CN100480666C - 识别片材类型的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于识别片材类型的装置，包括：用于检测与片材水分相关的信息的检测单元；用于施加外力至所述片材的外力施加装置；用于当通过外力施加装置施加外力至片材时，按照由于片材的存在而减弱的力获取信息的信息获取装置；以及判断片材类型的判断单元，所述判断的基础是从检测单元获得的信息和从信息获取装置获得的信息。根据该装置，即使没有预先用数字码或其它信息对片材标记也可以检测出片材的类型，并且也可以检测片材所含的水含量。

Description

识别片材类型的装置
技术领域
本发明涉及一种识别片材类型的装置
背景技术
最近检测片材信息的信息检测装置已经在许多技术领域引起注意。
美国专利No.6,097,497中公开这种装置的实例，该方法预先用数字码或符号标记片材(以下称该方法为标记法)，并且打印机中的传感器单元读取该数字码及其他信息以设置最佳打印方式。
在该标记法中，片材可以携带的信息限于在标记之后不会变化的那类，例如片材制造商的名称和片材尺寸。
片材通常依据环境变化(大气气体的湿度变化)而改变水含量，而且单个片材的性质(例如，杨氏模量及其他机械性质)根据片材中含的水含量的变化而变化。该标记法不能检测片材的水含量，因此不能精确测定片材信息。
同样，不能采用该标记法得到无标记片材的信息。
发明内容
本发明是在考虑到上述问题的基础上产生的，因此本发明的一个目标是提供一种可以精确检测片材信息的信息检测器。
按照本发明，检测片材信息的装置的特征是该装置具有用于检测与片材水分相关信息的检测单元和用于检测片材对施加于该片材的外力的响应的信息获取装置，以及根据从检测单元获得的信息和从信息获取装置获得的信息，测定该片材的信息。
附图说明
图1的剖面图是本发明装置的结构实例。
图2A的剖面图是本发明装置的结构实例；而图2B和2C是图2A中虚线圈出部分的导电部件的放大平面图。
图3A的剖面图是本发明装置的结构实例；而图3B和3C是图3A中虚线圈出部分的导电部件的放大平面图。
图4的示意图说明第一信号检测单元和第二信号检测单元的连接实例。
图5的流程图说明信息检测过程。
图6的波形图说明当冲击力通过外力施加单元被用于片材时检测信号的实例。
图7的流程图说明成像设备遵循的成像程序。
图8的剖面图说明本发明的装置结构实例。
图9的波形图说明信息获取装置的输出信号的实例。
图10的剖面图说明本发明的装置结构实例。
图11的剖面图说明外力施加单元的结构实例。
图12的剖面图说明本发明的信息处理装置的结构的一部分。
图13的流程图说明本发明的信息检测过程。
图14说明信息获取装置的输出信号的实例。
图15说明本发明的片材判断表的实例。
具体实施方式
以下参照图1至7说明本发明的具体实施方式。
图1中由符号A1表示本发明装置。装置A1具有用于测定与片材P的水分有关的信息的检测单元B1和用于测定该片材P对施加于该片材P的外力的响应(机械物理性能、机械性质)的信息获取装置B2，并且构造为根据这些检测结果测定该片材P有关的信息。
在本说明书中，不管片材P由单一材料或多种材料的迭层板组成，＂机械性质＂指杨氏模量(弯曲与/或压缩)、基重(g/m2)、密度、纸厚度、＂粗糙度＂(平滑度)等等。＂片材有关信息＂指如上所述机械性质、水含量、片材的类型与分类、片材的尺寸、片材数目、剩余片材的数目、是否有加倍供给片材和剩余片材总额的信息。术语＂片材＂根据使用装置的不同而不同。举例来说，如果该装置用于打印机或复印机，＂片材＂指片状的白纸、再生纸、铜版纸、光泽纸、OHP等等。
按照本发明的信息检测装置A1优选具有用于施加外力至片材P的外力施加单元C，以便信息获取装置B2检测出片材P在接受该外力后的响应(排斥或吸引)。
此外，按照本发明的信息检测装置A1优选拥有能够检测出检测单元B1发出的信号的第一信号检测单元1和用于检测信息获取装置B2发出的信号的第二信号检测单元2(后面将说明其细节)。
此外，按照本发明的信息检测装置A1优选具有储存各种片材(可能被使用的片材)的水分和机械性质(依赖于片材的机械性质和水含量，以及例如纸制品数目之类的必要信息)的数据的存储器单元D，和根据检测单元B1和信息获取单元B2的检测结果和存储器单元D中的数据判断片材类型的判断单元E。判断单元E优选根据来自第一信号检测单元1和第二信号检测单元2的信号来判断片材的类型。
符号C表示外力施加单元；3a、3b分别表示导电部件(电极)；4代表金属氧化物；5代表衬底；5a代表该衬底的切槽部分；6、7分别代表绝缘薄膜。
如下是检测单元B1的说明。
检测单元B1可能是检验片材P的水分的单元也可以是检测外界湿度(大气环境湿度)的单元，或者是两者都检测的的单元。换句话说，检测单元B1可以检测大气气体的湿度并是由此获得的结果计算出片材P的水分。
