CN1238808C - 识别与测量通过激光扫描通道的包的自动系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种全自动的包识别和测量系统，其中使用全方位激光扫描系统来阅读进入该通道上的包的条码，并使用一个包丈量子系统(600)在包进入通道之前捕捉该包的信息。在实时的基础上，对包的几何形状以及用于阅读其上的条码的激光扫描光束位置的几何形状建立数学模型。分析该数字模型，以判断收集的和排队的包识别数据是否在空间上和/或暂时地与使用基于向量的射线跟踪方法、齐次转换和面向对象的决策逻辑的包测量数据相关联，以便能够同时跟踪传送经过此扫描通道的多个包。

Description

识别与测量通过激光扫描通道的包的自动系统和方法

发明背景

发明领域

本发明通常涉及自动通道类型的激光扫描识别和测量系统，该系统安排在用于分散包走向和运输的高速传送机构的周围。本发明还涉及用一个三维(3-D)扫描体积来识别和测量在任意一个方向的表面上具有条码标记的包的方法。

现有技术概述

在许多情况下，对于自动识别和测量沿着传送机构输送的物体(如大包、包裹、产品、行李等)有很大的需要。虽然装在上方的激光扫描系统在扫描传送物体上面的朝上的条码方面是有效的，但是在许多应用环境中要保证物体在扫描设备下运输过程中条码标签面朝上是不切实可行的。

已经提出各种类型的“通道”扫描系统，不论在系统的扫描体积中条码的朝向如何，都能扫描条码。一个那样的现有技术通道扫描系统在授予Knowles的第5,019,714号美国专利中揭示。在此现有技术的扫描系统中，有多个单线扫描器朝向传送机构，以提供在“类似通道”的扫描环境中有限程度的全方位扫描。然而，值得注意的是，包括在第5,019,714号美国专利中揭示的现有技术通道扫描系统，不能够在真正的全方向意义下(即当条码在运输经过传送机构时与条码的朝向无关)扫描条码系统。最多，现有技术扫描系统提供在传送带面上或部分垂直面上的全方向扫描。但是沿着大的3-D扫描体积的主要平面的真正全方位扫描至今仍不可能。

而且，虽然已经提出众多系统用于自动识别和测量沿高速传送带输送的包的尺寸与重量，现有技术的系统很难于制造、维护和可靠地运行而不需要人为监视。

因此，对于改善的通道型自动激光扫描包识别测量系统和识别与测量沿高速传送系统输送的包的方法而避免现有技术扫描系统和方法的不足与缺点是有很大的需求的。

本发明的揭示

因而本发明的主要目的是提供一种新颖的通道型自动包识别测量系统，它摆脱了现有技术通道型激光扫描系统和方法的不足与缺点。

本发明的另一个目的是提供一种全自动的包识别和测量系统，其中使用全方位的全息照相扫描通道来读出进入该通道的包上的条码，而包的测量系统被用于在包进入该通道以前捕捉该包的信息。

本发明的另一个目的是提供一种全自动的包识别和测量系统，其中在实时基础上对包的几何形状和用于读出条码标记的激光扫描光束的位置建立数学模型。

本发明的另一个目的是提供一种全自动的包识别和测量系统，其中通过使用基于向量的射线跟踪方法、齐次转换和面向对象的决策逻辑分析该数学模型，以确定收集的和排队的包识别数据在空间上和/或暂时地与包测量数据相关联，从而能够同时跟踪通过扫描通道输送的多个包。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中从扫描器支架上安装的多个全息激光扫描子系统布置在高速传送带的周围，而且布置得使每个扫描子系统在传送机构上投射具有大景深的高度地确定的3-D全方位扫描体积，以至于用通道型扫描系统的三个主要扫描面的每一个合起来提供全方位的扫描。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中每个全息照相激光扫描子系统投射一个具有大景深且避免空间上和临时地重合扫描平面的高度确定的3-D全方位扫描体积，以保证本系统中所用的每个全息照相激光扫描子系统提供的多个激光扫描通道之间基本上无串扰。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中使用分段型的传送带，在它第一个或第二个传送平台之间有一个间隙，用于安装全方位投射型激光扫描子系统，它在传送带平台之下且基本上延伸传送平台的整个宽度。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中在传送带系统周围布置多个全息照相激光扫描器，使沿着三维激光扫描体积的主轴产生双向扫描样式。

本发明的又一个目的是提供一个系统，其中在系统中使用的每个全息照相激光扫描器投射具有多个焦平面并具有沿着投射轴延伸的高度地限制的几何形状，它围绕从全息照相扫描器的扫描窗口延伸的投射轴延伸且在系统的传送带上方。

本发明的另一个目的是提供一种自动的包识别和测量系统，其中单行排列的包在使用包传送子系统通过扫描通道子系统输送时，能以全自动方式被检测、丈量、称重和识别，而不需要人为干预。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中包检测与丈量子系统在其扫描通道子系统的入口侧，用于检测和丈量通过包检测和丈量子系统的单行排列的包。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供一个数据单元排队、操纵和处理子系统，用于排队、操纵和处理表示包的识别、丈量和/或称量的数据单元，并保持一个移动包跟踪队列，使得包括表示进入该扫描通道被检测的包的物体的数据单元随同在那个被检测的包收集的丈量和测量数据一起被跟踪。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中在扫描通道子系统的出口侧提供一个包检测子系统。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中所提供的通道扫描子系统包括多个激光扫描子系统，每个那样的激光扫描子系统能对每个被该子系统读取的条码标记产生精确的信息，指出激光扫描光束的精确的原点和到达所读条码标记的光路，并产生表示所读条码标记的标记字符数据。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中多个激光扫描子系统在3-D扫描体积中产生一个全方位激光扫描样式，在此体积中当一个六面体(如立方体)的包使用传送系统被输送穿过此3-D扫描体积时，加在任何一面的条码标记被自动地扫描和解码。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中激光扫描子系统包括全息照相激光扫描子系统和多面体型激光扫描子系统，用于读出面朝传送表面的条码标记。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中用在通道扫描子系统的每个全息照相激光扫描器子系统包括一个用于产生信息的设备，它指定哪个全息照相扫描小平面或全息照相小平面扇面(或段)产生激光扫描数据用于由该子系统读取任何条码标记。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中用于通道扫描子系统的每个非全息照相(如多面体类型)激光扫描子系统包括一个用于产生信息的设备，它指定哪个镜面小平面或镜面扇面产生激光扫描数据，用于由该子系统读任何条码标记。

本发明的另一目的是提供那样的系统，其中提供的数据单元排队、操纵和处理子系统进一步包括一个扫描光束几何模型化子系统，相对于符号上嵌入激光扫描子系统的局部座标参考系统，产生包括每个激光扫描光束的几何模型的座标信息，此光束用于读出特定的条码标记，而激光扫描子系统由此产生标记字符数据。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供的数据单元排列、操纵和处理子系统进一步包括第一齐次转换模块，用于将包含用于读出在被检测包上的特定条码标记的每个激光扫描光束的几何模型的座标信息从符号上嵌入激光扫描子系统的局部座标参考系统转换到符号上嵌入通道类型扫描系统的全局座标参考系统。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供的数据单元排队、操纵和处理子系统进一步包括包表面模型化子系统，用于相对于符号上嵌入激光扫描子系统的局部座标参考系统产生包括由该包检测和丈量子系统检测的每个包的每个表面的几何模型。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供的数据单元排队、操纵和处理子系统进一步包括第二齐次转换模块，用于将包括被检测包的每个表面的几何模型的座标信息从符号上嵌入该激光扫描子系统的局部座标参考系统转换到信号上嵌入通道型扫描系统的全局座标参考系统。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供一个激光扫描光束和包表面相交判断子系统，用于判断哪一个被检测的包被阅读特定条码标记的激光扫描光束扫描，并用于将与被检测包相关的包测量数据和与阅读被检测包上的条码标记的激光扫描光束相关的包识别数据相关联。

本发明的另一个目的是提供带有包速度测量子系统的系统，该子系统用于在包从包检测和丈量子系统的系统，该子系统用于在包从包检测和子系统穿过该系统的激光扫描子系统时测量它的速度。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中包速度测量子系统是使用一对空间上分开的投射到传送带上的激光束来实现的，当包遮断这些激光束时自动产生和处理一个电脉冲，并利用一个时钟来计算沿传送带子系统输送的每个包的瞬时速度。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供在激光扫描通道子系统的入口侧的包检测和子系统包括第一对光发送和接收装置，它们安排成沿着平行于传送带方向发送多个光束，以收集数据并测量每个通过该包检测和丈量子系统的各种形状包的高度；还包括第二对光发送和接收装置，安排成沿着垂直于传送带方向发送多个光束，以收集数据并测量通过该包检测和丈量子系统的每个各种形状包的宽度。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中在激光扫描通道子系统的入口侧提供的包检测和丈量子系统进一步包括一个高度数据处理器，用于处理从第一对光发送和接收装置收集的高度轮廓数据组，以检测出通过包检测和丈量子系统的包的堆积排列；还包括一个宽度数据处理器，用于处理从第二对光发送和接收装置收集的宽度轮廓数据组，以检测出通过包检测和丈量子系统输送的包的并排排列；并且在检测堆积排列与并排排列的基础上，自动地产生一个单一的数据单元，表示沿该传送带的包多重排列，并将此单一的数据单元放入数据单元排队、操纵和处理子系统中的移动包跟踪队列，使此子系统能引起一个辅助子系统将那样的多重放置的包重新导向到整理成单个传送的单元，然后返回再次通过本发明的系统。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供一个包移动称重子系统，用于对移动通过包检测和丈量子系统的单行排列的包称重，并产生重量测量信息指定给每个被检测的包。

本发明的另一个目的是提供一个自动的包识别和测量系统，其中单行排列的包在使用包传送子系统通过激光扫描通道子系统输送时以全自动方式被检测、丈量、称重和识别，而不需人为干预。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中在其扫描通道系统的入口侧提供一个包检测和丈量子系统，用于检测和丈量通过包检测和丈量子系统的单行排列的包。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供一个数据单元排队、操纵和处理子系统，用于排队、操纵和处理代表包识别、丈量和/或称重的数据单元；其中还维持一个移动包跟踪队列，使得包括表示进入该扫描通道被检测的包的物体能与在那些被检测的包上收集的尺寸和测量数据一起被跟踪。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中在其扫描通道子系统的出口侧提供一个包检测子系统。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中这里提供的通道扫描子系统包括多个激光扫描子系统，而且每个那样的激光扫描子系统对由该系统读出的每个条码标记产生精确的信息，指出激光扫描光束的精确起点和达到所读条码标记的光路，并产生代表所读条码标记的标记字符数据。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中多个激光扫描子系统在3-D扫描体积由产生一个全方位扫描样式；其中一个六面体(如立方体)包在使用传送子系统通过3-D扫描体积时，加在任何一面的条码被自动地扫描和解码。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中激光扫描系统包括全息照相激光扫描子系统，和多面体型激光扫描子系统，用于读朝向传送机构表面的条码标记。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中每个应用于通道扫描子系统的全息激光扫描子系统包括一个产生信息的装置，该信息指定哪个全息照相扫描水平面或全息照相小平面扇面(或段)产生激光扫描数据，被该子系统用于读任何条码标记。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中应用在通道扫描子系统中的每个非全息照相(如多面体型)激光扫描子系统包括一个产生信息的设备，此信息指定哪个镜面小平面或镜面扇面产生由该子系统用于读任何条码标记的激光扫描数据。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供的数据单元排队、操纵和处理子系统进一步包括一个扫描光束几何模型化子系统，用于相对于符号上嵌入激光扫描子系统的局部座标参考系统，产生包括每个激光扫描光束的几何模型的座标信息，此光束用于读出特定的条码标记，而激光扫描子系统由此产生标记字符数据。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供的数据单元排队、操纵和处理子系统进一步包括第一齐次转换模块，用于将包括用于读出在被检测包上的特定条码标记的每个激光扫描光束的几何模型的座标信息从符号上嵌入激光扫描子系统的局部座标参考系统转换到符号上嵌入通道类型扫描系统的全局座标参考系统。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供的数据单元排队、操纵和处理子系统进一步包括包表面模型化子系统，用于相对于符号上嵌入激光扫描子系统的局部座标参考系统产生包括由该包检测和丈量子系统检测的每个包的每个表面的几何模型。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供的数据单元排队、操纵和处理子系统进一步包括第二齐次转换模块，用于将包括被检测包的每个表面的几何模型的座标信息从符号上嵌入该激光扫描子系统的局部座标参考系统转换到符号上嵌入通道型扫描系统的全局座标参考系统。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供一个激光扫描光束和包表面相交判断子系统，用于判断哪一个被检测的包被阅读特定条码标记的激光扫描光束扫描，并用于将与被测包相关的包测量数据和与读取被检测包上的条码标记的激光扫描光束相关的包识别数据联系(即关联)起来。

本发明的另一个目的是提供带有包速度测量子系统的系统，该子系统用于在包从包检测和丈量子系统通过该系统的激光扫描通道子系统时测量它的速度。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中包速度测量子系统是使用一个与传送带直接接触啮合的滚轮来实现的，当附在该滚轮轴上的光学编码器在转动一周时产生电脉冲，而其间传送带行走一段直线长度；参照时钟计数这些电脉冲，由此计算传送带的瞬时速度，以及在其上不打滑传送的每个包的速度。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中在激光扫描通道子系统入口侧提供的包检测和丈量子系统包括一个激光扫描机构，它产生一个调幅的激光扫描光束，扫描光束基本上垂直于传送机构的表面，跨过包传送子系统的传送机构的宽度方向扫描，从被扫描的包反射的光被收集、检测和处理，对该包检测和丈量子系统进行的每个定时采样瞬时产生代表沿传送机构宽度方向的包的高度轮廓的信息。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中在激光扫描通道子系统的入口侧提供的包检测和丈量子系统进一步包括一个高度数据处理器，用于处理从第一对光发送和接收装置收集的高度轮廓数据组，以检测出通过包检测和丈量子系统输送的包的堆积排列，还包括一个宽度数据处理器，用于处理从第二对光发送和接收装置收集的宽度轮廓数据组，以检测出通过包检测和丈量子系统输送的包的并排排列；并且在检测堆积排列与并排排列的基础上，自动地产生一个的数据单元，表示沿该传送带的包的多重排列，并将此单一的数据单元放入数据单元排队、操纵和处理子系统中的移动包跟踪队列、从而此子系统使一个辅助子系统将那样的多重放置的包重新导向到排列成单行的单元(singulation unit)，然后返回再次通过本发明的系统。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供一个包移动称重子系统，用于对移动通过包检测和丈量子系统的单行排列的包称重，并产生重量测量信息指派给每个被检测的包。

本发明的另一个目的是提供一个自动的包识别和测量系统，其中并排排列、堆积排列和/或单行排列的多个包在使用包传送子系统通过激光扫描通道子系统被输送时能同时以全自动方式被检测、丈量、称量及识别而不需要人为干预。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中在其扫描通道子系统的入口侧提供一个包检测和丈量子系统，用于同时检测和丈量通过该包检测和丈量子系统的多个包，而且包检测和丈量子系统使用多个移动包跟踪队列，它们安装在传送带上方空间不同的区域，以便能产生代表在空间不同区域中检测到的诸包的数据对象，此数据对象与在那些被检测的包上收集的丈量和测量数据一起被跟踪。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供一个数据单元排队、操纵和处理子系统，用于排队、操纵和处理代表包识别、丈量和/或称量的数据单元；并且对于传送带上方空间的不同区域同时保持多个移动包跟踪队列，使得包括表示进入该扫描通道被检测的包的物体能与在那些被检测包的尺寸和测量数据一起被跟踪。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中在其扫描通道子系统的出口侧提供多个包检测和丈量的子系统，而且对于传送带上方空间的不同区域同时保持多个移动包跟踪队列，使得包括代表离开该扫描通道的被检测包的物体能与在那个检测的包上收集到的丈量和测量数据一起被跟踪。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供的通道扫描子系统包括多个激光扫描子系统，而且每个那样的激光扫描子系统对由该系统读取的每个条码标记产生精确的信息，指示激光扫描光束的精确起点和达到所读取的条码标记的光路，和代表所读取的条码标记的标记字符数据。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供的数据单元排队、操纵和处理子系统进一步包括一个扫描光束几何模型化子系统，用于相对于符号上嵌入激光扫描子系统的局部座标参考系统，产生包括每个激光扫描光束的几何模型的座标信息，此光束用于读出特定的条码标记，而激光扫描子系统由此产生标记字符数据。

本发明的另一个目标是提供那样的系统，其中提供的数据单元排队、操纵和处理子系统进一步包括第一齐次转换模块，用于将包括用于读出在被检测包上的特定条码标记的每个激光扫描光束的几何模型的座标信息从符号上嵌入激光扫描子系统的局部座标参考系统转换到符号上嵌入通道类型扫描系统的全局座标参考系统。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供的数据单元排队、操纵和处理子系统进一步包括包表面模型化子系统，用于相对于符号上嵌入激光扫描子系统的局部座标参考系统产生包括由该包检测和丈量子系统检测的每个包的每个表面的几何模型。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供的数据单元排队、操纵和处理子系统进一步包括第二齐次转换模块，用于将包括被检测包的每个表面的几何模型的座标参考系统转换到符号上嵌入通道型扫描系统的全局座标参考系统。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供一个激光扫描光束和包表面相交判断子系统，用于判断哪一个被检测的包被读取特定条码标记的激光扫描光束扫描，并用于将与被检测包相关的包测量数据与阅读被检测包上的条码信息的激光扫描光束相关的包识别据连接(即相关)起来。

本发明的另一个目的是提供带有包速度测量子系统的系统，该子系统用于在包从包检测和丈量子系统通过该系统的激光扫描通道子系统时测量它的速度。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中包速度测量子系统是使用一个与传送带直接接触啮合的滚轮来实现的，当附在该滚轮轴上的光学编码器在转动一周时产生电脉冲，而其间传送带行走一段直线长度；参照时钟计数这些电脉冲，由此计算传送带的瞬时速度，以及在其上不打滑地传送的每个包的速度。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中在激光扫描通道子系统入口侧提供的包检测和丈量子系统包括一个激光扫描机构，它产生一个调幅的激光扫描光束，扫描光束基本上垂直于传送机构的表面，跨过包传送子系统的传送机构的宽度方向扫描，从被扫描的包反射的光被收集、检测和处理，对该包检测和丈量子系统进行的每个定时采样瞬间产生代表沿传送机构宽度方向的包的高度轮廓的信息。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中在该激光扫描通道子系统的入口侧提供的包检测和丈量子系统包括一个立体摄象机系统，它捕捉通过包检测和丈量子系统输送的包的立体图象对；它还提供一个实时立体图象处理器，处理器被编程，以检测出现在立体图象子系统的视界中的多个图象，并计算每个被检测包的顶点和尺寸。

本发明的另一个目的是提供那样的系统，其中提供一个包移动称重子系统，用于同时称重并行排列或堆积排列通过包检测和丈量子系统的每个包，并产生对每个被检测包的重量测量信息，或者根据相对体积的测量将信息分配给并排排列或堆积排列的每种配置。

本发明的另一个目的是提供一种双向包识别和测量系统，其中借助于简单的编程操作，使扫描通道的第一侧或第二侧均能象入口侧或出口侧那样工作，由此根据眼前情况的需要而能有两个不同的包流方向。

本发明的另一个目的是提供一种改善的通道型扫描系统，其中向下朝向传送带的条码标记在高速传输过该系统时能被自动扫描。

本发明的另一个目的是在各种物体能高速传输的通道扫描环境中提供一种改善的识别和测量包的方法。

本发明的另一个目的是提供一种自动的包识别和测量系统，其特征是：低的劳动成本；高的载荷效力；完善的最终精度；绝对快的识别(ID)通量；更精确的装载负荷；快而精确的跟踪及分类；和精确的包重量、形状和测量。

本发明的另一个目的是提供一种自动的包识别和测量系统，它能读取在传送线上向下快速运动的包上任何地方(顶上、两侧、前面、后面和底面)的条码。

本发明的另一个目的是提供一种自动的包识别和测量系统，它能在现实尺寸条码的基础上进行包操作。

本发明的另一个目的是提供一种自动的包识别和测量系统，它在操作时不需要任何人为干预。

本发明的另一个目的是提供一种自动的包识别和测量系统，在包上的条码被读出并被系统软件捕捉以后能对包进行分类。

本发明的另一个目的是提供一个自动的包识别和测量系统，它能测量和称重包，消除了常由操作人员作的“瞎估计”。

本发明的另一个目的是提供一种自动的包识别和测量系统，它能精确地称重和测量包，因而使浪费的货物空间极小，使每次装运有更多的载货容量，从而使运货人能以较大的精确性给客户开账单，账单上的费用取决于包的体积、形状、重量与目的地。

本发明的另一个目的是提供自动识别和测量在传输机构上单行排列、并排排列成堆积排列的包的自动方法。

本发明的又一个目的是提供一种新颖的方法和手段，用于数字化与激光扫描信息有关的数字扫描数据。

本发明的另一个目标是提供一个新颖的方法和装置，用于解码与激光扫描信息有关的数字扫描计数数据，可在多种物品跟踪操作中使用。

本发明的这些或其他目的在下面的叙述及在本发明的权利要求中变得显而易见。

附图的简单描述

为了更全面地理解本发明，应结合附图阅读下面的例示实施例的详细描述，其中：

图1是按照本发明的第一个实施例构造的一个自动通道型激光扫描包识别和测量(例如丈量和称重)系统的透视图；

图1A是图1所示系统的端视图；

图1B是本发明的第一个实施例通道型包识别和测量系统的第一透视图；

图1C是图1的通道型包识别和测量系统的第二透视图，以放大的尺寸示出，而且将其传送机构部分从该通道激光扫描子系统去掉；

图1D是第一个实施例的通道型包识别和测量系统的侧视图，它从扫描器支架上拆下来，以便清楚地示出在包进入3-D扫描体积以前参差堆放包的O型环传送平台；与光学丈量子系统有关的光幕，用于确定包的总体积，并判断是否有多个包进3-D扫描体积；一个带有图象用户接口(GUI)的扫描器管理计算机系统(或工作站)，用于容易地在系统中配置扫描子系统并监视进入到扫描通道的包的流；一个出口传感器，用于检测在扫描通道中每个被扫描的包的离开。

图1E是本发明的第一个例示实施例的通道型激光扫描子系统的一个详细的透视图，它从基于滚轮的传送子系统及扫描器管理子系统中卸下；

图1F是分段式传送子系统和其安装在底部的激光扫描投射子系统和用户接口/工作站的透视图，示出将其从图1、1A和1B所示的扫描器支架上卸下；

图2A是从第一个例示实施例的系统的扫描器支架卸下的分段式传送子系统的透视图，示出了符号上嵌入传送子系统的座标参考架，并带有图形指示，描述了由图1和1A中示出的通道扫描系统的扫描器支撑架支撑的每个三重扫描盘全息照相扫描器的偏转(Yaw)、俯仰(pitch)和滚动(roll)方向；

图2B是从第一个例示实施例的包识别和测量系统的扫描器支架上卸下的分段式传送子系统的透视图，示出了符号上嵌入传送系统的座标参考架，用图形指示描述了由图1和1A中示出的通道扫描系统的扫描器支撑架支撑的每个单扫描盘全息照相扫描器的偏转、俯仰和滚动的方向；

图2C是列出数据的表格，这些数据指定了本发明的第一个实例中安装的16个全方位全息照相激光扫描器的位置和方向，其中每个单盘全息照相扫描器的位置是相对于包含在每个那样的扫描单元中的全息照相扫描盘的中心指定的，而每个三重盘全息照相扫描器的位置是相对于包含在每个那样的扫描单元中的中间的全息照相扫描盘的中心指定的；

图3A1是安装在第一个实例的通道型扫描系统的角上的单盘全息照相激光扫描子系统(如在图1B中指出的L/F角#1、L/F角#2、L/B角#1、L/B角#2、R/F角#1、L/F#2、R/B角#1和R/B角#2，和在图2C中示出的扫描器定位表)部分切除的透视图，示出了由其6个光束折叠镜之一围绕的全息照相扫描盘、抛物型聚光镜、激光束产生模块、光探测器、和安装在该子系统的光盘座上模拟及数字信号处理板。

图3A2是应用在第一实施例的通道扫描子系统中的单盘全息照相激光扫描子系统的平视图，示出了由六个激光扫描站围绕的全息照相扫描盘，它包括光束折叠镜、抛物型聚光镜、激光束产生模块(应用VLD)，它们每个被装在一个紧凑的外壳中适合于由应用在例示实施例的通道扫描子系统中的扫描器支架可调节的支架座上；

图3A3是图3A2是所示的单盘全息照相激光扫描子系统的截面图，示出了由安装在子系统的光具座上的扫描马达可旋转地支撑的全息照相扫描盘；

图3A4是安装在全息照相扫描盘的各玻璃支撑板之间的强度传输型(Volume-trarsmission)全息照相光学单元(HOE)的布置的概略表示，扫描盘应用于安装在第一个实施例的通道扫描系统的单盘全息照相扫描子系统中；

图3A5是一列出设计参数的表，这些参数用于构造第一个实施例的通道扫描系统中使用的单盘全息照相扫描子系统中的每个全息照相盘；

图3A6是从用本发明的第一个实例的通道型扫描系统的单盘全息照相激光扫描子系统投射出的激光扫描样式的概略表示；

图3A7A-3A7C一起示出在本发明的第一个实施例的单盘全息照相激光扫描子系统的机壳中，模拟信号处理板、解码信号处理板中互相连接的分部件；

图3A8A是本发明的定位脉冲(home-pulse)标志(mark)检测模块的视图，它们配置在本发明的第一个实例的系统中的每一个全息照相扫描盘周围；

图3A8B是图3A8A图中所示的定位脉冲标志检测模块的平视图；

图3A8C是能用于实现定位脉冲检测器的模拟信号处理线路的概略图，该检测器用于本发明的第一个实施例的全息照相激光扫描子系统中；

图3B1是安装在第一个实例的通道型扫描系统的顶部和侧面的三重盘全息照相扫描子系统(如图1B中和图2C中的扫描器定位表中指示为顶部前面、顶部背后、左侧前面、左侧背后、右侧前面和右侧背后)的平视图，示出了安装在光具座上的三个全息照相扫描盘，每两个相邻全息照相扫描盘的转动轴之间相隔13.3英寸，每个全息照相扫描盘周围有安装在子系统的光具座上六个光束折叠镜、六个抛物型聚光镜、六个激光束产生模块、六个光检测器和六块模拟和数字信号处理板；

