CN1257207A - 测量移动表面或材料输送带的速度、位移和应变的系统 - Google Patents

Abstract

本发明通常涉及用于计算移动的表面或材料输送带14的速度、位移和/或应变。公开了本发明的一个系统,该系统的第一光传感器阵列放置在材料输送带附近,而第二光传感器阵列被放置在材料输送带附近。处理单元与第一光传感器阵列和第二光传感器阵列都耦合,并被配置为控制或实现与该系统相联系的功能性操作和计算。本发明的一个实施例中,处理单元被如下控制;(1)在第一光传感器阵列处在材料输送带上探测图案;(2)评估在预定的时间t2从第二光传感器阵列获得的第二个图象图案;以及(3)比较这第二个图象图案的位置和第一个图象图案的位置以计算位移。

Description

测量移动表面或材料输送带的速度、位移和应变的系统

本发明涉及具有与一个移动表面或材料输送带(web of meterial)同步作用的系统，尤其涉及用于计算一个移动的表面或材料输送带的速度、位移和应变的系统和方法。

有许多已知的系统涉及一个移动的表面或材料输送带，和对物体的相对移动或位置的同步作用的需要。在本说明书的剩余部分，术语“材料输送带”应该被解释为包括可在其上运载物体的材料输送带(诸如输送机)，以及相对于测量系统移动的物体的表面。在这点上，并且用于这里和本发明，术语“材料输送带”根据下面的描述将符合其最广泛的合理解释。作为说明，多种制造、生产和分发环境被认为使用输送机系统在其上运输物体。例如，考虑在美国专利4198758公布的系统，该专利由本发明的发明者共同发明。该系统公开了用于运送多个物体载体的链式输送机。此外它公开了在该系统中跟踪在载体上或被载体运送的物体的重要性。该系统通过使用光发射器/探测器对逐段测量链的长度来运作。一旦参照点与物体载体之间的传送链长度与参照点(即发射器/探测器对的位置)和目标卸货站之间沿链方向的已知距离相等，一个机械装置被激活以从载体上移走物体。

在一个显著不同的环境，由本发明的发明者共同发明的并被转让给本发明受让人的美国专利5578813，公布了用于测定手持扫描仪和材料输送带(即一张纸)之间相对移动的系统和方法。特别地，该系统利用一个照明/成像传感器通过识别与材料输送带的纤维质有关的特征来探测扫描仪与材料输送带之间的相对移动。输送带内在的与结构有关的特征(诸如纸的纤维质，或其他要素)被用于导航的目的。即，识别扫描仪的航行路径，由此被扫描的图象能够被电子化地重建。

另一个系统被公布于美国专利5291131，该专利公开了一个用于测量传送链的延长的装置(延长产生于组成部分的磨损或其它)。其中公开的系统使用两个沿传送链的路径分开预定距离放置的传感器(例如磁的或光的)。两个指针间的距离根据计算得到的移动物体的速度和从第一个指针通过第一传感器到第二个指针通过第二传感器经过的时间来计算。通过继续这个观测，并比较算得的距离，链的延长能够被测量。美国专利4198758和4274783标题都是“链测量和输送机控制系统”，由本发明的发明者共同发明，公开了相似的技术。

如同在现有技术中已知的，某些喷墨打印机的打印头被设定为在打印纸的打印宽度上横向移动。墨水从打印头到打印纸的沉积部分地根据打印头的位置信息被精确地控制。在一些这样的打印机中，这个位置信息通过被打印纸的宽度覆盖的跨度上伸展的一个透明的材料输送带获得。该材料输送带穿过打印头内的槽，并包含周期性间隔的划分线。一个光发射器/探测器对被放置在槽上，并被设定来对划分线计数。通过维持对划分线的精确计数，系统能够维持与打印头沿着打印纸的位置相关的信息。在这样的系统中，材料输送带保持静止(在与打印头移动方向平行的方向)，而(固定在打印头上的)发射器/探测器对相对于材料输送带移动。如同已知的，噪音或其它错误经常导致系统失去对划分线的正确计数，造成打印头放置位置的错误。机械装置也被用于跟踪垂直于打印头移动方向的纸张输入。

