第四节、矩阵式二维条码

（1）Code one条码

　　Code one条码是一种有成像设备识别的矩阵式二维条码。Code one条码符号中包含可由快速线性探测器识别的识别图案。Code one符号共有10种版本及14种尺寸。最大的符号，即版本H，可以表示2218个数字、字母型字符或3550个数字，以及560个错误纠正符号字符。Code one特性见表2-14。

表2-14Code one条码的特性

（2）Data Matrix条码

　　Data Matrix条码是矩阵式二维条码符号。它有两种类型即ECC000-140和ECC200。ECC000-140具有几种不同等级的卷积错误纠正功能，而ECC200则通过Reed-Solomon算法利用生成多项式计算错误纠正码词。不同尺寸的ECC200符号应用不同数量的错误纠正码词。Data Matrix条码的特性见表2-15。

表2-15Data Matrix条码的特性

（3）Maxicode条码

　　Maxicode条码是一种固定长度（尺寸）的矩阵式二维条码，它由紧密相连的多行六边形模块和位于符号中央位置的定位图形组成。Maxicode符号共有7种模式（包括两种作废模式）。可表示全部ASCII字符和扩展ASCII字符。Maxicode条码的特性见表2-16。

表2-16 Maxicode条码的特性

以上介绍的是6种较常见的二维条码，它们的具体结构可参见图2-27。

　　　　　　　　　　　　　　图2-27 几种常见的二维条码

2.3条码识读

2.3.1条码识读系统

　　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,见图2-28。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；译码部分由计算机方面的软硬件组成，它的功能是对得到条码矩形波信号进行译码，并将结果输出到条码应用系统中的数据采集终端。下面对条码识读系统的各个组成部分作进一步的说明。

　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2-29 条码识读系统组成

1. 扫描系统

扫描系统的主体是光学结构，该结构应该具备以下两个性能：

• 具有一个扫描光路,以产生一个光点,该光点在人工或自动控制下能沿某一轨迹作直线运动且通过一个条码符号的左空白区、起始符、数据符、终止符及右空白区。
• 具有一个条码符号反射光的接收系统,它应能够并擅长接收扫描光点从条码符号上反射回来的漫反射光。

条码扫描系统可采取不同的光源、扫描形式、光路设计来实现上述功能。

（1）扫描器的光源

　　扫描器所选用的光源种类很多，主要有半导体光源、激光光源，也有选用白炽灯、闪光灯等光源的。在这里主要介绍半导体发光管和激光器。

①半导体发光管

　　半导体发光管又称发光二极管，它实际上就是一个由Ｐ型半导体和Ｎ型半导体组合而成的二极管。当在Ｐ－Ｎ结上施加正向电压时发光二极管就发出光来，如图2-29（a）和图2-29（b）所示。

　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2-29 半导体发光二极管

②激光器

　　激光技术的发展已有30多年的历史，它现已广泛应用于各个领域。激光器的种类很多，早期的条码扫描器一般采用氦氖激光器作为扫描光源，到了80年代，半导体激光器得到了迅速发展，由于它具有功耗低、体积小、工作电压低、可靠性高、价格低廉这些特点，所以使原来使用的氦氖激光器迅速被取代。

　　我们常见的半导体激光器都是些小功率的，体积像一个普通三极管那么大，所以半导体激光器又称激光二极管。因为条码扫描器普遍采用了激光二极管，所以其体积和成本大大降低，刚开始时，只有只能发出红外激光的激光二极管，90年代后才出现了红色光激光二极管（现在已经有蓝色激光二极管），激光二极管的发展已成为近些年来条码技术发展的重要方面

激光与其它光源相比，有其独特的性质：

• 有很强的方向性。
• 单色性和相干性极好。其它光源无论采用何种滤波技术也得不到像激光器发出的那样的单色光。
• 可获得极高的光强度。条码扫描系统采用的都是低功率的激光二极管，使之短暂射入人眼时不会给人眼带来伤害，但它仍具有其他光源难以达到的光照度。

（2）扫描方式

扫描器扫描识读条码符号主要方式分为手动扫描、自动扫描及CCD扫描。

　　手动扫描比较简单，扫描器内部不带有扫描装置，发射的照明光束的位置相对于扫描器固定，完成扫描过程需要手持扫描器扫过条码符号，这种扫描器属于固定光束扫描器。光笔和大多数卡式条码阅读器都采用这种扫描方式。光笔扫描示意图见图2-30。

　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2-30光笔的扫描示意图

②自动扫描

　　自动扫描是指条码扫描器内部含有使扫描光束做扫描运动的装置，如旋转镜组、摆镜等。自动扫描的扫描光源为激光，图2-31所示的为自动扫描的基本原理图。

　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2-31自动扫描的基本原理

　　图中，扫描光束从激光器（LS）发出，穿过半反透镜面（BSP），再通过周期性旋转的棱镜（PG）的各反射镜面，形成激光束的扫描运动。与此同时，照明光点在条码符号上的反射光通过旋转棱镜的镜面，经半反透镜面（BSP）反射，经过会聚透镜汇聚的光电探测器上。在这个扫描结构中，激光的扫描光束未经过接收光的透镜系统，保持着激光光束细窄、光能集中的特点。但在透镜系统外，激光光束和接收系统的光轴保持重合，这样就保证了激光的照明点就是探测器的接收点。

　　手持激光扫描器的扫描装置一般用摆镜代替棱镜，在内部震动线圈的驱动下摆动，实现扫描。而在超级市场中的全向激光扫描器注一般采用旋转棱镜扫描和全息扫描两种方案。这两种扫描方式都能产生多个方向、多个位置的扫描。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2-32旋转棱镜扫描结构示意图

　　在图中的扫描光路中，每一个平面镜和棱形旋转镜的多个镜面（图中是6个）组合就能形成某一个方向上的多条扫描线。三个平面镜和旋转镜面的组合就构成了三个方向上的多线扫描。而扫描光点经平面镜、旋转镜面原路返回，再由复合物镜汇聚到光电探测器上。

