1D 2D 바코드에 대한 이해와 활용

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바코드는 기계에서 읽을 수 있도록 특별히 설계된 데이터의 시각적 표현이다. 모델 번호, 일련 번호 또는 제품 내역과 같은 정보를 저장한다. 바코드는 이 데이터를 평행한 검은색 막대, 공백의 너비 및 간격으로 표현한다. 이를 1D(1 차원) 바코드라고 하며 오늘날에도 여전히 널리 사용되고 있다.

그러나 최근에는 방대한 양의 데이터를 저장하기 위해 상자 또는 셀로 구성된 바코드가 만들어졌다. 이러한 바코드는 그리드의 행과 열이기 때문에 2D 바코드라고 한다. 1952년 특허 초기에는 잘 통용되지 않았지만 오늘날 거의 모든 산업에서 바코드를 사용한다. 바코드의 구성 및 작동 방식을 이해하는 것은 애플리케이션실행하는 데 매우 중요하다.

1D(선형) 바코드

바코드에는 두 가지 유형이 있다. 전통적인 바코드인 1D 또는 선형은 평행한 검은색의 선과 다양한 너비의 공백으로 구성된다. 바코드 판독기, 스캐너 또는 컴퓨터는 바코드 판독을 위해 막대의 너비와 막대 사이의 간격을 계산한다.

1D 바코드는 의류 소매업에서 미군에 이르기까지 다양한 산업에서 사용되는 가장 일반적인 바코드 유형이다. 1D 바코드는 다양한 산업을 위해 개발된 여러 종류가 있으며, 필요한 데이터의 유형과 양에 적합한 특성을 가지고 있다. 다음은 일반적인 1D 바코드와 이를 활용하는 몇 가지 예이다.

1D 바코드의 구성

아래 그래픽은 1D 바코드(코드 128)의 요소를 보여준다.

▶ Bar – 바코드에 저장된 정보를 구성하는 검은색의 선이다. 가장 간단한 코드에서 막대는 넓고 좁은 두 가지 크기이다. 이 정보는 센서가 읽을 때 바이너리 데이터로 변환된다. 그러나 다른 기호는 더 복잡하고 다양한 막대 및 공백 너비로 구성된다.

▶ Quiet zone/margin - 컴퓨터/스캐너/리더가 코드의 시작과 끝을 표시하기 위해 인식하는 바코드 주변의 공백이다. 거의 모든 유형의 1D 바코드에는 빈 영역이 필요하다.

▶ 시작 및 중지 코드 – 막대와 공백의 특정 조합은 바코드의 시작 또는 끝을 나타낸다.

▶ 데이터 – 인코딩된 데이터가 포함된 위치이다.

▶ 체크 디지트(또는 체크섬) - 바코드 끝에 있으며 잘못된 데이터를 읽는 것을 방지한다. 이전 바코드 데이터를 사용하는 검사 숫자 계산 공식을 사용하면서 검사 숫자와 일치하는 숫자가 생성된다. 두 숫자가 일치하면 코드가 허용된다.

▶ 사람이 읽을 수 있는 코드 – 사람이 읽을 수 있는 숫자 또는 문자로서 바코드 판독할때 아무런 장애가 없다.

▶ 모듈 너비 -바코드에서 가장 작은 단일 셀 또는 막대의 높이/너비이다. 리더가 코드를 정확하게 읽는데 필요한 최소 해상도를 결정한다.

스텍트 선형 바코드

더욱 많은 데이터를 작은 공간에 맞추기 위해 여러 1D 코드를 서로 밀접하게 쌓을 수 있다. 따라서 이를 ‘스택 선형 바코드’ 라고 하며 밀도가 높은 정보를 읽기 위해 계속 증가하는 리더 용량을 활용한다.

2D 바코드

1D 바코드는 정보를 저장하는 좋은 방법이지만 2D 바코드에는 가로 및 세로로 쌓인 데이터가 포함되어 있으므로 문자와 정보의 밀도 및 복잡성이 크게 증가한다. 1D 바코드의 체크 디지트와 유사하게 작동하는 2D 바코드에는 오류수정 기능이 내장되어 있다. 많은 2D 코드에서 데이터는 세 번 이상 코딩 되어 독자가 정보를 올바르게 스캔하고 처리할 수 있다. 가장 일반적인 2D 바코드 유형은 다음과 같다.

