JP2006512591A - 不規則な形状を有するアイテムのセグメントの体積に応じた数値を表示する装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
支持面上に支持されたセンサ・バーを当該支持面上の置かれたアイテム上を通過させることを含む、不規則な形のアイテムのセグメントの重量または価格を表示する装置と方法。小型で手で持てるセンサの実施形態によって、センサ・バーの支柱が支持面に常に接触したまま、アイテムの表面を横切って動くので、オペレーターはセンサ・バーをアイテムの表面上で様々な線形または非線形運動で動かすことができる。センサ・バーは1つ以上のセンサを含み、センサがアイテムを横切るときに、アイテムの高さに対応した信号を発生する。同時に、変位検出装置が支持面に対するセンサ・バーの変位に対応した信号を発生する。これらの信号を信号処理装置で処理し、次の位置でセンサ・バーの後方に位置する未切断のアイテムの体積を測定する。これらの累積体積のそれぞれの測定は、アイテムの特別な種類に対する密度因子に基づき、重量数値に連続的に変換することができ、それによって、センサ・バーがアイテム上を往復運動する時に、重量と価格(重量に基づく)の数値が連続的に表示され、オペレータは、アイテムを切断する前に、アイテムの外見、重量、及び価格に基づいて所望する特定部位通りに、見つめている顧客の具体的要求に対処することできる。
Description
本発明は、2002年12月23日に出願された米国仮出願番号60/436,078、2003年1月16日に出願された米国仮出願番号60/440,801、2003年3月11日に出願された米国仮出願番号60/453,816、2003年8月29日に出願された米国仮出願番号60/498,639、及び2003年11月17日に出願された米国仮出願番号60/520,812の利益を主張する。
本発明は、魚のおろし身や肉の切り身等の特に店頭にある不規則な形状を有するアイテム(item)を選択的に切り分けることに関する。
本発明は、魚のおろし身や肉の切り身等の特に店頭にある不規則な形状を有するアイテム(item)を選択的に切り分けることに関する。
あらかじめ計量したパッケージを食品小売業者に提供する食品包装業務において魚の切り身等の食品を希望する重さ分に自動的に切り分ける複雑でかさばった機械がこれまで考案されている。
しかしながら、小売段階では、魚のおろし身や肉の切り身等の不規則な形状を有する食品を、顧客が要求する特定重量(又は重さに基づいた価格)の部分に切り分ける方法や選択した部分の重量及び/又は価格を決定する方法に関する問題点が現存している。顧客が魚のおろし身等の食品を特定重量分にするよう要求した場合、取扱者が切り身の重量について行った最適予想に基づいてその食品からセグメントを切り分ける。かなり不定形状の食品の特定セグメントの重さを予想することは難しいため、計量の際に、選択部分は顧客が要求した重さ(又は価格)にならないことがしばしばである。これは、取扱者が経験不足の場合に特に起こる問題である。また、ある部分がどのくらいの重さか(又は価格になるか)をその部分を切り分ける前に知りたい顧客もいる。上記の自動機械ではこれができず、またこの機械は非常にかさばり、複雑で小売店での使用には高価過ぎるため、小売店での応用には適していない。
従って、本発明の目的は、不規則な形状を有するアイテムの特定の未切断セグメントの重量及び/又は価格の表示を迅速に提供し、使用が比較的簡単で小型の装置及び方法を提供することである。
本発明の他の目的は、魚や肉の小売市場やその他の場所での使用に適した上記のような装置及び方法で、食品又はその他の非食品の選択された切断あるいは未切断セグメントの重量(又は重量に基づく価格)を正確にまた迅速に計算する装置及び方法を提供することである。
この装置と方法は、非食品を分割したり重量判定を正確かつ迅速に行う必要がある他の分割作業の応用例に使用しても良い。特に小売販売での利用に好都合であるが、既存の自動処理設備の代わりに低価格の設備を提供するため産業分野で利用されても良い。
以下の明細書及び請求の範囲を読んで理解できる上記目的及びその他の目的はテーブル上に離間して支持されるセンサ・バーと、この上方で、分割対象のアイテムの予想最高厚み範囲に対して十分な所定の高さに設けたコンベア・ベルト又は他の支持面を含む、手動で動作されても良い、以下の小型装置によって達成される。センサ・バー支持体により、このバーはテーブル面上の所定高さに支持されながら支持面に対して相対的に移動し、アイテム上をアイテムに沿って通過する。ポストが垂直に保持され、かつセンサ・バーが移動中に操作者により手動ガイドされた状態で、センサ・バーを各端部にある柱上に支持することができる。本実形態では、センサ・バーはテーブル面上を自在に移動することができ、他の場所での使用においては支障なく持ち上げ自在とすることができる。別の方法としては、センサ・バーは垂直部とガイド軸受けによりテーブル面の上方に持ち上げ支持することができ、テーブルの幅方向に往復運動される際にその方向と位置を制限することができる。
従って、センサ・バーは、前もってテーブル面に置かれた分割対象のアイテムの長さ方向に手動で往復動することができる。このセンサ・バーの往復動を達成するための選択的制御及び動力操作を行うことは限定センサ・バー実施形態の範疇であってもよい。
両方の形態とも、センサ・バーはセンサ・バーの移動中に通過されるアイテムの各部分の断面輪郭に応じた信号を発生する1つ以上のセンサを含むセンサ装置を担持する。ある実施形態では、1つ以上のセンサがセンサ・バー下に位置する支持面上方にあるアイテムの上面上の点の高さを同時あるいは順次計測し、それに対応する信号を発生する。
センサ・バー支持体と関連した移動計測検出装置も設けられ、この装置は、センサ・バーがテーブル面上のアイテムを通過する際にそのセンサ・バーの変位範囲及び変位方向を検出し、対応する信号を発生する。これらのセンサ信号と検出装置信号は、適切な、マイクロプロセッサをベースにした信号処理装置へ送られる。この信号処理装置はこれら信号を処理し、支持面上のアイテム上方の各相対位置で、センサ・バーが上方に位置する部分の裏側にあるアイテムの未切断セグメントの累積体積を連続して計算する。
これら累積体積計算結果はそれぞれ、その特種なアイテム用のあらかじめメモリに記憶された密度ファクターに基づき、対応する重さ数値に変換される。このファクターは信号処理装置のメモリに記憶されているルックアップ表または値から電子的に得ても良い。これらの重さ数値(又は重さに基づき数値で表した価格)は、センサ・バーがアイテム上を通過する際に連続的にもしくは選択的に表示される。
セグメントは、ナイフを使ってアイテムの任意の選択点から切り取られ、正確な所定重量(又は価格)のセグメントを提供する。
機械的、電気機械式、光学機械式、音響式、光学式装置やその他の装置などを含む各種公知センサ及び変位検出装置が利用可能である。
ナイフはセンサ・バー上に設置しても良いし、センサ・バーはセンサ・バーロッド支持体を後退させることにより選択的に降下することができ、それによって、センサ・バーに結合したままのナイフでセグメントを切断できる。別の方法としては、アイテムは後で選択的に分割切断するために、例えば、ナイフ、インクマーカー装置、加熱素子、レーザーバーナーや先尖のプランジャ等で単純にマーキングまたは刻み目を入れられても良い。ナイフは別個に保管されてもかまわないし、着脱可能にバーに設置し、取り出して分割作業を行っても良い。別個のナイフを使用して分割切断する場合は、ナイフはセンサ・バー支持体上の面によりガイドされても良い。
回転刃やレーザ等の動力切断装置が設置され、センサ・バーに沿って移動するように駆動され、アイテムを選択したセグメントに切り分けることも可能である。
以下の詳細な説明において、明瞭化の目的で特定の専門用語を使用し、特定実施例を米国特許法第112条の要求事項に従って記載されているが、これに限定することは意図しておらず、特許請求の範囲内で多形態や変更が可能である限りこれに限定されるものではない。
図面、特に図1を参照して、本発明に係る装置10は、想像線で示す魚のおろし身等のアイテム14を載せる平面テーブル又はその他の支持面12を含んでいる。下記に記載のように、一旦希望するセグメントが選択されると、このテーブル面12はアイテム14を切断するために適切なまな板材により規定される。
正確な重量を決定する上でアイテム14はこのテーブル又はその他の支持面12に置かれる側が実質的に平坦でなければならない。
細長いセンサ・バー16は本装置10に含まれており、この装置はハンドル18の体に近い端部を人が握ることにより、便宜的に手動操作可能である。
センサ・バー16はテーブル面12の上方の所定の高さでセンサ・バー16の下面に固定され、下方へ延出する2つの支柱20,22を具備する支持装置によって支持される。
図示の本実施例では、センサ・バー16が面12の平面内をどの方向でも移動自在で、他の場所での使用目的のために面12から持ち上げ自在でもあるため、そのセンサ・バー16はユーザによって手動で位置決めされて、直立しテーブル面12の裏から表へ垂直に延びる。
本実施例では、支柱20,22は出来るだけ垂直に近い状態で固定される必要があり、信号処理装置ケース26上のスピリットレベル24がこれを支援しても良い。ケース26内にある垂直外れ警告器又は指示器302(図1A)はレベル24で検出されるセンサ・バー16の過度の傾斜方向に応答するように設けられている。
ユーザはセンサ・バー16をアイテム14の一端にある初期位置にセットし、このセンサ・バー16をテーブル面12の幅方向に往復運動させ、センサ・バー16をアイテム14の長さ方向に沿ってまたその上方を通過させる。
以下に詳細に述べる通り、本実施例中のセンサ・バー16は1次元配列されたセンサ38をその長さ方向(図1においては図示のみ)に設置している。各センサ38は、特定センサ38の下に位置し、テーブル面12上方にあるアイテム14の上面の高さを同時にもしくは順次検知して対応信号を発生する。
同時に、変位検出装置20A、22Aは各支柱20,22と対応付けられ、センサ・バー16がアイテム14の上を通過した際に、面12に平行な平面におけるセンサ・バー16の変位範囲と方向に応じた信号を作成する。
高さセンサ信号はセンサ・バー16がアイテム14上を通過する際に、センサ・バー16の各位置でアイテム14の連続部分の断面輪郭の近似形に対応している。増加変位値が変位検出装置20A、22Aで検知され、連続部分の輪郭がセンサ38で検知されて、センサ・バー16がその移動路に沿って横断するアイテム14のセグメントの集合または可動総体積の計算が可能となる状態で、これらの信号は、信号処理装置ケース26(これはバッテリ306により電源供給される)内にあるプログラム可能マイクロプロセッサコントローラ300の適切なプログラムにより処理されても良い。この計算の内容を以下に更に詳細に記載する。
センサ・バー16が上方を通過したアイテム14の各セグメントの計算された累積体積は、信号処理装置300のメモリに記憶され、キーボード27を使って選択的に入力または入力/出力ポート58を介してアップロードされた特定アイテム種用の密度ファクターと乗算され、センサ・バー16の各位置での分割重量値となり、対応数値がケース26に設置された傾斜調整表示スクリーン30上に連続して又は順次表示される。各セグメントの価格は分割重量値に単位重量当りの価格値を乗算して計算し、この重量または価格のどちらか一方を選択的に表示するか両方を同時に表示しても良い。
表示器30と信号処理装置300は適当なリセットボタンにより各新規操作毎にリセットされても良い。
下記に述べる通りナイフ刃15はセンサ・バー16に設置されアイテム14からセグメントを切断する。
本応用例では、各種センサ・バー構成とこれらの異なる構成で使用可能な各種装置も記載されている。これらデザインの動作原理を明示するため、限られた数のセンサ・バーと装置の可能な構成を一例として記載する。しかし、ここで記載されるか本技術分野において、他で公知のセンサ・バーと関連装置の各種組合せは特定応用例の要件を満たすように一緒に使用してもかまわない。
図2Aは、上記実施例と同様にアイテム14を載せるテーブル面34を規定するテーブル32の上方に離間して設けられたセンサ・バー16Aを支持する代わりの支持装置を示している。
センサ・バー16Aは1対の垂直部36A、36Bのいずれかの端部に接続されており、テーブル32の前後部に架かる橋構造を形成している。
垂直部36は、テーブル32下面に位置する適切なガイド軸受け上に係合されて(図示されてはいないが座標位置測定機では周知の方法で)支持され、センサ・バー16Aがテーブル面34に対して垂直及び直角になる方向を維持する低摩擦ガイド及び規制動作させて、テーブル32の幅方向にセンサ・バー16Aを手動または動力により正確に往復運動させる。
即ち、方向軸受けは垂直部36A、36Bを支持し正確にガイドし、センサ・バー16Aの直角度をテーブル縁に対して確保し、面34上方に垂直方向に維持する。
1次元配列(直線配列)されたセンサ38は前面突出棚17上でセンサ・バー16Aの下面に沿って設置され、センサ・バー16Aの下側に置かれるアイテム14の断面輪郭に応じた電気信号を発生する。これは、個々のセンサ38の下に位置するアイテム14の部分の上面上の複数の点の面34上方の高さを計測することによりなされる。そのようなセンサ38は、以下の述べる機械的、音響的、または光学的装置等の各種形態をとることが可能である。
変位検出装置40は一方の垂直部36Bの1つと対応付けられている。変位検出装置の周知の形態は米国特許第2,886,717号に記載のテーブルの1つの側縁に沿って固定された細長いグリッド42とこのグリッド42上の垂直部36Bに設置されたわずかに傾斜した光学グレーティング44を具備するモアレ縞装置を含む。グリッド42が照明されると、両方向のうちいずれかの方向への相関的動作によりシフトする影パターンがいずれかの方向に発生する。対応数の影が垂直部36B(と36A)の各増加変位に対して生成され、光センサ(図示なし)によってアップまたはダウン計数され当技術分野では周知の方法で対応するデジタル信号を発生する。その他多数の1次元配列の変位検出装置は当技術分野では公知であり、上述のモアレ縞装置の代わりにセンサ・バー16Aの変位を検出するために使用することができる。
入力キーボード27と表示器35により、密度設定等は信号処理装置ケース26内に設けられた信号処理装置300に入力される。
本実施例では、センサ・バー16Aはその支持方法で規制されている。即ち、センサ・バー16Aは、テーブル32の幅方向に横方向に往復運動する際に、テーブル面34に対し垂直にかつ直角に維持される。ユーザはその規制された経路に沿ってセンサ・バー16Aを押し引きするだけで良い。
これにより、センサ・バー16が規制されていない場合にはその傾斜又は移動が起きる可能性があるため、セグメントの体積計算が簡単になり、アイテム14の各連続部分はより複雑な計算を要するテーパー形状にしても良い。
別個のナイフ(図示なし)を使って、垂直部36A、36Bの側面17をガイドとし選択したアイテムセグメントを切断に使用しても良い。センサ・バー16Aは切断工程を実施する際には邪魔にならないように移動させることが出来る。
図2Bはアイテム14から選択したセグメントを切断する機能を有する別の実施例を示している。管状ガイドレール206は切断刃位置ハンドル201に取り付けられたブラケット208の両方向移動を規制する。切断刃アーマチャー203はスロット200内に突出し、その上端部で切断刃位置ハンドル201に固定されている。切断刃アーマチャー203の基端部は手動あるいは電動回転切断刃204に固定されている。オペレータは一方の手でアイテム14を下方に押さえてテーブル面34に接触させながら、オペレータは他方の手で上方へ突出するハンドル210を掴み、切断刃位置ハンドル201を前方(及び/又は後方)に移動させて、アイテム14を望ましいセグメントに分ける切片214を形成する。プッシュボタン202は電動回転切断刃204への電源供給を制御する。
図2Bにおける非電動回転刃の実施においては、ばね構造体(図示なし)が切断刃位置ハンドル201とスロット200間に位置している。この構造体は通常切断刃アーマチャー203を上方へ引っ張り上げ、オペレータが切断刃位置ハンドル201を前方及び後方移動中にこの切断刃位置ハンドル201により大きな圧力をかけるにつれて切断刃204が連続してアイテム14に段々深く切り込みをいれるようにさせる。これにより、刃204がテーブル面34に近づくにつれオペレータが各連続切片の深さを簡単に調整できる。アイテム14が切断刃位置ハンドル201の完全な1動作で切断されるため、上記のばね構造体は図2Bに示す電動回転切断刃204の実施例を必要としない。
図2Cは選択したアイテムセグメントを切断する追加の別機構を示している。ギロチン裁断機構は、面設置ネジ238で裁断刃232に固着される切断刃伸出/後退機構228を囲むハウジング224を含む。オペレータは一方の手でアイテム14を下方に押さえてテーブル面34に接触させながら、オペレータは他方の手で適切に指定された「切断」プッシュボタン56A〜56Kの1つを押して切断刃伸出/後退機構228への電源供給を制御する。これにより、裁断刃232の切断縁236が下方向へ抑えられて、アイテム14を望ましい部分に分割する。
図2Dは選択したアイテムセグメントを切断する別の機構を内蔵する本発明の他の実施例を示している。管状ガイドレール206は切断刃位置ハンドル201に取り付けられたブラケット208の両方向移動を規制する。レーザ機構216はスロット200を通して突出し、その上端部で切断刃位置ハンドル201に固定されている。オペレータは、切断刃位置ハンドル201を前方(及び/又は後方)に移動させて、アイテム14を望ましいセグメントに分けるレーザ光218からのレーザーカット220を形成しながら上方突出ハンドル210を把持する。プッシュボタン202はレーザ機構216への電力供給を制御する。
図2A、2B、2C、2Dと2Eに示す上述の検知及び切断機構は産業自動化環境に組み込むことができ、テーブル面34は図5Bに示すローラ33により支持されたコンベア・ベルト28と交換される。コンベア・ベルト28上に置かれたアイテム14はセンサ・バー16A上のセンサ38と図2Cに示す切断刃232下を通過する。コンピュータ制御機構がオペレータ手動制御に取って代わることもある。
図2Eは体積(及び重量ベースの密度と価格ベースの重量)の測定とアイテム14を希望分割サイズに切断することの両方を実施するのに使用する機構を組み込んだ装置の別実施例を示している。図示した実施例はブラケット268がテーブル面34の幅方向に横に移動する際に、ブラケット268の横方向移動を制御するステッパモータ構造体266を利用する。追加のステッパモータ構造体264は、ブラケット251上に載置されたステッパモータ構造体264に取り付けられるセンサ/カッター構造体250の垂直動作を制御する。各ステッパモータ構造体264,266はアイテム14の面を横断する際に、テーブル面34の縦軸、横軸に沿ったセンサ/カッター構造体250の正確な線形位置移動を制御する。センサ/カッター構造体250の正確な位置制御における、二重のステッパモータ構造体264,266の複合動作は、デジタルコンピュータプロッターで使用するインクペンの位置と移動を制御するために使用する構造体に対応する。このようなプロッターはビジネスや産業分野で多年に亘り利用されている。
センサ/カッター構造体250は、以下高さセンサ252と称する、スロット200を通して突出し、その下面端部でセンサ/カッター構造体250に固定されている「スポット・三角測量方式」高さセンサ38から成る。高さセンサ252は光学発信器ユニット254と光学受信器ユニット262を具備する。発信器ユニット254は、アイテム14の上面上の光「スポット」258の経路256に沿って下方へ垂直に突出する。受信器ユニット262は経路260に沿ってこのスポットを光ダイオードアレイ等の内部CCD(荷電結合素子)アレイ又はその他のPSD(位置有感検出器)に撮像する。センサ252(発信器254)間から発信器254の直下に位置するアイテム14の上面上の垂直突出スポット258までの距離は高さセンサ252に内蔵された信号処理装置か表示器ケース26内の信号処理装置300により計算される。「スポット・三角測量方式」高さセンサ252の利用に関する動作及び関連高さ計算の全記載は「スポット・三角測量方式に基づく光学高さセンサ」と表題の付いた下記のセクションにある。
ブラケット268が静止状態の時、ステッパモータ構造体264はセンサ/カッター構造体250をブラケット268の基体側(オペレータに直近)からブラケット268の上面側(オペレータから最遠)へ移動させる。この移動の間に高さセンサ252は直下のアイテム14の支持面34上方の高さを連続して決定している。十分に詳細に後述するように、これらの高さ値により高さセンサ252が横断するアイテム14のセグメントの概略断面積が計算される。センサ/カッター構造体250がブラケット268の端部までその運動を終了すれば、ステッパモータ構造体266は次の位置まで横方向へ加算的に移動し、センサ/カッター構造体250はステッパモータ構造体264の動作により現在の位置とは反対方向へ移動する。アイテム14の計算された断面積にブラケット268がちょうど移動した加算距離を乗算した結果は高さセンサ252がちょうど横断したアイテム14の体積となる。ステッパモータ構造体266はブラケット268を、テーブル面34を横切って、継続して横方向へ移動し、次に静止し、センサ/カッター構造体250がブラケット268の一端から他端までの移動を終了するまで待機すると、センサ/カッター構造体250が横断したアイテム14の集合総体積は表示器ケース26内の信号処理装置300により連続して計算され、表示器30に示される。
レーザーカッティング機構216はスロット200を通して突出し、下端部センサ/カッター構造体250に固定されている。望ましいアイテム14のセグメント重量(又は価格ベースの重量)に到達すると、ステッパモータ構造体264はセンサ/カッター構造体250をブラケット268のどちらかの端部に位置させ、ステッパモータ構造体264は次にセンサ/カッター構造体250を現在位置から反対方向の位置へブラケット268に沿って移動させる。この移動間にレーザーカッティング機構216は光218を発射し、その結果アイテム14に連続カット220を形成し、センサ/カッター構造体250がアイテム14の幅方向に進行するにつれてアイテム14を切断する。
図2Bに例示される回転刃204(これには限定されない)や高圧カッター等のその他の多種のカッティング構造は上記のレーザーカッティング装置の代わりに使用しても良い。
