无法读取条形码的最常见原因

了解，防止和解决解码故障

通过条形码进行物品识别和数据采集对自动化操作的功能至关重要，从确保智能手机组装时使用正确的组件到在实验室中记录准确的患者数据。当标记不当或损坏的条形码导致“无人阅读”或失效时，数据丢失可能会对产品的完整性和企业声誉造成灾难性的影响，更不用说潜在的法律影响和对消费者福利的严重风险。理解无法读取的条形码的根本原因，并适当地使用技术来准备或解决这些问题是很容易做到的，这可能意味着自动化的成功和失败。本白皮书描述了导致条形码不可读的最常见原因的潜在解决方案，包括:

• 低对比度
• 安静区侵犯
• 读取位置不当
• 打印或标记不一致
• 损坏或变形

Microscan Systems，Inc。
条形码的可读性由条形码读取器如何解码存储在符号中的数据的程度决定。条形码可读性受到许多技术和环境因素的影响。虽然条形码可能看起来对人眼没有明显的缺陷，但是代码，基板或甚至相对于读取器的守则的定位的微妙不一致可能导致禁止读取。对于看似高质量的代码，难以读取的结果是由于读者根本无法解决的晦涩或无法检测到的条形码特征是常见的误解，这导致旨在最大化自动条码读取效率的运营商的挫折过程。然而，不可读条形码的根本原因通常是少数常见问题之一，可以轻松解决，以便对条形码或用于解码它的技术进行简单的调整。

图1:在人眼看来，这个数据矩阵符号似乎是完美无缺的。但是，该符号不符合某些行业的条码质量要求，某些条码阅读器可能无法读取。

了解解码故障的主要原因可以在诊断读取问题时节省运营商有价值的时间和精力。它还允许企业通过装备运营，以防止数据丢失和进一步沿线进一步失败的最佳工具和条件来保护其流程和盈利能力。不可读条形码的最常见原因是低对比度，安静区域违规，读取位置不当，打印或标记不一致，以及损坏或失真。

低对比度
为了从条形码的元素(1D条或2D单元)中提取数据，条形码阅读器必须能够区分符号的亮元素和暗元素。这两种元素类型对于正确的解码都是必不可少的，使条形码阅读器能够获得表示符号中已编码数据的条形码元素的精确模式。根据方法应用条形码(无论是印刷油墨或被研磨的材料表面直接标记部分),以及使用什么样的材料,光明或黑暗元素可以交替地表现为表面上的标记(代码本身),或涂有标记的背景(基材)。如果这两个条形码元素之间没有足够的对比度，条形码阅读器可能无法将条形码与其基板区分开来，结果可能是无读。

图2:深色背景上打印的深色条形码(如纸板上的1D条形码)，或浅色或反光材料上标记的浅色符号(如金属上的2D数据矩阵)，由于明暗符号元素对比差，可能导致无法读取结果。

低对比度的另一个例子是缺乏光和暗条形码元件的均匀性。这可以受到标记或印刷方法在均匀地在代码中产生光或暗元件的一致性，背景或衬底中的变化或噪声的量，或导致基板上的反射或阴影的照明条件。这些均匀性问题可以使条形码读者窗帘对条形码。在条形码仍然可以解码的情况下，低对比度或非条形码元件的均匀性可以显着慢慢慢慢读者的解码时间，并且可以限制可以读取条形码的距离。

图3：由于不一致的基材引起的噪音背景，一系列数据矩阵符号在金属上直接标记的可读性变化。

可能的解决方案
确保不同和均匀的条形码元件是防止由于低对比度而无法读取的代码的第一步。在打印或标记方法导致条形码元件中不一致的情况下，重要的是调整打印机或标记设备，以确保墨水均匀地施加在符号的元件上，或者标记设备用均匀磨损基板压力。

