可变二维码印制要点研究

2024-04-11牛文慧

中国标准化 2024年7期

摘要：为了提升可变二维码的首读率，提高数据共享效率，更好地发挥可变二维码数据共享中的作用，特开展可变二维码印制质量研究。本文采用试验分析法，研究可变二维码生成软件参数设置、承印基材表面处理技术要求、喷印设备控制对其质量等级的影响。确定了可变二维码印制前承印材料预处理应达到的要求，承印材料光学特性参数不透明度、符号反差、最小边缘反差预测值。通过优化可变二维码设计、严格承印材料表面处理和控制喷码过程，可有效提升可变二维码印制质量。

关键词：二维码，设计，基材处理，印制

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

0 引言

随着信息技术和自动识别技术的快速发展，二维码作为产品和服务的数据载体，已经被广泛地应用在产品追溯、供应链管理、快速支付等行业，为经济社会的发展发挥了重要作用。二维码因其便捷性、准确性等特点，逐渐在人们生活中地得到了普及和发展[1]。二维码按照结构的不同可以分为层排式和矩阵式两种二维码。本文以矩阵式可变二维码为研究对象，采用试验分析法，探究可变二维码符号设计、承印材料表面处理以及喷印设备选择要点，探究提升可变二维码的印制质量方法。

1 可变二维码符号的设计

条码技术是基于编码图形的标识技术，根据规则将字符转换为一定尺寸的条、空模块阵列构成的条码符号图形。矩阵式二维码符号的设计是通过计算机软件来实现的。条码符号的设计主要包括三个方面的内容，包括根据印制设备的特性选择适合的模块宽度、符合识读设备性能的颜色搭配和便于扫描识读的放置位置。

1.1 可变二维码的尺寸要求

因二维码生成软件、印制设备、承印材料的不同，二维码符号的实际尺寸与设计尺寸会发生偏差，也就是产生增益（或减少）。矩阵式二维码的印刷增益（或减少）会对条码符号质量等级产生影响。以二维码（Two-dimensional bar code）为测试对对象，调整二维码符号最小单元增益（减少）量，软件调整频次为每次增加或减少一个像素点，采用企业常用的分辨率为300 dpi喷码设备，在不干胶标签上印制二维码符号。使用二维码符号，并用检测设备对条码符号进行检测，得出如下结论（具体见表1）。随着可变二维码符号印刷增益（减少）变化，符号的质量等级开始变化，首先是符号的调制比和模校调制比发生变化，增益（或减少）量进一步增大，符号的固有图形污损参数也出现不合格的情况。

1.2 可变二维码的颜色设计要求

矩阵式二维码不同于一维条码和行排式二维码的颜色搭配要求，它可以是在浅色背景下的深色图形，也可以是深色背景下的浅色图形，但必须保证两种颜色有足够的色差。颜色搭配对条码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要求是二维码设计要掌握的重要原则[2]。特别注意，金色和银色不能做可变二维码的图案，也不能作为可变二维码的背景颜色。实验室检测金色或银色图案的可变二维码，检测结果显示符号反差、固有图形污损、调制比等多项参数不合格。

1.3 可变二维码符号的位置要求

可变二维码的设计可以参照GB / T 142 57—2009[3]相关的要求放置，符号位置的基本原则是相对统一、不易变形、便于扫描识读，距离边缘不少于8 mm，不大于100 mm。如果同一个包装上出现两个以上的符號，条码宜上下放置，可变二维码供人识别的字符放置在符号的右侧。矩阵式二维码颜色搭配见表2。

2 包装基材表面处理要求

GB/T 23704—2017[4]规定了二维码质量等级测定的方法，并确定了二维码检测参数。光学特性参数是评定二维码符号质量的重要依据，包装材料的光学特性直接影响条码符号的印制质量。对包装材料适宜性评估可以从包装基材不透明度、符号反差、最小边缘反差三个方面入手，这样既可以评价承印基材的光学特性参数，又可以评估生成软件、喷码设备印制的适宜性。