可動の高さセンサ装置が機械的にアイテム14の上方を移動するセンサ・アーム16Aの実施例は、本出願で提示されている非機械駆動のセンサ・アームデザインと比べ多数の利点を有している。センサ・バー16Aの長さに沿って離間している多数の高さセンサに対し1つの可動の高さセンサを使用することにより、センサ・アーム16Aの長さに沿って計測された高さ値の数はステッパモータ構造体264の増加位置決め精度によってのみ限定される。これにより、センサ・バー16Aの長さに沿って物理的に配置される(又は装着される)高さセンサの数による限定、つまりそのような高さセンサが全て線形に配置されるか多数列の高さセンサがそれぞれ隣接して配置されるかという限定が回避される。同じく、1つの高さセンサを使用することにより、複数の高さセンサ信号間のあり得る干渉が解消される。同様に、高さセンサ機構の全体の総価格は多数ユニットに対し1つの高さセンサの分に減少される。
高さセンサ38は、光学、機械、音響等(限定されないが)の多数の異なる技術に基づいても良い。この各種の高さセンサの何個かは追加高さセンサ技術と表題の付いた下記セクションで概要記載されている。以下に「スポット」三角測量方式に基づく光学的高さセンサを利用するセンサ・バーを記載するが、その後に続けて「プランジャ」に基づく機械的高さセンサを利用するセンサ・バーを記載する。
「スポット」三角測量方式に基づく光学的高さセンサ
「スポット」三角測量方式に基づく光学的高さセンサ
図3A、3B、及び3Cに、センサ・バー16Fの長手方向に沿って直線配列したリニアアレイとしてセンサ・バー16Fに組込まれた「スポット」三角測量方式の光学式高さセンサ38Fを示す。各高さセンサ38Fは、センサ・バー16Fに組込まれた受発光ユニットからなる。限定するわけではないが、例えば、LED素子やレーザなどの各種発光技術を用いることが可能である。この発光ユニット38F−1は、光「スポット」37Bを、経路37Aに沿い垂直下向きにアイテム14の上面に投射する。オフセット位置にある受光ユニット38F−2のレンズが、このスポットを、経路37Cに沿い内蔵のCCD(電荷結合素子)アレイまたはフォトダイオードアレイなどの他のPSD(位置検出素子)上に結像し、それにより発信器38F−1(X)及び受信器38F−2(Y)の位置により形成される水平線に対してのスポット37B(Z)の結像角(e)が決定される。センサ38F(発信器38F−1)からセンサ38F直下のアイテム14上面に垂直に投射されたスポット37Bまでの距離は、高さセンサ38Fに組込まれた処理装置または表示ケース26内の信号処理装置により計算される。
ここで、「光学(の)」及び「光(の)」という用語は、電磁スペクトル上の可視光領域のみを意味するわけではなく、ここで説明する技術上の必要な特性を表すスペクトルのあらゆる領域(例えば赤外領域)を含む。
発信器38F−1からアイテム14の上面に投射された光スポット37Bまでの距離を測定するのに用いる三角法は、三角測量の距離測定原理に基づく。図3Bを再度参照すると、発信器38F−1(X)は、光スポット37B(Z)をアイテム14の上面に垂直に投射する。受信器38F−2(Y)は、このスポットを、例えばCCDアレイなどの位置検出素子上に結像し、これにより、発信器X及び受信器Yの位置により形成される水平線に対するスポットの結像角(e)が決定される。
直角三角形の直角が、三角形の3つの座標YXZのうちの頂点Xに形成され、従って、次の三角形の関係が適用できる:
(I)Tan(e) = c/a
従って、発信器38F−1(X)から投射されたスポット37B(Z)までの距離(c)は次のように表現できる:
(II)c = (a)Tan(e)
発信器(X)と受信器(Y)との距離(a)は、使用する特定のセンサ38Fに対し既知の定数である。また、結像角(角度)(e)は、位置検出素子(例えばCCDアレイなど)により決定できるので、Tan(e)の計算が可能となる。従って、(a)とTan(e)との積により、発信器38F−1(X)から投射されたスポット37B(Z)までの距離(c)が得られる。この光学的に決定した距離(c)を、既知(一定)のセンサ・バーの高さ(センサ38Fからテーブルの面12までの距離)から差し引くと、センサ38F直下のテーブル面12に対するアイテム14の上面高さが得られる。
(I)Tan(e) = c/a
従って、発信器38F−1(X)から投射されたスポット37B(Z)までの距離(c)は次のように表現できる:
(II)c = (a)Tan(e)
発信器(X)と受信器(Y)との距離(a)は、使用する特定のセンサ38Fに対し既知の定数である。また、結像角(角度)(e)は、位置検出素子(例えばCCDアレイなど)により決定できるので、Tan(e)の計算が可能となる。従って、(a)とTan(e)との積により、発信器38F−1(X)から投射されたスポット37B(Z)までの距離(c)が得られる。この光学的に決定した距離(c)を、既知(一定)のセンサ・バーの高さ(センサ38Fからテーブルの面12までの距離)から差し引くと、センサ38F直下のテーブル面12に対するアイテム14の上面高さが得られる。
もし、全てのセンサ38Fの発信器がアイテム14の上面に光学スポットを同時に投射すると、センサ38Fの受信器は、同じセンサ38F受信器は発信器から生じたものではないスポットを検出する可能性がある。このような可能性は、より大きな発光ビーム幅が用いられ、及び/またはセンサ・バー16Fの長手方向に沿ったセンサ・アレイが高密度のセンサ38Fユニットからなる場合、増大する。このような干渉により、アイテム14の高さ計算に誤りを生ずる可能性があるため、センサ・バー16Fの長手方向に沿ったセンサ38Fユニットよりなるリニアアレイ(直線配列)の動作を多重化することで、このような干渉を避けることができる。
全てのセンサ38Fユニットが光学スポットを同時に投射する代わりに、各センサ38Fは、センサ・バー16Fの長手方向に沿って順次、作動し停止する。現在作動中のセンサ38Fが、アイテム14の上面に投射されているスポットに対して距離パラメータを計算し、次いで停止するまでは、次のセンサ38Fの発信器は作動しない。各個別のセンサ38Fに対して処理の完了をモニタする代わりに、センサ38Fがスポットを投射し、そのスポットに対する距離パラメータを処理するのに必要な最大時間となる一定の時間間隔で、センサ・バー16Fに沿って連続する各センサ38Fを作動させ、停止させても良い。この最大時間は、センサ38Fの動作仕様書を用いて決定され、その仕様書により、1つの高さ値を処理するのに必要な最長の(例えば、「最悪の場合の」)時間を利用する。この最大時間よりも長い一定の時間間隔を多重化することにより、一度に1つだけのセンサ38Fが動作し、従って複数のセンサ38Fユニットにより生じるスポット認識誤差が確実に排除される。
センサ38Fは、アイテム14の表面像形成特性が好ましくなく、あるいは何らかの障害物によって機能を遮蔽されたセンサ38Fの発信器及び/または受信器などのために、割り当てられた多重化時間内に発光スポット像を定め、処理することができない場合もある。そのような場合は、そのセンサ38F位置でのアイテム14の高さは、その周囲のセンサ38Fの位置に対して求められた高さ値を外挿することにより求めることができる。
図3Cを参照すると、既に説明したセンサ・バー16F全体にわたるセンサ・ユニット38F(R1)からなるリニアアレイに沿う列に、センサ38Fユニットを追加して組込むことで、密度(センサ・バー16Fあたりのセンサ38Fユニットの数)を増加することが可能となる。図に示すように、センサ38F(R2)よりなるリニアアレイは、ねじれ型あるいは共線型(図示せず)構成でセンサ38Fユニットからなる2次元アレイを形成するように、互いに隣接して配置しても良い。各センサ38Fの位置に必要な計算には、センサのオフセット位置の要因となるオフセット距離ファクターが含まれる。このセンサ密度が増大することにより、アイテム14の任意の表面積あたり、より多くの座標データ点の取得が可能となり、従って、体積の精度及びその結果として重量と価格(重量に基づく)計算の精度が高まる。
現在、多くの「スポット」三角測量方式の光学距離センサが入手可能であり、許容誤差の測定、位置の決定、材料における変形の存在やその量の測定、機械的振動特性の評価など、多くの用途に用いられる。
「プランジャ」方式の機械式高さセンサ
図4に、センサ・バー16Bの長手方向に沿って配置する、バネによって伸縮可能なプランジャ46のリニアアレイを具備する機械式高さセンサ装置を備えたセンサ・バー16Bを示す。このプランジャ46はそれぞれ、内部に後退する際にプランジャ46の長さを収容できるセンサ・バー16B内に形成されたポケット50内にあるそれぞれ対応する圧縮バネ48により、通常は完全に伸びた位置にバイアスされている。各プランジャ46の端部は、テーブルの面12に達することができる。特定のプランジャ46の下に、アイテム14のいずれの部分でもあれば、プランジャ46は、テーブル面12上のアイテム14の表面高さに対応する距離だけ後退し、それはこのアイテム14の厚みに対応する。
各プランジャ46の後退移動量は、以下に示す線形変位センサ装置により検出され、その装置は対応する電気信号を発生する。
限定するわけではないが、例えば、光学式、光学機械式、機械式、及び電磁式などの各種変位検出技術を用いることが可能である。以下に説明する線形変位センサ装置は、光電「反射」センサ・アレイ方式である。
光電反射センサ・アレイ方式の線形変位センサ
図6A、6B、及び7に、プランジャ46の後退移動量を検出する装置の詳細を示す。各プランジャ46には、センサ・ロッド62に面する平坦化側面60があり、また、センサ・ロッド62にもプランジャ面60に面する平坦化側面64がある。このプランジャ46の平坦化側面60には、非反射性の追跡パターンが印刷された反射面がある。プランジャ46の平坦化側面60に対して向けられ、等間隔に間を置いて角度を有す発信器(例えばLED素子など)66からなるリニアアレイが、センサ・ロッド62の長手方向に沿って組み込まれ、同様に、等間隔に間を置いて角度を有す光電受信器68からなるリニアアレイが、面60から反射された各発信器からの光を受光するような配置で、センサ・ロッド62の長手方向に沿って組み込まれる。
プランジャ46が、ソレノイドコイル巻線70とセンサ・ロッド62により形成される空洞を介して上下に移動すると、光電発信器66/受信器68よりなるセンサ・アレイがプランジャ46の変位距離を、受光した反射光の変化パターンを追跡することにより測定する。ソレノイドバネ48が、プランジャ46の位置を塞いだ際に、このバネ48からの反射により生ずる誤読を避けるために、このバネ48は、つや消しの非反射面(仕上げ)を有す。
密度、すなわちセンサ・バー16Bあたりの高さセンサ・プランジャ46数の増加は、プランジャ46を、センサ・バー16B全体に広がる既存のプランジャ46よりなるリニアアレイに沿って追加して組込むことで達成できる。1つまたは複数のプランジャ46からなる列を、高さセンサ・プランジャ46ユニットからなる2次元アレイを形成するように、個々のセンサをねじれ型あるいは並列構成で、互いに隣接するように配置しても良い。各プランジャ46の位置に必要な計算には、センサの(隣接)オフセット位置の要因となるオフセット距離ファクターが含まれる。このセンサ密度が増大することにより、アイテム14の任意の表面積あたり、より多くの座標データ点の取得が可能となり、従って、体積の精度及びその結果として重量と価格(重量に基づく)計算の精度が高まる。
図3Aと4とを参照すると、センサ・バーの支柱52はセンサ・バー16F(及び16B)の両端に設けられ、これもまた、以下に説明する目的のために後退可能となる。変位検出装置は、センサ・バー16F(または16B)が往復運動する際に、支持面12と平行な面内でのセンサ・バー16F(または16B)の変位量と方向とに対応する信号を発生する。この装置は、各支柱52の底部に変位検出装置54を含む。この検出器54の適切な例を以下詳細に説明する。各検出器54は、センサ・バー16F(または16B)が、アイテム14の一端を越えた開始位置からテーブル面12を横切って往復運動すると、各支柱52の端部の水平移動位置と量とに対応する電気信号を発生する。センサ・バー16F(または16B)がテーブル面12を横切って往復運動する際は、各支柱52の下端は、テーブル面12と一定に接触し続ける。
センサ・バーの支柱52にある変位検出装置54は、限定するわけではないが、例えば、光学式、光学機械式、電磁式、機械式、感圧式(触覚式)などの各種技術方式が可能である。この各種支柱変位検出装置の一部については、「その他の支柱変位検出装置技術」という表題の項で説明する。
光学式支柱変位検出装置の理論と動作
図8Aに、各支柱52に用いられる光学式支柱変位検出装置54を図式的に示す。この実施例には、支柱52の開口部を介してテーブル面12に光ビームを向けるLEDなどの発信器74、テーブル面12からの反射光を受光する集束レンズ76、及び画像分析器80に送信される反射光像に対応する電気信号を発生する光受信器または光センサ78が含まれる。
センサ・バー16F(または16B)がアイテム14を通り越す際に、各支柱52がテーブル面12を横切って移動すると、この面12の連続フレーム像82A、82B、及び82C(図8B)が生成される。各支柱52がテーブル面12上を移動するに従い、このテーブル面12上にある表面の細部(例えば、組織、色、コントラストなど)が分析され、各支柱52の変位量と方向とが求められる。
上述の光学式変位検出装置技術は、非機械式であり、いかなる可動部をも必要とせず、テーブル面12上に事前に印刷された(組込まれた、刻まれた、など)いかなる追跡パターンをも必要とせず、さらに、従来の多種多様な「市販の」まな板やテーブルなどと共に利用できる。
このような変位検出装置は、現在、コンピュータの多くのマウス装置に用いられている。この種の市販部品の例としては、アジレントテクノロジーの反射光学センサ(HDNS−2000)、レンズ(HDNS−2100)、LEDアセンブリクリップ(HDNS−2200)、及び5mmの赤色LED(HLMP−ED80)がある。より詳細な動作については、「Solid−State Optical Mouse Sensor with PS/2 and Quadrature Outputs」と題するアジレントテクノロジーのアプリケーションノート1179号を参照のこと。
光学機械式支柱変位検出装置の理論と動作
光学機械式変位検出装置54Aを図9A、9B、及び9Cに示す。この検出器54Aには、ボール84、X軸ローラ86、Y軸ローラ88、付属するX軸用穴あき光学式エンコーダディスク90とY軸用穴あき光学式エンコーダディスク92、光発信器94、96、及び光受信器98、100が含まれる。このボール84が(滑らない)テーブル面12に沿って回転すると、ローラ88及び/または86がこのボール84との摩擦接触により回転し、それによってディスク90、92もまた回転する。各光学式エンコーダディスクの穴のため、発信器94、96により放射された光から多くの明暗斑が生じ、それが受信器98、100により検出され分析される。これによって、X軸あるいはY軸に沿った支柱52の移動に対応する電気信号が発生する。
上記の機械式変位検出装置技術は、テーブル面12上に事前に印刷された(組込まれた、刻まれた、など)いかなる追跡パターンをも必要とせず、さらに、従来の多種多様な「市販の」まな板やテーブルなどと共に利用できる。このような変位検出装置は、当該技術分野では周知であり、現在、コンピュータの多くのマウス装置に用いられている。
センサ・バー16F(または16B)がアイテム14の表面上を往復運動すると、各支柱52の位置に対応する信号、及びセンサ38F(または機械式プランジャ46)の対応する高さ位置が連続して捕獲され、ケース26中の信号処理装置300に送信される。このアイテム14の形状に沿った高さ位置(高さセンサからのデータ)、及び対応する下の表面積(支柱52の位置から計算された)により、センサ・バー16F(または16B)がアイテム14の一端からアイテム14に沿って往復運動された各連続位置まで横切るに従い、センサ・バー16F(または16B)によって規定される各セグメントの体積の連続計算と表示とが可能となる。各種アイテム14の密度が信号処理装置300のメモリに記録されているので、即座に計算された体積、重量(体積 x 密度)、及びそれに関わる価格(重量 x 重量あたりの単価)が連続して表示器30に表示される。この表示器30には、回転が可能で傾けることが可能なベース31があり、オペレータや顧客が見やすいように所望の視野角に設定できる。
センサ・バー16F(または16B)がアイテム14を横切る際の、センサ・バー16F(または16B)の移動方向の断続的逆転は、センサ・バーを後方または前方へそれぞれ移動させる間に、横切ったアイテム14の体積を差し引くか、加えることにより、数学的に計算できる。このことにより、センサ・バー16F(または16B)が前方または後方へ移動する際に、アイテム14の重量と価格(重量に基づく)との連続的な読出しが可能となり、さらに、オペレータは、アイテム14を切断する前に、アイテム14の外見、重量、及び価格に基づいて所望する特定部位に従って、見ている顧客の具体的要求に対応することが可能となる。
図1に、ナイフ刃15の対応する穴にスナップ式ではめられる突起部102を利用した、センサ・バー16へのナイフ刃15の取り付けを示す。このナイフ刃15にはまた、センサ・バー16の両端に隣接する収納部104にスナップ式ではめられる端部がある。このナイフ刃15は、センサ・バー16の一方の側面108側にある収納部106に、それと同一面で配置されるように収納される。このナイフ刃15を容易に取り付け、取り外しできるため、異なる材料からなるアイテム14に対する要件ごとに、各種ナイフ刃の利用が可能となる。
センサ・バー16Fの場合、センサ・バー16Fの位置が、アイテム14の所望の重量(または価格)に達すれば、オペレータは、手動でセンサ・バー16Fに下向きの圧力を加え、後退可能な両方の支柱52を上向きに後退させ、その結果、ナイフ15は下向きに移動し、アイテム14に接触する。また、同時に、下向きの圧力を加え続け、アイテム14表面を横切って前後にのこ引き運動を行うことにより、所望のセグメントを形成するようにアイテム14が完全に切断される。ナイフ刃15は、アイテム14表面にマーク(引っかき傷)を付けるためにのみ用いてもよく、その場合、アイテム14の最終的な切断を行うために、他の別個の切断工具を用いることが可能となる。
アイテム14が完全に切断され(あるいは引っかき傷を付けられ)、バネが搭載された後退可能な支柱52がそれ自身完全に伸びることによりセンサ・バー16Fが再び上昇した後に、オペレータが、適切に指定された「リセット」プッシュボタン56A〜56Kを押せば、表示器30がクリアされ、信号処理装置300は新しいアイテム14のデータに対しセンサ・バー16Fの準備を行う。そしてこのセンサ・バー16Fは、新しいアイテム14上を移動する準備が完了する。
センサ・バー16Bの場合、センサ・バー16Bの位置が、アイテム14の所望の重量(または価格)に達すれば、オペレータは、適切に指定された「切断」プッシュボタン56A〜56Kを押す。図6A及び6Bを参照すると、短パルスの電気出力がソレノイドコイル巻線70に印加され、その結果、全てのプランジャ46が完全にセンサ・バー16B内部に後退し、従って、圧縮バネ48が、プランジャ46のステム47を永久磁石72と接触するように移動させる。各プランジャ46(ステム47)は、永久磁石72に「掛け金をかけられた状態」(隣接した状態)となる。このプランジャ46は、永久磁石72の引力のみにより、それ以上電気出力を印加せずに、永久磁石72と隣接して整列した後退状態に留まる。後述するように、各プランジャ46のこの後退位置は、側面に搭載されたソレノイドプランジャを用いることで、さらに固定することができる。
全てのプランジャ46が完全に後退した位置で、ナイフ15の切断刃は完全に露出する。センサ・バー16Bに、下向きの圧力を手動で加えることにより、後退可能な両方の支柱52は上方へ後退し、その結果、ナイフ15は下向きに移動し、アイテム14と接触する。また、同時に、下向きの圧力を加え続け、アイテム14表面を横切って前後にのこ引き運動を行うことにより、所望のセグメントを形成するようにアイテム14が完全に切断される。ナイフ刃15は、アイテム14表面にマーク(引っかき傷)を付けるためのみに用いてもよく、その場合、アイテム14の最終的な切断を行うために、他の別個の切断工具を用いることが可能となる。
アイテム14が完全に切断され(あるいは引っかき傷を付けられ)、バネが搭載された後退可能な支柱52がそれ自身完全に伸びることによりセンサ・バー16Bが再び上昇した後に、オペレータが、適切に指定された「リセット」プッシュボタン56A〜56Kを押せば、短パルスの(各プランジャ46を後退させるために最初に用いた極性とは)逆極性の電気出力が、プランジャ46を囲む各ソレノイドコイル巻線70に印加される。各プランジャ46は、これによって、保持されていた永久磁石72から開放され、永久磁石72の引力に打ち勝ち、さらに圧縮バネ48がその通常の伸ばされた構成をとるように圧縮バネ48の自動伸長力によって、完全に伸ばされた位置を再び占める。「リセット」プッシュボタンにより同時に生ずる作用は、表示器30がクリアされ、信号処理装置300は新しいアイテム14のデータに対しセンサ・バー16Bの準備を行うことである。そしてこのセンサ・バー16Bは、新しいアイテム14上を往復運動する準備が完了する。
さまざまな産業用途によっては、上記のナイフ15の代わりに、別の切断方法を用いることが可能である。例えば、アイテム14は、固定されたセンサ・バー16Aの下を搬送ベルト(図5B)を介して通過してもよく、センサ・バー16Aの位置で、自動切断刃、レーザ、回転刃、または高圧水カッターにより、アイテム14を重量または価格に基づき特定の部位に切断する。あるいは、可動式のセンサ・バー16Aが固定した1つのまたは複数のアイテム14上を横切ってもよく、そこで、アイテム14は前述の切断工具により切断される。いずれの場合にしても、プランジャ46は、ナイフ15を露出させるためにセンサ・バー16内に後退する必要が無いので、ソレノイドによる掛け金機構は省略できる。同様に、そのような構成では、ナイフ15もセンサ・バー16から除かれる。
