讀碼器篇

讀碼器是一種用于讀取條形碼和二維碼的設(shè)備，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及，讀碼器在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。在零售業(yè)中，讀碼器可以用于讀取商品條形碼，快速完成收銀結(jié)算。在物流行業(yè)中，讀碼器可以用于跟蹤貨物運(yùn)輸，提高物流效率。在智能制造行業(yè)中，工業(yè)讀碼器的主要作用是讀取和解析產(chǎn)品信息、生產(chǎn)信息和管理信息等，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的可追溯性、生產(chǎn)計(jì)劃的準(zhǔn)確性、產(chǎn)品質(zhì)量控制的有效性等方面的目標(biāo)。

工業(yè)固定讀碼器的主要功能和作用：

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

2、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)：通過工業(yè)讀碼器掃描成品條碼，可自動(dòng)完成成品的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)、用料統(tǒng)計(jì)，同時(shí)計(jì)算出廢品狀況。

3、成本控制：將所有使用的生產(chǎn)原物料建立唯一編號(hào)，附有條形碼標(biāo)簽；通過每種類型的產(chǎn)品物料清單，將產(chǎn)品生產(chǎn)計(jì)劃分解成為用料計(jì)劃，可合理計(jì)算材料余量，控制每批產(chǎn)品的材料用量與標(biāo)準(zhǔn)成品的偏差。

4、品質(zhì)追蹤：可通過工業(yè)讀碼器掃碼記錄和跟蹤產(chǎn)品的生產(chǎn)場(chǎng)地、生產(chǎn)日期、班組生產(chǎn)線、批號(hào)和序號(hào)，建立起良好的可追溯性，并找到產(chǎn)生殘次品的責(zé)任人員；

5、產(chǎn)品檔案：利用條碼采集數(shù)據(jù)，可以建立包括產(chǎn)品的制造過程、部件配置、質(zhì)檢數(shù)據(jù)等詳細(xì)信息的完整產(chǎn)品檔案。工業(yè)掃碼器在確保產(chǎn)品制造過程的準(zhǔn)確性和效率，在生產(chǎn)管理中實(shí)現(xiàn)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(qū)（邊緣）：條形碼符號(hào)的左、右端。如果邊緣空白區(qū)寬度不夠，條形碼讀取器就無法對(duì)條形碼數(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)據(jù)開始和結(jié)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(shù)據(jù)開始和結(jié)束的條形圖案。）；

數(shù)據(jù)（信息）：字符的條形碼圖案（數(shù)字的、字母的、等等）代表從左開始的數(shù)據(jù)。上圖中從左的條型圖案分別代表"0"、"1"、"2"，顯示數(shù)據(jù)"012"已經(jīng)被驗(yàn)證。

校驗(yàn)位：計(jì)算數(shù)值以校驗(yàn)讀取錯(cuò)誤。直接附在條形碼后；

條形碼長(zhǎng)度：條形碼的長(zhǎng)度包括左右空白區(qū)的長(zhǎng)度。如果包括空白區(qū)在內(nèi)的條形碼與掃描寬度不符，條形碼讀取器就無法掃描數(shù)據(jù)；

條高：在打印機(jī)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(huì)偏離條形碼，導(dǎo)致讀取困難。推薦高度為超過條形碼長(zhǎng)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(gè)條和空的名稱如下：

一般準(zhǔn)備條形碼時(shí)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(guān)鍵。窄條寬度也稱做"最小單元寬度"

附件：常見條形碼長(zhǎng)度列表：CODE39

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附件：常見條形碼長(zhǎng)度列表：CODE128 (CODE-A, B)

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二維碼

二維碼(Two-dimensional code)，最早發(fā)明于日本，它是用特定的幾何圖形按一定規(guī)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(shù)據(jù)的一把鑰匙。在編碼中，巧妙地運(yùn)用了構(gòu)成計(jì)算機(jī)內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”和“1”位流的概念，用與二進(jìn)制相對(duì)應(yīng)的幾個(gè)幾何圖形來表示字符的數(shù)值信息，這些信息可以被圖像輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動(dòng)讀取和讀出，實(shí)現(xiàn)信息的自動(dòng)處理。更通俗點(diǎn)說，二維碼就是個(gè)圖形化的計(jì)算機(jī)指令，只要通過對(duì)應(yīng)的二維碼識(shí)別工具就可以讀取其中的指令并執(zhí)行。