图3B2是安装在全息照相扫描盘的各玻璃支撑板之间的强度传输型全息照相光学单元(HOE)的布置的概略表示，扫描盘应用于图3B1中所示的三重盘全息照相扫描子系统；

图3B3A和3B3B一起提供了列出设计参数的表，用于在每个全息照相扫描盘中构造在如图3B1的示出的三重盘全息照相激光扫描器中使用的每个全息照相扫描子系统；

图3B4是当没有相关的光束折叠镜按角度放置或转动时，从用在图3B1所示的三盘全息照相激光扫描器中的单盘全息照相激光扫描子系统投射出的激光激光扫描样式的概略表示；

图3B5是列出在用于如图3B1示出的三盘全息照相激光扫描器的中心和端部放置的全息照相扫描子系统的每个光束折光叠镜的角度位置或转动的表；

图3B6概略地表示了从用在图3B1中示出的三盘全息照相激光扫描器的中央全息照相激光扫描子系统投射出的激光扫描样式，其中每个相关的光束折叠镜按角度放置和转动(如图3B5的表所示)，以得到希望的扫描样式；

图3B7概略地表示了从用在图3B1中示出的三盘全息照相激光扫描器的边上的全息照相激光扫描子系统投射出的激光扫描样式，其中每个相关的光束折叠镜按角度放置和转动，以得到希望的扫描样式；

图3B8概略地表示从如图3B1示出的三盘全息照相激光扫描器投射出的激光扫描样式；

图3C1是安装在例示实施例的通道型扫描系统顶部的三盘全息照相扫描子系统的平视图(如在图1B的前面和背面和图2C中示出的扫描器定位表所表明的)，显示了装在一个光具座上的三个全息照相扫描盘，每两个相邻的全息照相扫描盘之间相隔14.0英寸，而且每个全息照相扫描盘周围有装在该子系统的光具座上的六个光束折叠镜、六个抛物型聚光镜、六个激光束产生模块、六个光探测器、和六块模拟和数字信号处理板；

图3C2概略地表示了从图3C1所示的三盘全息照相激光扫描器投射出的激光扫描样式；

图3D1是用于本发明的第一个实施例的通道扫描系统的安装在该系统的传送带平面之下且在第一个传送带平台与第二个传送带平台之间的固定的激光投射扫描器的部件分解图，示出了其上装有8个固定的投射型激光扫描子系统的光具座，它被装在跨过第一和第二传送带平台之间的间隙且具有结实玻璃扫描窗的扫描器机壳中；

图3D2是安装在如图3D1中所示底部的固定投射扫描器的投射型激光扫描子系统的透视图，示出了旋转地安装在靠近包括四个平面镜的固定镜阵列的一个八面多面体扫描单元，还示出了中央安装的聚光镜，用于将光聚焦到放置在多面体扫描单元上方的光探测器；

图3D3是安装在如图3D1所示底部激光扫描器的光具座上的八个固定投射激光扫描子系统的平面图；

图3D3A是安装在如图3D1所示的底部安装激光扫描器的光具器的八个固定投射激光扫描子系统的除去外壳的图，使固定投射的激光扫描子系统(即平台或光具座)的扫描窗口按相对于光透射区约28°的方向放置，光透射区是横过系统的传送带结构颊的宽度范围；

图3D4是概略地表示了由八面多面体扫描单元和两个固定的镜面产生的部分扫描样式，固定的镜面安装在每个固定投射激光扫描子系统的中心面附近，而固定投射激光扫描子系统安装在如图3D1所示底部安装的光具座上。

图3D5概略地表示了由在每个固定投射激光扫描子系统中八面多面体扫描单元和靠近两个内部的固定镜面的两个外部固定镜面产生的部分扫描样式，其中扫描子系统安装在如图3D1所示底部激光扫描的光具座上；

图3D6概略地表示了由八面多面体扫描单元和四个安装在靠近每个固定投射激光扫描子系统的中心面的四个固定镜面产生的完全的扫描样式，其中固定投射激光扫描子系统安装在图3D1所示的底部安装的激光扫描器的光具座上；

图3D7概略地表示了由安装在如图3D1所示的底部安装的激光扫描器的光具座上的八个固定投射激光扫描子系统通过装在传送带上的扫描窗产生的最终(集合)的全方位扫描样式；

图4是一个概略的方框图，示出了合并在本发明的第一个实施例的自动通道型包识别和测量系统中的如下的子系统：全息照相和固定投射激光扫描子系统；包丈量/测量子系统；速度和长度测量子系统；包入通道指示子系统；包出通道子系统；包移动称重子系统；数据单元排队、操纵和处理子系统；输入/输出口多路复用子系统；和传送带子系统；

图5A概略地示出了在本发明的第一个实施例的通道扫描系统的3-D扫描体积的X-Y平面中提供的全方位扫描的方向，此处使用了前和后的全息照相激光扫描子系统和底部安装固定投射扫描子系统；

图5B概略地示出了在本发明的第一个实施例的通道扫描的3-D扫描体积的Y-Z平面中提供的全方位扫描的方向，此处使用了底部安装在固定投射激光扫描子系统；

图6概略地示出了在第一个实施例的通道扫描的3-D扫描体积的X-Y平面中提供的全方位扫描的方向，此处使用了左前、左后、右前和右后全息照相激光扫描子系统；

图7概略地示出了在第一个实实施例的通扫描的3D扫描体积中的Y-Z平面中提供的全方位扫描的方向，此处使用了前和后全息照相激光扫描子系统；

图8A概略地示出了在本发明的第一个实施例的通道扫描的3-D扫描体积中的Y-Z平面中提供的全方位扫描的方向，其中使用了全息照相激光扫描子系统(由R/B(右后)角#1、R/B角#2、R/F(右前)角#1和R/F角#2所示)；

图8B概略地示出了在本发明的第一个实施例的通道扫描系统的3-D扫描体积中的X-Y平面中提供的全方位扫描方向，其中使用了全息照相激光扫描子系统(由R/B角#1，R/B角#2，R/F角#1和R/B角#2指示)；

图9A概略地示出了在本发明的第一个实施例的通道扫描系统的3-D扫描体积中的Y-Z平面中提供的全方位扫描方向，其中使用了全息照相激光扫描子系统(由L/B(左后)角#1，L/B#2，L/F(左前)角#1和L/F角#2指示)；

图9B概略地示出了在本发明的第一个实施例的通道扫描系统的3D扫描体积中的X-Y平面中提供的全方位扫描方向，其中使用了全息照相激光扫描子系统(由L/B角#1，L/B角#2，L/F角#1和L/F角#2指示)；

图10概略地表示了在本发明的第一个例示实施例的通道扫描子系统中使用的有关全息照相扫描盘的控制板和解码处理板上的部件，示出了在控制板上的定位脉冲检测器和定位偏移脉冲(HOP)发生器和小平面-扇面起始脉冲(Start-of-facet-sector pulse(SOFSP))发生器、数字化线路、解码信号处理器和ROM，ROM中包含相对于从本发明的控制板发送到解码处理板的HOP与每个SOFSP有关的相对定时信息；

图10A概略地表示了用在与本发明的第一实施例的系统中的全息照相激光扫描子系统有关的每个解码板上的小平面-扇面起始脉冲(SOFSP)发生器；

图10B是包含用于图10A中示出的SOFSP发生器的SOFP发生模块的参数和信息的表；

图10C概略地表示了用于本发明的每个小平面-扇面起始脉冲(SOFSP)发生器中的小平面起始脉冲(SOFP)发生器的操作，其中在SOFP发生器中，相对于从与每个全息照相扫描盘相关的控制板上的HOP发生器接收到的定位偏移脉冲(HOP)而产生生小平面起始脉冲；

图10D是包含参数和信息的第二表，它在图10A示出的SOFSP发生器的SOFSP发生模块中应用；

图10E1和10E2列出一个表，包含一组用在图10A中示出的SOFSP发生器中的SOFSP模块的产生规则；

图10F概略地表示了本发明的小平面-扇面起始脉冲(SOFSP)发生器的操作，其中小平面扇面起始脉冲(SOFSP)在SOFSP发生器中相对于从与每个全息照相扫描盘有关的控制板上的HOP发生器接收到的定位偏移脉冲(HOP)而发生；

图11是图10中示出的数字化线路的示意图，它使用一对双FIFO存储缓冲器来同步跟踪数字扫描数据和有关在图12的光学编码全息照相扫描盘上的小平面-扇面的信息，该扫描盘用于产生激光扫描光束，该光束用于从输送通过本发明的第一实施例的通道扫描子系统的包上的条码标记收集那样的数字扫描数据；

图11A是图10A中示出的数字化线路的更详细的示意图；

图11B1、11B2和11C列出包含参数和信息的表，它们用在如图11A所示本发明的解码处理器中，以便从基于时间的小平面-扇面有关信息恢复数字计数数据，并产生解码的标记字符数据和的小平面扇面角的最大值、最小值，这些角规定了在特定的全息照相扫描盘上的小平面扇面，而扫描盘用于产生激光扫描光束/面，以便收集与被解码的条码标记相关的扫描数据；

图11D是一个高层(high level)流程图，描述了由如图11A所示的本发明的解码处理器完成的处理步骤；

图12A是全息照相扫描盘的示意图，它包含一个光学编码的定位脉冲标志和盘外缘的一系列小平面-扇面起始标志，指出沿着盘每个小平面扇面相对于定位脉冲标志的开始点；

图12B概略地示出与可以应用在本发明的通道扫描子系统有关的控制板和解码处理板上的部件，示出了在控制板上的定位脉冲检测器和定位偏置脉冲(HOP)发生器，以及小平面扇面起始脉冲(SOFSP)发生器、数字化线路、解码信号处理器和ROM，ROM中包含相对于从本发明的控制板送到解码处理板的HOP的有关每个SOFSP的相对定时信息；

图12C是用于如图12B所示的每块解码板上的小平面-扇面起始脉冲(SOFSP)发生器的图示；

图12D是一个包含参数信息的表，用于如图12C示出的SOFSP发生器的SOFSP发生模块中；

图12E是图12C中示出的小平面-扇面起始脉冲(SOFSP)发生器的操作的图示，其中小平面扇面起始脉冲是相对于从与每个全息照相扫描盘相关的控制板上的HOP发生器收到的定位偏移脉冲(HOP)而产生的；

图13A是图12B中示出的数字化线路的示意图，它使用一对双FIFO存储缓冲器来同步跟踪数字扫描数据和有关在全息照相扫描盘上小平面-扇面的信息，该扫描盘用于产生激光束，该光束用于从输送通过该通道扫描子系统的包上的条码标记收集那样的数字扫描数据；

图13B是更详细地示出图13A中的数字化线路的示意图；

图13C1和13C2是包含参数和信息的表，它们用在如图13A所示的本发明的解码处理器中，以便从基于时间的小平面-扇面有关信息恢复数字计数数据，并产生解码的标记字符数据和小平面扇面角最大端子、最小值，这些角规定了在特定的全息照相扫描盘上的小平面扇面，而扫描盘用于产生激光扫描光束/平面，以便收集与被解码的条码标记相关的扫描数据；

图13D是一个高层流程图，描述了由如图12B所示的本发明的解码处理器完成的处理步骤；

图14A概略地表示了应用在本发明第一个实施例的通道扫描子系统中的全息照相扫描子系统的另一个实施例的与全息照相扫描盘相关的控制板和解码处理板上的部件，示出了控制板上的定位脉冲检测器和定位偏移脉冲(HOP)发生器和小平面-扇面起始脉冲(SOFSP)发生器、数字化电路和解码信号处理器；

图14B概略地表示了应用在与图14A中画出的全息照相激光扫描子系统相关的每个解码板上的小平面-扇面起始脉冲发生器，

图14C是一个流程图，描述了在与每个全息照相扫描盘相关的控制板上的HOP发生器的操作，其中定位偏移脉冲(HOP)从全息照相激光扫描子系统中的控制板上的HOP发生器自动地产生，而与这里应用的全息照相激光扫描子系统的角速度无关；

图14D是描述在每个解码板上的SOFSP发生器的操作的流程图，其中，相对于被SOFSP发生器中的控制模块接收到的定位偏移脉冲(HOP)，小平面起始脉冲(SOFP)是在SOFP发生模块中与子系统的全息照相扫描盘的角速度无关地自动生成的，而相对于由SOFP发生模块产生的SOFP，小平面扇面起始脉冲(SOFSP)是在SOFSP发生模块中与子系统的全息照相扫描盘的角速度无关地产生的；

图15是与本发明的第一个实施例的系统的通道传送和包高度/宽度轮廓测量子系统配置在一起的包速度与长度测量子系统的图；

图15A示出基于双激光的包速度和测量子系统，它安装在“直接发送/接收”(direct transmit/receive)构造中，该构造位于应用于本发明的包高度/宽度轮廓测量子系统的垂直和水平光幕处；

图15A1概略地示出了由图15中的基于双激光的包速度与测量子系统的光接收器收到的信号；

图15A2概略地示出由光接收线路产生并作为输入提供给图15中示出的基于双激光的包速度和测量子系统的信号处理器的信号；

图15A3是驱动用于如图15A所示的基于双激光的包速度和测量子系统的双激光二极管的线路的示意图；

图15A4是调整从应用在如图15A的基于双激光的包速度和测量子系统的光接收器接收的信号的线路的示意图；

图15B概略地示出基于双激光的包速度和测量子系统，它安装在”向后反射“(retro-reflection)构造中的垂直和水平光发送/接收装置的位置处，后者应用在本发明的包高度/宽度轮廓测量子系统中；

图15B1是电子线路的示意图，该电子线路适用于自动产生一对空间相隔已知距离的激光束，此激光束朝向位于本发明的第一个实例的系统的传送带反面的向后反射装置，并自动地检测向后反射光束和对其处理，以便产生适于计算通过在图15B中所示的基于双激光的包速度和测量子系统中发送的激光束的包的长度和速度的信号；

图15C到15C2一起列出了一个流程图，描述由用在图15和图15B所示的基于双激光的包速度和测量子系统中的信号处理器完成的步骤，用于计算通过基于双激光的包速度和测量子系统的激光束的包的速度(V)和长度(L)；

图16是本发明的自动包识别和测量系统的透视图，示出相对于符号上嵌入该结构的全局座标系统R_global的包高度/宽度轮廓测量系统的位置；

图16A概略地示出应用在本发明的第一个实施例的系统中的包高度/宽度轮廓测量子系统的水平与垂直排列的光发送和接收装置和分部件；

图17A是通过图16的包高度/宽度轮廓测量子系统并排排列的一对包的侧视图；

图17B是通过图16的包高度/宽度轮廓测量子系统并排排列的一对包的平面图；

图17C是正通过图16的包高度/宽度轮廓测量子系统并被作轮廓测量的并排排列的一对包的侧视图；

图18A是沿着传送带子系统传送的一对堆积的包的侧视图，其中一个包正通过图16的包高度/宽度轮廓测量子系统并被作轮廓测量，而另一个包尚未被该系统作轮廓测量；

图18B是沿着传送带子系统传送的一对堆积的包的侧视图，其中两个包均不通过图16的包高度/宽度轮廓测量子系统并被作轮廓测量；

图18C是沿着传送带子系统传送的一对堆积的包的侧视图，其中一个包正通过图16的包高度/宽度轮廓测量子系统并被作轮廓测量，而另一个包已经被该系统做了轮廓测量；

图19是用于从图16的包高度/宽度轮廓测量子系统的宽度和高度轮廓测量数据通道产生的滤波数据流的改善的三阶有限脉冲响应(FIR)数字滤波系统的图，在按照本发明的原则同时作包的检测并在实时基础上完成跟踪的方法范围内，用于检测沿传送带宽度和高度轮廓的突然变化；

图19A是一个流程图，描述了图19的FIR数字滤波系统的操作以及如何检测由图16的包高度/宽度轮廓检测子系统产生的宽度及高度数据流的突然变化；

图19B是一个流程图，描述了使用图19的FIR数字滤波系统检测由图16的包高度/宽度轮廓检测子系统产生的宽度数据流的突然变化，来同时检测沿传送带的包的并排排列；

图19C是一个流程图，描述了使用图19的FIR数字滤波器检测由图16的包高度/宽度轮廓检测子系统产生的高度数据流的突然变化，来同时检测沿传送带的包的堆积排列；

图20A是用于本发明的第一实施例的系统中的移动称重子系统的侧视图，其中称重(scale)和数据处理分部件被安置在图16的包高度/宽度轮廓检测子系统的附近；

图20B是图20A中示出的移动称重子系统的平面图，其中一个移动的包当它沿着第一个实施例的系统的传送带输送时正在称重部件上称重；

图21是应用在本发明的第一个例示实施例的自动包识别和测量系统的包入通道(package-in tunnel)信号子系统的示意图；

图22和22A一起提供了图4示出的本发明的数据单元排队、操纵和处理子系统的图；

图23A1和23A2列出一个规则表，用于操纵存储在图22的数据单元排队、操纵和处理子系统中的系统事件队列的数据单元；

图24概略地示出了由与图22的数据单元排队、操纵和处理子系统一起配置的包表面几何模型化子系统(即模块)建立的表面几何模型，示出如何使用在全局参考座标R_global中的至少三个位置向量(参照到x＝0，y＝0，z＝0)和延伸到包表面指出入射光反射方向的法向向量在数学上表示(即模型化)每个包(输送通过包丈量/测量子系统和包速度/长度测量子系统)的每个面；

图24A是一个表，列出为了建立输送通过系统的包丈量/测量子系统和包速度/长度测量子系统的每个包的基于向量的表面模型的较佳过程；

图25A到25A1是由图22的扫描光束几何模型化子系统(即模块)建立的基于衍射的几何光学模型的示意图，用于将从小平面的特定点将激光扫描光束发射到它的相应光束折叠镜的反射点，发射到由小平面的焦距确定的焦平面，而焦距是在图22示出的扫描光束几何模型化模块中建立的；

图25B1到25B3列出一个参数表用于构造如图25A和25A1所示的扫描小平面和激光扫描光束的基于衍射的几何光学模型；

图25C1和25C2一起列出一张参数表，用于本发明全息照相激光扫描子系统的电子表格(Spread-sheet)设计，以及对于用于3-D射线跟踪技术的扫描光束实时产生几何模型；

图26概略地表示了如图25A和25A1中所示的激光扫描盘，其上标上与图25A和25A1的基于衍射的几何光学模型相关的特定参数；

图27是一张表，列出为激光扫描光束建立一个基于向量的射线模型的较佳过程，该光束由该系统的全息照相激光扫描子系统产生，后者能收集与在通道扫描子系统中读出的解码的条码标记相关的扫描数据；

图28是由如图22A所示的扫描曲面子系统(即模型)对每个候选的(cardidate)扫描光束建立的基于向量的2-D曲面几何造型的示意图，并示出如何使用在全局参考座标架R_global中的四个位置向量(参考到x＝0，y＝0，z＝0)和延伸在扫描曲面上指出激光扫描射线在扫描操作中投射的方向的法向向量来从数学上表示(模型化)由一特定的基于多面体的底部扫描单元产生的每个全方位扫描样式；

图29概略地用图形示出，一个在局部扫描器座标参考架R_{localscannerj}中建立的基于向量的模型如何能使用齐次转换成在全局扫描器座标参考架R_global中建立的相应的基于向量的模型；

图30概略地图示了一个在“包高度/宽度轮廓测量位置”上的全局座标参考架R_global中建立的基于向量的包曲面模型如何能使用齐次转换到在通道中“扫描位置”处的全局扫描器座标参考架R_global中建立的相应的基于向量的包表面模型，并示出如何使用包速度(V)和放在包数据单元及匹配的扫描光束数据单元中的时间标记指出的时间差，计算包高度/宽度轮廓测量和扫描位置之间的包移动距离(d)，这些时间标记是在图322和22A的数据单元排队、操纵和处理子系统中完成的每次扫描光束/包表面相交判断期间放入的；

图31A和31B一起提供一个过程，用于判断与由全息照相扫描子系统产生的特定扫描光束数据单元相关的扫描光束(射线)是否与在特定扫描位置被扫描的包的任何表面相交，并判断是否使一个特定的包识别数据单元与由系统取得的特定包测量数据单元相关联；

图32A和32B一起提供了一个过程，用于判断与由非全息照相(如基于多面体的)位于底部的扫描子系统产生的特定扫描光束数据单元相关的扫描表面是否与在特定扫描位置被扫描的包的任何表面相交，并判断是否使一个特定包识别数据单元与由系统取得的特定测量数据单元相关联；

图33是按照本发明的第二个实施例构造的“双通路”(dual-lane)自动通道型激光扫描包识别和称重系统的透视图；

图34是一个方框图，示出了全息照相激光扫描子系统；包入通道指示子系统；包速度测量子系统；包出通道子系统；包移动称重子系统；数据排队、操纵处理子系统；输入/输出口多路复用子系统；和传送带子系统；

图35概略地示出了从应用在本发明的第二实施例的通道型扫描系统的双盘全息照相激光扫描子系统中的一个盘投射出的激光扫描样式；

图36是如图33所示安装在系统的传送带上方的双盘全息照相激光扫描子系统的平面图；

图37概略地示出了应用在本发明的激光扫描子系统的每个全息照相激光扫描盘；

图38是一个列出设计参数的表，用于构造在第二个实施例的通道扫描子系统中应用的双盘全息照相激光扫描子系统的每个全息照相盘；

图39A到39C一起示出装在本发明的第二个实施例的单盘全息照相激光扫描子系统的机箱中的模拟信号处理板、解码信号处理板上相互连接的分部件；

图40A到40C一起列出一个流程图，描述了由图33的传送带速度测量子系统使用的计算过程，计算本发明的第二实施例的系统的传送带速度；

图41概略地示出了应用在图33所示本发明的第二个实施例的系统的数据单元排队、操纵和处理子系统；

图42A和42B列出一个规则表，用于处理存储在图41的数据单元排队、操纵和处理子系统的系统事件队列中的数据单元；

图43概略地示出用于建立第二个实施例的通道扫描系统中每个包位置区域的基于向量的模型的系统及方法；

图44A和44B提供一个流程图，列出用于建立第二个实施例的通道扫描系统中每个包位置区域的基于向量的较佳过程；

图45图示了一个在局部扫描器座标参考架R_{lacalscannerj}中建立的基于向量的扫描光束模型如何使用齐次转换模块转换到在全局扫描器座标参考架R_global中建立的相应的基于向量的模型；

图46是一个流程图，列出了一个较佳过程，用于判断与由图33的系统中的全息照相扫描子系统产生的特定扫描光束数据单元(射线)相关的光束是否在与扫描光束数据单元相关的扫描位置处被扫描的包相关联的包位置区域相交，并判断是否使一个特定的包识别数据单元与由系统取得的特定的包测量数据单元或标志相关；

图47是按本发明的第三个实施例构造的自动通道型激光扫描包识别和称重系统的透视图，其中堆积排列或并排排列的多个包以不需人为干预的全自动方式沿着高速传送带被输送、丈量、称重和识别；

图48是图47的系统的方块图，示出其子系统的结构，其中包括：包含一个全息照相和非全息照相激光扫描子系统的扫描通道；安装在通道扫描子系统的入口侧的第一同时多包检测和丈量子系统；安装在通道扫描子系统的出口侧的第二同时多包检测和丈量子系统；包/传送带速度测量子系统；包移动称重子系统；数据单元排队、操纵和处理子系统；输入/输出(I/O)子系统；传送带子系统；和主时钟，用于在整个系统中当产生时间标记数据单元时建立一个全局时钟基准；

图49概略地示出了安装在通道扫描子系统入口侧的第一同时多包检测和丈量子系统，示出了其各种的组成分部件；

图49A概略地示出应用在图49的子系统中的高度轮廓数据分析器，包括数据控制器、时间标记模块、高度轮廓数据单元队列、高度轮廓数据分析器、以及多个移动包跟踪队列，它们配置在位于通道扫描子系统的入口侧处系统传送带上方的不同空间区域；

图49B是激光扫描机构的方框图，该机构用于图49所示的同时多包检测和丈量子系统；

图50概略地示出了安装在通道扫描子系统出口侧的第二同时多包检测和丈量子系统，示出了其各种的组成分部件；

图50A概略地示出应用在图50的子系统的高度数据分析器，包括数据控制器、时间标记模块、高度轮廓数据单元队列、高度轮廓数据分析器、以及多个移动包跟踪队列，它们配置在位于通道扫描子系统的出口侧处系统传送带上的不同空间区域；

图50B是用于图50所示的同时多包检测和丈量子系统的激光扫描机构的方框图；

图51和51A一起提供了如图47和48所示的本发明的数据单元排队、操纵和处理子系统的示意图；

图52A和52B列出一个规则表，这些规则用于处理存储在图51的数据单元排队、操纵和处理子系统的扫描光束数据单元(SBDE)队列中的数据单元；

图53A概略地示出了由与图49和49A的数据单元排队、操纵和处理子系统一起配置的包表面几何模型化子系统(即模块)建立的表面几何模型，示出如何使用在全局参考座标R_global中的至少三个位置向量(参照到x＝0，y＝0，z＝0)和延伸到包表面指出入射光反射方向的法向向量在数学上表示(即模型化)每个传送经过包丈量/测量子系统的包的每个面；