上記のように、センサ・バー16のコントローラ信号処理装置300ケース26は、センサ・バー16が、テーブル面12に対して垂直(90度)位置から所定の最大角度以上に傾くと、警報器(警報装置)302(図1A)を鳴らす水銀傾斜指示スイッチ24(または同様の水準指示器)を備えることが可能である。センサ・バー16がアイテム14を横切る際に、範囲外の傾斜角が生じると、アイテムの走査を再度行う必要があるということを示す警報器302を鳴らす。あるいは、容認可能な範囲外の傾斜角を測定し、体積計算において数学的に補償できるようにすれば、アイテムの走査は、中断することなく続行できる。信号処理装置コントローラ300、傾斜スイッチ24、及びセンサ・バー16の電池306とともに、警報器302もまたコントローラ信号処理装置のケース26内に含まれる。
センサ・バー16の無効な動きもまた、支柱20及び22の位置に対応した変位検出装置20A及び22Aからの電気信号により検出される。そのような例としては、オペレータが、センサ・バー16をオペレータに対してより垂直な位置に保持する代わりに、かなり水平な状態に保持した場合がある。また別の例としては、オペレータが、センサ・バー16を移動させるのが早すぎた場合や遅すぎた場合、あるいは支柱20、22の一方または両方をテーブル面12から持ち上げた場合がある。検出した支柱の座標位置、あるいは座標位置の欠如により、アイテム14の走査を再度行う必要があるということを示す警報302器が鳴る。
センサ・バー16がアイテム14を横切る際の、センサ・バー16の移動方向の断続的逆転は、センサ・バーを後方または前方へそれぞれ移動させる間に、横切ったアイテム14の体積を差し引くか、加えることによって、数学的に計算できる。このことにより、センサ・バー16が前方または後方へ移動する際に、アイテム14の重量と価格(重量に基づく)との連続的な読出しが可能となり、さらに、オペレータは、アイテム14を切断する前に、アイテム14の外見、重量、及び価格に基づいて所望の特定部位など、見ている顧客の具体的要求に合わせることが可能となる。
コントローラ信号処理装置300は、ケース26内に収められた市販のプログラム可能なマイクロプロセッサ方式のコンピュータチップであっても良い。このマイクロプロセッサ信号処理装置300は、本明細書中で説明するように、座標、位置、体積、重量、価格、及びその他の必要な計算を行うようにプログラムされる。信号処理装置300のメモリへの初期データ(例えば、密度、重量あたりの単価、製品コード番号、バーコード・パターンなど)の入力は、コントロールパネルのキーパッド27を介して実行する。データは、また、外部ソース(例えばデスクトップ、ラップトップ、またはパーム(トップ)コンピュータなど)から、無線データリンク(例えば赤外線)、または、例えばUSB(ユニバーサル・シリアル・バス)などの他のインタフェース接続を介して、対応するデータI/O(入力/出力)ポート58にアップロードすることができる。
このデータI/O(入力/出力)ポート58は、また、データ(例えば重量、価格、製品コード番号、バーコード・パターンなど)を、売場専用(POS)端末、顧客用読取表示器、外部コンピュータ、及びレシート/バーコード用プリンタなどへの送信に用いることも可能である。このポート58の利用は、センサ・バー16が産業用の分割運転に組込まれる場合には重要である。例えば、多くのセンサ・バー16を同時に利用する生産ラインには、中央コンピュータにより記憶/分析された全ての収集された重量データがある。各信号処理装置300は、キーパッド27またはポート58を介して外部コンピュータと通信を行うことにより、独自の識別番号を、中央コンピュータに送信されるデータストリームに付加するようにプログラムできる。
センサ・バー16がアイテム14を横切り、セグメントの重量(または価格)が表示されると、アイテム14の上面へ垂直に(センサ・バー16のベースに対して)投射された対応する高さセンサ38の位置は、表示された重量(または価格)分のセグメントを生ずるように、そこでアイテム14が切断されるべき正確な位置を表示することになる。図1、3A、及び4の実施例では、ナイフ15は、この位置と平行である(従ってこの位置とは一致しない)。図2Aの実施例では、別個のナイフ(図示せず)を、垂直部36A、36Bの側面17をガイドとして用いて、アイテムの選択したセグメントを切断するのに用いることができる。この側面が、正確な切断位置と平行である(従ってこの位置とは一致しない)。
同様に、図2B、2C、及び2Dの実施例でも、それぞれ、回転刃、ギロチン切断刃、及びレーザーカッターの切断位置は、正確な切断位置と平行である(従ってこの位置とは一致しない)。前述の実施例では、切断器具と正確な切断線との間の微妙な位置のずれが考慮されなければ、結果として切断されたセグメントの重量(または価格)は走査表示器30上に表示されたものと微妙に異なる可能性がある。多くの用途では、この差異は大したものではないと思われている。すばやく重量または価格を見積もる場合などの用途では、最終的な重量測定(価格設定)は、アイテム14が切断された後に、通常のはかりを用いて行ってもよい。とはいえ、手動及び自動化した産業用途向けに、この差異を除去することは可能である。
自動化した産業用途の関係では、プログラムが組込まれた切断工具(例えば、自動切断刃、レーザ、回転刃、または高圧水ジェット)がナイフ15の代わりに用いられるので、このような工具は、単に高さセンサ38の位置に位置合わせされるだけで、そこで、センサ・バー16が所望の分割位置に到達すれば、アイテム14は、正確な切断線に沿って切断される。一部自動化または手動の用途では、各種のマーキング/スコアリング技術を用いることにより、アイテム14の上面に(センサ・バー16に対して)垂直に投射した高さセンサ38の代表位置をマーキング(スコアリング)することが可能となり、それにより、刃15、あるいは別個の切断工具またはナイフを用いて、引っかき傷マークに沿ってアイテム14の切断が可能となり、表示器30上に重量(または価格)が表示される。
正確なセグメント線上ヘノアイテム14のマーキング(スコアリング)
アイテム14は、まず、アイテム14の上面を、(センサ・バー16のベースに対して)垂直に投射されたセンサ38の位置(またはセンサ38の位置間を直線状に位置づけした地点)に沿ってマーキング/スコアリングし、次に、この引っかき傷マークに沿って、刃15、あるいは別個の切断工具またはナイフを用いて切断することでセグメント化することができる。この切断線の表示するために、アイテム14の上面をマーキングまたはスコアリングする多様な技術を利用することが可能である。限定するわけではないが、例としては、インク分注機構(例えば、圧電方式、熱バブル方式、機械式、電気機械式など)、熱/焼付電子素子、レーザ焼付器、及び鋭利な端部を持つ器具がある。
以下に、インク分注マーキング機構、及び熱/焼付電子素子、レーザ焼付器、及び鋭利な端部を持つ器具に基づくマーキング/スコアリング機構の詳細な説明を行う。これら全てのマーキング機構は、(I)高さセンサ38の位置と平行でかつそれらの中間に位置し、アイテム14の表面をマーキング/スコアリングするためにだけ用いられる通常は後退状態の機械式ソレノイドマーキング・プランジャ46C(例えば図4)、あるいは(II)アイテム14の高さを測定するのにも用いられる通常は伸びた状態の機械式ソレノイド高さセンサ・プランジャ46のいずれか一方に組込むことが可能である。後述の機械式高さセンサ・プランジャ46内部に位置するマーキング/スコアリング機構に対しての、通常は後退状態のマーキング・プランジャ46Cの優位性は、アイテム14とわずかしか物理的に接触していないために、アイテム14の上面に存在しうる表面デブリによってマーキング・プランジャ46Cが遮蔽される可能性が低いという点である。
(I)マーキング・プランジャ46C: マーキング/スコアリングのためのみに使用、高さセンサ38の位置間に配置
(a)インク分注マーキング機構127
図10A−1を参照すると、通常は後退状態の各マーキング・プランジャ46Cには、アイテム14の上面にノズル132を通してインク128をスプレーし、インクマーク134を形成する電子制御のインク分注機構127を含むインク分注機構用空洞126がある。円錐形のつば145が、インク分注ノズル132をアイテム14の上面から隔離するので、アイテム14上に存在しうる表面デブリがノズル132の動作を妨害することは少なくなる。
インク分注機構127は、(限定するわけではないが)圧電、熱バブル、機械式、電気機械式を含む多様な技術方式が可能である。以下に、圧電及び熱バブルインクジェット技術方式のインク分注機構127を説明する。この2つの技術は、現在のインクジェットプリンタ装置に広く用いられている。
圧電方式インク分注機構127の理論と動作
図12Aに、トランスデューサ140には導線139を介した電流が流されていない初期状態の圧電方式インク分注機構127を示す。この状態では、トランスデューサ140は平坦な形状のままである。電流をトランスデューサ140に流すと、トランスデューサ140は交互に下向き、上向きに振動する。図12Bを参照すると、トランスデューサ140が下向きに曲がると、インク141がノズル142から吐き出され、インクの液滴144を形成し、それがアイテム14の上面にインクマーク146を形成する。図12Cを参照すると、トランスデューサ140が上向きに曲がると、インク141は導管143を介してインクつぼ(図示せず)から引き出され、それによりノズル142から出たばかりのインクを置換する。
円錐形のつば145が、インク分注ノズル142をアイテム14の上面から隔離するので、アイテム14上に存在しうる表面デブリがノズル142動作を妨害することは少なくなる。
熱バブル方式インク分注機構127の理論と動作
図13Aに、加熱素子150には導線138を介した電流は流されていない初期状態の熱バブル方式インク分注機構127を示す。図13Bを参照すると、加熱素子150に導線138を介して電流を流すことによりインク151が加熱される。そして、インク151の一部が気化し、その結果、泡156が形成される。この泡156により圧力が増加するため、ノズル152からインク151が吐き出され、インクの液滴154を形成し、それがアイテム14の上面にインクマーク155を形成する。図13Cを参照すると、その後、泡156がはじけて真空状態が形成され、それによってインク151が導管153を介してインクつぼ(図示せず)から引き出されて追加され、その結果、ノズル152から出たばかりのインクが置換される。
円錐形のつば145が、インク分注ノズル152をアイテム14の上面から隔離するので、アイテム14上に存在しうる表面デブリがノズル152動作を妨害することは少なくなる。
後に詳細に説明するが、図10A−1、10A−2、10A−3、11A、及び11Bを参照し、ここで簡単にまとめると、マーキング・プランジャ46Cの通常の後退位置(図10A−2及び11A)により、センサ・バー16がアイテム14を横切る際には、インク分注機構127はアイテム14の上面近傍から離れている。このため、アイテム14上に存在しうる表面デブリがインクノズル132を妨害することは少なくなる。センサ・バー16がアイテム14の所望の重量(または価格)まで達すると、オペレータは適切に指定された「マーク」プッシュボタン56A〜56Kを押し、それにより、通常は後退状態の各マーキング・プランジャ46Cが下方に伸び(図10A−3及び11B)、アイテム14の上面と接触し、それによってインク128が自動的にノズル132からアイテム14の上面にスプレーされ、インクマーク134が形成される。マーキング・プランジャ46C内に収められた2つ以上のインク分注機構127からの2つ以上のインクマークにより、アイテム14を所望の重量(または重量に基づいた価格)に分割するのに用いる正確な切断線が表示される。再び図10A−2及び11Aを参照すると、各マーキング・プランジャ46Cがインクマークをアイテム14表面に分注したあとは、プランジャ46Cは、センサ・バー16のハウジング内部の、それぞれのソレノイドコイル巻線70C内に自動的に後退し、それによって各プランジャ46C上端にあるマーキング・プランジャのステム47Cは、永久磁石72Cの引力により、永久磁石72Cに隣接して保持される。側面に設置したソレノイドプランジャ116Cに面したプランジャ46Cの側面に位置する鋸歯状のくぼみ110Cに係合したソレノイドプランジャ116Cが自動的に伸張することで、プランジャ46Cはさらにしっかりと固定される。
マーキング・プランジャ46Cが通常に後退した状態を、図10A−2及び11Aに詳細に示す。各マーキング・プランジャ46Cの上端にあるステム47Cが、永久磁石72Cの引力によりこの永久磁石72Cに隣接して保持される。図示するように、マーキング・プランジャ46Cは、プランジャ46Cのくぼみ110Cと係合する側面に設置したプランジャ116Cのベース114Cに力を加える通常は伸びた状態にあるバネ112Cにより、さらに確実に固定される。センサ・バー16がアイテム14を横切り、所望の重量(または重量に基づいた価格)に達すると、適切に指定された「マーク」プッシュボタン56A〜56Kが押され、その結果、電気出力がソレノイドコイル巻線108Cに、また短パルスの電気出力がソレノイドコイル巻線70Cに同時に印加される。図10A−3及び11Bに示すように、これにより、プランジャ46Cのくぼみ110Cに係合した保持位置から側面に設置した各プランジャ116Cが後退し、同時に、マーキング・プランジャ46Cのステム47Cに加えられた永久磁石72Cの保持力が打ち負かされ、その結果、圧縮バネ48Cが伸び、バネが搭載された各マーキング・プランジャ46Cにアイテム14の上面方向への力が加えられる。
図10A−2、10A−3、11A、及び11Bに、プランジャ46Cの伸長運動を検出する装置の詳細を示す。各プランジャ46Cには、センサ・ロッド62Cに面する平坦化側面60Cがあり、また、センサ・ロッド62Cにもプランジャ面60Cに面する平坦化側面64Cがある。プランジャ46Cの平坦化側面60Cには、非反射性の追跡パターンが印刷された反射面がある。プランジャ46Cの平坦化側面60Cに対して向けられ、等間隔に間を置いて角度を有す発信器(例えばLED素子など)66Cからなるリニアアレイが、センサ・ロッド62Cの長手方向に沿って組み込まれ、同様に、等間隔に間を置いて角度を有す光電受信器68Cからなるリニアアレイが、面60Cから反射された各発信器からの光を受光するような配置されて、センサ・ロッド62Cの長手方向に沿って組み込まれる。
プランジャ46Cが、ソレノイドコイル巻線70Cとセンサ・ロッド62Cとにより形成される空洞を介して上下に移動すると、光電発信器66C/受信器68Cよりなるセンサ・アレイが、プランジャ46Cの変位距離を、受光した反射光の変化パターンを追跡することにより測定する。ソレノイドバネ48Cが、プランジャ46Cの位置を塞いだ際に、このバネ48Cからの反射により生ずる誤読を避けるために、このバネ48Cは、つや消しの非反射面(仕上げ)を有する。
上記の光学反射方式の変位検出装置が、所定の時間(例えば1秒間)、伸びたプランジャ46Cのいかなる動きも検出しなければ、プランジャ46Cは、アイテム14の上面の最終静止位置に達したということが分かる。次いで、信号処理装置300は、自動的に電流をインク分注機構127に流し、それにより、インク128はノズル132からアイテム14の上面に噴出され、インクマーク134を形成する。円錐形のつば145が、インク分注ノズル132をアイテム14の上面から隔離するので、アイテム14上に存在しうる表面デブリがノズル132の動作を妨害することは少なくなる。
図10A−2、10A−3、11A、及び11Bを参照すると、インク128がアイテム14の表面に噴出された後、信号処理装置300は、ソレノイドコイル巻線70Cに短い電流を流し、それによって、マーキング・プランジャ46Cは、完全にセンサ・バー16のハウジングに後退する。マーキング・プランジャ46Cの上端にあるマーキング・プランジャのステム47Cは、ソレノイドコイル巻線70Cにそれ以上電流を流さなくても、永久磁石72Cの引力によりこの永久磁石72Cに隣接して保持される。上述の光学反射方式の変位検出装置により、マーキング・プランジャ46Cがセンサ・バー16のハウジングに戻る際に、このプランジャ46Cの垂直運動の停止が測定されると、信号処理装置300は、側面に設置したコイル巻線108Cへの電流の供給を自動的に停止する。その結果、バネを搭載し、側面に設置したプランジャ116Cが、対応するマーキング・プランジャ46Cの鋸歯状のくぼみ110Cに伸び、プランジャ46Cは後退位置で確実に固定される。その後、信号処理装置300は表示器30をクリアし、センサ・バー16は新しいアイテム14の走査を行う準備ができる。
前述の、通常は後退状態にあるマーキング・プランジャ46Cには、マーキング/スコアリング装置としてインク分注機構127(図10A−1)が組込まれていた。以下に説明するように、他にも多くの種類の(インク分注方式ではない)マーキング/スコアリング機構をマーキング・プランジャ46Cに組込むことができる。(限定するわけではないが)例えば、熱/焼付加熱素子(図10B−1)、レーザ焼付器(図10C−1)、及び鋭利な端部を持つスコアリング装置(図10D−1)などがある。このような付加的なマーキング/スコアリング機構を実施するのは、説明したばかりのインク分注機構を実施するのと同様である。従って、マーキング・プランジャ46Cの伸長、作動、及び後退、さらに付随するマーキング機構によって、正確にアイテム14を分割するのに用いる正確な切断線の位置を表示する引っかき傷マークが正確に、かつ、確実に配置される。
(b)熱/焼付マーキング機構127A
図10B−1を参照すると、通常は後退状態にあるマーキング・プランジャ46Cには、エネルギを供給し、アイテム14の上面に接触させれば、アイテム14の上面に目に見えるマーク161を焼き付ける電子制御加熱素子127Aを含む空洞126がある。
(c)レーザ/焼付マーキング機構127B
図10C−1を参照すると、通常は後退状態にあるマーキング・プランジャ46Cには、エネルギを供給すれば、アイテム14の上面に目に見えるマーク173を焼き付ける、集束レンズ171を通したレーザ光172を放射する電子制御レーザ機構127Bを含む空洞126がある。
(d)先端が尖ったマーキング/スコアリング機構127C
図10D−1を参照すると、通常は後退状態にあるマーキング・プランジャ46Cは、アイテム14に接触させ、アイテム14上を(次第に下げながら)双方向に移動させれば、アイテム14の上面に目に見える引っかき傷マーク176を形成する先端が尖った突起部175を、底部の外側表面に有すマーキング/スコアリング機構127Cからなる。
インク分注マーキング機構127の動作に関する上記の詳細な説明のように、センサ・バー16がアイテム14を横切り、所望のセグメント重量(または重量に基づく価格)にまで達すると、オペレータは、適切に指定された「マーク」プッシュボタンを押し、その結果、通常は後退状態にある各マーキング・プランジャ46Cが、下方向に伸び(図10D−2、10D−3、11A、及び11B)、アイテム14の上面と接触する。
いくつかのアイテム14の表面は、硬い組織であったり、でこぼこした組織であったり、滑りやすい組織であったり、あるいは不適当な組織のため、スコアリングやマーキングを行いにくい場合もある。そのような場合、上記の先端が尖った突起部175では、目に見える引っかき傷マークを形成するのに、アイテム14の表面を十分には貫かない可能性がある。センサ・バー16に下向きの圧力を加えても、プランジャ46Cがセンサ・バー16の中に自動的に持ち上がるので、プランジャ46Cからの付加的な圧力はアイテム14には加わらないことがある。プランジャ46Cをその最終的な位置に固定することにより、双方向の動きと下向きの圧力(結果としてセンサ・バーが下がる)とをセンサ・バー16に与えれば、先端が尖った突起部175で、いかなる種類のアイテム14の表面にも容易にスコアリングができる。
上記の光学反射方式変位検出装置が、マーキング・プランジャ46Cがアイテム14の上面まで下がり、下向きの垂直運動の停止を測定すると、信号処理装置300は、側面に設置したコイル巻線108Cへの電流の供給を自動的に停止し、その結果、プランジャ116Cがバネ112Cに加える圧縮力が取り除かれる。結果として通常は伸びた状態のバネ112Cが伸びることにより、プランジャ116Cのベース114Cに継続する力が加えられ、その結果、側面に設置されたプランジャ116Cが、隣接するマーキング・プランジャ46Cの鋸歯状のくぼみ110C内に移動する。各マーキング・プランジャ46Cは、今や、アイテム14の上面位置に固定される。双方向の水平運動と下向きの圧力(結果としてセンサ・バーが下がる)とをセンサ・バー16に加えると、先端が尖った突起部175がアイテム14上面を貫くのに十分な力が与えられることになり、従って、正確な切断線の輪郭をアイテム14上面にスコアリング/マーキングすることになる。
マーキング・プランジャ46Cをセンサ・バー16のハウジングに後退させるためには、オペレータが適切に指定された「後退」プッシュボタン56A〜56Kを押せば、信号処理装置300は短い電流をソレノイドコイル巻線70Cとソレノイドコイル巻線108Cとに流す。電流をソレノイドコイル巻線108Cに流せば、プランジャ116Cは、保持用くぼみ110Cから後退し、通常は伸びた状態のバネ112Cを圧縮する。一方、ソレノイドコイル巻線70Cに電流を流せば、マーキング・プランジャ46Cは、バネ48Cが縮むので、センサ・バー16のハウジングに完全に後退する。マーキング・プランジャ46Cの上部に位置するマーキング・プランジャのステム47Cは、永久磁石72Cの引力により、それ以上電流をソレノイドコイル巻線70Cに流さなくても、この永久磁石72Cに隣接して保持される。
上記の光学反射方式変位検出装置が、マーキング・プランジャ46Cがセンサ・バー16のハウジングに戻る際に、その垂直運動の停止を測定すると、信号処理装置300は、側面に設置されたコイル巻線108Cへの電流の供給を自動的に停止し、その結果、プランジャ116Cがバネ112Cに加える圧縮力が取り除かれる。結果として通常は伸びた状態のバネ112Cが伸びることにより、プランジャ116Cのベース114Cへ継続する力が加えられ、その結果、側面に設置されたプランジャ116Cが、隣接するマーキング・プランジャ46Cの鋸歯状のくぼみ110C内に移動し、これによって、プランジャ46Cは、その後退位置に、より確実に固定される。
上記の「後退」プッシュボタンにより、オペレータの好きなときに、マーキング・プランジャ46Cをセンサ・バー16に後退させることが可能である。あるいは、マーキング・プランジャ46Cは、オペレータの介入なしにセンサ・バー16のハウジングに自動的に後退することも可能であり、それによって、信号処理装置300が、所定の時間、例えばマーキング・プランジャ46Cがアイテム14の上面で静止してから15秒、が経過すると、自動的に後退シーケンスを起動する。いずれの場合にしても、表示器30はクリアされ、信号処理装置300は新しいアイテム14の走査を行う準備ができる。