图4:油墨在这个试管条形码标签上的分布很差，导致在条形元件内出现了一些白点，这可能会导致可读性问题。

通常，最显著地影响条形码元素对比度的是应用代码的基板。为了处理不均匀的、嘈杂的或高反射的基片，或者由于阴影或标记深度导致基片和标记之间的差的区别，关键的组成部分是照明。条形码读取照明设备设计成多种几何形状，通过多种方式在各种基材上标记出最均匀、对比度最高的条形码图像。虽然漫射照明可能有助于在光滑、平坦的表面上照亮印刷条形码，但暗场照明可以将低角度光束应用到基板的目标区域，提高浮雕或雕刻条形码的可读性。

图5：适当照明对光泽标签的影响。

图6:适当的光照对蚀刻金属的影响。

处理低对比度代码时需要考虑的其他因素是条形码的类型和应用程序中使用的阅读器的类型。线性(1D)条形码(如UPC/EAN)和堆叠符号(如PDF417)必须在整个系统中可区分符号的长度，用于捕获所有关键元素（在这种情况下，条形图）进行解码。如果由于对比度低，条形码的任何条形都被遮挡，则结果可以是整个代码的禁止读取。由于线性条形码通常更长，因此必须为大表面积获得良好的对比度，而不是2D符号，例如数据矩阵和QR码，其通常更紧凑。

图7：激光条形码扫描仪的扫描线必须在线性条形码中交叉所有条形码，以确保可读性。

激光条形码扫描仪(专门用于读取1D编码)解读当激光从符号反射回扫描仪时产生的波形。光条和暗条的反射被处理和解释为字符。线性条形码通常需要比2D符号高得多的对比度——通常明暗元素之间的对比度达到80%或更高，才能获得均匀的波形图案。当代码的亮元素和暗元素之间的对比太少时，就会出现无读。相比之下，2D成像仪使用相机捕捉1D或2D编码的图像，光和暗元素之间的对比度只需20%。因此，使用二维符号代替一维条码，然后使用二维条码扫描器读取条码，可能会降低由于低对比度导致的条码不可读的可能性。

图8:线性(1D)条码扫描器将激光的反射解释为代表符号的光和暗元素的波模式。这些波形图说明了高对比度和低对比度条形码之间的区别。

安静区侵犯
安静区域是条形码或2D符号周围的区域，必须保持不含文本，标记或障碍物（也称为“无打印区域”）。所有条码读者都具有可容许最小允许安静区域尺寸的公差。此空间提供周围标记的分离，允许读者完整的代码“查看”代码。在1D条形码中，安静区域位于条形码的左端和右端。作为一般规则，安静区域应至少为1D条形码最窄条的宽度的10倍。在2D符号中，安静区域是整个符号周围的空间。2D符号的安静区域要求由自动识别和移动性（AIM）的关联规定，其在符号的每侧指定至少一个元素（或单元）宽度。有关大型2D代码的最佳效果，通常建议安静区域为符号高度或宽度的10％，无论较小。

图9:静区宽度必须至少是线性(1D)条码两侧最窄条宽度的10倍，或2D符号两侧一个元素宽度的10倍。

如果文本或其他标记渗入符号的静区，读者可能无法解码符号。或者，如果阅读器将非符号元素解释为整个符号的一部分，安静区违规可能会产生不准确解码的数据字符串。

可能的解决方案
安静区违规可能是最容易发现和解决的原因，无法读取条形码。这是因为安静区违规通常是由于缺乏对打印或标记的条形码或符号周围的空间进行规划。解决基本安静区违规问题所需要的是调整印刷或标记方法-或基板-以适应最小安静区的空间要求。安静区应留出尽可能多的空间，以减少阅读错误的机会。静区宽度没有最大规格，所以如果不需要，没有理由限制这个空间。

