第2章 条码技术.docx
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第2章条码技术
第2章条码技术
【引导案例】企业新产品的条码符号应用
A企业是生产日用化工产品的著名企业，产品线涉及各种洗涤用品，包括肥皂、洗衣粉、牙膏、洗发水等。
由于我国地域辽阔，根据消费者的特点，近期开发了针对牙龈出血问题的新的牙膏产品。
根据国家条码应用的规定，需要为新产品申请新的条码。
2.1条码的应用过程
企业要使用条码来标识自己的产品，必须按照国家规定向国家物品编码中心申请，具体规定如下：
1．申请条件
（1）凡在我国依法取得法人资格的企业、事业单位，以及具有营业执照的私营企业、个体工商户，均可申请注册中国商品条码厂商识别代码（以下简称厂商代码）。
（2）在商品上使用注册商标的企业，申请注册中国商品条码厂商识别代码，原则上应拥有商标注册权；合法使用他人注册商标的单位，只有在不违背商品编码唯一性的前提下，方能申请注册中国商品条码厂商识别代码。
2．企业义务
（1）一个厂商代码只给一个企业使用，企业不得转让或与其他企业共用自己的厂商代码。
（2）为保证商品条码的唯一性，企业应将其厂商代码只用于本企业生产、经营的商品上，但为他人加工或使用他人注册商标的商品，原则上应使用商标注册者为该种商品编制的商品条码。
（3）企业使用商品条码应遵循国家标准，以保证商品流通各环节能够准确识别商品信息。
（4）企业应该按规定交纳有关费用。
（5）企业应该按规定参加复审。
3．注册程序
（1）企业向中国物品编码中心（以下简称“中心”）或其分支机构索取中国商品条码厂商识别代码注册申请书，按规定填写完整。
（2）企业应提供企业法人营业执照（未取得法人资格的私营企业或个体工商户应提供营业执照）复印件及商标注册证明（如商品上不使用注册商标，企业应出具证明），并与厂商代码注册申请书一起送交中心或其分支机构。
（3）企业应按照财政部和国家物价局规定的收费标准交纳有关费用。
（4）注册完毕，中心将厂商代码以书面形式通知企业，并向企业颁发《中国商品条码系统成员证书》。
（5）中心将对企业及其注册的厂商代码予以公告。
4．厂商代码的维护
（1）企业如与他人合资、合并，其新企业应单独办理厂商代码注册申请手续。
（2）厂商代码有效期为二年，期满后应进行复审。
5．厂商代码的编码
由企业自行决定单种产品的编码，与企业代码合并成一个条码符号。
2.2物品的编码
按照代码的特性，企业需要为每一个产品编制一个唯一的代码。
代码的编制原则根据应用领域不同而不同。
例如：
零售商品代码的13位代码结构是由厂商识别代码、商品项目代码、校验码三部分组成的13位数字代码，分为4种结构，其结构如表2-1所示。
表2-113位代码结构
结构种类
厂商识别代码
商品项目代码
校验码
结构一
X13X12X11X10X9X8X7
X6X5X4X3X2
X1
结构二
X13X12X11X10X9X8X7X6
X5X4X3X2
X1
结构三
X13X12X11X10X9X8X7X6X5
X4X3X2
X1
结构四
X13X12X11X10X9X8X7X6X5X4
X3X2
X1
（1）厂商识别代码。
厂商识别代码由7～10位数字组成，中国物品编码中心负责分配和管理。
厂商识别代码的前3位代码为前缀码，国际物品编码协会已分配给中国物品编码中心的前缀码为690～695。
（2）商品项目代码。
商品项目代码由5～2位数字组成，一般由厂商编制，也可由中国物品编码中心负责编制。
（3）校验码。
校验码为1位数字，用于检验整个编码的正误。
申请到厂商代码后，企业就可以为自己的每一种产品编制商品项目代码了。