图53B是一个表，列出对通过本系统的包检测和丈量子系统的每个包的每个表面建立基于向量的表面模型的较佳过程；

图54是一个表，列出为由本系统的全息照相激光扫描子系统产生的激光扫描光束建立的基于向量射线模型，它能收集在通道扫描子系统中与解码条码标记相关的扫描数据；

图55是由如图51所示的扫描曲面子系统(即模型)对每个候选扫描光束建立的基于向量的2-D曲面几何造型的示意图，并示出如何使用在全局参考座标R_global中的四个位置向量(参照到x＝0，y＝0，z＝0)和延伸到扫描曲面上指出激光扫描射线在扫描操作中投射的方向的法向向量来从数学上表示(模型化)由一特定的基于多面体的底部扫描单元产生的每个全方位扫描样式；

图56概略地用图形示出，一个在局部扫描器座标参考架R_{localscannerj}中建立的基于向量的模型如何能使用齐次转换模块转换成在全局扫描器座标参考架R_globeal中建立的相应的基于向量的模型；

图57概略地图示了一个在“包高度/宽度轮廓测量位置”上的全局座标参考架R_global中建立的基于向量的包曲面模型如何能使用齐次转换模块转换到在通道中“扫描位置”处的全局扫描器座标参考架R_global中建立的相应的基于向量的包表面模型，并示出如何使用包速度(V)和放在包数据单元及匹配的扫描光束数据单元中的时间标记指出的时间差，计算包高度/宽度轮廓测量和扫描位置之间的包移动距离(d)，这些时间标记是在图51和51A的数据单元排队、操纵和处理子系统中完成的每次扫描光束/包表面相交判断期间放入的；

图58A和58B一起提供一个过程，用于判断与由全息照相扫描子系统产生的特定的扫描光束数据单元相关的扫描光束(射线)是否与在特定扫描位置被扫描的包的任何表面相交，并判断是否使一个特定的包识别数据单元上由系统取得的特定测量数据单元相关；

图59A和59B一起提供了一个过程，用于判断与由非全息照相(如基于多面体的)位于底部的扫描子系统产生的特定扫描光束数据单元相关的扫描表面是否与在特定扫描位置的被扫描的包的任何表面相交，并判断是否使一个特定包识别数据单元与由系统取得的特定测量数据单元相关；

图60概略地示出本发明的一个自动包识别和测量系统，示出了到关系数据库管理系统(RDBMS)和一个因特网信息服务器的连接，后者连接到与因特网互联的局部信息系统，使得客房和其他授权人士能使用万维网(www)浏览器程序以(1)远程访问(从一个因特网服务器)有关任何一个输送经过该系统的包，和有关该系统的诊断，和(2)远程控制该系统的各种分部件，以便重新编程它的子系统，完成服务过程，性能校验等，以及完成为保持系统最佳运行所需的维护，而尽可以减小系统运行的故障时间或崩溃。

本发明最佳模式实施例的详细描述

参照附图，将详细描述本发明的自动包识别和测量系统的最佳模式实施例，相似的单元将用相似的标号。

本发明的第一实施例的自动通道型激光扫描包识别和测量系统

在图1中示出了为满足订货客户的要求设计的一种自动通道型激光扫描包识别和测量(即丈量和称重)系统，如美国邮政(USPS)那样的客户需要“不用手”(hands-free)的至少六面包的条码(或码标记)扫描，其中被阅读的包含码标记的标签可放置在箱子或容器结构的六个或更多个面的任一面上的任何方向。此处所用的术语“不用手”意味着扫描在某种类型传送系统上沿一个方向输送经过扫描器的箱或包上的条码。在此实施例中，包是以传统方式单行排列的。

如图4所示，用标号1指出的第一个实施例的自动通道扫描系统包括若干子系统的集成，即：高速包传送系统300，它具有至少包括两个分段302A和302B的传送带300，每段至少30英寸宽，支持沿该传送带的一个或多个包传输通路；通道扫描子系统，包括101到117的一个全息照相和非全息照相激光扫描条码标记阅读子系统的排列，它们用支架150安装在传送带的上方或下面，以便产生一个在传送带上真3-D全方位扫描体积，用于与包或条码的方向无关地扫描输送经过的包上的条码；包速度和长度测量子系统400；包入通道指示子系统500，它作为2-D光检测装置实现，沿传送带安装在通道的入口侧，用于检测每个进入扫描通道的包的出现；包(x-y)丈量子系统600，使用子系统500的2-D光检测装置产生被检测包的x-y轮廓数据；包出通道指示子系统700，作为红外(IR)光检测物体检测设备，沿着传送带安装在通道的出口侧，用于自动检测离开扫描通道的包的出现；移动称重子系统750，用于称重沿传送带输送的包；输入/输出子系统800，用于管理到图1的系统的输入和输出；和带有图形用户接口(GUI)901的数据管理计算机900，用于实现如图22所示的一个数据单元排队、操纵和管理子系统1000，以及其它的数据与系统管理功能。

本发明的第一个实施例的激光扫描通道子系统

如图1到1F所示，第一实施例的通道扫描系统1包括激光扫描子系统(即扫描器)的一个排列，凭借它们的相对于传送带子系统300的位置，实质上形成了在传送子系统的传送带上方和周围的“通道”扫描子系统。在任何类型的包分类领域中，不论是上、行李(如在空港终端)或其他物件或箱子，此类的码标记扫描系统均被该专业领域人称之为“通道扫描系统”。

在图1到9B中详细地示出的第一实施例的通道扫描系统已经被设计和构造以满足客户确定的专门一组扫描参数。例如，条码标签可以在一个具有六个面的箱子的任一个面上。条码标签可以是任何取向。此外，带着需读取的条码标签的物体可以每秒400英尺以上的速度通过传送带的扫描器。在此实施例中，传送带302A和302B以每秒520英尺运动，但在另外的实施例中有许多运动得更快。需读取的条码类型包括39码、128码和其他等。需读取的条码的条空比(aspect ratio)在10密耳(0.001英寸)和以上的数量级。

本发明的通道扫描系统能用于各种类型的目的，例如可阅读条码以确定(a)输入包的识别，(b)输出包的识别，和(c)输出包的分类。对于分类应用，使用从条码导出的信息不仅可用于识别该包，而且可采用导向装置(deflector)、通路选定器(router)和其他在包和包裹处理技术中熟悉的其他设备将该包导向特别的通路。

在本实施例中，在通道子系统中被扫描的体积(即3-D扫描体积)约1米宽(即传送带的宽度)；10英尺长；和1米高(即可能通过的箱子的最高高度)。由图示出并且在上面叙述的全息照相激光扫描子系统的协调操作产生的激光扫描样式用每秒超过400,000根扫描线充满整个3-D扫描体积。该通道扫描系统的3-D扫描体积与传送带表面相符合，从传送带表面开始，以便能扫描平坦的物品(如信封)，而且在传送带子系统表面上方延伸约1米(“h”)。

如图1到1C所示，16个全息照相激光扫描子系统101到116安装在轻型的扫描器支架304上，其位置在图2C所示的通道扫描器定位数据表中指定。在此表中用于识别通道扫描子系统的每个全息照相扫描子系统的术语(如”顶部前面(Top/Front)子系统t，顶部背后(Top/Back)等)被用于整个图中而不用标号。一个由标记“底部”(bottom)或117识别的固定投射扫描器子系统安装在组成通道扫描子系统100的第一和第二传送平台302A和302B之间的间隙305中。

每个安装在扫描器支架角隅内的全息照相扫描器(记为R/F(右前)角#1，R/F角#2，R/B(右后)角#1，R/B角#2、L/F(左前)角#1，L/F角#2，L/B(左后)角#1，L/B角#2)是单盘全息照相子系统，具有使用六个激光扫描站构成的5个焦平面，每个激光扫描站包括VLD、光束折叠镜、抛物型聚光镜、信号处理线路板等，这些扫描器是使用在申请人的审查中的专利申请(1997年10月14日提交的第08/949,915号；1997年5月12日提交的第08/854,832号；1997年4月22日提交的第08/886806号；1996年10月7日提交的第08/726,522号；和1995年12月18日提交的第08/537,949号，每项申请均通过参照而饮引用于此)中的方法设计和构造的。对于在图3A4中所示20个小平面全息照相扫描盘和此处所用的支架子系统的设计参数列在图3A5的表中。值得注意的是，在图3A5的表中列出的设计参数详细地在上述提到的美国专利申请中确定。投射到每个单盘全息照相扫描子系统的中间(第三)焦点/扫描面的扫描样式在图3A6中示出。

在图5A到9B中概略地示出了在本发明的通道扫描系统的3-D扫描体积中提供的各种全方位扫描方向。这些图说明了在通道扫描系统中的每个激光扫描子系统如何致力于产生由该通道扫描器得到的真正的全向扫描性能。

如图所示，两个三盘全息照相扫描器(记作顶部前面和顶部背后)借助于扫描器支架安装在传送带的上方。四个三盘全息照相扫描器(记作L/F(左前)、L/B(左后)、R/F(右前)、L/B(左后))被安装在扫描器支架的左边和右边。在图3B1到3B8十分详细地示出每个这样的三盘全息照相扫描子系统。这些全息照相扫描子系统的每一个有使用三组六个激光扫描站构成的五个焦平面，排列在二十个小平面的扫描盘的周围。扫描盘周围的每个激光扫描站包括VLD、光束折叠镜、抛物型聚光镜、信号处理线路板等。在这些三盘扫描器中的每个全息照相激光扫描子系统是使用下列申请人的那些审查中的专利申请中详细介绍的方法设计和构造的，这些申请包括：1997年10月14日提交的第08/949,915号；1997年5月12日提交的第08/854,832号；1997年4月22日提交的第08/886,804号；1996年10月7日提交的第08/726,522号；和1995年12月18日提交的第08/573,949号，它们每个通过参照而引用于此。在此使用的对图3B2中示出的二十个小平面的全息照相扫描盘的每一个与支架子系统的设计参数列于图3B3A和3B3B的表中。值得注意的是，在图3B3A和3B3B的表中列出的设计参数在上面提到的美国专利申请中被详细地确定。投射到每个三盘全息照相扫描子系统的中间(第三个)焦点/扫描平面的扫描样式如图3B8所示。

如图所示，两个三盘全息照相扫描器(记作前和后)借助扫描器支架安装在传送带上方。在图3C1和3C2中更详细地示出这些三盘全息照相扫描子系统中的每一个。这些全息照相扫描子系统的每一个有使用三组六个激光扫描站构成的五个焦平面，排列在二十个小平面的扫描盘的周围。扫描盘周围的每个激光扫描站包括VLD、光束折叠镜、抛物型聚光镜、信号处理线路板等。这些三盘扫描器中的每个全息照相激光扫描子系统是使用申请人那些审查中的专利申请中详细介绍的方法设计和构造的，这些申请包括：1997年10月14日提交的第08/949,915号；1997年5月12日提交的第08/854,832号；1997年4月22日提交的第08/886,804号；1996年10月7日提交的第08/726,522号；和1995年12月18日提交的第08/573,949号，通过参照把它们引用于此。在此使用的对图3A4的表中所示的二十个小平面的全息照相扫描盘的每一个与支架子系统的设计参数列于图3A5的表中。得注意的是，在图3A5的表中列出的设计参数在上面提到的美国专利申请中被详细的确定。投射到每个三盘全息照相扫描子系统的中间(第三个)焦点/扫描平面的扫描样式如图3C2所示。

在图3D1到3D7中详细地示出了应用在通道扫描系统中的底部安装固定式投射扫描(记作底(Bottom))。如图3D1所示，底部安装的扫描器包括图3D2所示的八个固定投射激光扫描子系统，它们沿着光具座119安装，如图3D1所示。每个固定投射扫描子系统118包括：在中心参考面周围排列的四个固定镜面120A到120D，而中心参考面沿着子系统的光具座的纵向延伸；安装在靠近套装的120A到120D的镜面排列的八面马达驱动多面体扫描单元122；沿着中心参考面安装在套装镜面排列上方的聚光镜123；产生激光束的激光二极管124，激光束通过聚光镜123，射到多面体扫描单元122；和安装在多面体扫描单元122上方的光探测器125，用于检测反射的激光并产生指出被检测的激光强度的扫描数据信号，以使用条码阅读技术中熟悉的方式作后续的信号处理。

如图3D1所示，每个子系统118安装在光具座119上，带有光发送小孔127的机箱126以传统的方法安装到光具座119上。如图所示，一块保护的，防划伤的扫描窗玻璃128装在光发送小孔127上，将灰尘、污物和其他形式的碎片排除在机箱之外。当底部扫描单元117被组装时，它被安装到一对支撑托架129上，后者又安装在与扫描通道架304A相连结的基本支撑托架130上，如图1D所示。如图3D3A所示，扫描单元117相对于传送带段302A和302B安装，使底部扫描单元117的扫描窗128以对保护的传送带窗306约28°的角度放置，后者放置在传送带段302A和302B之间形成的间隙区305中(例如约5.0英寸宽)。如图3D3A所示，底部扫描单元117安装在传送带扫描窗306以下约12.5英寸处。而且，从子系统118输出的标记字符数据被送到数字数据多路复用器130，后者将标记字符数据发送到I/O子系统800，如图4所示。

在每个子系统118中分别由各个固定镜面120B、120C和120A、120D产生的部分扫描样式被分别示于图3D4和3D5中。由每个子系统118产生的全部样式示于图3D6中。在图3D7中示出由底部扫描器单元中一起工作的八个子系统118产生的合成全方位扫描样式。

如图3A7A到3A7C的系统所示，本发明的每个全息照相激光扫描单元101到106包括多个系统部件，其中许多在控制板200，多个(如六个)模拟信号处理板201A-201F和六个数字信号处理板202A-202F上实现。

如WIPO专利申请公布第WO 98/2294号中所述，采用的每个全息照相激光扫描单元101到116从它极为紧凑的扫描器机箱140(如图3A2和图3C1中的140所示)在很好确定的3-D扫描体积中圆柱形地发出复杂的三维激光扫描样式，3-D扫描体积将在下面详细讨论。在第一个实施例的系统中，每个那样的激光扫描样式由旋转的全息照相扫描盘130产生，而盘周围安装了六个独立的激光扫描站，有时被专利共同申请人称为扫描模块。

在图3A1中，详细地示出全息照相扫描器中的激光扫描站。值得注意的是，此处有关的所有分部件用字符“A”表示，而有关另外五个激光扫描站的分部件分别用字符“B”到“F”表示。如图3A1所示，与每个激光扫描站相关的光束折叠镜142A，相切地安装邻接到全息照相扫描盘130。在此实施例中，光束折叠镜142A使用支撑腿144A和145A及背后支撑托架146支撑在相对于机箱底(即光具座)143的位置。

如图3A1所示，与每个激光扫描站相关的激光束产生模块147安装在紧挨在它相关的光束折叠镜142A下面的光具座上(即机箱基板143)。根据在构造全息照相激光扫描器中采用激光束产生模块的哪一个实施例，激光束产生模块的位置可以是不同的。

如图3A2所示，六个激光产生模块142A到142F安装在基板143上，基本上但不是精确地绕着电动马达150的转轴对称。在激光器扫描操作中，这些激光束产生模块产生六个互相独立的激光束，它们以入射角A_i通过全息照相盘130的边缘，由于本实施例中激光扫描样式的对称性，对于每个激光扫描站的入射角是相同的(即对所有i，A_i＝43.0度)。从六个激光束产生模块142A到142F产生的入射激光束沿着六个中心参考面延伸，每个都垂直于基板143的平面，并且排列成使两个相邻中心面相隔60度，在图3A2中作出最好的图示。虽然这些参考面不是真实的(即，仅是虚拟的)，但是在描述本发明的全息照相激光扫描器的每个激光扫描站的几何结构时它们是有用的。

如图3A1所示，每个激光扫描站的光探测器152A(到152F)沿着它的中心参考面安装在全息照相130的上方和相关的光束折叠镜142A(到142F)的对面，所以在激光扫描和光收集操作中不会阻碍或干扰光从反射表面(如产品表面，条码标记等)反射的返回(即输入)激光射线。在本实施例中，三个光探测器152A到152F被光探测器支架153支撑在其对应位置上，而支架借助于垂直延伸的支撑单元154A到154F安装到光具座上。从每个光探测器产生的电模拟扫描数据信号以传统的方式由如图所示也支撑在光探测器支架上的模拟扫描数据处理板201A(到201F)处理。注意，光探测器支撑板相对于基板(即光具座)的高度选得小于最小高度，使得光束折叠镜必须延伸到全息照相的上方，以便实现本实施例的预定的激光扫描样式。在实践中，在全息照相盘在按照本发明的设计过程完全设计好以后再选定(规定)此高度参数，而满足加到盘设计过程中的设计约束。如在WIPO专利申请公布第WO98/22945号中详细解释的那样，使用电子制表软件(spreadsheat)型计算机程序在分析上把激光扫描装置和激光束扫描过程的光学的几何结构模型化就允许设计者确定与盘上全息照相扫描小平面有关的几何参数，这些盘在给出光束折叠镜的指定最大宽度Y_j以后将产生预先指定的激光扫描样式(包括聚焦颊分辨力)，而在全息照相扫描盘上使得使用可用的光收集区最大化。

如在图3A3中最佳地示出的，与每个激光扫描站相关的抛物型集光镜149A(到149F)沿着与该激光扫描站有关的中心参考面放置在全息照相扫描盘130的下面。仍不离开此图，抛物型集光单元(如镜)149A相对于扫描盘130上全息照相的小平面的精确位置对于有效地由与每个激光扫描站相关的光探测器152A作出的光检测是很关键的要求。单是把光探测器的位置放在抛物型光聚焦镜的焦点对于本发明的光检测子系统的最优光检测是不够的。如在WIPO专利申请公布第WO 98/22945号中所提到的，仔细的分析必须考虑在扫描盘上全息照相小平面的光衍射效果，考虑通过此处用于检测的收集和聚焦光射线的偏振状态。下面将更清楚，那样光衍射效果分析的目的是保证实现两个重要的条件，即：(i)基本上所有从一个物体(如条码标记)反射并通过此全息照相小平面(产生相应的瞬态扫描光束)的输入光射线被抛物型集光镜所收集；(ii)由抛物型集光镜收集的所有光射线被聚焦通过与该站有关的光探测器上的同一个全息照相小平面，使全息照相小平面中光衍射和折射散射的损失极小。在WIPO专利申请公布第WO98/22945号中描述了一个详细的过程，用于设计和安装抛物型集光镜，使满足上述重要的操作条件。

如图3A2和3A3所示，六块数字扫描数据信号处理板202A到202F以那样方式安排，使接收和处理从模拟量数据信息处理板201A到201F分别产生的模拟量扫描数据信号。如在图3A2和3A3中最佳地示出，每个数字扫描数据信号处理板垂直地安装在它相应的光束折叠镜之后，一块控制板(即母板)200也被安装在基板143之上，用于处理从数字扫描数据信号处理板产生的信号。一块传统的电源板155也安装在基板143上一个尽头的角上。结合功能系统图图4详细地描述数字扫描数据信号处理板、中央处理板、和电源板的功能。如图所示，电缆用于将电信号从每块模拟扫描数据信号处理板传到它相应的数字扫描数据信号处理板，并从每块数字扫描数据信号处理板传到中央处理板。校准的电源电压借助于电缆(未显示)提供给中央信号处理板200，分配到在全息激光扫描器中需要电源的各种电气和光电设备。以传统的方式，从标准的120V 60Hz的电源经过软电线(未显示)提供到电源板。从中央处理板200产生的标记字符数据通过连接到串口输出(即标准RS232)通信插孔的串口数据传输电缆发送到I/O子系统800，通信插孔穿过扫描器机箱140(140’)的壁安装。

包括每个全息照相激光扫描单元101到106的许多系统部件在控制板200、多块(例如六块)模拟信号处理板201A到201F和六块数字信号处理板202A到202F上实现。

在如图3A7A所示的实施例中，每块模拟扫描数据信号处理板201A到201F具有下列安装的部件：用于检测如上所述的模拟扫描数据信号的光探测器152A(到152F)(如硅光电管)；用于处理被检测的模拟扫描数据信号的模拟信号处理线路235A(到235F)。

在本实施例中，每个光探测器152A到152F是作为光电设备实现的，而每个在模拟信号处理板(201A到201F)上的模拟信号处理线路235A是作为专用集成电路(ASIC)芯片实现的。这些芯片适合于与电接插件一起装在小的印刷电路(PC)板上，接插件使能与扫描器机箱内的其他板连接。带着这些安装的部件，每块PC板可合适地沿着其对应的中央参考面固定到光探测器支架153上，如图3A1所示。

以传统的方式，在激光扫描操作中聚集在光探测器152A上的光扫描数据信号D₀是由与扫描通过光反向表面(如条码标记中的条和空)并散射的衍射激光束有关的偏振状态(如S偏振状态)的光射线产生的。典型地，当被扫描的表面呈现漫反射特征时，散射光射线的偏振状态分布被改变。然后，一部分散射光射线沿着同样的发射光路径被反射到产生扫描激光束的全息照相小平面。这些反射的光射线被扫描小平面收集，并被放在扫描盘130下面的抛物型光反射镜149A完全聚集到与光检测子系统相关的光探测器上。每个光探测器152A的功能是检测扫描数据信号D₀的幅值(即强度)变化，并由此产生对应此强度变化的电模拟扫描数据信号D₁。当使用具有合适的光敏感度特征的光探测器时，电模拟扫描数据信号D₁的变化将线性地对应被扫描表面(如被扫描的条码标记)的光反射特性。模拟信号处理线路的功能是对由模拟扫描数据信号D₁进行带通滤波和前置放大，以改善输出信号的SNR(信噪比)。

在此实施例中，每块数字扫描数字信号处理板202A到202F基本上是以同样方式构造的。在每块信号处理板上提供下列器件：模-数(A/D)转换线路238A到238F(可在1999年2月2日提交的编号为09/243,078及在1999年2月2日提交的编号为09/241,930的审查中的美国专利申请中查到)，可作为第一块专用集成电路(Astc)芯片实现；可编程数字化线路239A到239F，可作为是第二块专用集成电路芯片实现；小平面一扇面起始脉冲(SOFSP)发生器236A到236F，可作为可编程IC芯片实现，用于相对于在如图3A79B中所示的控制板200上的HOP(定位偏移脉冲)发生线路244产生的并被SOFSP发生器接收到的定位偏移脉冲(HOP)产生SOFSP；EPROM 237A到237F，用于储存在图10B、10D、10E1和10E2的表中表示的参数和信息；和可编程的解码计算机240A到240F，可作为一个微处理器来实现和相关的程序、以及数据存储器和系统总线，用于以同步实时方式完成信号解码操作以及从数字化线路239A中恢复SOFSP，如下面的详细讨论。在本实施例中，专用集成电路芯片、微处理器、相关的存储器和系统总线所有都以本专业熟知的方式要装在单块印刷电路(PC)板上，并使用合适的接插件。A/D转换线路238A的功能是在第二导出零交叉(second derivative zero-crossing)信号上完成阈值功能，以便将由模拟扫描数据信号D₁转换到具有第一和第二(即二进制)信号电平的相应的数字扫描数据信号D₂，这些信号电平对应于被扫描条码标记的条与空。在实践中，数字扫描数据信号D₂作为脉冲宽度调制型信号出现，因为第一和第二信号电平正比于被扫描条码标记中条与空的宽度变化。

本发明的可编程数字化线路239A的功能是两重的：(1)将与每个被扫描为条码标记相关的数字扫描数据信号D₂转换成表示包识别(I.D.)数据的数字字序列(如一个数字计数值码序列)D₃；(2)使其与有关产生顺序数字计数数据的扫描盘上的小平面扇面的基于时间(或基于位置)的信息相关联，其中顺序数字计数数据用于读出扫描通道子系统100中被扫描的包上的解码条码标记。注意，在数字字序列D₃中，每个数字字代表在对应的数字扫描数据信号D₂中，第一或第二信号电平的时间长度延续。该数字计数值最好是以适用于完成各种信号解码操作的数字格式表示，而这些操作与本发明的扫描样式和体积一样主要取决于当前特定的扫描应用。参照通过引用包括于此的颁发给Knowles的第5,343,027号美国专利，因为它提供了有关设计和构成适用于本发明的系统中每个全息照相激光扫描子系统101到106的微电子数字化线路的技术细节。

在条码标记扫描应用中，每个编程的解码计算机240A到240F具有两个主要功能：(1)接收从对应的数字化线路240A到240F产生的每个数字字序列D₃，对它施行一个或多个条码标记解码算法，以确定原先以对应的扫描数据信号D₁导出且由与解码计算机相关的光探测器检测的数字字序列代表哪一种条码标记；(2A)对于用于收集包含在解码条码标记内的扫描数据的激光扫描光束(或平面段)产生一个技术条件(specification)，或(2B)产生全息照相扫描小平面扇面(或段)的技术条件，这些小平面扇面产生收集的扫描数据，从中读出每个激光扫描条码标记。

按照一般的传统，这里的编程解码计算机240A的第一个功能是接收从数字化线路239A产生的每个数字字序列D₃，对它施行一个或多个样式识别算法(如字符识别算法)以判断该数字字序列D₃代表哪种样式。在条码标记阅读应用中，被扫描的码标记可以是一系列符号表示中的任何一种，一种带有自动鉴别能力的条码标记解码算法能以本专业领域公知的方式被使用。

