CN100422725C - 使用组合反射和透射光图像的实时网络检查方法 - Google Patents

Abstract

一种利用反射和透射光图像的同时捕获以对其进行实时合并的网络检查设备和方法。反射光和透射光图像捕获系统按照网络顺沿方向和网络横跨方向的成像区域相互对准。为了允许同时获取反射和透射光图像，网络的成像部分是无支承跨越部分，并且网络被绷紧以防止松垂。反射光和透射光图像捕获系统各自包括按照网络顺沿方向和网络横跨方向的成像区域相互对准的多个照相机，并且用于透射光图像捕获的照相机与输出以一定角度入射到网络上的光的光源直接对齐。

Description

使用组合反射和透射光图像的实时网络检查方法

技术领域

本发明一般涉及一种使用改进照明和照相机布置的网络(web)检查方法和设备。这里，它参考用于柔性成像网络例如用来制造电子照相成像系统的感光器带的感光器网络的网络检查方法和设备来进行描述，但是它不旨在局限于检查任何特定类型的网络材料。

在电子照相技术领域内，在导光层上包括光电导绝缘层的电子照相构件首先通过对光电导绝缘层的成像表面进行均匀静电充电来成像。然后，将该构件暴露于激活电磁辐射如光的模式，其有选择地消散光电导绝缘层的照明区域中的电荷，同时保留未照明区域中的静电潜像。然后可通过在光电导绝缘层的表面上沉积细碎验电敏(electroscopic)色粉微粒来显影该静电潜像，以形成可见图像。所得到的可见色粉图像可被传输到适合的接收构件如纸。该成像过程可通过可重用光电导绝缘层而重复多次。

电子照相构件经常采取柔性多层感光器带的形式，其中柔性多层感光器带包括衬底、导光层、可选孔阻挡层、可选粘合层、电荷产生层和电荷运输层，并且在一些实施例中还包括抗弯曲垫层。

随着更高级、更高速电子照相复印机、复制机和打印机已被开发出来，感光器带的电子和机械性能要求变得越来越高。新式数字彩色和其他图像产生产品不能容忍对于前代成像设备如模拟或“光透镜”复印机可接受的缺陷。

当某些缺陷位于多层带式感光器的一层或多层的表面上或者其内时，满足不了这些提高的电气和机械性能要求。这些缺陷是由于在衬底、导光层、可选孔阻挡层、可选粘合层、电荷产生层、电荷运输层和/或可选抗弯曲垫层上存在尘埃微粒而引起的。因此，例如，在涂敷覆盖层以形成静电照相成像构件如感光器的期间，处于无覆盖层或有覆盖层的衬底表面上的尘埃微粒(微粒碎屑)可导致在各种涂敷的覆盖层中形成气泡或空隙。可以认为，尘埃微粒以类似于在微粒的位置发动溶剂沸腾的沸腾碎片的方式表现。当在覆盖层沉积期间或者在干燥期间覆盖层溶剂保持在覆盖层溶剂沸点的附近时，该局部沸腾问题被加剧。在感光器电荷产生层覆盖层和电荷运输层覆盖层中，在覆盖层中形成气泡特别严重。另外，尘埃微粒在涂敷覆盖层的期间往往俘获空气，并且所俘获的空气在干燥期间膨胀，从而在覆盖层中形成不良气泡。此外，当网络卷到辊(roll)上时，处于静电照相成像构件网络衬底或其覆盖层的一个或两个表面上的任何尘埃微粒由于其在相邻网络表面上产生印痕而会不利地影响相邻表面。由于这些不良印痕会通过多于一个重叠网络层重复，因此覆盖网络的大部分必须被报度，并且该结果是非常不期望的。

从前文应当清楚，在切割网络并将其形成环形成像带之前识别感光器网络中的缺陷是非常期望的。如果预先识别出缺陷，则通常有可能从网络中剔除有缺陷区域，使得其不形成感光器带成品的一部分，或者确保网络的有缺陷部分用来制造可用于其中该缺陷将没有不良后果的应用的感光器带。