引っかき傷マークがアイテム14の表面に付けられた後、オペレータは、最も適切な方法でアイテム14を切断できる。センサ・バー16Bで実施する場合は、オペレータは、まず適切な「後退」プッシュボタン56A〜56Kを利用してプランジャ46(図10D−2)を後退させ、次にナイフ15を引っかき傷マーク上に位置合わせし、センサ・バー16Bを用い、それに下向きの動きを加えるばかりではなく、前後運動もくわえることによりアイテム14を切断する。あるいはまた、別個のナイフを引っかき傷マークに沿ってアイテム14を切断するのに用いてもよい。
先端が尖ったマーキング/スコアリング機構127Cを利用するには、センサ・バー16がアイテム14上で双方向ののこ引き運動を行う必要があるので、この特定のマーキング/スコアリング機構の実施は、図2Aに示した構成と比較すると、図1に示した構成のようなセンサ・バー16に適している。
軟らかく容易に貫通されるアイテム14上だけで動作する用途では、ナイフ15を切断またはスコーリングの用具として使用する必要はなく、簡単に外すことができる。これらの場合あは、先の尖った突起部175がアイテム14を所望の部分に切断(単なるスコアリングと対照的に)する。
先端が尖ったマーキング/スコアリング機構127Cを利用するには、センサ・バー16がアイテム14上で双方向ののこ引き運動を行う必要があるので、この特定のマーキング/スコアリング機構の実施は、図2Aに示した構成と比較すると、図1に示した構成のようなセンサ・バー16に適している。
前節では、インク分注マーキング機構、さらに熱/焼付電子素子、レーザ焼付器、及び鋭利な端部を持つソレノイドプランジャ方式のマーキング/スコアリング機構を説明した。これらのマーキング機構は、全て、高さセンサ38の位置の間にあり、かつ高さセンサ38の位置と平行にある通常は後退状態の2つ以上の専用マーキング・プランジャ46C内に組込まれていた。機械式高さセンサ・プランジャ46を利用するセンサ・バー16Bに対しては、上記のマーキング機構は、プランジャ46がその高さ測定機能を実施できる状態で、通常は伸びた状態の2つ以上の高さセンサ・プランジャ46に組込むことが可能である。従って、マーキング機構のベース(底部)は、高さ計算のためにプランジャ46のベース(底部)となる。次節では、各種マーキング機構のこのような実施について説明する。
(II)高さセンサ・プランジャ46:マーキング/スコアリング機構の組込
(a)インク射出マーキング機構127
図10A−4は、インク射出マーキング機構127を含んでいる、通常は延出している高さセンサ・プランジャ46を示しており、インク射出マーキング機構127のコンポーネントと動作については、前出の図10A−1に詳述してある。センサ・バー16Bがアイテム14を横切るとき、全ての高さセンサのプランジャ46は、アイテム14の表面に接触している。望ましいセグメントの重量(又は重量に基づく価格)の位置に達すると、オペレータが、56A〜56Kのうち該当する「マーキング」押ボタンを押し、これに起因して、インク射出機構127のそれぞれに電力が供給される。その結果、インクがノズル132を通じてアイテム14の上面に放出され、これによってインクマークが形成される。円錐形状のつば145は、インク射出ノズル132とアイテム14の上面とを隔てており、これによって、アイテム14の表面の異物によってノズル132の動作が妨げられる可能性が減少する。
アイテム14の表面上にスコアリングマークが付された後、オペレータは、最適な方法によってアイテム14を切断することができる。センサ・バー16Bの実施態様の場合には、オペレータは、最初に、56A〜56Kのうち該当する「後退」押ボタンを押すことによって、プランジャ46を後退させる。
図10A−4と図10A−5を参照する。ソレノイドコイル巻線70のそれぞれに短いパルス電力が供給されると、全てのプランジャ46がセンサ・バー16Bの中に完全に後退する。これによって、バネ48が圧縮されて、プランジャ46のステム47が永久磁石72に運ぶ。プランジャ46のステム47のそれぞれは、電力を更に供給することなく永久磁石72の引力のみにより、永久磁石72に「係止」(隣に保持)された状態となる。次いで、オペレータは、スコアリングマークにナイフ15の位置を合わせ、センサ・バー16Bに下向きの圧力をかけて前後に動かすことによって、アイテム14を切断する。
これに代えて、スコアリングマークに沿ってアイテム14を切断する目的で、個別のナイフを採用することができる。図2A、図2B、図2C、及び図2Dに示したようなセンサ・バー16Aの実施態様の場合には、切断具(個別のナイフ、回転式切断刃、裁断刃、レーザーカッターなど)の位置をスコアリングマークに合わせ、アイテム14を切断する。
前述した、通常は延出している高さセンサ・プランジャ46には、マーキング/スコアリング装置としてインク射出機構127(図10A−1)が組み込まれている。後から説明するように、高さセンサ・プランジャ46には、それ以外(インク射出以外)の数多くのタイプのマーキング/スコアリング機構を組み込むことができ、例えば、サーマル/燃焼加熱素子(図10B−1)、レーザ燃焼放射器(図10C−1)、尖端スコアリング装置(図10D−1)などである(ただしこれらに限定されない)。これらの追加のマーキング/スコアリング機構の実施態様は、上述したインク射出機構の実施態様に類似している。従って、高さセンサ・プランジャ46とそれに対応するマーキング機構の作動と後退によって、アイテム14を正確に分割するために使用される正確な切断線の位置を示すスコアリングマークが、常に正確に付される。
(b)サーマル/燃焼型マーキング機構127A
図10B−4は、サーマル/燃焼型マーキング/スコアリング機構127Aを含んでいる、通常は延出している高さセンサ・プランジャ46を示しており、マーキング/スコアリング機構127Aのコンポーネントと動作については、前出の図10B−1に詳述してある。センサ・バー16Bがアイテム14を横切るとき、全ての高さセンサのプランジャ46は、アイテム14の表面に接触している。望ましいセグメントの重量の位置(又は重量に基づく価格)に達すると、オペレータが、56A〜56Kのうち該当する「マーキング」押ボタンを押し、これに起因して、インク射出機構127Aのそれぞれに電力が供給される。その結果、目立つ焼跡マークがアイテム14の上面に形成される。
アイテム14の表面上にスコアリングマークが付された後、オペレータは、最適な方法によってアイテム14を切断することができる。センサ・バー16Bの実施態様の場合には、オペレータは、最初に、押ボタン56A〜56Kのうち該当する「後退」ボタンを押すことによって、プランジャ46(図10B−5)を後退させる。次いで、スコアリングマークにナイフ15の位置を合わせ、センサ・バー16Bに下向きの圧力をかけ前後に動かすことによって、アイテム14を切断する。これに代えて、スコアリングマークに沿ってアイテム14を切断する目的で、個別のナイフを採用することができる。図2A、図2B、図2C、及び図2Dに示したようなセンサ・バー16Aの実施態様の場合、切断具(個別のナイフ、回転式切断刃、裁断刃、レーザーカッターなど)の位置をスコアリングマークに合わせ、アイテム14を切断する。
(c)レーザ燃焼/スコアリング機構127B
図10C−4は、レーザ燃焼/スコアリング機構127Bを含んでいる、通常は延出している高さセンサ・プランジャ46を示しており、レーザ燃焼/スコアリング機構127Bのコンポーネントと動作については、前出の図10C−1に詳述してある。センサ・バー16Bがアイテム14を横切るとき、全ての高さセンサのプランジャ46は、アイテム14の表面に接触している。望ましいセグメントの重量の位置(又は重量に基づく価格)に達すると、オペレータが、56A〜56Kのうち該当する「マーキング」押ボタンを押し、これに起因して、レーザ燃焼/スコアリング機構127Bのそれぞれに電力が供給される。その結果、目立つ焼跡マークがアイテム14の上面に形成される。円錐形状のつば145は、収束レンズ171とアイテム14の上面とを隔てており、これによって、アイテム14の表面のデブリスによってレンズ171の動作が妨げられる可能性が減少する。
アイテム14の表面上にスコアリングマークが付された後、オペレータは、最適な方法によってアイテム14を切断することができる。センサ・バー16Bの実施態様の場合には、オペレータは、最初に、56A〜56Kのうち該当する「後退」押ボタンを押すことによって、プランジャ46(図10C−5)を後退させる。次いで、スコアリングマークにナイフ15の位置を合わせ、センサ・バー16Bに下向きの圧力をかけ前後に動かすことによって、アイテム14を切断する。これに代えて、スコアリングマークに沿ってアイテム14を切断する目的で、個別のナイフを採用することができる。図2A、図2B、図2C、及び図2Dに示したようなセンサ・バー16Aの実施態様の場合、切断具(個別のナイフ、回転式切断刃、裁断刃、レーザーカッターなど)の位置をスコアリングマークに合わせ、アイテム14を切断する。
(d)尖端マーキング/スコアリング機構127C
図10D−4は、マーキング/スコアリング機構127Cを含んでいる、通常は延出している高さセンサ・プランジャ46を示しており、マーキング/スコアリング機構127Cのコンポーネントと動作については、前出の図10D−1に詳述してある。
アイテム14によっては、表面が堅い、粗い、すべりやすい、又はその他の適合しない表面状態に起因して、表面へのスコアリング又はマーキングが難しいことがある。このような場合、上述した突起部175では、可視のスコアリングマークを形成するうえでアイテム14の表面を十分に貫通しない。センサ・バー16Bに下向きの圧力をかけても、マーキング・プランジャ46からアイテム14の表面に更に圧力はかからず、なぜなら、マーキング・プランジャ46がセンサ・バー16Bの中に自動的に上昇するためである。マーキング・プランジャ46をその最終位置に静止状態に保持することによって、尖端突起部175は、センサ・バー16Bに下向きの圧力をかけて(センサ・バーを下げて)二方向に動かすことにより、あらゆるタイプのアイテム14の表面を容易にスコアリングすることができる。
図10D−4と図10D−5を参照する。センサ・バー16Bがアイテム14を横切るとき、全ての高さセンサのプランジャ46は、アイテム14の表面に接触している。望ましいセグメントの重量の位置(又は重量に基づく価格)に達すると、オペレータが、56A〜56Kのうち該当する「マーキング」押ボタンを押し、これに起因して、信号プロセッサ300が、側面に取り付けられているコイル巻線108への電流の印加を開始する。この結果、側面に取り付けられているプランジャ116が、隣接するプランジャ46の鋸歯状のくぼみ110と係合し、通常は圧縮されているバネ112が伸びる。この結果、プランジャ116の下面114に継続的な力がかかり、これにより、プランジャ116は、マーキング・プランジャ46のくぼみ110と係合している位置に更に固定される。これに起因して、マーキング・プランジャ46のそれぞれが、アイテム14の上面上の位置に静止状態に保持される。センサ・バー16Bに下向きの圧力をかけて(センサ・バーを下げて)水平の二方向に動かすことにより、尖端突起部175がアイテム14の上面を貫通するための十分な力がかかる。従って、アイテム14の表面に正確な切断線輪郭がスコアリング/マーキングされる。
プランジャ46の、縦方向の固定位置における係合を外すために、オペレータは、56A〜56Kのうち該当する「解放」押ボタンを押し、これにより、信号プロセッサ300が、側面に取り付けられているプランジャソレノイドコイル巻線108への電流の印加を停止する。これにより、バネ112を伸ばしていた引っ張り力が取り除かれる。この結果として、通常は圧縮されているバネ112が自動的に圧縮し、これによって、マーキング・プランジャ46のくぼみ110からプランジャ116が外れる。従って、プランジャ46は、もはや縦方向の固定位置にプランジャ116によって保持されなくなる。
上述した「解放」押ボタンは、オペレータが望むときに、マーキング・プランジャ46をその縦方向の固定位置から解放する。これに代えて、プランジャ46がその縦方向位置に固定されてから所定の時間間隔(例:15秒)の後に、自動的に信号プロセッサ300に後退手順を開始させることによって、オペレータが介入することなく、マーキング・プランジャ46をその静的な位置から自動的に解放することができる。いずれの場合にも、信号プロセッサ300は、表示器30をクリアし、アイテム14の新たな走査を実行することができる状態になる。
アイテム14の表面上にスコアリングマークが付された後、オペレータは、最適な方法によってアイテム14を切断することができる。センサ・バー16Bの実施態様の場合には、オペレータは、最初に、56A〜56Kのうち該当する「後退」押ボタンを押すことによって、プランジャ46(図10D−5)を後退させる。次いで、スコアリングマークにナイフ15の位置を合わせ、センサ・バー16Bに下向きの圧力をかけ前後に動かすことによって、アイテム14を切断する。これに代えて、スコアリングマークに沿ってアイテム14を切断する目的で、個別のナイフを採用することができる。
尖端マーキング/スコアリング機構127Cを使用する場合、センサ・バー16Bが鋸引き運動時にアイテム14上を二方向に動く必要があるため、この特定のマーキング/スコアリング機構の実施態様は、図2Aの形状構成と比較して、図1に示した形状構成に類似するセンサ・バーに適している。
容易に貫通する柔らかいアイテム14のみを対象として動作する用途の場合、切断具又はスコアリング具としてナイフ15を使用する必要はなく、アイテムを単純に切り離すことができる。このような場合、尖端突起部175が、アイテム14を(単にスコアリングするのみではなく)望ましい部分に切断する。
専用マーキング/スコアリングセンサ・バー
図5は、安定的な4本の支柱センサ・バー16の形状構成を示しており、この形状構成は、望ましい重量(又は重量に基づく価格)においてアイテム14を切断するための正確な切断線に沿ってアイテム14をマーキング/スコアリングする目的で使用される。図5に示したセンサ・バー16は、透きとおった透明な材料から作製されており、オペレータは、センサ・バー16がアイテム14を横切るときにセンサ・バー16を通してアイテム14を見ることができる。マーキング/スコアリングが付された後、アイテムの選択されたセグメントを切断する目的で、個別のナイフ(図示していない)を使用することができる。4本の支柱のそれぞれは高さが同じであるため、センサ・バー16は、同じ高さの水平位置に制約される。この形状構成は、センサ・バーがアイテム14を横切るときに、経験の浅いオペレータがセンサ・バーを望ましくない向きにすることを防止するうえで役立つ。
再び図5を参照する。支柱20,22のそれぞれに対応する変位検出装置20A,22Aは、センサ・バー16がアイテム14の上を往復運動している間、センサ・バー16の変位に対応する信号を生成する。支柱52Yは、変位検出装置を含んでおらず、水平方向に安定なセンサ・バー16の形状構成を形成することのみを目的として使用されている。直線状に並んだ一連の高さセンサ38は、センサ38のそれぞれの下に位置している、アイテム14の上面の複数の点の高さに対応する電気信号を生成する。センサ・バーのこの形状構成には、ナイフの刃は組み込まれておらず、従って、4本の支柱のいずれも後退型ではない。
センサ・バー16がアイテム14を横切るとき、アイテム14の重量(又は重量に基づく価格)が、表示器30に継続的に表示される。望ましい重量(又は価格)の位置に達すると、オペレータは、マーキング/スコアリング装置への電力供給を制御するため、56A〜56Kのうち該当する「マーキング」押ボタンを押す。起動したスコアリング/マーキング装置は、望ましい重量(又は価格)の部分を生成する目的でアイテム14を切断すべき正確な位置を示す物理的なマークを、アイテム14の上面につける。この場合、各種のマーキング/スコアリング技術を採用することができ、例えば、インクの付着、加熱/燃焼素子によるマーキング、レーザによるスコアリング、或いはアイテム14の表面を貫いてマーキングするための尖端状の実施態様などである(ただしこれらに限定されない)。アイテム14がマーキング/スコアリングされた後、オペレータは、個別のナイフ又は切断具を使用してスコアリングマークに沿って切断し、アイテム14の望ましい重量(又は価格)の部分を生成する。
センサ・バーと外部装置との間の無線通信
図1Bに示したように、オペレータは、押ボタン56A〜56Kとコントローラ178とを介してセンサ・バー16と対話することができる。図1Bは、赤外線インタフェース、無線周波数インタフェース、又はその他の無線インタフェースを利用することによって、(元の位置の)コントローラ178をセンサ・バー16から取り外して別の位置(番号179によって表してある)に移動し、それによって、コントローラをセンサ・バー16と遠隔的に対話させることができることを示している。更に、顧客のPOS(Point−Of−Sale)表示器187、領収書プリンタ188、金銭登録機189、或いはコンピュータ制御による在庫システム(図示していない)などの無線周辺装置を、同様に互いに通信させることができる。このような形状構成では、モジュール方式を使用することで、さまざまな用途に応じてカスタマイズすることのできる測定ベースのシステムを設計することができる。また、センサ・バー16のハウジングからコントローラ178を取り外すことによって、重量センサ・バー16がより軽くなるほか、乱暴な取扱いや洗浄に起因してセンサ・バー16が損傷する可能性も小さくなる。
再び図1Bを参照する。センサ・バー16は、垂直に取り付けられているロッド状の構造部180を、(オペレータから)遠位端に有する。赤外線ベースの無線インタフェースの場合、構造部180は、電気ワイヤを含んでいる中空の管であり、電気ワイヤは、無線通信モジュール308(図1A)を埋め込んでいるセンサ・バー16から延びている。そのようなワイヤは、構造部180の上部において、無指向性の赤外線発信器/受信器のセット181(例えば、LED赤外線発信器と光電性受信器(photosensitive receiver)とから成る)に取り付けられている。赤外線発信器/受信器セット181は赤外線信号182を介してコントローラ179(及び任意に他の装置)と双方向に交信する。同様に、コントローラ179は、垂直に取り付けられている中空のロッド状の構造部184を介して通信し、構造部184は、無指向性の赤外線発信器/受信器のセット185(例えば、LED赤外線発信器と光電性受信素子(photosensitive receiving elements)とから成る)に取り付けられている。構造部184は、ケース26に格納されている無線通信モジュール308に、コネクタ183を介して結合されている。
無線周波数ベースの無線インタフェースの場合、構造部180,181は、下部に電気ワイヤが接続されているアンテナを備えており、電気ワイヤは、センサ・バー16に埋め込まれている無線通信モジュール308から延びている。アンテナは、電磁信号182を通じてコントローラ179(及び随意的に他の装置)と双方向に通信する。同様に、コントローラ179は、アンテナを備えている構造部184,185を介して通信する。アンテナは、ケース26に格納されている無線通信モジュール308にコネクタ183を介して取り付けられている。
上記の説明におけるセンサ・バー16の送信器/受信器インタフェース(例:赤外線周波数インタフェース又は無線周波数インタフェース)は、センサ・バー16の中のさまざまな場所に、例えば、中が空洞のハンドル18の中、(オペレータに対して)センサ・バー16の遠位端における垂直突起部の中、高さセンサ38の横、押ボタン56A〜56Kの下に埋め込むことができる。
上記の説明では、無線装置の実施態様を、センサ・バー16に関連して提示したが、同じ動作原理及び技術的原理は、本出願に記載されている他の全てのセンサ・アームに適用することができる。
前述したように、コントローラ178(又は179)のインタフェース58は、USBポートや赤外線ポートなどのI/O(入力/出力)ポートも含んでいる。インタフェース58の赤外線ポートは、コントローラ178(又は179)と、インタフェース58の「見通し線」の範囲内に位置している他の装置との間の双方向通信を可能にする。これに対して、より柔軟な無指向性アレイ181(又は185)は、多数の方向に配置されている複数の赤外線発信器/受信器を備えており、方向(位置)が異なる様々な装置との赤外信号の送受信が可能である。
インク射出機構127の補足的な特徴(図10A−1)
分割用途(食品又は食品以外)では、表面の色が相当に異なるさまざまなタイプのアイテム14(例:魚の赤い切り身、魚の白い切り身、魚の暗青色の切り身)を取り扱うことがしばしばある。上述した圧電/サーマルバブル機構に基づく、現時点で利用可能なインク射出技術では、複数の色のインクを制御式に同時に放出させることが可能であり、複数の色のインクを組み合わせることによって実質的にあらゆる色が形成される。信号プロセッサ300のメモリには、あらかじめプログラムされた探索テーブルが格納されており、このテーブルには、アイテム14の特定のタイプ、色、対応する高コントラストの(従って目立つ)マーキングカラーとが含まれている。処理させるアイテム14のタイプをオペレータがキーパッド27を通じて指定すると、センサ・バー16の信号プロセッサ300が、アイテム14の表面の色に対して目立つスコアリングマークが形成されるような適切なインクを探索テーブルから自動的に選択し、適切な電気信号をインク射出機構127に送る。すなわち、明るい色の魚の切り身を分割するときには、暗い色のインクが採用される。オペレータは、好みの設定をキーパッド27を通じて入力することによって、あらかじめ選択されている色を無効にして別の色を使用することができる。
上述した、マーキングされている特定のアイテム14に最も見やすいインクカラーの選択は、完全に自動化することができ、従って、オペレータの介入と、アイテムごとにあらかじめ格納されている色探索テーブルを使用することの両方が不要になる。高さセンサ38が含まれているセンサ・バー16Bの下面に沿って、光電CCDセンサ75(図4)が、アイテム14の上面の方に下向きに取り付けられている。オペレータが、56A〜56Kのうち該当する「マーキング」押ボタンを押すと、このCCDセンサが、アイテム14の上面のイメージを分析し、その色特性を調べる。センサ・バー16Bの信号プロセッサ300は、アイテムには依存しない色探索テーブルを利用して、最もコントラストが高く目立つマーキングカラーを選択する。次いで、信号プロセッサ300は、アイテム14の表面に適用する色を指定する電気信号を、インク機構127に送る。