影印机是使材料输送带(例如，纸张)穿过预先设定的路径——例如，从输入盘到输出盘——向前移动的设备的又一个例子。为得到想要的高分辨率图象，当图象被输出到纸张时，纸张的移动必须被非常精确地控制。

在那些与前面提到的相似的系统中，以及其它的系统中，经常需要计算物体的速度、位移和/或应变。例如，在这样的系统中，如果没有探测移动表面或输送带的伸长或缩短，会造成计算位置的错误。在其它系统中，一个机械装置可以被提供来恰当地拉紧材料输送带。对这拉紧装置的补偿可以根据材料输送带的测量或计算得到的应变的反馈而改进。尽管上面只提供了少数明确的例子，应当理解有许多不同的系统需要计算材料输送带的速度、位移和/或应变，并消除在测量大位移中当计算相对较小的位移增量时可能发生的错误。

除了上面提到的系统之外，现有的其他技术系统包括那些在美国专利5089712，5149980，5686720，5699161，5703353，5729008和5753908中公开的内容。这些专利，以及前面提到的美国专利4198758，4274783，5578813和5291131在此完整引入本应用作为参考。

因而，需要提供一种装置和方法，能够有效地测量材料输送带的速度、位移和/或应变(或只测量通常静止的材料输送带的应变)，并能够测量近似于长度“d”的大位移而不会由于累计较小的位移增量导致错误。

本发明的某些目标、优点和新特性的一部分将在下面的描述中阐明，其它部分对于本领域的技术人员通过考察下面内容将变得显而易见，或通过本发明的实践而认识到。本发明的目标和优点可以通过具有在所附的权利要求中特别指出的构造和组合的装置得以实现。

为实现优点和新特性，本发明一般地涉及用于计算材料输送带的速度、位移和/或应变(或只计算静止的材料输送带的应变)的系统和方法。在这点上，应变与材料输送带的伸长或缩短成比例。根据本发明的一个方面，一个系统被提供，该系统的第一光传感器阵列放置在材料输送带附近，而第二光传感器阵列被放置在材料输送带附近，其中第二光传感器阵列18与第一光传感器阵列相距预先确定的距离“d”。处理单元(例如，微处理器及相关的存储器和/或其它支持元件)与第一光传感器阵列和第二光传感器阵列都耦合，并被设定为控制或实施与该系统相联系的功能性操作和计算。

根据本发明的第一实施例，第一代码段被设定来控制处理单元以在第一光传感器阵列处探测第一个图象图案，并定义该时间发生在时间t1。第二代码段被设定来控制处理单元以在第二时间t2＝d/v时第二光传感器阵列(位于在材料输送带移动方向上与第一光传感器阵列相距“d”处)处获得第二个图象图案，其中“v”是已知的或测量得到的材料输送带的速度。第三代码段将第一图象图案的相对位置和第二图象图案的相对位置联系起来以测量偏移量“e”。偏移量“e”确定了材料输送带在距离“d”上的伸长或缩短(依据偏移量是正数或负数而定)。

根据本发明的第二实施例，第一代码段被设定来控制处理单元以探测时间t1，在其时，以速度v移动的材料输送带上的图案位于第一光传感器阵列。第二代码段被设定来确定稍后的时间t2，在其时处理单元在移动方向上距离为“d”的第二光传感器阵列处识别出材料输送带上探测到的图案，其中t2约等于d/v。最后，第三代码段被设定来控制处理单元根据已知或测得的材料输送带的速度“v”，预先确定的分开光传感器阵列的距离“d”，以及在响应第一代码段探测图案和响应第二代码段识别图案之间经过的共用时间t2-t1计算材料输送带上的应变“e”(这里e＝((t2-t1)/v)-d)。