单独地或者与自动网络检查系统结合使用检查员以便识别网络缺陷是公知的。在一个公知系统中，当透明网络通过光盒时，操作员目测检查该透明网络。在另一个实施例中，使用机器视觉系统获取从中经过的网络的图像，并且根据缺陷识别算法来处理这些图像，以便提供一种自动网络检查方法和设备。在这种公知系统中，反射光图像和透射光图像是顺序而非同时获取的。因而，采用传统网络检查方案，不可能执行组合透射/反射光图像的实时获取和分析。采用传统系统，必须离线组合顺序获取的图像，然后对其进行处理以进行图像识别和分类。显然，这是非常不期望的，特别是在检查过程的下游立即标记网络中的缺陷的过程中并且/或者在检查过程的下游立即将网络切割成多个部分以形成最终产品例如感光器带的过程中，更是如此。

鉴于前述问题，可以认为，提供一种如本文所公开的使用组合反射和透射光图像的实时网络检查方法和设备是期望的。

发明内容

根据本发明的第一方面，一种网络检查方法，包括从光源投射光，以使其入射到网络的选定部分上，其中网络在网络顺沿方向(down-webdirection)上移动，并且横向延伸以限定网络横跨方向(cross-webdirection)上的宽度。捕获由选定网络部分反射的来自光源的反射光，并且获得反射光的数字图像。与捕获反射光的步骤同时，还捕获透过选定网络部分的来自光源的透射光，并且获得透射光的数字图像。合并反射光数字图像和透射光数字图像以获得既表示反射光又表示透射光的合并图像数据。使用合并的图像数据来识别网络中的缺陷。

根据本发明的另一方面，一种网络检查设备，包括第一和第二网络支承体，用于活动地支承在网络顺沿方向上移动的关联网络。光源输出被调整为入射到位于第一和第二网络支承体之间的关联网络的选定自由跨越无支承部分上的光图案。提供了反射光图像捕获系统，其用于根据由选定网络部分反射的来自所述光源的光对关联网络的选定部分进行成像。还提供了透射光图像捕获系统，其用于根据透过选定网络部分的来自光源的光对关联网络的选定部分进行成像，其中，将反射光图像捕获系统与透射光图像捕获系统进行对准(register)，使得反射光图像捕获系统和透射光图像捕获系统被调整为分别按照反射和透射光对关联网络的选定部分进行同时成像。

附图说明

本发明包括各个组件以及各个组件的布置，并且包括各个步骤以及各个步骤的布置，在形成本发明一部分的附图中示出了其优选实施例，其中：

图1是使用组合反射和透射光图像的实时网络检查方法和设备的示意图；

图2提供了图1的网络检查站的详细图示；以及

图3提供了网络检查站和用于实时网络缺陷检测的方法的进一步详细图示。

具体实施方式

图1示出根据本发明的使用组合反射和透射光图像的实时网络检查方法和设备。在所示实施例中，网络W例如感光器网络从上游进给辊或其他源R1发放，而在贮藏辊或其他贮藏位置R2收集。因此，网络W从进给辊R1沿着网络顺沿方向向下移动到贮藏辊R2，如箭头DW所示。为了本文引用方便起见，术语“网络横跨方向(cross-web)”旨在表示垂直于或横贯网络顺沿方向DW且平行于网络W的平面的方向。

在所示实施例中，网络W从进给辊R1经过网络清洁站S1，以通过传统装置如清洁辊和/或其他接触或非接触装置去除其上表面WU和/或下表面WL上的污染物。然后，网络W经过网络检查站S2，其中对它进行检查以发现缺陷，然后经过网络标记站S3，其中以标签、墨水或任何其他适合标记手段标记网络中的任何缺陷。在一个实施侧中，网络标记站S3以缺陷剔除站S3’替换或补充，其中在将网络切割为多个形成最终产品的部分之前从网络W中切除缺陷。网络检查站S2和网络标记站S3可操作地互连到图像处理单元IPU，其从网络检查站S2接收数据，并且向网络标记站S 3发送数据以指示要被标记或剔除的网络W部分。如虚线所示，数据还能可选地从图像处理单元IPU流到网络检查站S2以对其进行控制，并且/或者从网络标记站S3流到图像处理单元IPU以用于反馈的目的等。一般而言，网络检查站S2和图像处理单元IPU根据本发明使用组合反射和透射光图像协作执行实时网络检查。网络清洁站S1、标记站S3和/或缺陷剔除站S3’是可选的，但是典型地提供这些装置至少之一，并且将其用作实时网络检查方法/设备的一部分。

