读码器基础干货分享

读码器篇

读码器是一种用于读取条形码和二维码的设备，随着移动互联网的普及，读码器在各个行业的应用越来越广泛。在零售业中，读码器可以用于读取商品条形码，快速完成收银结算。在物流行业中，读码器可以用于跟踪货物运输，提高物流效率。在智能制造行业中，工业读码器的主要作用是读取和解析产品信息、生产信息和管理信息等，帮助企业实现生产过程的可追溯性、生产计划的准确性、产品质量控制的有效性等方面的目标。

工业固定读码器的主要功能和作用：

1、重码检测：重码检测判断、缺码或少码检测判断，确保产品在出厂后条码的唯一性。

2、生产统计：通过工业读码器扫描成品条码，可自动完成成品的产量统计、用料统计，同时计算出废品状况。

3、成本控制：将所有使用的生产原物料建立唯一编号，附有条形码标签；通过每种类型的产品物料清单，将产品生产计划分解成为用料计划，可合理计算材料余量，控制每批产品的材料用量与标准成品的偏差。

4、品质追踪：可通过工业读码器扫码记录和跟踪产品的生产场地、生产日期、班组生产线、批号和序号，建立起良好的可追溯性，并找到产生残次品的责任人员；

5、产品档案：利用条码采集数据，可以建立包括产品的制造过程、部件配置、质检数据等详细信息的完整产品档案。工业扫码器在确保产品制造过程的准确性和效率，在生产管理中实现快速检索与溯源。         

条码的种类

我们常见的条码有条形码（一维码）和二维码。条形码（一维码）：世界上一共有大约100种条形码，下面是常用的条形码：

         

条形码格式    

空白区（边缘）：条形码符号的左、右端。如果边缘空白区宽度不够，条形码读取器就无法对条形码数据进行扫描。左右边缘都必须至少是窄条宽度（最小单元宽度）的10倍。

起始/终止符：表明数据开始和结束的字符。条形码的种类不同，起始/终止符也不一样。CODE 39采用"*"，CODABAR采用"a"、 "b"、 "c" 和 "d"。（EAN和ITF采纳，不是字符，是表明数据开始和结束的条形图案。）；

数据（信息）：字符的条形码图案（数字的、字母的、等等）代表从左开始的数据。上图中从左的条型图案分别代表"0"、"1"、"2"，显示数据"012"已经被验证。

校验位：计算数值以校验读取错误。直接附在条形码后；

条形码长度：条形码的长度包括左右空白区的长度。如果包括空白区在内的条形码与扫描宽度不符，条形码读取器就无法扫描数据；

条高：在打印机许可的条件下条形码尽量要高。如果条形码高度不够，激光将会偏离条形码，导致读取困难。推荐高度为超过条形码长度的15%。

窄条和宽条    

下面介绍组成条形码的最小单位条和空。条形码是窄、宽不等的条和空的组合。每个条和空的名称如下：

一般准备条形码时推荐的比例如下：NB : WB = NS : WS = 1 : 2.5 （推荐比例），窄条的宽度是选择条形码读取器的关键。窄条宽度也称做"最小单元宽度"

附件：常见条形码长度列表：CODE39

  

附件：常见条形码长度列表：CODE128 (CODE-A, B)

  

    

二维码

二维码(Two-dimensional code)，最早发明于日本，它是用特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向)上分布的黑白相间的图形，是所有信息数据的一把钥匙。在编码中，巧妙地运用了构成计算机内部逻辑基础的“0”和“1”位流的概念，用与二进制相对应的几个几何图形来表示字符的数值信息，这些信息可以被图像输入设备或光电扫描设备自动读取和读出，实现信息的自动处理。更通俗点说，二维码就是个图形化的计算机指令，只要通过对应的二维码识别工具就可以读取其中的指令并执行。

在现代商业活动中，可实现的应用十分广泛，如:产品防伪/溯源、广告推送、网站链接、数据下载、商品交易、定位/导航、电子凭证、车辆管理、信息传递、名片交流、wifi共享等。如今智能手机扫一扫功能的应用使得二维码更加普遍。