根据本发明的第三实施例，用于测量一个材料输送带的应变的又一种方法被提供。根据本发明的该实施例，该方法也包括将第一光传感器阵列顺着材料输送带放置在第一个位置，和将第二个光传感器阵列顺着材料输送带放置在与第一光传感器阵列相距“d”的第二个位置的步骤。然后该方法将大约同时在第一和第二光传感器阵列获得的图象图案联系起来测量材料输送带当图案图象的相对位置间偏移量为“e”时的应变，而不需要知道材料输送带的速度。但是，跟踪位移仍利用在前两个实施例中使用的方法。

从前面的描述中应当理解，术语“移动”，当它被用于描述一个移动的材料输送带时是指材料输送带与光传感器阵列之间的相对移动。材料输送带本身(例如，输送机系统)可以被放置用于相对于静止的光传感器阵列移动。作为选择，光传感器阵列(例如，光电传感器件)可以被放置在一个平台上相对于静止的材料输送带移动。在这点上，术语“应变”涉及物体延长(以伸长或缩短的形式)的可测量的变化。

构成说明书一部分的附图阐明了本发明的一些方面，与描述一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是顶视的块图，显示根据本发明构造的系统的一部分。

图2是图1的装置的有代表性的侧视图，截取了沿线2-2的细节。

图3是类似于图1的块图，但显示了从在材料输送带中探测到的图案获得的测量信息。

图4是类似于图2的块图，但进一步显示了系统的成分。

图5是块图，显示了在根据本发明构造的系统中用于实现计算性操作的处理单元。

图6是一个照明系统的示意图，该照明系统可被用于如图1中显示的光传感器阵列中的光传感器；

图7是一个备选的照明系统的侧视图；

图8A是类似于图1中显示的系统的块图，但其中显示了一个备选的实施例；

图8B是如图1中显示的系统的又一个实施例；

图9是流程图，显示本发明的一个实施例的顶层功能性操作；以及

图10是流程图，显示本发明的一个备选实施例的顶层功能性操作。

前面已经概述了本发明的各个方面，现在将对如附图阐明的本发明加以详细描述。虽然本发明将参照这些附图被描述，我们并不试图将它限制于在那里公开的实施例。相反，我们的目的是包含一切在如所附的权利要求所定义的本发明的精神和范围内的备选、修改和等价方案。

现在参考附图，首先看图1和图2，其中显示了根据本发明构造的系统10的部分顶视图(图1)，和沿图1的线2-2截取的细节的一个侧视图(图2)。如前面提及的，本发明涉及用于计算一个移动的材料输送带14的速度、位移和/或应变的系统10。在这点上，应变与材料输送带14的伸长或缩短成比例。因此，系统10被设计为精确地测量和计算移动的材料输送带14的这个伸长或缩短。本发明的优选实施例中该系统的首要成分包括第一和第二个光传感器阵列16和18，以及处理器单元40(见图4)。

图1和图2中显示的结构元件包括放置在移动的材料输送带14上面的第一和第二光传感器阵列16和18(如图2所示)。此外，第一和第二光传感器阵列16和18相隔距离d。根据本发明的优选实施例，第一和第二光传感器阵列16和18是二维阵列，包括许多光传感器元件(诸如电荷耦合器件CCDs，CMOS器件，或非晶硅器件)。如同本领域的技术人员应当理解的，并且在图8A和8B中显示的，发明的概念可以用一维光传感器元件阵列实现。

在操作中，在第一实施例中对材料输送带14的应变(例如，伸长或缩短)的计算可以通过如下步骤执行。首先评测位于第一个位置的材料输送带14上的独特的可见图案，并在第一时间t1由第一光传感器阵列16探测它。然后，同一个图案由第二光传感器阵列18在稍后的时间t2计算。已知材料输送带14的速度(通过探测或测量)和时间差t2-t1，处理单元40能够确定该图案，当被第二光传感器阵列18探测到时，是否被精确地放置于在没有应变的情况下它应当在的位置。如果不是，偏移“e”(实际位置相对于预期的位置)被测量并作为材料输送带14的伸长或缩短。另一方面，如果已知应变为常量，“e”代表由于在时间间隔t2-t1内速度的变化造成的位移的偏移。