在現(xiàn)代商業(yè)活動(dòng)中，可實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用十分廣泛，如:產(chǎn)品防偽/溯源、廣告推送、網(wǎng)站鏈接、數(shù)據(jù)下載、商品交易、定位/導(dǎo)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(jī)掃一掃功能的應(yīng)用使得二維碼更加普遍。

它具有條形碼技術(shù)的一些共性:每種編碼系統(tǒng)都有自己特定的字符集；每個(gè)字符都有一定的寬度；具有一定的驗(yàn)證功能等。同時(shí)，它還具有自動(dòng)識(shí)別不同行信息、處理圖形旋轉(zhuǎn)變化的功能。二維碼既可以橫向表達(dá)信息，也可以縱向表達(dá)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(nèi)表達(dá)大量信息。

二維碼特征及優(yōu)勢(shì)：

二維碼技術(shù)是在一維條碼無法滿足實(shí)際應(yīng)用需求的前提下產(chǎn)生的。其主要特點(diǎn)是信息量大、安全性高、讀取率高、糾錯(cuò)能力強(qiáng)。

1.高密度編碼，信息容量大:最多可容納1850個(gè)大寫字母或2710個(gè)數(shù)字或1108個(gè)字節(jié)或500多個(gè)漢字，比一維碼的信息容量高幾倍左右；

2.強(qiáng)大的容錯(cuò)糾錯(cuò)功能:當(dāng)二維碼因穿孔、污損等原因部分損壞時(shí)，仍能正確讀取，受損面積達(dá)到50%時(shí)仍能恢復(fù)信息；

3.編碼范圍廣:可以對(duì)圖片、聲音、文字、指紋等數(shù)字信息進(jìn)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(shù)據(jù)；

4.解碼可靠性高:遠(yuǎn)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(jīng)久耐用：條形碼符號(hào)的形狀、大小比例可以改變；

常見二維碼介紹

DataMatrix（ECC200）的構(gòu)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(fā)明。作為標(biāo)編號(hào) ISO/IEC 16022、 JIS X 0512，進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。DataMatrix（ECC200）類型包括正方形與長(zhǎng)方形，單元數(shù)必須是偶數(shù)。。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(biāo)識(shí)與時(shí)鐘標(biāo)識(shí)：

DataMatrix 的構(gòu)成如下圖所示，在邊部分配置 L 字形的定位標(biāo)識(shí)和虛線狀的時(shí)鐘標(biāo)識(shí)，并在其內(nèi)部放入數(shù)據(jù)單元（單元格）。條碼讀取器通過對(duì)定位標(biāo)識(shí)與時(shí)鐘標(biāo)識(shí)進(jìn)行圖像處理來檢測(cè)位置，可進(jìn)行 360° 全方位讀取。

大小計(jì)算方法：

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

QR 碼的構(gòu)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(huì)社 Denso Wave 開發(fā)。作為標(biāo)準(zhǔn)編號(hào) ISO/IEC 18004、 JIS X 0510，進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。構(gòu)成 QR 碼的最小單位（黑白正方形）稱為單元。QR 碼由位置檢測(cè)標(biāo)識(shí)（位置探測(cè)標(biāo)識(shí)）、定時(shí)標(biāo)識(shí)、包含錯(cuò)誤糾正等級(jí)或掩膜號(hào)等信息的格式信息，以及數(shù)據(jù)及錯(cuò)誤糾正符號(hào)（里所符號(hào)）構(gòu)成。

位置探測(cè)標(biāo)識(shí)（分隔符號(hào)）：

指配置在 QR 碼 3 個(gè)角落的 3 個(gè)（微型 QR 為 1 個(gè)）位置檢測(cè)標(biāo)識(shí)。首先通過探測(cè)該標(biāo)識(shí)，即可識(shí)別 QR 碼的位置，能夠進(jìn)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(jīng)過旋轉(zhuǎn)后也可檢測(cè)位置或根據(jù)位置關(guān)系識(shí)別旋轉(zhuǎn)角度。沒有方向性，從 360° 全方位都能讀取，可有效提高作業(yè)效率。