参照图2更详细地公开网络检查站S2。这里，可以看出，网络检查站S2包括第一和第二网络支承构件如无载托辊I1、I2，其活动地支承网络W，使得无支承自由跨越网络部分FS在其间延伸。进给和贮藏辊R1、R2(图1)和/或网络支承构件I1、I2控制网络W在网络顺沿方向DW上移动的速度，并且控制在其下保持网络W的张力。因而，网络W的自由跨越部分FS以已知速度移动，并且保持在已知张力下。在一个例子中，网络W以每分钟40英尺(fpm)的速度在网络顺沿方向DW上移动，并且保持在每线性英寸宽度一磅的恒定张力下，例如，如果网络在网络横跨方向上延伸18英寸(图3)，则它总是保持在18磅的张力下。因而，自由跨越网络部分FS保持在足够的张力下以防止松垂或其任何其他不良移动。

网络检查站S2包括至少一个光源L、至少一个反射光图像捕获系统RL和至少一个透射光图像捕获系统TL。反射光和透射光图像捕获系统RL、TL如图所示可操作地耦合于图像处理单元IPU，并且光源L可选地耦合于图像处理单元IPU，从而受到控制，但是无需如此。一般地说，光源L输出入射到自由跨越网络部分FS上的连续均匀光I。反射光图像捕获系统RL接收从自由跨越网络部分FS反射的来自光源L的光R，并且获得表示反射光R的数字图像数据(这里称作反射光图像数据RD)，而透射光图像捕获系统TL同时接收透过自由跨越网络部分FS的来自光源L的光T，并且获得表示透射光T的数字图像数据(这里称作“透射光图像数据TD”)。在图2中可以看出，图像数据RD、TD输入到图像处理单元IPU以根据本发明进行实时网络缺陷检测和分类。

图2示出用以实现本发明的实时网络检查方法和设备的光源L和图像捕获系统RL、TL的优选配置。更具体地说，来自光源L的光I以相对于垂直平面V的角度x入射到自由跨越网络部分FS上。反射光图像捕获系统RL被定位成接收发射光R，由此布置在网络W的相同侧，并且位于相对于垂直平面V成角度y，其中角度x，y之一是正角度而另一个是负角度。在一个优选实施例中，角度x和y是相等但代数符号相反的角度，即x＝-y，以提供“亮视场(bright-field)”系统。可选地，角度y可以使得更大(更负)以提供“朦胧光(twilight)”系统，其中反射光图像捕获系统RL不直接位于反射光场R内，而是与其有些偏离，但是仍然位于其中。与反射光图像捕获系统RL相比，透射光图像捕获系统TL位于网络W的相对侧，并且最好布置成相对于垂直平面V成角度z，使得与光源L直接对齐，并且更具体地说，由此即透镜输出的光I和输入到透射光图像捕获系统TL的其他光直接与从光源L输出光I的轴对齐。因此，如图所示，x＝z，使得透射光图像捕获系统TL与光源L和入射光I成180度，以便接收直接通过自由跨越网络部分FS的光I的透射部分T。如图2所示，光源L和图像捕获系统RL、TL被布置成x＝15度；y＝-15度；以及z＝15度，但是本发明并不旨在局限于这些角度。另外，所示例子示出入射到网络上表面WU上的来自光源L的光I，其中反射光图像捕获系统RL被布置成捕获从网络上表面WU反射的光R。光源L可以可选地被布置成将光I投射在网络下表面WL上，因而反射光图像捕获系统RL将被定位成捕获从网络下表面反射的光R，而透射光图像捕获系统TL位于网络W的相对侧以捕获透射光T。

反射光图像捕获系统RL和透射光图像捕获系统TL必须相互对准，以确保由此分别获得的图像相互对应，即确保系统RL、TL在网络顺沿方向和网络横跨方向上同时获得自由跨越网络部分FS的完全相同区域的实时图像。该对准可采用各种不同方式来实现。在一个例子中，向网络W提供其上的已知测试图案，并且调整图像捕获系统RL、TL之一或两者的位置，直到由系统RL、TL输出的图像已知为相互对齐。不管所采用的对准方法，最优选的是这些图像捕获系统在网络顺沿方向DW和网络横跨方向CW上都逐像素地相互完全对准。网络顺沿方向DW和网络横跨方向CW上的一像素偏差在可接受的容限内。在一个实施例中，反射光图像捕获系统RL和透射光图像捕获系统TL在网络顺沿方向和网络横跨方向DW、CW上以±1像素的容限相互对准，其中像素的尺寸在网络顺沿方向上为25微米，并且在网络横跨方向上为25微米。