参考图3阐明这个计算，该图是光传感器阵列16和18的顶视图(类似于图1)，它进一步显示了对于材料输送带14上的特定位置被探测到的独特的图案。在这点上，被引用数字19指示的块代表在第一时间t1被第一光传感器阵列16观察到的图案。被引用数字20指示的块代表在第二时间t2被第二光传感器阵列18探测到的同一图案。距离“d”代表从第一光传感器阵列16到第二光传感器阵列18间隔的距离。距离“d2”代表从在时间t1探测到图案的位置到在时间t2探测到图案的位置之间的距离。被引用数字21指示并用虚线显示的矩形代表在时间t2被第二光传感器阵列18探测到时，该图案应该处在的位置(例如，与在时间t1探测到的图案的位置相距“d”)。因此，距离“e”代表图案位移的偏移，或材料输送带的伸长/缩短。

本领域的技术人员应当理解，材料输送带14可以是各种东西，依赖于本发明的特定实现或实施例。举例来说，材料输送带可以是被本发明利用的一条传送带或链，并且，举例来说，用在制造、生产，或销售环境中。可选择地，当本发明被实施于诸如打印机、扫描仪、影印机等系统时，材料输送带14可以是一张纸。实际上，根据本发明的具体实现，材料输送带14可以是一组不同的物体。

本领域的技术人员还应理解，材料输送带14上被探测的图案可以是预先印刷在其上的创建的图案。可以选择地，它可以是物体本身内在的图案，例如在材料输送带内的纤维质或结构性图案。可以选择地，它可以是放置在材料输送带上承载的物体上自然的或创建的图案。举例来说，在一个输送机环境，图案可以被从输送机系统上承载的纸板箱或其它物体上探测到。可以选择地，图案可以在表面下但通过表面可见。

在本发明的优先实施例中，图案将是自然材料图案，被从材料输送带的内在的与结构有关的特征中探测到。在这点上，“内在的与结构有关的特征”在这里被定义为原物的特征，该特征被归因于在形成图象数据时独立的因素，和/或原物上的系统注册数据。位置信息可以通过响应对内在的与结构有关的特征的探测而生成一个位置信号而形成，诸如关于斑点信息(在必要的照明和视角的约束下)的位置信号或允许跟踪个别内在结构性特征的位置信号。“内在结构性特征”在这里被定义为原物的那些特征，那些特征是其结构性设计的工艺特征，或形成原物的特征，它们在形成图象数据和/或原物上的系统注册数据时是独立的。举例来说，内在结构性特征可以是链或结构连接处的开口。或者，如果记录原物的记录媒体是纸品，感兴趣的内在结构性特征可以是纸张的精微的纤维质，例如1至100微米之间，或其它表面质地特征。

光传感器16和18可以包含一个或多个光源设计来提供依赖于原物的内在的与结构有关的特征的对照。发射出的光可以在可见光的范围，但这不是必要的。例如，当原物是纸品时，具有相对于表面的法线大角度入射的“掠射”光线将在原物表面或接近表面的地方与纸张纤维质相互作用，在纤维间造成对比增强的阴影。在另一方面，如果原物具有光滑的表面，例如照相纸，喷塑的或光滑的聚脂薄膜纸或高透明胶片，以近似于镜面方向反射的光线可以形成高对比度的图象足以用于导航的目的。诸如频率空间滤镜，滤色镜，和/或偏振滤镜等光学元件可以被与一个或多个成像透镜一起使用以进一步改善对内在的与结构相关的特征的探测。

与对本发明的描述一致，现在参考图4，该图是一个块图，显示了本发明的一个系统，包括用于移动材料输送带14的机制。在这点上，材料输送带14被显示为被携带该材料输送带并绕轴旋转的滚筒42驱动。处理单元40实现本发明的计算性操作。在这点上，处理单元40(将连同图5被更详细地描述)可以是一台计算机，或用于实现计算性操作的一个专用电路及存储器。马达44被放置以转动滚筒42，滚筒用于移动输送机或材料输送带14。尽管不是必要的，在一个实施例中，处理单元40控制马达44的速度和运转。这个可选的控制被连接处理单元40和马达44的虚线显示。

