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Die
Erfindung betrifft eine Laservorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen
von Barcodes auf Gegenständen,
insbesondere Personalisierungsdokumenten, wobei die Laservorrichtung
mindestens zwei Laserstrahlen abstrahlt und jeder Barcode aus einer
Mehrzahl an Laserbeschriftungslinien aufgebaut ist.
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Herkömmlicherweise
werden Laser zum Beschriften diverser Materialien, wie Materialien
für Personalisierungsdokumente,
beispielsweise durch Ablation von Dokumentensubstratoberflächen angewendet.
Hierbei können
sowohl Schriftdaten als auch Bilddaten und dergleichen Daten mittels
Laser auf das Personalisierungsdokument aufgebracht werden, wobei
durch Änderung
der für
die Auftragung der Daten relevanten Laserparameter eine Änderung
der Beschriftungszeit beeinflusst werden kann.
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Insbesondere
in Vorrichtungen zum Personalisieren einer großen Anzahl von Personalisierungsdokumenten
ist hierbei erwünscht,
dass die Beschriftungszeiten bzw. allgemein die Zeiten zum Aufbringen
der Daten sehr gering gehalten werden, um eine möglichst hohe Anzahl an Personalisierungsdokumenten
pro Zeiteinheit mit Daten versehen zu können. Bisher werden hierfür mehrere
Laser verwendet, die parallel zueinander angeordnet sind und eine
parallele Bearbeitung hinsichtlich der Aufbringung von Daten mehreren
zu personalisierenden Personalisierungsdokumenten durchführen. Allerdings
ist hierbei erforderlich, dass die hohe Anzahl sich vorzugsweise
auf einem gemeinsamen Transportband stetig fortbewegender Personalisierungsdokumente
in parallel angeordnete Arbeitsstationen, wovon jede mindestens
einen Laser aufweist, umgeleitet werden. Dies erfordert einen hohen
Konstruktionsaufwand der gesamten Personalisierungsanlage sowie
hohe Herstellungskosten.
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Aus
der
US 4,652,722 A ein
Lasermarkierungsapparat bekannt. Dieser Lasermarkierungsapparat
wird eingesetzt, um auf bewegte Artikel charakteristische Reihen
zu schreiben. Die Vorrichtung umfasst eine Vielzahl an Lasern. Ein
Laserstrahl wird von einem Laser abgegeben und über Spiegel durch ein Zuführrohr zu einem
weiteren Spiegel geleitet, der die jeweiligen Laserstrahlen umlenkt,
so dass sie zu einer Austrittslinse gelangen. Die. zu beschreibenden
Artikel werden über
einen Zuführmechanismus
derart unter die Linse geführt,
dass sie durch den Laserstrahl beschrieben werden.
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Insbesondere
bei Aufbringen von Barcodes mittels Laserstrahlen, die von einem
Laser ausgesendet werden, ist ein hoher Durchsatz der Gesamtvorrichtung
erwünscht,
wobei jeder Barcode eine Mehrzahl an Barcode-Balken mit unterschiedlicher
Breite aufweist. In Abhängigkeit
von der Breite der einzelnen Barcode-Balken ist es notwendig, dass
ein Laserstrahl zur Aufbringen eines einzelnen Barcode-Balken unterschiedlich
oft hin und her bzw. rauf und runter gefahren werden muss, um mit
Hilfe von mehreren hierdurch erhaltenen Laserbeschriftungslinien
einen Barcode-Balken mit einer vorgegebenen Breite zu erhalten.
Demzufolge ist ein vollständiger
Barcode aus einer Vielzahl von Laserbeschriftungslinien bzw. einer
Vielzahl von Vektoren zusammengesetzt, die entweder unmittelbar
benachbart zueinander ohne Zwischenlücke angeordnet sind, um hierdurch
einen Barcode-Balken mit einer bestimmten Breite, die eine Mehrzahl
von Laserbeschriftungslinien darstellt, zu erhalten oder einen Barcode
mit der Breite von genau einer Laserbeschriftungslinie angeordnet
zu bekommen.