　　全息扫描的扫描原理更加新颖，其扫描装置为一个旋转的全息盘，这种全息盘代替了上面的旋转棱镜。图2-33所示的是一个反射式全息扫描的结构示意图。

　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2-33反射式全息扫描结构示意图

　　全息扫描基本过程为：激光束①射到全息盘②，旋转的全息盘实现光束扫描，然后扫描线扫过条码符号③，最后反射光信号返回全息盘②，通过全息透镜汇聚到光电探测器④上。

　　在该全息盘上，有多达20个扫描透镜，加上和多个平面反射镜的配对，它能扫除多达100条的扫描光线。经过设计，它特别擅长在多个距离上实现多方向多线扫描。另外全息扫描装置具有结构紧凑、可靠性高和造价低廉等显著优点。

③CCD扫描

CCD(Charge Coupled Device)——电荷耦合装置是一种电子自动扫描的光电探测器，由光电二极管构成扫描器首先将条码符号的整个图像呈现在线阵的CCD上，然后CCD对其上的光信号进行光电转换并进行自动扫描，并不需要增加任何运动机构，所以它是一种特殊的自动扫描。如图2-34所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2-34 CCD扫描

（3）扫描系统的一些重要特性

①扫描器的分辨率

　　对于条码扫描系统而言，分辨率就是正确检测读入的最窄条码符号的宽度，英文是MINIMAL BAR WIDTH（缩写为MBW）。选择设备时，并不是设备的分辨率越高越好，而是应根据具体应用中使用的条形码密度来选取具有相应分辨率的阅读设备。

　　使用中，如果所选设备的分辨率过高，则条码符号上微小的污点或脱墨都会对扫描信号都会产生严重的影响。如图2-35(a)所示。若扫描光点做得很小，由于扫描对印刷缺陷的敏感度很高，所以会造成识读困难；如果扫描光点做得太大，扫描信号就不能反映出条与空的变化，同样造成识读困难，如图2-35(b)所示。较为优化的一种选择是，扫描光点的直径等于或略小于条码符号中最窄单元的宽度，如图2-35(c)所示。

　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2-35 扫描系统的分辨率与扫描信号的关系

　　扫描系统的扫描光点也就是扫描光学系统的光信号的采集点，调节该光点的大小有两种方法:一种是采用一定尺寸的探测器接收光栏，另一种则是通过控制实际扫描光点的大小。

　　对于普通扫描光源的扫描系统，由于照明光斑一般很大，所以主要采用探测器光栏来调节扫描光点的大小。如图2-36（a）所示。

图2-36 扫描器的光点

对于激光扫描，可以通过调节激光光束达到直接调节扫描光点的目的。见图2-36（b）。这时在探测器的采集区中，激光的光信号占主流，所以激光的扫描光点就标志了扫描系统的分辨率。

②工作距离和景深

根据扫描器与被扫描的条码符号的相对位置，扫描器可分为接触式和非接触式两种。所谓接触式，即扫描时，扫描器直接接触被扫描的条码符号；而非接触式，即扫描时，扫描器与被扫描的条码符号之间可保持一定距离的范围。这一范围就叫作扫描景深，通常用DOF表示。

扫描景深是非接触式的条码扫描器的一个重要参数。在一定程度上，扫描识读距离的范围和条码符号的最窄元素宽度Ｘ以及条码其他的质量参数有关。Ｘ值大，条码印刷的误差就小，条码符号条空反差大，该范围相应地会大一些。通常，扫描景深一般适用于具体应用中的条码符号尺寸和该尺寸下的标准条码符号。制造厂商一般针对不同的条码识读距离和条码符号密度开发出不同的扫描器。

在激光扫描中使用的激光会受到衍射作用的影响，激光光束直径的变化遵循以下公式，如图2-37所示。

　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2-37 激光光束直径变化公式

其中：

W0激光束“腰”的尺寸。

Z0 Rayleigh距离，它是激光束直径为根号2倍的W0直径位置到W0位置的距离。Z0和W0的关系见图中所列公式。

我们知道，条码的扫描光点尺寸应等于或略小于条码符号的最小单元尺寸。如果使用氦氖激光器，激光的波长为632nm，假设W0=0.19mm，根号2倍W0为0.268mm，和0.8倍标称EAN13商品条码的最小单元的尺寸基本相等。如果将该值作为光点的尺寸限制，那么，景深就为2Z0。经上面公式计算，2Z0约为36cm。

非激光扫描的扫描系统，其景深受光学系统景深的限制。如果扫描距离偏离于系统的聚焦平面，条码的成像图像就会变得模糊，模糊的程度用弥散斑直径表述，其计算公式如下：

其中：

L1----最小物距

L2----最大物距

Z----弥散斑直径

f----光学系统焦距

D----光学出瞳直径

图像弥散会降低确定条码符号条空边界的准确性，影响条码符号条空信号的反差。弥散斑直径应该远小于条码最小单元的尺寸。

激光扫描器扫描工作距离一般为8～30英寸（20cm～76cm），有些特殊的手持激光扫描器识读距离能够达到数英尺；CCD扫描器的扫描景深一般为1～2英寸，但目前已出现新型的CCD扫描器，其识读距离能扩展到7英寸（17.78cm）

③扫描频率和扫描图案

通常，手持激光扫描器的扫描频率一般在36 sps（每秒的扫描次数），CCD扫描的扫描频率大约在100 sps，在全向或栅状扫描中，扫描频率甚至能超过1000 sps，只是全向扫描器能够扫出含有多条扫描线的扫描图案，其中某条线的扫描频率和手持式激光扫描器的扫描频率大体相当。

在识读移动物品上的条码符号时，条码符号的方向、大小和运动速度对扫描频率和扫描图案有一定的要求。这些要求可以通过计算得到。

④扫描宽度

对于光笔或刷卡式扫描器，从理论上讲，这两种扫描器可以扫出任一长度的条码符号，但实际上，条码符号太长时，扫描速度不稳定，并且扫描轨迹容易超出条码符号的有效扫描区域。