图10:应该为条形码周围的安静区域提供尽可能多的空间，远离打印和其他元素。

当背景噪声或意外标记和碎片进入安静区域时，无读数可能是由于打印或标记方法中的错误。应注意确保印刷和标记设备正常工作，以避免可能导致安静区域违规的意外标记。还可以采用附加的照明技术在安静区域包含由不均匀基板上的反射或阴影引起的噪声的情况。

当可用于打印或标记条形码的区域受到某个部件(如人口密集的PCB或微小的电子元件或医疗设备)的总体表面积的限制时，可能很难获得安静区域。如果必须限制安静区域，运营商可以选择使用带有复杂解码算法的条形码阅读器，以适应轻微的安静区域侵权。一些高性能的条形码读取技术能够确保良好的读取，即使安静区比规定的1D和2D编码的最小值更窄。

图11：高性能成像器使用特殊算法来读取具有有限安静区域的代码，例如在这款拥挤的PCB上的数据矩阵。

读取位置不当
在某些情况下，一个可读的条形码可能会收到一个无读结果，这并不是因为它的打印或标记质量，而是因为条形码阅读器相对于代码的物理位置。根据技术的不同，条形码阅读器在特定的焦距、角度或方向(在倾斜或旋转编码的情况下)读取代码可能有独特的要求。大多数条形码阅读器的焦距都受到内部光学的限制。条形码阅读器的景深(从可能最近的读取距离到可能最远的读取距离的区域)决定了阅读器相对于条形码的位置，以确保可靠的解码。

图12:给定条形码阅读器的规范精确地确定了阅读器与代码的距离，以便在其读取范围内捕获聚焦的代码。

条形码读取器扫描或捕获符号图像的角度也可能对其读取性能产生影响。将条形码读取器垂直于代码安装可能会导致镜面反射 - 激光的直接返回（在激光条码扫描仪的情况下）或来自代码或基板的集成LED照明（在成像仪中） - 有效地“致盲”读者。当发生这种情况时，条形码读取器可能无法以足够高的对比度捕获整个代码，即使代码完全完美，也会导致无读取结果。

图13：条形码读取器通常应以一定角度安装到条形码，以避免光反射回读取器。

如果条形码以特定的旋转或方向呈现给条形码阅读器，而该阅读器的技术不适应这种旋转或方向，也会出现无读结果。例如，激光条形码扫描器必须始终以这样一种方式定位，即激光扫描线垂直于条形码条。如果该方向偏离，导致扫描线没有穿过条形码的所有元素(条)，则条形码将无法正确解码。

可能的解决方案
有关条形码读取器的技术规范非常重要，以确保在将读取器安装到设备中或向读取器呈现代码时，考虑到关于读者与代码相关的读者位置的限制和要求。如果应用程序要求具有挑战性，则使用条形码读取器可能适合，这些条形码读取器更适合容纳不可预测的条形码距离，角度和方向。例如，具有内置自动对焦的条形码读取器能够在其距离的可变距离内可靠地解码符号，而无需手动焦点调整。甚至更有能力的是液体透镜自动对焦条码读取器，其镜片 - 通过电信号被操纵的镜片 - 被用于通过电信号增加或减小曲率的实际液体 - 能够调整到几乎无限的焦距，从而允许来自条形码的读取距离的最大柔韧性．

图14：液体反应静电压力以产生液体透镜条形码读取器的适当透镜曲率。

具有不同读取角度和特定安装要求的应用程序可能从条形码成像比激光条形码扫描仪中受益更多。成像仪使用内置摄像头来捕捉代码图像，而不是依赖反射的激光束，所以当成像仪直接垂直于条形码安装时，它们读取条形码的能力不太可能受到镜面反射的阻碍。条形码成像器也能够在任何方向读取条形码，因此不需要安装在与代码相同的旋转，以确保可靠的解码。事实上，条码成象机可能是手工将代码应用于零件或零件以不可预知的方向送入设备的应用的最佳选择，以确保无论旋转或位置如何读取代码。