2.1 不透明度的确定

从条码符号的识读原理知道，条码符号的质量等级与光学特性参数有密切的关系，而光学特性参数与包装基材的不透明度有密切的关系，因此，在使用新材料印制二维码符号时，应对条码符号的印制基材的不透明度进行测定。如果印刷基材的不透明度为0.85或是更大时，那么高对比的干扰图形透映的影响可以忽略。如果不透明度小于0.85，测量符号不确定时应在符号的底部衬上均匀的深色平面，衬底的表面反射率要小于5%，测定包装基材的反射率R 2；同时，在符号的底部衬上均匀的深色平面，衬底的表面反射率要大于89%，测定包装基材的反射率R 1。

印刷基材不透明度按公式（1）计算：

不透明度=R 2/R 1 （1）

式中：

R 1——印刷基底衬上一个反射率为89%，或更高的白平面时的反射率；

R 2——印刷基底衬上一个反射率为5%或更低的黑平面时的反射率。

2.2 符号反差预测

预测符号反差需要对能模拟出最终印制二维码符号的最高反射率（R max）和最低反射率（R min）区域的样品进行测量。在条码符号中，R max一般处在空白区内，因此，为了模拟空白区的条件，可以制作一个模块宽度最大（0.743 mm）的二维码符号，或在符号的四周保留10X尺寸的空白区。二维码符号的最高反射率会出现在符号中间反射率高（或亮）区域或是符号的四周，最低反射率会出现在符号最大的暗区域模块上。符号反差分级见表3。

符号反差的预测值可以按公式（2）计算：

SC `=R max-R min （ 2）

2.3 最小边缘反差预测

最小边缘反差一般出现在二维码图案窄单元模块反转处，处于“亮单元”和“暗单元”的结合部。最小边缘反差除了可以反映条码符号的反射率参数外，还可以反映出条码符号生成软件的精度、印制设备的性能以及油墨相对于包装材料的吸附特性。测算最小边缘的方法是，编制多个模块标准值（0.495 mm）的二维码符号，取二维码符号横向位置，使用扫描曲线分析法，预测出该条码符号最小边缘反差的值。其计算公式为：

EC `=R s-R b （ 3）

式中：

R s——相邻亮单元的反射率；

R b——相邻暗单元的反射率。

3 可变二维码的印制

可变二维码的印制可承印材料的不同，通过喷墨或激光刻印的方式实现。若产品带有外包装，且包装不透光度良好、适宜喷墨印制时，优先选用喷墨印刷机。若直接在产品或材料上印制可变二维码，且承印材料表面油墨吸附性差，可以考虑使用激光刻印的方式进行二维码的印制。

3.1 喷码印制设备

喷墨印刷是一种无接触、无印版、无压力的印刷方式，能够在不同的承印物表面或曲面进行印刷油墨[5]。喷码机按墨滴形成原理分为热发泡喷墨机、压电UV喷墨、静电喷墨和声波喷墨，其中应用较为广泛的是热发泡式和压电式。

喷墨打印机所处环境的温度、气压、气流状态、气体洁净度、水氧含量等参数要求很高[6]。喷墨式印刷高速模式对纸张与塑料膜表面材料要求也较高[ 7 ]。王静等[8]提出了二维码生产阶段，油墨、印版、工艺等生产过程中的注意事项。可变二维码喷码印制设备的关键点在于：

（1）综合考虑喷码设备的像素点大小与生成软件尺寸的关系，确保可变二维码最小单元的尺寸是喷码设备像素点的等于或是接近设备的整数倍。

（2）确保承印材料的不透光度满足可变二维码印制的要求，喷印可变二维码前，对承印材料做喷印适宜性分析。

（3）调整好喷码设备的压力，如印制过程中出现污渍、脱墨等现象，及时查找原因。