优选地，检测单元B1具有导电部件3a，并且根据导电部件3a的电阻率变化(当导电部件3a远离片材P时的电阻率和导电部件3a接触或处于片材P周围的电阻率之间的差异)检测关于片材的水分和大气气体的湿度的信息。简而言之，在这种情况下湿度检测利用的是导电部件的电性能，即允许环境(与导电部件或大气气体接触的物体)中的水分改变而改变导电部件的电阻率。上述第一信号检测单元1理想地连接到导电部件3a以测量导电部件3a的电阻率变化。
图1所示的导电部件3a与片材P直接接触，但是导电部件3a与片材P的接触不是必需的。例如在装置G1中，导电部件3a与片材P可能彼此保持给定距离，如图2A所示，在导电部件3a的表面上形成绝缘薄膜10并且在该绝缘薄膜10中开一个孔洞10a以允许导电部件3a在孔洞10a的位置面对片材P。图2A中与图1相同的符号表示与图1相同的部件。图2B和2C分别是由虚线围绕的图2A部分的导电部件3a与3b的放大平面图。各导电部件具有之字形以获得它们的更大的长度。本结构中导电部件3a还可以检测在片材P和它本身之间的空间(即孔部分10a)中的大气气体(空气)的湿度，并且片材P的水含量可以从该检测结果中获得。如果数据预先通过类似的测量方法准备并存储在存储器单元D中，有可能减少对检测准确度的影响。在提供绝缘薄膜10的情况下，导电部件3a被覆盖，因而减少导电部件3a的裸露面以及大气气体湿度的影响(对检测结果的影响)。此外，根据电阻率变化(通过同时测量导电部件3a和3b的电阻率)可以获得温度的数值。利用温度和电阻之间的相关性，可以由通过第一信号检测单元1测量的上导电部件3a和下导电部件3b之间的差异计算相对湿度。此外，如上所述用绝缘薄膜10覆盖导电部件3a，可以减少由于与片材P接触引起的导电部件3a的磨损。在装置G2中，绝缘薄膜10的孔部分可能会有如图3A所示的多孔物质11。这里，导电部件不仅包括金属氧化物上层状部分而且包括用于从三层结构部分俘获电信号的电线部分。为测量电阻，导电部件的厚度和宽度可能比它的周围介质更小或可能具有之字形或其它不规则形状。图3A与图1相同的符号表示与图1相同单元。
图3B和3C分别是图3A被虚线围绕的部分处的导电部件3a和3b的放大平面图。各导电部件采用之字形形状以获得它们更大的长度。
接下来说明外力施加单元C。
通过外力施加单元C施加的外力的实例包括冲击力和振荡外力(要求频率的机械位移传送至片材)。
产生冲击力的方法实例包括：具有适当重量的单元自由落体的方法，利用弹力的方法；利用以任意频率驱动的电磁力的方法；把马达之类的回转运动转化成线性运动的方法；和压电元件的振荡用来制造要求形状的物质以碰撞片材的方法。如此产生的冲击力可施加一次或多次。也可使用以任意频率有规律地反复打击。在多次施加冲击力时，冲击强度可以变化并且可冲击片材不同的地方。在利用自由落体或类似情况下，一次降落自然地导致反复冲击(在表示自由落体产生信号的波形图6中，观测到四次冲击)，并且可以在一次冲击至另一次冲击之间的时段测量机械性质。在这种情况下，可以将自由落体初始冲击设置为第一冲击，通过计算在第n次冲击(n是等于或大于1的整数)和第m次冲击(m是等于或大于2并且满足m>n的整数)之间的间隔获得该时段。另外，可通过从第n次冲击到第(n+1)次冲击产生给定脉冲并且计算在给定脉冲和已知频率的外部时钟脉冲的与(AND)电路中产生的时钟脉冲数目获得反冲周期。
外力施加单元可具有图11所示的结构。在图11中，外力施加单元具有能够自由移动带支撑的接触片材608的接触部件603，605和606和用于驱动接触部件606的驱动源614，并且信息获取装置具有安装至接触部件603、605和606的弹性部件602和用于检测弹性部件602的变形量的变形量传感器单元601。本结构允许当由驱动源614驱动的接触部件603、605和606碰撞片材608时，信息获取装置根据由变形量传感器单元601所检测的弹性部件602的变形量检测片材608的响应。由在该图中未显示的发动机驱动和旋转部件614，从而上下移动部件603。符号609指的是片材支承部件而611代表该支承部件中的孔部分。612和613指示桥臂(arm)而607代表用于接触部件605的导向装置。604指的是允许弹性部件602变形的凹面部分。610指的是用于限定运动距离的部件并且可能与609相同。通常，部件610具有与片材接触的平面或曲面。单元610最好上下可移动。
另一方面，为了振荡片材，外力施加单元最好由以下单元组成：能够产生任意频率信号的频率发生电路；用于将来自频率发生电路的信号转换为相同振荡频率的振荡发生单元；和与片材接触以从振荡发生单元传送振荡的振荡传送单元。
如图1所示，可以从相对于片材P的垂直方向(法线方向)，或从水平方向，或从倾斜方向施加外力。可以施加一种或多种外力。
有可能片材在施加外力以前就发生了变形，或在运送过程中发生振动。为此，当外力被施加至片材时以及当第一和第二检测装置检测信号时，本发明的装置具有能够固定片材的装置。固定装置可以使用压力或重力固定片材。片材可以在一点或多点固定。对产生压力或重力的装置没有限制，可以采用任何机械、电学、或磁的装置。