在实现本发明的操作时，对于处理单元40，测量、假设或否则被告知材料输送带14的速度值是必要的。如图4所示，这速度信息可以通过例如轴编码器46等方法被提供给处理单元40，该轴编码器向处理单元提供滚筒42的旋转速度等信息。根据滚筒的旋转速度，处理单元40能够确定材料输送带的速度。但是，在本发明的优选实施例中，更精确的速度值可以通过测量材料输送带14本身被处理单元获得。在这点上，材料输送带的独特的图案可以被第一光传感器阵列16在第一时间探测到。在稍后的时间，第一光传感器阵列16可能在第一光传感器阵列16下面一个不同的位置再次探测到该图案。已知两个时间的时间差，并通过测量在第一光传感器阵列16下面两个位置间的位移，处理单元可以精确地计算材料输送带(在第一光传感器阵列处)的当前速度。然后它可以在实施如根据图3的描述的计算(即在被第二光传感器阵列探测到时计算图案的偏移)时使用该速度。可选地，速度可以被以相似的方法使用在第二光传感器阵列处的图案测量。在这点上，系统可以以不同的方式运作。

根据相似的第二实施例，系统可以简单地运作以持续地监视第二光传感器阵列来探测被第一光传感器阵列探测并获得的图案。一旦该图案在第二光传感器阵列下面的位置被探测到，该位置与该图案被第一光传感器阵列16探测到的位置相隔距离“d”，系统可以使用经过的时间(t2-t1)来计算材料输送带在距离“d”上的应变“e”，e＝((t2-t1)/v)-d，其中v是独立地测量到的，或已知的，并且d是常数。

通过前面的描述应当理解，为本发明的目的，对于这前两个实施例测量应变重要的是：(a)分隔光传感器阵列的距离“d”的值是固定的，并且是已知的；(b)材料输送带的速度是已知的，感应到的，或计算得到的；以及(c)材料输送带上一个或多个独特的图案被第一和第二光传感器阵列在不同的时间t1和t2探测到。应当理解，为了测量或计算移动的材料输送带的总位移以及应变“e”(伸长或缩短)，这些值可以被以不同但相关的方法利用。因此，有不同的方法可以利用这些值来测量或计算伸长或缩短。

现在参考图5，它更详细地显示了与处理单元40相关的主要元件。特别地，处理单元40可以以多种不同的方法被实现。但是，可以预期，处理单元40将包含中央处理单元(CPU)52，例如微处理器，和存储器54。在存储器中，软件以代码段的形式被存储以控制CPU52的操作。在这点上，不同的代码段可以被提供来控制CPU52的不同的任务或功能。举例来说，代码段55可以被提供来以上面描述的方法计算材料输送带14的速度。另一代码段56可以被提供来识别在第一光传感器阵列16下面通过的材料输送带14上的图案。类似地，代码段57可以被提供来控制CPU52以识别在第二光传感器阵列18下面通过的物体上的图案。此外，代码段58可以被提供来确定在第二光传感器阵列18处图案的实际位置相对于预期位置的位移，并使用这个位移来计算材料输送带14的伸长或缩短。应当理解，其它代码段可以被提供用于控制CPU52的其它不同方面的操作。

现在参考图6和7，如在美国专利5578813中公开的，光传感器24(可以包含阵列16或18的多个光传感器元件)被显示为与照明镜片联合运作。如果材料输送带14是纸品，其纸张纤维质将被光传感器24探测，以掠射角度入射的光线的引入是首选的，如图7所示。虽然不是必须的，图6中的35和图7中28所示的一个或多个发光二极管(LEDs)可以被使用。掠射角度30是入射角的余角，最好小于15度，但这可以根据原物14的特征而改变。在图7中，光源28随照明镜片34一起被显示。该镜片可以包含一个单一元件，或一组透镜、滤镜(空间的、光谱的，和/或偏振的)和/或全息的元件以达到合适的瞄准和对目标表面基本均衡的照明。光源28发射的光线的波长应当被选择以增强可被导航利用的频率空间信息。照明场中固定的图案噪音应当被最小化。由于扫描设备在含有吸收或反射部分，如用墨水或其它东西印刷的材料，的材料上前进，光源28的输出可能需要调节以适应媒体动态的广阔的反射率范围。