对于激光扫描器特别是手持式激光扫描器，条码符号离扫描窗口太近时，扫描线的扫描宽度较小；条码宽度较大时，则扫不出来。

线性CCD条码扫描器识读窗口有的是6cm宽，有的是8cm宽。条码符号的最大宽度应该略小于CCD条码扫描器识读窗口的宽度。具体到某一种CCD扫描器，能达到的扫描宽度应参见该设备的说明书。

要了解扫描器的扫描宽度，应该查看具体的扫描器的使用说明书。

2.信号整形系统

在信号整形系统，首先要将扫描系统传来的光信号转型为电信号，经过放大和滤波后再进行整形，具体流程如下。

　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2-38条码的扫描信号

　　各种条码识读设备都有自己的条码信号处理方法，随着条码识读设备的发展，判断条码符号条空边界的信号整形方法日趋科学、合理和准确。通常，信号整形是用硬件来完成的。在ISO 15416条码符号质量评价国际标准中，扫描反射率曲线分析法采用的确定条码信号条空边界的方法是一种标准化的方法。它是一种软件的方法，用于确定条码符号的尺寸，但它接近主流条码识读器中信号整形电路的性能。通过了解此方法，可以得到确定条码符号条空边界的大致方法。关于扫描反射率曲线分析法详见条码符号质量评价的有关章节。

3. 译码系统

　　将信号整形系统的输出信息，按照标准数字信号的电压的大小进行量化，输入到码码系统，再由译码器译出其中所含信息。各种条码符号的标准译码算法来自于各个条码符号标准。而且，不同的扫描方式对译码器的性能要求也不同。

（1）自动扫描条码符号的译码

　　全角度扫描识读器由于数据采集量大传输速率高，它对译码单元的译码速度和条码信号辨别及处理能力的要求也高。在这种情况下，目前普遍采用软、硬件紧密结合的方法。单纯的条码译码的任务通常由条码译码专用的集成电路来完成，这就是我们常说的硬件译码，只有这样，才能实现高速的译码。有关条码信号的其他操作（因条码识读器不同而不同）则由微处理器来完成。

　　对于激光自动扫描系统，译码器以及集成在一起的微处理器要承担许多工作。自动扫描器每秒能进行多次扫描操作，译码单元应该确保在一次条码识读中同一条码数据重复输入到条码的输入终端。这时的条码译码单元一般都和扫描器集合为一体，扫描器中的微处理器可以协调扫描系统、译码等多个单元的运行。对于在超级市场工作的全向条码扫描器，对于UPC、EAN码，有些译码器还具有左、右码段自动拼接功能。

（2）手动扫描条码信号的译码

　　对于手动扫描，用微处理器配合若干简单的信号采集电路就能完成译码工作。一般来讲，条码译码单元都能使得条码识读设备进行简单的编程，编程后，条码识读器可以采用多种格式输出条码字符，如在条码数据后面加回车符，加前置字符等。

2.3.2各类条码扫描器

　　在条码识读器中，有一种具有现场实时数据采集和处理功能的识读设备叫做数据采集器。它具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输功能。实际上，它是移动式数据处理终端和某一类型的条码扫描器的集合体。这一节中对此类设备将不作进一步的介绍。

　　人们根据不同的用途和需要设计了各种类型的扫描器。下面按条码扫描器的操作方式对各类条码扫描器分别简述。

1.手持式条码扫描器

　　手持式条码扫描器应用于许多领域，尤其适用于条码尺寸多样、识读场合复杂、条码形状不规整的应用场合。这类扫描器包括光笔、激光枪、手持式全向激光扫描器、手持式CCD扫描器、手持式数据采集器等。

（1）光笔

　　光笔属于接触式、固定光束扫描器。在其笔尖附近中含有发光二极管（LED）作为照明光源，并含有光电探测器（见图2-30）。在选择光笔时，要根据应用中的条码符号正确选择光笔的孔径(分辨率)，分辨率高的光笔的光点尺寸能达到4 密尔（0.1毫米），6密尔属于高分辨率，10密尔属于低分辨率。一般光笔的光点尺寸在0.2毫米左右。

　　选择光笔分辨率时，有一个经验的计算方法：条码最小单元尺寸X的密尔数乘以0.7，然后进位取整，该密尔数就是使用的光笔孔径的大小。例如：X=10 mil, 那么就应该选择孔径在7个密尔左右的光笔。

　　光笔的耗电量非常低，这一点它比较适用于和电池驱动的手持数据采集终端相连。光笔的光源有红光和红外光两种，红外光笔擅长识读被油污弄脏的条码符号。光笔的笔尖容易磨损，一般用蓝宝石笔头，不过，光笔的笔头可以更换。早期的光笔扫描器和译码器是分开的，最近几年，制造商开始将译码器集成在光笔的内部。

（2）激光枪

　　激光枪属于手持式自动扫描的激光扫描器，扫描动作通过转动或振动多边形棱镜等光装置实现。一般扫描频率为每秒40次左右。这种扫描器的外形结构类似于手枪，如图2-39所示。

　　这种扫描器的主要特点是识读距离长，通常只有它们的扫描区域能在1英尺以外。有些超长距离的扫描器，其扫描距离甚至可以达到10英尺。目前新型的CCD扫描器也可以达到一般的激光扫描器所能够达到的识读距离。在室外阳光直射条件下，有的扫描器可以通过编程延迟激光点的扫描，以便人们能够用激光点对准待扫描的条码符号。

　　在工业应用环境中，激光枪的摔碰会给激光枪中的机械扫描装置带来损害。采用重量轻的光电扫描装置代替传统的振镜或转镜扫描装置将会大大提高扫描器对环境的适应能力。

　　 　　　　　　　　
　　　　　　图2-39手持移动光束扫描器　　　　　　　　　　　　　　 　图2-40扫描长度与距离的相对关系

（3）手持式全向激光扫描器

　　这种全向激光扫描器是从台式全向扫描器中发展而来的,它适用于商业POS系统以及文件识读系统。识读时可以手持，也可以放在桌子上或挂在墙上,使用灵活方便。如图2-41所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2-41手持式全向激光扫描器

