CN107529927B - 用于认证分配器中的纸制品和的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于认证从分配器分发的纸制品的系统和控制方法。所述纸制品形成物被装载到所述分制器中，所述纸制品形成物具有被雕刻到所述纸制品形成物的表面中的识别标记。在所述分配器内，入射光被引导至所述表面，并且捕获所述表面的数字图像。所述雕刻的识别标记在所述数字图像中产生与所述纸制品形成物的围绕表面相比可识别的认证标记物。对所述捕获的数字图像中的所述认证标记物的存在进行分析，并且如果所述认证标记物不存在，则认为所述纸制品形成物是未经授权的并启动响应措施。

Description

用于认证分配器中的纸制品和的方法和系统

技术领域

本发明整体涉及用于从分配器分配消耗性纸制品(例如卷起或堆叠的毛巾)的方法和系统，其中在分配之前检验产品的认证。

背景技术

无论是家庭私用或是公用，对诸如纸巾和薄纸的纸制品的分配已导致许多不同类型的手动和自动分配装置，这些装置用于控制分配的量以及用于确定已分配的纸制品的量。例如，美国专利No.7,780,380描述了一种堆叠纸制品(例如折叠和堆叠的餐巾纸或纸巾)的分配器，其中传感器单元由分配器壳体的内侧壁携载并且用于检测何时需要再填充分配器。然而，此类分配器通常缺乏识别再填充产品是否被授权与分配器一起使用的能力。未经授权或未经批准的产品可能是品质低劣的，并且可导致堵塞或其他破坏性问题。用较便宜且品质较差的产品再填充专有分配器的实践在业内通常被称为“填塞”。

因此，已提出方法和系统来提供一种分配器，其在产品未被认证的情况下“锁定”或禁用分配器。例如，美国专利No.8,165,716公开了一种分配产品的方法，其包括由处理器通过识别与产品相关联的参考指示符来确定装载到分配器中的产品是否被授权用于分配器中。具体地讲，该方法包括使用第一光线来激发在产品上的参考指示符中的颜料。第二光线由颜料发出。第一光线强度是第一时间的第二光线的量度，并且第二光线强度是第二时间的第二光线的量度。计算光线强度从第一时间到第二时间的变化并且与预定值进行比较以认证产品。响应于产品被授权的确定，分配产品的一个第一量；如果确定薄片产品是未经授权的，则分配第二较少量的薄片产品。

因此，业界一直在寻求新的和改进的分配系统，其可准确地确定认证产品，而不会过度地增加分配器或再填充产品的成本，或不利地影响产品分配操作。

发明内容

本发明的目标和优点将部分地在下面的描述中提出，或者可由该描述显而易见，或者可通过实施本发明来了解。

根据本发明的各方面，提供了用于认证从分配器分配的纸制品，特别是再填充产品的分配器系统和方法，其中所述纸制品最初以纸制品形成物装载在分配器中，所述纸制品形成物为例如连续的薄纸或纸巾的卷筒或折叠餐巾纸的叠堆。应当理解，本系统和方法不限于分配器的特定类型或构型或所分配的纸制品的类型。然而，当与通常存在于“远离住宅的”的公共或半私人环境中的消费性纸制品分配器(例如，手动或自动卫生纸分配器、纸巾分配器和折叠餐巾纸分配器)整合时，本发明的系统和方法是特别有用的。如本文所用，术语“家庭外”是指在典型的家庭范围之外，人们出于各种原因或目的而聚集的某个地点或位置。家庭外位置的例子包括营业地点，诸如办公大楼、办公套房、零售商店和批发商店、生产设施；学校；医院和其他类型的医疗设施；宗教场所；酒店和汽车旅馆；会议中心等等。所述系统尤其可用于其中提供了多种盥洗室设施供大楼租户、或者工业或生产场地(在所述场地中为受到管理的人员提供了多种场地设施)使用的结构。应当理解，本发明的盥洗室系统可证明可用于居住环境或私人环境，并且此类用途在本发明的范围和精神之内。