食品分割用途の場合には、毒性のないインクを採用する。食品以外の用途の場合には、消えないインク(indelible ink)、消去可能インク(removable ink)、蛍光インク、磁性インクなど(ただしこれらに限定されない)、さまざまなインクを使用することができる。アイテム14がマーキングされた後、センサがマークの位置を検出して、最終的な切断を実行する場所を自動切断具に命令することができるように、蛍光インクや磁性インクなど(ただしこれらに限定されない)「対話式」マーキングインクを使用することができる。最終的な切り分けを実行する目的には、自動裁断刃、レーザ、回転刃、高圧水切断装置など(ただしこれらに限定されない)、さまざまな自動切断具を採用することができる。
精度に関する考察
横切ったアイテム14のセグメントの、センサ・バー16によって求められた体積のそれぞれに、その特定のアイテムタイプの密度係数を乗じると、往復運動におけるセンサ・バー16の各位置のセグメントの重量値が得られる。センサ・バー16によって求められる重量の精度は、従来の換算表を持つサンプルアイテム14の重量を測定し、その結果と、センサ・バー16によって求められた重量とを比較することによって、容易に確認することができる。
更に、センサ・バー16がまざまな輪郭と所定の重量及び体積とを有する、あらかじめ作製されている「較正成形物」を、走査することができる。これによって、センサ・バー16の全体的な精度を確認することができ、また、内蔵の診断ソフトウエアと対話して個々のセンサ・コンポーネントをテスト及び較正することで、これらのコンポーネントが正しく機能していることと、指定の公差の範囲内で動作していることを認証することができる。
アイテム14の特定の材料に対するセンサ・バー16の較正は、信号プロセッサ300のメモリに格納されている、アイテム14の特定の材料の密度値を調整することによって達成される。オペレータは、従来の換算表によって求められたアイテム14の重量を入力することによって、制御パネルのキーボード27とそれに対応する制御パネルディスプレイとを通じて内蔵の較正ソフトウェアプログラムと対話する。プログラムは、この重量を、センサ・バー16によって求められたアイテム14の体積で除する。その結果の密度値(重量/体積)が、アイテム14の特定の材料に対して格納されている既存の密度値に置き換えられる。
あらかじめ計算された値を使用することによって、或いは、基本的な実測値によって、アイテム14のさまざまな材料の密度値を得ることができる。例えば、重量を測定したアイテム14を水中に入れて水を溢れさせることにより、密度値は、溢れた水の体積の測定値によって重量を除した値として表される。
センサ・バー16によって求められる体積(及び従って重量及び価格)の精度を高めることのできる重要な要因としては、センサ・バー16あたりの高さセンサの数、及び解像度を増大させることと、変位検出装置の解像度を高めることが挙げられる。
マーキング装置(例:図10A−1)がアイテム14の表面の平らな部分の上に乗っているときは、マーキング要素は望ましい位置の真上に位置しており、従って、その部分にマーキングする。マーキング要素が、アイテム14の表面のうち急勾配の部分の上に乗っているときは、その急勾配に起因して、アイテム14の表面に付されるマークの形状が曲がることがある。各マーキング装置の相対的な幅(直径)は比較的小さいため、この現象が原因で、マークによって示される位置をオペレータが誤って解釈することはないはずである。急勾配の表面で構成されているアイテム14上に完全な形状のマークを作成する方法は、プランジャ46C(又は46)のそれぞれの先端に、自由に回転(旋回)できる状態でマーキング装置を配置することによって、マーキング装置がアイテム14の表面の急勾配部分に垂直に乗るようにすることである。
センサ・バーの寸法
さまざまな用途と、アイテム14の全体的な寸法の差異とに対応する目的で、センサ・バーは、さまざまな寸法(例:高さ及び長さ)と、さまざまな数の高さセンサ38とを有することができる。
計算−基本事項
以下では、センサ・バー16Aを使用することによってデータが得られているアイテム14の体積を計算する目的で利用される、特定の場合の計算について説明する。この場合、センサ・バー16Aは、図2A、図2B、図2C、及び図2Dに示したように、横方向の動きが機械的に制約されている。これらのセンサ・バー16Aは、アイテム14を横切っている間、オペレータから離れる方向又はオペレータの方向に動くことができない。提示した計算は、連続する一連の高さセンサ38の下に位置しているアイテム14のセクションの断面積の計算に基づいている。これらの面積は、隣り合うセンサ38によって求められる、アイテム14の隣り合うセクションの輪郭と、テーブル面34に垂直に投影されたこれらのセンサ38の位置の隣り合う座標位置とを取得することによって求められる。次いで、この面積に、変位検出装置40によって求められる、センサ・バー16Aが動いた増分距離を乗じ、これにより、センサ・バー16Aが横切る各セクションの体積が得られる。アイテム14のセグメントを横切るときに、連続するセンサ・バー16Aが移動する累積合計量によって、センサ・バーが横切るアイテム14の合計体積が得られる。この合計体積に、アイテム14の所定の密度を乗じると、センサ・バー16Aの現在位置までのアイテム14のセグメントの重量が得られる。次いで、この重量に、単位重量あたりの価格を乗じ、その時点までにセンサ・バーが横切ったアイテム14のセグメントの価格を得る。いずれか一方又は両方が表示される。
ここまで、動きが制約されているセンサ・バー16A(例:図2A、図2B、図2C、図2D)に関する計算について説明した。以下では、動きが制約されているか否かにかかわらず、本出願に記載されているさまざまなセンサ・バー16のいずれかから得られたデータから、アイテム14の体積を計算することのできる、一般化された計算方法について説明する。
この計算方法は、センサ・バー16がアイテム14の上を通過するときに、テーブル面12を横切るセンサ・バー16が不規則に動くことにも対応する。例えば、センサ・バーがアイテム14の上を通過している間、オペレータはセンサ・バー16を斜めにしたり、ずらしたりすることができる。すなわち、センサ・バー16は、通過中に、オペレータの方向、又はオペレータと離れる方向に動くことができる。即ち、近い方の支柱20を遠い方の支柱22より先に進めること(例:近い方の支柱が、遠い方の支柱のx軸座標値よりも大きいx軸座標値を持つ)と、遠い方の支柱22より遅らせること(例:近い方の支柱が、遠い方の支柱のx軸座標値よりも小さいx軸座標値を持つ)を交互に行うことができる。
従って、支柱が不均一に動くことがある場合にも、センサ・バーが横切るアイテムのセクションの体積が正しく計算される。当然ながら、両方の支柱の下部は、テーブル面12と常に接触していなくてはならず、センサ・バー16は、支持テーブル面12に対してほぼ垂直なポジションを維持している必要がある。このような適応性の高い装置を使用して、アイテムのセグメントの重量(体積に基づく)及び価格(重量に基づく)を測定することによって、調理台の貴重な空間が無駄になる従来の大型の計量器が不要になる。
更に、この装置は、使いやすいため、比較的経験の浅い人が操作することができ、また、従来の計量器の価格が割に合わないさまざまな作業領域に持ち込むことができる。
この計算は、体積を計算するための上述した方法とは異なる方法に基づいている。具体的には、(連続するセンサ・バー16の位置からの)アイテム14の連続する一連の高さと、それらに対応する、(テーブル面12に)垂直に投影された高さセンサ位置とによって定義されている連続するセクションの輪郭が、幾何学的立体を画成し、この立体の体積を計算することができる。この幾何学的立体の体積を求める目的に使用される計算では、特定の所定の高さセンサ(又はそれに対応する、テーブル面12に垂直に投影された高さセンサ38の位置)が必要ないため、センサ・バー16は、アイテム14を横切って通過するときに一定の制約されたモーションの動きに限定されない。
機械的に制約されているセンサ・バー16A(例:図2A、図2B、図2C、及び図2D)の場合のアイテム14の体積の計算
図14を参照する。センサ・バー16Aの初期位置において、(オペレータに最も近い)第1の高さセンサ38が、Z1で表されているアイテム14の高さ値を測定する。テーブル面34に垂直に投影されたこの高さセンサの位置は、N1によって表されている。同様に、(オペレータから遠い方における)次の隣接する高さセンサ38が、Z2で表されているアイテム14の高さ値を測定する。テーブル面34の上に垂直に投影されたこの高さセンサの位置は、N2によって表されている。従って、センサ・バー16Aの初期位置については、最初の2つの高さセンサの下の断面積は、4つの頂点N1,Z1,N2,Z2によって境界が定義されている面積によって表される。センサ・バー16Aの次の位置においては、これらの同じ2つの隣接する高さセンサ38が、テーブル面34の上に垂直に投影された高さセンサ位置N3,N4にそれぞれ対応する、アイテム14の高さ値Z3,Z4を測定する。これらの計算は、センサ・バー16Aがアイテム14の表面を横切るときに、センサ・バー16Aの長手方向に沿った隣り合う高さセンサ38について繰り返される。
これらの2つの高さセンサ38が横切る経路の下に位置するアイテム14の体積を概算する目的で、頂点N1,Z1,Z2,N2によって定義される断面積に、変位検出装置40によって求められる、センサ・バー16Aが動く増分距離を乗じる。センサ・バー16Aの位置の下に位置するアイテム14の体積を求めるためには、さまざまな計算を採用することができる。本明細書に提示する計算では、基本的な幾何学及び代数学を利用する。
図14Aは、(N1,Z1,Z2,N2)によって境界が定義される領域に対応する基本形状を示している。2つの隣接する高さセンサ38の間の一定/固定距離をKNと表している。
−形状(I)は、アイテム14の高さZ1,Z2がともに0であることによって定義されている。従って、この形状に対応する、2つの高さセンサ38の位置の下に位置しているアイテム14の断面積は0であり、このことは、2つの高さセンサの下にアイテム14が存在していないことを示している。
−形状(II)は、アイテム14の高さZ1,Z2が等しいこと(かつ0でない)によって定義されている。従って、2つの高さセンサ38の位置の下に位置しているアイテム14の断面積は、長方形(又は正方形)形状によって定義され、2つの高さセンサの間の固定距離KNと、アイテム14の高さZ1(又はZ2)との積として計算される。
−形状(III)は、アイテム14の0より大きい高さZ1と、その隣の0である高さZ2とによって定義されている。従って、2つの高さセンサ38の位置の下に位置しているアイテム14の断面積は、正三角形形状によって定義され、2つの高さセンサの間の固定距離KNと高さZ1との積の1/2として計算される。
−形状(IV)はアイテム14の0より大きいZ2の高さ、及びアイテム14の0の高さを有するZ1により定義される。したがって、2個の高さセンサ38の位置の下に横たわっているアイテム14の断面積は直角三角形の形で定義され、2個の高さセンサの間の固定距離KN及び高さZ2の積の1/2として計算される。
−形状(V)は隣接しているアイテム14の高さZ2より大きいアイテム14の高さZ1により定義され、ここでZ2の高さは0より大きいものとする。図14A−(V)を参照して、終端点RR及びZ2を有する仮想線分は終端点N1及びZ1を有する線分と点RRで垂直に交わり、それは終端点N1及びN2を有する線分と平行である。これにより、この仮想的な線分は、図形(Z1,N1,N2,Z2)を矩形(あるいは四角)の図形(RR,N1,N2,Z2)の上にある直角三角形(Z1,RR,Z2)に分割している。直角三角形により定義される面積は2個の高さセンサの間の固定距離KN及び、Z1とZ2の差、例えば、Z1−Z2で表現される直角三角形の高さとの積の1/2として計算される。矩形(あるいは正方形)で定義される面積は2個の高さセンサの間の固定距離KN及びアイテム14の高さZ2との積として計算される。したがって、2個の高さセンサ38の位置の下に横たわっているアイテム14の断面積は、三角形及び矩形(正方形)の面積の合計として定義される。
−形状(VI)は隣接したアイテム14の高さZ1より大きいアイテム14の高さZ2により定義され、ここでZ1の高さは0より大きいものとする。図14A−(VI)を参照して、終端点RR及びZ1を有する仮想ラインは終端点N2及びZ2を有する線分と点RRで垂直に交わり、それは終端点N1及びN2を有する線分と平行である。これにより、この仮想ラインは、図形(Z1,N1,N2,Z2)を矩形(あるいは正方形)の図形(RR,N2,N1,Z1)の上にある直角三角形(Z1,RR,Z2)に分割している。直角三角形により定義される面積は2個の高さセンサの間の固定距離KN及び、Z2とZ1の差、例えば、Z2−Z1で表現される直角三角形の高さとの積の1/2として計算される。矩形(あるいは正方形)定義される面積は2個の高さセンサの間の固定距離KN及びアイテム14の高さZ1との積として計算される。したがって、2個の高さセンサ38の位置の下に横たわっているアイテム14の断面積は、三角形及び矩形(正方形)の面積の合計として定義される。
−形状(I)は、アイテム14の高さZ1,Z2がともに0であることによって定義されている。従って、この形状に対応する、2つの高さセンサ38の位置の下に位置しているアイテム14の断面積は0であり、このことは、2つの高さセンサの下にアイテム14が存在していないことを示している。
−形状(II)は、アイテム14の高さZ1,Z2が等しいこと(かつ0でない)によって定義されている。従って、2つの高さセンサ38の位置の下に位置しているアイテム14の断面積は、長方形(又は正方形)形状によって定義され、2つの高さセンサの間の固定距離KNと、アイテム14の高さZ1(又はZ2)との積として計算される。
−形状(III)は、アイテム14の0より大きい高さZ1と、その隣の0である高さZ2とによって定義されている。従って、2つの高さセンサ38の位置の下に位置しているアイテム14の断面積は、正三角形形状によって定義され、2つの高さセンサの間の固定距離KNと高さZ1との積の1/2として計算される。
−形状(IV)はアイテム14の0より大きいZ2の高さ、及びアイテム14の0の高さを有するZ1により定義される。したがって、2個の高さセンサ38の位置の下に横たわっているアイテム14の断面積は直角三角形の形で定義され、2個の高さセンサの間の固定距離KN及び高さZ2の積の1/2として計算される。
−形状(V)は隣接しているアイテム14の高さZ2より大きいアイテム14の高さZ1により定義され、ここでZ2の高さは0より大きいものとする。図14A−(V)を参照して、終端点RR及びZ2を有する仮想線分は終端点N1及びZ1を有する線分と点RRで垂直に交わり、それは終端点N1及びN2を有する線分と平行である。これにより、この仮想的な線分は、図形(Z1,N1,N2,Z2)を矩形(あるいは四角)の図形(RR,N1,N2,Z2)の上にある直角三角形(Z1,RR,Z2)に分割している。直角三角形により定義される面積は2個の高さセンサの間の固定距離KN及び、Z1とZ2の差、例えば、Z1−Z2で表現される直角三角形の高さとの積の1/2として計算される。矩形(あるいは正方形)で定義される面積は2個の高さセンサの間の固定距離KN及びアイテム14の高さZ2との積として計算される。したがって、2個の高さセンサ38の位置の下に横たわっているアイテム14の断面積は、三角形及び矩形(正方形)の面積の合計として定義される。
−形状(VI)は隣接したアイテム14の高さZ1より大きいアイテム14の高さZ2により定義され、ここでZ1の高さは0より大きいものとする。図14A−(VI)を参照して、終端点RR及びZ1を有する仮想ラインは終端点N2及びZ2を有する線分と点RRで垂直に交わり、それは終端点N1及びN2を有する線分と平行である。これにより、この仮想ラインは、図形(Z1,N1,N2,Z2)を矩形(あるいは正方形)の図形(RR,N2,N1,Z1)の上にある直角三角形(Z1,RR,Z2)に分割している。直角三角形により定義される面積は2個の高さセンサの間の固定距離KN及び、Z2とZ1の差、例えば、Z2−Z1で表現される直角三角形の高さとの積の1/2として計算される。矩形(あるいは正方形)定義される面積は2個の高さセンサの間の固定距離KN及びアイテム14の高さZ1との積として計算される。したがって、2個の高さセンサ38の位置の下に横たわっているアイテム14の断面積は、三角形及び矩形(正方形)の面積の合計として定義される。
センサ・バー16Aの長さに沿って近接する高さセンサ38のそれぞれの組の下に横たわる断面積を計算する場合に、それぞれの断面積に、変位検出装置40により計測されたセンサ・バー16Aの増分変位値を掛けて、現在のセンサ・バー16Aの位置の長さに沿ったアイテム14の合計容量に到達する。センサ・バー16Aがアイテム14を横断していく時、センサ・バー16Aのそれぞれの位置の背面にあるアイテム14のセグメントの総計あるいは現在作業中の合計容積が計算される。
横断したそれぞれのセグメントの加算された容積に、ある特定のアイテム14に対する密度係数を掛け、それは信号処理装置300に保存でき、キーボード27に入力してもよく、センサ・バー16Aの往復運動中のそれぞれの位置に対するセグメントの重量値に到達し、重量の対応する数値が調整可能な表示器30の上で連続的に更新され、表示される。単位重量ベースの価格も、交互に、あるいは同時に計算され表示される。
センサ・バー16Aの移動の間に、アイテム14の重量と価格(重量ベース)が表示器30上に連続的に計算され、表示される際に、見ている顧客の希望を満足させるために、オペレータは時折、取分け分のサイズ、重量あるいは価格を増減するためにセンサ・バー16Aを左方向(例えば“バックアップ”)、あるいは右方向に動かすことができる。コントローラ・ケース26の中にある信号処理装置300は自動的にリアルタイムで増減された容積(つまり、重量及び価格)を計算し、表示器30によりオペレータ及び顧客に対して更新された現在の情報を提供し、これにより、オペレータは、アイテム14の外見及びそれに伴った重量あるいは価格(重量ベース)に基づいて、アイテム14が切り分けられる前に、顧客の希望する特定の部分について、注視している顧客の特別な要求に対応することができる。
全てのセンサ・バーに対してのアイテム14の重量の一般化した計算方法:
図1及び図14を参照して、センサ・バー16がアイテム14を横切っていく際に、移動センサ20A及び22Aはセンサ・バー16のそれぞれの支柱20及び22についての座標位置を連続的に捕捉している。このデータにより、テーブルの面12(Nl,N2,N3,N4)上に垂直に突き出している、それぞれの高さセンサ38の位置座標の計算が可能になる。それぞれの高さセンサ38(Nl,N2,N3,N4)の突き出し位置に相当するアイテム14の表面の高さ(Zl,Z2,Z3,Z4)は、対応する高さセンサ38の計測値から求められる。連続するセンサ・バー16の位置により求められた隣り合う座標データの組合せ(N1,Z1,Z2,N2)及び(N3,Z3,Z4,N4)が、センサ・バー16の全長をカバーしているアイテム14の3次元の幾何学的立体部分を定義している。
それぞれの幾何学的部分の平面の4面ベースはテーブル面12の平面に横たわっている4個の頂点により定義される:センサ・バー16の最初の位置からの2個の頂点(Nl,N2)及び、連続したセンサ・バー16の隣り合った位置からの2個の頂点(N3,N4)である。最初のセンサ・バー16の位置からの対応するアイテム14の高さ計測値(Zl,Z2)及び、続く隣り合うセンサ・バー16からの高さ計測値(Z3,Z4)が幾何学的部分の4個の頂点を定義する。
8個の座標位置(Nl,N2,N3,N4,及びZl,Z2,Z3,Z4)を決めることで8個の座標位置で定義される幾何学的な立体の容積を計算することができる。アイテム14を横切っていく際のセンサ・バー16の長さに沿って、及び、センサ・バー16の進む経路に沿っての区分された容積を合計することにより、センサ・バーの現在の位置までのアイテム14のセグメントの全容積が求められる。全容積にアイテム14の予め定められた密度を掛けるとセンサ・バー16の現在の位置までのアイテム14のセグメントの重量が得られる。このようにセンサ・バーを横切ってきたアイテム14のセグメントの価格を得るために、重量に単位重量あたりの価格を掛ける。
次に示す計算は図1に例示されているセンサ・バー16の配置を参照しているが、類似の計算がこの種の出願に記載されている全てのセンサ・バーの配置についても実施される。
図1、14、15A及び15Bを参照して、センサ・バー16がアイテム14を横切るときに、支柱変位検出装置20A及び22Aは近い方の(オペレータに最も近い)支柱20の座標位置CBI(XI,YI)及び遠い方(オペレータから最も遠い)支柱22の座標位置CTI(X’I,Y’I)それぞれを連続的に捕捉する。同時に、高さセンサ38(Nl,N2,N3,N4)に対応するアイテム14の表面の高さ(Zl,Z2,Z3,Z4)がそれぞれ捕捉される。
以下は、センサ・バー16がアイテム14を横切るときに、それぞれの高さセンサ38の座標位置が、センサ・バー16のどのような任意の位置についても計算されることを示す。この情報は、アイテム14を含む幾何学的な立体部分を決める座標を特定するために必要である。
図15A及び15Bを参照して、直角三角形は、線分AB(近いほうの支柱20,CBI(XI,YI)、及び遠い方の支柱22,CTI(X’I,Y’I)との間の距離)、線分BC(近い方の支柱20及び遠い方の支柱22の垂直距離)、及び線分AC(近い方の支柱20及び遠い方の支柱22との間の水平距離)により定義される。線分AB(KTと表示)の長さは使用している特定のセンサ・バー16については既知の定数である。KTの長さはKNを含み、それは一番目の高さセンサ38(N1)の幾何学的中心から、隣接する近い方の支柱20(座標位置CBI(XI,YI))までの距離である。KTの長さには最後の高さセンサ38(NLAST)の幾何学的中心から隣接する遠い方の支柱22(座標位置CTI(X’I,Y’I)の幾何学的中心までで測定された上と同じ距離KNも含んでいる。
最後に、KTの長さにはそれぞれの連続した高さセンサ38(N1から始まりNLASTで終了)の幾何学的中心間の距離の合計も含まれる。図15B及び計算結果の中で、KNは近接するそれぞれの高さセンサ38(N)の間の距離と同じである(例えば、N1とN2、N2とN3、.....NLAST-1とNLAST)。垂直線分BCの長さは遠い方の支柱22と近い方の支柱20のy座標位置(Y’I−YI)の間の差として計算される。同様に、水平線分ACの長さは遠い方の支柱22と近い方の支柱20のx座標位置間の差(X’I−XI)として計算される。
