Marquage direct de pièces : pourquoi rarement un QR code

Un raccord inox de 12 mm de diamètre doit porter un identifiant qui résiste à la passivation, à dix ans dans un local technique et à un coup de solvant. Aucune étiquette ne tiendra aussi longtemps, et il n'y a de toute façon pas la place d'en coller une. Le marquage doit être dans le métal.

Le marquage direct de pièces inscrit un code lisible par machine sur l'objet lui-même plutôt que sur quelque chose de collé dessus, et presque toutes les règles des codes imprimés changent. Le contraste cesse d'être une propriété de l'encre, la taille de module cesse d'être une question de résolution d'impression, et la symbologie cesse généralement d'être le QR. Micro QR et rMQR s'ouvre précisément sur cette situation, un numéro de série dans quelques millimètres sur un circuit imprimé, et les variantes QR plus petites sont une réponse. Rarement la première.

Le marquage n'a pas de couleur

Si un code imprimé fonctionne, c'est parce que l'encre foncée absorbe la lumière quand le support clair la renvoie. Un marquage direct ne dispose d'aucun pigment : il ne joue que sur un écart de texture, une couche d'oxyde ou une différence de profondeur. Et savoir si cet écart se présentera comme foncé ou comme clair dépend entièrement de la manière dont vous l'éclairez.

Prenez un marquage par micro-percussion : de petites empreintes coniques poinçonnées dans le métal. Le métal au fond d'une cuvette est le même que celui de la surface autour. Sous une lumière diffuse venue du dessus, la cuvette paraît légèrement sombre, parce qu'elle se fait de l'ombre. Sous une lumière rasante venue du côté, le bord accroche la lumière et la cuvette se lit claire tandis que la surface plane devient sombre : la polarité de tout le code s'inverse.

Un lecteur, ici, doit donc gérer les deux polarités, et c'est pour cela que les imageurs industriels décodent des marquages clair sur sombre que l'application photo d'un téléphone refuse d'emblée. Les codes inversés explique pourquoi ce refus est normal du côté grand public. Le même marquage physique peut être un excellent code ou un code illisible selon rien d'autre que la lampe.

Trois façons de faire le marquage

Le laser. Le plus contrôlable et le plus répandu. Sur métal, un laser à fibre peut enlever de la matière pour laisser une zone rugueuse et mate, ou recuire la surface pour faire croître une couche d'oxyde sombre sans rien retirer. Le marquage par recuit est le choix des instruments chirurgicaux et du matériel alimentaire, parce qu'il ne laisse aucun interstice où piéger une contamination et survit à des autoclavages répétés. Sur les plastiques, le moussage éclaircit et la carbonisation assombrit, selon le polymère.

La micro-percussion. Un stylet en carbure entraîné pneumatiquement ou électromagnétiquement, qui imprime un point à la fois. Robuste, peu coûteuse, tolérante aux surfaces brutes de fonderie et de forge, et grossière : la taille de module est le diamètre du stylet et les cellules sortent rondes. Cela l'exclut des petits marquages, et la contrainte d'impact l'exclut des pièces à paroi mince.

L'attaque chimique et électrochimique. Un pochoir plus un électrolyte et du courant, ou un procédé photochimique, qui retire une couche superficielle pour laisser un creux mat. Courante là où l'apport thermique doit rester proche de zéro. Plus lente par pièce, et il lui faut un pochoir par dessin, ce qui la pousse vers des identifiants fixes plutôt que sérialisés.

Pourquoi le Data Matrix gagne d'habitude, et quand le QR gagne encore

Le plus petit symbole Data Matrix ECC 200 est une grille de 10 par 10 qui contient six chiffres, et il lui faut une zone de silence d'un module de chaque côté, soit un encombrement de 12 par 12 largeurs de module. Le plus petit symbole QR est la version 1 en 21 par 21, et la zone de silence de quatre modules le porte à 29 par 29. À taille de module identique, cela fait 2,4 fois la largeur et 5,8 fois la surface pour la version QR, et sur un raccord de 12 mm c'est toute la décision. Le Data Matrix perd aussi moins de cellules dans la géométrie de repérage : il lui faut une bordure en L et une piste de cadencement au lieu de trois motifs de repérage de 7 par 7.

Deux autres raisons sont institutionnelles. Le Data Matrix ECC 200 est la symbologie nommée dans les normes de marquage auxquelles travaillent les acheteurs industriels, dont la MIL-STD-130 pour le marquage des articles de défense aux États-Unis et les identifiants uniques des dispositifs médicaux, si bien que lecteurs, vérificateurs et cahiers des charges qualité existent déjà pour lui. Et ses lecteurs partent du principe que les surfaces sont difficiles, là où le QR grand public part du principe qu'il y a du papier. La comparaison des symbologies couvre le reste du terrain.

