周炎，谢汶姝，尹航，刘俊涛，刘巍，贾丽

（北京宇航系统工程研究所，北京100076）

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航天产品二维码标印及试验技术研究

周炎，谢汶姝，尹航，刘俊涛，刘巍，贾丽

（北京宇航系统工程研究所，北京100076）

针对航天产品统一编码与附码的需求，开展了几种二维码标印方法和试验的研究，进行了多种典型材料的二维码标印及质量检测，并有针对性地开展了环境适应性试验，验证了二维码的环境适应性和可靠性，为航天产品实施二维码标印工作提供技术支持。

二维码；标印；试验

航天产品对信息化保障需求日益提升，而对产品实施统一编码并标印条码是实现信息化保障的基础，二维码相比一维条码、射频识别等技术有着信息容量大、抗干扰、纠错能力强、识别率高等方面的技术优势，因此成为了产品唯一编码标识的首选，本文开展了针对航天产品的二维码标印方法及试验的研究。

1 二维码标印方法研究

二维码对于黑白反差的要求较低，一般灰度对比超过20%即可，同时二维码可以反色，不仅适用于印刷，也适用于通过激光、喷墨、打点和腐蚀等方式直接制作在金属和非金属产品上。典型的二维码标印方法有打点、激光蚀刻、喷墨和电化学蚀刻等，将条码永久性标印在金属、塑料、橡胶和玻璃等基体表面。

1.1 打点标印

打点通常是使用气动或电动驱动的撞针，利用撞针的硬度和冲击力在零件表面产生圆的凹痕。打点标印设备通过计算机控制打点针头在二维平面内按一定轨迹移动，同时针头做高频冲击运动，从而在产品表面打印出有一定深度和大小的标记。打点标印设备及示例如图1所示。

图1 打点标印设备及标印示例

打点标印对零件要求如下：

（1）表面可以做一定的破坏；

（2）表面硬度不能太高；

（3）零件可以承受一定的冲击力。

1.2 激光标印

激光直接标记技术是指利用激光的热效应作用在材料表面，使基体发生一系列的物理或化学变化，从而留下永久标记的技术[1]。激光标印为非接触式加工，可避免产生机械应力所造成的损伤，同时由于聚焦后光斑很小，热影响区域小且加工精细。激光标印设备及示例如图2所示。

图2 激光标印设备及标印示例

根据激光标印的原理，要求材料对激光具有良好的吸收特性。为了满足这一基本要求，可以通过两种方法来实现。一是选择对材料有良好吸收特性的激光工作波长，通过选取激光器种类或采用激光变频技术来实现；二是对标记材料进行预处理，如磷化、发黑或涂抹吸光物质等都有明显的效果[2]。

1.3 喷墨标印

喷墨标印技术是一种非接触的打印技术，通过打印设备控制，将墨水沉积到衬底上，形成事先设计好的图案[3]，广泛应用于食品、化妆品、医药、汽车等零件加工行业、电线电缆行业、电子行业、烟酒行业以及其他领域。喷墨标印设备及示例如图3所示。

图3 喷墨标印设备及标印示例

根据喷墨工作原理的区别，主要有两种：按需喷印式和连续喷印式。按需喷印式方法通过高精密阀门或压电技术控制墨水通过喷头，字符对应的墨水依靠压力喷出，在相对运动的物体表面形成字符。连续喷印式方法的工作原理是墨水通过压力从喷嘴不断喷出，经过两个可调电压的金属板之间，通过调整金属板之间的电压控制墨滴偏转后的垂直位置，调整与物体表面的相对速度控制墨滴的水平位置，最终在物体表面形成字符。

喷墨标印方法有以下的优点：

（1）非接触：由于是喷射油墨，与产品表面并不直接接触，不会破坏被喷印物表面。

（2）速度快，且容易编辑和修改标印内容。

（3）应用的表面材质广泛：通过选择不同的墨水，不论是纸张、塑胶、金属、玻璃、坚硬的表面或是柔软易碎的表面均可得到良好的效果。

1.4 电化学法标印

电化学法标印是利用电解加工的方法，以电化学反应为基础，使金属阳极（工件）溶解，从而在金属表面加工出所需图案的一种工艺[4]。电化学法的工作原理是电化学溶解或氧化将要标印的金属表面，通过模版图像，留下相应的标记。通过在待标印的表面（与蚀刻设备的阳极相连）和电解液浸垫（与阴极相连）间放置模板，并接通低电压电流来实现。电化学法标印设备及示例如图4所示。