（4）手持式CCD扫描器

　　CCD扫描器属于非接触式扫描器。传统上，它的识读距离很短，被识读的条码符号必须紧靠扫描器的识读窗口，但现在新型的CCD扫描器识读距离和景深已经达到普通激光扫描器的性能。

　　CCD扫描器内部不含有机械移动的部件，这是它的一大优点。它抗摔，结实，适用于比较恶劣的环境。另外，由于其结构简单，操作简单、省力，所以在扫描器中具有最好的性价比。

（5）手持式数据采集器

　　手持式数据采集器有线阵和面阵两种。

　　线阵图像扫描器起源于CCD扫描器，它对光学系统和电路系统作了极大的改进。线阵图像采集器可以识读一维条码符号和堆积式的条码符号。

　　面阵图像采集器类似于“数字摄像机”拍静止图像，它通常由激光束对识读区域进行扫描，激光束的扫描像一个照相机的闪光灯，在扫描的同时，二维面阵成像单元对照亮的区域的反射信号进行采集。面阵图像采集器可以识读二维条码，当然也可以在多个方向上识读一维条码。目前，能够自动识别光学字符的面阵图像采集器已经在市场上出现。

2. 固定式扫描器

　　固定式扫描器扫描识读不用人手把持，适用于省力、人手劳动强度大（如超市的扫描结算台）或无人操作的自动识别场合。这里，将介绍卡槽式扫描器，固定式单线、单方向多线式（栅栏式）扫描器，固定式全向扫描器和固定式CCD扫描器。

（1）卡槽式扫描器

　　卡槽式扫描器属于固定光束扫描器，其内部的结构和光笔类似，它上面有一个槽，手持带有条码符号的卡从槽中滑过实现扫描。这种扫描器广泛用于时间管理以及考勤系统。它经常和带有液晶显示以及数字键盘的终端集成为一体。

（2）固定式单线、单方向多线式（栅栏式）激光扫描器

　　这两类扫描器通常用于对传送带上的条码符号进行扫描。固定式单线扫描器在结构上和手持式激光扫描器类似，只是触发扫描的装置有所不同，它们是靠超声波或光电感应来触发扫描，并且它们对识读物品上条码符号的高度、位置和方向有着较为严格的要求。

　　单方向多线式（栅栏式）扫描器类似于全向扫描器，只是它的扫描线只有一个方向。采用栅栏式扫描器识读传送带上的物品时，对条码符号的位置要求比较宽松，但对条码符号的高度和方向仍需作限制。

（3）全向激光扫描器

　　全向扫描指的是标准尺寸的商品条码以任何方向通过扫描器的区域时，扫描器的某个或某两个扫描线都会扫过整个条码符号。一般全向扫描器的扫描线方向为3～5个，每个方向上的扫描线为4个左右，这方面的具体指标取决于扫描器的具体设计。

　　这种扫描器一般用于商业超市的收款台，全向扫描器一般有3个到5个扫描方向，扫描线数一般为20个左右，它们有些安装在柜台下面，有的可以安装在柜台侧面。

　　全息式激光扫描器为高性能的全向式激光扫描器，它用高速旋转的全息盘代替了棱镜状多边转镜扫描，扫描速度可高达8000线/秒，特别适用于在工业传送带上识读不同距离、不同方向的条码符号。这种类型的扫描器对传送带的最大速度要求小的为每秒0.5米，高的可达每秒4米。

（4）固定式CCD扫描器

　　固定式CCD扫描器和手持式CCD扫描器在结构上几乎完全一致，不同之处仅仅在于有些CCD扫描器具有触发扫描的自动装置。它的应用受到单线扫描，识读距离短的限制，但不管怎样，它不用人手把持，具有省力的特点。它可以用于售货或收货系统。

2.4条码印制及质量控制

　　条码是一种传递信息的特殊图形，它的固有特性决定了印制条码与印制其它产品不同。条码符号必须符合条码国家标准中对光学特性、尺寸精度的要求才能顺利地在各种条码阅读器上正确扫描识读，因此条码印制技术已成为条码技术的重要组成部分。印刷企业只有真正掌握条码印制技术并对条码印制质量进行有效控制，才能向社会各领域提供合格的条码标识。

　　条码印制方法一般分为使用印刷设备进行非现场的印刷，以及使用印刷或打印设备进行现场印制（即在线印制）。印刷通常预先印制好条码标识供以后使用，而现场印制是一种由专用设备即时生成所需的条码标识的印制方法。

　　由于大部分使用条码标识的制造商需要大批量使用同一种标识，因此采用印刷来印制条码是制造商的首选。随着市场经济的发展、制造商产品变更频率的加快、市场对商品多样化的需求以及数字印刷技术的推广，现场印制条码标识的用户比例将会逐年增大。

2.4.1条码印刷及质量控制

1.条码印刷

　　每一种印刷方式具有着不同的条码印刷能力。印刷条码可采用凸版印刷机、平版印刷机、凹版印刷机和孔印刷机。

　　凸版（凸版、苯胺印刷）印制条码标识尺寸精度较差，重复性不大理想，一般只用来印制放大系数较大的条码标识。平版（胶印、干胶印）、凹版（凹版、平凹版）印刷条码标识稳定性好、尺寸精度高、图文还原准确，可用来印制放大系数较小的条码标识。平版（胶印、干胶印）、凹版（凹版、平凹版）印刷条码标识稳定性好、尺寸精度高、图文还原准确，可用来印制放大系数较小的条码标识。印刷企业可根据现有设备以及上述原则选择和承接条码印制业务。