所述方法包括将纸制品形成物装载到分配器(初始或再填充产品)中，其中所述纸制品形成物具有雕刻到纸制品形成物的表面中(例如在产品的侧面或边缘)的识别标记。在分配器内，入射光被引导至表面，并且受辐照表面的数字图像是用成像器捕获的。雕刻的识别标记在数字图像中产生与纸制品形成物的围绕表面相比可识别的认证标记物。然后分析捕获的数字图像中的认证标记物的存在。如果认证标记物不存在，则认为纸制品形是假冒的或未经授权的产品并启动响应措施。

在一个特定的实施例中，通过合适的激光雕刻系统将识别标记用激光器限定在纸制品形成物的表面中，该激光雕刻系统可以整合到纸制品形成物的生产线中。常规的激光雕刻系统是众所周知的，并且提供了在各种材料(包括天然纤维产品)上进行精确深度控制和图案生成的能力。

在某些实施例中，分配器可以是卷起产品分配器，并且纸制品形成物是连续纸制品的卷筒，如本领域中通常所用和已知的。对于这种类型的产品形成物，识别标记可以限定在卷筒的侧表面上。

在一个替代实施例中，分配器可以是堆叠产品分配器，并且纸制品形成物是折叠纸制品的叠堆，其中识别标记沿着叠堆的侧表面延伸。

用于形成识别标记的雕刻技术可导致形成这样的标记，该标记与纸制品形成物的围绕表面在颜色方面基本上无法区别，因此对于用户或维护人员通常不可见，但可具有被这些人员感知的触觉特性。可选地，雕刻技术可导致形成视觉上可检测的标记。例如，激光雕刻工艺可以产生视觉上可辨别的雕刻到表面中的“灼蚀””标记。

分配器可以是任何公知的电子分配器，其检测用户的存在并且自动分配测量页的纸制品。对于这种类型的分配器，响应动作可包括开启部分或完全锁定特征，其中分配器被禁止从纸制品形成物质分配部分或全部产品。在一个实施例中，分配器可以将锁定特征的待决开启通知给远程中央监测站，该监测站对维护人员生成校正动作呼叫。对于此实施例，锁定特征的开启可以是延时的，使得维护人员有机会用真实纸制品形成物替换未经授权的纸制品形成物。

可以使用各种数字成像技术来检测和验证认证标记物的存在。例如，与纸制品形成物的围绕表面相比，雕刻标记的深度或其他表面轮廓可产生扭曲的反射光图案。这种扭曲的光图案可在捕获的数字图像中产生与有效认证标记的已知或“标准”值相比可测量的特征。例如，可分析数字图像的认证标记物的尺寸(例如，长度)或像素数，通过处理器将其与对应于有效认证标记的已知尺寸或像素数值进行比较。

附图说明

图1是根据本发明的系统和方法的方面的将认证标记雕刻搭配纸制品形成物的表面中的系统和方法的操作原理示意图；

图2是用于检测纸制品形成物上的雕刻认证标记的系统和方法的操作原理侧视图；

图3是具有数字成像器的示例性纸制品分配器的前视图，该数字成像器用于检测卷起纸制品形成物的侧面的认证标记的存在；

图4是图3的分配器的剖视图，指示由数字成像器获得的数字图像的场；

图5a和5b是卷起纸制品形成物的侧视图，其指示分别从具有和不具有认证标记的完整卷筒获取的数字图像；

图6是其中雕刻有多个认证标记的卷起纸制品形成物的侧视图，其中至少一个标记被捕获在数字图像的场中；

图7a和7b是分配器内的堆叠纸制品形成物的前视图和侧视图，其中所述认证标记被雕刻到叠堆的侧表面方面中；以及

图8是本发明的整合特征的分配器的控制功能和部件的示意图。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的一个或多个实施例，这些实施例是本发明的实例，其例子在附图中示出。每个实例和实施例都以解释本发明的方式提供，而不意在限制本发明。例如，作为一个实施例的一部分而说明或描述的特征，可以用于另一个实施例以产生又一个实施例。本发明旨在包括这些修改和变型，以及属于本发明的范围和精神内的其他修改和变型。