接下来说明信息获取装置B2。此处的说明涉及使用金属氧化物形成信息获取装置的情况。
优选地，信息获取装置B2由金属氧化物4和导电部件3a和3b组成，并且根据该金属氧化物4的电压变化检测对外力的响应。
该金属氧化物4优选是铁电材料、热电材料、或压电材料，以便利用该材料的压电特性检测片材对所施加外力的响应。
如上所述的导电部件3a和3b被优选设置成把金属氧化物4夹在中间形成一对。如上所述的第二信号检测单元2连接到导电部件3a和3b，允许第二信号检测单元2测量金属氧化物4的电压变化(在导电部件之间产生的电压、所产生电压的频率分量等等)。
现在补充说明第一信号检测单元1和第二信号检测单元2。如图4所示，第一信号检测单元1优选分别连接到导电部件3a和3b，以便可以分别测量导电部件3a和3b的电阻率。由第一信号检测单元1所测量的导电部件3a和导电部件3b之间的电阻率差用来获得片材P的水含量。另一方面，如图4所示，第二信号检测单元2优选连接在导电部件3a和导电部件3b之间。
片材具有两个杨氏模量：弯曲和压缩杨氏模量。在图1所示的本发明的装置中，当第二信号检测单元与片材接触时指示压缩的杨氏模量被反射，而当第二信号检测单元不与片材接触时反映压缩杨氏模量的信号和指示弯曲的杨氏模量均被检测。为单独测量弯曲杨氏模量，外力施加单元和第二信号检测单元被整体(unitarily)地包含，以获得允许片材弯曲而不被压缩的结构。无论第二信号检测单元是否与片材接触，还是外力施加单元和第二信号检测单元集成与否，是根据装置的应用而确定的。
检测单元B1和信息获取装置B2可整体构建或可分开构建并由相同基底(由符号5指示)支持。在前一种检测单元B1和信息获取装置B2整体构建的情况下，优选由金属氧化物4和如上所述的导电部件3a和3b构造信息获取装置B2，并让检测单元B1的导电部件兼任信息获取装置B2的导电部件之一。
以下参照图1说明这种情况(其中检测单元B1和信息获取装置B2被整体构建并且具有相同底座(板状基底))的具体实例。
绝缘薄膜6和导电部件3b设置在部分切断的衬底5(切槽部分由5a指示)上。金属氧化物4位于导电部件3b的一部分表面上，绝缘薄膜7位于导电部件3b的其余表面上。然后导电部件3a覆盖金属氧化物4和绝缘薄膜7。在本结构中，金属氧化物4夹在配成一对的导电部件3a和3b之间形成的三层结构部分B2作为信息获取装置，而导电部件3a和切槽部分5a中的其它部分作为检测单元B1。第一信号检测单元1连接至导电部件3a和导电部件3b，以便可以测量各导电部件的电阻率变化。第一信号检测单元1测量导电部件3a接触片材P前后的电阻率，以根据所测量电阻率水平之间的差(随着与片材P的接触，电阻率发生的变化)测量片材的绝对水含量。绝对水分和电阻率之间关系的分析曲线已经提前准备妥当。衬底的切槽部分5a的作用是减少热容，从而增加水含量测量速度。然而，形成切槽部分是有效的。
图1的外力施加单元C是通过自由落体在片材P上施加冲击力的冲击部件。图1所示的信息获取装置B2位于外力施加单元C相反侧(换句话说，在片材P下面)，以通过片材P检测外力的吸收。此外，信息获取装置B2和外力施加单元C可位于片材P的相同侧，在这种情况下信息获取装置B2检测片材P与外力相反的回弹力。信息获取装置B2可以检验功率的吸收或排斥，或者两者同时检测。
为赋予检测单元B1检验电阻率变化的高分辨率，根据需要地适当将检测单元B1的一部分加工成形。图1中检测单元B1采用弯曲结构(见图2B和2C的放大平面图)。然而，检测单元B1的形状并不限于此，而且可以采用其它任意形状，或通过改变导电部件的宽度或厚度也可以达到目的。导电部件3a导电部件3b可以具有相同形状(平面形状)或不同的形状。
接下来参照图5说明检测过程。
首先，片材P放置在检测单元B1和信息获取装置B2(步骤S1)中。检测单元B1测量放置片材P前后的电阻变化。该检测结果与数据表中的数据相比较以确定片材的湿度和温度(步骤S2)。
接下来，外力施加单元C施加外力至片材P(步骤S3)。外力的施加在信息获取装置B2的金属氧化物4中产生电荷，并检测它的电压。图6的波形图说明当冲击力通过外力施加装置C作用于片材时检测信号的实例。从该波形提取的是电压峰值、频率分量、微分分量、电压峰值之间的时段等等。然后判断单元E基于以上所述电压信息获得片材P的机械性质(包括杨氏模量、纸厚、密度、表面糙度)。根据上述温度和湿度信息以及保存在存储器单元D中的数据，获得片材P的信息。
在本检测过程期间，片材P可通过传送装置(滚轮等等)被传送至检测单元B1和信息获取装置B2。也可以采取相反的措施，检测单元B1和信息获取装置B2可以向给定位置的片材P移动。
接下来说明本发明的成像设备。
按照本发明的成像设备包括：如上所述的装置；用于在第一片材(指通过成像设备在其上形成图像的片材，这适用于以下说明)上形成图像的成像单元；用于传送第一片材至成像单元的第一片材传送装置；用于根据来自上述信息检测装置的信息控制成像状况的图像控制单元。
