎn)品表面標(biāo)印二維碼有很好的指導(dǎo)作用。

[1]曹榮華，邱化東，李建美，等.激光直接標(biāo)記的質(zhì)量評定及工藝參數(shù)優(yōu)化[J].應(yīng)用激光，2011（2）：151－156.

[2]李冬煒，徐子青.激光打標(biāo)在航空制造業(yè)中的應(yīng)用前景[J].航空制造工程，1997（11）：23－24.

[3]侯倩，陳君.噴墨打印技術(shù)的研究及其在電子器件產(chǎn)品中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（4）：80.

[4]吳蒙華，趙家齊，劉晉春，等.不銹鋼電化學(xué)蝕刻方法的初步研究[J].電加工，1996（1）：27－29.

Research on Two-dimensional Barcode Marking and Testing Technology for Manufactures

ZHOU Yan，XIE Wen-shu，YIN Hang，LIU Jun-tao，LIU Wei，JIA Li
（Beijing Institute of Astronautical System Engineering，Beijing 100076，China）

The paper aim at the requirement of spaceflight manufactures uniform coding and marking，researched on barcode marking and testing technology，using several typical materials for marking and environment experiment，verified the barcode adapting the applied environment.The research will provide guidance for two-dimensional barcode marking.

two-dimensional barcode；marking；experiment

V460

A

1672-545X（2017）06-0261-03

2017-03-10

周炎（1985－）男，湖南雙峰人，碩士，工程師，研究方向：航天裝備綜合保障技術(shù)。