在图6中，来自源35的光线被照明镜片36校准，然后被幅分光镜重定向。从LED直接到达并穿过分光镜的那部分光线没有显示在图6中。来自分光镜的光线沿表面的法线照射原物14。

同样在图6中被表现的是被原物14反射和散射的部分光线，他们穿过分光镜37，在元件38处过滤，并通过元件39聚焦成像。从原物到分光镜并被分光镜反射的那部分光线没有被显示。成像镜片39的放大倍率在传感器24的视场内应该是常数，传感器24探测来自原物的聚焦后的光线。在许多应用中，成像镜片的调制转移功能，即光的频率响应幅度，必须提供高于或在奈奎斯特(Nyquist)频率空间上的衰减，该频率空间由导航传感器的传感器元件的间隔和光学元件的放大倍率决定。光学元件也应被设计为防止背景照明产生噪音。注意波前划分的分光镜也可以被使用。

对入射角度的选择依赖于原物的材料特征。如果原物的表面不光滑，照明的掠射角度产生更长和更暗的阴影和更明显的对比，或AC/DC信号比。然而，DC信号水平随照明角度向原物的法线接近而增加。以掠射角度30照射原物14的目标区域对于在精细的水平上原物的表面具有高度不平坦性的应用效果很好。例如，当原物是书写纸，普通打印纸，纸版，织物，或人类皮肤时，从对准掠射角度30的光源28引入的光线提供关于内在结构性特征的高信噪比数据。另一方面，以法向角度入射的一致光线的使用在需要内在图案以跟踪诸如照片和高透明胶片等原物的移动的应用中是优选的。在法向照明下，使用不一致光线，观察在镜面反射区域的原物将提供一个图象，该图象具有足够丰富的纹理内容以允许成像和基于相关性的导航。原物的表面具有微观的浮雕，由此表面反射光线，如同表面是镶嵌的瓦片(tile)，或刻面(facet)。原物的许多“瓦片”以轻微偏离法线的方向反射光线。包含散射光线和镜面反射光线的视场可以这样被建模，如同表面由许多这样的瓦片组成，每片关于法线有点不同的倾斜。

图6显示通过不一致光线光源35的照明，光线沿原物14的表面的法线方向照射。图7描述以掠射角度30的照明。在第三实施例中，没有照明被提供。作为替代，导航信息使用背景光，即来自环境的光线被积累。本领域的技术人员容易理解，透明材料输送带能够被来自反面的光线照明，而发光的表面或材料输送带不需要自身以外的照明。

在一个备选的实施例中，一致的照明以法向入射被引入来允许与基于斑点的图案相关联。一个或多个光传感器阵列与材料输送带间的相对运动可以以上面描述的关于自然或人造图案的方式实现。如果一致的照明被使用而不使用成像镜片，那么通过选择一个小的照明区域和原物表面与传感器阵列24间相对较大的间隔，在一致照明下得到的主要斑点的大小可以变得足够大以满足奈奎斯特样本规范。分光镜的使用允许入射光照明和探测到的散射都接近原物表面的法线，如类似于图4中的实现。

现在参考图8A和图8B，它们显示了本发明备选的实施例。特别地，在图中显示并据此描述的光传感器阵列16和18是二维的光传感器阵列。但是，本发明可以使用一维的光传感器阵列116和118来实现。在这点上，多个光传感器将被放置在单一的行或列。光传感器阵列116和118可以与材料输送带14的移动垂直地放置，如图8A所示，或与材料输送带14的移动平行地放置，如图8B所示。可以选择地，光传感器阵列116和118可以以一个倾斜的角度放置(没有显示)，该角度介于图8A和8B显示的放置之间。如图8A和8B所示的一维光传感器阵列的优点是它简化了与本发明相关的实现和计算。但是，这样的实施例的缺点是它限制了冗余，可能被以其它方式探测到的更大的图象图案的其它方式发现的更强的独特性，并且当一维阵列沿平行于材料输送带移动的方向排列时，当偏移横跨材料输送带移动的方向时，图案位置的可以容许的偏移较小。