图1和图2描绘了本发明范围内的系统和方法实施例的某些操作原理。在图1中，纸制品形成物14(“形成物”)被示为在公共卫生间设施中通常与纸巾分配器一起使用的类型的卷起产品形成物。纸制品形成物14可以是装载到空的或耗尽的分配器中的再填充产品，并且通常成形为穿孔或未穿孔的片材的连续卷起的网。认证标记70被雕刻到形成物14的表面方面72(例如图1所示的形成物14的侧面)中。该标记70可以具有任何期望的形状、形式、图案等。例如，标记70可为分配器或形成物14的制造商的专有标记。在图示实施例中，标记70是完全围绕侧面方向72延伸的圆周带或条纹。标记70可以是连续标记(如图1所示)，或不连续标记，例如一系列单独间隔开的符号。连续标记70可以是优选的，因为确保标记70在静态数字图像场中是可检测的，而不管形成物14在分配器内的初始装载位置如何。

同样参照图2，标记70被雕刻到形成物14的表面方面72中，使得使其相对于方面72的外平面具有深度108。该深度108的值将根据雕刻工艺的类型、材料的类型等而变化，并且可由本领域技术人员容易地确定。与方面72的围绕表面相比，雕刻标记70的深度108足以产生来自入射光106的反射光的扭曲或破坏。换句话讲，与直接从表面方面72反射的入射光106相比，被引导至雕刻标记70中的入射光106将以不同的方式反射，如图2所图示。这种扭曲或破坏的反射光图案将在从表面方面72获取的数字图像中产生可检测的异常或特征，该异常或特征可被分析以验证产品形成物14上的雕刻标记70的存在。

用于产生标记70的雕刻工艺也可以改变标记70的雕刻表面与围绕表面方面72相比的反射性能，并且因此加入来自标记70的可检测的反射光图案。例如，与较少反射的表面方面72相比，该工艺可导致具有更多反射的“抛光”精整面的标记70。

再参照图1，图示出雕刻系统102。在一个特定的实施例中，该系统102是由机器控制器106控制的激光雕刻机。激光雕刻台可整合到形成物14的任何合适的制造过程中，其中表面方面72被暴露以进行雕刻。激光雕刻机和技术是众所周知的，不需要在本文中详细描述来理解和认识本发明。高度聚焦并且准直的激光束可被精确地控制以去除(例如，蒸发)形成物14中的精确量的产品，以实现标记70的期望的深度108。机器控制器106通常可通过使用将激光束追踪到表面上所需图案中的一个或旋转或振动镜来产生大体上任何期望的标记70的图案。

控制器106可以包括标记的库104，其可容易地针对产品形成物14的不同批次运行进行互换。以这种方式，标记70可以在各种随机时间改变，从而阻止造假者大量生产伪造再填充产品。只要使用当前有效的标记70更新其中装载产品形成物14的分配器控制器，则可以根据需要频繁地改变标记。

在本发明的范围之内的分配系统和方法的各实施例在图中示出。参照图1和图2，示出自动电子分配器系统10，其用于分配来自装载到分配器中的纸制品形成物14的呈片材12形式的纸制品，例如片材的连续卷筒。本实施例中的纸制品12是可以穿孔分离的吸收材料，例如纸巾或卫生纸等。分配器系统10包括具有可安装到壁或类似竖直表面的后面板18的分配器壳体16、一对相对的侧面板20和22以及前盖24。前盖24可以通过铰链28枢转地连接至壳体16的下部，以便能够在闭合状态和敞开状态之间移动。分配器壳体16的前盖24通常被打开以进行维修或将替换片材卷筒14装载到分配器10中。闩锁(未示出)允许前盖24锁定成闭合状态，以避免未经授权篡改壳体16内的分配器部件。

在图3和图4中描绘为“卷筒产品”的纸制品形成物14可包括芯或套管30，或可为无芯卷筒，例如美国专利No.5,620,148中所描述的那些。卷筒产品14可以通过一对安装轮毂32和34可旋转地支撑在壳体16内，所述安装轮毂在所示的实施例中通过卷筒固定器36和38连接至壳体16的侧面板20和22。卷筒产品14的外周可以由壳体的一部分支撑而没有其他支撑用于卷筒14的退绕，如例如美国专利No.6,224,010中所公开。然而，应当理解，壳体16可以被提供为与其中几乎没有或没有机构连接的单独单元。在这种情况下，本文所示出和/或描述的分配机构中的一些或全部可以被提供为插入到壳体中的一个或多个模块。此类分配器壳体和模块的例子公开于美国专利No.4,131,044和No.6,079,035中。