编码的原则在第1章的1.2节已经讲述，这里不再重复。
2.3条码的生成与印制
【启发案例】A企业的企业代码为69012345，根据编码原则，为新产品分配的编码是0034。
现在产品要上市销售，需要设计包装并在包装上印制条码。
企业为自己的产品编制好唯一的代码后，下一步的工作就是把代码转换为条码。
条码是一种比较特殊的图形，生成技术要靠印制来实现。
印制时必须严格按照其编码规则达到印制质量标准及技术指标的要求。
此外，由于条码是通过条码阅读设备来识别的，这就要求条码符合光电扫描器的某些光学特性。
由此可知，条码在印制方法、印制工艺、印制设备、符号载体和印制涂料等方面都有一些特殊要求。
条码的印制是条码技术应用中一个相当重要环节，也是一项专业性很强的综合性技术。
它与条码符号载体、所用涂料的光学特性以及条码阅读设备的光学特性和性能有着密切的联系。
要想制作出高质量的、设计新颖的条码符号印刷品，必须了解条码印制中的一些特殊要求。
下面将分别介绍条码生成技术的一些基础知识。
2.3.1条码的生成
从编码到条码的转化过程，一定要依照国家所制定的标准来自行编制，条码标准化的意义前面章节中已有叙述。
依照国家标准编制条码，使之成为图形化可通过自己编制软件完成，也可使用商业化的编码软件以便更加迅速、准确的完成条码的图形化编辑。
1．依照标准自行编制
依照相关条码标准，按各种码制的编码原则、符号标准等，用户可以自己编制条码生成软件。
2．商业化的编码软件
商业化的编码软件可以让用户很方便地制作各类风格不同的证卡、表格和标签，具有强大数据库功能，能够实现图形压缩、双面排版、数据加密、数据库管理、打印预览和单个/批量制卡等功能，可以生成各种码制的条码符号。
同时，可以向应用程序提供条码生成、条码设置、识读接收、图形压缩和信息加密等二次开发接口（用户自己可以替换），还可以向高级用户提供内层加密接口。
2.3.2条码的印制
条码的印制方式基本有两大类，一是预印制（非现场印制），即采用传统印刷设备大批量印刷制作，它适用于数量大、标签格式固定、内容相同的标签的印制，如产品包装等。
二是现场印制，即由计算机控制打印机实时打印条码标签，这种方式打印灵活，实时性强，可适用于多品种、小批量、需现场实时印制的场合。
1．预印制
需要大批量印制条码符号时，应采用工业印刷机用预印制的方式来实现，一般采用湿油墨印刷工艺。
尤其是需要在商标、包装装潢上将条码胶片、商标图案等制成同一印版，一起印出时，可大大降低成本和工作量。
预印制按照制版形式可分为凸板印刷、平板印刷、凹板印刷和孔版印刷。
有关印刷技术的内容，请读者参阅相关资料。
2．现场印制
现场印制方法一般采用图文打印机和专用条码打印机来印刷条码符号。
图文打印机常用的有点阵打印机、激光打印机和喷墨打印机。
这几种打印机可在计算机条码生成程序的控制下方便灵活地印刷出小批量的或条码号连续的条码标识。
专用条码打印机有热敏、热转印、热升华式打印机，因其用途的单一性，设计结构简单、体积小、制码功能强，在条码技术各个应用领域普遍使用。
2.3.3印刷载体
通常把用于直接印制条码符号的物体叫符号载体。
常见的符号载体有普通白纸、瓦楞纸、铜板纸、不干胶签纸、纸板、木制品、布带（缎带）、塑料制品和金属制品等。
由于条码印刷品的光学特性及尺寸精度直接影响扫描识读，制作应严格控制。
首先，应注意材料的反射特性和透明、半透明性。
光滑或镜面式的表面会产生镜面反射，一般避免使用产生镜面反射的载体。
对于透明或半透明的载体要考虑它对反射率的影响，对个别纸张漏光对反射率的影响应特别注意。