必要时，按照本发明的成像设备可以包括：用于读作为原本的第二片材的图像的图像读取单元；用于传送第二片材至图像读取单元的第二片材传送装置；用于存贮第二片材的第二存贮单元；用于存贮上述第一片材的第一存贮单元；和用于在第一片材上形成图像之后存储第一片材的第三存贮单元。无需图像读取单元，从个人电脑就可以将图像数据(电子数据)输入至成像设备。
上述成像设备可以在第一片材传送至成像单元之前识别第一片材的类型等等(无论片材正常地传送与否，以及该片材的尺寸和位置)，或可以在第二片材传送至图像读取单元之前识别第二片材的类型等等(无论片材正常地传送与否，以及该片材的尺寸和位置)，或可以对第一片材和第二片材两者都进行识别。在这种情况下，检测单元B1放置在至第一存贮单元或成像单元的传送路径中的某点，而信息获取装置B2放置在至第二存贮单元或图像读取单元的传送路径中的某点。这样，可以形成高质量的影像。
传送错误涉及片材彼此粘住和共同传送(所谓双供给(doublefeeding))上和片材根本未传送。
该装置优选在判断单元E查阅如上所述的存储器单元D中的数据之后获得关于片材的信息。当由于某种原因该判断单元E不能读取存储器单元D的数据时，可能显示警报以提示发生了哪种错误。如果在存储器单元D中未发现作为检测目标的片材的数据，当需要时增加必要的数据至存储器单元D中存档。在连续地检测不同种片材的情况下(当不同的片材混成一堆时)，识别该混合片材的一种方法是成像之前立即单独测量机械性质，并该测量结果在存储器单元D中暂时存储、以及通过和暂时存储数据比较，识别随机混合的片材。
如上所述，信息获取装置B2检测片材的机械性质，因此也能够发现片材是否在给定位置(信息获取装置B2位于的位置)。当片材不在给定位置时，外力施加单元C的外力直接地施加至导电部件3a，而不是通过片材，借此可以检测出没有片材。
根据相同原理，通过设置多个信息获取装置B2以及检测在各信息获取装置B2处存在或不存在片材，可以检测片材的尺寸和位置以及片材是否双进入。
如上所述的成像设备的实例包括复印机、打印机、以及传真机。
接下来，参照图7说明成像程序。
第一片材装入第一存贮单元(图7中步骤S11)，第二片材装入第二存贮单元(步骤S21)。在此状态下，操作者执行给定操作，例如按下开关按钮开始传送第二片材至图像读取单元，在此读第二片材的图像(步骤S22和S23)。同时传送第一片材至成像单元，在第一片材上形成图像(步骤S12、S13和S14)。然后送出第一片材和第二片材(步骤S15和S24)。
在步骤S11至步骤S13期间执行第一片材的检测(举例来说，记录纸的产品号码识别)，而在步骤S21至步骤S23期间执行第二片材的检测(举例来说，原件的传送错误的检测)。根据这些检测结果确定成像条件(例如就喷墨打印机来说，所使用的墨水类型、喷射墨滴的尺寸和成像所必需的全部其它信息)，然后形成图像。
接下来说明本实施方式的效果。
根据这种实施方式，可以检测片材的水含量以及机械性质，因此获得精确的片材信息。
另一效果是，与常规标记法不同，不必预先标记片材，因此可以检测更广范围的片材。
下文将通过具体实施方式描述该本发明。
(实例1)
在本实例中，制造具有如图1所示结构的片材识别装置(信息检测装置)。
金属氧化物4由PbZrTiO3(Zr/Ti＝35/65)(以下缩写为PZT)组成，并且Pt被用于导电部件3a和3b。为改进金属氧化物4和导电部件3a以及3b之间的粘附力，在金属氧化物和导电部件之间插入Ti(图中未显示)。绝缘薄膜6和7由SiO2组成，而衬底5使用单晶硅。
外力施加单元C构造如下：外力施加单元C由不锈钢(SUS)组成。它的顶端是直径为3mm重6.6g的半球。外力施加单元C通过图中未显示装置可以上下移动，并且当施加外力时自由下落。注意如果不担心会擦伤片材的话，外力施加单元C的顶端可改为平面状。只要不损害片材，可以自由地选择影响冲击力的外力施加单元C坠落高度和质量。外力施加单元C可以由不锈钢之外的其它材料形成。外力施加单元的表面可以涂层。
在制造该装置中，首先通过溅射在衬底5的表面上形成厚度1μm的绝缘薄膜6和厚度200nm的下导电部件3b。未与PZT 4接触的导电部件3b的部分形成图案以具有弯曲结构(见图2B和2C中的放大平面图)。其后，通过溅射使PZT 4形成至3微米的厚度并通过光刻法形成图案。在去除PZT 4的部分形成相同厚度的3微米的绝缘薄膜7。然后形成厚度200nm的上导电部件3a。绝缘薄膜7和导电部件3a都由溅射形成。上导电部件3a通过光刻法形成图案以与下导电部件3b重叠。PZT 4的面积应该大于外力施加单元C底部的面积，在本实例中PZT 4的面积设置为4mm×5mm。
