讀碼器篇

讀碼器是一種用于讀取條形碼和二維碼的設備，隨著移動互聯網的普及，讀碼器在各個行業的應用越來越廣泛。在零售業中，讀碼器可以用于讀取商品條形碼，快速完成收銀結算。在物流行業中，讀碼器可以用于跟蹤貨物運輸，提高物流效率。在智能制造行業中，工業讀碼器的主要作用是讀取和解析產品信息、生產信息和管理信息等，幫助企業實現生產過程的可追溯性、生產計劃的準確性、產品質量控制的有效性等方面的目標。

工業固定讀碼器的主要功能和作用：

1、重碼檢測：重碼檢測判斷、缺碼或少碼檢測判斷，確保產品在出廠后條碼的唯一性。

2、生產統計：通過工業讀碼器掃描成品條碼，可自動完成成品的產量統計、用料統計，同時計算出廢品狀況。

3、成本控制：將所有使用的生產原物料建立唯一編號，附有條形碼標簽；通過每種類型的產品物料清單，將產品生產計劃分解成為用料計劃，可合理計算材料余量，控制每批產品的材料用量與標準成品的偏差。

4、品質追蹤：可通過工業讀碼器掃碼記錄和跟蹤產品的生產場地、生產日期、班組生產線、批號和序號，建立起良好的可追溯性，并找到產生殘次品的責任人員；

5、產品檔案：利用條碼采集數據，可以建立包括產品的制造過程、部件配置、質檢數據等詳細信息的完整產品檔案。工業掃碼器在確保產品制造過程的準確性和效率，在生產管理中實現快速檢索與溯源。

條碼的種類

我們常見的條碼有條形碼（一維碼）和二維碼。條形碼（一維碼）：世界上一共有大約100種條形碼，下面是常用的條形碼：

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條形碼格式

空白區（邊緣）：條形碼符號的左、右端。如果邊緣空白區寬度不夠，條形碼讀取器就無法對條形碼數據進行掃描。左右邊緣都必須至少是窄條寬度（最小單元寬度）的10倍。

起始/終止符：表明數據開始和結束的字符。條形碼的種類不同，起始/終止符也不一樣。CODE 39采用"*"，CODABAR采用"a"、 "b"、 "c" 和 "d"。（EAN和ITF采納，不是字符，是表明數據開始和結束的條形圖案。）；

數據（信息）：字符的條形碼圖案（數字的、字母的、等等）代表從左開始的數據。上圖中從左的條型圖案分別代表"0"、"1"、"2"，顯示數據"012"已經被驗證。

校驗位：計算數值以校驗讀取錯誤。直接附在條形碼后；

條形碼長度：條形碼的長度包括左右空白區的長度。如果包括空白區在內的條形碼與掃描寬度不符，條形碼讀取器就無法掃描數據；

條高：在打印機許可的條件下條形碼盡量要高。如果條形碼高度不夠，激光將會偏離條形碼，導致讀取困難。推薦高度為超過條形碼長度的15%。

窄條和寬條

下面介紹組成條形碼的最小單位條和空。條形碼是窄、寬不等的條和空的組合。每個條和空的名稱如下：

一般準備條形碼時推薦的比例如下：NB : WB = NS : WS = 1 : 2.5 （推薦比例），窄條的寬度是選擇條形碼讀取器的關鍵。窄條寬度也稱做"最小單元寬度"

附件：常見條形碼長度列表：CODE39

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附件：常見條形碼長度列表：CODE128 (CODE-A, B)

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二維碼

二維碼(Two-dimensional code)，最早發明于日本，它是用特定的幾何圖形按一定規律在平面(二維方向)上分布的黑白相間的圖形，是所有信息數據的一把鑰匙。在編碼中，巧妙地運用了構成計算機內部邏輯基礎的“0”和“1”位流的概念，用與二進制相對應的幾個幾何圖形來表示字符的數值信息，這些信息可以被圖像輸入設備或光電掃描設備自動讀取和讀出，實現信息的自動處理。更通俗點說，二維碼就是個圖形化的計算機指令，只要通過對應的二維碼識別工具就可以讀取其中的指令并執行。

在現代商業活動中，可實現的應用十分廣泛，如:產品防偽/溯源、廣告推送、網站鏈接、數據下載、商品交易、定位/導航、電子憑證、車輛管理、信息傳遞、名片交流、wifi共享等。如今智能手機掃一掃功能的應用使得二維碼更加普遍。