2D 바코드의 구성

아래 그래픽은 2D 바코드(DataMatrix)의 요소를 보여준다.

▶ 셀 - 2D 코드는 막대에 해당하며 셀은 코드 내부에 검정색으로 채워진 사각형이다. 코드는 흰색과 검은색 공간을 매핑하여 판독한다.

▶ Quiet zone - 1D 바코드와 동일한 기능이지만 왼쪽과 오른쪽에서 확장되는 것이 아니라 2D 코드의 네 면을 모두 둘러싸야 한다.

▶ 파인더(또는 L) 패턴 - 2D 코드 양면의 바깥 쪽 가장자리에 있는 L 모양으로 표시된다. 파인더 패턴을 사용하면 독자가 코드를 읽는 올바른 방법을 찾을 수 있다.

▶ 클럭킹 패턴 - 파인더 패턴의 반대편에 검은 색 상자와 흰색 상자가 번갈아 가며 리더에게 코드 내부의 셀 너비와 전체 크기(정사각형을 구성하는 열과 행의 수)를 알려준다.

바코드 인쇄 및 라벨링 방법

일반적으로 바코드는 접착 라벨에 인쇄되거나 제품 포장에 직접 인쇄된다. 기존 인쇄 방법을 사용하여 코드를 인쇄하는 두 가지 주요 방법은 잉크젯/도트 매트릭스 인쇄와 열전사 인쇄이다.

▶ 잉크젯/도트 매트릭스 - 라벨에 작은 방울로 잉크를 분사하는 작업이 포함된다. 인쇄할 때 바코드가 튀거나 번지거나 흐려질 위험이 있으므로 시간이 지남에 따라 이미지 품질이 저하될 위험이 증가한다.

▶ 열전사 인쇄 - 리본을 가열하여 라벨에 직접 녹인다. 인쇄 전, 인쇄 중 또는 인쇄 후에 프린터 또는 감열지가 과열되면 이미지에 영향을 줄 수 있으므로 작업 공간의 온도와 조건을 고려해야 한다.

직접 부품 마킹(DPM, Direct Part Marking)

바코드가 라벨에 인쇄되지 않은 경우 제품 표면에 직접 마킹할 수 있다. 이는 자동차 및 전자 산업에서 더욱 흔한 경우다. 제품의 내구성이 높거나 책임을 이유로 수명주기 동안 추적해야 하기 때문이다. 직접 부품 마킹(DPM)은 인쇄 바코드에 대한 오래 지속되는 대안이다. 저장된 제품, 산업 및 정보의 특성으로 인해 2D DataMatrix 또는 QR 코드는 직접 마킹할 때 일반적으로 사용된다.

▶ 레이저 마킹(Laser marking) – 파이버 레이저는 바코드를 부품에 직접 조각하는 데 사용된다.

▶ 도트 핀(Dot peen) - 스타일러스(stylus)를 사용하여 디벗을 금속에 눌러 바코드를 만든다.

▶ 전기 화학 에칭(Electrochemical etching) – 나트륨 기반 용액이 저전압 전류와 결합되어 충전 시 금속을 용해시킨다. 스텐실은 바코드 모양을 만드는 데 사용된다.

바 판독의 유형

레이저 스캐너

레이저 스캐너는 오랫동안 1D 바코드의 표준 판독기였다. 스캐너 내부의 회전 미러 휠은 바코드를 가로 질러 왼쪽에서 오른쪽으로 레이저 빔을 보낸다. 포토다이오드는 반사된 빛을 전류로 변환하여 아날로그 신호를 생성하고 최종적으로 디지털 신호로 변환된다. 대비를 돕기 위해 추가 이미지 프로세서나 조명이 필요하지 않다. 스캔의 상대적 단순성(광이 이동하는 빛의 속도)은 고속으로 스캔 할 수 있으며 일부 제품은 초당 최대 1,300 스캔을 수행할 수 있다.

그러나 레이저 스캐너에는 한계가 있다. 가장 큰 점은 1D 바코드만 읽을 수 있다는 것이다. 1D 코드는 오늘날에도 가장 널리 사용되고 있지만 변화하고 있다. 또한 레이저 스캐너는 코드를 왼쪽에서 오른쪽으로만 읽을 수 있다. 즉, 스캐너가 바코드를 읽으려면 바코드가 항상 스캐너를 향해야 한다. 내부 회전 미러 휠 및 기타 움직이는 부품으로 인해 스캐너는 유지 관리 및 수리가 필요한 분야에 취약하다.