在片材P和上导电部件3a彼此接触之前测量上导电部件3a的电阻率。然后放置一张喷墨记录纸LC 301 or GP 301(Canon KabushikiKaisha的产品)在上导电部件3a上。从通过测量该电阻率获得的结果发现片材P的温度是25.6℃。就此，测量上导电部件3a和下导电部件3b的电阻率，显示片材接触导电部件前后上导电部件的电阻变化5.2％而下导电部件的电阻变化5.3％(这适用于LC 301和GP 301)。通过与预先准备的显示湿度和电阻率变化之间的相关性的相关表对比获得片材的湿度；接触之前该湿度是53.8％而接触之后是53.9％。
接下来，外力施加单元C从2.5mm的高度处落下至片材P上。图6显示当冲击LC 301时在导电部件之间产生的电压波形。该外力施加单元C自由下落并反弹，产生了四次电压峰值。第一峰值电压是135毫伏。当片材P是GP 301时，第一峰值电压是109毫伏。
预先利用测微计和电子秤获得每一片材的厚度和密度。片材LC301厚度为0.086mm，密度为0.93克/厘米3，而GP 301厚度0.195mm，密度0.84克/厘米3。
金属氧化物4中产生的电压水平反映片材的冲击吸收量。因此，较薄的LC 301产生高压，而LC 301的高密度增加电压水平。通过利用这种机械性质可检测片材类型。
根据这种实施方式，可以检测出片材的水含量，因此获得详细的片材信息。
(实例2)
在本实例中，制造具有如图8所示结构的片材识别装置(信息检测装置)A2。
用于测定片材P的湿度和机械性质的介质传感器G1的结构如图2A所示。在图2A中，绝缘薄膜10位于上导电部件3a的表面上，而孔部分10a位于绝缘薄膜10与检测单元B1对应的部分中，从而避免上导电部件3a和片材P之间的直接接触。
绝缘薄膜6和7均由二氧化硅通过射频溅射至3μm厚而形成。下导电部件3b通过射频溅射由厚度300nm的Pt组成。厚度50nm的Ti薄膜在下导电部件3b与绝缘薄膜6和7之间形成。金属氧化物4是由MOCVD形成至5微米厚并通过普通光刻法形成图案以具有2mm×5mm的面积的PZT(Zr/Ti＝36/65)薄膜。导电部件3a与3b各自具有500微米的宽度。但是，在检测单元B1中，具有如图3B和3C的放大图所示的弯曲结构，宽度设置为200微米，总长度为3mm。PZT 4和绝缘薄膜7原则上具有相同厚度，两者之间界面处的细微的水平差不会导致问题。
接下来，采用用于形成下导电部件3b的方法由Pt形成上导电部件3a，然后形成Ti薄膜。形成1微米厚的二氧化硅薄膜10作为导电部件3a的保护膜，并通过腐蚀只去除导电部件的弯曲结构部分。最后，腐蚀硅衬底5(见符号5a)以挖出导电部件的弯曲结构。
介质传感器G1被粘合至冲击部件(外力施加单元)C的一侧，如图8所示。该冲击部件C由冲击控制单元F支撑，由图中未显示出的弹簧撞击片材P。介质传感器G1、冲击控制单元F和存储器单元D连接至信号检测/处理单元(判断单元)E，以便获得片材P的信息。存储器单元D预先存储片材信息，例如，温度、湿度、和传感器的输出信号(电压等等)之间的相关性。尽管未在图中显示，整个系统可通过外部控制装置，例如个人电脑控制。
复印纸FB 90和FB 75(Fox River Bond，Fox River Paper公司的产品)以及Xx 90和Xx 105(由XEROX公司制造)被用作片材。
在本实例中，这些片材在承受外力时被垂直固定至如图8所示的座基20上。所使用的冲击部件C由黄铜组成，重量为3g。冲击部件C的运动冲程设置为1mm或4mm。
在实际检测片材之前，用以下方法将数据保存在存储器单元D中：
将片材识别装置A2放进温度以及湿度受控制的环境可控试验室；在每张纸上执行100次实验，共有10片纸(片材)，所产生平均电压、标准偏差、以及记录纸的产品号码都通过统计工作后获得并被存储在存储器单元D中。在测量期间，温度从5℃至40℃变化，湿度由5％RH至99％RH变化。控制温度和湿度到达预定值之后，使样品保留在该环境中48小时，然后施加动力至样品开始测量。当该温度是25℃，湿度是50％RH，并且运动冲程设置为1mm时，FB75所产生平均电压是69毫伏，FB 90是58毫伏，Xx 75是74毫伏，而Xx 105是68毫伏。当运动冲程设置为4mm时，FB 75所产生平均电压是158毫伏，FB 90是154毫伏，Xx 75是167毫伏，而Xx 105是170毫伏。所产生电压的标准偏差最大为0.7毫伏。
其后，利用以下方法执行实际片材检测。
在普通实验室中动态的力被施加到上述四种记录纸(以下随机用PA、PB、PC和PD指示)。当运动冲程设置为1mm时，当冲击时，从与冲击部件C固定的传感器G1中输出的数值分别为PA 70毫伏，PB 60毫伏，PC75毫伏和PD69毫伏。当运动冲程设置为4mm时，当冲击时该传感器输出值分别为PA160mV，PB155毫伏，PC168毫伏，和PD172毫伏。运动冲程是1mm情况下的实验结果揭示PB是FB 90而PC是Xx 90。运动冲程是4mm情况下的实验结果揭示PA是FB 75而PD是Xx 105。