生產(chǎn)生活中，條碼標(biāo)記類型：Labels標(biāo)簽和DPM直接部件標(biāo)記。

Labels標(biāo)簽：是使用預(yù)先印刷的標(biāo)簽、標(biāo)牌和貼紙。

快遞標(biāo)簽碼

直接部件標(biāo)識(shí) (DPM)就是通過激光或化學(xué)蝕刻、點(diǎn)刻、或噴墨印刷的方式為元件做永久標(biāo)記的流程。DPM是一種特殊的標(biāo)識(shí)制作技術(shù)，并非是一種碼制, 該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)直接在零部件表面上做標(biāo)識(shí)，而不需要紙張、標(biāo)簽一類的標(biāo)識(shí)載體。具有不易丟失，不易涂改的特點(diǎn)。

DPM碼制作工藝:主要有激光蝕刻、機(jī)械沖擊、噴墨打印、化學(xué)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(biāo)機(jī)，將激光照射到金屬表面，蝕刻出相應(yīng)的二維碼信息。激光蝕刻打印出來的條碼質(zhì)量標(biāo)記高、分辨率高、非接觸和永久性，但前期投入成本也會(huì)較高。

激光蝕刻

2.機(jī)械沖擊

機(jī)械沖擊又稱機(jī)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(jī)械沖擊生成的二維碼質(zhì)量效果不太好，二維碼尺寸較大，二維碼陣列不夠規(guī)整，讀起來會(huì)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(jī)械沖擊

3.噴墨打印

噴墨打印是指通過噴碼機(jī)，對(duì)相應(yīng)產(chǎn)品噴印上二維碼信息。由于噴印技術(shù)的限制，往往通過噴碼機(jī)打印出來的二維碼不會(huì)太小，分辨率低，往往會(huì)出現(xiàn)打印不均勻，重影，黑道的現(xiàn)象。從而造成讀取困難，誤讀的情況出現(xiàn)。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(xué)腐蝕

化學(xué)腐蝕是指通過特定的化學(xué)試劑，對(duì)金屬材質(zhì)的二維碼載體制作出相應(yīng)的二維碼圖像。制作此類條碼時(shí)需要使用化學(xué)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(duì)比對(duì)較低，讀取比較困難。

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化學(xué)腐蝕

碼密度及計(jì)算

條碼密度：指單位長(zhǎng)度內(nèi)所容納的字符數(shù)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(zhǎng)。

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(gè)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(gè)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(zhǎng)為 10*0.0254mm = 0.254mm。

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

以下示例計(jì)算QR CODE的密度。

QR CODE的整體邊長(zhǎng)

上圖的整個(gè)二維碼邊長(zhǎng)為10mm，單個(gè)模塊邊長(zhǎng)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(gè)二維碼的邊長(zhǎng)的像素（1677像素），以及單個(gè)模塊的邊長(zhǎng)的像素（76像素）：

QR CODE的像素

3、由于二維碼實(shí)物的邊長(zhǎng)與二維碼圖片的像素成比例，而我們量出了 二維碼實(shí)物的邊長(zhǎng) 和 二維碼圖片的像素，又量出了單個(gè)模塊的圖片的像素，就可以計(jì)算出模塊的邊長(zhǎng)了。公式為：模塊邊長(zhǎng)（即 條碼密度） = （二維碼邊長(zhǎng)mm / 二維碼像素 * 模塊像素）/ 0.0254，計(jì)算結(jié)果的單位為mil。最后除以0.0254的作用是將長(zhǎng)度單位換算為mil，如果不換算長(zhǎng)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(shí)例來計(jì)算一次：

模塊邊長(zhǎng)（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(zhǔn)確讀取此矩陣式二維碼至少需要多少的分辨率才可達(dá)到？規(guī)定視野范圍：100*100mm（請(qǐng)考慮二維碼單模塊最低像素值2.5pixel）

解：

1: 計(jì)算碼密度:

8mm/20module=0.4mm/module

0.4/0.0254=15.74mil

2:計(jì)算個(gè)別像素分辨率

個(gè)別像素分辨率=碼密度/使用的視覺工具精度(PPM)

個(gè)別像素分辨率:(精度最小為2.5pixel)

0.4/2.5pixel=0.16mm/pixel

3:計(jì)算相機(jī)所需像素分辨率

所需相機(jī)水平分辨率= FOV (H)/ 個(gè)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