如图1和图2中的示出，片材12从一对滚筒40和42之间的卷筒14产品引出，并且通过例如在壳体16的下端45中的分配开口44。可替代地，分配开口可以在前盖或前盖的一部分和下端的一部分(未示出)内形成。开口44可以具有锯齿形边缘，或其可以携带用于切断片材网的齿(如果材料12没有被穿孔)。滚筒40的一端可以通过卷筒固定器46可旋转地安装至壳体16的侧面板20，滚筒42的一端可以通过卷筒固定器48可旋转地安装至壳体16的侧面板20。滚筒40和42的另一端可以通过隐藏在传输壳体50内的卷筒固定器可旋转安装至侧面板22。传输壳体50包含用于将驱动从电动机52传输到滚筒40以便旋转地驱动滚筒的传动件。

滚筒40和42一起限定具有间隙的辊隙54，所述间隙理想地略小于卷筒产品14上的片材12的厚度。片材12穿过辊隙54，使得驱动滚筒40和被驱动滚筒42的旋转将片材拉离卷筒14并将其通过分配开口44分配。

激活传感器56可以安装至壳体16的下端45(或可替代地，安装至壳体中的模块)，与镜片58相邻，如图1所示。然而，应当理解，激活传感器56和/或镜片58或本领域中已知的任何激活系统可以安装在壳体16的任何区域中。传感器56可以是用于检测红外辐射的常规无源传感器。无源红外检测器是本领域中已知的，并且在例如美国专利No.No.4,757,337中有所描述。实际上，传感器56被布置用于从放置在镜片58下方的使用者的手检测红外辐射，并且在检测到辐射时，传输用于激活电动机52的信号，以便通过分配开口分配一定长度的片材44。

在替代实施例中，传感器56可以是有源装置，其发射有源信号以检测在分配器处或附近的用户的存在。此类有源感测系统也是本领域的技术人员熟知的。

本系统和方法实施例的各方面利用数字成像法领域的技术人员已知的数字成像和处理技术。总体参照附图并在下面更详细地讨论，一个或多个数字成像器62与分配器系统10一起使用以在分配器16中产生纸制品形成物14的方面(例如图4中的卷筒产品或堆叠产品80的侧面(图7b))的数字图像60(例如，图4、5a和3b)。数字成像器62可以是任何合适的和市售数字照相机67和光源63，例如一个或多个LED灯的阵列。出于本文所述的目的，数字照相机67具有足够的像素密度和分辨率。数字成像器62可以在分配器壳体中的一定位置处安装和定向，以周期性地产生纸制品形成物体14、80的一个方面(例如侧面方面72)的数字图像60。图4和7b以虚线示出成像器62相对于纸制品形成物14、80的侧面72获得的数字图像的场。数字成像器62可以完全安装在分配器壳体16内，或可以安装到壳体16的外部，其具有通过壳体的侧壁20、22突出的镜片，图7a的实施例中所示。

数字成像器62包括具有限定的成像场60的数字照相机67，其捕获包含标记70的表面方面72的数字图像。数字图像60被传输到数字图像处理器64，数字图像处理器64可以直接整合为分配器系统10的部件，或远程定位并且由多个分配器16中共用。与围绕表面方面72相比，数字图像处理器64被配置成具有足够的处理能力来分析和区别光图案与标记70。可以通过限定数字图像60内的标记70的边缘或其他方面的像素来检测该区别。在本文描述的一些实施例中，数字图像处理器64可以进行在已知由雕刻标记70产生的某些像素阈值以上的像素计数。然后可以将该计数与已知有效标记70的预定计数值进行比较，以认证产品形成物14。也可以分析从雕刻标记70反射的光的其他方面。例如，数字成像器处理器64还可以确定在雕刻标记70所产生的数字图像60中捕获的特征的尺寸值。