最後に、KTの長さにはそれぞれの連続した高さセンサ38(N1から始まりNLASTで終了)の幾何学的中心間の距離の合計も含まれる。図15B及び計算結果の中で、KNは近接するそれぞれの高さセンサ38(N)の間の距離と同じである(例えば、N1とN2、N2とN3、.....NLAST-1とNLAST)。垂直線分BCの長さは遠い方の支柱22と近い方の支柱20のy座標位置(Y’I−YI)の間の差として計算される。同様に、水平線分ACの長さは遠い方の支柱22と近い方の支柱20のx座標位置間の差(X’I−XI)として計算される。
テーブル面12に垂直に投影されているそれぞれの高さセンサNの座標位置の計算は、“二つの三角形が相似である場合は、各辺の長さは比例している”という相似三角形の法則が適用される。
三角形ABCは小さい方の三角形A’B’C’と相似であるので、AC/KTとA’C’/KNは比例する。したがって、A’C’=(AC/KT)x KN、ここでKT及びKNは既知の定数であり、ACの数値は上で説明したように座標上の引き算を行うことにより計算される。得られた数値A’C’はその位置がテーブル面12に垂直に投影されている第一番目の高さセンサN1の水平座標である。
同様に、BC/KTはB’C’/KNに比例するので、B’C’の値は式B’C’=(BC/KT)x KNの値を求めることにより計算される。ここで、KT及びKNの値は既知の定数であり、BCの値は上で説明したように座標の引き算を行うことにより計算される。得られた数値B’C’はその位置がテーブル面12に垂直に投影されている第一番目の高さセンサN1の垂直座標である。
上記の計算は、第一番目の高さセンサN1の(テーブル面12上に)投影された2次元の座標位置が((AC/KT)x KN,(BC/KT)x KN)として得られる。
第一番目の高さセンサN1に対応するアイテム14の上面の3次元(X,Y,Z)の座標位置は((AC/KT)x KN,(BC/KT)x KN,Z)のように表現され、ここでZは第一番目の高さセンサN1により行われた計測から得られたアイテム14の高さの座標である。同じ手順を適用することにより、高さセンサN1からNLASTまでの全ての2次元投影及び3次元座標位置が得られる。
これまで説明したように、それぞれのアイテム14の幾何学的立体部分(図14)を定義する8個の頂点の完全な(X,Y,Z)座標は既知の定数及びセンサ・バー16で得られた計測結果を使用することにより計算される。この座標データが、センサ・バー16の長さがカバーしているアイテム14の幾何学的立体部分の概略容積計算を可能にしている。これらのセンサ・バー16の部分の連続的な合計が現在のセンサ・バー16の位置までのアイテム14のセグメントの総容積を計出する。この容積の数値を使用することにより、アイテム14のこのようにかなり遠くまで横切られたセグメントの重量(容積 x 密度)及び価格(重量 x 重量当りの価格)の計算が可能になる。
上で説明したように、4個のアイテム14の高さの数値(例えばZ1,Z2,Z3,Z4)が、それぞれのアイテム14の幾何学的立体部分の最上面の頂点を定義する。これら4個の頂点により定義された最上面は平面あるいは不規則に形作られているかも知れない、例えば、凹、凸あるいは多く輪郭の組合せなど。アイテム14の媒質のそれぞれのタイプの具体的な局所表面特性を考慮することにより、容積計算の精度を最適化するために種々のアルゴリズムが使用されることがある。
オペレータが走査すべきアイテム14のタイプを(キーパッド27を経由して)特定した場合には、センサ・バー16の信号処理装置300は適切な予めプログラムされた容積計算アルゴリズムを自動的に選択する。特定のアイテム14の媒質の最上面輪郭特性に基づいて、選択されたアルゴリズム(プログラム)は容積計算を最適化する。別法としては、4個の幾何学的立体最上面の高さの数値(例えばZAVERAGE=(Z1+Z2+Z3+Z4)/4)の平均値に基づいて、一般化された容積近似計算が実行されることがある。ZAVERAGEの使用は、例えば魚の切り身は、最も一般的なアイテムの最上面の輪郭、エラーが多くぎざぎざのある変化する輪郭と比べて、円滑にに変化するスロープを有するので、適切な高さの近似値を与える。この平均高さZAVERAGEは、幾何学的立体部分の底面の平面状の四角形の表面に平行で相等しい平面状の四角形の表面の高さを定義する。この容積計算を行うために種々の計算手法を採用することができる。次の計算は基本的な幾何及び代数技術のみを使う1つの方法を示す。
図14Bで記載したように、連続するセンサ・バー16の位置により求められた隣り合う座標データの組合せ(N1,Z1,Z2,N2)及び(N3,Z3,Z4,N4)が、センサ・バー16の全長をカバーしているアイテム14の3次元の幾何学的立体部分を定義している。
4個の高さの数値(例えばZl,Z2,Z4,Z3)はそれぞれの幾何学的立体部分の最上面の頂点を定義するが、4個の垂直に(テーブル面12に)投影された高さセンサ38の位置(Nl,N2,N4,N3)は立体の底部面の頂点を定義する。上で説明したように、4個の上面の高さの数値、例えばZAVERAGE(ここでZAVERAGE=(Z1+Z2+Z3+Z4)/4)は底面の平面の四角形面(N1,N2,N4,N3)に平行で同一の平面状の四角形表面(Z1,Z2,Z4,Z3)の高さを定義する。
四角形(Nl,N2,N4,N3)の面積の決定し、及び幾何学的立体の平均高さZAVERAGEにこの数値に乗算すると、2個の近接する高さセンサにより横断される幾何学的立体部分の近似体積が得られる。
図14Bに示すように、(N1,N2,N4,N3)で定義される四角形はa,b,c,dとラベル付けされた4個の辺を持っている。この四角形の面積を計算するために種々の方法を使用することができる。例えばヴァリニヨンの定理(Varignon’s Theorem)を使用することであり、それは窪んだ四角形の辺の中間点が順番に、結合された場合には平行四辺形が形成されることを述べている。この平行四辺形の面積は元の四辺形の面積の半分である。平行四辺形の面積はその底辺と高さの積であり、それによって、この数値は元の四角形の値を得るために2倍される。
四角形の面積を決定するためのさらに簡単な方法にはブレットシュナイダー(Bretschneider)の公式の使用が含まれ、それによれば、辺の長さがa,b,c,dであり、対角線の長さがp,qであるような、ある一般的な四角形について、面積Aは次の式で与えられる:
A=(l/4)sqrt(4p2q2−(b2+d2−a2−c2)2)
A=(l/4)sqrt(4p2q2−(b2+d2−a2−c2)2)
図14B、14Cを参照して、それぞれの頂点N1,N2,N3及びN4の座標値は上で説明したように計算されているので、各辺の長さ、a,b,c,d及び対角線の長さp,qははピタゴラスの定理を適用することにより決定され、それによって、各辺の長さあるいは対角線の長さが直角三角形の斜辺を表す。したがって、頂点N1の座標が(x1,y1)のように表される場合、頂点N2の座標は(x2,y2)として表され、N3に対する座標は(x3,y3)のように表され、N4に対する座標は(x4,y4)で表され、したがって、各辺の長さa,b,c及びdは次のように表される:
a=sqrt((x3−x1)2+(y3−y1)2)
b=sqrt((x4−x3)2+(y4−y3)2)
c=sqrt((x4−x2)2+(y4−y2)2)
d=sqrt((x2−x1)2+(y2−y1)2)
同様に、対角線の長さp及びqは次のように表される:
p=sqrt((x4−x1)2+(y4−y1)2)
q=sqrt((x3−x2)2+(y3−y2)2)
a=sqrt((x3−x1)2+(y3−y1)2)
b=sqrt((x4−x3)2+(y4−y3)2)
c=sqrt((x4−x2)2+(y4−y2)2)
d=sqrt((x2−x1)2+(y2−y1)2)
同様に、対角線の長さp及びqは次のように表される:
p=sqrt((x4−x1)2+(y4−y1)2)
q=sqrt((x3−x2)2+(y3−y2)2)
図14Cは辺の長さaの計算に使用された数値を示している。
上記で決定された数値a,b,c,d,p及びqをブレットシュナイダーの公式に代入すると(Nl,N2,N4,N3)で定義される四角形の面積Aが求められる。
四角形(Nl,N2,N4,N3)の面積の決定及びこの数値に幾何学的立体の平均高さZAVERAGEを掛けることによって、2個の近接する高さセンサが横断した幾何学的立体部分の近似体積が得られる。
センサ・バー16がアイテム14を横切る際のセンサ・バー16の長さに沿って近接する高さセンサ38のそれぞれの組により横断された体積の合計は、現在のセンサ・バー16の位置の背面のアイテム14のセグメントの総面積である。それぞれの横切ったセグメントのこのような積算された体積は、特定のアイテム14のタイプについての密度係数が掛けられ、それは信号処理装置300に保存することができ、また、キーボード27上で入力してもよく、その往復行程の中でセンサ・バー16の各位置に対するセグメントの重量値に到達する。そのような数値が調整可能な表示器30に連続的に表示される。単位重量ベースの価格も、交互に、あるいは同時に計算され、表示される。
センサ・バー16の移動の間に、アイテム14の重量と価格(重量ベース)が連続的に計算され、表示器30上に選択的あるいは連続的に表示される際に、見つめている顧客の希望を満足させるために、オペレータは時折、未切り分けセグメントのサイズ、重量あるいは価格を増減するためにセンサ・バー16を左方向(例えば“バックアップ”)あるいは右方向に動かしてもよい。表示器ケース26の中にある信号処理装置300は自動的にリアルタイムで増減された容積(つまり、重量及び価格)を計算し、表示器30によりオペレータ及び顧客に対して更新された現在の情報を提供し、これにより、オペレータは、アイテム14の外見及びそれに伴った重量あるいは価格(重量ベース)に基づいて、アイテム14が切り分けられる前に、顧客の希望する特定の部分について、見ている顧客の特別な要求に対応することができる。
追加の指示ポスト変位検出装置技術
電磁気現象を利用したテーブル面と相互に作用する電磁式支柱変位検出装置
図16を参照して、電磁式フラットベッド型ディジタイザ・タブレット118がまな板として使用される。このタブレットは適切な固めの面12Aを定める。
各支柱52Aの底部端には電磁式カーソルコイル122が組込まれている。センサ・バー16がアイテム14を横切る際に、各支柱の底部チップはテーブル面12Aと常に接触している。ディジタイザ・タブレット118はセンサ・バー16の移動の間、各支柱52Aの絶対座標位置を連続的に捕捉している。これらの座標は、不可視のデータリンク(例えば、赤外線)あるいはたとえばUSB(universal serial bus)接続を経由してセンサ・バー16の信号処理装置300へ入力/出力ポート58あるいは無線通信モジュール308を介して転送される。
センサ・バー16用信号処理装置300は高さセンサ38のデータ信号に従って支柱52Aの座標位置データ信号を連続的に処理する。
励磁されているカーソルコイル122は磁界を発生する。下に横たわっているタブレット118は埋め込みの電磁センサグリッド124を持っており、それは、支柱52Aが面12Aを横切って動く際に、カーソルが発生する磁界の位置を決定することによりカーソルコイル122の絶対座標位置を定める。
電磁気ベースのカーソル/ディジタイザ技術は長年使用されており、図面データ(座標位置)の建築関係ソフトウエアへの転送から、レストランでメニュー選択の入力にわたる種々の応用場面で使用されている。
圧力に敏感な(触覚のある)テーブル面と接触する先の尖ったスタイラスベースの支柱変位検出装置
図17を参照して、圧力に敏感な(触覚ベースの)フラットベッド型ディジタイザ・タブレット126がまな板として使用される。このタブレット126は適切な固い面12Bを定める。
各支柱52Bの底部端には先の尖ったスタイラス130を含む。センサ・バー16がアイテム14を横切る際に、各支柱52Bの底部チップはテーブル面12Bと常に接触している。ディジタイザ・タブレット126はセンサ・バー16の移動の間各支柱52Bの絶対座標位置を連続的に捕捉している。これらの座標は、不可視のデータリンク(例えば、赤外線)あるいはたとえばUSB(universal serial bus)接続を経由してセンサ・バー16の信号処理装置300へ入力/出力ポート58あるいは無線通信モジュール308を介して転送される。
センサ・バー16用信号処理装置300は高さセンサ38のデータ信号に従って支柱52Bの座標位置データ信号を連続的に処理する。
ディジタイザ・タブレット126は圧力に敏感なセンサグリッド132を内蔵しており、スタイラスが面12Bを横切って移動する際のスタイラス130の押し付け重量を追跡することにより各スタイラス130の絶対座標位置を解明する。
感圧型(触覚式の)ディジタイザ技術は長年使われてきており、例えば上に述べたような電磁型カーソル/ディジタイザ・システムのような多くの応用分野に使用されている。
追加の高さセンサ技術
比較的平坦なアイテム14の表面に使用される反射式音響式高さセンサ
図18Aを参照して、センサ・バー16Cにセンサ・バー16Cの長さ方向に配列されたリニアアレイとして組込まれた音響式高さセンサ38Cが示されている。各音響式高さセンサ38Cはセンサ・バー16Cに埋め込まれた音響発生器/受信器ユニットから構成されている。種々の音響発生器/受信器が高さセンサ38Cを構成することができる。一般的な技術はアクティブなセンサエレメントとして圧電セラミックを使用している。圧電セラミックは電気エネルギを音響エネルギに変換するとともに、音響エネルギを電気エネルギにも変換する。この性質は同一の圧電セラミックをセンサ38Cの中で受信器とともに発信器としても動作することが可能である。別法として、別々の音響発信器及び受信器で高さセンサ38Cを構成することもできる。
センサ・バー16Cがアイテム14を横切る際に、音響発信器38Cはセンサ・バー16Cの下に横たわるアイテム14の上部面にパルス波を発射する。各センサ38のすぐ下のテーブル面12の上にあるアイテム14の最上面の高さの決定は、発信された音波がアイテム14の最上面に到達し、そこで反射しセンサ38Cの中にあるそれぞれの発信源である上にある受信器に戻るのに必要な往復時間に対応する。往復時間は一般に飛行時間と呼ばれ、その決定は多くの製品、例えばカメラの自動焦点距離ファインダ、泥棒警報用動き検出器及びロボット関係の衝突回避装置において距離を計算するのに不可欠なものである。
図18Aはセンサ38Cから発信された音波がアイテム14の比較的平坦な表面で反射し、元のセンサ38Cへ戻るのを示している。音響的に決定されたアイテム14に対するセンサ・バー16Cの距離を、既知の(一定の)センサ・バー16Cの高さ(センサ38Cのベースからテーブル面12までの距離)から差し引くことで、テーブル面12に対するアイテム14の高さが得られる。
例えば、センサ・バー16Cの高さを100mmと仮定し、音波の速度を340mm/msと仮定し、発射された音波が到達し、アイテム14の表面から反射し、元のセンサ38Cへ戻る往復時間を0.45msとすると、つぎの計算によりセンサ38Cのすぐ下にあるテーブル面12との相対的なアイテム14の上部表面の高さとの距離は23.5mmとなる。
アイテム14の高さ(テーブル面12に対して)
=(センサ・バー16Cの高さ)−(((音波の速度) x (往復時間)/2)
=100mm − (((340mm/ms)x(0.45ms))/2)
=100mm − 76.5mm
=23.5mm
アイテム14の高さ(テーブル面12に対して)
=(センサ・バー16Cの高さ)−(((音波の速度) x (往復時間)/2)
=100mm − (((340mm/ms)x(0.45ms))/2)
=100mm − 76.5mm
=23.5mm
全てのセンサ38Cの発信器がそれらの音響エネルギを同時に発信した場合には、別々に発信された音波の間の干渉が予測不能な音波パタンを引き起こし、センサ38Cの受信器が同じセンサ38Cの発信器ユニットから発信されていない反射された音響パルスを検出することがある。この可能性は、より広い音響ビーム幅が使われた場合、及び/または、センサ・バー16Cに沿ったセンサ・アレイが高密度のセンサ38Cユニットで構成されている場合に増加する。このような干渉はアイテム14の高さの計算に誤った結果をもたらす可能性があり、センサ・バー16Cに沿ったセンサ38Cのリニアアレイの動作を多重化することにより避けることができる。
センサ38Cを多重化するためには、全てのセンサ38Cユニットが音波を同時に発信する代わりに、各センサ38Cがセンサ・バー16Cに沿って順次に動作状態になり、続いて不動作状態になる。次のセンサ38Cの発信器は現在動作状態のセンサ38Cが、それ自身が発信した反射されてきた音波を受信し、続いて不動作状態になるまで動作状態にはならない。それぞれの波のサイクルの発信及び、それに対応する受信の進行状態を監視する代わりに、センサ38Cが発信し、アイテム14のいずれの部分からの反射された音波を受信するために必要な最大時間である固定長の時間間隔で、センサ・バー16に沿ったそれぞれの次のセンサ38Cは動作状態及び不動作状態にされる。この最大時間は、センサ38Cから発信された音波がテーブル面12に到達し、テーブル面12から反射し、発信元のセンサ38Cへ戻るのに必要な時間を計算することにより決定される。
この最大時間間隔より長い多重化固定長の時間間隔を実行することにより、ただ1個のセンサ38Cが一度に動作していることを保証し、多数あるセンサ38Cからの望ましくない音波の干渉の可能性を減らす。
この決められた数値より長い多重化時間間隔を実行することによってもまた、センサ・バー16C及びアイテム14の間の予想される残留音波の跳ね返りが次のセンサの読みに影響する可能性を減らす。このような跳ね返りは、テーパーのついたベース(基礎)及びセンサ・バー16Cの下部を含む無反射(反射を少なくした)表面を使用することで減少あるいは除去される。それは、望ましくない音波はアイテム14の方向に反射される代わりに上方及び外側に反射されためである。
固定長多重化時間間隔を決定するために使用された計算の例を次に示す。センサ・バー16Cの高さ(センサ38Cのベースのテーブル面12に対する距離)を100mm、音波の速度を340mm/ms、及びアイテム14の高さは0.0mmと仮定すると、次の計算によって、発射された音波がアイテム14のいずれかの上部表面に到達し、アイテム14の表面から反射し、元のセンサ38Cへ戻る最大予想往復時間が得られる。
最大往復時間 =(2 x(センサ・バーの高さ))/(音波の速度)
=(2 x(100mm))/(340mm/ms)
=0.59ms
したがって、音波が発信しているセンサ38Cからアイテム14へ、及び、つづいて元のセンサ38Cに戻る最長の予想される経路に相当する時間間隔は0.59msである。したがって、センサ・バー16Cに沿ったそれぞれの高さセンサ38Cを順次動作させ、不動作にするためには0.59msより長い固定の多重時間間隔が使用される。
最大往復時間 =(2 x(センサ・バーの高さ))/(音波の速度)
=(2 x(100mm))/(340mm/ms)
=0.59ms
したがって、音波が発信しているセンサ38Cからアイテム14へ、及び、つづいて元のセンサ38Cに戻る最長の予想される経路に相当する時間間隔は0.59msである。したがって、センサ・バー16Cに沿ったそれぞれの高さセンサ38Cを順次動作させ、不動作にするためには0.59msより長い固定の多重時間間隔が使用される。
アイテム14の表面は無反射である区域を含んでいるために、センサ38Cは、割り当てられた多重化固定時間間隔以内に発信した音波の反射を受信することはない。アイテム14の表面に適切なコーティング(スプレー、塗装、浸漬など)を適用することによりこのような現象が除去される。アイテム14は不規則(角張った)あるいは比較的平坦でない表面を持つために、センサ38Cは、多重化固定時間間隔以内に発信した音波の反射を受信することはない。このような表面は入射した音波を元のセンサ38Cの位置へ直接戻らない方向へ反射させる。拡張した音響受信器パネルの実施によって、散乱した反射波の有効な検出を可能にする。このセンサ・パネルは誤りの多い音波の検出と解釈を可能にし、それの詳細についてはセクション名“不規則な(あるいは平坦な)アイテム14の表面の上で使用される反射式音響式高さセンサ”に説明されている。故障状態あるいは異物に覆われた38Cセンサも、ほかの状態とともに発信された音波の検出を妨害することがある。原因の如何に関わらず、元のセンサ38Cの位置でのアイテム14の高さは、周囲のセンサ38Cの位置から決定された高さの値を外挿することにより求められる。
センサ・バー16Cに沿って置かれているセンサの密度(センサ38Cの数)を増加することは、アイテム14のある表面区域当りのさらに多くの座標データの収集が可能になり、従って、総合的な容積、その結果としての重量、及び価格(重量ベース)の計算の精度が増加する。
音波の空中伝搬速度は種々の大気温度で変化するため、制御器ー信号処理装置26は小型の温度センサ304(図1A)を持っており、動作環境の大気温度を連続的に計測している。信号処理装置300は、精度を保証するために温度に依存するアイテム14高さ計算を数学的に補償するための記憶されている温度対音速ルックアップテーブルを使用して測定された大気温度を連続的に参照している。上に述べたルックアップテーブルを使用する代わりに、信号処理装置300は温度で補正された音速の計算のための音速近似式の中で計測された温度を使用することもできる。湿度、大気圧のような音速に影響を与えるほかのパラメータも同様に調整され、それによって、オペレータはこのような情報をキーパッド27により信号処理装置300へ入力する。
また、図18Aを参照して、センサ・バー16Cがアイテム14を移動し、センサ・バー16Cの位置が表示器30に表示されているようなアイテム14の希望する重量(あるいは価格)に到達すると、オペレータはセンサ・バー16Cに下方向の圧力を手で加え、引き込み可能な支柱52Cを上方向に引き込み、ナイフ15を下方向に移動させ、アイテム14に接触させる。同時に、連続的に下方向の圧力を加えながら、前後方向の鋸引き運動をアイテム14の表面に行うことで、アイテム14を希望のセグメントになるように完全に切り分ける。ナイフ刃15はアイテム14の表面に印(切り込み)をつけるだけにも使用することができ、その上で、別途の切断用具がアイテム14の最終切断を行うために使用してもよい。別法として、前に説明したマーキング・プランジャ46Cが正確な切断線を表示するために使用し、ついで、その上でアイテム14がナイフまたは他の切断装置で切断される。