编程解码处理器240A到240F的第二个功能最好参照图11C和11D来描述。在这里的实施例中，每个编程的解码计算机240A到240F借助于被涉及扫描解码条码标记的小平面扇面所限定的小平面角最大值和最小值，产生对激光扫描光束(或平面一扇面)的一个技术条件。那些小平面角的最小值和最大值在图11C的最后一列中指出。另外，每个编程解码计算机240A到240F能产生全息照相扫描小平面扇面或段的技术条件，这些小平面扇面产生集中的扫描数据，从中读出每个激光扫描条码标记。在那样情况下，每个编程的解码处理器将对每个解码的条码标记产生下列诸项信息：激光扫描子系统的识别号，该子系统产生基本的扫描数据，从中读出条码标记；激光扫描站的识别号，它产生基本的扫描数据，从中读出条件信号；在扫描盘上扫描小平面的小平面号，该盘产生基本的扫描数据，从中读出条码标记；在扫描盘上扫描小平面的小平面扇面号，该盘产生基本的扫描数据，从中读出条码标记。那样的信息项能使用类似于列在图11C中的表产生，例外的是，替代读出小平面角最小值和最大值(如在最后的列中提供的)，可以读出小平面扇面(或段)号并与其他的信息项组装，其他信息提供关于射出的激光扫描光束如何从全息激光扫描系统产生的技术条件。在两种情况下，那样的信息使得数据处理计算机系统900能计算激光扫描光束的基于向量的几何模型，激光扫描光束用于扫描由配合的标记字符数据表示的需读的条码标记。下面将详细讨论，激光束的几何模型实时地在数据处理计算机系统900板上使用“3-D射线跟踪技术”来产生，该技术跟踪此激光扫描线从(1)在全息照相扫描盘的原点，(2)到它从对应光束折叠镜的反射点，且(3)朝向激光扫描光束的焦点，此焦点由涉及产生激光扫描光束的扫描小平面为焦距确定。根据计算的激光扫描光束的基于向量的几何模型，被解码的条码标记的位置(即当它被几何上模式化的激光扫描光束扫描时)相对于符号嵌入激光扫描子系统的局部座标参考系统实时地被指定(即计算)。

如图3A7B所示，控制板200包括一系列安装在一块小PC板上部件，即：带有系统总线和有关程序和数据存储器的编程微处理器242，用于控制全息照相激光扫描器的系统操作，并完成其他辅助功能；第一、第二、第三、第四、第五和第六串口数据通道243A到243F，用于接收从可编程计算机240A到240F来的串口数据输入；输入/输出(I/O)接口线路248，用于与I/O子系统800接口，并将标记字符数据和其他信息发送到该子系统且最终发送到数据管理计算机系统900；定位脉冲检测器245能作为图3A8C中所示的电子线路来实现，用于检测当激光束250从VLD 253(在如图3A8A所示的定位脉冲标志检测模块)导向穿过定位脉冲间隙260(在小平面No.5和No.12之间)，并被光探测器253检测时产生的定位脉冲；和作为专用集成电路芯片实现的一个定位一偏移脉冲(HOP)发生器244，用于产生一组六个定位偏移脉冲(HOP)，以响应于由线路245对每个定位脉冲的检测。在本实施例中，每个串口数据通道243A到243F作为RS232端口实现，虽然可以理解，其他结构也能用于实现这里需完成的功能。编程控制计算机242也产生马达控制信号，和在系统操作中的激光控制信号。这些控制信号被在电源PC板上实现的电源线路252作为输入而接收。另外输入到电源线路252的信号包括从标准电源分配线路来的900V，60Hz线电压信号。在接收输入信号的基础上，电源线路作为输出提供：(1)分别驱动VLD 253A、253B和253C的激光源启动信号，和(2)马达启动信号，以驱动与全息照相扫描盘130耦合的扫描盘马达150。

在恒定扫描马达速度条件下确定在全息照相激光扫描器中激光束位置的第 一种方法

在图10到11D中示出，在恒定扫描马达速度及用每块解码板的数字化线路中的数字计数数据同步编码小平面扇面信息的情况下确定激光扫描光束全息照相激光扫描子系统的位置的第一种方法。通常，此方法涉及沿着全息照相扫描盘的边缘光学上对“定位脉冲标志/间隙”的编码，在检测到上述信号后产生定位偏移脉冲(HOP)，后者用于自动地产生每个小平面脉冲的起点(SOFSP)，它转而用于在每块解码板上产生小平面扇面起始脉冲(SOFSP)，此过程的详情将在下面描述。

现在参照图10到11D，注意到，从HOP发生线路244产生的每个定位偏移脉冲提供到解码处理板上SOFSP发生器236A到236F。当在特定的解码处理板上的SOFSP发生器236A到236F收到HOP脉冲时，在扫描盘130上的定位脉冲间隙在每个解码信号处理板有关的扫描站处开始通过射向那里的激光束。如图10到11D所示，在这些图表中存放的定时信息被SOFSP发生器236A使用来产生一组SOFSP，以响应在扫描盘每一周所接收到的HOP脉冲。这使得产生一个数字号计数(从HOP参照)并与在数字化线路239A中以同步方式产生的数字数据计数相联系。如图10A所示，每个SOFSF发生器236A到236B包括：产生时钟脉冲(即具有约4微秒的脉冲持续时间)的时钟260；按照图10C画出的过程使用图10B的表用于产生SOFP的SOFP发生模块261；按照图10F画出的过程使用图10D的表和图10E1和10E2列出的产生规则，用于产生SOFSP的一个SOFSP发生模块262；控制模块263，用于控制SOFP发生器261和SOFSP发生器262，并且在每次检测到来自于和全息照相扫描单元相关的控制板上的HOP发生器的新的HOP时就复位时钟260。

如图11所示，本发明的数字化线路239A包括若干个分部件。尤其是提供一个扫描数据输入线路，用于接收数字扫描数据信号D₂。从外部固定频率源313(如40MHz晶振)或另外的外部时钟15产生脉冲列来提供一个时钟输入312。时钟输入线路312的输入提供到时钟分频线路314。线路314包括分叔器，用于顺序地将时钟脉冲频率用因子2相除产生多个时钟频率，这在下面更详细描述。多个时钟信号提供给时钟多路复用器316。如图11所示，40MHz时钟输入信号也直接提供给时钟多路复用器316。对于基于从可编程处理器240A的时钟控制线路和相关线路的控制信号的设备，时钟多路复用器316选择所需的输出频率。时钟多路复用器316输出包括为数字化线路239A提供基本定时的S时钟信号和到数字计数器的信号。从信号处理器238A提供输入(条码)扫描数据D₂的处理。扫描器输入线路322提供输出信号，它表示将被处理的条码标记，并被提供到转换和符号检测线路324。此线路根据提供到此输入信号来检测从条到空或从空到条的转换，并判断在转换以前信号是条还是空。因此，转换和符号检测器324提供一个带有“符号”信息的符号(称作为“SIGN”信号)，它提供到多路复用器342，然后提供到基本的先进先出(FIFO)存储器，用作可编程处理器240A的输入。转换和符号线路324也提供信号给排序装置328，开始排序线路的操作。排序线路328使数字化线路排序经过一定数目的步骤，在每次发生转换时开始这些步骤，将在下面详述。排序线路328在适当时间提供一个FIFO写信号到基本FIFO 340和辅助FIFO 341的输入，使它接收数据。排序线路328提供输入信号到数字化计数线路330，使在发生每次转换检测时，起始与停止计数器能适当地排序。计数线路330还从时钟多路复用316接收一个输入信号(S时钟)。当计数器由排序装置328启动时，此信号以选定的速率运行计数器。时钟多路复用器316、排序线路328、和计数线路330均提供信号到接口线路333，使其能适当地把数字化计数数据通过多路复用器342传到基本的和辅助的FIFO 340和341，如图11和11A所示。时钟多路复用器316安排成能提供两排可用于装置的频率，即，一个上排频率和一个下排频率。选择上排或下排频率取决于频率排切换线路362。频率排切换线路362还提供到阵列复位器38的输入，后者提供一个信号，它根据要求复位时钟分频器314。时钟分频线路314还借助反转该阵列复位信号产生一个TEST复位信号。TEST复位信号复位线路239A的其余部分。引起此复位条件的命令一般由连接到装置239A的试验装置产生，且通常在制造时刻试验。

如图11和11B所示，数字计数数据或一串零(代表相关的SOFP数据或从HOP来的计数值)使用多路复用器342和由排序线路238产生的写使能信号被写入基本FIFO。每当SOFP计数数据被提供到数字化线路时，SOFP标志(即一串零)被改写到基本FIFO 340的数据上。而且，数字计数数据或一串零(代表相关的SOFSP数据或从HOP来的SFS计数值)使用多路复用器342和由排序线路328产生的写使能信号被写入辅助FIFO 341.每当SOFP计数数据被提供到数字化线路时，SOFP标记(即一串零)被改写到辅助FIFO 341的数据上。以这样的数据编码方案，允许解码器240解码处理FIFO中的扫描计数数据，并确定哪个小平面扇面产生此激光扫描光束。后一个功能是使用在图11B1到11C列出的表和图11D的流程图描述的方法完成的。如图11A所示，240A的输出是一个扫描光束单元，包括：ID数据、扫描器号(SN)、激光扫描站号(SSN)、小平面号(FN)、和对着小平面扇面的小平面角的最小值和最大值，小平面扇面涉及产生用于读出代表包ID数据的解码条码标记的激光光束。涉及数字化线路(239A)的设计和构造的其他细节能在通过参照整体包括于此的本申请者的第5,343,027号美国专利中找到。

存恒定扫描马达速度条件下确定在全息照相激光扫描器中激光束位置的第 二种方法

图12A到13D示出在恒定扫描马达转速以及在每块解码板上的数字化线路中使用数字计数数据同时编码小平面扇面信号的情况下，确定激光扫描光束全息照相激光扫描子系统的位置的另一种方法。如图12A所示，此方法涉及光学上编码沿着全息照相扫描盘130的外沿的每个小平面扇面的起点(SFS)。当使用在激光曝光期间的一个屏蔽样式控制此扫描盘时，能完成此光学编码过程。上述的定位脉冲间隙检测模块能用于检测沿着扫描盘边缘的定位间隙和SFS标志。如图所示，在扫描盘转一圈期间定位间隙或功能上等价的预定遮光材料的标志产生一个定位脉冲，而SFS标志生一串SOFSP。如上述情况一样，定位脉冲在控制板上的定位脉冲检测线路上被检测，并用于产生HOP。HOP被传送到每块解码板上，在那里它们被用于计数，自从收到HOP以后有多少SOFSP被数到，由此确定，在扫描盘旋转时激光束通过哪一个小平面扇面。代表每个SOFSP的数字计数由每块解码板上的SOFSP发生器产生并载入辅助FIFO 341，而相关的数字计数数据以类似上述之方法同时载入基本的和辅助的FIFO。按照图13D上描述的本发明的解码处理方法，解码处理器能使用表13C1和13C2中的信息来确定，哪个SOFSP计数值相应于哪个小平面角最小值和最大值。本方法之优点在于可以预期，这样对于扫描盘的转速变化不会敏感。

现参照图4，在第一实施例的系统中，单独的扫描子系统以本领域熟知的技术通过I/O口子系统800与数据处理计算机系统900接口。如图所示，该数据处理计算机系统900具有由显示终端支撑的图形用户接口(GUI)901、图标指向设备(即鼠标设备)、键盘、打印机等。GUI启动对该系统编程，并完成与该系统适当的操作有关的管理和维护工作。较好的是，数据管理计算机还包括一个网络接口卡，用于与支持本专业熟知的网络协议TCP/IP的高速以太信息网络接口。

上述确定在全息照相激光扫描系统中激光扫描光束位置的方法涉及使用在以恒定角速度旋转的全息照相盘上的“定位脉冲”标志恢复激光位置信息。但是发现，仅当在起动与稳态运行期间扫描盘的角速度维持在十分接近于设定的额定的角速度时，那样的技术才能满意地工作。在很多应用场合，即使在使用电机专业中熟知的速度锁定/控制技术，也难于甚至不可能在那些运行模式下维持扫描盘的角速度不变。因此，在许多应用场合需要一个激光束位置确定系统和方法，能对任何的扫描盘速度和在扫描盘马达小的加速(和减速)的情况(称为变化扫描马达速度条件)下很好地工作。

在变化扫描马达速度条件下在全息照相激光扫描器中的激光位置确定

在图14A到14D中示出一种新颖的系统和方法，用于确定在变化扫描盘马达速度条件下全息照相激光扫描子系统中激光扫描光束的位置。在本发明的本实施例中，如图3B2所示具有定位脉冲标志或间隙的全息照相扫描盘能用于产生所需的激光扫描样式。而且如图3B1所示，每个全息照相扫描盘具有一个定位脉冲检测模块251和定位脉冲检测线路，如在图3A8A、3A8B和3A8C所示，并在下面详细描述。

如图14A所示，每当扫描盘130上的定位脉冲标志或间隙经过定位脉冲检测模块251时，从定位脉冲检测线路245自动产生一个定位脉冲(HP)。每当从定位脉冲检测线路245产生一个定位脉冲时，按照图14C的过程从HOP发生线路244’顺序地产生一组定位偏移脉冲(HOP)。响应每个被检测的HP而产生HOP的数目等于绕着激光扫描盘排列的激光扫描站(即扫描模块)的数目N。每个产生的HOP被提供到与该HOP相关的解码处理板(202A’到202F’)上的SOFSP发生器(236A’到236F’)。当HOP脉冲被在它相应的解码信号处理板上的SOFSP发生器收到时，扫描盘130上的定位脉冲标志或间隙就在与该解码信号处理板相关的激光扫描站开始通过射向那里的激光束。在扫描盘的每一转期间，在每个SOFSP发生线路236A’到236F’中的SOFSP发生模块261’产生相对于该HOP的一组小平面起始脉冲(SOFP)，以及相对于每个SOFSP产生一组小平面扇面起始脉冲(SOFP)。这就使得由每个SOFSP发生线路236A’到236F’产生一个SOF客SOFSP(根据HOP定位)，并且提供给数字化线路239A到239F，使SOFP和SOFSP数据能与在数字化线路以同步方式产生的数字数据计数互相联系。在解码处理器中，SOFP和SOFSP数据能被翻译成角度最小值和最大值表示的激光束，这些角度限制了产生扫描数据(从中解码条码标记)的小平面扇面。

在本实施例中，从HOP发生线路244’使用87C51微控制器来实现。该微控制器使用两个输入：从连接到87C51的一个中断引脚的定位脉冲检测信号245″来的定位脉冲检测信号；和从扫描马达控制器来的“马达稳定”(motor-stable)信号。在每个激光扫描子系统中有多少激光扫描站(即扫描模块)，该微控制器就有多少输出。每个输出引脚指定发送HOP到该子系统中的一个特定的激光扫描站。

通常，每个SOFSP发生线路作为一个编程的微处理器来实现。但是，为了理解SOFSP发生线路，如在图14B所示，概略地表示它所包含的一系列分部件是有益的。如那里所示，每个SOFSP发生器236A″到236B″包含：产生时间脉冲的时钟260″(例如具有约4微秒的脉冲持续时间)；按照图14D所画的过程产生SOFP的SOFP发生模块261″；按照图14D所画的过程产生SOFOP的SOFOP发生模块262″；用于检测SOFP发生器261″和SOPSP发生器262″的控制模块263″，它在每次检测到从与该全息照相扫描单元相关的控制板200″上的HOP发生器244″来的新HOP时复位时钟260″。

在此实施例中，使用安装在特定扫描站有关的每块解码板上的编程87C52微控制器实现SOFP/SOFSP发生线路236A″(到236F″)。对于对应扫描站的HOP在该微控制器的一个中断引脚上被收到。该微控制器输出三个信号到解码处理器240A(到240F)；(i)SOFP；(ii)SOFSP；和(iii)信号处理器调节信号，当通过扫描站的激光的小平面是近的(或远的)焦平面上的小平面时，该信号是高(或低)电平。

现在参照图14C和14D列出的流程图描述HOP发生线路244″和SOFSP发生线路236A″(到236F″)的操作。在下述这些流程图中使用下面的符号表：

·t_i＝盘第(i-1)转在定位脉冲起点处的定时器值；

·T_i＝盘第(i-1)转的时间间隔；

·x^Hj＝相对于前一个扫描站(对扫描站1定位脉冲激光)系统的第j个扫描站(即扫描模块)的激光的位置的角度值；

·x^Fj＝盘的第j个小平面的角度宽度；

·x^Fjm＝盘的第j个小平面的第m个扇面(即段)的角度宽度；

·t_i ^Hj＝盘的第i转的第j个HOP和第(j-1)个HOP之间所经过的时间；

·t_i ^Fj＝盘的第i转的小平面j和小平面j-1的小平面脉冲起点(SOFP)之间所经过的时间；

·t_i ^Fjm＝盘的第i转的小平面j的扇面m和扇面m-1的小平面段脉冲起点(SOFSP)之间所经过的时间；

·t_i ⁿ＝盘的第i转的第n个HOP/SOFP输出的时间；和

·t_i ^pn＝盘的第i转的第n个小平面的第p个SOFSP输出的时间。

每当检测到“定位脉冲标志的起点”，上述的定位脉冲拾取线路251自动地产生一个负的输出脉冲，提供给HOP发生线路244″，如图14A所示。HOP发生线路使用此负输出脉冲来计算定位脉冲标志到达不同的模块(即激光扫描站)的时间，并且响应此计算的时间自动产生HOP并将其提供给SOFSP发生线路236A’(到236F’)。此计算是基于一个重要的假设，即第i转的马达速度十分接近于第(i-1)转的马达速度。

如在图14C的方框A所示，在SOPFSP发生线路236A″中的过程确定N作为全息照相扫描器(即扫描模块)中激光扫描站的数目，而将x_Hj确定为从定位脉冲检测模块(即拾取)251起，一个激光扫描站的角度偏移(即位置)。在图14C的块B，处理涉及初始化时间间隔或设置T₀＝0。

然后在方框C，HOP发生线路判断，是否在其输入口检测到一个定位脉冲(HP)。在HP被检测到以前，该线路保持在此控制块。当检测到个HP，则在方框D此线路开始此定时器(即t＝t₀)。然后在方框E处，此线路判断，是否检测到另外的HP。如图所示，在下一个HP被检测到以前，此线路保持在此控制块。然后，当检测到HP时，在方框F此线路采样时钟。从两次连续的定位脉冲检测可如下地计算扫描盘的转动的时间间隔；

T_i＝t_i-t_i-1，其中T_i是盘第i转的时间间隔。然后在方框G，此线路判断第i转的时间间隔是否接近于第(i-1)转的。

如在方框G所示，“接近”的度量定义为|T_i-T_i-1|＜45μs。如果时间的测量是不接近，即|T_i-T_i-1|＞45μs，则如果第i次与第(i-1)次旋转的时间间隔不满足|T_i-T_i-1|＜45μs，在方框H中线路进行检查，以判断扫描盘是否至少旋转100次(实验值)。如果扫描盘尚未至少旋转100次，则线路进入方框E并等待下一个定位脉冲，并再次完成控制过程。因为每次扫描与激光位置信息相关这个事实对扫描器性能是十分紧要的，当由于某种原因盘的两个连续旋转之间的时间间隔之差大于45μm(实验值)时，时间间隔必须精确地预测。此外的假设是在两转之间扫描马达速度不能突然改变。

如果扫描盘已经至少转了100次(即i＞100)，则线路进入到方框I并用盘过去的n次旋转的时间间隔数据，借助于下列表达式估计当前旋转的时间间隔T_i：

$T_i=\underset{k=i-1-n}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k*T_k$

此处n个系数a_i-1-n到a_i-1能事先(且离线)计算如下：

如果T_i是盘第i的实际时间间隔，可借助于极小化下列函数最小二乘估算第i+1转的时间间隔，

$E=\underset{k=i-1-n}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{(T_k^{*}-\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_j{T}_{K-1}^{*})}^2$ 对于每个a_j(j＝1，…，n)对于系数a_j的最小化“最优”值的最终表达式给出如下： $a_j=\left(\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{T}_k^{*}{T}_{k-j}^{*}\right)/\left(\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{T}_{k-j}^{*}\right)$

对于具有合理的计算复杂度的好的n值发现是5。

如在方框J指出，线路随后计算“内HOPS”(inter HOPS)t_i ^Hj，它是从扫描站j-1到达扫描站j由定位脉冲标志所占的时间。由下列表达式给出此测量： $t_i^{\mathrm{Hj}}=x^{H_j}*T_j,j=1,\·\·\·N$

最终，在方框K处，线路在每个下述表达式给出瞬时送出(即发送)HOP到每个激光扫描站(对第i转)的SOFSP生成线路： $t_i^k=\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i^{\mathrm{Hj}},K=1,\·\·\·N.$

其后，如图14C所示控制回到方框E。如果在方框G处，时间度量是“接近”的(即|T_i-T_i-1|＞45μs)，则此线路直接进到控制方框J。

如上所述，在控制板200上的HOP发生线路224″精确地预测，扫描盘上的定位脉冲标志何时到达每个扫描站，并发出一个负脉冲到达每个激光扫描站。相对比，SOFP发生线路236A″使用HOP计算，每个小平面/小平面扇面何时经过每个激光扫描站的激光模块。注意，这里的一个重要假设是在扫描盘的连续两转之间扫描马达的速度变化不太大。

如图14C的方框A所示，在SOFSP发生线路236A″中的过程确定了下列参数：N是在全息照相扫描器中激光扫描站(即扫描模块)的数目；M是在扫描盘的每个小平面上的扇面(或“记号”(Ticks))的数目；X^Fj是扫描盘的小平面j的角度宽度；X^Fjm是扫描盘的小平面j的扇面m的角度宽度。

在图14C的方框B中，过程涉及初始化时间间隔或设置T₀＝0。然后在方框C，SOFSP发生线路判断在它的输入口是否检测到一个定位脉冲(HP)。当检测到一个HP时，在方框D，SOFSP发生线路起动一个计时器(即t＝t₀)。然后在方框E，SOFSP发生线路在下一个HP被检测到以前一直停留在此控制方框处。当检测到HP时，在方框F，SOFSP发生线路采样所包含的时钟。从两个连续的定位脉冲检测计算扫描盘的旋转时间间隔如下：T_i＝t_i-t_i-1，其中T_i是盘第i转的时间间隔。然后在方框G，SOFSP发生线路判断第i转的时间间隔是否“接近”于第i-1转的。

如在方框G中指出，“接近”的度量是|T_i-T_i-1|＜45μs。如果时间度量不接近，则第i和(i-1)次旋转的时间间隔不满足|T_i-T_i-1|＜45μs，SOFSP发生线路返回到方框E(如图14D所示)并不发生任何SOFP/SOFSP而寻找另外的HOP。

如果第i转与(i-1)转的转动时间间隔不满足|T_i-T_i-1|＜45μs，则SOFSP发生线路进到方框H，在那里使用如下的表达式计算盘第i转小平面j-1和j的小平面脉冲起点(SOFS)之间的时间：

$t_i^{\mathrm{Fj}}=X^{\mathrm{Fj}}*T_j;j=1,\·\·\·N$

然后在方框I，SOFSP发生线路计算“内HOP”(inter-HOPs)，它定义为盘对应于第i转对于小平面j在扇面脉冲m-1和m的起点之间的时间。那样的内-HOP用下面表达式计算：

$t_i^{\mathrm{Fj}m}=t_i^{\mathrm{Fj}}/M.m=1,\·\·\·M$

在方框J，SOFP发生线路在下面表达式给出的时间发出(到解码处理器)SOFP：

$t_i^n=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i^{\mathrm{Fj}}/M,m=1\·\·\·,M$

类似地，SOFSP发生线路在下面表达式给出时间发出(到解码处理器)SOFSP：

$t_i^{\mathrm{pn}}=\underset{J=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{M=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i^{\mathrm{Fjm}},n=1,\·\·\·,N:p=1,\·\·\·,M$

使用发送的与在数字化线路239A(到239F)的条码扫描数据有关的SOFP/SOFSP，解码线路240A(到240F)能借助于扫描小平面扇面的最小和最大角指定激光束的位置，小平面扇面使用本发明的双FIFO数字化线路240产生相关的条码扫描数据。典型的是，因为总计算时间远超过任何两个SOFSP之间的时间，对每个SOFP/SOFSP的计算以流水线方式完成。在图14A到14D中解释且如上描述的激光束位置确定系统已被制成且在应用全息照相激光扫描器的全息照相通道扫描系统中进行试验，该激光扫描器具有5个激光扫描站，带有16个小平面和20个小平面扇面/段的扫描盘，扫描马达速度变化在4800rpm(转/分)和5800rpm之间。此系统能处理小的扫描马达的加速(和减速)。

注意，上述子系统对于每个小平面沿扫描盘能分解的扇面数目有限制。虽然每个小平面有大数目的扇面将保证有更精确的激光扫描位置，但该子系统受到输出每个SOFSP需要的计算时间的限制。输出SOFP的平均计算时间发现是约20μs，而对SOFSP约12μs。

本发明的第一实施例的基于激光的包速度和长度测量子系统

在图15中，与本实施例的通道传送子系统500和包高度/宽度轮廓子系统600相关地构造了包速度和长度测量子系统400。在图15A中，一个基于双激光的包速度和测量子系统400’的直接发送/接收装置被安装在应用于高度/宽度轮廓子系统600的垂直与水平光幕601及602的位置。如图15A所示，子系统400’包括一对激光二极管(D1和D2)401A和401B，相隔2英寸安装在传送带的一侧；一对光电二极管402A和402B相隔2英寸安装在传送带的另一侧激光二极管401A和401B对面；和包括一个编程微处理器的电路，用于提供对激光二极管401A和401B的驱动信号并用于接收和处理由光电二极管402A和402B产生的电数据信号P1和P2，使得代表在传送带上移动的包404的长度(L)和速度(V)的信息按照图15C1和15C2示出的流程图自动地计算。

在图15B中，基于双激光的包速度和测量子系统400的反光结构被示出安装在用于包高度/宽度轮廓子系统600的垂直与水平光幕的位置。用于基于双激光的包速度和长度测量子系统的双激光二极管405A和405B能使用图15B1示出的VLD驱动器线路406A和406B驱动。在图15B2中，示出电路407A和407B，用于调整由图15B2示出的本系统中的光接收器407A和407B接收的信号。传送通过包速度和测量子系统400的包的速度(V)和长度(L)能使用执行图15C1到15C3中揭示的算法的409来计算。如在图15B所示，从激光二极管405A发送的激光束被安装在放在支撑激光二极管405A和405B及光电二极管408A和408B的支撑结构412对面的支撑结构411的反射器410A所反射。如图15B所示，从激光二极管405A来的激光束从反射器410A反射出来，并且由光电二极管408A检测，面从激光二极管405B来的激光束从反射器410B反射出来并由光电二极管408A检测。如图15B所示，从光检测器408A和408B来的输出信号被分别提供到光接收线路407A和407B，用于处理，并随后提供到微机系统409，使能按照15C1到15C3描述的算法计算移动包的长度和速度。在图15B和15B1所示的实施例中，激光二极管405A和光电二极管408A组装成在块413示出的第一个收发器(transceiver)模块模块，而激光二极管408B和光电二极管408B组装二个激光收发模块414。如图15B所示，微计算系统409包括一个微处理器(CPU)409A，显示设备409B和键盘409C.