其次，从保持印刷品尺寸精度方面考虑，应选用耐候性强、受力后尺寸稳定、着色牢度好、油墨扩散适中、渗洇性小、平滑度、光洁度好的材料。
例如，载体为纸张时，可选用铜版纸、胶版纸、白版纸。
塑料方面可选用双向拉伸丙烯膜或符合要求的其他塑料膜。
对于常用的聚乙烯膜，由于它没有极性基团，着色力差，应用时应进行表面处理，保证条码符号的印刷牢度。
同时也要注意它的塑性形变问题。
一定不要使用塑料编织带作印刷载体。
对于透明的塑料，印刷时应先印底色。
大包装用的瓦楞纸扳的印刷由于瓦楞的原因，它的表面不够光滑，纸张吸收油墨的渗洇性不一样，印刷时出偏差的可能性更大，常采用预印后粘贴的方法。
金属材料方面，可选用马口铁、铝箔等。
2.3.4印刷技术
印刷技术根据不同印刷条件、不同影响条码质量的因素和不同的印刷工艺参数分为柔版印刷和非柔版印刷。
2．3．5条码符号的技术要求
1．机械特性
条码印制过程中，由于机械特性会出现一些外观上的问题，为了使识读设备能更有效的发挥作用，要求条码符号表面整洁，无明显污垢、皱褶、残损、穿孔；符号中数字、字母、特殊符号印刷完整、清晰、无二意性；条码字符无明显脱墨、污点、断线；条的边缘整齐，无明显弯曲变形；条码字符的墨色均匀，无明显差异。
下面分别介绍条码符号技术根据不同机械特性所制定的主要指标，有条码符号尺寸公差与条宽减少量（BWR）、缺陷、边缘粗糙度和印刷油墨厚度。
1）条码符号尺寸公差
（1）条码符号尺寸公差。
不同的码制，其条空结构也不同。
每一种码制都确定了标称值。
在条码印刷时，不可能没有偏差。
但这种偏差必须控制在一定的范围内，否则将会影响阅读效果。
一般把所允许的偏差范围叫印刷公差,也就是条码符号尺寸公差。
印刷公差主要有条或空尺寸公差，两相似边缘尺寸公差和字符宽度公差等。
不同码制和不同尺寸的条码其印制公差也不相同。
（2）条或空的尺寸公差
如图2-1所示，图中b表示条的标称尺寸，S表示空的标称尺寸，△b表示条的尺寸公差，△s表示空的尺寸公差。
条的最大和最小允许尺寸分别为：
bmax=b+｜Δb｜
bmin=b-｜Δb｜
空的最大和最小允许尺寸分别为：
Smax=S+｜ΔS｜
Smin=S-｜ΔS｜
（3）相似边距离公差
条码相似边距离公差是指在同一个条码字符中，两相邻的条同侧边缘之间距离的尺寸公差。
如图2-1中所示，e表示相似边距离的标称尺寸，△e表示相似距离尺寸公差。
相似边距离的最大和最小允许尺寸分别为：
emax=e+｜Δe｜
emin=e-｜Δe｜
（4）字符宽度公差。
字符宽度公差是指一个条码字符宽度的尺寸公差。
P表示字符宽度的标称尺寸，△P表示字符宽度的尺寸公差。
字符宽度的最大和最小允许尺寸分别为：
Pmax=P+｜ΔP｜
Pmin=P-｜ΔP｜
上述公差是为印制条码而制定的。
印刷版的误差、印刷设备误差和油墨扩散误差等都是导致条码符号产生误差的原因。
如果一个条码符号超出这种印制公差，仍有阅读成功的可能，但这样的符号会降低阅读系统的首读率，增加误读率。
2）条码原版胶片的条宽减少量
用非现场印刷法印刷条码标识需要客户提供条码原版胶片，印刷厂用此胶片制版，然后上机印刷。
由于印刷工艺以及油墨在印刷载体上的渗洇，使印出的条码标识的条宽比胶片上的条宽尺寸大，这就是我们常说的“油墨扩散”现像。
油墨扩散使条码标识的尺寸误差加大，导致条码无法识读或误读。
为了抵消这种因印刷引起的条宽增加，在制作条码胶片时事先将原版胶片条宽的取值作适当减少，这个减少的数值叫条宽减少量（BarWidthRedution，BWR）。
条宽减少量主要由印刷载体、印刷媒体、印刷工艺和印刷设备之间的适应性决定。
通过印刷适性试验就可以找出条宽减少量的数值。