アイテム14が全部切断(あるいは切り込み線)され、センサ・バー16Cが、再び、ばね式引込可能ポスト52の動作により最も伸ばした位置まで引き上げられたあと、オペレータは適宜指定されている「リセット」のプッシュボタン56A〜56Kを押し、表示器30をクリアし、信号処理装置300に新しいアイテム14のデータ用のセンサ・バー16Cを準備させる。センサ・バー16Cは新しいアイテム14の上を往復する準備が完了している。
音響センサ38Cを使用しているセンサ・バーの実施方法2A,2B,2Cあるいは2Dについては、アイテム14は、別のナイフ、回転式切断ブレード、レーザカッター、ギロチン、あるいは他のスライス用あるいはチョップ用工具を使用して切込みを入れたり、切断することができる。
不規則な(あるいは平坦な)アイテム14の表面用反射式音響式高さセンサ
上のセクションで表題の付けられている“比較的平坦なアイテム14の表面用反射式音響式高さセンサ”は比較的平坦なアイテム14の表面の音波の相互干渉について記載している。具体的には、センサ38Cから発射された音波はアイテム14の表面に対してほぼ(若干の表面偏差は許容して)90度でアイテム14の表面から反射し、同じ元のセンサ38Cへ戻る。しかしながら、センサ38Cがアイテム14の著しく不規則な(角度のついた)表面部分に相互作用する音波を発射した場合、反射されてきた音波は音波が最初に発射されたセンサ38Cには戻らず、その代わりに、“反射面に入射した音波は入射角と等しい角度で反射される”という反射の法則に従いアイテム14での反射の角度で決まる方向へ伝搬することになる。
図18Bを参照した、不規則な(角張った)アイテム14の表面区域から反射された音波の検出はセンサ・バー16Cの上部に直交して取り付けられている透明なセンサ・パネル200Cに埋め込まれた音響受信器39Cの2次元アレイを実行することにより達成される。各音響受信器39Cはその面上に突き当たる音波の存在及び大きさ(振幅)を検出する。種々の音響受信器が音響受信器39Cを構成することができる。一般的な技術はアクティブなセンサエレメントとして圧電セラミックを使用している。圧電セラミックは音響エネルギを電気エネルギに変換することができるので、この材料により作られたセンサ39Cは入射した音波の存在及び大きさを検出することができる。
表題が“比較的平坦なアイテム14の表面の上で使用される反射型音響高さセンサ”の前項中で、センサ・バー16Cに沿って置かれた各センサ38Cは次のセンサ38Cが作動状態になる前に、順次に作動状態及び不作動状態になる。この多重化方法はあるセンサ38Cから発射された音波が別のセンサ38Cで検出されることを防いでおり、望ましくない音波の相互作用を除去している。不規則なアイテム14の表面から反射する音波、及びセンサ・パネル200Cを使用する場合には、特定の(衝突する)センサ受信器は前もって知られておらず、したがって、全てのセンサ受信器は同時に動作状態となり予想される反射波からの突き当たりを待ち受けている。
アイテム14の表面から反射してくる音波は近くの音響受信器39C(38C)の多くに衝突するので、最も強い大きさ(振幅)の音響信号を検出した音響受信器39C(38C)が反射波に最も合致する受信器と考えられる。反射波に最も合致する受信器を決定するために使用されるほかの方法には(但しこれに限られるわけではないが)全ての衝突された受信器の数学的な中心点を計算し、この点に最も近い受信器39C(38C)を選定することである。
センサ・パネル200C(及びセンサ・バー16Cに沿った)に埋め込まれている音響受信器39C(38C)の密度(数)を増加することによって、アイテム14から反射した音波の検出の精度が増加し、これによりアイテム14の高さ計算の精度が増加する。同様に、センサ38Cの発射された音波のビーム幅を減少させることは、音波が衝突する音響受信器の数が減少し、これにより最も合致する反射波を検出する角度を増加させ、それによって、アイテム14の高さ計算の精度を増加させる。
センサ・パネル200Cの形状は例えば、楕円形、円形、矩形などに変えることができる。アイテム14を覆うセンサ・パネル200Cの表面積を大きくすればするほど、アイテム14の表面から反射される音波を多く検出される。これは、もちろん、パネル200C中の音響受信器39Cの密度がアイテム14から反射される音波を捉えるのに十分大きいことを仮定している。アイテム14の表面の高い程度の不規則性(例えば険しい表面角度)は、アイテム14の表面の妨害点に対する元の音響センサ38Cの位置により定義される音波の経路に相対的な音波の反射の大きい角度を発生する。したがって、表面の不規則性が高い場合には、センサ・パネル200Cの外側の境界に向かってさらに多くの反射された音波が検出される。センサ・パネル200Cはねじ取付の近くにある2本のねじ204C及び埋め込みのデータケーブル205Cにより容易に取外しできるので、種々の形状のセンサ・パネル及び埋め込みの受信器39Cの密度は、アイテム14の表面の不規則性(したがって、音波の反射の程度)に合せて、容易に取付/交換できる。
センサ・パネル200Cは透明の、そこにセンサ39Cが埋め込まれている材料で構成されており、オペレータはセンサ・バー16Cを操作中にその下に置かれているアイテム14を見ることができる。センサ・パネルの下側は、下側に反射し、つづいてセンサ38Cあるいは39Cに向かって上方向に反射してくる、センサ・パネルへ衝突する音波を抑制するため無反射(低反射率)のものである。
センサ・バー16Cに沿ったセンサ・パネル200Cの薄い中央部分は、下に横たわっているセンサ・バー16Cが、音波がこの中心区域へ到達するのを妨害しているので、アクティブな音響受信器39Cが付いていない。さもなくば、センサ・パネル200Cの中央部に沿ってこの部分へ到達する音波は、センサ・バー16Cのベースに沿って置かれている音響センサ38Cにより検出される。アイテム14の高さの計算は、センサ・バー16Cに沿って埋め込まれている38Cのセンサ・アレイ及びパネル200Cに埋め込まれている39Cのセンサ・アレイの間の物理的な高さを考慮することにより簡単に調整される。
センサ16C(図18B)がアイテム14を横切る際に、音響発信器38Cはセンサ・バー16Cの下に横たわるアイテム14の上部表面にパルス波を発射する。各センサ38Cのすぐ下のテーブル面12に対するアイテム14の上部表面の高さの決定は、発射された音波がアイテム14の上部表面へ到達し、反射し、同じ音響センサ38Cに衝突するか(下に横たわるアイテム14の表面部分が比較的平坦な場合)、あるいはセンサ・バー16Cに沿った別の音響センサ38Cに衝突するか、あるいはセンサ・パネル200Cに埋め込まれている音響受信器39Cに衝突するのに必要な時間に対応する。
鋭い角度で反射された音波はリニア・センサ38C及びセンサ・パネル200Cに埋め込まれているセンサ39Cの両方をバイパスすることにより検出を避けることができる。この場合には、反射波はテーブル面12及びセンサ・パネル200Cの間にある“開放地区”に入ることによりセンサ・パネル200Cの境界外へ出て行く。同様に、センサ38Cから発射された音波は、アイテム14の無反射表面部分に衝突した場合は検出されない。このような非検出の例外の場合の処理方法については次のセクションで取り扱う。
音響的に決定されたセンサ38Cのアイテム14の上部表面に対する距離を既知の(定数)センサ・バー16Cの高さ(テーブル面12までのセンサ38Cのベースの距離)から差し引くことで、センサ38Cのすぐ下の位置にあるテーブル面12に対するアイテム14の上部表面の高さが算出される。
図18B及び18Cを参照して、次に示すのはアイテム14の上部表面(E)の、センサ38Cのすぐ下におかれた位置(T)におけるテーブル面12(W)に対する高さhを決めるための仮想のセンサ・バー16Cの計算である。センサ38C(T)から発射された音波はアイテム14(E)の上部表面から反射され、それによって、それはセンサ・パネル200Cに埋め込まれている受信器39C(P)に衝突する。
センサ・バー16C(T)(センサ38Cの位置)のベースからテーブル面12(W)までの距離で定義されるセンサ・バー16Cの高さsは100mmである。センサ38C(T)及びセンサ・パネル200C(U)の間の距離aは20mm、及び音波の速度vは340mm/msである。さらに、センサ38C(T)が発射した音波がアイテム14の上部表面(E)に到達し、反射し、つづいてセンサ・パネル200Cに埋め込まれている受信器39C(P)に衝突するための、センサ・バー16Cが決定する伝搬時間tは0.90msである。
音波を発射するセンサ38C(T)及び受信センサ39C(P)は、それぞれ異なった水平平面(それぞれP1及びP2)にあり、それぞれ互いに対して平行であり、同じく、テーブル面12を含む平面P3に平行である。センサ38C(T)はセンサ・バー16Cのベースでセンサ38Cのリニアアレーによって定義された水平平面(P1)に横たわり、センサ39Cはセンサ・パネル200Cで定義される水平平面(P2)に横たわる。したがって、これらの二つのセンサの水平距離は、平面P1にある発信センサ38C(T)を通して直交して引かれた仮想線分及び平面P2の中に位置する音響受信器39C(P)を通して直行して引かれた仮想線分の間の最短距離である。それぞれのセンサ38C(T)及び39C(P)の正確な位置は使用される特定のセンサ・サーバー16Cとセンサ・パネル200Cに対して既知の定数であり、特定のセンサ38Cからの発信信号を検出する特別の受信器39Cが知られている場合には、信号処理装置300はこれらの位置の間のこの水平距離xを計算する。この例では、信号処理装置300は発信センサ38C(T)及び受信センサ39C(P)の間の水平距離xを200mmと決定する。
さらに、図18B及び18Cを参照して、頂点E,U,及びPは直角三角形を形成し、90度の角度は頂点Uである。ピタゴラスの定理を適用して、反射波の距離(EからP)dの二乗は、センサ38C(T)から受信器39C(P)の水平距離xの二乗にセンサ・パネル200C(U)からアイテム14(E)の距離(a+c)の二乗を加えたものに等しい。
この関係は次のように表される:
(I)d2 = x2+(a+c)2
既知の数値を上記の式に代入すると:
(II)d2 =(200mm)2+(20mm+c)2
音速vを音波の伝搬時間tに掛けて、音波により伝わった2セグメント(c+d)の距離の合計が求められる(例えば、センサ38C(T)からアイテム14の表面(E)への距離とアイテム14の表面(E)から受信器39C(P)への距離)。この関係は次のように表される:
(III)vt=c+d既知の数値を上記の式に代入すると:
(IV)(340mm/ms)(0.90ms)=c+d
即ち、
(V)306mm=c+d
2個の変数からなる2個の式(II)及び(V)は距離cを求めるために解かれ、それは音波がセンサ38C(T)からアイテム14の上部表面(E)までの音波が伝搬する距離である。cの値は81.65mmである。既知のセンサ・バー16Cの高さsからこの距離を差し引くと、センサ38C(T)のすぐ下にある場所のテーブル面12(W)に対するアイテム14の上部表面(E)の高さhが求められる。したがって、
(VI)s=c+h
(VII)h=s−c
既知の数値を上記の式に代入すると:
(VIII)h=100mm−81.65mm
(IX)h = 18.35mm
したがって、下に横たわっているテーブル面12(W)に対するアイテム14の上部表面(E)の高さは18.35mmである。
この関係は次のように表される:
(I)d2 = x2+(a+c)2
既知の数値を上記の式に代入すると:
(II)d2 =(200mm)2+(20mm+c)2
音速vを音波の伝搬時間tに掛けて、音波により伝わった2セグメント(c+d)の距離の合計が求められる(例えば、センサ38C(T)からアイテム14の表面(E)への距離とアイテム14の表面(E)から受信器39C(P)への距離)。この関係は次のように表される:
(III)vt=c+d既知の数値を上記の式に代入すると:
(IV)(340mm/ms)(0.90ms)=c+d
即ち、
(V)306mm=c+d
2個の変数からなる2個の式(II)及び(V)は距離cを求めるために解かれ、それは音波がセンサ38C(T)からアイテム14の上部表面(E)までの音波が伝搬する距離である。cの値は81.65mmである。既知のセンサ・バー16Cの高さsからこの距離を差し引くと、センサ38C(T)のすぐ下にある場所のテーブル面12(W)に対するアイテム14の上部表面(E)の高さhが求められる。したがって、
(VI)s=c+h
(VII)h=s−c
既知の数値を上記の式に代入すると:
(VIII)h=100mm−81.65mm
(IX)h = 18.35mm
したがって、下に横たわっているテーブル面12(W)に対するアイテム14の上部表面(E)の高さは18.35mmである。
同様なアイテム14の高さ計算が、反射された音波が同じ元のセンサ38Cに衝突するような場合(例えば、音波が比較的平坦なアイテム14の表面に衝突する場合)、あるいはセンサ・バー16Cの長さに沿って配置されている別のセンサ38Cに衝突する場合について行われる。これらの場合、発信及び受信センサ38Cユニットはセンサ・バー16Cのベースにある同じ水平面(あるいは同じユニット)に横たわっており、2個のセンサの間の水平距離は単に分離状態での直線的距離である。
全てのセンサ38Cの発信器がそれらの音響エネルギを同時に発信した場合には、別々に発信された音波の間の干渉が予測不能な音波パタンを引き起こし、センサ38C、あるいは39Cの受信器が検出された音波を適切な元のセンサ38Cと正しく関連付けられないことがある。この問題は、センサ・バー16Cの長さに沿った各センサ38Cの動作を多重化することによって、いずれかのセンサ38Cから発射される音波がアイテム14の上部表面へ到達し、アイテム14の表面で反射し、いずれかのセンサ38Cあるいは39Cに到達する最大の時間量を超える固定長の時間で、それぞれのセンサ38Cの発信器を、順次作動状態及び不作動状態にすることにより解決される。この最大時間間隔は、センサ・バー16Cのいずれかの端にあるセンサ38Cから発信された音波がセンサ38Cのすぐ下にあるテーブル面12へ到達し、反射し、つづいてセンサ・バー16Cの反対側にある最も遠い受信器に衝突するのに必要な時間を計算することにより決定される。
この最大時間間隔より長い多重化固定長の時間間隔を実施することは、ただ1個のセンサ38C発信器が同時に動作していることを保証し、多数あるセンサ38C発信器からの望ましくない音波の干渉の可能性を減らす。同様に、より長い時間間隔は、センサ・バー16C(及びセンサ・パネル200C)及びアイテム14(あるいはテーブル面12)との間の残留している音波の跳ね返りが誤った検出の読みを起こす可能性をさらに減少させる。このような跳ね返りは、センサ・パネル200Cの(テーブル面12に向いている)下側と共に、センサ・バー16Cのセンサを含んでいる下側にテーパベース及び無反射(反射の少ない)表面を使用することにより減少、あるいは解消する。
次に、固定長の多重化時間間隔を決定するために用いられる仮想のセンサ・バー16Cの計算例を示す。前にも記載したように、この時間間隔は音波がいずれかの発信センサからいずれかの受信センサへ伝搬する最長の可能な経路に直接対応する。図18D及び18Eを参照して、経路はセンサ38Cの位置の最も右にあるセンサ38C(A)で始まり、それにより、この位置から下方向に垂直に発信された音波はテーブル面12(B)に到達し、反射し、ついで最も遠くにある受信器39C(G)に衝突する。
妨害/遮断しているテーブル面12の位置に対して最も遠いセンサ受信器39C(G)の位置は、発信センサ38C(A)を収納しているセンサ・バー16Cの反対側にあるセンサ・パネル200Cの中央に沿って横たわっている。しかしながら、前にも概略を説明したように、センサ・バー16Cの長さに沿ったセンサ・パネル200Cの中央部分は、下に横たわっているセンサ・バー16Cが音波のこの中心区域へ到達を妨害しているので、アクティブな音響受信器39Cが付いていない。アイテム14から反射されてくる音波はセンサ・バー16Cの下側部分により、この場所へ到達するのが実際にブロックされているが、反射されてきた音波の位置の最も遠い外側の境界を規定することになるので、この場所は今回の計算には使用されている。
さらに、図18D及び18Eを参照して、センサ・バー16C(A)(センサ38Cの位置)のベースとテーブル面12(B)との距離として定義されるセンサ・バー16Cの高さnは100mmである。センサ38C(A)及びセンサ・パネル200C(D)の間の距離mは20mm、及び音波の速度vは340mm/msである。センサ38C(A)及び39C(G)のそれぞれの正確な位置は使用されている特定のセンサ・バー16C及びセンサ・パネル200Cに関しては既知である。この例では、最も外側の発信センサ38C(A)及び最も遠い受信センサ39C(G)の間の水平距離kは300mmである。
頂点G,D及びBは直角三角形を形成しその角度90度の部分は頂点Dである。ピタゴラスの定理を適用して、距離(B)から(G)のpの二乗は、センサ38C(A)から受信器39C(G)の水平距離kの二乗とセンサ・パネル200C(D)からテーブル面12(B)までの距離(m+n)の二乗の和である。
この関係は次のように表現される:
(I)p2=k2+(m+n)2
既知の数値を上記の式に代入すると:
(II)p2=(300mm)2+(20mm+100mm)2
上記を演算すると:
(III)p=323.11mm
音波の合計伝搬長さfはセグメントn及びpの合計である。したがって:
(IV)f=n+p
既知の数値を上記の式に代入すると:
(V)f=100mm+323.11mm
即ち、
(VI)f=423.11mm
音速vは340mm/msであるので、合計伝搬時間は次のように表現できる:
(VII)t=f/v
既知の数値を上記の式に代入すると:
(VIII)t=423.11mm/(340mm/ms)
即ち、
(IX)t = 1.24ms
したがって、発信センサから受信センサへ伝搬する音波の予想される最長の経路に相当する時間間隔は1.24msであるので、1.24msより長い固定の多重化時間間隔が使用されている。
この関係は次のように表現される:
(I)p2=k2+(m+n)2
既知の数値を上記の式に代入すると:
(II)p2=(300mm)2+(20mm+100mm)2
上記を演算すると:
(III)p=323.11mm
音波の合計伝搬長さfはセグメントn及びpの合計である。したがって:
(IV)f=n+p
既知の数値を上記の式に代入すると:
(V)f=100mm+323.11mm
即ち、
(VI)f=423.11mm
音速vは340mm/msであるので、合計伝搬時間は次のように表現できる:
(VII)t=f/v
既知の数値を上記の式に代入すると:
(VIII)t=423.11mm/(340mm/ms)
即ち、
(IX)t = 1.24ms
したがって、発信センサから受信センサへ伝搬する音波の予想される最長の経路に相当する時間間隔は1.24msであるので、1.24msより長い固定の多重化時間間隔が使用されている。
これまでに示したように、鋭く角張ったアイテム14の表面から反射された音波は、センサ・パネル200Cに埋め込まれている2次元センサ39Cと同じく、センサ・バー16Cのベースに沿ったリニア・センサ38Cのアレイの両方をバイパスすることにより検出を避ける可能性がある。この場合、反射波はテーブル面12及びセンサ・パネル200Cの間にある“開放地区”に入ることによりセンサ・パネル200Cの外へ伝搬する。同様に、センサ38Cから発射された音波は、アイテム14の無反射表面部分に衝突した場合は検出されることはない。後者の発生はアイテム14の表面に適切なコーティング(スプレー、塗装、浸漬など)を施工することにより避けることができる。
割り付けられた多重化固定時間間隔の間に予定された反射音波がセンサ38Cあるいは39Cで受信されない場合は、元のセンサ38Cの位置でのアイテム14の高さは、周囲のセンサ38Cあるいは39Cの位置について決定されている計算された高さを外挿することにより求められる。
空気中を移動する音響波の速度はさまざまな空気の温度に応じて変動するため、コントローラ信号処理装置ケース26は動作環境雰囲気温度を継続的に測定する小型温度センサ304(図1Aに表示)を備えている。通気孔310は温度センサ304への周囲空気の自由な循環を可能にする。信号処理装置300は、温度依存アイテム14の高さ計算を数値的に補償して精度を保証するために、メモリ内の記憶温度対音響波速度のルックアップテーブルを比較対照して、測定した雰囲気温度を相互参照する。信号処理装置300は、温度調整された音響波速度を計算するために、上述のルックアップテーブルを使用する代わりに、測定した雰囲気温度値を音響波速度近似式で使用してもよい。湿度や空気圧などのように、空気速度に影響を与えるその他のパラメータは同様にして調整することが可能であり、それにより、オペレータはキーパッド27を介してその情報を信号処理装置300に入力する。
図18Bを再度参照すると、センサ・バー16Cがアイテム14を横切り、センサ・バー16Cの位置がアイテム14の所望の重量(または価格)に達すると、オペレータは、センサ・バー16Cへの下方圧力を手動で加え、後退可能な支柱20及び22を両方とも上に後退させ、ナイフ15を下方に動かしてアイテム14に触れるようにする。同時に、下方圧力を継続的に加えてアイテム14の表面で前後に鋸引き運動をおこなうことにより、アイテム14は完全に切断されて所望のセグメントを形成する。ナイフ刃15はアイテム14の表面をマークする(スコアする)ためにのみ使用されることもあり、その結果、独立した切削工具を使用してアイテム14の最終的な切断を行ってもよい。別法として、正確な切断線を示すために、すでに説明したマーキング・プランジャ46Cを使用してもよく、その結果、アイテム14はナイフまたはその他の切削用具によってその後、切断される。
アイテム14が完全に切断され(あるいはスコアされ)、伸び切ったスプリング式の後退可能な支柱20及び22の動作によりセンサ・バー16Cが再度上昇したあと、オペレータは適切に指定された「リセット」プッシュボタン56A〜56Kを押し下げて表示器30の画面をクリアし、信号処理装置300を介してセンサ・バー16Cに新しいアイテム14のデータに対する準備をさせる。これで、センサ・バー16Cは新しいアイテム14を横切る用意ができる。