本发明第一实施例的包高度/宽度轮廓子系统

如图16及16A所示，全局座标参考系统R_global是符号上嵌入包高度/宽度轮廓子系统600(也是包入通道信号系统500)的结构。如图16A所示，与包高度/宽度轮廓子系统有关的垂直排列的光发送和接收结构601A和601B，及与其有关的水平排列的光发送和接收结构602A和602B是以包处理专业熟知的方式排列的。如图16A所示，垂直排列的光发送和接收结构601A和601B由高度控制单元603控制，作为输出它产生一个信号S_H，由沿着扫描通道口的垂直范围收集的按时间采样包高度数据组成，类似地，水平排列的光发送接收结构603由宽度控制单元604控制，作为输出它产生一个信号S_W，由沿着扫描通道口的水平范围收集的按时间采样包宽度数据组成。从高度和宽度控制单元603和604以及包长度/速度测量子系统来的输出数据流提供给H/W数据处理器605作为输入，后者编程产生(i)包轮廓测量数据单元(如高度/重量等)，和(ii)对由子系统600检测的每个包的包入通道(PIT)指示(标记)数据单元。

在本实施例中，包高度/宽度轮廓子系统600是集成下列子系统实现的：(i)从密歇根州Grand Rapids的KORE公司购得的轮廓系统(型号为No.P101-144-200)，和(ii)上述包速度和测量子系统400，并按本发明的原理提供编程H/W数据处理器605。包高度/宽度轮廓测量子系统的主要功能是当每个包通过全局座标参考系统R_global上安排在X-Y平面中的光幕时获得与它轮廓有关的X和Y座标。包速度和长度测量子系统400的功能是在包高度/宽度轮廓测量时刻(即当包通过此子系统双激光束收发器时)得到相对于全局参考系统包的Z座标(即包传送方向长度)。注意，包高度/宽度轮廓测量系统600完成包入通道信号子系统500的功能。即，每当在扫描通道入口侧检测到一个包时，子系统600/500自动产生一个包通道(PIT)数据单元，送到下面将详述的数据单元排队、操纵和处理子系统1000。

在第一实施例的通道扫描系统中，包必须以单排方式(即一个包放在另一包后，两者之间有一间隔)沿传送带传送。在此条件未能满足的情况，包高度/宽度轮廓测量子系统600设计成自动检测到在系统中的包未能适当地排列(即并排排列或堆积排列)，并产生一个控制信号，引起将包流向导向器使多重包绕过包单行排列单元，然后再绕回通过此扫描通道系统而不需人为干预。

例如，如图17A到17C所示，当两个沿传送带300移动的箱子非单排排列地通过，箱子之间只有小间隙或空间610时，子系统600能同时地检测。在此情况，包丈量子系统600的水平光幕Tw，Rw将自动地检测间隙610。

当两个箱子611和612互相靠近或当一个在另一个顶上时(如图18A到18C)，子系统600使用基于包宽度(或高度)测量的包同时测量方法。考虑子系统在时间过程的宽度测量表示为[x，x₂，…x_n]，借此能最好地描述同时包检测的方法。按照同时包检测/跟踪的方法，子系统应用一个新颖的FIR数字滤波系统，如图19、19A和19B所示。

通常，FIR滤波公式具有适合线性微分运算的传递函数，此处d/dt e^iwt＝iwe^iwt。在频率域内，这意味着传递函数具有下面的形式：

H(w)＝iw

设数字滤波器是形式：

Y_a＝(N/Z_k＝-N)C_kX_n-k，其中C_k＝-C_k，

其传递函数能表式为

H(w)＝[2C₁sin w+2C₂sin2w+…+2C_NsinNw]i

此函数的富里叶级数近似可以表达为：

H(w)＝{iw|w|＜w_c

      {c|w|＞w_c得到的滤波器具有通带[o，w_c]。对于w_c＜π，这是低通(平滑)微分器。能使用公式C_k＝(a_k+ib_k)/2计算滤波系数，其中k＝0。

此处a_k＝0和 $b_k=(1/\mathrm{\π}){\∫}_{-K}^{\mathrm{\π}}\mathrm{\μ}\left(w\right)\sin \mathrm{kwdw}$

$b_k=(2/\mathrm{\π}){\∫}_0^{w_c}\mathrm{iw}\sin \mathrm{kwdw}$

C_k＝(-1/π)((sinkw_ck)-(w_ccoskw_c/k))

注意，w_c是在[0，π]范围内的值。当w_c＝π时还有

            C_k＝(1/k)(-1)^k使用上述公式，能对子系统600的同时包检测方法设计一个数字滤波器。对第一阶导数，低通阻止频率f_c+0(当w_c＝2π时使用1)。这将帮助滤波器在子系统600的测量操作中摆脱噪声。对于于阶导数，使用全通带(w_c＝π)。为了改善检测性能，尤其为了减少毛刺信号报警(flash-alarm)率，本发明提倡使用三阶层数来采样二阶导数的零交叉，保证由于降低了在数字滤波设计中的一阶导数阈值而不会发生毛刺信号的报警。

如图19所示，本发明的数字滤波方法包括：(A)对所有空间样本n计算x(n)的一阶空间导数(即梯度函数)；(B)对所有样本n计算x(n)的二阶空间导数；(C)对所有样本n计算x(n)的三阶空间导数；(D)判断一阶空间导数信号x’(n)是否大于阈值τ₁；(E)使用加阈值的一阶空间导数信号x’(n)来采样二阶空间导数信号x″(n)；(F)检测x″(n)的零交叉来产生一个零叉信号；(G)使用三阶空间导数信号x″’(n)采样被检测的零交叉信号，来产一个样本的零交叉信号；(H)对样本的零交叉信号加阈值τ₂，以检测x(n)值突然变化；和(I)分析在一系列时间采样时间间隔中x(n)值的变化以判断包是否为并排排列/堆积排列或单排排列。

在图19A中，本发明的数字滤波方法表示在一张流程图中，指出以实时顺序方式完成的特定操作。

如图19A中的方框A所示，得到一个采样位置信号x(n)，其中n＝0，1，2，…，N-1；选择了数字滤波器系数c[i]；使用经验方式得到阈值τ₁和τ₂。在图19的方框B中，对所有采样n计算x(n)的一阶空间导数，记作x’(n)。在图19的方框C中对所有采样n计算x(n)的二阶空间导数，记作x″(n)。在图19A的方框D中对所有采样n计算x(n)的三阶空间导数，记作x″’(n)。在图19的方框E中，位置标号n设成0。在图19的方框F中，滤波器判断，一阶导数信号x’(n)是否大于阈值τ₁，是否sign(x″[n])≠sign(x″[n-1])(sign是取符号的函数)；是否x″[n]＞τ₂。如果这些条件中任一个不满足，则在方框G中位置标号n增加1(即n＝n+1)，然后在方框H作出校核，判断位置标号n是否小于N。如果否，则在方框I没有检测到改变。若n＜N，则处理流程返回到方框F，如在方框F处所示。如果在方框F，这里列出的三个条件均满足，则在方框J中在跨过传送带宽度的位置n处检测到一个变化。

注意，如图19和19A所示的数字FIR滤波系统被用作图16A的H/W数据处理器605中的基本滤波模块。在本发明的系统运行过程中，H/W数据处理器605完成本发明的同时包检测过程，这将在下面参照图19B和19C予以描述。

通常，在完成本发明的同时包检测方法时，有两个基本情况需要考虑：(1)如图17A到17C当一个箱子放置在另一个旁边；(2)如图18A到18C所示当一个箱子放置在另一个上面。从两个箱子的情况很容易延伸到多个箱子的情况。

考虑如图17A到17C并排排列箱子的情况，注意到光发送和接收装置(Tw，Rw)602A和602B在包传送通过图16A的光幕结构时，被用于测量包的宽度，如该领域的熟练技术人员常提到的。在并排排列箱子的情况，当穿通过光幕结构时，包宽度的测量值将变化。同时检测“并排排列”的包的方法在图19B的流程图中说明。

如在图19B的方框A中所示，该方法在第一步涉及当载有包的传送带输送通过图16A的宽度(即边到边)的采样宽度测量值W(n)。使用如图16A示出的一组光束发送器和接收器602A的602B实现对用W(n)，n＝0，1，2，…N-1标记的宽度数据单元组的收集。自然，空间采样率(因而沿着传送带N样本的数量与位置)是如此选择，使得取得足够的宽度测量并能检测包之间的间隙。

如图19B的方框B所示，此方法的第二步涉及将采样宽度数据组W(n)作为输入提供到图19的数字滤波系统，使得能检测沿着传送带宽度的一个或多个位置宽度数据的突然变化。宽度采样离散组W(n)的一阶空间导数定义为W’(n)＝W(n)-W(n-1)，其中n＝1，2…N。宽度采样离散组W(n)的二阶空间导数定义为W″(n)＝W’(n)-W’(n-1)，其中n＝1，2，…N。宽度采样离散组W(n)的三阶空间导数定义为W″’(n)＝W″(n)-W″(n-1)，其中n＝1，2，…N。图19的数字滤波系统将W(n)值的突然变化与噪声(如测量误差和箱形的稍微不规则)区分开来。如图19中方框F所示，对此同时检测方法的决策规则是：

(1)如果对任何n，W’(n)＞τ₁，sign(W″[n])≠sign(W″[n-1])和W″(n)＞τ₂，则确定箱子是并排排列的；和

(2)否则确定箱子是单排排列的。

注意，sign()表示代数符号函数，它用于找出二阶空间导数信号W″(n)的零交叉。模拟试验显示，上述决策规则针对噪声工作得很好，并总能正确定位宽度数据的突然变化，这对于确定箱子并排排列是必要的。

如图19B的方框C所示，本方法的第三步涉及对一系列时间采样时间间隔分析检测到的宽度数据组W(n)，n＝1，2，…N-1的变化，以便确定在传送带上包的特定的并排排列。

如图19B的方框D所示，本方法的第四及最后步骤涉及将包尺寸数据(若被收集到)与检测到的“并排排列”的每个包联系起来，并将一个专门的“重迭进通道”包指示数据单元(如MPIT数据单元)送到数据单元排队、操纵和处理子系统1000；指出在子系统1000中或者有一个形状不规的包在通道中，或者有多个并排排列的包在通道中。然后，子系统1000能产生一个控制信号，引起一个下游包的通路选择器引导那样的多重的包通过一个使包成单排的单元，然后又一次回来经过扫描通道系统而不需人为干预。考虑堆积箱子的情况，如图18A到18C所示，注意到，光发送和接收装置(Tw，Rw)601A和601B当包通过如图16A所示的光幕结构时测量它们的高度。在包堆积的情况，当包通过光幕时包高度的测量值将改变。在图19C的流程图中示同时检测堆积排列的包的方法。

如图19C中的方框A所示，方法的第一步涉及当传送带载有包通过图16A所示的光幕结构时获取沿着通道口的总高度(即顶到底)的N个采样高度的测量值组W(n)。使用如图16A示出的光束发送器和接收器601A和601B实现对用H(n)，n＝1，2…N-1标记的高度数据单元组的收集。自然，采样率(因而在传送带上方N个采样的位置)是如此选择，使得取得足够的高度测量。

如图19C块B所示，本方法的第二个步涉及将采样的高度数据组H(n)作为输入提供到图19的数字滤波系统，使能处理此组，并检测在传送带上方一个或多个高度位置处高度数据的突然变化。高度采样离散组H(n)的一阶空间导数定义为H’(n)＝H(n)-H(n-1)，其中n＝1，2，…N。高度采样离散组H(n)的二阶空间导数定义为H″(n)＝H’(n)-H’(n-1)，其中n＝1，2，…N。高度采样离散组H(n)的三阶空间导数定义为H″’(n)＝H″(n)-H″(n-1)，其中n＝1，2，…N。图19的数字滤波系统将H(n)的突然变化与噪声(如测量误差和箱子形状的微小不规则)区分开来。如图19A中的方框F所示，对于在采样高度数据上操作的同时检测的决策规则是：

(1)如果对任何n，H(n)＞τ₁，sign(H″[n])≠sign(H″[n-1])和H″(n)＞τ₂，则确定箱子是堆积排列的；和

(2)否则确定箱子是单排排列的。

注意，sign()表示代数符号函数，它用于找出二阶空间导数信号H″(n)的零交叉。模拟试验显示，上述决策规则针对噪声工作得很好，并总能正确定位高度数据的突然变化，这对于确定箱子堆积排列是必要的。

如图19C的方框C所示，本方法的第三步涉及对一系列时间采样时间间隔分析检测到高度数据组H(n)，n＝1，2，…N-1的变化，以便确定在传送带上包的特定的堆积排列。

如图19C的方框D所示，本方法的第四及最后步骤涉及将包尺寸数据(若被收集到)与检测到的“堆积排列”的每个包取系起来，并将相应的包指示数据单元(如PIT数据单元)送到数据单元队、操纵和处理子系统1000。下面将明白，这些PIT数据单元使能检测在整个系统中跟踪的包，并最终与由在通道扫描系统中应用的条码标记阅读系统获取的对应包识别数据相关。

使用上述包检测方法，在传送带上任何非单排排列的箱子能被自动地检测并成功地跟踪。

对于上述数字滤波方法记作T的采样率可如下确定：假设箱子/传送带的速度记作υ，包分离的最大允许值记作D。则考虑到完成二阶导数必要的数据点，下面表达式必须保持正确。

T≠3D/υ

对600英尺/分的传送带速度使用此规则，则采样周期约为5ms，相当于200Hz的采样频率。

本发明的第一例示实施例的移动包称重子系统

如图20A和20B所示，移动包称重子系统750最好安排在包高度/宽度轮廓子系统600附近。如图所示，移动包称重子系统包括：称平台751，它与传送机子系统300成为一体，用于产生指示移动通过称平台751的包754的重量的模拟或数字信号；滤波线路752，用于滤波模拟或数字重量信号，以便去除其中的噪声和其他；和信号处理器，用于处理滤波后的重量信号，以产生表示包测量重量的数字字。注意，可以使用Ohio州的Worthington的Mettler-Toledo Company的9480EXPRESSWEIGHT^TM移动可变箱包称重系统实现本实施例的移动称重子系统。

本发明的第一实施例的包入通道信号子系统

包入通道指示子系统500能以各种方式实现。图21中示出的一个方法是使用一个在包识别和测量系统600中应用的光发送接收装置，而且在检测到每个从扫描通道离开时产生一个包出通道(POOT)数据单元。如图21所示，垂直排列的光发送和接收装置801A和801B以及水平排列的光发送和接收装置802A和802B以包处理技术领域熟知的方式安排。如图21所示，垂直排列的光发送和接收装置801A和801B由高度控制单元803控制，它作为输出产生由沿着扫描通道出口的垂直范围收集的时间采样包高度数据组成的一个信号S_H。类似地，水平排列的光发送和接收装置802由一个宽度控制单元804控制，它作为输出产生由沿着扫描通道出口的水平范围收集的时间采样包宽度数据组成的一个信号S_W。从高度和宽度控制单元803和804和包长度/速度测量子系统400来的输出数据流提供作为到H/W数据处理器805的输入。后者编程对每个由800检测的包产生一个包出通道(POOT)指示(标记)数据单元。在本实施例中，子系统800借助于集成从Michigan州的Grand Rapids的KORE，Ltd.的轮廓系统(型号为p101-144-200)并提供编程的H/W数据处理器805而实现，后者包括图19到19C中描述的数字滤波系统，以便用上面详述的方式同时检测并排排列的包、堆积排列的包和单行排列的包。

如图21所示，此子系统的最佳位置是扫描通道的出口平面。POOT数据以类似于从高度/宽度轮廓子系统600、与通道扫描子系统相关的扫描单元、以及包入通道指示子系统500产生的所有其他数据单元的方式提供给数据排队、操纵和处理子系统1000。

本发明的第一实施例的数据单元排队、操纵和处理子系统

在图22和22A中，详细地示出数据单元排队、操纵和处理子系统1000的结构和功能。如图22所示，所有要进入子系统1000的数据单元提供给一个I/O子系统1001，其输出口连接到数据单元时间采样单元1002，它由定时/控制单元1003控制。在本实施例中，有四种可能类型的数据单元可以加载入系统事件队列1004，后者用计算机领域熟知的FIFO数据结构来实现。如图22所示，四种可能的数据单元类型是：包数据单元；扫描光束数据单元；包入通道(PIT)数据单元；以及包出通道(POOT)数据单元。

如图22所示，数据单元排队、操纵和处理子系统1000还包括一系列其他模块，即：移动包跟踪队列1005，用计算机领域熟知FIFO数据结构实现，用于排队包数据单元、包入通道(PIT)数据单元和包出通道(POOT)数据单元；和数据单元分析器1006(例如编程的微处理器和相关的存储器结构)，用于从系统事件队列1004的输出端读出不同类型的数据单元并按照图23A1和23A2中列出的数据单元操纵规则分析和操纵它们。

如图22所示，从“全息照相型”激光扫描子系统产生的扫描光束数据单元必须使用图22中示出的数据处理模块系统加以处理。如图22所示，此数据处理模块系统包括：数据单元组合模块1007A，用于组合(i)从“全息照相型”激光扫描子系统产生且从系统事件队列1004存取的每个扫描光束数据单元和(ii)在移动包跟踪队列1005中每个包数据单元，用于产生多个组合的数据单元对；包表面几何模型化模块1008A，用于对由从数据单元组合模块1007A产生的每个组合数据单元对中的包数据单元代表的包产生一个几何模型；齐次转换(HG)模块1009A，用于将在全局座标参考架R_global中的“丈量位置”产生的每个包表面几何模型座标转换(即变换)到在扫描通道中的“扫描位置”(即从包丈量位置移位一个距离z)上的包表面几何模型座标；扫描光束几何模型化模块1010A，用于对由从数据单元组合模块1007A产生的每个组合数据单元对中的激光扫描数据单元代表的激光扫描光束产生一个几何模型；齐次转换(HG)模块1011A，用于将在符号上嵌入全息照相激光扫描系统的局部座标参考架参照的每个扫描光束几何模型的座标转换(变换)到参照到扫描通道中“扫描位置”的全局座标参考R_global的扫描光束几何模型座标；扫描光束和包表面相交判断模块1012A，用于对每个从数据单元连结模块产生的每个组合数据单元对作判断，由HG转换模块1009A产生的全局座标参考扫描光束模型是否与由HG转换模块1010A产生的全局座标参考包表面模型相交，如果是，则数据输出子系统1013A作为输出产生包识别数据、包丈量数据(例如高、宽数据等)和包重量数据，为与本发明的通道扫描系统相关的辅助系统使用。

如图22与22A所示，从“非全息照相类型”激光扫描子系统产生的扫描光束数据单元必须使用与图22所示不同的数据处理模块系统来处理。如图22A所示，此数据处理模块系统包括：数据单元组合模块1007B，用于组合(i)从“非全息照相类型”位于底部的激光扫描子系统产生且从系统事件队列1004存取的每个扫描光束数据单元，和(ii)在移动包跟踪队列1005中每个包数据单元，用于产生多个组合的数据单元对；包表面几何模型化模块1008B(类似于1008A)，用于对由从数据单元组合模块1007B产生的每个组合数据单元对中的包数据单元代表的包产生一个几何模型；齐次(HG)转换模块1009B(类似于1009A)，用于将在全局座标参考加R_global中的“丈量位置”产生的每个包表面几何模型座标转换(即变换)到在扫描通道中的“扫描位置”(从包丈量位置移位一个距离z)上的包表面几何模型座标；X-Z扫描表面(几何)模型化模块1010B，用于对由从数据单元组合模块1007B产生的每个组合数据单元对中的扫描光束数据单元代表的激光扫描表面产生一个几何模型；齐次转换(HG)模块1011B，用于将在符号上嵌入非全息照相底部激光扫描子系统的局部座标参考架参照的每个X-Z扫描表面几何模型的座标转换(变换)到参照到扫描通道中“扫描位置”的全局座标参考R_global的扫描光束几何模型座标；扫描光束和包表面相交判断模块1012B，用于对每个从数据单元组合模块产生的每个组合数据单元对作判断，由HG转换模块1009B产生的全局座标参考扫描表面模型是否与由HG转换模块1010B产生的全局座标参考包表面模型相交，如果是，则数据输出子系统1013B作为输出产生包识别数据、包丈量数据(例如高、宽数据等)和包重量数据，为与本发明的通道扫描系统相关的辅助系统使用。

描述了数据单元排队、操纵和处理子系统1000的整体结构与功能以后，在此刻比较合适的是参照图22和22A简单地描述其操作。

在加载到系统事件队列1004以前，每个数据单元是参照到全局参考架R_global的被定时/控制单元103中的一时钟驱动的定时标记模块1002加上时钟标记(即Ti)的值。在系统事件队列1004中的所有数据单元被数据单元分析器/操纵器操纵，后者由图23A1和23A2中列出的数据单元操纵规则表支配。通常，子系统1000最好用一个具有能同时处理多“线程”的多任务操作系统的计算平台来实现。

每个通过扫描通道的包将用存储在操作上连接到数据单元处理器1006的移动包跟踪队列1005中的数据单元(即在如Java编程环境那样的面向对象编程环境中的一个对象)来表示。包数据单元放在移动包跟踪队列1005中，并使用数据单元组合模块1007A与从该系统事件队列1004存取的每个扫描光束数据单元匹配。从基于全息照相扫描单元产生的扫描光束数据单元沿着在图22的右下角列出的方框1008A、1009A、1010A、1011A、1012A和1013A示出的扫描数据处理通道被处理，而从基于非全息照相扫描单元(例如从通道中位于底部的多面体扫描器)产生的扫描光束数据单元沿着在图22中列出的块1008B、1009B、1010B、1011B、1012B和1013B示的不同的扫描数据处理通道被处理。这是因为从基于个息照相的扫描单元产生的扫描光束数据单元已经从激光扫描光束(或有限的扫描扇面)产生，后者能与扫描包识别数据一起被所述的扫描盘上的跟踪小平面扇面所跟踪。虽然类似的技术能用于基于多面体的扫描器(如跟踪“镜面扇面”替化基于HOE的小平面扇面)，在本实施例中采用不同的方法。即，沿着底部扫描器每个多面体扫描单元的扫描表面(如3×5″)符合一个基于向量的表面模型而不是用于使用全息照相扫描机构收集的包识别数据的射线型模型。

本发明的第一实施例的包表面几何模型化子系统

如图24所示，对每个包表面借助于与图22中的数据单元排队、操纵和处理子系统一起配置的包表面几何模型化子系统(即模块)建立一个几何模型。在本实施例中，每个传送经过包丈量/测量子系统600和包速度/长度测量子系统400的包的每个表面在数学上至少使用在全局座标参考架R_global中的三个位置向量(参照到x＝0，y＝0，z＝0)和指出入射线反射方向的包表面的法线向量来表示。图24的表描述了一个较佳的过程用于对每个传送经过包丈量/测量子系统600和包速度/长度测量子系统400的包的每个表面建立一个基于向量的表面模型。

本发明的第一实施例的扫描光束几何模型化子系统

如图25A到5A1所示，由图22的扫描光束几何模型化系统(即模块)建立一个基于向量模型，用于将小平面的一个特定点发射的激光扫描光束(射线)传播到其对应光束折叠镜上的反射点，再到由该小平面焦距确定的焦平面。

图25B1到25B3中列出的表确定了一组参数，用于构造扫描小平面和激光扫描光束的基于衍射的几何光学模型。此模型化过程的细节能在本专利申请人在1996年10月7日提交的第08/726,522号及1995年12月18日提交的第08/573,949号审查中的专利申请中找到。图26提供了图25A及25A1所示的激光扫描盘的概略表示，其中标上了与图25A和25A1的基于衍射的几何光学模型有关的特定参数。

在图27中，描述了一个较佳的过程，用于建立由本系统全息照相激光扫描子系统产生的激光扫描光束的基于向量的射线模型，该系统可能已收集了与在通道扫描子系统读出的解码条码标记有关的扫描数据。

本发明的第一实施例的扫描表面模型化子系统

图28概略地示出如何能使用在图22A中所示的扫描表面模型化子系统(即模块)，对由在通道扫描系统中基于多面体底部扫描器产生的每个候选的扫描光束确定一个基于向量有2-D表面几何模型。如图28所示，从特定的基于多面体的底部扫描单元产生的每个全方位扫描样式，在数学上使用四个全局座标参考架R_global中的位置向量(参照到x＝0，y＝0，z＝0)和指示在扫描过程中激光扫描射线投射方向的到扫描表面的法线向量来表示(即模型化)。

本发明的第一实施例的齐次(HG)转换模型

图29概略地描述了图22中的齐次(HG)转换模块1009A如何使用齐次转换将局部扫描座标参考架R_{localscannerj}中基于向量的模型转换到在全局扫描座标参考系统R_global中对应的基于向量的模型。其数学技巧是重要的，因为将用于表示激光束(扫描条码)的局部参考座标转换到用于表示同一激光扫描光束的全局参考座标。