一般非柔性印刷（凸、平、凹版以及丝网印刷）的条宽减少量较小，而柔性印刷（苯胺印刷）的条宽减少量较大。
对商品条码来说，条宽减少量的取值不应使条码胶片上单个模块的条宽缩减到小于0.13mm的程度。
即0.33mmX放大系数–BWR≥0.13mm。
（0.33mm为放大系数为1时的商品条码名义模块宽度）。
3）缺陷
在条码印制过程中，由于某种原因会在条码符号的空中粘上油墨污点，或由于条中着墨不均而产生脱墨造成缺陷，如图2-2所示。
在条码印制中通常都对污点、脱墨的尺寸和数量进行限制。
如果这些缺陷超过一定限度，将会出现译码错误或不被译码。
为了将印刷中所造成的污点和脱墨“定量化”，许多制都采用了ANSIMH10.8M—1983标准中的相关指标。
该标准中规定允许有任意数量的污点和脱墨，但其尺寸不允许超过一定的限度。
最大的污点或脱墨应满足如下条件：
（1）其面积不超过直径为0.8X圆面积的25%。
（X为最窄条/宽的宽度）
（2）其面积不完全覆盖一直径为0.4X的圆面积。
如图2-3所示，脱墨1是允许的，而脱墨2则是不允许的。
4）边缘粗糙度
边缘粗糙度是指条码元素边缘不平整的程度。
对于边缘粗糙度的要求是，在所有可能的扫描轨迹上，元素宽度都能达到允许的宽度值，即能符合印刷公差的尺寸要求。
如图2-4所示，图中（a）表示允许的边缘粗糙度，图中（b）表示超过允许公差的边缘粗糙度。
边缘粗糙度使得扫描轨迹不同时，接收到的元素宽度也不同。
尺寸小处条变窄、空变宽；尺寸大处条变宽、空变窄，当其差值较大时，将会导致字符不符合编码规则的尺寸结构，条码阅读系统无法识别。
采用点阵打印机印刷条码时，容易出现此现像。
5）油墨厚度
印刷时应选择与载体相匹配的油墨，特别要注意油墨均匀性及扩散性。
油墨均匀性差会造成渗油或吃墨不足，使印刷图形边缘模糊。
符号的条或间空隔上出现疵点与污点，给条码符号尺寸带来误差。
当必须使用镜面反射材料或透明材料时，可以采用光吸收特性完全不同的两种墨色重叠印刷，以满足识读所需要的PCS值要求，标准规定：
空、空白区与条的厚度差必须在0.1mm以下。
否则会使印出的条码的条与空在不同的平面上，条高于空，则空的反射光减少，空尺寸变窄，给正确识读带来困难。
2．光学特性
条码印制过程中，对条码图像的光学特性的要求，主要包括条码的反射率、对比度和颜色搭配。
1）反射率选择的依据
条码光电扫描器是靠接收条码中条和空的反射率之差来采集数据的。
假设一种理想状态的条码，即条的反射率为0，空的反射率为100%，并且该条码不存在任何印刷缺陷，当用光点极小的光电扫描器匀速扫描这组条码时，则会测到如图2-5（a）所示的反射率曲线。
图2-5（b）是光点直径为0.8X的反射率曲线。
由于印刷缺陷和光电扫描器皿性能的影响，实际的反射率曲线与理想状态大不相同。
图2-6是一组实测的反射率曲线，其光点直径为0.8X。
要使条码阅读器正常工作，就应使相邻的条与空之间有个最小的反射率差值。
不同的条码阅读器对此差值的要求也不相同。
为了使条码硬件设备都有较好的兼容性，条码印制厂家和条码硬件设备制造厂家都必须遵守一个统一的指标，并在设计制造时留有一定的安全系数。
反射率（用R表示）和对比度（用PCS表示）是条码符号的重要光学指标。
通常，把对比度定义为：
条码符号中空和条的反射率差值与空的反射率的比率。
即：
条码符号反射率要求见GB12904《商品条码》中的相应章节。
条码符号必须满足一定的光学特性要求，当空的反射率一定时，条的反射率的最大值由下列公式：
lgRD=2.6（lgRL）－0.3，（式中RL、RD同上式所表示的意义）
在条码印刷中，对于X＜1mm的条码符号，通常取RL≥50%；PCS≥75%。