它具有条形码技术的一些共性:每种编码系统都有自己特定的字符集；每个字符都有一定的宽度；具有一定的验证功能等。同时，它还具有自动识别不同行信息、处理图形旋转变化的功能。二维码既可以横向表达信息，也可以纵向表达信息，比一般的条形码有更大的信息容量，因此可以在小面积内表达大量信息。

二维码特征及优势：

二维码技术是在一维条码无法满足实际应用需求的前提下产生的。其主要特点是信息量大、安全性高、读取率高、纠错能力强。

1.高密度编码，信息容量大:最多可容纳1850个大写字母或2710个数字或1108个字节或500多个汉字，比一维码的信息容量高几倍左右；

2.强大的容错纠错功能:当二维码因穿孔、污损等原因部分损坏时，仍能正确读取，受损面积达到50%时仍能恢复信息；    

3.编码范围广:可以对图片、声音、文字、指纹等数字信息进行编码，可以用条形码表示，可以表示多种语言和文字，可以表示图像数据；

4.解码可靠性高:远低于常见条码解码误差率的百万分之二，误差率不超过百万分之一；

5.可以引入加密措施:保密性和防伪性好；

6.成本低，制作容易，经久耐用：条形码符号的形状、大小比例可以改变；

常见二维码介绍

DataMatrix（ECC200）的构成

DataMatrix（二维条码）是矩阵型二维码，于 1987 年由美国国际资料公司发明。作为标编号 ISO/IEC 16022、 JIS X 0512，进行了标准化。DataMatrix（ECC200）类型包括正方形与长方形，单元数必须是偶数。。DataMatrix 版本包括被称为 ECC000、 ECC050、 ECC080、ECC100、 ECC140 的旧版和被称为 ECC200 的新版。

       

定位标识与时钟标识：

DataMatrix 的构成如下图所示，在边部分配置 L 字形的定位标识和虚线状的时钟标识，并在其内部放入数据单元（单元格）。条码读取器通过对定位标识与时钟标识进行图像处理来检测位置，可进行 360° 全方位读取。    

大小计算方法：

单元数乘以单元尺寸，即可算出 DataMatrix 的大小。例如，单元尺寸＝ 0.25 mm 时，大小如下：

QR 码的构成

QR 码（Quick Response 码）作为重视高速读取的矩阵型二维码，于 1994 年由株式会社 Denso Wave 开发。作为标准编号 ISO/IEC 18004、 JIS X 0510，进行了标准化。构成 QR 码的最小单位（黑白正方形）称为单元。QR 码由位置检测标识（位置探测标识）、定时标识、包含错误纠正等级或掩膜号等信息的格式信息，以及数据及错误纠正符号（里所符号）构成。    

位置探测标识（分隔符号）：

指配置在 QR 码 3 个角落的 3 个（微型 QR 为 1 个）位置检测标识。首先通过探测该标识，即可识别 QR 码的位置，能够进行高速读取。在 A、 B、 C 的任何位置，白单元与黑单元的比率均为 131，经过旋转后也可检测位置或根据位置关系识别旋转角度。没有方向性，从 360° 全方位都能读取，可有效提高作业效率。    

生产生活中，条码标记类型：Labels标签和DPM直接部件标记。

Labels标签：是使用预先印刷的标签、标牌和贴纸。

快递标签码

直接部件标识 (DPM) 就是通过激光或化学蚀刻、点刻、或喷墨印刷的方式为元件做永久标记的流程。DPM是一种特殊的标识制作技术，并非是一种码制, 该技术可以实现直接在零部件表面上做标识，而不需要纸张、标签一类的标识载体。具有不易丢失，不易涂改的特点。

DPM码制作工艺:主要有激光蚀刻、机械冲击、喷墨打印、化学腐蚀4种方法。    

1.激光蚀刻 

激光蚀刻又称激光雕刻，是指通过大功率的激光打标机，将激光照射到金属表面，蚀刻出相应的二维码信息。激光蚀刻打印出来的条码质量标记高、分辨率高、非接触和永久性，但前期投入成本也会较高。