在上述测量中，在施加外力之前立即测量各片材周围的温度和湿度。将该结果与存储器单元D中的数据加以对比以预测由各片材产生的电压，将该预测值与实验结果相比，使用预测值与实验结果之间的3毫伏或更小的误差作为准则而确定片材的产品号码。上述测量中，温度在25.2℃和25.6℃之间，并且湿度在48％和50％之间。用导电部件3a和3b的电阻变化确定该温度和该湿度。
虽然在本实例中传感器G1固定于冲击部件C的侧面，但对传感器G1固定至哪里没有限制，只须该传感器G1直接固定至冲击部件C。
此外，当温度和湿度人工改变时，例如，设置温度为30℃而湿度为85％RH，由各纸(片材)产生的电压下降，而在温度10℃和湿度15％RH下观察到产生的电压增加。在此情况下，两种动力的施加使得该装置可以识别各记录纸。
(实例3)
在本实例中，图10所示的片材识别装置(信息检测装置)A3被安装至复印机(成像设备)。
该复印机装备有：用于存贮记录纸的进纸盒(第一存贮单元)；用于在记录纸上形成图像的成像单元；用于从进纸盒传送记录纸至成像单元的输纸器(第一片材传送装置)；其上放置正本(第二片材)的正本台(第二存贮单元)；用于读正本图像的图像读取单元；用于传送图像至图像读取单元的正本传送装置(第二片材传送装置)；用于根据片材识别装置的信息控制成像状况的图像控制单元；和用于存贮其上形成图像的记录纸的收纸盘(第三存贮单元)。
将一张记录纸装入进纸盒(见图7中步骤S11)，将一正本装入正本台(步骤S21)。在这种情况下，操作者执行给定操作，例如按下开关按钮，开始传送正本至图像读取单元，在该图像读取单元中读取该正本的图像(步骤S22和S23)。同时该记录纸被传送至成像单元，在成像单元中记录纸上形成图像(步骤S12、S13和S14)。然后送出正本和记录纸(步骤S15和S24)。
如图10所示，本实例的片材识别装置A3具有：具有孔部分30a并且在其上可以放置记录纸P的座基30；放置在孔部分30a下同时被冲击控制单元F支撑的冲击部件(外力施加单元)C；放置在该孔部分30a上的介质传感器G2；用于上下移动介质传感器G2的驱动装置(图中未显示)；信号检测/处理单元E；和存储器单元D。介质传感器G2的结构如图3A所示，并安装至复印机以使绝缘薄膜10面对座基30。介质传感器G2放置在成像单元的附近，并移动而接触被传送的记录纸以识别记录纸。
复印纸FB 90和FB 75(Fox River Bond，Fox River Paper公司的产品)以及Xx 90和Xx 105(由XEROX公司制造)被用作记录纸。这些记录纸彼此厚度和表面糙度不同，因此，举例说来，在激光打印机中，为不同片材选择不同的成像条件。例如，上述四种记录纸根据成像条件分为三组，FB 75和FB 90构成一组，Xx 90构成另一组，而Xx 105构成另一个组。
采用以下方法识别记录纸：
记录纸P放置在座基30上。在这种情况下，介质传感器G2接触纸P，而冲击控制单元F驱动冲击部件以施加冲击力至记录纸P。
从介质传感器G2输出信号，而信号检测/处理单元E将该信号与存储器单元D中的数据比较以确定纸的类型和成像条件(包括调色剂固定温度)。根据所确定的成像条件，图像控制单元与成像单元形成图像。
存储在存储器单元D中的各记录纸的数据包括冲击时产生的平均电压以及所产生电压的标准偏差。按照该存储数据，当温度为25℃和湿度为50％RH时，从1mm距离施加的冲击所产生的电压对FB 75而言是69毫伏，对FB 90而言是58毫伏，对Xx 75而言是74毫伏，对Xx 105而言为68毫伏。当以相同温度和湿度从4mm的距离施加冲击时，对FB 75而言所产生平均电压是158毫伏，FB 90是154毫伏，Xx 75是167毫伏，而Xx 105是170毫伏。所产生电压的标准偏差最大为0.7毫伏。
在实际图像形成中，各种记录纸以随机顺序进纸。当从1mm距离施加冲击时，对PA而言所产生电压为69毫伏，PB为60毫伏，PC为75毫伏，PD为69毫伏。当从4mm距离施加冲击时，对PA而言所产生电压为159毫伏，PB为154毫伏，PC为168毫伏，PD为171毫伏。在施加冲击负荷之前立即测量温度和湿度，其数值分别在25.0℃和25.2℃之间，49.8％和50.2％RH之间。将该结果与存储器单元D中的数据加以对照，片材PA、PB、PC和PD分别被确定为FB 75、FB90、Xx 90和Xx 105。PA和PB上形成图像的成像条件是相同的。PC和PD上形成图像的成像条件是不同于PA和PB的。
介质传感器G1和G2可用于检验彼此粘住的片材是否一同传送(或存在或缺少片材)。图9显示当重量6g的冲击部件C利用弹簧(未显示)从1mm距离以0.48m/s的速度碰撞该片材时的电压。所使用片材为LC 301(Canon Kabushiki Kaisha的产品)。如该图表清楚地显示，所产生电压根据层叠纸的数目而变化。因此有可能根据所产生电压判断该纸堆有多少张纸。
(实例4)