이미징 기반 리더기

이미징 기반 리더기는 가장 다재다능한 리더 옵션이다. 1D 및 2D 바코드를 모두 읽을 수 있고 손상되었거나 잘못된 방향의 바코드와 혼동하기 쉬운 훨씬 어렵고 복잡한 애플리케이션에서 안정적으로 작동한다. 예를 들어, 단일 이미징는 여러 코드를 한 번에 읽을 수 있다. 또한 여러 높이에서 읽을 수 있는 훨씬 넓은 피사계 심도를 자랑한다. 다양한 응용 분야를 위한 훨씬 유연한 옵션이다. 렌즈 및 LED 조명을 통해 이러한 유형의 바코드 판독 장치는 인쇄된 바코드의 전체 품질을 모니터링 할 수 있다.

이미징 기반 판독기는 기본적으로 바코드 사진을 찍는 디지털 카메라로 작동한다. 그런 뒤 마이크로 프로세서는 코드를 찾아 판독하는 이미지 처리 알고리즘을 실행한다. 자동화된 제조 공정에서 성공적으로 읽은 바코드 비율을 ‘판독률’이라고 한다. 이미지 분석 알고리즘의 성능은 레이저 스캐너보다 더 높은 판독률로 이어져 제조 공정을 더욱 효율적으로 만든다. 이 프로세스는 레이저 스캐너보다 읽는 시간이 느리다. 레이저 스캐너보다 비용이 더 많이들 수 있지만 많은 회사에서 모든 구성 요소를 단일 시스템으로 묶어 비용을 줄인다.

해상도는 바코드를 인식하고 읽을 수 있는 이미지 리더 기능의 핵심 요소이다. 해상도가 높을수록 더 작은 코드를 읽고 넓은 영역을 검색할 수 있는 능력이 커진다. 해상도도 중요하지만 최적의 이미지를 얻으려면 애플리케이션에 적합한 렌즈를 선택해야한다. 가장 일반적인 렌즈 유형은 C- 마운트 및 S- 마운트이며 설치 시에 수동 초점 조정이 필요하다. 업계 리더들은 이미지에 초점을 맞추기 위해 사람의 개입없이 렌즈의 움직임을 제어하는 기계식 또는 액체 렌즈 자동 초점 기능이 있는 이미지 리더를 생산하고 있다.

휴대용 바코드 판독기

이름에서 알 수 있듯이 휴대형 바코드 리더기는 설비에 영구적으로 장착되지 않고 작업자의 손에서 바코드를 스캔하거나 읽는다. 수작업이 필요하기 때문에 이 판독기는 처리량이 많은 애플리케이션에서는 사용하지 않는다. 휴대용 리더기는 라인 끝 확인 또는 선적물을 체크인 할 때 이상적이다.

무선 및 유선 버전으로 제공되는 휴대용 리더기는 이미저 기반 또는 레이저 기술이 장착된 상태로 제공된다. 이러한 휴대용 스캐너는 결제 시 항목 스캔과 같은 소매 애플리케이션에서 볼 수 있다. 공장 자동화 애플리케이션에는 낙하, 환경 요인 및 공장 현장의 산업 통신을 견딜 수 있는 보다 강력한 판독기가 필요하다. 휴대용은 공장에서 확인을 수행하기 위해 고정 리더와 함께 사용되는 경우도 많다. 휴대용 바코드 리더기는 배치 확인 또는 라인 전환을 위해 고정 마운트 리더와 함께 사용할 수 있다.

바코드 및 판독기를 구현하는 방법

이제 바코드에 대한 개요와 작동 방식을 살펴보았으므로 바코드 및 판독기를 애플리케이션에 구현할 때 고려해야 할 질문을 살펴본다.

‘어떤 종류의 바코드가 필요한가’

이것이 첫 번째 질문이어야 한다. 처음부터 저장할 정보에 대해 생각해야한다. 기본적인 정보인지, 아니면 수명주기 추적과 같은 더 복잡한 데이터가 필요한지, 바코드를 위해 제품에 사용할 수 있는 공간은 어느 정도이며 더 쉽게 읽을 수 있도록 하려면 어떻게 해야 하는지 등이다. 예를 들어 2D 코드는 정사각형 공간에 더욱 많은 데이터를 담을 수 있지만 둥근 부품의 둘레를 따라 이동하는 막대가 있는 1D 코드는 모든 정보를 동일한 각도에서 사용할 수 있으므로 읽기가 더 쉬울 수 있다.