激光蚀刻

2.机械冲击 

机械冲击又称机打撞击，是指通过外部力量冲击金属载体，使金属表面形成一定凹陷的二维码图像。通过机械冲击生成的二维码质量效果不太好，二维码尺寸较大，二维码阵列不够规整，读起来会比较困难，但前期投入成本低，抗磨损性极好，具有便携式和永久性。

机械冲击

3.喷墨打印 

喷墨打印是指通过喷码机，对相应产品喷印上二维码信息。由于喷印技术的限制，往往通过喷码机打印出来的二维码不会太小，分辨率低，往往会出现打印不均匀，重影，黑道的现象。从而造成读取困难，误读的情况出现。喷码打印二维码的工艺在前期投入成本较低，，非接触速度块，但也是最易磨损的一种。    

4.化学腐蚀 

化学腐蚀是指通过特定的化学试剂，对金属材质的二维码载体制作出相应的二维码图像。制作此类条码时需要使用化学试剂接触到金属载体，但初始成本低，不改变物体表面。但此类条码制作后，往往对比对较低，读取比较困难。

    

化学腐蚀

码密度及计算

条码密度：指单位长度内所容纳的字符数量。码密度是由模块的尺寸决定的（module），模块尺寸越小密度越大，单位用mil表示

一维码的密度，指的是最窄的黑条或白条的宽度；

二维码的密度，指的是最小的黑块或白块的边长。

这两种最窄的图像单元称为模块。密度通常用mil为单位，中文叫密尔或密耳，1mil = 1/1000 inch（英寸）≈ 0.0254mm（毫米）。所以，如果说一个一维码的密度为：5mil，即是说：一维码的最窄的黑条或白条的宽度为 5*0.0254mm = 0.127mm。如果说一个二维码的密度为：10mil，即是说：二维码的最小黑块或白块的边长为 10*0.0254mm = 0.254mm。    

由于用尺来量度这么小的长度比较难，所以我们可以量度条码的整体长度，再将条码拍照放大，然后查看条码整体宽度的像素数量，以及模块的像素数量，再套用公式计算出条码密度：模块边长（即 条码密度） = （条码整体的长度mm / 条码整体长度的像素 * 模块像素）/ 0.0254。

以下示例计算QR CODE的密度。

QR CODE的整体边长

上图的整个二维码边长为10mm，单个模块边长不到1mm，用尺子不好量出来，所以要用公式推算。

推算的步骤：

1、拍二维码的照片，尽量放大。

2、用画图工具，量出照片中，整个二维码的边长的像素（1677像素），以及单个模块的边长的像素（76像素）：    

QR CODE的像素

3、由于二维码实物的边长与二维码图片的像素成比例，而我们量出了 二维码实物的边长 和 二维码图片的像素，又量出了单个模块的图片的像素，就可以计算出模块的边长了。公式为：模块边长（即 条码密度） = （二维码边长mm / 二维码像素 * 模块像素）/ 0.0254，计算结果的单位为mil。最后除以0.0254的作用是将长度单位换算为mil，如果不换算长度单位为mm，平常说条码的密度一般都以mil为单位。

用上图的实例来计算一次：

模块边长（条码密度）=  10mm / 1677 * 76 / 0.0254 ≈ 17.84mil

因此，上图中的二维码密度约为 17.84mil。

案例：

如上图所示，要准确读取此矩阵式二维码至少需要多少的分辨率才可达到？规定视野范围：100*100mm（请考虑二维码单模块最低像素值2.5pixel）

解：

1: 计算码密度:

8mm/20module=0.4mm/module

0.4/0.0254=15.74mil

2:计算个别像素分辨率

个别像素分辨率=码密度/使用的视觉工具精度(PPM)

个别像素分辨率:(精度最小为2.5pixel)

0.4/2.5pixel=0.16mm/pixel

3:计算相机所需像素分辨率

所需相机水平分辨率= FOV (H)/ 个别像素分辨率

分辨率:(视野为100*100)

100mm/0.16mm/pixel=625pixel

所以要求的分辨率最小为:625*625    

来源丨Yve享

审核编辑：刘清