图30描述了(图22的)齐次(HG)转换模块如何使用齐次转换将在“包高度/宽度轮廓位置”的全局座标参考架R_global中指定的基于向量的包表面模型转换到在通道扫描系统中的“扫描位置”上指定的全局座标参考架R_global中建立的相应的基于向量的包表面模型。其数学技巧是重要的，因为将用于表示包表面的局部参考座标转换到用于表示同一包表面的全局参考座标。注意，此座标转换方法涉及使用包或传送带速度(V)和由分别放置在包数据单元和扫描数据单元的时间标记(T₁和T₂)指示的时间差(即ΔT＝T1-T2)计算在包高度/宽度轮廓和扫描位置之间的包行走距离(z＝d)，其中两个数据单元在图22和22A的数据单元排队、操纵和处理子系统1000中完成的每个光束/包表面相交判断期间是匹配的。注意，在轮廓与扫描位置之间的包位移距离Z＝d用数学表达式d＝VΔT给出。

本发明的第一实施例的扫描光束和包表面相交判断子系统，用于由全息照 相扫描子系统产生的扫描光束数据单元

图31A和31B一起描述了在本发明的扫描光束和包表面相交判断模块1012A中完成的过程，以判断(i)与由全息照相扫描子系统产生的特定扫描光束数据单元相关的扫描光束(射线)是否与(ii)在特定扫描位置扫描的任何包表面相交，从而判断一个特定的包识别数据单元是否与由系统获取的特定的包测量数据单元相关。

如在图31A的方框A所示，此过程的第一步涉及使用激光扫描光束的最小和最大扫描射线模型来确定参照到全局座标架的扫描射线和包的表面(使用基于向量的模型)的相交点。如在图31A的方框B所示，如果在步骤A确定了一个交点，则确认该表面的法线向量的符号与扫描射线方向向量的符号相反。如在图31A的方框C中指出，如果法线向量的符号与该扫描射线方向向量的符号相反，则判断，此交点(在方框A找到)是否落在包表面的空间边界上。如图31B的方框D所示，若交点落在该表面的边界上，则输出一个数据单元到数据输出子系统1013A的输出队列中，其中该数据单元包括包识别数据和由本系统表示而被另外子系统使用的包的尺寸与测量的数据。当从系统事件队列1004得到的扫描光束数据单元与使用上述方法的包数据单元相关时，子系统1000输出一个包含包ID数据和包丈量及测量的数据单元(在输出数据队列1013A中)。那样的数据单元能被图形显示，打印出报表，提供给分类子系统、运货报价子系统、通路选择子系统等。

本发明的第一实施例的扫描表面和包表面相交判断子系统，用于由非全息 照相扫描子系统产生的扫描光束数据单元。

图32A和32B一起描述了在图22A的扫描表面和包表面相交判断模块1021B中能完成的一个过程，用于判断，与由非全息照相(如基于多面体的)“位于底部”扫描子系统产生的特定扫描光束数据单元相关的扫描表面是否与在特定扫描位置被扫描的包的任何表面在空间上相交，并由此判断一个特定的包识别数据单元是否与由系统获取的特定包测量数据单元相关。

如图32A的方框A所示，过程的第一步涉及使用位于底部的多面体扫描器的激光扫描表面和包的侧表面的基于向量的表面模型来判断，在基于多面体的扫描器的扫描表面和包的任何表面之间是否存在一个交点。如在图32A的方框B所示，若存在一个交点，则确认扫描表面的向量模型(即法线向量)的符号与包表面的向量模型的符号相反。如图32B的方框C所示，如果扫描表面的法向向量的符号与该包表面的法向向量的符号相反，则确信扫描表面上的某些点与包表面上的某些点重合。如图32B的方框D所示，若发现在扫描表面和包表面之间存在足够的重叠，则将一个数据单元输出到数据输出子系统1013B的输出队列中，数据单元中包括包识别数据和由本系统表示而为其他子系统使用的包的尺寸和测量的数据。当从该系统事件队列1004取得的扫描光束数据单元使用上述方法与包数据单元相关时，子系统1000输出一个包含包ID数据和包尺寸及测量数据的数据单元(到输出数据队列1013B)。那样的数据单元能被图形显示，打印成报表，提供给分类子系统、运货报价子系统、通道选择子系统等。

注意，在扫描盘上小平面扇面越小，考虑到包识别数据与包测量数据的联系，该系统就有更好的分辨力。当小平面扇面越来越小时，从解码装置来的对应小平面角最小值及最大值将越来越近，接近于理想状态的单根扫描射线。

按照本发明包识别和测量的第二实施例构造自动的通道型激光扫描包识别 和称重系统

参照图33到34将详细描述第二实施例的“双通路”自动通道型激光扫描系统2000。如在图1到图32B图示的第一实施例那样，第二实施例的系统设计成识别和测量沿着传送机子系统以习惯方式单排排列的包。

本发明的第二实施例的通道扫描子系统的概貌

如图33和34所示，由标号2000指出的第二实施例的自动通道扫描系统包括若干子系统的集成，即：具有传送带2101的高速包传送子系统2100，其传送带至少有60英寸宽，支持沿着传送带的一对包传送通路；一对被支撑架2102支撑在传送带上方的双盘全息照相激光扫描条码标记阅读子系统2200A和2200B，以便在上面产生一个3-D全方位扫描体积2103，用于扫描通过那里的包2105上的条码2104；用一对基于IR的包探测器2301A和2301B实现的包入通道指示子系统2300，探测器的方向分别越过传送带的第一个或第二个传送通路(CL1和CL2)2102A和2102B，用于自动检测在传送带通路中进入扫描通道的包2205的出现；用一对基于IR的包探测器2401A和2401B实现的包出通道指示子系统2400，探测器的方向分别越过传送带的第一条或条二条传送通路(CL1和CL2)2102A和2102B，用于自动检测在传送带通路中离开扫描通路的包的出现；移动称重子系统2500，用于对沿传送带2101移动的包称重；包传送带速度测量子系统2600，它使用与传送带2101的下表面啮合的滚轮2601、与滚轮2601的轴连结的光学轴增量编码器2602，它对滚轮的每一转产生电脉冲输出流，和编程微处理器2603，用于处理输出的脉冲流并在任何瞬时及时地产生表示传送带(因而包传输的)速度的数字数据；处理对图33的系统的数据输入输出的输入/输出子系统2700；以及带有图形用户接口(GUI)2701的数据管理计算机2800，用于实现如图41所示的数据单元排队、操纵和处理的子系统2900和其他数据和系统管理功能。

第二实施例的高速传送机子系统

如图33所示，本实施例的高速传送机子系统2100包括：互相分开并由支撑架结构支撑的多个滚轮2102(图33中未示出)；传送带机构2101，由传送带支撑机构2103支撑并在其间延伸，它至少有60英寸宽，以便沿着传送机子系统提供一对包传送通路CL1和CL2；传送扭矩给滚轮的驱动马达2014；以及在系统运行期间控制传送带和包速度的传送带速度控制器2016。

本发明的双盘全息照相激光扫描条码标记阅读子系统

如图33所示，每个双盘全息照相激光扫描条码标记阅读系统2200A和2200B被支架2202支撑在传送带2101的上方。在系统运行期间，每个双盘全息照相激光扫描子系统2200A和2200B产生具有四个焦平面的3-D全方位扫描体积2203，用于全方位扫描经过那里的包上的条码。在特定的扫描体积的焦平面中从每个扫描盘投射的全方位激光扫描样式概略地画在图35中。包括图33的扫描通道系统的子系统概略地画在图34中。

如图36所示，每个双盘全息照相激光扫描子系统2200A、2200B包括一对激光扫描平台2207A和2207B，均安装在共同的机箱2208中。如图36所示，在本实施例的每个扫描平台2207A和2207B中包括排列在全息照相扫描盘2211周围的五个激光扫描站2210A到2210E。但可以理解，为特殊应用的需要，在本发明的其他实施例中少于或多于五个扫描站能以多种方式排列在扫描盘周围。如图37所示，应用在图36的激光扫描子系统的每个全息照相扫描盘2211具有十六个全息照相小平面，每个作为在本实施例中的发送型体积全息照相实现。如图39A到39C所示，每个单盘全息照相激光扫描平台2210A到2210E主要包括如图3A7A到3A7C所画的上面详细描述的同样的分部件的组合。较佳的是使用下列本申请人的审查中的专利申请中详述的方法来设计和构造每个全息照相激光扫描平台：1997年10月14日提交的第08/949,915号；1997年5月12日提交的第08/854,832号；1997年4月22日归档的08/886,806；1996年10月7日归档的08/726,522；和1995年12月18日提交的第08/573,949号，它们均通过参照而引用于此。在这些系统中每个全息照相扫描盘的全息照相扫描小平面的设计参数列于图38的表中。注意，在图38的表中列出的设计参数在上面参考的美国专利申请中详细地确定。

本发明的第二实施例的包入通道指示子系统

在图33和34中画出的包入通道指示子系统2300是作为一对基于IR的包检测器2301A和2301B来实现的，它们分别安装在传送带的第一和第二传送通路(CL1和CL2)2102A和2102B的一端。每个基于IR的包检测器2301A和2301B包括与IR接收器2303同步操作的一个红外(IR)发送器2302，如通过参照引用于此的的授予Rockstein的第5,789,730美国专利所提出的那样。每个同步的IR发送器与接收器2302和2303的功能是自动检测沿着指定的传送带通路进入扫描通道的包(即物体)的出现。注意，在本实施例中，有双重包传送通路，每个基于IR包检测器的IR范围调节得使它只延伸传送带的一半宽度。在另外单通路系统中，只需要单个基于IR的包检测器来构造包入通道指示子系统2300，且在那样的实施例中，基于IR的包检测器的范围延伸跨过传送带的整个长度。

本发明的第二实施例的包出通道指示子系统

在图33和34中画出的包出通道指示子系统2400也是作为一对基于IR的包检测器2401A和2401B来实现的，它们分别安装在传送带的第一和第二传送通路(CL1和CL2)2102A和2102B的一端。每个基于IR的包检测器2401A和2401B包括与IR接收器2403同步操作为一个红外(IR)发送器2402，如通过参照而引用于此的第5,789,730号美国专利所提出的那样。每个同步的IR发送器与接收器2402和2403的功能是自动检测沿着指定的传送带通路离开扫描通道的包(即物体)的出现。注意，在本实施例中，有双重包传送通路，每个基于IR包检测器2401A和2401B的IR范围调节得使它只延伸传送带的一半宽度。在另外单通路系统中只需要单个基于IR的包检测器来构造包出通道指示子系统2400，且在那样的实施例中，基于IR的包检测器的范围将延伸过传送带的整个长度。

本发明第二实施例的包/皮带速度测量系统

如图33所示，本实施例的包/传送速度测量子系统2600的实现是将一个滚轮2601(圆周具有一直线长度)啮合到传送带2101的下表面并将一个从Illinois州的Elbnrn的PhotoCraft，Ltd.生产的RG/RJ型光学轴增量编码器2602连接到滚轮2601的轴上。轴编码器2602的功能是对滚轮的每一转产生预定数目的电脉冲，以指示传送带2101已经过一端直线行程。电脉冲被提供到一个编码微处理器2603的高速输入口，它计数此电脉冲并产生表示传送带物理位移的数字数据单元，Z＝A。借助于对传送带每直线行程的位移进行定时，该编程微处理器2603能计算传送带的瞬时速度并产生一个数字数据单元表示，为数字单元排队、操纵和处理子系统2800所用。在本实施例中，该编程微处理器2603还完成在图40A到40C列出的流程图画出的计算过程，以便计算本发明的第二实施例的系统的传送带的瞬时速度。

本发明的第二实施例的移动称重子系统

如图33所示，系统2500较好地安排在包入通道检测子系统2400附近。如图所示，移动称重子系统2500包括：分别沿传送通路CL1和CL2安装的一对称平台2501A和2501B，每个产生指示通过该称平台2501A和2501B的包2205重量的模拟或数字重量信号；滤波线路2502，用于对模拟或数字重量信号进行滤波，去除其中的噪声分量和人为干扰；以及信号处理器2503。用于处理滤波后的重量信号，以便产生一个表示包测量重量的数字数据单元，并经由I/O子系统2700提供给数据单元排列、操纵和处理子系统2800。注意，本发明的移动称重子系统2700可使用Ohi州的Worthington的Mettler-Toledo Company的EXPRESSWEIGHT^TM9480型移动可变化箱包称重系统来实现。

本发明的第二实施例的输入和输出子系统

在图83示出的第二实施例中，输入/输出(I/O)子系统2700的功能是管理到数据管理计算机系统2800的数据和输出。在本实施例中，I/O子系统2700可使用一个或多个安装在机架上的I/O适配机箱来实现，如具有十六个I/O端口的RockPort Series RM 16-RJ45多点串口控制器，它由Minnesota州Saint Danl的Comtrol Corporat ion销售。

本发明第二实施例的数据排队、操纵和处理子系统

如图34所示，数据管理计算机2800被用于完成本发明的系统的第二实施例中的数据单元排队、操纵和处理子系统2900。在图41中，详细地示出数据单元排队、操纵和处理子系统2900的结构和功能。

如图41所示，所有数据单元进入系统都配备具有多个输入口和一个连接到由定时/控制单元2903控制的数据单元时间标记单元2902的输出口的一个I/O模块2901。在本实施例中，有四类可能加载到系统事件队列2904的数据单元，(以计算领域熟知的FIFO数据结构实现)：(1)扫描光束数据单元；(2)包(重量)数据单元；(3)包入通道(PIT)数据单元；(4)包出通道(POOT)数据单元。

如图41所示，数据单元排队、操纵和处理子系统2900进一步包括一系列其他模块，即：以计算领域熟知的FIFO数据结构实现的移动包跟随队列2905，用于排队包(重量)数据单元；包入通道(PIT)数据单元和包出通道(POOT)数据单元；和数据单元分析器2906(例如编程微处理器和相关的存储器结构)，用于从系统事件队列2904中读取不同类型的数据单元，并按照在图42A和42B中列出的数据单元处理规则分析和处理这些数据单元。

如图41所示，从全息照相激光扫描子系统2200A和2200B来的扫描光束数据使用一系列数据处理模块来处理，即：数据单元组合模块，用于组合(i)从全息照相激光扫描子系统2200A和2200B产生的并从系统事件队列2904中存取的每个扫描光束数据单元和(ii)在移动包跟踪队列2905中的每个包数据单元，以便能产生多个组合数据单元对；包定位区域(几何)模型化模块2908，用于对由在数据单元组合模块2907中产生的每个组合数据单元对中的包数据单元指示的包定位区域产生一个基于向量的(几何)模型；扫描光束几何模型化模块2909，用于对由在数据单元组合模块2907中产生的每个组合的数据单元对中的扫描光束数据单元指示的激光扫描光束产生一个几何模型；齐次转换(GH)模块2910，用于将参照到局部座标参考架(符号上嵌入全息照相激光扫描系统)的每个扫描光束几何模型的座标转换(即变换)成参照在扫描通道中“扫描位置”处的全局座标参考R_global的扫描光束几何模型座标；扫描光束和包定位区域相交判断模块2911，用于对每个从数据单元组合模块产生的每个组合的数据单元对作判断，由HG转换模块2910产生的全局参考扫描光束模型是否与由包定位区域模型化模块2908产生的全局参考包定位区域模型相交，若是，则数据输出子系统2912作为输出产生包识别数据和包重量数据，为与本发明的第二实施例的通道扫描系统有关的辅助系统所用。

已经描述了数据单元排队、操纵和控制子系统2910的整体结构和功能，在此刻最好参照图41简单地描述其操作。

每个数据单元在加载到系统事件队列以前借助于由在参照全局参考架R_global的定时/控制单元2903中的主时钟驱动的时间标记模块2902加上时间标记(即T_j)。所有系统事件队列2904中的数据单元由数据单元分析器/处理器2906处理，其操作由在图42A和42B中列出的数据单元处理规则所控制。通常，最好用具有能同时处理多“线程”的多任务操作系统(如UNIX)的计算平台来实现数据单元排队、操纵和处理子系统2900。

每个通过如图33所示的扫描通道的包用储存在移动包跟踪队列2905中的一个数据单元(即在如Java编程环境那样的面向目标编程环境中的一个目标)来表示。包数据单元放在移动包跟踪队列2905中并与每个从系统事件队列2904存取的扫描光束数据单元使用数据单元联结模块2906互相匹配。由基于全息照相扫描单元2200A和2200B产生的扫描光束数据单元沿着图41列出的方框2908、2909、2910、2911的扫描数据处理路径被处理。

本发明的包定位区域模型化子系统

如图43所示，对每个在通道扫描子系统中被扫描的包，由与数据单元排队、操纵和处理子系统2900(如图41)一起配置的包定位区域模型化子系统(即模块)2920建立一个基于向量的包定位区域的模型。注意，在图33的实施例中，通道中扫描点的“包定位区域”是模型化子系统的从属的情况，而不是如包本身的几何形状在图1到32B中所示的第一个实施例的系统中的情况。这是因为不象如图33中所示的本发明的第一实施例那样，在本实施例中不确定包的尺寸。在第二实施例中，使用全局座标参考架R_global中的一组向量(参照到x＝0，y＝0，z＝0)在数学上表示(即模型化)每个包定位区域2920。图44A和44B的流程图描述了一个较佳的模型化过程，用于建立在图33的通道扫描子系统中的包扫描点上的包定位区域的基于向量的模型。

如图44A的方框A所示，模型化过程中的第一步涉及判断，被检测的包位于第一传送通路(CL1)还是第二传送通路(CL2)。如图44中的方框B所示，第二步使用(i)放在与被检测包相关的包数据单元上的时间标记(T_j)和(ii)放在借助数据单元组合模块2907与该包数据单元区域的扫描光束数据单元的时间标记(T_j+k)。

如图44A的方框B所示，上面识别的时间标记(T_j)和(T_j+k)用于使用下面公式计算包走过的距离“d”：d＝ΔT*V，其中ΔT＝(T_j+k)-(T_j)，v＝由包/传送带速度测量子系统确的包速度。如图44A方框C所示，如果被检测的包在第一传送通路(CL1)中，则该子系统确定，由下面向量模型规定“包定位区域”模型：在全局座标参考系统中，0≤x≤w/z，0≤y；d-Δd≤z≤d+Δd，其中Δd是与在时间(T_j+k)在其扫描位置扫描该包的激光扫描光束有关的预定聚焦区域深度。

如图44B的方框D所示，如果被检测的包在第二传送通路(CL2)中，则该子系统确定，由下列向量模型规定包定位区域模型：在全局座标参考系统中，w/2≤x≤w；0≤y；d-Δd≤z≤d+Δd，其中Δd是与在时间(T_jtk)，在其扫描位置扫描该包的激光扫描有关的预定聚焦区域深度。

本发明的第二实施例的扫描光束几何模型化子系统

在图33的通道扫描系统中，图25到26画出的扫描光束几何模型化系统(即模块)被应用于图41所示的子系统2909中。因此，图41的扫描光束几何模型化子系统(即模块)2909的功能是对激光扫描光束(射线)的传播建立一个基于向量的模型，它(i)从小平面上的一个特定点发射，(ii)到它在对应光束折叠镜上的反射点，和(iii)射向由小平面焦距确定的焦平面。此模型化方法类似于在图25B1到26示出以及以上描述的方法，因而不再重复以免混淆了本发明。

本发明的齐次(HG)转换模块

图45概略地示出，图41的齐次(HG)转换模块2909如何使用齐次转换将参照到局部扫描器座标参考架R_{localscannerj}的一个基于向量的“扫描光束”模型变换成参照到符号上嵌入图33的系统全局扫描器座标参考架R_global的对应的基于向量的“扫描光束”模型。其数学技巧是主要的，因为它将用于表示激光束(它扫描条码标记)的局部参考座标变换到用于表示同一激光扫描光束的全局参考座标。注意，座标转换方法涉及计算(i)在时间标记(T_j)加到PIT数据单元的包检测位置和(ii)在时间标记(T_j+k)加到扫描数据单元的光扫描位置之间的包行程距离(z＝d)。在本实施例中，此计算涉及使用(i)包或传送带的速度(v)和(ii)由分别放置在扫描光束数据单元和包数据单元中的时间标记(T_j+k)和(T_j)指示的时间差(即ΔT＝(T_jtk)-(T_j))，其中两个数据单元的匹配是在模块2911进行的每个扫描光束/包位置区域相交判断期间完成的。注意，包位移距离z＝d由数学表达式d＝v*ΔT给出，该距离在包检测位置和扫描位置之间确定。

本发明的第二实施例的扫描光束和包扫描区域相交判断子系统，用于由全 息照相扫描子系统产生的扫描数据单元

在图46中示出了在图41的扫描光束和包定位区域相交判断中完成的过程。通常，此计算模块的功能是判断(i)与由一个全息照扫描子系统产生的特定扫描光束数据单元相关的扫描光束是否与(ii)在特定的扫描位置(即由与对应的扫描光束数据单元相关的激光束位置规定的位置)被模型化的包定位区域相交。若相交，模块2910将该特定的扫描光束数据单元(即包识别数据单元)与对应于模型化的包定位位置的包测量数据单元相关。

如图46的方框A所示，过程的第一步涉及使用最小和最大的激光扫描光束的扫描射线模型(即由小平面扫描角的最小值和最大值规定)来确定那样扫描射线模型的聚集面中和周围的座标区域，表达为：x_min±Δx；y_min±Δy；z_min±Δz；和x_max±Δx；y_max±Δy；z_max±Δz。

如在图46的方框B所示方法的下一步涉及判断，在最小和最大扫描射线的焦平面之中或周围的座标区域是否落在系统的第一或第二传送通道中被计算的包定位区域的空间边界之中。如果扫描光束落在图A所规定的座标区域之中，则在图46的方框C，此方法涉及输出一个包括该包识别数据(若有的话，包括重量测量数据)的输出队列中的数据单元，为其他在操作上与本系统连接的辅助系统使用。通常，那样的数据单元能被图形显示，打印出极表，提供给分类子系统、运货报价子系统、通路选择子系统等。如果扫描光束没有落在方框A指定的座标区域中，则此方法不输出到输出队列中的任何数据单元。

按照本系统的第三实施例构造的自动通道型激光扫描包识别和称重系统

参照图47到57B，将详细描述第三实施例3000的自动激光扫描包识别和测量系统。与上面详述的第一或第二实施例的系统的能力不同，第三实施例的系统能检测、测量、识别和跟踪沿传送带的多个包，而不管它们的方向或排列(如堆积的并排的和/或重叠的排列)。如此，借助于加入许多第一和第二实施例的系统功能，又提供若干附加功能，此新颖的系统设计使能同时测量和识别沿高速传送带子系统传送过程中的非单行排列包，使操作上与基于通道的系统连接的辅助系统能够确定其对于运输到它的目的地和/或沿着计划的装运路径运输的安全性和适配性而不需人为干预。

本发明的第三实施例的通道扫描系统的概貌

如图47和48所示，第三实施例的自动同时包检测、丈量和识别系统由标号3000指示且包括子系统的一个集成，即：高速包传送系统3100，它具有至少30英寸宽的传送带，能支持沿着传送带一个或多个包传送通路；通道型或类似安排的条码标记阅读器3200，在本实施例中包括全息照相和非全息照相(如多面体)激光扫描条码标记阅读子系统3201到3201R，它们借助于支撑架3201支撑在传送带3101的上方、侧面和下面，用于产生其上如图5A到9B中画出的3-D“六轴”型全方位扫描体积3203，来扫描传送经过那里的包3204上的条码3205；第一同时多包检测和丈量系统3300，它安排在通道扫描子系统3200的入口侧，并在本实施例中包括一个基于激光的扫描机构3301A，用于产生一个调幅激光束3302，它跨过扫描通道的宽度方向朝向基本上垂直于传送带表面的方向重复扫描(如图51A所示)，并产生进入扫描通道的包高度轮廓的数据表示，处理此数据自动检测沿传送带进入扫描通道的每个包的出现并产生一个指示此事件的数据单元(即数据对象)；主时钟3400，用于产生一个整体时间基准，使用在系统中产生的数据单元的时间标记；第二同时多包检测和丈量子系统3500，它安排在通道扫描子系统3200的出口侧，并在本实施例中包括一个基于激光的扫描机构3301，用于产生一个调幅激光束3302，它跨过扫描通道的宽度方向朝基本上垂直传送带表面的方向重复扫描，并产生离开此扫描通道的包高度轮廓的数据表示，处理此数据自动检测沿此传送带离开扫描通道的每个包的出现并产生一个指示此事件的数据单元(即数据对象)；移动称重子系统3700，沿着传送带机构安装在第一同时多包检测和丈量子系统下面，用于当包传送经过时称重该包；包/传送带速度测量子系统3800(它使用下列部件：滚轮3801，啮合在传送带3101下表面；光学轴增量编码器3802，连到滚轮3801的轴上并且滚轮每转一周产生电脉冲输入流；编程微处理器3803，用于处理输出脉冲流并在任何瞬时及时产生传送带速度(因而也是包速度)的数字数据表示)；输入/输出子系统3900，用于处理到图33的系统的数据输入输出；和带有图形用户接口(GUI)3926的数据管理计算机3925，用于实现如图49和49A所示的数据单元排队、操纵和处理子系统3950，以及其他的数据和系统管理功能。

第三实施例的高速传送机子系统

如图47所示，第三实施例的高速传送机子系统3100包括：分开放置并由支撑架支撑的多个辊子3102(支撑架在图33中未示出)；传送带机构3101，由传送带支撑结构3103支撑，至少有30英寸宽沿着传送机子系统提供一个或多个包传送通路；施加扭矩给辊子的驱动马达3104；和传送带速度控制器，用于在系统运行时控制传送带(因而包)的速度。