　　条码印刷中，条码印刷载体应选用受温度影响小、受力后尺寸稳定、着色度好、油墨扩散适中、渗透性小、平滑度好的材料，如铜版纸、胶版纸、白版纸、双向拉伸聚丙烯薄膜、铝箔膜、马口铁等。由于聚乙烯薄膜着色度差，热收缩膜变形大，瓦楞纸板渗透不一致，金卡、银卡纸金属反光干扰条码扫描，所以在选择这些材料时应慎重，并采取相应措施弥补不足。印制媒体应选用均匀性好、扩散性适中并与印制载体匹配的油墨。

2.条码印刷过程的质量控制

（1） 印前控制

1）印前验证

　　印刷企业在承接条码印制业务时，必须向用户索取有关条码使用权的证明，核查证明的真实性、有效性；核查厂商识别代码、厂名、原版胶片的一致性；核查商品项目代码的唯一性。

　　业务人员必须严格执行《条码印制验证制度》的各项规定，将相关资料存档备查，保存期不得少于两年。

2）设计三要素

　　条码标识的颜色、位置、尺寸统称为设计三要素。

① 颜色设计

　　颜色的变化直接影响条码标识的条、空反射率和对比度，只有满足GB 12904《商品条码》光学特性要求的条、空颜色搭配才能被条码识读器识读。

　　一般来说，浅色的反射率较高，可以作为空色即底色，如白色、黄色、橙色；深色的反射率较低，可作为条色，如黑色、深蓝、深绿、深褐色等。

　　条、空黑白颜色搭配可获得最高印刷对比度，被称为最安全颜色搭配。颜色设计应尽量选用装潢图案中现有可用作条、空的颜色，盲目增加颜色会增加印刷成本并限制设备的利用率。

　　红色只能设计为空色，而不能设计为条色，即使以棕色为条色，其中红色成份也要受到限制，否则条码标识不被识读。这是因为条码识读设备都用红色光源。

　　金属光泽的反光性会干扰条码识读器的正常工作，所以金色、银色不作为条、空色使用。随着包装装潢的讲究，金卡纸、银卡纸经常被包装装潢设计人员使用，为了保证条码标识的正确识读，设计人员应对各种欲使用的金、银卡纸的反射率进行测定，预测一下在上面印刷条码标识是否影响条码识读器的扫描。对于不能直接在上面印刷条码的金、银卡纸在使用前应在条码标识部位加印一色（浅色）遮盖金属色反光。遮盖面积应比条码符号大一些，特别是左、右空白区尺寸不应小于5mm。

　　金属铝箔本体颜色可作为条色，由于镜面反射，条码识读器可将其视为黑色，如雪碧、可口可乐易拉罐的条码标识都不影响条码识读器的正常工作。

　　对于透明度较高的包装材料，一定要注意内容物的颜色，必要时需加底隔离并且避免使用与内容物相同或接近的颜色作为条色。

②位置设计

　　位置设计的原则是：不变形、易操作、易识读（详见国家标准GB/T 14257《商品条码符号位置》）。

　　位置设计时一定要以包装实物的情况为准考虑条码标识印刷位置是否合理，避免将条码标识设计在包装的边缘、接缝、凹凸、开启口、喷盖生产日期的位置。

③尺寸设计

　　条码标识的尺寸设计就是确定它的放大系数。GB12904《商品条码》国家标准规定放大系数M的值为0.80～2.00。

　　印刷企业可根据用户的意图以及包装上可容纳的条码标识大小、装潢整体的协调、印刷设备的精度来确定M值。

　　设计条码标识尺寸要注意：M值越大，允差值越大，合格率越高；M值越小，允差值越小，合格率越低。因此，印刷企业应避免印刷M=0.85以下的条码标识。

　　有时在用户提供的原版条码胶片上条码标识的M值，已被确定，如果设计时感到不妥需要改变M时，切记不要私自缩放。私自缩放会破坏原版胶片的制作精度并引起BWR值的改变。最保险的方法是，到编码机构重新制作符合设计要求M的条码胶片。

　　在热收缩膜式瓦楞纸板上印刷条码标识，M值应尽量取得大一些。

④其它注意事项

　　在条码标识的设计中，条高和左、右侧空白区是最容易被人为改变的。

　　左、右侧空白区中虽然没有任何印刷符号，但在条码标识的识读中起了至关重要的作用——提示识读设备回零，做好下一次扫描的准备。因此设计时绝对不可挤占或削减左、右侧空白区的尺寸。左、右侧空白区的颜色必须与条码中空的颜色一致。

　　截短条高尺寸将会影响条码标识的首读率，因此一般情况下不要任意改变条高尺寸。

　　设计人员除必须遵守《条码设计审查制度》外，还需及时追踪国家法律法规、国家标准和国际标准等相关文件，了解国家法律、法规及标准的技术要求，保证用户的产品包装在市场上不出问题，如食品包装应符合《食品卫生法》和《食品标签通用标准》的规定；出口产品的包装应注意产品输入国对包装、印刷材料以及回收、再生和防止环境污染的技术法规的要求；《产品标识标准规定》中对容易造成产品损坏或可能危及人体健康和人身、财产安全的产品应有警示标志或中文警示说明的要求等。

　　为了保证条码印制质量，印刷企业应选择工作责任心强，细心严谨，有丰富设计经验和审美、创意感强、熟悉条码基础理论知识和相关国家标准、技术法规的人员担当条码设计审查工作。

3）印刷适性试验

　　为保证条码印制质量，印刷企业对不同设备、印刷媒体、印刷载体都应做条码印刷适性试验。通过试验了解和掌握以上印刷条件之间的适应性，确定条码原版胶片的设计参数。

　　每当印刷条件中有一项发生变化都应做印刷适性试验。

　　条码印刷适性试验可确定该印刷条件下的最小放大系数Mmin和条宽调整量BWC。BWC为正值时为条宽增加量（BWI），BWC为负值时为条宽减少量（BWR）。

　　条码印刷适性试验标准规尺由编码机构提供,条码印刷适性试验方法详见《商品条码印刷适性试验方法》。

　　原则上，条码标识的用户应按印刷企业提供的条码印刷适性试验结论中的参数到编码机构订购条码原版胶片，但在实际工作中在印刷企业被确定前，用户已将条码胶片制好。胶片上标明的各种参数是编码机构根据经验给出的数据，因此,在接到用户提供的条码原版胶片时，印刷企业应认真验证胶片上的数据，并根据自身印刷条件予以适当调整。