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Derartige
Barcodes sind zeitaufwendig in ihrer Aufbringung, da jede Laserbeschriftungslinie
von dem Laserstrahl erzeugt werden muss. Dies hat zur Folge, dass
nur eine begrenzte Anzahl an Barcodes innerhalb einer Zeiteinheit
aufgebracht werden können
und somit nur eine begrenzte Anzahl an Gegenständen, wie Personalisierungsdokumenten,
die Vorrichtung passieren kann.
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Demzufolge
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Laservorrichtung
zum Aufbringen von Barcodes auf Gegenständen zur Verfügung zu
stellen, die einen hohen Durchsatz der die Laservorrichtung durchlaufenden
Gegenstände
ermöglicht,
sowie ein Verfahren zum Aufbringen von Barcodes auf Gegenstände mit
einem hohen Durchsatz zur Verfügung
zu stellen, um mit einer begrenzten Anzahl an Vorrichtungskomponenten
eine Reduzierung der Leerlaufzeiten zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird vorrichtungsseitig durch die Merkmale des Patentanspruches
1 und verfahrensseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 9
gelöst.
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Ein
wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, das bei einer Laservorrichtung
zum Aufbringen von Barcodes auf Gegenständen, insbesondere Personalisierungsdokumenten,
bei denen die Laservorrichtung mindestens zwei Laserstrahlen abstrahlt
und jeder Barcode aus einer Mehrzahl an Laserbeschriftungslinien aufgebaut
ist, ein erster Anteil eines Barcodes bestehend aus einer Mehrzahl
an Laserbeschriftungslinien durch den ersten Laserstrahl und ein
zweiter Anteil eines Barcodes bestehend aus einer Mehrzahl an Laserbeschriftungslinien
durch den zweiten Laserstrahl zeitgleich aufbringbar ist. Durch
eine derartige zeitgleiche Aufbringung von mindestens zwei Anteilen
der Mehrzahl an Laserbeschriftungslinien wird vorteilhaft ermöglicht,
dass mindestens zwei Laserstrahlen von einem gemeinsamen oder mehreren
Lasern zeitgleich ein Barcode in seiner Form aufbringen können und
somit die eigentliche Bearbeitungszeit der Laservorrichtung im Idealfall
halbiert werden kann.
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Vorteilhaft
ist der erste Laserstrahl einem ersten Laser und der zweite Laserstrahl
einem neben dem ersten Laser angeordneten zweiten Laser zugeordnet.
Hierdurch wird ermöglicht,
dass dem ersten Laser ein erster Gegenstand mit einem ersten Barcode
und zeitgleich der zweite Laser einem zweiten Gegenstand mit einem
zweiten Barcode zugeordnet wird. Wenn die Gegenstände beispielsweise
auf einem fortlaufenden Transportband angeordnet sind, so kann das
Transportband bei einem kurzen Zwischenstopp an dem ersten Laser
ermöglichen,
dass der erste Gegenstand mit einem ersten Anteil des Barcodes mittels
des ersten Laserstrahles versehen wird, während der zweite Laserstrahl
einen zweiten Anteil eines weiteren Barcodes, der auf einem weiteren
Gegenstand angeordnet ist, aufbringt, wobei der weitere bzw. der
zweite Gegenstand bereits in dem vorausgegangenen Schritt den ersten
Anteil der Laserbeschriftungslinien des Barcodes erhalten hat.
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Alternativ
kann dem ersten und dem zweiten Laser oder – sofern es sich um einen gemeinsamen
Laser handelt – den
ersten und den zweiten Laserstrahl eines gemeinsamen Lasers gemeinsam
ein einzelner Gegenstand zugeordnet werden, auf dem der Barcode
mit seinem ersten und seinem zweiten Anteil zeitgleich aufgebracht
wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
sind der erste und der zweite Anteil gleichgroße Alternativ können der
erste und der zweite Anteil annähernd
gleichgroß mit
einem wählbaren Unterschied
in der Anzahl an Laserbeschriftungslinien sein, wobei der Unterschied
so gering/minimal wie möglich
gehalten werden sollte.