它具有條形碼技術的一些共性:每種編碼系統都有自己特定的字符集；每個字符都有一定的寬度；具有一定的驗證功能等。同時，它還具有自動識別不同行信息、處理圖形旋轉變化的功能。二維碼既可以橫向表達信息，也可以縱向表達信息，比一般的條形碼有更大的信息容量，因此可以在小面積內表達大量信息。

二維碼特征及優勢：

二維碼技術是在一維條碼無法滿足實際應用需求的前提下產生的。其主要特點是信息量大、安全性高、讀取率高、糾錯能力強。

1.高密度編碼，信息容量大:最多可容納1850個大寫字母或2710個數字或1108個字節或500多個漢字，比一維碼的信息容量高幾倍左右；

2.強大的容錯糾錯功能:當二維碼因穿孔、污損等原因部分損壞時，仍能正確讀取，受損面積達到50%時仍能恢復信息；

3.編碼范圍廣:可以對圖片、聲音、文字、指紋等數字信息進行編碼，可以用條形碼表示，可以表示多種語言和文字，可以表示圖像數據；

4.解碼可靠性高:遠低于常見條碼解碼誤差率的百萬分之二，誤差率不超過百萬分之一；

5.可以引入加密措施:保密性和防偽性好；

6.成本低，制作容易，經久耐用：條形碼符號的形狀、大小比例可以改變；

常見二維碼介紹

DataMatrix（ECC200）的構成

DataMatrix（二維條碼）是矩陣型二維碼，于 1987 年由美國國際資料公司發明。作為標編號 ISO/IEC 16022、 JIS X 0512，進行了標準化。DataMatrix（ECC200）類型包括正方形與長方形，單元數必須是偶數。。DataMatrix 版本包括被稱為 ECC000、 ECC050、 ECC080、ECC100、 ECC140 的舊版和被稱為 ECC200 的新版。

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定位標識與時鐘標識：

DataMatrix 的構成如下圖所示，在邊部分配置 L 字形的定位標識和虛線狀的時鐘標識，并在其內部放入數據單元（單元格）。條碼讀取器通過對定位標識與時鐘標識進行圖像處理來檢測位置，可進行 360° 全方位讀取。

大小計算方法：

單元數乘以單元尺寸，即可算出 DataMatrix 的大小。例如，單元尺寸＝ 0.25 mm 時，大小如下：

QR 碼的構成

QR 碼（Quick Response 碼）作為重視高速讀取的矩陣型二維碼，于 1994 年由株式會社 Denso Wave 開發。作為標準編號 ISO/IEC 18004、 JIS X 0510，進行了標準化。構成 QR 碼的最小單位（黑白正方形）稱為單元。QR 碼由位置檢測標識（位置探測標識）、定時標識、包含錯誤糾正等級或掩膜號等信息的格式信息，以及數據及錯誤糾正符號（里所符號）構成。

位置探測標識（分隔符號）：

指配置在 QR 碼 3 個角落的 3 個（微型 QR 為 1 個）位置檢測標識。首先通過探測該標識，即可識別 QR 碼的位置，能夠進行高速讀取。在 A、 B、 C 的任何位置，白單元與黑單元的比率均為 131，經過旋轉后也可檢測位置或根據位置關系識別旋轉角度。沒有方向性，從 360° 全方位都能讀取，可有效提高作業效率。

生產生活中，條碼標記類型：Labels標簽和DPM直接部件標記。

Labels標簽：是使用預先印刷的標簽、標牌和貼紙。

快遞標簽碼

直接部件標識 (DPM)就是通過激光或化學蝕刻、點刻、或噴墨印刷的方式為元件做永久標記的流程。DPM是一種特殊的標識制作技術，并非是一種碼制, 該技術可以實現直接在零部件表面上做標識，而不需要紙張、標簽一類的標識載體。具有不易丟失，不易涂改的特點。

DPM碼制作工藝:主要有激光蝕刻、機械沖擊、噴墨打印、化學腐蝕4種方法。

1.激光蝕刻

激光蝕刻又稱激光雕刻，是指通過大功率的激光打標機，將激光照射到金屬表面，蝕刻出相應的二維碼信息。激光蝕刻打印出來的條碼質量標記高、分辨率高、非接觸和永久性，但前期投入成本也會較高。