4）打样

　　通过打样并对样品条码标识进行检测可以及时发现印版上存在的各种问题。根据问题的严重程度可以采取修整、调整晒版参数，重新制版等方法予以校正。

　　打样工作一般在打样机上进行，没有打样机的印刷企业可在印刷机上少量印制。

（2）印制控制

　　由于非现场印制条码标识印量大，时间长，所以印刷企业必须加强印刷阶段的质量控制，以免发生质量事故给企业带来经济损失。

　　印刷机组人员应该熟悉条码的基本理论，掌握印刷技术和印机性能。开机前保证印机处在正常运行状态。还应监控印刷载体、媒体以及设备的随机状况，及时排除各种隐患和故障。控制墨量、印压、温度等对条码标识质量的影响。在机组人员班次交接中，应互相通报了解设备状况以及印品中存在的问题，保证各班次印品质量的稳定。

　　质检人员应在生产线上随机抽样检验并及时将质量情况反馈给机组人员。初次印刷的印品，质检人员还应适当增加抽检的频度。

　　印刷企业的领导除加强对印刷机组人员的培训、考核，提高他们的印刷技术以及现场控制条码标识质量的能力外，还应给条码印刷车间提供合适的工作环境和设施。工作环境是人员因素和物理因素的组合，如车间温湿度、卫生状况、光线、噪音、振动、气味及空气清洁度，这些会直接影响操作人员的主观能动性、满意程度、工作作风和工作业绩。

　　印刷车间的领导还应协调印刷机械的使用、半成品和成品的摆放、搬运以及保证在多次上、下线过程中印品不被污染。

（3）印后控制

　　印后控制包括成品检验控制、产品入库控制和产品出厂控制。

1）成品检验控制

①．质检人员

　　印刷企业必须对质检人员的素质进行有效控制，通过考试、考核挑选有责任心、原则性强、经过编码机构条码理论和检验方法培训、熟悉条码国家标准的质检人员担任条码标识成品的检验工作。

　　条码检验人员应了解批量印刷的条码标识的抽样方法和质量判定，并严格执行《条码印刷品质量检验制度》，做到检验程度规范、检验数据完整、检验方法科学、样品及检验记录等存档齐全。

② 检验仪器

　　在条码标识的质量判定中，条码检测仪是必不可少的。条码的条、空反射率以及对比度、译码正确性、条空尺寸误差、检验码都是通过条码检测仪检验得出。因此，印刷企业应主动、积极地配置条码检测仪器。

　　在每次检测之前，必须保证条码检测仪处于正常状态，然后根据条码印刷品的不同和条码检测仪的要求正确输入各种参数。

③ 检验方法

　　检验方法见相关条码质量检验方法国家标准GB/T 18348-2001《商品条码符号印制质量的检验》。

2）产品入库控制

　　仓库管理人员必须严格执行《仓库管理制度》，产品入库时必须检查条码印刷品的厂名、厂商识别代码、商品项目代码、产品合格证、条码标识检验合格证，最后登记在册并按质量等级明确标识，分类摆放。

　　对废品或条码标识不合格的印刷品应与合格品严格隔离，不准混淆，按监销程序经与用户协商取得一致意见后销毁或做确实有效的技术处理。

　　仓库管理人员应对仓库场地做好防潮、防尘、防火工作，避免条码标识变形或出现损失。

3）产品出厂控制

　　条码印刷品是印刷企业的产品。不合格条码印刷品流入市场，一经发现，质量技术监督部门可按《中华人民共和国标准化实施条例》第三十三条规定进行严厉处罚。

　　印刷企业应严格控制印刷产品的出厂手续。严禁手续不全或条码检验不合格的印刷产品出厂。

　　交付给用户手中的条码印刷品厂名、厂商识别代码、商品项目代码、品种、数量必须准确无误，质量应符合国家标准技术要求和用户合同上明示的各种要求。

2.4.2条码打印及设备

1.条码打印设备

　　现场印制设备常用的有点阵、激光、热敏及喷墨打印设备等。

（1）点阵打印机

　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2-42 点阵式打印机原理

　　几乎所有的点阵打印机都是重复地使用色带。当色带是新的时候，打印出的点的直径要比针大，随着色带的消耗，打印出的点的直径越来越小，减少了点的叠加，并减少了条的有效宽度和浓度。因此，适时地更换色带对打印出高质量的条码是很必要的。由于点阵打印机，只能打印出中、低密度的条码符号，具有方便、灵活的特点，所以适合于小批量印制。

（2）激光打印机

　　激光打印机是利用图形感应半导体表面上充电荷的原理设计的。经过数据信号调制过的激光束在充电的感光鼓上扫描，此表面对光学图像产生反应，并在所指定区域上放电，由此产生一幅静电图像。然后，使图像与着色材料（碳粉）相接触，有选择地将着色材料吸附到静电图像上，再转印到普通纸上。

　　激光打印机配有一控制器，用来协调激光光束的扫描和调节光鼓与纸张的运动，以控制打印印点的有无。点的分辨率通常是12点/mm～16点/mm，印出的条码最窄条可达0.20mm。这种打印机适合高、中密度的条码印制。

（3）热敏/热转印打印机

热敏打印机已使用多年，但直到80年代初期才用于高质量的条码印制上。热敏打印机的原理是，在淡色材料（通常是纸）上覆上一层透明膜，将膜加热一段时间后变成深色（一般是黑色，也有蓝色）。图像是通过加热，在膜中产生化学反应而生成的。这种化学反应是在一定的温度下进行的。高温会加速这种化学反应。当温度低于60℃时，膜需要经过相当长，甚至长达几年的时间才能变成深色；而当温度为200℃时，这种反映会在几微秒内完成。