图3示意性地示出根据本发明的网络检查站S2和网络检查方法。在所示实施例中，反射光图像捕获系统RL包括至少一个并且最好多个在网络横跨方向CW上横跨网络W而间隔排列的反射光图像捕获照相机R1-R4。同样，透射光图像捕获系统TL包括至少一个并且最好多个在网络横跨方向CW上横跨网络W而间隔排列的透射光图像捕获照相机T1-T4。照相机R1-R4分别对应于照相机T1-T4，以便限定对应的照相机对R1、T1；R2、T2；R3、T3；R4、T4，并且每对的组成部分如上所述按照网络顺沿方向和网络横跨方向成像位置相互对准，使得它们如上所述在±1像素网络顺沿方向和±1像素网络横跨方向容限内对网络W的完全相同位置进行成像。照相机R1-R4的成像区域典型地在网络横跨方向CW上相互重叠，并且照相机T1-T4的成像区域典型地在网络横跨方向CW上相互重叠，以确保无间隙地对网络W的完全网络横跨方向宽度进行成像。虽然每组照相机R1-R4和T1-T4被示出为包括四个照相机，但是这并不旨在以任何方式限制本发明，并且必要和/或需要时可使用更多或更少照相机。

反射光图像照相机R1-R4最好也相互对准，使得由此获得的图像表示具有均匀网络顺沿方向位置的网络W的整个网络横跨方向宽度。同样，透射光图像照相机T1-T4最好也相互对准，使得由此获得的图像表示具有均匀网络顺沿方向位置的网络W的整个网络横跨方向宽度。在所示实施例中，照相机R1-R4和照相机T1-T4都是行扫描CCD照相机，从而当时准操作完成时，由照相机R1-R4和照相机T1-T4获得的图像表示1×m行的像素，其中m是在网络横跨方向CW上延伸的像素数(其根据网络W的实际宽度、照相机的数目和扫描分辨率而变化)。还优选的是，光源L被限定为在网络横跨方向CW上横跨网络W的整个宽度但在网络顺沿方向DW上仅以最低程度延伸的光图案I的光管(light-line)。一个适合的光源L是光纤光管，不过本发明并不局限于此。

继续参照图3，图像处理单元IPU接收由每个照相机R1-R4、T1-T4获得的反射光图像数据RD和透射光图像数据TD。步骤或装置20实时合并每个对应照相机对R1、T1；R2、T2；R3、T3；R4、T4的照相机信号，并且输出相应的合并反射/透射图像数据信号RT1、RT2、RT3、RT4。

合并反射/透射图像数据信号RT1-RT4输入到缺陷识别步骤或装置30。最好，未合并原始图像数据RD和TD也输入到缺陷识别步骤或装置30。缺陷识别步骤或装置30分析输入数据信号RT1-RT4(以及未合并信号RD、TD，如果可用的话)，并且如果数据与非缺陷网络的已知范围不同则将其任何部分标志为存在缺陷。

由缺陷识别步骤或装置30识别的表示网络缺陷的缺陷数据DD输入到缺陷特征分析步骤或装置40，其获得在数据DD中表示的每个网络缺陷的缺陷特征参数。在一个例子中，缺陷特征分析步骤/装置40获得缺陷特征列表，如网络横跨方向尺寸、网络顺沿方向尺寸、平均亮度、最大和最小亮度、亮度变化率数据、缺陷形状(例如，圆形、椭圆形等)、按照网络横跨方向位置的网络内缺陷位置等。缺陷特征分析步骤/装置40能够根据合并数据RT1-RT4获得仅根据反射数据RD或仅根据透射数据TD将不可获得的很多缺陷特征参数。采用这里所述的组合发射/透射光网络成像方法，辨别在一种照明配置中看上去类似但在其他照明配置中看上去不同的缺陷变得有可能。

对于由数据DD表示的每个网络缺陷，缺陷特征分析步骤/装置40将缺陷特征数据DFD输出到缺陷特征数据库步骤或装置50。每个网络缺陷的缺陷特征数据DFD输入到缺陷特征数据库50，其可以是查询表、直方图匹配算法或其他数据库匹配装置/操作，并且缺陷特征数据库50输出将缺陷描述为特定类型的缺陷例如表面尘埃、内部气泡、划痕、凹陷、凸起等的缺陷分类输出值60。缺陷分类输出值60由图像处理单元IPU使用以根据缺陷类型控制网络标记/缺陷剔除站S3、S3’。例如，如果网络W打算用于高性能应用，则图像处理单元可控制网络标记/缺陷剔除站S3、S3’将网络的相关部分标记为缺陷，并且/或者从网络中剔除有缺陷部分。另一方面，如果网络打算用于低性能应用，并且缺陷值60表示微小缺陷，则图像处理单元IPU可控制网络标记/缺陷剔除站S3、S3’不采取任何操作。