激光蝕刻

2.機械沖擊

機械沖擊又稱機打撞擊，是指通過外部力量沖擊金屬載體，使金屬表面形成一定凹陷的二維碼圖像。通過機械沖擊生成的二維碼質量效果不太好，二維碼尺寸較大，二維碼陣列不夠規整，讀起來會比較困難，但前期投入成本低，抗磨損性極好，具有便攜式和永久性。

機械沖擊

3.噴墨打印

噴墨打印是指通過噴碼機，對相應產品噴印上二維碼信息。由于噴印技術的限制，往往通過噴碼機打印出來的二維碼不會太小，分辨率低，往往會出現打印不均勻，重影，黑道的現象。從而造成讀取困難，誤讀的情況出現。噴碼打印二維碼的工藝在前期投入成本較低，，非接觸速度塊，但也是最易磨損的一種。

4.化學腐蝕

化學腐蝕是指通過特定的化學試劑，對金屬材質的二維碼載體制作出相應的二維碼圖像。制作此類條碼時需要使用化學試劑接觸到金屬載體，但初始成本低，不改變物體表面。但此類條碼制作后，往往對比對較低，讀取比較困難。

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化學腐蝕

碼密度及計算

條碼密度：指單位長度內所容納的字符數量。碼密度是由模塊的尺寸決定的（module），模塊尺寸越小密度越大，單位用mil表示

一維碼的密度，指的是最窄的黑條或白條的寬度；

二維碼的密度，指的是最小的黑塊或白塊的邊長。

這兩種最窄的圖像單元稱為模塊。密度通常用mil為單位，中文叫密爾或密耳，1mil = 1/1000 inch（英寸）≈ 0.0254mm（毫米）。所以，如果說一個一維碼的密度為：5mil，即是說：一維碼的最窄的黑條或白條的寬度為 5*0.0254mm = 0.127mm。如果說一個二維碼的密度為：10mil，即是說：二維碼的最小黑塊或白塊的邊長為 10*0.0254mm = 0.254mm。

由于用尺來量度這么小的長度比較難，所以我們可以量度條碼的整體長度，再將條碼拍照放大，然后查看條碼整體寬度的像素數量，以及模塊的像素數量，再套用公式計算出條碼密度：模塊邊長（即 條碼密度） = （條碼整體的長度mm / 條碼整體長度的像素 * 模塊像素）/ 0.0254。

以下示例計算QR CODE的密度。

QR CODE的整體邊長

上圖的整個二維碼邊長為10mm，單個模塊邊長不到1mm，用尺子不好量出來，所以要用公式推算。

推算的步驟：

1、拍二維碼的照片，盡量放大。

2、用畫圖工具，量出照片中，整個二維碼的邊長的像素（1677像素），以及單個模塊的邊長的像素（76像素）：

QR CODE的像素

3、由于二維碼實物的邊長與二維碼圖片的像素成比例，而我們量出了 二維碼實物的邊長 和 二維碼圖片的像素，又量出了單個模塊的圖片的像素，就可以計算出模塊的邊長了。公式為：模塊邊長（即 條碼密度） = （二維碼邊長mm / 二維碼像素 * 模塊像素）/ 0.0254，計算結果的單位為mil。最后除以0.0254的作用是將長度單位換算為mil，如果不換算長度單位為mm，平常說條碼的密度一般都以mil為單位。

用上圖的實例來計算一次：

模塊邊長（條碼密度）=10mm / 1677 * 76 / 0.0254 ≈ 17.84mil

因此，上圖中的二維碼密度約為 17.84mil。

案例：

如上圖所示，要準確讀取此矩陣式二維碼至少需要多少的分辨率才可達到？規定視野范圍：100*100mm（請考慮二維碼單模塊最低像素值2.5pixel）

解：

1: 計算碼密度:

8mm/20module=0.4mm/module

0.4/0.0254=15.74mil

2:計算個別像素分辨率

個別像素分辨率=碼密度/使用的視覺工具精度(PPM)

個別像素分辨率:(精度最小為2.5pixel)

0.4/2.5pixel=0.16mm/pixel

3:計算相機所需像素分辨率

所需相機水平分辨率= FOV (H)/ 個別像素分辨率

分辨率:(視野為100*100)

100mm/0.16mm/pixel=625pixel

所以要求的分辨率最小為:625*625

來源丨Yve享

審核編輯：劉清