Le QR gagne sa place dans une situation courante : quand un humain doté d'un téléphone ordinaire doit le lire. Les techniciens en intervention. Une plaque signalétique de machine que quelqu'un flashe pour obtenir la notice, ce autour de quoi les codes de maintenance sont construits. L'enregistrement de garantie par un client final. Rien d'autre ici n'est lu nativement par une application photo d'origine. Il y a aussi un argument de charge utile : pour une URL plutôt qu'un identifiant, la capacité du QR en mode octet vaut mieux que de tasser la même chaîne dans un petit Data Matrix, et pour un identifiant produit structuré dans le commerce de détail, GS1 Digital Link est un schéma fondé sur le QR avec un écosystème existant.

Micro QR se situe entre les deux. Un seul motif de repérage au lieu de trois et une zone de silence de deux modules au lieu de quatre ramènent sa plus grande version à un encombrement de 21 par 21, la taille d'une grille QR version 1 nue avant la marge propre à ce code. Il ne porte que des identifiants courts, et le support des lecteurs est une question de modèle et de micrologiciel, si bien qu'il appartient à une boucle fermée avec du matériel connu et nulle part où un téléphone intervient.

L'éclairage décide de tout

Plus d'échecs de lecture viennent de l'éclairage que de quoi que ce soit d'autre.

• L'éclairage dôme diffus pour les surfaces brillantes et courbes : il inonde le marquage depuis tous les angles à la fois et tue le point chaud spéculaire qu'une pièce polie renvoie à la caméra.
• Le champ sombre à faible angle pour les marquages gravés et poinçonnés sur surfaces planes. La lumière rase la surface, les zones planes réfléchissent loin de l'objectif et deviennent sombres, le marquage diffuse et devient clair. Polarité inversée, contraste fort.
• L'éclairage coaxial ou champ clair pour les marquages mats sur brillant, comme une ablation laser sur acier poli, où la surface plane renvoie la lumière vers l'objectif et le marquage rugueux non.

Une caméra à poste fixe change toutes les règles, parce qu'elle fixe tout cela d'un coup : distance, angle, mise au point, exposition, éclairage, et exclusion de la lumière ambiante. Vous cessez de concevoir pour le pire cas qu'un inconnu pourrait créer et concevez pour une géométrie unique que vous garantissez. La taille de module minimale descend à ce que votre optique sait résoudre, exprimé d'habitude en pixels par module, trois étant le chiffre de travail courant et cinq le chiffre préféré dès qu'il y a une notation.

Les circuits imprimés ont leurs propres règles

Un marquage sur une carte doit survivre à une refusion jusqu'à 260 degrés, éventuellement à un brasage à la vague, et à une étape de nettoyage. Les étiquettes papier n'y survivent pas ; les étiquettes polyimide, oui. Le marquage laser directement sur le vernis épargne fonctionne bien, généralement à une longueur d'onde ultraviolette ou verte choisie pour marquer le vernis sans entamer le substrat.

L'emplacement est contraint comme aucun visuel ne l'est. Le marquage doit se placer dans une zone d'exclusion sans cuivre en dessous, rester visible après la pose des composants, et être assez plan pour une caméra fixe à une distance de travail connue. Le contraste sur un vernis épargne vert ou noir est meilleur qu'on ne l'attend, et c'est pour cela que les marquages de carte sont fréquemment clair sur sombre par conception, et pour cela qu'un téléphone est le mauvais outil pour les tester.

Et en France ?

L'industrie française de l'aéronautique, autour de Toulouse et de Bordeaux notamment, est l'un des grands utilisateurs du marquage direct. Les fournisseurs du secteur travaillent avec des référentiels spécifiques, comme la norme SAE AS9132, qui définit les exigences de qualité du marquage Data Matrix directement sur les pièces aéronautiques.

Si vous êtes sous-traitant pour ce secteur, ou pour l'automobile et le médical, commencez par demander à votre donneur d'ordre sa spécification de marquage : symbologie, méthode, taille de module et niveau de qualité exigé. C'est elle qui décide, bien avant la question du QR code, et elle impose presque toujours le Data Matrix.

Vérifier une note, pas un simple scan

Ici, une lecture réussie n'est pas un critère d'acceptation, et c'est ce qui distingue le marquage direct de l'impression classique. Un marquage lu aujourd'hui par votre unique lecteur peut être limite sur tous les critères mesurables, et il échouera l'an prochain sur une autre pièce, sous une autre lumière. Seule une vérification selon la norme dit s'il est vraiment bon.

La vérification est une mesure calibrée sur des paramètres définis, rapportée sous forme de note : contraste, modulation, uniformité de la grille, dommages aux motifs fixes, et part de correction d'erreurs consommée. L'ISO/IEC TR 29158 définit cette méthodologie spécifiquement pour les marquages directs, parce que l'ISO/IEC 15415, la norme générale de qualité d'impression des symboles 2D, suppose une surface qui ressemble à du papier.

Fixez une note minimale dans la spécification, vérifiez-la sur le vrai substrat avant de figer la conception, et échantillonnez contre elle en production. Un marquage bien noté a de la marge. Un marquage qui se contente de se scanner n'en a aucune.