当PCS≥75%时，则空的反射率RD不超过条的反射率RL的四分之一；而空与条的反射率之差应大于37.5%。
为了使按此指标印刷的条码能被正确地阅读，条码阅读设备也必须具有同样的光学特性，并具有更高的灵敏度。
2．颜色搭配
印刷中颜色搭配对条的反射率的最大值和印刷对比度有很大影响。
反差最大化原则与满足标准中的要求是条码设计、印制要掌握的重要尺度。
条码印制涂料是指用于印刷条码符号的各种油墨、油漆、化学涂料。
在普通印刷中所使用的油墨仅是条码印制中可采用的一种。
其中，黑色油墨对633nm和900nm两种波长的光有很好的光学特性，对光的反射率通常小于15%，而且容易与背底形成较大的对比度，所以常用于条码的印制。
还有些原色油墨（也叫彩色油墨）不都适合于条码的印刷。
选择涂料的原则，看能否满足光电扫描器的化学特性，即条与空的反射率差值能否达到规定的要求。
根据这一原则，条码符号的各种颜色搭配方案如下。
黑条白空是最佳选择方案。
只要保证条和空有足够的对比度，也可选用其他颜色搭配。
例如，蓝色、绿色可用来做条，红色、橙色、黄色可用来做空。
条、空颜色搭配可参考表2-2。
表2-2条码印刷的条、空颜色搭配
序号
空色
条色
能否采用
1
白色
黑色
能
2
白色
蓝色
能
3
白色
绿色
能
4
白色
深棕色
能
5
白色
黄色
不能
6
白色
橙色
不能
7
白色
红色
不能
8
白色
深棕色
不能
9
白色
金色
能
10
橙色
黑色
能
11
橙色
蓝色
能
12
橙色
绿色
能
13
橙色
深棕色
能
14
红色
黑色
能
15
红色
蓝色
能
16
红色
绿色
能
17
红色
深棕色
能
18
黄色
黑色
能
19
黄色
蓝色
能
20
黄色
绿色
能
21
黄色
深棕色
能
22
亮绿
红色
不能
23
亮绿
黑色
不能
24
暗绿
黑色
不能
25
暗绿
蓝色
不能
26
蓝色
红色
不能
27
蓝色
黑色
不能
28
金色
黑色
不能
29
金色
橙色
不能
30
金色
红色
不能
31
深棕色
黑色
不能
32
浅棕色
红色
不能
有些保密系统所使用的条码，可以制成人眼看不见或无法辨别的条和空。
这种条码是采用特殊的化学涂料或滤光薄膜制作的。
它们对光电扫描器所发出的某种波长的光有较好的光学特性，因而有较好的阅读效果。
还有一种利用光的漫反射和镜面反射现像制作的条码，常用于铝易拉罐和铁皮包装上。
这种条码的制作与传统的印刷技术有着本质的区别。
通常是将“条”制造成镜面反射的表面，而将“空”制成漫反射的表面。
它是将条码印刷技术与产品制造工艺相结合，利用冲压拉伸技术和金属镀膜技术等来制作条码的。
只要掌握条码印制技术，就可利用各种涂料印制出适合不同用途的条码。
2.3.6条码符号位置
通常，条码符号只要在印刷尺寸和光学特性方面符合标准的规定，就能够被可靠识读。
但是，如果将通用商品条码符号印刷在食品、饮料、日用杂品等商品的包装上，我们便会发现，条码符号的识读效果在很多情况下，受印刷位置的影响。
因此，选择适当的位置印刷条码符号，对于迅速、可靠地识读商品包装上的条码符号，提高商品管理和销售扫描结算效率非常重要。
商品条码符号位置可参阅国家标准GB/T14257—2008。
其中确立了商品条码符号位置的选择原则，还给出了商品条码符号放置的指南。
适用于商品条码符号位置的设计。
详细内容我们在后续各章中讲述。
2.4条码识读
【启发案例】大家在超市购物时，在收款台结账会发现：
有时个别商品的条码无法扫描输入，收银员不得不一次次来回扫，最后只能手工输入代码。
这样大大降低了结账效率，顾客很容易产生情绪问题，降低了服务水平。