图12的结构图表示本发明的一部分。图12仅显示外力施加单元和信号检测单元。在该外力施加单元中，冲击施加部件13和压紧部件14a和14b固定至图12中的圆箭头所示的旋转装置。冲击施加部件13施加外力至片材P。压紧部件14a和14b被压紧在片材上。压紧部件通常不与片材接触，而仅在施加外力之前立即接触片材以限制片材的运动，直至完成外力的施加。该压紧部件和冲击施加部件都利用弹簧。在本发明中，施加两次外力并设置凸轮形状以使外力的强度在第一次施加和第二次施加之间变化。
符号7指示由二氧化硅制造的绝缘部件。符号4指示PbZrTiO3(Zr/Ti＝40/60)。符号3a和3b分别指示具有Pt/Ti双层结构的导电部件，设置导电部件以使Ti与7和4接触。通过射频溅射制造导电部件。4和7厚5微米。3a和3b具有mianda结构，在Bl位置的厚度为0.15微米，在其它位置的厚度为0.4微米。12和15各指示白纸，并且厚度为0.2mm。符号5指示由单晶硅制成的衬底，并且该衬底在与3b接触部分具有厚0.1微米的二氧化硅热氧化膜。符号16是厚3mm的白纸。在利用机械加工在白色部分打孔之后，12、15和16分别利用胶合剂固定。
图12中B1部分表示用于检测片材的水分的检测单元。图12中B2部分表示用于获取片材信息的信息获取装置。B1部分中孔12和15为椭圆形，其长径为15mm，短径为5mm。孔5a用于获得B1部分的更小的热容，孔5a被加工为直径为4mm的圆形。
图13表示获取片材信息的程序的实例。首先，将片材装入检测单元(图中B1)和信息获取装置(图中B2)。此时，片材可以是静止的或在运动中。接下来，利用弹簧的力量将压紧部件14a和14b与片材接触，使部件12与片材接触。尔后，用外力施加部件13施加外力至片材。随着片材变形直到碰撞至弯曲冲击接受部件15，在检测单元(B1)中产生电压。根据此电压信号，获取片材的机械信息。接着信息获取装置(图中B2)测量温度和湿度。其后，解除片材的压紧部件控制。在图中未显示的判断电路能够识别片材并且在必要时将信息保存在存储器单元中。在没有片材需要检测时，检测单元可用作普通温度计和湿度计，而且检测单元和信息获取装置可以独立地操作。
在本发明中，片材以0至200cm/s的速度垂直于图表面的方向传送。片材压紧部件14重4g材质为不锈钢。利用弹簧，片材压紧部件14以大约12gf的力压紧片材。外力施加部件13材质为不锈钢，重4g，并且以0.4m/s和0.2m/s的速率施加外力。部件12调节片材的弯曲量。在这里厚度为0.2mm的不锈钢板被用作部件12。外力施加部件13和片材压紧部件14的顶端各具有3.5mm的曲率半径并且各被加工为具有1平方毫米的平面面积。部件15可以与部件12集成。这里，部件15是一分离部件并且为厚1mm的不锈钢板。第一检测单元在防止机械损伤压电元件的同时传送片材对外力的响应至第二检测单元。在第二检测单元中，导电部件3a暴露在外以免降低检测响应性。压电元件4的材质为Pb(Zr，Ti)O3，5微米厚。导电部件3a和导电部件3b两个都由铂制成，并且导电部件充当检测单元B1的部分被加工成弯曲结构。衬底5由单晶硅形成。NBS基橡胶气垫用于部件16。
所用的片材是Sumitomo 3M、XEROX公司、Fox River Paper公司、和Kimberly Clark公司制造的复印纸。当以20cm/s的速度移动片材时用本发明的识别装置测量。当片材没有就位时操作片材压紧部件和外力施加装置，获取图14所示的电信号。图14的图表中，时间计算起始于片材压紧部件接触部件12(计时零点)的瞬时。通过以0.4m/s的速度接着施加(第一施加)外力所产生的电压约为3.2V(图14中第一次(强))，通过以0.2m/s的速度施加(第二施加)外力所产生的电压是1.3V(第二次(弱))。从第二次电压产生到片材压紧部件的离开需时约0.1秒。然后按类似方式可以放置和测量下一片材。虽然所产生电压根据片材类型的不同而变化，在23℃(室温)温度和48％的湿度下测量各片材从而获取相对电压价值，以用作当片材没有就位时情况的电压参考。图15表示所获得的相对电压值。在图15中，各种符号所代表的片材如下所示。
○：Sumitomo 3M公司制造的，用于黑白激光打印机的CG 300
□：Xerox制造的白纸XEROX 4024 75g/cm2
△：Xerox制造的Cardboard XEROX INDEX90#_163g/cm2
■：FOXRIVER PAPER公司制造的Bond paper FOX RIVERBOND 75g/cm2
▲：Kimberly-Clark公司制造的糙面纸NEENAH CLASSICLAID TEXT 105g/cm2
图15中误差条线指示当温度和湿度发生变化时的波动。在本发明中，以三种不同的温度/湿度设置测量：10℃/15％、23℃/48％和30℃/80％。当温度/湿度设置变化时，产生电压值发生波动，不管是否存在片材。然而，如图15所示，通过使用片材没有就位情况下的相对电压，该电压波动可被包含在百分之几的范围之内。以此数据为基础，确定识别各片材的相对电压阈值(图15中用虚线指示)并预先作为识别表保存在存储器单元中。该存储器单元存储诸如片材的物理性能之类的必要信息，例如产品号码、基重、密度、纸厚、Gurley硬度、透气度、摩擦系数、和片材处理条件。