图15:条形码成像器能够在任何方向读取条形码和符号。

对于具有空间限制和几何挑战的应用程序，在设备中安装条形码阅读器的选择可能会受到严重限制。在这些情况下，可以采用直角镜，让读者“看到”条形码，即使他们不是定位在条形码的直接视图。使用直角镜，操作人员可以将扫描器的激光对准代码和背面，或将条形码图像反射回成像仪，即使在具有挑战性的位置也能实现良好的读取。许多条形码阅读器包含解码镜像图像的特殊算法，这对于解码看起来“翻转”的条形码可能是必要的。

图16:当使用直角镜时，使用能够同时读取普通和镜像图像的条形码阅读器是很重要的。

打印或标记不一致
印刷或标记方法的变化，例如在直接零件标记过程中为印刷代码的墨水分布差或表面磨损的不均匀压力，可以是许多可读性问题的底层贡献者。当打印和标记设备没有按预期产生和应用代码时，可能会导致低对比度和静音区域的问题。条形码质量或不一致的其他原因可能导致条形码读取器的问题，这些条形码读取器被配置为“期望”特定形状，偏斜和均匀性的符号：

轴向不均匀性-沿符号主轴的偏移量。在这个例子中，符号的y轴明显大于它的x轴。这种X维度和y维度的不一致通常表明，当条形码由打印机或直接部分标记设备应用时，基板发生了意外移动。

对比—条码的明暗元素之间的差异，或者条码及其安静区与其他周边元素之间的差异。在这个例子中，暗元素(蚀刻标记)和轻元素(基板)的值太接近，因为在标记过程中压力很低，影响了可读性。

网格不均匀-条形码条或单元元素与理论上“完美符号”的理想网格的偏差量。导致网格不均匀性的打印或标记错误(通常是由于代码应用过程中衬底的意外移动)将产生显示歪斜或扭曲的代码，标准解码设备可能无法读取这些代码。

调制—条码明暗元素的一致性。在这些例子中，符号的暗元素没有一致的值。这种问题，如低对比度，通常是由于打印代码的油墨分布不一致或直接部分标记的磨损不均匀。

印刷增长-符号元素大小与特定符号的预期或理论上的“完美”元素大小的偏差(较大或较小)。当一个符号印刷时，当它接触到承印物时，墨水可能“出血”，造成套印。如果印刷或标记设备没有施加足够的油墨或压力，结果可能是底印。

安静的区域- 条形码周围的区域必须保持不含文本，标记或其他障碍。在该示例中，条形码已在指定的安静区域区域之外印刷，并且与基板上的其他元件重叠。这可能是由于基板与印刷设备的错位或运动。

反射-符号明暗元素对光的反射率，使条形码阅读器能够将符号元素与背景(基板材料)区分开来，并区分明暗元素。如本例所示，低反射率可能会增加符号元素被错误识别为亮或暗的概率，导致条形码阅读器试图解释不正确的元素模式时出现无读结果。低反射率可能是由于印品分布不一致或设备打标压力不一致造成的。

可能的解决方案
重要的是定期检查和维护印刷和标记设备，以确保生产和应用高质量、一致的条形码，以避免无读。当印刷条形码使用墨汁做成的方法如连续喷墨(CIJ),热喷墨(TIJ)、压电按需(DOD)下降,或者高分辨率情况下编码,应该小心验证正确的打印头的距离,清洁和畅通无阻的喷咀和喷嘴,并确保正确的印刷过程的速度和设置。如果条形码是由激光编码产生的，正确的焦距和持续的电源供应设备，确保高对比度印刷不损失印刷分布或速度。热转印(TTO)和直接热转印(DTO)方法使用蜡或树脂色带(或其他热介质)在基材上粘贴条形码，因此重要的是避免色带起皱，验证色带正确地插入设备，使用高质量的色带或其他热材料，使用高质量的打印头和压板辊，均匀地应用条形码而不遗漏元件。

