DataMatrix-Code: Vorteile & Anwendung

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Was ist/sind Datamatrix-Code? Definition:
➡ Ein Datamatrix-Code ist der bekannteste 2D Code, der zur Identifizierung von Objekten verwendet wird. Mit Hilfe von optischen Scannern werden die Inhalte des Codes ausgelesen und beispielsweise an übergeordnete Steuerungssysteme weitergegeben. Da der Code redundant aufgebaut ist, lässt sich der Code ebenso auslesen wenn ein Teilbereich des Codes nicht lesbar ist. Im Industriebereich wird er oftmals zur Rückverfolgung (Track and Trace) eingesetzt.



Der DataMatrix-Code (DMC) wurde entwickelt um auf möglichst kleiner Fläche so viel Informationen wie möglich unterzubringen. Er ist normbasiert und gilt als Industrie-Äquivalent zum optisch ähnlichen QR-Code. Der Code wird mittels Beschriftungslaser (Verfahren Laserbeschriftung) dauerhaft an einem Produkt angebracht.

Aufbau DataMatrix-Code

Anwendungsbereiche

  • Produktion (z.B. auf Leiterplatten oder um Produkte auf kleinster Fläche fälschungssicher und rückverfolgbar zu kennzeichnen.)
  • Automobilindustrie (Nadelprägung)
  • Chemie
  • Medizin (Schachteln von Arzneimitteln, Analysegeräte und Instrumente)
  • Tickets und Dokumente (gedrucktes Codebild)
  • DV-Freimachung beim Postversand

Die Verwendung eines DMC ist in vielen Kennzeichnungsrichtlinien vorgeschrieben, beispielsweise für die Unique Device Identification (UDI) von Medizinprodukten oder im Rahmen der EU-Fälschungsschutzrichtlinie für Arzneimittel.

Anwendung DataMatrix-Code an einem Aluminium-Kolben eines Verbrennungsmotors

Aufbau des Data Matrix Codes

Der Matrixcode ist meist quadratischen, manchmal auch rechteckig. Die Größe wir aus einer Auswahlmenge bestimmt. Die Symbole im Code sind abhängig vom Verfahren quadratisch oder rund. Ebenso wie das Randmuster (Finder Pattern). Der DataMatrix-Code besteht aus verschiedenen Komponenten:

  • Finder Pattern: Ein Teil des "Rahmens" besteht aus zwei durchgezogenen Kanten als Begrenzungslinien. Dieser Formt eine L-Form am linken Rand. Die festen Begrenzungslinien dienen zur Abgrenzung. Sie werden für die Aufrichtung und Entzerrung des DataMatrix-Codes verwendet, damit jeder Lesewinkel möglich ist bzw. die Drehlage berechnet werden kann.
  • Taktzellen (Alternating Pattern): Die Taktzellen sind die nicht geschlossene Grenze nach außen. Sie dienen zur Identifizierung der Anzahl von Zeilen und Spalten und geben die sogenannte Matrixdichte wieder.
  • Speicherbereich (Data Region): Der Speicherbereich enthält die die binären Informationen in codierter Form.
  • Ruhezone (Quiet Zone): Die Ruhezone enthält keine Informationen. Sie grenzt den Code zur Umgebung ab, damit eventuell umliegende Muster oder Strukturen nicht beim Auslesens stören. Die Zone ist ein Feld bzw. eine Zeile breit.
  • Ausrichtungsmuster (Alignment Pattern)

Die paarweise Kombination aus durchgehenden und unterbrochenen Linien in beiden Richtungen waagerecht und senkrecht vereinfachen die Bildauswertung. Es werden große Datenfelder bei Codes mit mindestens 32 Modulen Kantenlänge in gleich große Teile unterteilt.

Mithilfe des DataMatrix-Code 144×144 ECC 200 (plus Suchmuster und Ausrichtungsmuster) lassen sich bis zu 1556 Bytes, folglich 3116 Ziffern (3,5 Bit pro Zeichen) oder 2335 ASCII-Zeichen (7 Bit pro Zeichen) kodieren.

Vorteile

Ein allgemeiner Vorteil von Barcodes ist, dass das maschinelle Einlesen nicht nur schneller als das händische Eintippen geht, sondern auch weniger Fehleranfällig ist. Weitere Vorteile von DMCs sind

  • Benötigt sehr wenig Platz, da eine große Zeichenzahl auf kleinstem Raum codiert werden kann aufgrund der hohen Datendichte. Dadurch wird Verbrauchsmaterial (Etiketten Tinte...) eingespart und der DMC kann auf Kleinstprodukten oder auch runden Flächen angewendet werden, mit denen andere Verfahren Schwierigkeiten haben. Die Größe ist hauptsächlich durch den verwendeten Drucker begrenzt, nicht durch den Code selber.
  • DMCs sind auch mit geringem Kontrast lesbar. Ein Kontrast von 20% reicht aus. Das hat den Vorteil für mehr Möglichkeiten in der Gestaltung, da so Farben und Farbkombinationen eingesetzt werden können. Das ist eine häufige Fehlerquelle bei Barcodes die mehr Kontrast benötigen.
  • hohe Fehlertoleranz von bis zu 30%, durch das interne Verfahren zur Fehlererkennung. Die leistungsstarken Algorithmen erlauben eine automatische Fehlerkorrektur. Das bedeutet, auch wenn ein Teil der Codefläche zerstört ist, kann der Code ausgelesen werden.
  • DMCs können von 0-360° gelesen werden, wenn sie als Lesegerät mit einem Kamerascanner ausgelesen werden. Der Code wird zweidimensional erfasst unabhängig von der Ausrichtung.