那么，为什么有些包装物上的商品条码不能准确识读呢？
2.4.1涉及扫描识读的概念
以下术语引自中华人民共和国国家标准GB/T12905-2000《条码术语》：
1．条码识读器（barcodereader）
识读条码符号的设备。
2．扫描器（scanner）
通过扫描将条码符号信息转变成能输入到译码器的电信号的光电设备。
3．译码（decode）
确定条码符号所表示的信息的过程。
4．译码器（decoder）
完成译码的电子装置。
5．）光电扫描器的分辨率（resolutionofscanner）
表示仪器能够分辨条码符号中最窄单元宽度的指标。
能够分辨0.15～0.30mm的仪器为高分辨率,能够分辨0.30～0.45mm以上的为中分辨率，能够分辨0.45mm以上的为低分辨率。
6．读取距离（scanningdistance）
扫描器能够读取条码时的最大距离。
7．读取景深（depthoffield，DOF）
扫描器能够读取条码的距离范围。
8．红外光源（infraredlight）
波长位于红外光谱区的光源。
9．可见光源（visiblelight）
波长位于可见光谱区的光源。
10．光斑尺寸（dotsize）
扫描光斑的直径。
11．接触式扫描器（contactscanner）
扫描时需和被识读的条码符号作物理接触后方能识读的扫描器。
12．非接触式扫描器（non-contactscanner）
扫描时不需和被识读的条码符号作物理接触就能识读的扫描器。
13．手持式扫描器（hand-heldscanner）
靠手动完成条码符号识读的扫描器。
14．固定式扫描器（fixedmountscanner）
安装在固定位置上的扫描器。
15．固定光束式扫描器（fixedbeamscanner）
扫描光束相对固定的扫描器。
16．移动光束式扫描器（movingbeamscanner
通过摆动或多边形棱镜等实现自动扫描的扫描器。
17．激光扫描器（laserscanner）
以激光为光源的扫描器。
18．CCD扫描器（chargecoupleddevicescanner；CCDscanner）
采用电荷耦合器件（CCD）的电子自动扫描光电转换器。
19．光笔（lightpen）
笔形接触式固定光束式扫描器。
20．全方位扫描器（omni-directionalscanner）
具备全向识读性能的条码扫描器。
21．条码数据采集终端（barcodehand-heldterminal）
是手持式扫描器与掌上计算机（手持式终端）的功能组合为一体的设备单元。
22．高速扫描器（high-speedbarcodescanner）
扫描速率达到600次/min的扫描器。
2.4.2条码识读系统的组成
条码符号是图形化的编码符号，对条码符号的识读就是要借助一定的专用设备，将条码符号中含有的编码信息转换成计算机可识别的数字信息。
从系统结构和功能上讲，条码识读系统是由扫描系统、信号整形、译码三部分组成，如图2-7所示。
扫描系统由光学系统及探测器即光电转换器件组成，它完成对条码符号的光学扫描，并通过光电探测器，将条码条空图案的光信号转换成为电信号。
信号整形部分由信号放大、滤波、波形整形组成，它的功能在于将条码的光电扫描信号处理成为标准电位的矩形波信号，其高低电平的宽度和条码符号的条空尺寸相对应。
译码部分一般由嵌入式微处理器组成，它的功能就是对条码的矩形波信号进行译码，其结果通过接口电路输出到条码应用系统中的数据终端。
条码符号的识读涉及到光学、电子学、微处理器等多种技术。
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