图17:基于油墨的箱子编码设备直接在纸板包装上打印线性条形码。印刷过程中产品的移动和产品速度的变化会极大地影响这些条形码在应用时的质量。

通过直接磨损产生高质量痕迹的关键是磨损部件对基材的持续压力。直接的部分标记是由许多方法完成的，如机电蚀刻、激光蚀刻、化学蚀刻(将代码“划”到基材上的方法)和点喷(用金属笔将符号锤入基材上的一种冲击方法)。重要的是要验证用于制造磨损的材料(激光、化学或金属触头)的质量和提供给标记设备的功率，以确保条形码使用的均匀和持续的压力。

图18:点喷直接零件标记系统是用金属笔把零件敲入金属表面。重要的是在打标时要确保标压一致，避免标压不均匀或低对比度。

除了——有时代替——花费过多的时间和精力来维护功能完善的打印和标记设备之外，操作人员还可以选择使用功能更强大的条形码阅读器来保护他们的操作免受打印或标记不一致的影响。使用复杂解码算法设计的条形码阅读器能够读取具有各种质量问题的代码，如形状、倾斜和偏离理论上“完美”条形码特征的一致性。当然，即使是高性能的阅读器，也不应避免对设备进行定期维护。

损坏或变形
虽然打印和标记的不一致会给解码带来挑战，但即使是高质量的条形码，无读的风险也会持续存在。当零件在操作过程中移动并暴露于各种环境因素时，条码质量可能会降低。恶劣的条件可能会导致条形码或基板的足够的损坏或扭曲，使即使是最优质的条形码也无法读取。损坏的范围包括轻微的划痕、斑点、污点、甚至是碎片造成的破损或完全丢失的条形码。

失真- 在形状，对比度，元素均匀性和基底完整性方面，若干环境因素可以促进条形码失真。例如，生产环境中的温度变化可能导致缩放在代码，斑点墨水或将基板扭曲到条形码元件不再可辨别到读取器的点的凝结。

图19:环境条件已经破坏了这个线性代码，以致于条形图的大部分都被涂掉了，使得它无法被标准设备读取。

固定模式的伤害-对条形码元素模式的破坏(阅读器将其解释为数据)会严重影响可读性。等二维符号的数据矩阵,固定模式损害是指缺失的元素符号的“仪模式”(最外层的行和列的符号),其中包括“L-pattern”(固体左边和底部行符号元素)和“时钟模式”(元素符号“L”对面的边缘)。这些模式允许条形码阅读器解释条形码的方向和适当的行数和列数以进行解码。由于划痕、污渍、碎片或其他材料的阻碍，这些符号图案会导致条形码无法读取。

图20:数据矩阵符号的关键元素，包括l型、时钟型和数据存储区域。符号的可读性取决于能否清晰地捕获所有关键元素，以便条形码阅读器解释数据。

其他伤害-条码可能暴露在的环境条件是无限的，条码可能遭受损害的方式也是无限的。任何妨碍条形码元件读取的损坏——非故意的材料磨损、标记、表面污渍或多余的材料(碎片或甚至安装夹具)——都可能导致无法读取的结果。下面的图片只是条码损坏的几个例子。

图21:条形码损坏的例子，包括物质障碍、划痕和标记。

可能的解决方案
一旦将条形码发布到生产环境中，就很难保持一致的条形码质量。在使用条形码跟踪和识别物品的操作中，即使这些物品已经在设施之间运输或出售给客户，以便由新的条形码读取设备读取，防止或解决条形码损坏和失真的手段非常有限。一开始就可以做一些准备生产的代码限制未来的伤害,如选择衬底抵抗恶劣的环境条件,打印或条形码标记,这样他们就可以抵御任何预期的环境因素,并维持生产环境中尽可能不受伤害的潜在来源。