现在参考图9，该图是阐明本发明的第一实施例的顶层操作的流程图。在第一实施例中，本发明监视第一光传感器阵列16直到一个图案被探测到(步骤70和72)。一旦图案被探测到，，一个计时器被启动(步骤73)，系统等待一个预先确定的时间间隔(步骤74)，此后，被探测到的图案应该被放置在第二光传感器阵列18下面的一个预定位置。第二光传感器阵列被评估以确定图案是否在其下被识别(步骤75和76)。如果图案实际上被识别，系统测量与预先确定的位置的位移“e”(通过相关性或启发式技术)以确定在距离“d”上材料输送带的净位移及物体应变(即，伸长或缩短)。但是。如果图案没有在第二光传感器阵列18下面被探测到，一个合适的错误处理例程将被执行(步骤79)。

现在参考图10，它是一个阐释本发明的第二实施例的流程图。在这第二实施例中，本发明可以通过监视第一光传感器阵列16直到一个可定义的图案被探测到(步骤60和62)来运作。在这点上，该实施例可以监视第一光传感器阵列16探测一个预先确定的图案，或可以简单地监视该阵列直到它探测到一个统计上保证唯一的内在图案。在这点上，该图案可以包含探测到的材料输送带内不同纤维质的排列，该排列在统计上很不可能被重复。因此，第二光传感器阵列的错误探测被避免。一旦该图案被探测到，系统可以启动一计时器(步骤63)。此后，系统可以持续地监视第二光传感器阵列并测量经过的时间t2-t1直到该图案被识别(步骤64和66)。一旦持续时间t2-t1被确定，从而物体的位移“d”被探测到，应变计算可以以前面讨论过的方式被执行(步骤67)，其中，距离“d”上的应变“e”被确定为e＝((t2-t1)/v)-d。如果预先确定的时间间隔明显地长于在图案被识别前经过的时间d/v(步骤68)，系统可以被配置为超时并执行一个错误处理例程(步骤69)。该错误处理例程可以简单地包含清除探测到的图案并转移到步骤60。考虑这点，如果本发明被实现于一个输送机运输环境，偶然的错误可以简单地被忽略，而不会影响系统的总体运行。然而在其它系统，例如光电扫描仪，喷墨打印机，等，这样的错误不能被简单的忽略，因此一个合适的错误处理例程(步骤69)必须被实现。但是，该特定的例程可以随系统而不同，并且对于实现本发明的概念的目的并不重要。由于这个原因，这里不需要讨论关于错误处理例程的细节。

图9和10的流程图中隐含的是关于材料输送带14的速度的计算或知识。在这点上，速度可以如上面描述的被计算，或使用一个轴编码器探测，或以其它方法提供给处理单元40。这个信息对于物体应变的计算是隐含的(步骤67)。可选地，在这第一和第二实施例中，如果已知应变不变，那么“e”和“t2-t1”的度量可以分别被用于计算距离“d”上的平均速度。

第三实施例在确定应变时避免了对使用速度信息的需要。此外，如果在材料输送带上使用的所有个别图案都是唯一的，绝对位移的大小可以通过“d”的增量得到。这第三实施例依赖于在沿输送带移动的方向上以距离间隔“d”重复的独特的图案。在该实现中，当第一光传感器阵列探测其中一个图案时，第二光传感器阵列被用来在它的场所，即与第一光传感器阵列相隔距离“d”处，确定相邻图案的位置。第二个图案相对于第一个图案位置的变化被与在物体没有被拉紧的情况下预期的位置相比较，以确定应变的大小。