　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2-43热敏打印头结构

　　热敏打印机有选择地在热敏纸的确定位置上加热，由此就产生了相应的图形。热量是由与热敏材料相接触的打印头上的一个小电子加热器提供的。加热器排成方点或条的形式由打印机进行逻辑控制，当被驱动时，就在热敏纸上产生一个与加热元素相应的图形。控制加热元素的同一逻辑电路，同时也控制着进纸，因而能在整个标签或纸张上印出图形。

　　最普遍的热敏打印机使用的是一种带加热点阵的固定打印头，如图2-43所示。图中所示的打印头,设有320个方点,每一点为0.25mm×0.25mm。利用这种点阵，打印机可把点打印在热敏纸上的任意位置。这种技术已用于纸张打印机和标签打印机上。

　　通常以热敏打印机打印时的进纸速度作为评定指标，即速度为13mm／s，然而当标签格式经最优化后，有些打印机的禁止速度可达到此速度的二倍。这种热敏打印机过程较简单，打印的格式灵活、图像质量高、速度快及成本低因而可制成手提式电池驱动的热敏标签打印机。但由于它打印出的条码标签不易在高于60℃的环境中存放，或暴露在紫外光（如太阳直射）下长时间存放，所以，热敏条码标签通常限于室内使用。

　　　热转印打印机是通过压力和热作用，将油墨转印到其他介质上，操作十分简便。

（4）喷墨打印机

　　喷墨打印机是由电脑控制的自动化打印设备，只要在键盘上输入打印资料，就会自动打印。

　　其原理是，依靠管路内产生的压力，把专用墨水压入振荡箱内，因箱内有一个晶体振荡器，频率大约为每秒10万次，使喷嘴喷出的墨水成点。墨水在通过静电区域时，由电脑控制使每个墨点带上了一定的电量（墨点在每个位置所需的受电量是不同的），因而在电场作用下，墨点产生偏移，每个墨点跑到一个特定的位置，便形成字符。当被打印物体在Y轴上移动时，喷墨在X轴上作垂直的扫描。如果作业线上没有被打印物，电脑在墨点通过静电区域时，就不使墨点带电，因而墨点在通过电场时不产生偏移，只作直线运动，再通过回收孔，流入墨水箱里，重复使用。喷墨打印的墨水是专用的，其要求墨水的导电量和粘度值非常准确，打印在物体上一般在1～2秒内就能干。

　　喷墨打印机适合用于现场印制，利用电脑编程可将各种符号、图案和条码混合印制，具有印制方便、灵活等特点。各种打印方式的特点如下表2-17所示。

表2-17各种打印方式的特点

2.如何选择条码印制机

　　随着条码技术应用的普及，可实时生成条码信息的条码印制机也在众多领域中获得了广泛应用。目前市场上有热敏型、热敏/热转印型、喷墨型、针打型等条码印制机，如何选择最适于自身应用的机型，是每个使用者首先遇到的问题，下面就用户提出较多的有关条码印制机的选择问题，提出几点建议。

①关于被印介质

　　在铜版不干胶纸介质、热敏纸介质或塑料薄膜等材质上印制条码标签，宜采用热敏／热转型条码印制机；在热敏纸介质上印制条码标签，宜采用热敏型条码印制机；在喷漆金属标牌上印制条码标签，宜采用喷墨型可自动编码印刷的条码印制机。

②关于印制宽度

　　目前市场上有2英寸、3英寸、4英寸、6英寸、10英寸等各种宽度的条码印制机，有的用户以为选择印制范围宽的条码印制机，既能满足宽标签的印制要求，又能满足窄标签的需要，因而选择了宽的条码印制机。但是经过一段时间的使用发现，热印头经常损坏，导致使用成本增加。

　　其实，这就是机型选择不当造成的。因为每台印制机的热印头都有很多加热头，宽度越宽加热点就越多，损坏概率也就越大。热印头表面有一层珐琅质薄膜，当满宽度使用时，热印头的整个宽度上有碳带保护，压纸胶辊不会直接摩擦珐琅质薄膜，因而，热印头寿命就比较长；而当用宽的热印头印制窄标签时，碳带宽度一般都按标签尺寸配置，也就比较窄，压纸胶辊会直接摩擦热印头的珐琅质薄膜，使珐琅质薄膜和加热点磨损，造成热印头损坏。

　　因而选择机型时，最好选择比所印标签稍宽一点的印制机，或者选择带有上下、左右、前后六个方向调整装置的条码印制机，按照标签纸的不同做适当调整，以提高热印头寿命，降低使用成本。

③关于印制速度

　　影响印制速度的因素有：微机向印制机传输数据的速率；印制机内部的图形处理速率；在纸面上形成图形加热点的加热速度。在选择印制速度时，既要考虑传输数据的多少，又要考虑被印介质的特性。例如，热敏纸所需热量较大，其印制速度以2英寸每秒～3英寸每秒为最佳。印制传输数据较多的标签时，则还要考虑接口种类和数据传输波特率。某些条码印制机内部有各种条码库，还有内部矢量汉字库和平滑处理的英文、数字库，使其传输数据最少，保证其有很高的印制速度。

④关于印制密度

　　印制密度就是单位长度内的热印头加热点数。因此，同样印制宽度内，密度愈高，加热点就愈多。这虽然提高了印细线的能力，但也加大了热印头损坏的概率，只要有一个加热点损坏，机器就不能正常工作。因而，用户应根据印制图形的需要选择适当的印制密度。

　　另外，目前市场上最普及、价廉的扫描识读设备的分辨率大多为0.125mm，因而，采用8点/mm（即每点为0.125mm）的条码印制机是最经济适用的选择。除以上指标外，机器的编辑能力、与微机的接口、机器的内部条码库、字库种类、机器的内存、自检报警能力等也都是必须要考虑的指标。

3.打印耗材

（1）热转印碳带的种类及成本
　　热转印碳带技术（THERMAL TRANSFER RIBBON），简单地说就是用热和压力将油墨从碳带介质转印到纸或薄膜的过程，当标签通过打印机的打印头和压轴时，将油墨转印到标签上。