Fehlerbehandlung

Der DataMatrix-Code hat ein Verfahren zur Fehlererkennung und zwei unterschiedliche Verfahren zur Fehlerkorrektur. Ursprünglich wurde zur Korrektur von Fehlern ein Faltungscode zur Vorwärtsfehlerkorrektur verwendet. Dieses Verfahren wird als ECC00 bis zu ECC140 bezeichnet. ECC steht für Fehlerkorrektur-Code (englisch „error correcting code“), die Zahl im Namen gibt an, inwieweit die Daten redundant im Code gespeichert sind. Heute wird bevorzugt der Reed-Solomon-Algorithmus zur Fehlerkorrektur angewendet. Diese Variante nennt man ECC200. Die ECC200-Fehlerkorrektur hat als Basis die Codewörter des Codes, bestehend aus je acht Matrixzellen. Ist eine Matrixzelle defekt, ist das Codewort zerstört. Je nach Version des DataMatrix-Codes (rechteckig oder quadratisch), können zwischen 3 und 14, oder zwischen 2 und 310 fehlerhafte Codewörter korrigiert werden.

DMC Laserbeschriftung

Als die Lösung um Bauteile mit einem DMC zu beschriften, gilt die Laserbeschriftung. Das hat verschiedene Gründe. Viele Branchen, darunter die Elektronikbranche, Medizintechnik und die Automobilindustrie sind angewiesen auf eine lückenlose Rückverfolgbarkeit von Bauteilen und sicherheitsrelevanten Komponenten, um die Verbrauchersicherhit zu gewährleisten. Beispielsweise bei auftretenden Mängeln, mit einem Produktrückruf als Folge, ist es möglich die betroffenen Chargen oder Einzelstücke per individueller Produktkennzeichnung, zu identifizieren. Gleichzeitig schützt eine Kennzeichnung vor Haftungsansprüchen bei gefälschten Produkten im Rahmen von Produktpiraterie. Die Voraussetzung ist jedoch eine dauerhafte und fälschungssichere Kennzeichnung. Die Laserbeschriftung meistert diese Herausforderung, da sie permanent und abriebfest ist. Außerdem kann die Laserbeschriftung haarfeine Kennzeichnungen lasern und eignet sich dadurch für Produkte, bei denen bei der Produktkennzeichnung Prozesssicherheit und bestimmte Toleranzen eingehalten werden müssen. Auch andere 2d Barcodes, wie der QR-Code lassen sich natürlich per Laserbeschriftung aufbringen.

Unterschied QR Code und DMC

Es gibt verschiedene Arten von Barcodes. Dazu gehören der DMC, der QR-Code und der klassische Strichcode (EAN-Code). Es wird unterschieden zwischen eindimensionalen Barcodes (1D) und zweidimensionalen Barcodes (2D). DMCs gehören, ebenso wie QR-Codes, zu den 2D-Barcodes. Der Strichcode zu den 1D-Barcodes. Zweidimensionale Codes codieren die Daten in Form einer Fläche über zwei Richtungen. Der QR-Code hat drei auffällige Rechtecken. Der DMC kann bis zu 2335 alphanumerische Zeichen verschlüsseln. Der QR-Code kann bis zu 4296 Zeichen verschlüsseln. Daher ist der QR-Code etwas größer. Er benötigt für die Darstellung der identischen Information, etwa 20 Prozent mehr Fläche als der DMC.

Unterschied DMC und GS1 Datamatrix

Optisch sehen beide Codes identisch aus und sind mit bloßem Auge nicht zu unterscheiden. Der GS1-Datamatrix hat jedoch am Anfang des Codes nach dem Startzeichen ein besonderes Steuerzeichen: “FNC1“. Dieses Zeichen zeigt den Anwendungen, dass der Codeinhalt nach den GS1 Vorgaben strukturiert wird. GS1 ist nach ISO/IEC 15459-2 als Issuing Agency registriert und in internationalen Normen festgehalten. Die ISO/IEC 15434 definiert, wie die benutzte Struktur erkannt werden kann und die ISO/IEC 15418 formuliert die Datenstruktur.

Unterschied DMC und eindimensionale Strichcodes

Bei einem eindimensionalen Strichcode werden zwei verschiedene Balkenbreiten in der Folge eindeutig bestimmt. Bei einem DMC wird die Anordnung der gleich großen Punkte innerhalb der Berandung (Suchmuster) und im Raster der Matrix bestimmt. Diese einheitliche Symbolgröße und der feste Symbolabstand machen das Auslesen und das Dekodieren der Information sehr viel sicherer und den Code in der Ausdehnung deutlich kompakter. Unter Einbeziehung der Fehlerkorrektur von DMCs, kann man sagen, dass der Strichcode vom DMC verdrängt wird.

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