在本发明的第四实施例中，图案被第一光传感器阵列16跟踪以得到输送带在该处的速度，这些图案被同时在第二光传感器阵列18处被跟踪，该处与第一光传感器阵列16相隔距离“d”，以实现在两个不同位置独立地确定速度。通过比较这两个速度值，在距离“d”上材料输送带应变的变化率可以被测量，并且，如果已知在该距离上应变是常数，在两个光传感器阵列位置间物体长度的变化可以被确定。在后一种情形，对于传送系统或磁带驱动器中的松紧环(take-up loop)是很有用的。

本发明的方法认识到随着距离“d”变大，可以得到更高精度和更准确的速度、位移和应变的度量。现有的轴编码器技术的精度(以及多次旋转累积的准确性)受其圆周长的限制，而线性编码技术的精度受其传感器头的相对较小的尺寸的限制，准确性受应变，包括热胀冷缩的限制。

前面的描述不打算成为无遗漏的，或将本发明限制在公开的形式。根据上述的教导，明显的修改或变化是可能的。在这点上，这里讨论的实施例被选择并描述来提供对本发明的原则及其实际应用的最好的阐释，由此使本领域中的普通技术人员能够以具有不同修改以适应特定使用意图的不同的实施例利用本发明。所有这样的修改和变化限于由所附的权利要求确定的本发明的范围，该权利要求根据它们被明确和合法地授权的广度解释。

Claims (10)

1.用于计算移动的材料输送带14的应变的系统，包括：

放置在材料输送带14附近的第一光传感器阵列16；

放置在材料输送带14附近，并与第一光传感器阵列16相距预先确定的距离“d”的第二光传感器阵列18，该距离“d”与移动的材料输送带14的轨迹方向平行；

与第一光传感器阵列16和第二光传感器阵列18都耦合的处理单元40；

配置为控制处理单元40以在第一先传感器阵列16处探测材料输送带14上的图案的第一代码段56；

配置为控制处理单元40以识别在第二光传感器阵列18处探测到的材料输送带14上的图案的第二代码段57；以及

配置为控制处理单元40以根据材料输送带14的速度v，距离“d”，以及在响应第一代码段探测图案与响应第二代码段识别图案之间的经过的时间计算材料输送带14的应变的第三代码段58。

2.权利要求1中定义的系统，其中材料输送带14选自传送带，纸张，金属片，和塑料片。

3.权利要求1中定义的系统，其中材料输送带14包括被第一和第二光传感器阵列16，18探测的事先印刷的记号19，20。

4.权利要求1中定义的系统，其中被探测的图案是存在于材料输送带14的自然图案，在材料输送带14上没有任何事先印刷的记号。

5.权利要求1中定义的系统，其中第一和第二光传感器阵列16，18是二维的光传感器阵列，在每一维上都有多个传感器单元。

6.权利要求1中定义的系统，其中第一和第二光传感器阵列16，18是列状光传感器阵列，在一维上有多个光传感器单元，而在与该维垂直的另一维上只有一列传感器单元。

7.权利要求1中定义的系统，其中处理单元40至少包括处理器52和存储器54，而且其中多个代码段55，56，57，58驻留在存储器54中。

8.权利要求1中定义的系统，其中计算出的应变与材料输送带14的伸长成比例。

9.权利要求1中定义的系统，其中计算出的应变与材料输送带14的缩短成比例。

10.用于测量在材料输送带14上图案的位移的系统，包括：

放置在材料输送带14附近的第一光传感器阵列16；

放置在材料输送带14附近，并与第一光传感器阵列16相距预先确定的距离“d”的第二光传感器阵列18，该距离“d”与移动的材料输送带14的轨迹方向平行；

与第一光传感器阵列16和第二光传感器阵列18都耦合的处理单元40；

配置为控制处理单元40以评估在第一个预定的时间t1在第一光传感器阵列16处的第一个图象图案从而探测第一个图象图案的第一代码段56；

配置为控制处理单元40以评估在第二个预定的时间t2在第二光传感器阵列18处的第二个图象图案并将该第二个图象图案与第一个图象图案相关联的第二代码段57；以及

配置为控制处理单元40以确定从第一个图象图案到第二个图象图案的位移的第三代码段58。

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