可變二維碼印制要點研究

摘 要：為了提升可變二維碼的首讀率，提高數據共享效率，更好地發揮可變二維碼數據共享中的作用，特開展可變二維碼印制質量研究。本文采用試驗分析法，研究可變二維碼生成軟件參數設置、承印基材表面處理技術要求、噴印設備控制對其質量等級的影響。確定了可變二維碼印制前承印材料預處理應達到的要求，承印材料光學特性參數不透明度、符號反差、最小邊緣反差預測值。通過優化可變二維碼設計、嚴格承印材料表面處理和控制噴碼過程，可有效提升可變二維碼印制質量。

關鍵詞：二維碼，設計，基材處理，印制

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.07.021

0 引 言

隨著信息技術和自動識別技術的快速發展，二維碼作為產品和服務的數據載體，已經被廣泛地應用在產品追溯、供應鏈管理、快速支付等行業，為經濟社會的發展發揮了重要作用。二維碼因其便捷性、準確性等特點，逐漸在人們生活中地得到了普及和發展[1]。二維碼按照結構的不同可以分為層排式和矩陣式兩種二維碼。本文以矩陣式可變二維碼為研究對象，采用試驗分析法，探究可變二維碼符號設計、承印材料表面處理以及噴印設備選擇要點，探究提升可變二維碼的印制質量方法。

1 可變二維碼符號的設計

條碼技術是基于編碼圖形的標識技術，根據規則將字符轉換為一定尺寸的條、空模塊陣列構成的條碼符號圖形。矩陣式二維碼符號的設計是通過計算機軟件來實現的。條碼符號的設計主要包括三個方面的內容，包括根據印制設備的特性選擇適合的模塊寬度、符合識讀設備性能的顏色搭配和便于掃描識讀的放置位置。

1.1 可變二維碼的尺寸要求

因二維碼生成軟件、印制設備、承印材料的不同，二維碼符號的實際尺寸與設計尺寸會發生偏差，也就是產生增益（或減少）。矩陣式二維碼的印刷增益（或減少）會對條碼符號質量等級產生影響。以二維碼（Two-dimensional bar code）為測試對對象，調整二維碼符號最小單元增益（減少）量，軟件調整頻次為每次增加或減少一個像素點，采用企業常用的分辨率為300 dpi噴碼設備，在不干膠標簽上印制二維碼符號。使用二維碼符號，并用檢測設備對條碼符號進行檢測，得出如下結論（具體見表1）。隨著可變二維碼符號印刷增益（減少）變化，符號的質量等級開始變化，首先是符號的調制比和模校調制比發生變化，增益（或減少）量進一步增大，符號的固有圖形污損參數也出現不合格的情況。

1.2 可變二維碼的顏色設計要求

矩陣式二維碼不同于一維條碼和行排式二維碼的顏色搭配要求，它可以是在淺色背景下的深色圖形，也可以是深色背景下的淺色圖形，但必須保證兩種顏色有足夠的色差。顏色搭配對條碼的反射率的最大值和印刷對比度有很大影響。反差最大化原則與滿足標準要求是二維碼設計要掌握的重要原則[2]。特別注意，金色和銀色不能做可變二維碼的圖案，也不能作為可變二維碼的背景顏色。實驗室檢測金色或銀色圖案的可變二維碼，檢測結果顯示符號反差、固有圖形污損、調制比等多項參數不合格。

1.3 可變二維碼符號的位置要求

可變二維碼的設計可以參照GB / T 142 57—2009[3]相關的要求放置，符號位置的基本原則是相對統一、不易變形、便于掃描識讀，距離邊緣不少于8 mm，不大于100 mm。如果同一個包裝上出現兩個以上的符號，條碼宜上下放置，可變二維碼供人識別的字符放置在符號的右側。矩陣式二維碼顏色搭配見表2。

2 包裝基材表面處理要求

GB/T 23704—2017[4]規定了二維碼質量等級測定的方法，并確定了二維碼檢測參數。光學特性參數是評定二維碼符號質量的重要依據，包裝材料的光學特性直接影響條碼符號的印制質量。對包裝材料適宜性評估可以從包裝基材不透明度、符號反差、最小邊緣反差三個方面入手，這樣既可以評價承印基材的光學特性參數，又可以評估生成軟件、噴碼設備印制的適宜性。

2.1 不透明度的確定

從條碼符號的識讀原理知道，條碼符號的質量等級與光學特性參數有密切的關系，而光學特性參數與包裝基材的不透明度有密切的關系，因此，在使用新材料印制二維碼符號時，應對條碼符號的印制基材的不透明度進行測定。如果印刷基材的不透明度為0.85或是更大時，那么高對比的干擾圖形透映的影響可以忽略。如果不透明度小于0.85，測量符號不確定時應在符號的底部襯上均勻的深色平面，襯底的表面反射率要小于5%，測定包裝基材的反射率R 2；同時，在符號的底部襯上均勻的深色平面，襯底的表面反射率要大于89%，測定包裝基材的反射率R 1。

印刷基材不透明度按公式（1）計算：

不透明度=R 2/R 1 （1）

式中：

R 1——印刷基底襯上一個反射率為89%，或更高的白平面時的反射率；

R 2——印刷基底襯上一個反射率為5%或更低的黑平面時的反射率。

2.2 符號反差預測

預測符號反差需要對能模擬出最終印制二維碼符號的最高反射率（R max）和最低反射率（R min）區域的樣品進行測量。在條碼符號中，R max一般處在空白區內，因此，為了模擬空白區的條件，可以制作一個模塊寬度最大（0.743 mm）的二維碼符號，或在符號的四周保留10X尺寸的空白區。二維碼符號的最高反射率會出現在符號中間反射率高（或亮）區域或是符號的四周，最低反射率會出現在符號最大的暗區域模塊上。符號反差分級見表3。