当测量未知片材时，通过查阅图15的表识别该片材，并且可以从存储器单元检索必要的信息。这里所用的是5种片材，但是本发明能够依照要求识别多种片材。
此外，因为第一和第二检测单元可以测量片材附近的温度和湿度，因此可以判断温度和湿度是否在存储器单元中存储的范围内。如果该温度和该湿度在所述范围内，可以从存储器单元中检索必要的信息。如果在该范围以外，图中未显示的显示装置警告操作者此事实，或可以根据除图15外的其它存储信息执行处理。

Claims (17)

1.一种用于识别片材类型的装置，包括：
用于检测与片材水分相关的信息的检测单元；
用于施加外力至所述片材的外力施加装置；
用于当通过外力施加装置施加外力至片材时，根据由于片材的存在而减弱的力获取信息的信息获取装置；和
用于根据从检测单元获得的信息和从信息获取装置获得的信息识别片材类型的判断单元。
2.如权利要求1的用于识别片材类型的装置，其中检测单元检测与片材和片材附近的大气气体至少之一中的水分有关的信息。
3.如权利要求1的用于识别片材类型的装置，还包括：
用于存储关于各种片材的水分和机械性质的信息的存储器单元，
其中根据检测单元和信息获取装置的检测结果以及存储器单元的数据识别片材的类型。
4.如权利要求1的用于识别片材类型的装置，其中检测单元具有导电部件，并且根据导电材料的电阻率变化检测关于片材或大气气体的水分的信息。
5.如权利要求1的用于识别片材类型的装置，其中信息获取装置包括各自具有压电特性的金属氧化物、或半导体、或有机化合物或无机化合物，以及导电部件，并且根据在导电部件中检测到的电压变化检测片材对外力的响应。
6.如权利要求4的用于识别片材类型的装置，其中检测单元的导电部件也用作信息获取装置的导电部件之一。
7.如权利要求5的用于识别片材类型的装置，
其中各自具有压电特性的金属氧化物、或半导体、或有机化合物或无机化合物是铁电体、热电物质、或压电物质，并且
其中金属氧化物、半导体、或有机化合物或无机化合物的压电特性被用于检测片材对施加于该片材的外力的响应。
8.如权利要求4的用于识别片材类型的装置，
其中通过测量导电部件的电阻率的第一信号检测单元测量导电部件的电阻率变化，
其中通过用于检测在导电部件之间产生的电信号的第二信号检测单元测量电压变化，设置一对所述的导电部件以便插入各自具有压电特性的金属氧化物、或半导体、或有机化合物或无机化合物，并且
其中根据来自第一信号检测单元和/或第二信号检测单元的信号判断片材的类型。
9.如权利要求1的用于识别片材类型的装置，其中外力为冲击力和振荡力中的至少一种。
10.如权利要求3的用于识别片材类型的装置，
其中，外力施加装置具有被支撑以便自由移动并且接触片材的接触部件，以及用于驱动该接触部件的驱动源，
其中信息获取装置具有安装在接触部件的弹性部件和用于检测弹性部件的变形量的变形量传感器单元，并且
其中当驱动源驱动接触部件碰撞片材时，信息获取装置根据由变形量传感器单元所检测的弹性部件的变形量检测片材的响应。
11.如权利要求1的用于识别片材类型的装置，其中外力施加装置包括用于产生任意频率信号的频率发生电路、用于将来自频率发生电路的信号转换为同样频率的振荡的振荡发生单元、和设置成与片材接触以从振荡发生单元传送振荡至片材的振荡传送单元。
12.如权利要求1的用于识别片材类型的装置，还包括防止片材变化的装置，用于防止或减少从开始施加外力至片材到检测单元和信息获取装置中的信号检测完成过程中片材的物理变化。
13.一种成像设备，包括：
如权利要求1的用于识别片材类型的装置；
用于在起初不带有图像的第一片材上形成图像的成像单元；
用于传送第一片材至成像单元的第一片材传送装置；和
用于根据来自如权利要求1的用于识别片材类型的装置的信息控制成像条件的图像控制单元。
14.如权利要求13的成像设备，还包括：
用于读取作为正本的第二片材的图像的图像读取单元；和
用于传送第二片材至图像读取单元的第二片材传送单元。
15.如权利要求13的成像设备，其中如权利要求1的用于识别片材类型的装置在第一片材传送至成像单元之前至少识别第一片材的类型、分类、尺寸、杨氏模量、基重、密度、纸厚、粗糙度、水分、片材的数目和剩余片材的数目的其中之一。
16.如权利要求15的成像设备，其中如权利要求1的用于识别片材类型的装置在第二片材传送至图像读取单元之前至少识别第二片材的类型、分类、尺寸、杨氏模量、基重、密度、纸厚、粗糙度、水分、片材的数目和剩余片材的数目的其中之一。
17.一种识别片材类型的方法，包括以下步骤：
获取与片材的水分有关的信息；
施加外力至片材；
当外力被施加至片材时根据由于片材的存在而减弱的力获取信息；和
根据与片材的水分有关的信息和与片材的响应有关的信息识别片材的类型。
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