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Bei
einer reihenfolgenartigen Durchzählung
der Laserbeschriftungslinien des Barcodes beinhaltet der erste Anteil
der Mehrzahl an Laserbeschriftungslinien die einigen Laserbeschriftungslinien
mit den ungeraden Zahlen und der zweite Anteil der Mehrzahl an Laserbeschriftungslinien
diejenigen Laserbeschriftungslinien mit den geraden Zahlen. Hierdurch
wird jede zweite Laserbeschriftungslinie von einem zweiten Laserstrahl
und jede dazwischenliegende Laserbeschriftungslinie von dem ersten
Laserstrahl aufgebracht.
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Alternativ
zu einer derartigen Aufteilung der Laserbeschriftungslinien in zwei
Anteile kann der erste Anteil der Mehrzahl an Laserbeschriftungslinien
die örtlich
betrachtet zumindest annähernd
erste Hälfte
der Laserbeschriftungslinien des Barcodes beinhalten. Der zweite
Anteil beinhaltet dann die örtlich
betrachtet annähernd
zweite Hälfte
der Laserbeschriftungslinien des Barcodes. Somit findet eine Aufteilung
des Barcodes in eine erste und eine zweite Hälfte statt, wovon jede von
einem hier zugeordneten Laserstrahl beschriftet wird.
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Vorzugsweise
ist hierbei die örtliche
Teilung des Barcodes in den ersten und dem zweiten Anteil zwischen
zwei Barcode-Balken angeordnet, so dass der links von diesem in
Breitenrichtung des Barcodes verlaufenden Trennstrich angeordnete
Barcode vollständig
von dem ersten Laserstrahl und der rechts von diesen Trennstrich
angeordnete Barcode vollständig
von dem zweiten Laserstrahl aufgebracht wird, unabhängig davon,
wie breit der Barcode ist, wieviele Laserbeschriftungslinien für die Herstellung
des Barcodes noch notwendig sind, um diesen vollständig aufzubringen.
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Bei
einem Verfahren zum Aufbringen von den Barcodes auf den Gegenständen, insbesondere
den Personalisierungsdokumenten, mittels der mindestens zwei Laserstrahlen
der Laservorrichtung, wobei jeder Barcode aus der Mehrzahl an Laserbeschriftungslinien
aufgebaut wird, wird zeitgleich ein erster Anteil eines Barcodes
bestehend aus einer Mehrzahl an Laserbeschriftungslinien durch den
ersten Laserstrahl und ein zweiter Anteil eines Barcodes bestehend
aus einer Mehrzahl an Laserbeschriftungslinien durch den zweiten Laserstrahl
aufgebracht.
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Bei
einem derartigen Verfahren wird bei einer Durchnummerierung der
Laserbeschriftungslinien der erste Laserstrahl diejenigen Laserbeschriftungslinien
mit der ungeraden Zahl aufbringen und zeitgleich wird der zweite
Laserstrahl diejenigen Laserbeschriftungslinien mit der geraden
Zahl aufbringen.
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Als
Alternative kann der erste Laserstrahl die örtlich betrachtet zumindest
annähernd
erste Hälfte
und der zweite Laserstrahl die örtlich
betrachtet zumindest annähernd
zweite Hälfte
zeitgleich aufbringen.
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Der
erste Anteil der Mehrzahl an Laserbeschriftungslinien für einen
ersten Barcode ist durch den ersten Laserstrahl des ersten Lasers
der Laservorrichtung, der an einem ersten Ort angeordnet ist, aufbringbar, während der
zweite Anteil der Mehrzahl an Laserbeschriftungslinien für einen
zweiten Barcode durch den zweiten Laserstrahl des zweiten Lasers
der Laservorrichtung, der an einem zweiten Ort angeordnet ist, aufgebracht wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorteile
und Zweckmäßigkeiten
sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung
zu entnehmen. Hierbei zeigen:
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1 in
einer schematischen Seitendarstellung eine Laservorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 in
einer Draufsicht einen Barcode zusammen mit einer vergrößerten Ausschnittsdarstellung;
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3 in
einer Draufsicht eine schematische Darstellung der Aufteilung eines
Barcodes in zwei Anteile, die jeweils von einem Laser auf das Dokument
aufgebracht werden, gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, und
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4 in
einer Draufsicht die Aufteilung eines Barcodes in zwei Anteile,
die jeweils von einem Laser aufgebracht werden, gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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In 1 ist
in einer schematischen Darstellung eine Laservorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Dieser Darstellung ist zu entnehmen, dass
die Laservorrichtung einen ersten Laser 1 und einen zweiten
Laser 2, die entlang der Transportrichtung 7 eines
Transportbandes 5 hintereinander angeordnet sind, aufweist.