本发明的第三实施例的第一同时多包检测和丈量子系统

如图49所示，本实施例的第一同时多包检测和丈量子系统3300安排在通道扫描子系统3200的入口侧，并包括：激光扫描单元3301，如图49所示安装在传送带上方的一个用于扫描沿传送带移动的包的向上的表面，扫描是用调幅(AM)激光束，它跨过整个宽度方向而朝向基本上垂直于传送带表面的方向重复扫描，并产生一组包高度轮廓数据{H_n；i}，其中n＝0，1，2...N-1是沿传送带宽度方向的采样标号(即位置)，i是采样时间标号，i＝0，1，2...I，指示每个高度轮廓数据{H_n；i}是何时使用激光扫描机构3301从排列在传送带上的包收集的；高度轮廓数据队列3302，用于排队高度轮廓数据单元{H_n；i}，供以后的使用与分析；数据控制器3303，用于将每个高度轮廓数据线性组{H_n；i}传送到高度轮廓数据队到3302；定时标记单元3304，由图48中的主时钟3400控制，用于产生时间标记T_i，借助于数据控制器3303将其在符号上连接到高度轮廓数据单元{H_n；i}和那里的子单元；多个移动包跟踪队列(FIFO)3305A到3305D，每个对应于传送带上方的不同空间位置，并用于在一个面向对象的编程环境(如一个Java编程环境)中缓存表示被检测的包和它们各种属性的“数据对象”；高度轮廓数据分析器3306，用于从高度轮廓数据队列3302的输出口去除一个高度轮廓数据单元{H_n；i}，并将其写到移动包跟踪队列3305A到3305D之一的输入口，还从一个或多个移动包跟踪队列3305A到3305D的输出口去掉一个或多个数据对象(表示被检测/被跟踪的包)，并将其写到如图51所示的I/O单元3951A的输入口。总之，分部件3302到3306构成了第一同时多包检测和丈量子系统3300的高度轮廓数据处理器3307。

如图49C所示，本实施例的激光束扫描机构3301包括：至少一个可见的激光二极管VLD3340，用于产生一个低功率可见激光束3341；调幅(AM)线路3342，用于调制从VLD产生的频率为f_o可视激光束的幅值；光-机械、光-电或声-光机构3343，用于将调制的激光束扫过传送带或类似的传输机构，并从经过那里被扫描的包收集反射光；光检测器3344，用于将接收到的光信号3344’转换成电信号3344″；放大滤波器线路3345，用于隔离f_o信号分量并将其放大；相位检波器3346，用于将从AM线路3342来的参考f_o的信号分量与从包反射而接收到的f_o信号分量混合起来，并产生一个合成信号，它等于正比于参考的和反射的f_o信号之间相位差的余弦的直流电压；放大器线路3347，用于放大相位差信号；A/D转换器3348，用于将直流电压转换成表示到沿着传送带移动的被扫描包的表面(即被扫描包的高度轮廓)上一点的距离的数字数据单元；和采样线路3349，用于采样数字数据单元，以便在每个采样瞬间T_i产生沿着传送带的宽度等距分布的N个采样位置上产生N个包高度轮廓数据单元的组{H_n；i}。

注意，Reveo公司的题为“Electronmagnetic Beam Scanning Array AndElectro-Optical Image Display System Incorporating The Same”(电磁波束扫描阵列和包括它的电-光图象显示系统)第WO95/24671号国际专利申请公布被通过参照而引用于此，它揭示了基于CLC的激光束转向机构能被用于以电控的方式使调幅的激光束扫过传送带的宽度。此WIPO专利申请公布教会人们如何使用光束转向单元来构造激光束转向和扫描设备，光束转向单元具有发送和反射特征，反射特征取决于入射激光束的波长与偏振特性。每个光束转向单元包括一个胆甾醇型(cholesteric)液晶材料和一个电控的可变半波延迟器。根据延迟器是否被激活，激光束转向沿着另外的正交路径，或者保持沿着原始路径。

另外，激光束扫描单元3301可以使用Cargoscan^TM CS5900型臂(Arm)(由Netter Toledo Company的Cargoscan Ltd.制造)来实现。注意，此基于激光的高度测量设备是根据第5,742,068号和第5,528,517号美国专利揭示的原理，这些专利均通过参照而引用于此。在另外实施例中，激光束扫描单元3301可以用一个立体摄影照相机子系统来替代，其中从沿传送带的包捕捉立体摄影图象对，并进行处理，以确定相对于符号上嵌入立体摄影照相机子系统的局部座标测量的图象的包的顶点以及长、高和宽的尺寸。

为了同时检测和测量以堆积的、并排的或混合式排列方式通过多包检测和丈量子系统3300的多个包，在如图49示出的高度轮廓数据分析器3306中提供一种新颖的数据处理结构。如图49所示，本实施例的数据处理结构包括：包高度/传送长度差引擎3308，用于处理在采样时间T_i作为输入提供到它的数据输入口的长度为N的每个高度轮廓数据组{H_n；i}，并作为输出产生一个长度为N-1的高度/宽度轮廓差数据组{ΔH_n，n-1；i}，表示在采样时间T_i对于传送带的宽度方向在位置n与n-1处的高度/宽度轮廓数据差；包高度/宽度差引擎3309，用于处理作为输入的时间上连续的高度轮廓数据组{H_n；i}和{H_n；i-1}(长度约为N)，并作为输出产生一个长度为N-1的高度轮廓差数据组{ΔH_n；i，i-1}，表示对于传送带的长度方向在采样时间T_i和T_i-1采样位置n处包高度轮廓的变化；和高度轮廓数据分析器3310，用于处理作为输入的由差引擎3308和3309产生的每个高度/宽度轮廓差数据组{ΔH_n，n-1；i}和高度/传送长度差数据组{ΔH_n，n-1；i}，并作为输出产生有时间标记的PIT数据单元和有时间标记的包尺寸数据单元(PDE)，用于缓存到图49所示的移动包跟踪队列3305A到3305D中。

在图49A的实施例中，包高度/传送长度差引擎3308包括：具有N个输入数据口和N个输出数据口的第一数据组缓存单元3311，用于缓存在采样时间T_i从传送带捕捉的高度轮廓数据组{H_n；i}，其中n＝0，1，2，...N-2，N-1；具有N个输入数据口和N个输出数据口的第二数据组缓存单元3312，用于缓存在采样时间T_i-1从传送带捕捉的高度轮廓数据组{H_n；i-1}；高度数据组差分单元3313，用于比较在采样时间T_i和T_i-1在沿传送带长度方向的采样位置n处捕捉的时间连续的高度轮廓数据组{H_n；i}和{H_n；i-1}，并作为输出产生一个长度为N-1的高度轮廓差数据组{ΔH_n；i，i-1}，表示对于传送带的长度方向在采样位置n在采样时间T_i和T_i-1期间包高度轮廓的变化；具有N-1个输入数据口和N-1输出数据口的第三数据组缓存单元3314，用于在作为输入传送到高度轮廓数据分析器3310以前缓存从高度数据组差分单元3313产生长度为N-1的高度轮廓差数据组{ΔH_n；j，i-1}。如图49A所示，单元3311、3312、3313和3314的操作均由度高轮廓数据分析器3310控制，在较佳实施例中，它为了高速性能用带有存储器层次的编程微处理器来实现。

在图49A的实施例中，包高度/宽度差引擎3309包括：具有N个输入数据口和N个输出数据口的第一数据组缓存单元3315，用于缓存在采样时间T_i从传送带捕捉的高度轮廓数据组{H_n；i}，其中n＝0，1，2，...N-2，N-1；N-1个高度数据差分单元3316A到3316C的组，用于比较在采样时间T_i沿着传送带的宽度方向分别在采样位置n和n-1处捕捉的空间连续的高度轮廓数据采样值H_n；i和H_n-1；i，并作为输出产生一个长度为N-1的高度轮廓差数据组{ΔH_n，n-1；i}，表示在采样时间T_i，关于传送带的宽度方向在采样位置n和n-1处的包高度轮廓的变化；具有N-1个输入数据口和N-1个输出数据口的第二数据组缓存单元3317，用于在作为输入传送到高度轮廓数据分析器3310以前缓存从高度采样差分器单元3316A到3316C的组产生的高度轮廓差值数据组{ΔH_n，n-1；i}。如图所示，单元3315、3316A、3316B、3316C和3317的操作均由上述的高度轮廓数据分析器3310控制。

如图49A所示，高度轮廓数据分析器3310作为输入接收高度轮廓差数据组{ΔH_n，n-1；i}，和{ΔH_n；i，i-1}，它们被缓存和分析以便以编程方式自动地完成下列功能，即：(1)在传送带上扫描通道入口附近检测包的单排排列、堆积或并排排列，并对每个被检测的包产生一个包入通道(PIT)数据单元(或标签)，并附上从在包检测过程中使用的基本高度轮廓数据获得的时间标记(T_i)；(2)对每个被检测的包取得(即计算)精确的高度、宽度和/或长度尺寸测量值，并附上从在包检测过程中使用的基本高度轮廓数据获得的时间标记；(3)根据从相应包获得的尺寸数据将每个定时采样的PIT数据单元加载到空间上正确的移动包跟踪队列3305A到3305D，如图49所示，使其在多包检测和丈量子系统3300中建立一个唯一的可跟踪的“数据对象”；(4)将定时采样的包尺寸数据单元(PDE)加载到如图49所示空间上正确的移动包跟踪队列3305A到3305D，以便将其与移动包跟踪队列中的属性相连接并成为新的属性；(5)将在每个移动包队列3305A到3305D中的每个数据对象传送到如图51所示的数据单元排队、操纵处理子系统3950中保持的对应移动包队列3954A，3954B、3954C或3954D；和(6)每当高度数据轮廓分析器3310判断在传送带上堆积排列或并排排列的一个或多个包相对于包的流向以单排排列出现时，复位(刷新)此移动包跟踪队列到3305A到3305D。

如图49B所示，本发明的本实施例的高度轮廓数据分析器3310使用六条不同类型的数据处理规则(以IF x THEN y格式表示)以完成上述六种功能。如图49B所示，这些数据处理规则能归纳成下面六类：(1)包检测规则；(2)包测量规则；(3)将包对象加到队列中的规则；(4)将包属性加到队列中的规则；(5)从队列中去除包对象的规则；和(6)复位包跟踪队列规则。可以理解，有许多不同的方法来分析包高度轮廓数据单元并实现上述六种功能。具有了本发明所揭示的好处，本专业的普通人员就能以直接的方式写出这些规则，实现上述的高度数据分析器3310的功能。

本发明的第三实施例的第二同时多包检测和丈量子系统

如图50所示，本实施例的第二同时多包检测和丈量子系统3500安排在通道扫描子系统3200的出口侧，并包括：激光扫描单元3501，如图49所示安装在传送带上方，用于扫描沿传送带移动的包的向上的表面，扫描是用调幅(AM)激光束，跨过整个宽度方向而朝向基本上垂直于传送带表面的方向重复扫描，并产生一组包高度轮廓数据{H_n；i}，其中n＝0，1，2，...N-1是沿传送带宽度方向的采样位置(标号)，i是采样时间标号i＝0，1，2，...I，指示每个高度轮廓数据{H_n；i}是何时使用激光扫描机构3501从排列在传送带上的包收集的；高度轮廓数据队列3502，用于排队高度轮廓数据单元{H_n；j}，供以后的使用和分析；数据控制器3503，用于将每个高度轮廓数据线性组{H_n；i}传送到高度轮廓数据队列3502；时间标记单元3504，由图48中的主时钟3400控制，用于产生时间标记T_i，借助于数据控制器3503将其在符号上连接到高度轮廓单元{H_n；i}和那里的子单元；多个移动包跟踪队列(FIFO)3505A到3505D，每个对应于传送带上方的不同空间位置，并用于在一个面向对象的编程环境(如一个Java编程环境)中缓存表示被检测的包和它们各种属性的“数据对象”；高度轮廓分析器3506，用于从高度轮廓数据队列3502的输出口去除一个高度轮廓数据单元{H_n；i}，并将其写到移动包跟踪队列3505A到3505D之一的输入口，还从一个或多个移动包跟踪队列3505A到3505D的输出口去掉一个或多个数据对象(表示被检测/被跟踪的包)，并将其写到如图51所示的I/O单元3951A的输入口。总之，分部件3502到3506构成了第二同时多包检测和丈量子系统3500的高度轮廓数据处理器3507。

如图50C所示，本实施例的激光束扫描机构3501包括：至少一个可见的激光二极管VLD 3540，用于产生一个低功率可见激光束3541；调幅(AM)线路3542，用于调制从VLD产生的频率为f₀的可视激光束的幅值；光-机械、光-电或声-光机构3543，用于将调制的激光束扫过传送带或类似的传输机构，并从经过那里被扫描的包收集反射光；光检测器3544，用于将接收到的光信号3544’转换成一个电信号3544″；放大器和滤波器线路3545，用于隔离f₀信号分量并将其放大；相位检波器3546，用于将从AM线路3542来的参考f₀的信号分量与从包反射而接收到的f₀信号分量混合起来，并产生一个合成信号，它等于正比于参考的和反射的f₀信号之间的相位差的余弦的直流电压；放大线路3547，用于放大相位差信号；A/D转换器3548，用于将直流电压转换成表示到沿着传送带移动的被扫描的包的表面(即被扫描包的高度轮廓)上一点的距离的数字数据单元；和采样线路3549，用于采样数字数据单元，以便在每个采样瞬间T_i沿着传送带的宽度等距分布的N个采样位置上产生N个包高度轮廓数据单元的组{H_n；i}。注意，在Reveo公司的题为“Electronmagnetic Beam Scanning Array And Electro-Optical Image DisplaySystem Incorporating The Same”第WO 95/24671号国际专利申请中揭示的基于CLC的激光束转向机构能被用于以电控方式使调幅的激光束扫过传送带的宽度。

另外，激光束扫描单元3501可以使用Cargoscan^TM CS 5900型臂(由MettlerToledo Company的Cargosca，Ltd.制造)来实现。注意，此基于激光的高度测量设备是根据第5,742,068号和第5,528,517号美国专利揭示的原理，这些专利均通过参照而引用于此。

为了同时检测和测量以堆积的、并排的或混合式排列方式通过多包检测和丈量子系统3500的多个包，在如图49所示的高度轮廓数据分析器3306中的高度轮廓数据处理器3507中应用的一种新颖数据处理结构也被提供给图50中所示的高度轮廓数据处理器3507。如图50A所示，本实施例的数据处理结构包括：包高度/沿传送长度差引擎3508，用于处理在采样时间T_i作为输入提供到它的数据输入口的长度为N的每个高度轮廓数据细{H_n；i}，并作为输出产生一个长度为N-1的高度/宽度轮廓差数据组{ΔH_n，n-1；i}，表示在采样时间T_i对于传送带的宽度方向在位置n与n-1处的高度/宽度轮廓数据差；包高度/宽度差引擎3509，用于处理作为输入的时间上连续的高度轮廓数据组{H_n；i}和{H_n；i-1}(长度均为N)，并作为输出产生一个长度为N-1的高度轮廓差数据组{ΔH_n；i，i-1}，表示对于传送带的长度方向在采样时间T_i和T_i-1采样位置n处包高度轮廓的变化；和高度轮廓数据分析器3510，用于处理作为输入的由差引擎3508和3509产生的每个高度/宽度轮廓差数据组{H_n，n-1；i}和高度/沿传送长度差数据组{ΔH_n，n-1；i}，并作为输出产生有时间标记的PIT数据单元和有时间标记的包尺寸单元(PDE)，用于缓存到图50所示的移动包跟踪队列3505A到3505D。

在图50A的实施例中，包高度/传送长度差引擎3508包括：具有N个输入数据口和N个输出数据口的第一数据组缓存单元3511，用于缓存在采样时间T_i从传送带捕捉的高度轮廓数据组{H_n；i}，其中n＝0，1，2，...N-2，N-1；具有N个输入数据口和N个输出数据口的第二数据组缓存单元3512，用于缓存在采样时间T_i-1从传送带捕捉的高度轮廓数据组{H_n；i-1}；高度数据组差分单元3513，用于比较在采样时间T_i和T_i-1在沿传送带长度方向的采样位置n处捕捉的时间接续的高度轮廓数据组{H_n；i}和{H_n；i-1}，再作为输出产生一个长度为N-1的高度轮廓差数据组{ΔH_n；i，i-1}，表示对于传送带的长度方向在采样位置n在采样时间T_i和T_i-1期间包高度轮廓的变化；具有N-1个输入数据口和N-1个输出数据口的第三数据组缓存单元3514，用于在作为输入传送到高度轮廓数据分析器3510以前缓存从高度数据组差分单元3513产生长度为N-1的高度轮廓差数据组{ΔH_n；i，i-1}。如图50A所示，单元3511、3512、3513和3514的操作均由高度轮廓数据分析器3510控制，在较佳实施例中，它为了高速性能用带有存储器层次的编程微处理器来实现。

在图50A的实施例中，包高度/宽度差引擎3509包括：具有N个输入数据口和N个输出数据口的第一数据组缓存单元3515，用于缓存在采样时间T_i从传送带捕捉的高度轮廓数据组{H_n；i}，其中n＝0，1，2，...N-2，N-1；N-1个高度数据差分单元3516A到3516C的组，用于比较在采样时间T_i，沿着传送带宽度方向分别在采样位置n和n-1处捕捉到的空间上连续的高度数据采样H_n；i和H_n-1；i，并作为输出产生一个长度为N-1的高度轮廓差数据组{ΔH_n，n-1；i}，表示在采样时间T_i对于传送带宽度方向采样位置n和n-1之间包高度轮廓的变化；具有N-1个输入数据口和N-1个输出数据口的第二数据组缓存单元3517，用于在作为输入传送到高度轮廓数据分析器3510以前缓存从高度采样差分器单元组3516A到3516C产生的高度轮廓差数据组{ΔH_n，n-1；i}。如图所示，单元3515、3516A、3516B、3516C和3517的操作均由上述高度轮廓数据分析器3510控制。

如图50A所示，高度轮廓数据分析器3510作为输入接收高度轮廓差数据组{ΔH_n，n-1；i}和{ΔH_n；i，i-1}，它们被缓存和分析以便以编程方式自动地完成下列功能：(1)在传送带上检测离开扫描通道的包的单排排列、堆积或并排排列，并对每个离开通道的包产生一个包出通道(POOT)数据单元(或标签)并附上从在包检测过程中使用的基本高度轮廓数据获得的时间标记(T_i)；(2)对每个被检测的包取得(即计算)精确的高度、宽度和/或长度尺寸测量值，并附上从在检测过程中使用的基本高度轮廓数据获得的时间标记；(3)根据从相应包获得的尺寸数据将每个定时采样的POOT数据单元加载到空间上正确的移动包跟踪队列3505A到3505D，如图50所示，使其在多包检测和丈量子系统3500中建立一个唯一可跟踪的“数据对象”；(4)将定时采样的包尺寸数据单元(PDEs)加载到如图50所示的空间上正确的移动包跟踪队列3505A到3505D，以便将其(作为一个属性)与移动包跟踪队列中的对应的包(对象)相连接；(5)将在每个移动包队列3505A到3505D中的每个数据对象传送到如图51所示的数据单元排列、操纵和处理子系统3950中保持的对应移动包队列3954A、3954B、3954C或3954D；和(6)每当高度数据轮廓分析器3510判断在传送带上堆积排列或并排排列的一个或多个包相对于包的流向以单排排列出现时，复位(刷新)此移动包跟踪队列3505A到3505D。

如图50B所示本发明的本实施例的高度轮廓数据分析器3510使用六种不同类型的数据处理规则(即以IF x THEN y格式表示)以完成上述六种功能。如图50B所示，这些数据处理规则能归纳成下面六类：(1)包检测规则；(2)包测量规则；(3)将包对象加到队列中的规则；(4)将包属性加到队列中的规则；(5)从队列中去除包对象的规则；和(6)复位包跟踪队列规则。可以理解，有许多不同的方法来分析包高度轮廓数据单元并实现上述六种功能，为了帮助说明的目的，下面对上述六种规则中每一个提供一个例子。具有了本发明所揭示的好处，本专业的普通人员就能以直接方式写出这些规则，实现上述的高度轮廓器3510的功能。

本发明的第三实施例的移动称重子系统

如图47和48所示，移动包称重子系统3700最好安排在第一多包检测和丈量子系统3300附近。如在第一和第二实施例系统中那样，移动称重系统3700包括：称平台，与传送带3101集成在一起，用于产生表示经过该称平台的包3204的重量的模拟量或数字量重量信号；滤波线路，用于滤波模拟量或数字量重量信号以去除噪声分量或人为干扰信号；和信号处理器，用于处理过滤后的重量信号，以产生表示该包测量重量的数字字。注意，本实施例的移动称重子系统能使用Ohio州Worthington的Metter-Toledo Company的9480EXPRESSWEIGHT^TM移动可变箱包称重系统来实现。

本发明的第三实施例的包/传送带速度测量子系统

在如图47和48所示的第三个实施例系统中，用一系列部件来实现包/传送带速度测量子系统3800，即：啮合在传送带3101下表面的滚轮3801；光学轴增量编码器3802，它连接到滚轮3801的轴上并对滚轮的每一转产生电脉冲输出流；和编程的微处理器，用于处于输出的脉冲流，并在任何瞬时及时产生表示传送带(因而被传送的包)的速度。如图47所示，此数字速度信息被提供到一个I/O子系统3900的指定数据输入口。

本发明的第三实施例的输入/输出子系统

在如图47和48示出的系统中，输入/输出子系统3900的功能是处理与数据管理计算机系统3950之间的数据输入输出。在本实施例中，I/O子系统3900能使用一个或多个安装在机架上的I/O适配器箱子来实现，如Minnesota州的SaintPanl的Comtrol Corporation销售的具有16个或32个I/D口的Rocket PortSeries RM16-RJ45多串口控制器。

本发明的第三实施例的数据管理计算机

在图47和48所示的系统中，带有图形用户接口(GUI)3926的数据管理计算机3925提供一个强大的计算平台，用于以实时方式实现数据单元排队、操纵和处理子系统3950，此外完成其他数据和系统管理功能。通常最好用一个具有能同时处理多个“线程”(thread)的多任务操作系统的计算平台实现子系统3950。

本发明的第三实施例的数据单元排队、操纵和处理子系统

在图48和49中，详细示出数据排队、操纵和处理子系统3950的和功能。如图51所示，所有包括PIT、POOT和相关数据单元的时间标记数据对象从子系统3300的移动包跟踪队列3305A到3305D以及子系统3500的移动包跟踪队到3505A到3505D以及子系统3500的移动包跟踪队列3505A到3505D传送到在子系统3950中提供的第一I/O单元3951A。而且如图51所示，所有扫描光束数据单元(SBDE)和传送带/包速度测量提供给第二I/O单元3951B。

如图51所示，每个通过I/O单元3951A进入子系统3950的数据对象是在数据控制器3952的控制下直接加载到系统事件队列3956中而不完成任何形式的时间标记操作，因为这些数据单元在包检测和丈量子系统3300和3500中产生时其内已经带有时间标记。在本实施例中，数据控制器3952是用编程微处理器和有关的存储器结构来实现的，而系统事件队列3956是用计算专业熟知的FIFO数据结构实现的。较好地是在具有更新的时间标记的数据对象以前，将从I/O单元3951A获得具有较早时间标记的数据对象加载到系统事件队列3956。所有经过I/O单元3951A的所有输入扫描光束数据单元和速度测量是由数据控制器3952使用时间标记单元3953(参照图48所示的主时钟3400)加上时间标记，因而如图51所示在数据控制器的控制下加载到系统事件队列3956。

在数据单元排队、操纵和处理子系统3950中，数据单元分析器/处理器3955的功能是从系统事件队列3956的输出口读取数据单元(包括数据对象)并按照在图52A和52B列出的数据单元处理规则分析和处理该数据单元。

如图51所示，从在扫描通道中的“全息照相型”激光扫描子系统产生的扫描数据单元必须使用在图51所示的数据处理模块的系统进行处理。如图51所示，此数据处理模块的系统包括：数据单元组合模块3557A，用于组合：(i)从“全息照相型”激光扫描子系统产生并从系统事件队列3954存取的每个扫描光束数据单元与(ii)在移动包跟踪队列3954A到3954D的每个数据对象(即包数据单元)，以产生多个组合的数据单元对；包表面几何模型化模块3958A，用于产生由数据单元组合模块3957A产生的每个组合数据单元对中的由包数据单元表示的包的几何模型；齐次转换(HG)模块3959A，用于将在全局座标参考架R_global中在“丈量位置”处产生的每个包表面几何模型的座标转换(即变换)到在扫描通道(即从包丈量位置位移一个距离“z”)中“扫描位置”处的包表面几何模型座标；扫描光束几何模型化模块3960A，用于产生由数据单元组合模块3957A产生的每个组合数据单元对中的扫描光束数据单元表示的激光扫描光束的几何模型；齐次转换(HG)模块3961A，用于将参照符号上嵌入全息照相激光扫描系统的局部座标参考架的每个扫描光束几何模型的座标转换(即变换)到在扫描通道中“扫描位置”处参照全局座标参考架R_global的扫描光束几何模型座标；扫描光束和包表面相交判断模块3962A，用于对每个从数据单元组合模块产生的每个组合的数据单元对进行判断，由HG转换模块3961A产生的全局座标参考扫描光束模型是否与由HG转换模块3959A产生的全局座标参考的包表面模型相关，若是，则数据输出子系统3963A作为输出产生包识别数据、包尺寸数据(如高度、长度、宽度数据等)和包重量数据，为与本发明的通道扫描系统相关的辅助系统所用。