图4 电化学标印设备及标印示例

由于需要预制模板，主要适用于产品标印信息固定的情况和低产量生产线，不适用于序列号等随产品个体信息变化的标识信息。

2 二维码标印试验

通过采取不同的方法在几种典型材料表面标印二维码，根据材料本身特性调整标印设备的相关参数以获得最佳效果，并依据二维码质量检测标准（AIM DPM-1-2006《条码符号质量检验标准》）对二维码样本进行质量等级检测，验证各种标印方法在不同材质产品上的适用性，试验结果如表1所示。

表1 二维码标印方法对不同材料的适用性

3 二维码可靠性试验

航天产品在实际使用过程中，将经历湿热、盐雾、砂尘等严酷的自然环境条件，以及使用人员的接触、摩擦和汗液腐蚀等工况，为验证产品表面二维码应对各类环境和工况的可靠性，开展了环境适应性试验和耐摩擦试验。

3.1 环境适应性试验

根据航天产品实际使用环境条件，同时按照GJB150A《军用设备环境试验方法》要求，提出湿热、盐雾、砂尘试验要求，各项试验条件如表2至表4所示。

表2 湿热试验条件

表3 盐雾试验条件

表4 砂尘试验条件

选取表面二维码质量合格的试验件开展湿热、盐雾、砂尘环境试验，试验后进行外观检查并通过识读试验检验二维码的识读率。从试验结果看：铝板、铜板等抗腐蚀能力较差的试验件在经历湿热、盐雾环境后会出现不同程度的腐蚀斑纹，部分影响了二维码的识读；不锈钢板、钛板及非金属试验件表面无明显变化，二维码识读正常；经历砂尘试验后，各种材质的试验件表面光泽均变暗，激光标印的二维码变模糊，喷墨标印的二维码被打磨掉，影响到二维码的识读。详细的二维码识读结果如表5所示。

表5 二维码环境适应性试验结果

3.2 耐摩擦试验

由于各种标印方法的原理不同，导致了二维码的耐磨性也不同。打点、激光、电化学法标印是通过直接改变产品表面状态实现的，二维码的耐磨性主要取决于材料本身，而喷墨标印是通过油墨附着于产品表面实现的，二维码的耐磨性主要取决于油墨与产品本体材质的相容性。通常情况下前三种标印方法的耐磨性要优于喷墨标印。因此，本次试验仅选取几种喷墨标印的试验件开展耐摩擦试验，采用100%聚酯棉布作为接触材质（模拟人手皮肤），采用人工汗液的有机溶剂作为接触溶液（模拟人手分泌的电解质），对产品表面二维码进行循环摩擦，过程中检测二维码识读情况，验证不同产品表面二维码的耐摩性及对汗液的耐腐蚀性。试验条件如表6所示。

选取几种典型材质的产品进行耐摩擦试验，试验结果如表7所示。

表7 二维码耐摩擦试验结果

4 结论

通过开展航天产品二维码标印及试验的研究，验证了几种标印方法对不同材料产品的适用性和工艺可行性，通过环境适应性和耐摩擦试验的考核，检验了不同产品、不同材料、不同标印方法生成的二维码可靠性，对开展航天产品表面标印二维码有很好的指导作用。

[1]曹荣华，邱化东，李建美，等.激光直接标记的质量评定及工艺参数优化[J].应用激光，2011（2）：151－156.

[2]李冬炜，徐子青.激光打标在航空制造业中的应用前景[J].航空制造工程，1997（11）：23－24.

[3]侯倩，陈君.喷墨打印技术的研究及其在电子器件产品中的应用[J].科技创新与应用，2016（4）：80.

[4]吴蒙华，赵家齐，刘晋春，等.不锈钢电化学蚀刻方法的初步研究[J].电加工，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，湖南双峰人，硕士，工程师，研究方向：航天装备综合保障技术。