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Der
erste Laser 1 sendet einen ersten Laserstrahl 3 und
der zweite Laser 2 sendet einen zweiten Laserstrahl 4 aus.
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Auf
dem Transportband 5 sind reihenartig einzelne Personalisierungsdokumente 6 angeordnet,
deren Oberfläche
mittels der Laserstrahlen 3, 4 mit einem Barcode
beschriftet werden sollen.
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Ein
Personalisierungsdokument 6a wird mit einem ersten Anteil
an Laserbeschriftungslinien des zu produzierenden Barcodes mittels
des Laserstrahles 3 beschriftet, während ein zweites Personalisierungsdokument 6b mit
einem zweiten Anteil der Laserbeschriftungslinien für den Barcode
mittels des Laserstrahles 4 versehen wird.
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Ein
kompletter Barcode kann beispielsweise aus 260 Vektoren bestehen,
die mit den beiden Lasern 1, 2 ausgegeben werden,
wobei ein derartiger Herstellungsprozess eines Barcodes im herkömmlichen
Sinne, also bei der Verwendung von lediglich einem Laserstrahl zum
Aufbringen des gesamten Barcodes, eine Laserprozesszeit von beispielsweise
ca. 0,83 s benötigt.
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Bei
der erfindungsgemäßen Verwendung
von insgesamt zwei Lasern 1, 2 kann die Anzahl
der aufzutragenden Vektoren bzw. Laserbeschriftungslinien auf beide
Laserstrahlen 3, 4 gleichmäßig aufgeteilt werden, indem
der erste Anteil an Laserbeschriftungslinien von dem ersten Laserstrahl 3 und
der zweite Anteil der Laserbeschriftungslinien von dem zweiten Laserstrahl 4 aufgebracht
wird.
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Eine
derartige Aufteilung hat zur Folge, dass beispielsweise 130 Vektoren
als erster Anteil durch den ersten Laserstrahl 3 auf das
Dokument 6a aufgetragen werden, während die zweiten 130 Vektoren
zeitgleich auf das Dokument 6b durch den Laserstrahl 4 aufgetragen
wird. Sobald das Dokument 6a durch schrittweises und/oder
kontinuierliches Fortbewegen des Transportbandes 5 in Richtung
des Pfeils 7 den zweiten Laserstrahl 4 erreicht
hat, wird bei diesem Dokument 6a ebenso der zweite Anteil,
also die zweiten 130 Vektoren bzw.
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Laserbeschriftungslinien,
auf das Dokument aufgetragen, so dass nach Durchlaufen beider Laser 1, 2 jedes
Dokument einen vollständig
aufgetragenen Barcode aufweist.