图22：条形码在尘土飞扬的食品包装设施中读取，必须采取额外的小心以确保条形码和条形码读者承受环境条件。

某些代码类型提供了编码特殊数据以协助解码过程的选项，即使代码已损坏。数据矩阵符号提供多个级别的错误检查和校正（ECC，也代表“错误校正代码”），标准是ECC-200，其基于Reed-Solomon纠错原理。Reed-Solomon纠错允许多达50％的数据矩阵损坏，而不会呈现它不可读。纠错被编码为代码的数据存储区域中的元素，通过以多种方式向读者呈现符号数据来增加数据可恢复性。几乎所有应用程序都接受了ECC-200 REED-SOLOMON纠错作为标准，因为它是数据矩阵代码类型可用的最佳纠错方法。

图23:即使50%的数据矩阵被遮挡，Reed-Solomon纠错方法也能实现解码。在这里，ECC 200符号可以可靠地解码，尽管存在部分障碍。

尽管应该尽可能小心地防止由于条形码损坏而导致的无读，但通常更可取的做法是关注条形码阅读器的功能，而不是条形码本身。对于最具挑战性的应用程序，在这些应用程序中条形码损坏或失真是不可预测的，通常从一开始就安装高性能的阅读器。采用最强大的解码算法设计的条形码阅读器，具有先进的符号定位、梯度或反射率分析，以及在处理过程中网格映射符号图像以产生理想的、可靠的可解码符号的能力。像这样的条形码阅读器也可以提供符号重建技术——一种通过算法从多个扫描线拼接不连续的符号数据的方法。在部分模糊或旋转符号的情况下，该算法将不完整的代码段合并成相当于单一的、完整的扫描线，然后可以由读者解码。

图24:符号重建算法从损坏或扭曲的条形码的多个不完整部分创建一个可读的扫描线。

高级条码品质保证
当创建和读取高质量的条形码时，最好的防御是强大的进攻。对于代码质量至关重要的应用程序，或者在联邦命令或客户合同要求代码满足特定条码质量标准(如AIM、ANSI、GS1、ISO和其他标准组织提出的标准)的行业，可能会安装条形码验证设备，以检测无法读取的条形码的原因，防止它们在整个操作过程中导致错误。条码验证系统(包括验证器、机器视觉摄像机和验证软件)的设计不仅可以识别上述所有常见的可读性问题，还可以根据每个可读性参数的具体可接受质量阈值对代码进行评级。这对于识别包含多个错误的代码的不可读问题(如除固定模式损坏外的套印)尤其重要。验证不仅可以确保代码在呈现给条形码阅读器时是可读的，还可以用来监测和预测代码随时间的退化，即使这些退化是人眼无法识别的。一些验证设备可以通过编程在条形码低于可接受质量阈值时向操作员发出警报，这样当打印机、标记设备或标记过程开始出现故障时就会很明显。条形码验证设备是公司抵御不可读条形码的最有效手段，但它比高性能的条形码阅读器更昂贵，安装起来也更困难。当主要关注的只是读取条形码(而不是确保100%的质量)时，高级条形码阅读器可能是最佳选择。

图25:机器视觉软件用于根据ISO 15416条码质量标准验证符号，并监控代码质量随时间的波动。

结论
虽然无法读取的条形码可能会对公司的运营造成极大的破坏，但建立一种防御质量低劣的条形码和由此导致的无读现象的方法通常是相当简单的。无法读取条形码的原因通常表现为一系列相当简单的问题，包括低对比度、安静区违规、阅读位置不当、打印或标记不一致，以及损坏或失真。一旦确定了条码不可读的原因，就可以通过采取简单的预防措施来解决。在许多情况下，条形码打印和标记方法可以优化，以确保从一开始就产生高质量的代码。但是，当a级条形码成为奢侈品、可靠的条形码读取成为优先事项时，高性能条形码扫描仪和扫描仪的积极解码功能确保了每次良好的读取，并保护了公司最宝贵的时间和数据。