因此，某些实施例可以依赖于数字图像处理中已知的边缘检测技术，所述技术是识别亮度相对急剧变化(例如，亮度不连续性)的图像中的点的数学方法。将边缘检测或技术应用于图像的结果导致一组连接的曲线，其指示图像中对象的边界。将边缘检测算法应用于图像可以显着减少要处理的数据量，并且过滤除太相关的信息，同时保留图像的重要结构特性。从三维物体的二维图像提取的边缘可以被分类为视点依赖的或视点独立的。与本公开相关，视点独立边缘通常反映三维物体的固有特性，如表面标记和表面形状。典型的边缘可以是红色块与黄色或白色背景之间的边界。

边缘检测有许多方法，但大多数分为两类，基于搜索的方法和基于零交叉的方法。基于搜索的方法检测边缘的方式是首先计算边缘强度的度量，通常是一阶导数表达式，例如梯度幅度，然后使用边缘的局部定向(通常是梯度方向)的计算估计值来搜索梯度幅度的局部方向最大值。基于零交叉的方法在从图像计算出的二阶导数表达式中搜索过零点以便找到边缘，通常是拉普拉斯算子(Laplacian)的过零点或非线性微分表达式的过零点。

作为边缘检测的预处理步骤，几乎总是应用平滑阶段(通常为高斯平滑)。已知的边缘检测方法主要在应用的平滑滤波器的类型和计算边缘强度的测量方式上有所不同。许多边缘检测方法依赖于图像梯度的计算，它们在用于在x和y方向上计算梯度估计值的滤波器的类型上也不同。

应当理解，数字图像处理的技术人员精通可针对本发明的目的实现的技术。

图5a和5B涉及与图3和图4中所示卷筒产品分配系统10相关的方法和系统实施例。图5A示出卷筒纸形成物14的侧面方面72。图3中的数字成像器62设置在卷筒轮毂32和卷筒固定器36的上方，以便捕获图5A中示出的数字图像60。数字图像60基本上捕获卷筒产品形成物14在产品14的完整状态下的表面积，其中标记70在施加至产品14的情况下将是存在的。在图5a的该特定实施例中，数字图像60被传输到图像处理器64，其中分析图像中标记70的存在。由于在图像60中没有检测到标记，所以产品形成物14被认为是伪造的(例如，不是真实的或未经授权的)，并且为校正动作产生或发出命令。如上所述，这种动作可包括开启部分或完全锁定特征，其中分配器被禁止从纸制品形成物质分配部分或全部产品。在一个实施例中，分配器可以将锁定特征的待决开启通知给远程中央监测站，该监测站对维护人员生成校正动作呼叫。对于此实施例，锁定特征的开启可以是延时的，使得维护人员有机会用真实纸制品形成物替换未经授权的纸制品形成物。

仍然参考图5a，数字图像60可以根据数字图像处理器的位置经由有线或无线连接传输至数字图像处理器64。就这一点而言，在处理器64未整合为数字成像器62的部件的情况下，数字成像器62包括足够的硬件/软件来执行图像到数字信号处理器64的传输。

可以用各种设计、尺寸等的标记70对构成产品形成物14的各种材料进行初始校正步骤，以获得单个标记70的比较标准。当用当前有效标记70更新处理器64时，这些标准值由处理器64存储和访问。

图5b示出具有在侧面方面72中限定的有效标记70的卷筒产品形成物14，该有效标记呈连续的周向条纹的形式。这种类型的连续标记可为有利的，因为无论产品形成物14的初始旋转位置如何，均确保标记落入数字图像60的场内。图像60被传输到处理器64，处理器64检测有效标记70的存在，其中产品形成物14的认证已经完成，并且确保锁定特征(或其他校正动作)被解除并且正常的分配操作已启用。

图6描绘了一个实施例，其中被雕刻到卷筒产品形成物14的表面方面72中的多个标记70是产品14或产品14被预期用在其中的分配器的制造商的名称或标志。标记70以辐条图案排列。该实施例中的数字图像60的场较大并且涵盖完整产品60的基本上一半的表面积。分配器内的数字成像器62可以包括组合图像以产生较大图像60的多个相机67。标记70的图案确保了无论在装入分配器时产品14的旋转位置如何，标记70中的至少一个存在于场60中。如果检测到标记70中的一个或多个并且不启动校正动作，则认证被验证。