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Um
die Wirkung einer derartigen Aufteilung der aufzubringenden Laserbeschriftungslinien
auf zwei oder mehrere Laser darzustellen, ist anhand der nachfolgenden
Tabellen mit zwei Beispielen dargestellt, wie sehr sich eine derartige
Aufteilung („mit
Barcode-Teilung”)
gegenüber
einer herkömmlichen
Auftragung („ohne Barcode-Teilung”) auf den
Durchsatz und die Gesamtzeit einer Vorrichtung, welche als Nebenzeit
sonstige Ablaufprozesse unabhängig
von der Laserprozesszeit aufweist, auswirkt. Tabelle 1: Ohne Barcodeteilung:
Beispiel | Vektoren | Prozesszeit
Laser [sec] | Nebenzeit
Maschine [sec] | Gesamtzeit Maschine
[sec] | Durchsatz [uph] |
#1 | 1 × 260 | 0,83 | 0,6 | 1,43 | 2517 |
#2 | 1 × 148 | 0,5 | 0,6 | 1,1 | 3273 |
Tabelle 2: Mit Barcodeteilung:
Beispiel | Vektoren | Prozesszeit
Laser [sec] | Nebenzeit
Maschine [sec] | Gesamtzeit Maschine
[sec] | Durchsatz [uph] |
#1 | 2 × 130 | 0,415 | 0,6 | 1,015 | 3547 |
#2 | 2 × 74 | 0,25 | 0,6 | 0,85 | 4235 |
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Den
beiden Tabellen 1 und 2 ist zu entnehmen, dass bei einer herkömmlichen
Produktionsweise gemäß den Angaben
in Tabelle 1 eine Laserprozesszeit von 0,83 s bei einer Auftragung
von 1 × 260
Vektoren einzuplanen ist. Als Nebenzeit für die sonstigen zeitbeanspruchenden
Transportbewegungen und dergleichen ist 0,6 s zu veranschlagen und somit
ergibt sich bei einer Auftragung von 260 Vektoren gemäß Beispiel
1 eine Gesamtzeit von 1,43 s, welches zu einem Durchsatz von 2517
mit einem Barcode zu versehenden Gegenständen pro Stunde führt.
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Bei
dem Beispiel 2 würden
148 Vektoren bzw. Laserbeschriftungslinien zu einer Laserprozesslaufzeit von
0,5 s führen
und somit würde
bei einer Gesamtzeit von 1,1 s zu einem Durchsatz von 3273 Einheiten
pro Stunde (uph) führen.
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In
Tabelle 2 hingegen ist eine Aufteilung der aufzubringenden Laserbeschriftungslinien
in einem ersten Anteil und einen zweiten Anteil, wovon jeder Anteil
mit getrennten Laserstrahlen aufgebracht wird, durchgeführt worden.
Hierdurch ergibt sich eine Aufteilung der in Beispiel 1 aufgeführten 260
Vektoren auf zwei gleich große
Anteile á 130
Vektoren. Dies hat eine Halbierung der Laserprozesszeit von 0,83
s auf 0,415 s zur Folge. Hieraus ergibt sich eine Gesamtlaufzeit
von 1,015 s und ein Durchsatz von 3547 uph.
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Bei
dem Beispiel 2 würde
sich aufgrund der Halbierung der Vektorenanzahl auf 2 × 74 eine
Halbierung der Laserprozesszeit auf 0,25 s ergeben und somit bei
einer Gesamtlaufzeit von 0,85 s ein Durchsatz von 4235 uph möglich sein.
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Aus
einem Vergleich der Gesamtzeit- und Durchsatzwerte der Tabelle 1
und 2 wird deutlich, dass eine Maschinendurchsatzerhöhung von
bis zu 41% gegenüber
dem herkömmlichen
Auftragungsverfahren möglich ist.
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In 2 ist
nochmals ein Barcode 8 dargestellt, wie er üblicherweise
verwendet wird. Gemäß dem Bezugszeichen 8a wird
ausschnittsweise eine vergrößerte Darstellung
des Barcodes 8 wiedergegeben. Dieser Ausschnittsdarstellung
ist zu entnehmen, dass die Barcode-Balken 8b, 8c, 8d und 8e durchaus
verschiedene Barcode-Balkenbreiten aufweisen können, wobei sich jeder Barcode-Balken
aus einer Vielzahl an Laserbeschriftungslinien, die sich vorzugsweise
von oben nach unten erstrecken bzw. entlang der Längsseite
eines Barcode-Balken verlaufen, zusammensetzt.
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In 3 ist
in einer schematischen Draufsicht die Aufteilung der Laserbeschriftungslinien
für die
Herstellung eines Barcodes mit einer Vorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung gezeigt.
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Ein
Barcode 8, der auf den Gegenstand aufzutragen ist, weist
eine Mehrzahl an Barcode-Balken
auf, wobei zur Vereinfachung in dieser Darstellung jeder Barcode-Balken
die Breite von einer Laserbeschriftungslinie aufweist.
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Der
erste, dritte, fünfte,
..., x-te Barcode-Balken bzw. die diesen Barcode-Balken darstellende
Laserbeschriftungslinie 12a wird durch den ersten Laserstrahl
des ersten Lasers aufgetragen. Hierdurch ergibt sich ein Barcodebild
gemäß Bezugszeichen 9.