如图50和51所示，从“非全息照相型”激光扫描子系统产生的扫描光束数据单元必须使用与图51不同的数据处理模块系统处理。如图51A所示，此数据处理模块系统包括：数据单元组合模块3957B(类似于模块3957A)用于组合(i)从“非全息照相型”位于底部的激光扫描子系统产生并从系统事件队列3956存取的每个扫描光束数据单元与(ii)在每个移动包跟踪队列3954A到3954D中的每个包数据单元，以产生多个组合的数据单元对；包表面几何模型化模块3958B(类似于模块3958A)，用于产生由数据单元组合模块3957B产生的每个组合数据单元对中的包数据对象表示的包的几何模型；齐次转换(HG)模块3959B(类似于3959A)，用于将在全局座标参考架R_global中在“丈量位置”处产生的每个包表面几何模型的座标转换(即变换)到在扫描通道(即从包丈量位置位移一个距离“Z”)中“扫描位置”处的包表面几何模型座标；X-Z扫描表面(几何)模型化模块3960B，用于产生由数据单元组合模块3957B产生的每个组合数据单元对中的扫描光束数据单元表示的激光扫描表面的几何模型；齐次(HG)转换模块3961B，用于将在符号上嵌入非全息照相底部激光扫描子系统中的局部座标参考架参照的每个X-Z扫描表面几何模型的座标转换到在扫描通道中“扫描位置”处的全局座标参考架R_global参照的扫描光束几何模型座标；扫描光束和包表面相交判断模块3926B，用于对每个从数据单元组合模块3957B产生的每个组合数据单元对进行判断，全局座标参照的由HG转换模块3961B产生的扫描表面模型是否与由HG转换模块3959B产生的全局座标参考包表面模型相交，若是，则作为输出，数据输出子系统3963B产生包识别数据、包尺寸数据(如高度、宽度数据等)和包重量数据，为与本发明的通道扫描系统相关的辅助系统所用。

在描述了数据单元、操纵和处理子系统3950的整体结构和功能以后，在此刻最好参照图50和51简单地描述其操作。

每个扫描光束数据单元(SBDE)和每个传送带/包速度测量值(V)在到系统事件队列3956以前被由参照图48中的主时钟3400的时钟驱动的时间标记单元3953加上时间标记(即T_j)。在系统事件和移动包跟踪队列3954A到3954D中的所有数据单元由数据分析器/处理器3955处理，后者由图52A和52B中列出的数据单元处理规则表控制。通常，最好用具有能同时处理多“线程”的多任务操作系统的计算平台实现数据单元排队、操纵和处理子系统3950。

从系统事件队列3956中由数据单元分析器/处理器3955去除的包数据对象根据与被去除的包单元相关的包尺寸数据的分析被放入适当的移动包跟踪队列3954A到3954D。如在多包检测和丈量子系统3300的情况一样，每个通过扫描通道的包用存储在操作上与数据单元分析器/处理器3955连接的移动包跟踪队列3954A-3954D中在面向对象的编程环境(如Java编程环境)中的一个“对象”来表示。放入适当的移动包跟踪队列3954A到3954D的包数据对象按照图52A和52B的表中列出的数据单元处理规则被数据单元分析器/处理器3955从那里去除。

从基于全息照相扫描单元产生的扫描光束数据单元沿着图51的右下角列出的方框3960A、3961A、3962A图示的扫描数据处理途径被处理，而从基于全息照相的扫描单元(如从在通道中位于底部的多面体扫描器)产生的扫描光束数据单元沿着图51A中列出的方框3960B、3961B、3962B图示的不同的扫描数据处理途径被处理。这种数据处理的分叉是必要的，因为从全息照相扫描单元产生的扫描光束数据单元是从激光扫描光束(或有限扫描扇面)来的，后者能使用扫描盘上的小平面扇面用扫描包识别数据跟踪。虽然类似的技术能用于基于多面体的扫描器(如用跟踪“镜面扇面”代替基于HOE的小平面扇面)，在本实施例中采用不同的方法。即，沿底部扫描器的每个多面体扫描单元的扫描表面(如3×5″)来符合基于向量的模型，而不是射线型模型，后者用于使用全息照相扫描机构收集的包识别数据。

本发明的第三实施例的包表面几何模型化子系统

如图53A所示，对每个包表面借助于与图51的数据单元排队、操纵和处理子系统3950一起配置的包表面几何模型化子系统(即模块)3958A建立一个表面几何模型。在本实施例中，经过多包检测和丈量子系统3300的每个包的每个表面在数学上至少用在全局座标参考架R_global中的三个位置向量(参照到x＝0，y＝0，z＝0)和一个指示入射光的反射方向的包表面的法线向量来表示。图51A的表描述了一个较佳的过程，用于对经过系统3000中的多包检测和丈量子系统3300的每个包的每个表面建立一个基于向量的模型。

本发明的第三实施例的扫描光束几何模型化子系统

如图54所描述，基于向量的模型是借助于图51的扫描光束几何模型化子系统(即模块)3960A建立的，后者类似于图22中示出的扫描光束模型化子系统1010A的结构和功能。此子系统的功能是在几何上模型化激光扫描光束(射线)的传播，它从小平面的一特定点发射，到达相应光束折叠镜的反射点，再到由该小平面的焦距确定的焦平面。此模型化过程的细节可以在本专利申请人的下列审查中的专利申请中找到：1996年10月7日提交的第08/726,522号；1995年12月18日提交的第08/573,949号。

本发明第三实施例的扫描表面模型化子系统

图55概略地示出，如何使用图51A所示的扫描表面模型化子系统(即模块)对由在通道扫描系统中的基于多面体的底部扫描器产生的每个候选的扫描光束确定一个基于2-D的表面几何模型。如图54所示，每个从一特定的基于多面体的扫描单元产生的每个全方位扫描样式在数学上使用在全局座标参考架R_global中的至少四个位置向量(参照到x＝0，y＝0，z＝0)和一个表示在扫描过程中从那里投射的激光扫描射线的方向的扫描表面的法向向量。此模型化子系统基本上与图22A中示出的子系统1010B相同。

本发明的第三实施例的齐次(HG)转换模块

图56概略地描述了图51的齐次(HG)转换模块3961A如何使用齐次转换把在局部扫描器座标参考架R_{localscannerj}中的一个基于向量的模型转换到在全局扫描器座标参考架R_global中建立的一个对应的基于向量的模型。此处的数学技巧主要是将用于表示激光束(扫描条码)的局部参考座标转换到用于表示同一激光扫描光束的全局参考座标。模块3961A类似于图22中的模块1010A。

图57示出，如何使用HG转换模块3959A把在“包高度/宽度轮廓位置”的全局座标参考架R_global中指定的一个基于向量的表面模型转换到在通道扫描系统中“扫描位置”处指定的全局座标参考架R_global中建立的对应的基于向量的包表面模型。此数学技巧主要在于将用于表示一个包表面的局部参考座标转换到用于表示同一个包面的全局参考座标。注意，此座标转变方法类似于图30中揭示的方法，涉及使用包或传送带速度(V)和由放在包数据单元和扫描光束数据单元中的时间标记(T₁和T₂)分别指示的时间差(即ΔT＝T₁-T₂)计算包行程距离(z＝d)，此两个数据单元在数据排队、操纵和处理子系统3000的模块3962A中完成每次扫描光束/包表面相交判断过程期间是匹配的。注意，在轮廓位置与扫描位置之间的包位移距离由数学表达式d＝vΔT给出。

本发明的第三实施例的扫描光束和包表面相交判断子系统，用于由全息照 相扫描子系统产生的扫描数据单元

图58A和58B一起描述了一个在本发明的扫描光束和包表面相交判断模块中完成的过程，用于判断：(i)由与全息照相扫描子系统产生的特定扫描光束数据单元相关的扫描光束(射线)是否与(ii)在特定扫描位置被扫描的包的任何表面相交，因而一个特定包识别数据单元是否与由该系统获得的特定包测量数据单元相关。

如图58A中方框A所示，过程的第一步涉及使用激光扫描光束的最小和最大扫描射线模型来确定(参照全局座标参考架)此扫描射线与包(使用基于向量的模型)上一个表面之间的交点。如图58A的方框B所示，如果在方框A已经确定一个交点，则确认该表面的法线向量的符号与扫描射线方向向量的符号相反。如图58A的方框C所示，如果法线向量的符号与扫描射线方向向量的符号相反，则判断此交点(在方框A找到的)是否落在包表面的空间边界内。如图58B的方框D所示，如果交点落在表面的边界内，则输出一个数据单元到数据输出子系统3963A的输出队列中，该数据单元包括包识别数据和由本系统表示而为其它子系统使用的包尺寸和测量数据。当一个从扫描光束数据单元队列3956取得的扫描光束数据单元使用上述方法与包数据单元(即对象)相关时，则该子系统3963A输出一个包括包ID数据和包尺寸和测量数据的数据单元(在一个输出数据队列中)。那样的数据单元可以图形显示，打印出报表，提供给分类子系统、运货报价子系统、通路选择子系统等。

本发明的第三实施例的扫描表面和包表面相交判断子系统，用于由非全息 照相扫描子系统产生的扫描光束数据单元

图59A和59B一起描述了一个在图51A的扫描表面和包表面相交判断模块中完成的过程，用于判断与由一个非全息照相(如基于多面体)“位于底部”的扫描子系统产生的扫描数据单元相关的一个扫描表面是否与在扫描位置被扫描的包的任何表面相交，并判断一个特定的包识别数据单元是否与由该系统获得的测量数据相关。

如图59A的方框A所示，过程的第一步涉及使用底部多面体扫描器的激光扫描表面的基于向量的表面模型和包的侧表面，以判断在基于多面体的扫描器的扫描表面和包的任何表面之间是否存在一个交点。如图59A的方框B所示，若存在交点，则确认扫描表面的向量模型(即法线向量)的符号与包表面向量模型的符号相反，然后确认扫描表面上的某些点与包表面上的点重合。如图59B的块D所示，如果在扫描表面和包表面之间找到足够的重叠，则将一个数据单元输出到数据输出子系统3963B的输出队列中，其中数据单元包括包识别数据和由系统表示的包尺寸和测量数据，为其他子系统所用。当从系统事件队列3956取得的扫描光束数据与使用上述方法的包数据单元相关时，则子系统3963B输出一个数据单元(在输出数据队列中的)，它包括包ID数据和包尺寸和测量数据。那样的数据单元能图形显示，打印出报表，提供给分类子系统，运货报价子系统，通路选择子系统等。

注意，在扫描盘上的小平面表面越小，则在将包识别数据与包测量数据相关方面系统将具有更好的分辨力。当小平面扇面变小时，从解码设备产生的对应小平面角最小值及最大值将变得越来越接近，在理想情况接近单根扫描光线。

本发明的系统的应用

通常，本发明的包识别和测量系统可以安装在包通路选择中枢、运货终端、机场、工厂等。当有新的情况出现时，当然会有大量的其他应用，而且那样系统的能将会被公众广泛地认识。

如图60所示，上述本发明的系统(1、2000或3000)能连接到支持TCP/IP或其他网路协议的信息网络4000中。如图所示，此网络至少包括一个关系数据库管理计算机系统(EDBMS)4001，设计用来接收从每个经过该系统的扫描通道子系统被识别、丈量和测量的包的信息。注意，一个包通路选择器被安装在该系统的下游，以便以自动的方式使由该系统中的子系统900所产生的控制信号指导包的走向。可以理解，许多系统1、2000、3000可以组装成各种类型的包通路选择网络，以达到有关自动识别、导向和分类的特定功能组合。

如图60所示，RDBMS 4001能以本领域熟知的方法借助于支持TCP/IP协议的信息网连接到能用Java/Jinni的因特网(即http)服务器4002。使用California州的Palo Alto的Sun Microsystem，Inc.提供的支持Java和Jini服务器组件的SUN工作站实现的HTTP服务器4002可由任何装备本领域熟知的Java/Jini启动的(http)浏览器程序的Java-Jini启动的客户机4003访问。任何客户机4003能用一个POTs线、ISDN线、DSL线、T1线或任何其他现有或将来会有的方法被RF连接到因特网底层结构4004。典型的是计算机系统900、RDBMS 4001和因特网服务器设置在自动包识别和测量系统1、2000和3000的附近，如果不在附近，应放在与使用由训练有素的服务技术人员远程控制和管理系统的远程客户机4003相比较近的距离。

在本实施例中，在系统1、2000、3000中的数据单元管理计算机子系统900也可使用运行Unix的SOLARIS版本并支持由Sun Microsystem，Ltd.提供的Java和Jini服务器组件的SUN工作站来实现。包括子系统900和因特网服务器4002的每个网上的结点具有一个指定的在因特网上的静态IP地址，并提供它自己的Jini接口，其目的是使客户和其他授权的人使用位于环球任何处的Jini/Java启动的客户机4001，以进行(1)远程访问(从英特网服务器4002)有关任何包通过该系统和系统有关的诊断的信息；(2)远程控制该系统的各种分部件，以重新编程其子系统，完成服务过程、性能校验等，并完成其他形式的维护工作，以保持系统最佳地运行而使系统操作中停机时间及崩溃最小。

虽然上述系统应用Jini/Java启动的远程控制技术，可以理解，计算机领域中熟知的其他形式远程控制技术也能被用于实现本发明的遥控诊断、管理和服务方法。

本实施例的变更

虽然在本实施例中使用的包传送机子系统是使用传送带式滚子结构来传送包，可以理解，可以用多种方式实现此子系统，例如：在通过激光扫描通道的轨道上的运转的传动轮系；在通过安装在工厂环境的扫描通道的运转的活动装置传送单元；支持包、包裹或其它加条码的物体移过通过激光扫描通道子系统的机器人控制的平台或拖板。

在上述本发明的最佳实施例中，全息照相激光扫描子系统被用于产生在那个系统使用的完整的3-D全息照相扫描体积。这样，在这里揭示的激光束位置跟踪技术应用于在那样系统中使用的全息照相扫描盘，以产生小平面和小平面扇面信息，它与每个全息照相子系统生成的每行扫描数据相关。然而可以理解，在使用多面体型扫描系统时，这里提出的激光束位置跟踪技术能直接地应用于转动多面体，而且在这样情况中，多面体镜和镜扇面信息将自动地产生并与本发明的在每个多面体型激光扫描子系统中产生的每行扫描数据相关。虽然此处结合直线(1-D)和2-D条码标记描述了包识别和测量系统的各种实施例，但是应该明白，本发明的系统和方法同样适用于光学字符识别(OCR)应用领域的扫描字母数字符号(如文字信息)，和在图形扫描专业中扫描图形图象。所有需要的是在每个扫描单元中提供图象数据存储缓冲区，使条码标记的图象在扫描操作过程中能被重新构造，并提供字符识别技术，如授予Burge等人的第5,727,081号美国专利中提到的那样，该专利通过参照而引用于此。

本发明的系统的优点及其他特征

根据上述实施例的系统的对称性质，本发明的系统作为双向包识别和测量系统使用，其中，借助于完成简单的编程操作其扫描通道的第一侧或第二侧能作为入口侧或出口侧，使根据眼前情况的要求能实现两个方向的包流。这有很大的价值，如在一天的某些时间，通道系统用于将包运出大楼或建筑物，而在一天的另外时间，需要将包从接收的源头运入大楼或建筑物。这种在现有技术的系统中不具备的灵活性使得安装本发明的系统增加了流通量。

通过适当的编程，上述的实施例的自动包识别和测量系统能实际上可以读任何可想象的码制和格式的条码(例如，交织2-5码，128码和3-9码)，以致在USPS或其他最终用户需要的各种包速率下分类和识别包。本实施例的系统能读邮政编码(六位数字)、包识别码(PIC)(十六位字符)和托架(Tray)条码(十位数字)标记。

这里的通道扫描系统能如此配置，使通过“通道”的所有产品被扫描并对有效的USPS条码标记阅读而不管条码标记在产品表面的位置。这也包括在产品底面的情况。

此处的通道扫描系统能与另外设备一起提供，例如包括：转速计、丈量单元、分类机构，当用电源单元(若需要)，空气压缩机和其他为眼前的应用所需要的其他支持设备。

较好的是例示实施例的通道扫描系统使用标准的接口来构成，使得扫描器、解码器、集中器等均可更换。

这里的通道扫描系统能由USPS和其他包和包裹载体使用的托架和盆等条码标签的保持物来阅读条码。此外，当条码标签放在透明材料下面时通道扫描系统能读出包产品的条码标记。

在通道系统中将找到在许多包上多于一个的条码。这些标记中的某些将不是有效的USPS信号。如果在一个包上有多个条码标记，则扫描器逻辑将仅仅自动识别和处理USPS有效的条码。

实施例的通道扫描系统能处理所有类型的产品(如托架和盆，它们在表面类型和颜色上有很大的变化)和颜料(如Tyvek材料、帆布、卡片纸板、多层卷(polywrap)、斯坦龙泡沫塑料、橡皮、暗色包(dark package))。某些此类产品包括：软填充枕头、包；具有不平底的包如板材、托架和盆，可以有扎带或没有扎带；纸板；地毯；煤粉包(不带绳子或金属卡具)；轮胎；木质容器和麻袋。

可以理解，例示实施例的激光扫描器、模块、引擎和子系统可以用各种方式修改(这对该领域的熟练人员是十分轻而易举的)而保持这里揭示的新颖技术的好处。例示实施例的所有那样的修改和变化将认为是在如所附的发明的权利要求书的本发明的范围与精神之内。

Claims (29)

1.一种自动包识别和丈量系统，其特征在于所述系统包括：

全方位扫描通道子系统，用于产生多个激光扫描束，读出进入所述全方位扫描通道子系统的包上的条形码标记，以及产生代表被所述包上读出的条形码标记所识别的每个包的包识别数据；

包丈量子系统，用于获取在所述包进入所述全方位扫描通道子系统之前有关每个所述包的包测量数据，以及产生包测量数据，代表所述被获取的包测量数据；

计算机子系统，用于收集包识别数据和包测量数据并对其排队，以及创建所述包的几何形状和用以读出所述包上条形码标记的激光束的位置二者的数学模型，

其中，分析所述数学模型，以便确定所收集和排队的包识别数据是否与包测量数据在空间和时间上相关，从而能够同时跟踪正在通过所述全方位扫描通道子系统传送的多个包。

2.如权利要求1所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，所述全方位扫描通道子系统有三个主扫描平面，以及包括多个激光扫描子系统，安装在扫描器支持架上，排列在高速传送机结构周围，使得每个激光扫描子系统在传送机结构上投影一个高度确定的具有大视场深度的3-D扫描体积，使得合起来提供了带有所述全方位扫描系统的三个主扫描平面中每一个的全方位扫描。

3.如权利要求2所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，进一步包括一个具有第一和第二传送机平台的分开型传送机，在所述第一与第二传送机平台之间设置空隙，用于安装全方位投影型机构扫描子系统在所述第一和第二传送机平台的下面并大体上延伸所述传送机平台的整个宽度。

4.如权利要求2所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，所述多个机构扫描子系统包括多个全息照明激光扫描器仪，安排在传送带系统周围，以便沿着三维激光扫描体积的主轴产生一个双向扫描图案。

5.如权利要求4所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，应用在该系统的每个全息照相扫描器投射一个具有多个焦平面和一个高度地限制的几何形状的三维激光扫描体积，该几何形状围绕从全息照相扫描器的扫描窗口延伸的投射轴延伸并在系统的传送带上方。

6.如权利要求1所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，单行排列的包在使用一个包传送机子系统被传送通过一个激光扫描通道子系统时能以全自动的方式不需人为干预地被检测、丈量和识别。

7.如权利要求6所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，所述包丈量子系统设置在在所述全方位扫描通道子系统的入口侧，用于检测和丈量经过该包丈量子系统的单行排列的包。

8.如权利要求1所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，所述全方位扫描通道子系统有一个输入侧和一个输出侧，以及进一步包括：

一个数据单元排队、操纵和处理子系统，用于排队、操纵和处理表示包识别、尺寸和/或重量的数据单元，而且在所述数据单元排队、操纵和处理子系统中还维持一个移动包跟踪队列，使得包括表示进入该扫描通道子系统被检测的包的对象的数据单元能与在那被检测包上收集到的丈量与测量数据一起被跟踪。

9.如权利要求1所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，这里提供的所述全方位扫描通道子系统包括多个激光扫描子系统，而且每个那样的激光扫描子系统能对每个被该激光扫描子系统读取的条码标记自动产生精确的信息，表示激光扫描光束的精确的原点和到该被读取的条码标记的光路，并产生表示被读取的条码标记的标记字符数据。

10.如权利要求1所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，所述全方位扫描通道子系统包括多个激光扫描子系统，在一个3-D扫描体积内部生一个全方位激光扫描样式，其中加到六面包的任何一面的条码标记在使用具有传送机表面的传送机子系统经过该3-D扫描体积时将被自动地扫描和解码。

11.如权利要求10所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，所述多个激光扫描子系统包括多个全息照相激光扫描子系统，还有多个多面体型激光扫描子系统，用于阅读面向传送带表面的条码标记。

12.如权利要求11所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，应用在所述全方位扫描通道子系统的每个全息照相激光扫描子系统包括全息照相扫描小平面具有多个全息照相小平面扇面的全息照相扫描盘片和一个产生信息的设备，此信息指定哪个全息照相扫描小平面或全息照相小平面扇面(或段)产生由该子系统用于读取任何条码标记的激光扫描束。

13.如权利要求12所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，所述设备生成信息，规定哪个全息照相扫描小平面或全息照相小平面扇区产生用于由该子系统阅读任何条码标记的激光扫描束，而与全息照相扫描盘的角速度或角速度的变化无关。

14.如权利要求11所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，用在所述全方位扫描通道子系统的每个非全息照相激光扫描子系统包括镜面小平面具有镜面小平面扇区的多面体型扫描单元和一个设备，用于生成信息，该信息规定哪个镜面小平面或镜面扇面产生用于由该阅读任何条码标记的激光扫描束。

15.如权利要求14所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，所述设备生成信息，该信息规定哪个镜面小平面或镜面小平面扇面产生用于由该系统阅读任何条码标记的激光扫描束，而与多面体扫描单元的角速度或角速度的变化无关。

16.如权利要求8所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，所述数据单元排列、操纵和处理子系统进一步包括一个扫描光束几何模型化子系统，用于相对于符号上嵌入所述全方位扫描通道子系统中的激光扫描子系统的局部座标参考系统，产生包括每个激光扫描光束的几何模型的座标信息，该激光扫描光束用于阅读特定的条码标记，而激光扫描子系统对此产生条码标记字符数据。

17.如权利要求16所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，所述数据排队、操纵和处理子系统进一步包括第一齐次转换模块，将包括每个用于阅读在被检测包上的特定条码标记的激光扫描光束的几何模型的座标信息从符号上嵌入该激光扫描子系统的局部座标参考系统转换到符号上嵌入该全方位扫描通道系统的全局座标参考系统。

18.如权利要求16所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，所述数据单元排队、操纵和处理子系统进一步包括一个包表面模型化子系统，用于相对于符号上嵌入激光扫描子系统的局部座标参考系统，产生包括每个由包检测和丈量子系统检测的包的每个表面的几何模型的座标信息。

19.如权利要求17所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，所述数据单元排队、操纵和处理子系统进一步包括第二齐次转换模块，用于将包括在被检测包上每个表面的几何模型的座标信息从符号上嵌入激光扫描子系统的局部座标参考系统转换到符号上嵌入全方位扫描通道系统的全局座标参考系统。

20.如权利要求18所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，进一步包括一个激光扫描光束和包表面相交判断子系统，用于判断哪个被检测的包被阅读特定条码标记的激光扫描光束扫描，并用于将与被检测包有关的包测量数据和与阅读被检测包上条码标记的激光扫描光束有关的包识别数据连接起来。

21.如权利要求8所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，进一步包括一个包速度测量子系统，用于在包从包丈量子系统穿过所述全方位扫描通道系统时测量包的速度。

22.如权利要求21所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，使用一对投射在传送带上方空间互相离开一段距离的激光束来实现包速度测量子系统，以致于当包阻断这些激光束时自动产生电脉冲，使用一个时钟进行处理，以计算每个沿传送机子系统传送的包的瞬时速度。

23.如权利要求8所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，进一步包括一个包移动称重子系统，用于对通过该包检测和丈量子系统单排排列的包称重，并产生重量测量信息，指派给每个被检测的包。

24.如权利要求1所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，

利用基于向量的光线追迹方法、坐标变换和决策逻辑分析所述数学模型，以确定所收集和排队的包识别数据是否与包测量数据在空间和时间上相关，从而能够同时跟踪正在通过所述全方位扫描通道子系统传送的多个包。

25.一种以全自动方式不需人为干预的检测、丈量和识别单行排列的包的自动包识别和丈量系统，其特征在于所述系统包括：

激光扫描通道子系统，用于读取通过所述激光扫描通道子系统传送的包上的条码标记，所述激光扫描通道子系统具有一个输入侧和一个输出侧并产生代表包识别的数据单元；

包传送子系统，用于传送包通过所述激光扫描通道子系统；

设置在所述激光扫描通道子系统的输入侧上的包检测和丈量子系统，用于检测和丈量通过所述报传送子系统的单行排列的包并产生代表包尺寸的数据单元；

数据单元排队、操纵和处理子系统，用于排队、操纵和处理由所述激光扫描通道子系统和所述包检测和丈量子系统产生的并表示包识别和包尺寸的数据单元；以及

其中，维持移动包跟踪排队，使得包括表示进入该激光扫描通道子系统的被检测包的对象的数据单元能与在那被检测包上收集到的丈量与测量数据一起被自动跟踪。

26.如权利要求25所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，所述激光扫描通道子系统包括多个激光扫描子系统，而且每个激光扫描子系统能对每个被该激光扫描子系统读取的条码标记自动产生精确的信息，表示激光扫描光束的精确的原点和到该被读取的条码标记的光路，并产生表示被读取的条码标记的标记字符数据。

27.如权利要求26所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，所述多个激光扫描子系统，在一个3-D扫描体积内部生一个全方位激光扫描样式，其中，加到六面包的任何一面的条码标记在使用包传送机子系统经过该3-D扫描体积时将被自动地扫描和解码。

28.如权利要求27所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，所述包传送子系统有一个传送带表面，而所述激光扫描子系统包括全息照相激光扫描子系统，还包括多面体型激光扫描子系统，用于阅读面向传送带表面的条码标记。

29.如权利要求28所述的自动包识别和丈量系统，其特征在于，应用在所述激光扫描通道子系统中的每个全息照相激光扫描子系统包括全息照相扫描小平面具有多个全息照相小平面扇面的全息照相扫描盘片和一个产生信息的设备，此信息指定哪个全息照相扫描小平面或全息照相小平面扇面产生由该子系统用于读取任何条码标记的激光扫描束。

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