符號反差的預測值可以按公式（2）計算：

SC `=R max-R min （ 2）

2.3 最小邊緣反差預測

最小邊緣反差一般出現在二維碼圖案窄單元模塊反轉處，處于“亮單元”和“暗單元”的結合部。最小邊緣反差除了可以反映條碼符號的反射率參數外，還可以反映出條碼符號生成軟件的精度、印制設備的性能以及油墨相對于包裝材料的吸附特性。測算最小邊緣的方法是，編制多個模塊標準值（0.495 mm）的二維碼符號，取二維碼符號橫向位置，使用掃描曲線分析法，預測出該條碼符號最小邊緣反差的值。其計算公式為：

EC `=R s-R b （ 3）

式中：

R s——相鄰亮單元的反射率；

R b——相鄰暗單元的反射率。

3 可變二維碼的印制

可變二維碼的印制可承印材料的不同，通過噴墨或激光刻印的方式實現。若產品帶有外包裝，且包裝不透光度良好、適宜噴墨印制時，優先選用噴墨印刷機。若直接在產品或材料上印制可變二維碼，且承印材料表面油墨吸附性差，可以考慮使用激光刻印的方式進行二維碼的印制。

3.1 噴碼印制設備

噴墨印刷是一種無接觸、無印版、無壓力的印刷方式，能夠在不同的承印物表面或曲面進行印刷油墨[5]。噴碼機按墨滴形成原理分為熱發泡噴墨機、壓電UV噴墨、靜電噴墨和聲波噴墨，其中應用較為廣泛的是熱發泡式和壓電式。

噴墨打印機所處環境的溫度、氣壓、氣流狀態、氣體潔凈度、水氧含量等參數要求很高[6]。噴墨式印刷高速模式對紙張與塑料膜表面材料要求也較高[ 7 ]。王靜等[8]提出了二維碼生產階段，油墨、印版、工藝等生產過程中的注意事項。可變二維碼噴碼印制設備的關鍵點在于：

（1）綜合考慮噴碼設備的像素點大小與生成軟件尺寸的關系，確保可變二維碼最小單元的尺寸是噴碼設備像素點的等于或是接近設備的整數倍。

（2）確保承印材料的不透光度滿足可變二維碼印制的要求，噴印可變二維碼前，對承印材料做噴印適宜性分析。

（3）調整好噴碼設備的壓力，如印制過程中出現污漬、脫墨等現象，及時查找原因。

（4）及時清理噴頭，保證噴頭干凈、整潔。

3.2 激光刻印設備

激光刻印是按照計算機軟件的指令，使用不同波長的激光束在產品表面進行蝕刻，從而形成字符、條碼符號的工藝，其主要應用在汽車零部件、醫療器械標識等。該工藝能讓每一個產品的二維碼與各工序的生產工藝、質量記錄一一對應的綁定、存儲以及識別，從而實現全生產鏈在線質量追溯[9]。

使用激光刻印方式印制二維碼應注意：

（1）根據可變二維碼承印材料特性、顏色的不同，選擇合適的波長，確保刻印的二維碼符號圖案與承載體有足夠的對比度。

（2）調整好激光刻印機與產品的距離，保證刻印設備焦點處于適宜位置，保證刻印的質量。

（3）在產品允許的范圍內，可變二維碼的符號尺寸可適當放大，可變二維碼尺寸越大，相對精度會越高。

4 結 語

物聯網、大數據、智能制造的快速發展，使產品追溯的應用領域更加廣泛，應用的擴展將推進二維碼印制技術的進步。隨著技術的變革與發展，可變二維碼印制方式必將發生變化，越來越多的新技術和方法會出現，質量等級也會有質的提升。

參考文獻

[1]關偉哲，陳廷勇.二維碼在手機銀行中的應用[J].信息技術與信息化，2014（9）：146-147.

[2]周廣亮.如何實現二維碼的完美印制？ [ J ] . 印刷技術，2018（1）：35-38.

[3]全國物流信息管理標準化委員會.商品條碼 條碼符號放置指南：GB/T 14257—2009[S].2009.

[4]全國物流信息管理標準化委員會.二維條碼符號印制質量的檢驗：GB/T 23704—2017[S].2017.

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[6]李奇，周川堰，林書穎，等.印刷式OLED噴墨打印裝備微環境控制關鍵技術研究[J].工業技術創新，2023（2）：55-62

[7]江豐邑.定制化工產品工藝之三劍客——網印、噴墨與噴砂工藝的融合與發展[J].絲網印刷，2023（5）：31-39.

[8]王靜，李俊，崔美靈，等.卷煙盒包裝二維條碼質量現狀評估及提升建議[J].包裝工程，2022（13）：305-311.

[9]李高洋，向孝建，徐慧，等.淺談鋁合金鑄造毛坯的激光刻字工藝[C]//重慶鑄造行業協會，重慶市機械工程學會鑄造會.2022重慶市鑄造年會論文集.2022：3.

作者簡介

牛文慧，本科，高級工程師，研究方向為標準化、商品條碼印制質量與檢驗。

（責任編輯：張瑞洋）