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Das
Barcodebild gemäß Bezugszeichen 10 umfasst
die Laserbeschriftungslinien 12b, welche den zweiten, vierten,
sechsten, ..., x + 1-ten Barcode-Balken darstellen. Bei einer zeitgleichen
Auftragung der Laserbeschriftungslinien würde somit der erste Laserstrahl
das Laserbeschriftungsbild gemäß Bezugszeichen 9 und
der zweite Laserstrahl das Laserbeschriftungsbild gemäß Bezugszeichen 10 auftragen.
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Sobald
ein Gegenstand bzw. ein Dokument beide Laserstrahlen der beiden
Laser 1 und 2 vollständig durchlaufen hat, wird
hierdurch der zusammengesetzte Code gemäß Bezugszeichen 11 erhalten,
der dem ursprünglich
gewünschten
Barcode gemäß Bezugszeichen 8 entspricht
und sich wiederum aus den Laserbeschriftungslinien 12a und 12b zusammensetzt.
Dies führt
zu einer erheblichen Reduzierung der Prozesslaufzeiten der Laser,
die zeitgleich mit ihren ersten und zweiten Laserstrahlen arbeiten
können.
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Eine
weitere andersartige Aufteilung der Laserbeschriftungslinien, aus
denen sich der Barcode zusammensetzt, wird in 4 dargestellt.
Gemäß dieser
Draufsicht eines Barcodes ist örtlich
betrachtet der linke Anteil bzw. die erste Hälfte 14 des Barcodes 13 mit
dem ersten Laserstrahl des ersten Lasers aufgetragen, wohingegen
der rechtsseitige Anteil bzw. die zweite Hälfte 15 des Barcodes 13 mit
einem zweiten Laserstrahl des zweiten Lasers aufgetragen worden
ist.
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Eine
Trennlinie 13a ist derart gezogen, dass sich beide Anteile 14, 15 in
eine gleiche Anzahl an Laserbeschriftungslinien aufteilt, wobei
die Barcode-Balken, wie sie beispielsweise durch die Bezugszeichen 16, 17, 18 und 19 dargestellt
sind, aus einer unterschiedlichen Anzahl an Laserbeschriftungslinien,
die sich von oben nach erstrecken, und parallel zueinander angeordnet
sind, zusammengesetzt sein können.
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Idealerweise
ist die Trennlinie 13a derart angeordnet, dass sie zwischen
zwei Barcode-Balken
angeordnet ist, wobei in Kauf genommen wird, dass der erste Anteil 14 an
Laserbeschriftungslinien etwas weniger oder etwas mehr Laserbeschriftungslinien
beinhaltet als der zweite Anteil 15.
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Durch
die oben genannten Aufteilungen gemäß den Darstellungen in 3 und 4 wird
vorteilhaft ermöglicht,
dass ein Laserstrahl eines Lasers nun lediglich die Hälfte der
Laserbeschriftungslinien im Gegensatz zu der gesamten Anzahl an
Laserbeschriftungslinien auftragen muss und hierdurch eine geringere
Laserbearbeitungszeit und somit ein höherer Durchsatz der gesamten
Vorrichtung erhalten wird.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem
Stand der Technik neu sind.
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- 1,
2
- Laser
- 7
- Transportrichtung
- 5
- Transportband
- 3,
4
- Laserstrahl
- 6,
6a, 6b
- Personalisierungsdokumente
- 8
- Barcode
- 8a
- ausschnittsweise
vergrößerte Darstellung
des Barcodes
- 8b,
8c, 8d, 8e
- verschiedene
Barcode-Balkenbreiten
- 12a,
12b
- Laserbeschriftungslinien
- 9
- Barcodebild
- 10
- Laserbeschriftungsbild
- 11
- zusammengesetzter
Code
- 14
- linker/erster
Anteil vom Barcode
- 13
- Barcode
- 15
- rechter/zweiter
Anteil vom Barcode
- 13a
- Trennlinie
- 16,
17, 18, 19
- unterschiedliche
Anzahl an Laserbeschriftungslinien