　　碳带是打印时非常重要的材料，一般来说，碳带的好坏，除了决定打印头的寿命，还关系到打印的效果。良好的碳带，能够保护打印头，产生的效果可以准确地附着在纸张上面，不容易扩散，也不容易脱落。碳带从材料上分可分为蜡基、混合基和树脂基三大类：蜡基碳带主要用于纸张标签；混合基既可用于纸张，也可用于合成材料；树脂基主要用于合成材料。当然这是传统的分类方法，对现代的碳带，这种界限越来越模糊，如用这种方法，许多材料只能勉强归类。

　　①蜡基碳带具有高灵敏度、高分辨率、高密度等特点，熔点温度一般在70℃，主要适用于各种纸质标签，如普通纸、精制纸、光滑纸、合成纸等，广泛应用在各行各业，如铁路系统打印火车票、行包标签，公路客运打印汽车票，商场超市打印商品标签、价签，邮政系统打印包裹挂签、挂号信签，工业企业实施自动化所需要的系列管理标签、条码等，可以说蜡基碳带是当今条码（自动识别）行业应用最广泛的打印耗材。

　　②蜡与树脂混合基碳带具有耐污性、高密度、高分辨率，一般熔点温度约80℃，适用于各种标签，可打印各种票据，可应用于生产管理流程、自动识别控制系统、图书管理系统、超市、邮政等。

　　③树脂基碳带具有优质的抗刮性、抗溶剂性，是品质优秀的打印碳带。其熔点温度较高，一般在110℃以上，适用于各种材质的标签，可打印如PVC、PET、PE膜等材质，用于电子、电器制品铭牌标签以及各种卡片等。

（2）热转印碳带的组成
　　热转印碳带就是在一面涂上蜡基、树脂基或混合的油墨的聚脂或其他高密度薄膜，在没有油墨的一面涂上润滑剂以防止打印头的磨损和损坏，拉手和前引带在碳带前，后引带在带卷的尾端（有的没有后引带）。
①前引带(Leader Tape) ：前引带一般是透明或其它的颜色。有以下三种功能:
●易于使用 方便地将碳带上到打印机上。
●产品标识 可以印上产品名称、公司名称和商标等，用于市场推广和促销。
●保护作用 可用来保护碳带。
②原带的组成 (Imaging Components)
原带一般由五层组成：油墨层、内涂层、带基顶涂层和背涂层。
●油墨层 是最主要的，用来打印并决定碳带的使用特性，如抗化学腐蚀和防磨擦等。
●内涂层 主要用来使打印的表面平滑。

●带基 是其它各层的载体，并决定热传导的性能。
●顶涂层 主要是用来提高油墨在标签上的附着力，增强环境的抵抗力。
●背涂层 简单地说，是涂在碳带背面的一层特殊涂层，它的作用主要是减少打印头磨损、减少静电产生和加强热传导。
③后引带 (Trailer Tape) ：一般来讲是起一个警示作用，让打印机感应到碳带结束，打印机的不同决定了不同的后引带，主要有三种。
●镀铝（银色） 主要针对反射型传感器，反射光表示碳带结束。
●透明 用于透射式传感器，允许光透过表示碳带用完。
●用于机械方式传感，打印机感应张力的变化表示碳带用完。
④轴芯(core)：常见的碳带的轴芯有纸质和塑料两种，主要要求是不能变形和在打印时不能滑动。

（3）如何识别碳带的好坏

鉴别热转印碳带的好坏，通常可以从以下几个方面来看：
●碳带有针眼（气泡） 由于油墨没有涂均造成。会造成打印时字不全。

●碳带起皱 由于分切时张力控制系统出现问题，会导致在碳带上的某一小块区域打印上无字。因为两层碳带的熔化温度远远大于一层的温度。

●碳带有空白 由于光膜未处理好，会造成打印时有空白。

●纸芯的内径的公差过大或过小 造成装不进打印机或轴带不起来碳带。
●运输时温度太高：会造成碳带粘在一起。
●纸芯跑边 会造成断带，边缘打印不上。
●碳带长度不够。 
●加工碳带时缠绕过紧或者过松 导致碳带运行时无法和打印机搭配。
●以次充好 腊基成分过高树脂成分太少，导致无法显示出混合基的优势。
　　此外，少数进口打印机指定要使用专用的打印碳带，其效果并不一定明显优于一般打印效果，而其碳带价格非常昂贵，这是采购打印机时必须要特别注意的地方。现在，不断降价的通用热转印碳带，其价格已经低于喷墨打印的墨水价格，和激光打印机的碳粉价格基本持平。
另外，彩色碳带也是选购时必须注意的，目前国内采用彩色碳带的还不多。

（4）不干胶、纸张或其他打印材质及成本
　　热转式打印机可用的打印材质，可以说是所有打印机中范围最广泛的。在厚度上，从厚如服装吊牌之类的卡片式纸张到薄如火车票的打印，都可以应付自如；在材料上，从一般的纸张到可水洗的布标也都能打印。不过，就实际使用上来说，70%以上的打印都用在不干胶纸张上面，如何选购合适的不干胶纸张，是打印时应该注意的。良好的不干胶应该具有以下五个特点：

●表面涂层均匀细致，不会导致打印的碳带附着不良。

●磨切刀工良好，不会有些不应该附着的空余纸张附着在上面。

●不干胶间隙平均而稳定，不至于使打印机无法辨别间隙，导致无法正常打印。
●底纸透光，便于打印机感应器感应。

●粘性良好，经常脱落的不干胶，如果沾粘到打印机上面，特别是打印部位，容易造成打印机损坏。
　　通常一般的铜板打印用不干胶，一平方米的价格大约在12元～15元左右，要视厂家所用的原纸材料而定，采用良好的打印纸张，在使用上面可以降低对碳带质量的要求。采用3M一些高档的打印介质，价格最高的每平方米需要达到1000元以上，由于，其具有抗高温等性能，通常为生产电子零组件的厂家所采用。