바코드 유형을 결정한 후 스캔 속도 또는 방향과 같은 다른 요소를 측정하여 애플리케이션에 가장 적합한 리더 유형을 결정하는 게 좋다. 애플리케이션에 2D 코드가 포함된 경우 이를 읽을 수 있으려면 이미저 기반 판독기가 필요하다.

‘바코드의 크기는 어느 정도인가’

바코드의 크기(특히 가장 작은 막대 또는 셀의 너비)는 리더가 코드를 안정적이고 정확하게 읽을 수 있는 능력에 많은 영향을 미친다. 애플리케이션에 전자 부품 조립과 같은 작은 부품이 포함된 경우 해당 부품에 인쇄되는 코드는 매우 작다. 이미저 기반 리더는 고해상도 기능 때문에 작은 코드를 읽는 데 가장 적합하며, 코드가 클수록 먼 거리에서 쉽게 읽을 수 있다.

‘바코드를 얼마나 빨리 읽어야 하는가’

시간이 중요한 빠른 속도의 애플리케이션의 경우 다양한 종류의 판독기를 아는 것이 중요하다. 빠르게 진행되는 애플리케이션에서 사용할 바코드 유형을 선택하려는 경우 1D 바코드가 더 적합 할 수 있다. 2D 코드와 동일한 밀도 또는 복잡성을 제공할 수는 없지만 레이저 스캐너 또는 이미저 기반 판독기로 쉽게 읽을 수 있다. 이는 음료 포장 검증과 같이 속도가 생산 증가로 직접 연결되는 애플리케이션에 이상적이다.

즉, 이미저 기반 리더는 코드에 기본 정보 이상을 저장하려는 경우  2D 코드를 읽을 수 있는 유일한 리더이다. 또한 손상된 코드로 인해 혼동될 가능성이 훨씬 적기 때문에 잘못 읽거나 완전히 읽을 수 없어 계획되지 않은 다운 타임을 방지하여 상당한 시간과 비용을 절약할 수 있다.

‘대상이 얼마나 멀리 떨어져 있는가’

바코드와 판독기 사이가 먼 경우 초점 거리가 길고 조명이 더욱 강력한 장거리 판독기를 선택해야 한다. 애플리케이션에 가장 적합한 리더 유형을 고려하는 것도 중요하다. 많은 공급사에서 레이저 스캐너와 이미저 기반 판독기에 대해 다양한 옵션과 휴대용 모델을 제공한다.

또한 레이저 스캐너가 바코드 방향이 완벽하지 않은 위치에 장착되면 코드를 올바르게 읽을 수 없다. 이미저 기반 리더는 모든 방향으로 바코드를 읽을 수 있으며 다양한 거리에서 코드를 읽을 수 있으므로 판독 거리 또는 위치가 변경되는 애플리케이션에 이상적이다.

‘어떤 종류의 커뮤니케이션이 필요한가’

대부분의 산업용은 이더넷/IP, Modbus/TCP 또는 PROFINET과 같은 산업용 이더넷 프로토콜을 통해 바코드 판독기에서 PLC로 데이터를 전송한다. PLC에서 이더넷을 사용할 수 없는 경우 RS-232 또는 RS-422와 같은 직렬 프로토콜이 최상의 옵션 일 수 있다. 데이터가 PLC가 아닌 컴퓨터로 전송될 때 이는 이더넷 TCP/IP, 직렬 또는 USB 통신을 통해 수행된다. 운영자가 PC 소프트웨어에 데이터를 수동으로 입력하는 경우 키보드에서 입력하는 것처럼 USB 키보드에서 데이터를 정확하게 입력할 수 있는 판독기가 필요하다.

요약

완벽한 바코드 유형이나 판독기는 없다. 두 가지(1D, 2D) 모두 새로운 애플리케이션에서 바코드를 효과적으로 사용할 수 있는 무한한 가능성을 제공한다. 바코드 유형, 스캔 속도 등의 주요 요소를 고려하면 모든 애플리케이션에 맞는 최적의 판독기를 선택할 수 있다.

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