图像处理单元IPU由适于数字图像处理的任何适合电路和/或编程计算设备如专用电路或特别编程个人计算机提供。适合图像处理单元IPU可从Cognex Corporation，Natick，MA购得(一个这样的单元以前是以商品名称ISYS 2000出售的)，并且可使用来自相同或其他来源的其他成像处理单元。

这里所用的术语“实时”是指处理数据而无需对其进行离线存储并且随后检索该数据以进行以后处理，使得在网络W的相关部分通过网络标记/缺陷剔除站S3、S3’之前合并反射/透射光数据信号RT1-RT4就立即可用于处理。

本领域的普通技术人员可以进行各种修改和变更，并且按照字面意义和/或根据等价物的教义而解释的所附权利要求旨在在最大可能范围内包括所有这些修改和变更。

Claims (5)

1. 一种网络检查方法，包括：

从光源投射光，以使其入射到网络的选定部分上，其中所述网络在网络顺沿方向上移动，并且横向延伸以限定网络横跨方向上的宽度；其中所述网络的所述选定部分包括在第一和第二空间分开的无载托辊之间延伸并移动的所述网络的无支承自由跨越部分，其中所述网络在所述网络顺沿方向上移动，同时保持在选定张力下，其中所述选定张力是所述网络中每一英寸的所述宽度至少一磅的张力；

用反射光图像捕获照相机系统捕获由所述选定网络部分反射的来自所述光源的反射光，并且获得所述反射光的数字图像；

与所述捕获反射光的步骤同时，使用透射光图像捕获照相机系统捕获透过所述选定网络部分的来自所述光源的透射光，并且获得所述透射光的数字图像；

其中所述光源和所述反射光图像捕获照相机系统位于所述网络的第一侧，并且其中所述透射光图像捕获照相机系统位于与所述第一侧相对的所述网络的第二侧，使得所述网络在所述光源和所述透射光图像捕获照相机系统之间通过；

其中从所述光源投射的所述光以相对于垂直平面成x度的角度入射到所述网络上，所述反射光图像捕获照相机系统位于相对于所述垂直平面成角度y，并且其中所述透射光图像捕获照相机系统与所述投射光直接对齐；

其中所述反射光图像捕获照相机系统包括在所述网络顺沿方向上相互对准的多个反射光成像照相机，所述反射光成像照相机具有在所述网络横跨方向上重叠的反射光成像区域；并且其中所述透射光图像捕获照相机系统包括在所述网络顺沿方向上相互对准的多个透射光成像照相机，所述透射光成像照相机具有在所述网络横跨方向上重叠的透射光成像区域；并且其中所述反射光成像照相机的每一个均对应于所述透射光成像照相机之一，并且与其对准，以便限定位于所述网络相对侧的对应的成像照相机对；

以数字方式合并所述反射光的数字图像和所述透射光的数字图像，以获得既表示所述反射光又表示所述透射光的合并图像数据；

使用所有(i)所述反射光的数字图像；(ii)所述透射光的数字图像；和(iii)所述合并图像数据来识别所述网络中的缺陷而不中断所述网络在所述网络顺沿方向上的移动，在所有识别的缺陷处或其附近物理地标记所述网络以限定标记的缺陷；

从所述网络中剔除所述标记的缺陷。

2. 如权利要求1所述的方法，其中所述光源包括光纤光管。

3. 如权利要求2所述的方法，其中所述反射光成像照相机的每一个和所述透射光成像照相机的每一个包括行扫描CCD照相机。

4. 如权利要求3所述的方法，其中所述反射光成像照相机按照由此分别成像的所述网络的网络顺沿方向部分相互对准，使得所述反射光成像照相机协作以对所述网络的单个不中断1×m像素行进行成像，其中m是用来对所述网络的整个网络横跨方向尺寸进行成像的像素分辨率。

5. 如权利要求4所述的方法，其中所述透射光成像照相机按照由此分别成像的所述网络的网络顺沿方向部分相互对准，使得所述透射光成像照相机协作以对所述网络的单个不中断1×m像素行进行成像，其中m是用来对所述网络的整个网络横跨方向尺寸进行成像的像素分辨率。

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