图7a、7b示出分配系统10，其被配置为分配堆叠纸制品形成物80，例如交织和折叠纸巾82的叠堆。图7b示出分配器系统10的侧面方面，其中堆叠产品形成物80的侧面72是可见的，以及数字图像60的场。在图7a中，可以理解，多个数字成像器62可以沿着分配器16的侧面22对准，其中各个成像器62的各图像被组合以产生图7a和7b中示出的数字图像60。

参照图7b，标记70以重复的单词，符号等的形式(例如公司的名称或标志)被雕刻到叠堆的侧面方面72中。如上所述，分析标记70的图像60。

图10是示出系统和方法的各种部件功能的图。在示出的实施例中，系统10包括具有数字处理器64的分配器16和整合各个分配器16的成像器62。电源经由电池206从外部或内部供应到各个部件，包括数字处理器64、数字成像器62、分配器控制器200、传感器56和电子馈送机构202。如上所述，本方法和系统的各方面可以与使用常规电子馈送机构202的常规分配器的任何方式整合。锁定特征件204整合在馈送机构202内，并且防止纸制品从分配器的分配，直至满足某些条件，例如如上所述检测到有效的认证标记70。在纸制品形成物14、80初始装载到分配器16中时，数字成像器62和处理器64可以获取产品14、80的被监测方面的初始数字图像60，其中利用模式识别算法来确保标记70存在于商品上。如果未检测到标记70，则可以认为产品14、80未被授权，并且数字成像器64将信号发送到分配器控制器200，分配器控制器200又启动锁定特征204。

虽然已经结合某些优选实施例描述了本发明，但是应当理解，通过本发明包含的主题不限于那些具体的实施例。相反，本发明的主题旨在包括可以包括在所附权利要求的精神和范围内的所有替代、修改和等同物。

Claims (9)

1.一种用于认证从分配器分配的纸制品形成物的方法，所述方法包括：

将所述纸制品形成物装载到所述分配器中，所述纸制品形成物具有被雕刻到所述纸制品形成物的表面中的识别标记，使得该识别标记在该表面中具有限定深度；

在所述分配器内，将入射光引导到所述表面上并捕获所述表面的数字图像，其中所述雕刻的识别标记在所述数字图像中产生与邻近所述认证标记的所述纸制品形成物的围绕表面相比的可识别的静态认证标记物，这是由于来自所述入射光的反射光穿透进入所述认证标记的限定深度而导致的扭曲或破坏；

对所述捕获的数字图像中的所述认证标记物的存在进行分析；

如果所述认证标记物不存在，则认为所述纸制品形成物是未经授权的并启动响应措施；以及

其中使用激光器将所述识别标记限定到所述纸制品形成物的所述表面中，以具有相对于所述纸制品形成物的所述围绕表面的深度。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述分配器是卷起产品分配器并且所述纸制品形成物是连续纸制品的卷筒，所述识别标记被限定在所述卷筒的侧表面上。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述分配器为堆叠产品分配器，并且所述纸制品形成物是折叠纸制品的叠堆，所述识别标记沿着所述叠堆的侧表面延伸。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述识别标记与所述纸制品形成物的所述围绕表面在颜色方面无法区别。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述分配器为自动电子分配器，所述响应措施包括开启部分或完全锁定特征，其中所述分配器被禁止从所述纸制品形成物分配部分或全部产品。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述分配器将所述锁定特征的待决开启通知给远程中央监测站，所述监测站对维护人员生成校正动作呼叫。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述锁定特征的所述开启是延时的，使得所述维护人员有机会用真实纸制品形成物替换所述未经授权的纸制品形成物。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述认证标记物是由所述雕刻的识别标记所生成的与所述围绕表面相比的所述数字图像中的可检测反射光图像。

9.如权利要求8所述的方法，其中对所述数字图像的所述认证标记物的尺寸或像素数进行分析，并且与对应于已知认证标记的已知尺寸或像素数进行比较。

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