比較的平坦なアイテム14の表面で使用する光学高さセンサを反射する
図19Aを参照すると、光学高さセンサ38Eは、センサ・バー16Eの全長に沿って配置されているリニアアレイとしてセンサ・バー16Eに組み込まれていることがわかる。各光学高さセンサ38Eは、センサ・バー16Eに組み込まれた光学発信器・受光器ユニットを含んでいる。各種の光学発信器・受光器機技術はこの高さセンサ38Eを備えていてもよい。たとえば、光学発信器はLED及びレーザ装置に限らないがそれらを備えているのに対し、光学受光器はCCD(電荷結合素子)及びその他のフォトダイオードやフォトダイオードアレイなどのようなPSD(位置検知形検出器)に限らないがそれらを含む。したがって、別個の光学発信器及び光学受光器はそれぞれ高さセンサ38Eを備える。
センサ・バー16Eがアイテム14を横切る時、光学発信器38Eはセンサ・バー16Eの下にあるアイテム14の上面にパルスを出す。各センサ38Eの真下のテーブル面12の上のアイテム14の上面の高さの決定は、放出される光学波が到達し、アイテム14の上面から反射し、個々のオーバーヘッド光学センサ38Eに戻ってくるまでに要する往復時間に対応する。光学的に決定されたセンサ・バー16Eからアイテム14までの距離を既知の(一定の)センサ・バー16Eの高さ(センサ38Eのベースからテーブル面12までの距離)から引くと、発信元のオーバーヘッド・センサ38Eの真下の個々のテーブル面12を基準とするアイテム14の上面の高さが得られる。
光学的に決定したアイテム14の高さに関する計算は、“比較的平坦なアイテム14の表面で使用する音響高さセンサを反射する”の項で音響的に決定したアイテム14の高さに関してすでに示した計算とほぼ同じである。主要な操作上及び計算上の相違は、音響波の速度の代わりに光の速度が使用されるということである。
上述の飛行時間、あるいは光学波が到達し、アイテム14の上面から反射し、発信元の光学センサ38Eに戻ってくるまでに要する往復伝搬時間を決定するのに多くの方式を使用してもよい。単一波動パルスの光学波往復伝搬時間の決定を含む方式もあれば、光の多重波によって生じる平均往復時間を平均する方式もある。その他の方式は、発信変調波間と返送波間の位相シフトを比較する位相シフティングを使用する発光・受光器システムに限らないがそれを含んでいる。このような方式には、バックグラウンドノイズや誤った表示値を減少させるという利点がある。光学的な飛行時間の決定は、各種の変位検出機構のみならず、測量距離計測機器、測距機などのような多くの装置において距離を計算する場合には一般的なことである。
複数のセンサ38Eユニットによる望ましくない光学波の相互作用を防止するためにセンサ・バー16Eに沿ってセンサ38Eユニットの操作を多重化することは、“比較的平坦なアイテム14の表面で使用する反射音響高さセンサ”の項で音響センサ38Cユニットの多重化に関してすでに示したこととほぼ同じである。多重化時間間隔及びアイテム14の高さのその後の計算の決定は、音響波センサ・バー16Cについて説明したこととほぼ同じであり、注目すべき操作上及び計算上の相違は、音響波の速度の代わりに光の速度が使用されるということである。
アイテム14の表面は無反射領域を含んでいるため、センサ38Eは割り当てられた多重化固定時間間隔内に放出音響波を受信しない可能性がある。アイテム14の表面に適切なコーティングを塗布することにより、この現象が解消される。アイテム14は不規則な(角のある)あるいは比較的平坦ではない表面を備えているため、センサ38Eは多重化固定時間間隔内に放出光学波を受信しない可能性がある。このような表面は、発信元のセンサ38Eの位置以外の方向に入射光学波を反射させる。拡大された光学受光器パネルの設置は、散乱反射波の有効な検出を可能にする。本センサ・パネルは逸脱波の検出及び判定の両方を可能にし、その詳細は“不規則な(あるいは平坦な)アイテム14の表面で使用する反射光学高さセンサ”の項に記述されている。さまざまな条件に加えて、動作不良あるいは38Eセンサを覆っているデブリもまた放出波の検出を妨げる可能性がある。その原因にかかわりなく、発信元のセンサ38Eの位置におけるアイテム14の高さは、周囲のセンサ38Eの位置から決定される高さの値を外挿することによって得られる。
センサ・バー16Eに沿って配置されている密度(センサ38Eのユニット数)を増加させると、アイテム14の所定の表面領域ごとにより多くの座標データポイントを収集することが可能になり、それゆえに量及び結果として得られる重量及び(重量に基づく)価格の計算の全体的な精度を高めることになる。
図19Aを再度参照すると、センサ・バー16Eがアイテム14を横切り、センサ・バー16Eの位置がアイテム14の所望の重量(または価格)に達すると、オペレータは、センサ・バー16Eへの下方圧力を手動で加え、後退可能な支柱52Eを両方とも上に後退させ、ナイフ15を下方に動かしてアイテム14に触れるようにする。
同時に、下方圧力を継続的に加えてアイテム14の表面で前後に鋸引き運動をおこなうことにより、アイテム14は完全に切断されて所望のセグメントを形成する。ナイフ刃15はアイテム14の表面をマークする(スコアする)ためにのみ使用される場合もあり、その際、独立した切削工具を使用してアイテム14の最終的な切断を行ってもよい。別法として、すでに説明したマーキング・プランジャ46Cを使用して正確な切断線を示すことがあり、その際、アイテム14はナイフまたはその他の切削用具によって引き続き切断される。
アイテム14が完全に切断され(あるいはスコアされ)、伸び切ったスプリング式の後退可能な支柱52Eの動作によりセンサ・バー16Eが再度上昇したあと、オペレータは適切に指定された「リセット」プッシュボタン56A〜56Kを押し下げて表示器30の画面をクリアし、信号処理装置300を介してセンサ・バー16Eに新しいアイテム14のデータに対する準備をさせる。これで、センサ・バー16Eは新しいアイテム14を横切る用意ができる。
音響センサ38Cを利用するセンサ・バーの設置2A、2B、2C、あるいは2Dの場合、別個のナイフ、回転切断刃、レーザーカッター、裁断機、あるいはその他の薄切りまたは細切り機構を用いてアイテム14をスコア及び(あるいは)切断することができる。
この用途における「光学」及び「光」という用語の使用は電磁スペクトルの可視光線部分の使用を意味するだけでなく、説明された技術の必要な特性を示すスペクトルの全ての部分(たとえば赤外線)も含む。
不規則な(あるいは平坦な)アイテム14の表面で使用する反射光学高さセンサ
上述の「比較的平坦なアイテム14の表面で使用する光学高さセンサを反射する」の項は、比較的平坦なアイテム14の表面における光学波の相互作用を説明している。特に、センサ38Eからの放出光学波はアイテム14の表面を基準としてほぼ(小さな表面偏差を許容して)90度の角度でアイテム14から反射して、同じ発信元のセンサ38Eに戻る。しかし、アイテム14のかなり不規則な(角のある)表面部分と相互に作用する光学波をセンサ38Eが放出する場合、反射した光学波はその光学波を最初に放出したセンサ38Eには戻らないが、その代わり、“反射表面に入射する波は入射角に等しい角度で反射される”とする反射の法則に従って、アイテム14の表面における反射角度によって指示される方向に伝搬する。
図19Bを参照すると、不規則な(角のある)アイテム14の表面領域から反射された光学波の検出は、センサ・バー16Eの上部に直角に固定されている透明センサ・パネル200Eに組み込まれた光学受光器39Eの2次元アレイを設置することによって達成される。各光学受光器39Eはその表面に入射する光学波の存在と規模(振幅)を検出する。各種の光学受光器技術が光学受光器39Eを具備することがある。CCD(電荷結合素子)などのアクティブなセンサ素子は、入射光学波の存在と規模の両方の検出を可能にする。
すでに述べた“比較的平坦なアイテム14の表面で使用する反射光学高さセンサ”の項では、センサ・バー16Eに沿って配置されている各センサ38Eは順に稼動され、次のセンサ38Eが稼動する前に停止される。この多重化手順はある一つのセンサ38Eから放出された光学波が別のセンサ38Eによって検出されるのを防止し、望ましくない波相互作用を除去するのに役立つ。不規則なアイテム14の表面から反射する波の場合及びセンサ・パネル200Eを使用する場合、特定の(波が入射する)センサ受光器の位置は事前には不明であり、それゆえに、全てのセンサ受光器は同時にアクティブになって反射波からの可能な入射を待ち受ける。
アイテム14の表面から反射する光学波は多数の隣接する光学受光器39E(あるいは38E)に入射するため、最も強い規模(振幅)光学信号を検出する光学受光器39E(あるいは38E)は、反射波に対して最も直列な受光器であるとみなされる。反射波に最も直列な受光器を決定するのに使用されるその他の方式は、あらゆる入射受光器の数値的中心点の計算及びこの点に最も近い受光器39E(あるいは38E)の選択に限らないがそれらを含んでいる。
センサ・パネル200Eに(及びセンサ・バー16Eの全長に沿って)組み込まれている光学受光器39E(及び38E)の密度(数)を増加すると、アイテム14から反射された光学波の検出精度が向上し、それゆえに、アイテム14の高さの計算の精度を結果的に高めることになる。同様に、センサ38E放出波のビーム幅を狭めると波が入射する光学受光器の数が減少し、それゆえに、最も直列な反射波の検出の精度が向上し、それによりアイテム14の高さの計算の精度が高まる。
センサ・パネル200Eの形状は、例えば、楕円形、円形、長方形などに変化することがある。アイテム14を覆っているセンサ・パネル200Eの表面領域が大きくなればなるほど、アイテム14の表面から反射される光学波が多数検出されるようになる。もちろん、これは、パネル200Eに組み込まれている光学受光器39Eの密度が、アイテム14から反射する光学波を捕捉するのに十分大きいことを前提としている。
アイテム14の表面の著しい不規則性は、アイテム14の表面上の交点に対する発信元の光学センサ38Eの位置によって定義される光学波経路を基準とする光学波の顕著な偏差をもたらす。したがって、表面の著しい不規則性により、センサ・パネル200Eの外部境界線に対してより多くの反射光学波が検出されることになる。
センサ・パネル200Eは2個のねじ204C及びねじ取付具の一つの近くの埋め込み式データケーブル205Cを用いて簡単に取り外されるため、アイテム14の表面の不規則性の程度(及び、従って光学波反射の程度)に合わせて、さまざまな形状のセンサ・パネル及び組み込まれた受光器39Eの密度は簡単に据え付け/交換することができる。センサ・パネル200Eは透明な材質で構成され、そこにセンサ39Eが埋め込まれているため、オペレータはセンサ・バー16Eの操作中に下層アイテム14を観察することができる。センサ38Eまたは39Eから下方に反射しさらに上方に反射してセンサ・パネルに入射する波を抑制するために、センサ・パネルの下側は無反射(低反射)である。
センサ・バー16Eの全長に沿うセンサ・パネル200Eの薄い中央領域に光学波が到達するのを下層センサ・バー16Eの物理的存在が妨げるため、その中央領域にはアクティブな光学受光器39Eは存在しない。さもなくば、センサ・パネル200Eの中央領域に沿っているこの領域に到達する光学波は、センサ・バー16Eのベースに沿って配置されている光学センサ38Eによって検出される。アイテム14の高さの計算は、センサ・バー16Eのベースに沿って組み込まれた38Eセンサ・アレイとパネル200Eに組み込まれた39Eセンサ・アレイの間の物理的な高さの相違を説明するために単純に調整される。
センサ・バー16E(図19B)がアイテム14を横切る時、光学発信器38Eはセンサ・バー16Eの下にあるアイテム14の上面にパルスを出す。各センサ38Eの真下のテーブル面12を基準とするアイテム14の上面の高さの決定は、放出される光学波が到達し、アイテム14の上面から反射し、同じ光学センサ38Eに入射するか(下層アイテム14の表面部分が比較的平坦な場合)、あるいはセンサ・バー16Eの全長に沿っている別の光学センサ38Eに入射するか、あるいはセンサ・パネル200Eに組み込まれている光学受光器39Eに入射するのに要する時間に対応する。鋭角に反射した光学波は、リニア・センサ38Eアレイとセンサ・パネル200Eに組み込まれたセンサ39Eを両方とも迂回することによって検出を回避する可能性がある。この場合、反射波はテーブル面12とセンサ・パネル200Eの中間にある「開放領域」に入ることによりセンサ・パネル200Eの境界を超えて伝播する。同様に、センサ38Eから放出される光学波がアイテム14の無反射表面領域に入射する場合、この光学波は検出されない。これらの無検出例外事例を取り扱う方式については、以下の項で解説する。
光学的に決定されたセンサ38Eからアイテム14の上面までの距離を既知の(一定の)センサ・バー16Eの高さ(センサ38Eのベースからテーブル面12までの距離)から引くと、センサ38Eの真下に配置されている位置の下層テーブル面12を基準とするアイテム14の上面の高さが得られる。
光学的に決定したアイテム14の高さに関する計算は、「不規則な(あるいは平坦な)アイテム14の表面で使用する反射音響高さセンサ」の項で音響的に決定したアイテム14の高さに関してすでに示した計算とほぼ同じである。主要な操作上及び計算上の相違は、音響波の速度の代わりに光の速度が使用されるということである。
全てのセンサ38Eが同時に光学波を放出すると、異なる放出波同士の相互作用により予測できない波パターンが生成され、センサ光学受光器38Eまたは39Eは検出波を適切な発信元センサ38Eに正しく関連付けできない可能性がある。この問題は、センサ・バー16Eの全長に沿った各センサ38Eの動作を多重化することによって、いずれかのセンサ38E発信器からの放出光学波がアイテム14の上面に到達し、アイテム14から反射し、センサ38Eまたは39Eのいずれかに到達するのに必要な最大時間を上回る固定された時間間隔で各センサ38E発信器を連続して稼動及び停止することにより、解消する。この最大時間間隔は、センサ・バー16Eのどちらかの一方の端に配置されているセンサ38Eから放出される光学波が、センサ38Eの真下のテーブル面12に到達してそこから反射し、センサ・バー16Eの他方の側の最も離れた光学受光器に入射するのに必要な時間を計算することによって決定される。
この最大時間よりも長い多重化固定時間間隔を導入することにより、一度に一つのセンサ38E発信器だけが動作することが保証され、従って、複数のセンサ38E発信器からの望ましくない光学波相互作用が生じる可能性が減少する。同様に、時間間隔をより長くすると、センサ・バー16E(及びセンセーパネル200E)とアイテム14(またはテーブル12の表面)の間の残留光学波の跳ね返りが、誤った検出表示値をもたらす可能性がさらに減少する。このような跳ね返りは、センサ・パネル200Eの下面(テーブル面12に面している)だけでなくセンサ・バー16Eの下面を収容しているセンサ上で、テーパー加工されたベース及び無反射(低反射)表面を使用することによって減少または解消される。
すでに指摘したように、鋭角なアイテム14の表面から反射する光学波は、センサ・パネル200Eに組み込まれている2次元センサ39Eアレイだけでなく、センサ・バーのベースに沿ったリニア・センサ38Eアレイも含めた両方を迂回することによって検出を免れる可能性がある。この場合、反射波はテーブル面12とセンサ・パネル200Eの中間にある「開放領域」に入ることによりセンサ・パネル200Eを超えて伝播する。同様に、センサ38Eから放出される光学波がアイテム14の無反射表面領域に入射する場合、この光学波は検出されない。後者の発生は、アイテム14の表面に適切なコーティングを塗布する(吹き付ける、塗る、浸すなど)ことにより回避できる。
割り当てられた多重化固定時間間隔中にセンサ38Eまたは39Eが予測反射光学波を受信しない場合、発信元のセンサ38Eの位置におけるアイテム14の高さは、周囲のセンサ38Eまたは39Eの位置について決定される高さの計算値を外挿することによって得ることができる。
図19Bを再度参照すると、センサ・バー16Eがアイテム14を横切り、センサ・バー16Eの位置がアイテム14の所望の重量(または価格)に達すると、オペレータは、センサ・バー16Eへの下方圧力を手動で加え、後退可能な支柱20及び22を両方とも上に後退させ、ナイフ15を下方に動かしてアイテム14に触れるようにする。同時に、下方圧力を継続的に加えてアイテム14の表面で前後に鋸引き運動をおこなうことにより、アイテム14は完全に切断されて所望のセグメントを形成する。ナイフ刃15はアイテム14の表面をマークする(スコアする)ためにのみ使用してもよく、その際、独立した切削工具を使用してアイテム14の最終的な切断を行ってもよい。別法として、すでに説明したマーキング・プランジャ46Cを使用して正確な切断線を示してもよく、その際、アイテム14はナイフまたはその他の切削用具によって引き続き切断される。
アイテム14が完全に切断され(あるいはスコアされ)、伸び切ったスプリング式の後退可能な支柱20及び22の動作によりセンサ・バー16Eが再度上昇したあと、オペレータは適切に指定された「リセット」プッシュボタン56A〜56Kを押し下げて、表示器30の画面をクリアし、信号処理装置300を介してセンサ・バー16Eに新しいアイテム14のデータに対する準備をさせる。これで、センサ・バー16Eは新しいアイテム14を横切る用意ができる。
この出願における「光学」及び「光」という用語の使用は電磁スペクトルの可視光線部分の使用を意味するだけでなく、説明された技術の必要な特性を示すスペクトルの全ての部分(たとえば赤外線)も含む。
貫通波高さセンサ
図20を参照すると、貫通音響または電磁ベースの高さセンサ38Dは、センサ・バー16Dの全長に沿って配置されているリニアアレイとしてセンサ・バー16Dに組み込まれて示されている。各貫通高さセンサ38Dは、センサ・バー16Dに組み込まれた発信器/受光器ユニットを含む。センサ・バー16Dがアイテム14を横切る時、発信器38Dはセンサ・バー16Dの下に配置されているアイテム14にパルスを出す。アイテム14の高さの決定がアイテム14の上面から反射される波の放出に基づいているとすでに説明したセンサ・バー16とは異なり、センサ38Dの真下のテーブル12の表面を基準としたアイテム14の上面の高さは、波のパルスがセンサ38Dから出ていき、アイテム14を貫通し、テーブル面12から反射し、アイテム14を再度貫通して、個々のセンサ38Dの受光器に戻るのに必要な往復時間に対応する。したがって、波はアイテム14の表面から反射しないが、その代わりに発信元のセンサ38Dに戻るため、貫通波センサはセンサ・パネル200Cのタイプを構成する必要性を除去する。
ある一定の条件(たとえば、温度、湿度など)の場合、往復波伝播時間とアイテム14の厚みの間に実験的に決定された対応が生じる。たとえば、波のパルスがセンサ38Dから出て、1cmの厚みのアイテム14を貫通し、テーブル面12から反射し、アイテム14を再度貫通して、個々のセンサ38Dの受光器に戻るのに1秒の往復時間が必要であると実験的に決定されることがある。ケース26の信号処理装置300のメモリに電子的に記憶される時間対距離の等価ルックアップテーブルを作成すると、決定されたセンサ・バー16Dの往復波移動時間と事前に決定済みのアイテム14の厚みの値を等しくすることによってアイテム14の厚みの決定が可能になる。センサ・バー16Dは、種々の構成のアイテム14に対応するために、さまざまな種類の波とともにさまざな種類のセンサ38Dを使用する。
産業用途
さまざまな産業用途では、提示したセンサ・アーム設計の種々の構成を利用することがある。特定のセンサ・バーの特徴を構成に追加したり構成から取り除いたりすることが簡単にできるため、説明された装置への適合は、自動組立ラインの要件を満たすために簡単に対応される。たとえば、アイテム14は固定センサ・バー16の下のコンベア・ベルトを介して通過し、それによって、自動細切り刃、レーザ、回転刃、または高水圧カッターは体積、重量または価格に基づいてアイテム14を特定の部分に切断する。別法として、移動可能なセンサ・バー16は固定された一つまたは複数のアイテム14を横切ってもよく、それによって、アイテム14は、切断用にマークされるかあるいは上述の切削工具などのような用具によって切断される。いずれの場合も、ナイフ15及び後退可能なセンサ・バー16の支柱20及び22は構成から削除される。
各センサ・アームは信号処理装置300を備えているため、集中型コンピュータによる柔軟な双方向通信及び制御が多数のセンサ・アームの同時モニタリング及び操作を可能にする。
上述のセンサ・バーのその他の用途
上述のセンサ・バーは、各種オブジェクト(アイテム14)の3次元座標位置、体積、及び関連の重量を決定するために利用する低コストでコンパクトな携帯型(またはテーブルユニット)の装置として使用してもよい。そのようなデータは、入力/出力ポート58または無線通信モジュール308を介して、たとえば、建築、製図、及びCAD(コンピュータ援用製図)などのグラフィックまたはその他のデータ操作ソフトウェアプログラムに移管してもよい。上述のセンサ・バーの使用は上述のオブジェクトの切断やマーキングを伴わないため、ナイフ15及び上述のマーキング・スコアリング機構はこの具体化のために削除してもよい。
Claims (147)
- 不規則な形状を有するアイテムのいずれかの選択されたセグメントの体積に応じた数値を表示する装置であって、
前記アイテムを支持するための支持面と、
センサ・バーと、
前記アイテム上方に間隔をおいて配置された前記支持面上の前記センサ・バーを、前記センサ・バーが前記アイテム上方を通過し、前記アイテムに沿った他のいずれかの位置から選択された前記アイテムのいずれかの選択部分上方に位置するように前記センサ・バーを位置決めする支持体と、
前記センサ・バーが前記アイテムのいずれかの選択部分上方に位置される場合に、前記アイテムに沿ったいずれかの基準位置からの前記センサ・バーの変位に応じた信号を発生する変位検出装置と、
前記センサ・バーが移動され、前記アイテムの前記選択部分上方に位置すると前記センサ・バーの下を通過する前記アイテムの連続部分の断面輪郭に応じた信号を発生するセンサ装置と、
前記センサ・バーが前記アイテム上方を前記基準位置から前記アイテムの前記選択部分上方の位置に移動する場合に、前記変位検出装置及び前記センサ装置によって発生された前記信号に応答し、その信号から前記アイテムのある選択セグメントの体積を計算する信号処理装置と、
前記センサ・バーが前記アイテムの前記選択部分上方に位置した状態で、前記信号処理装置が計算した通りに前記アイテムの前記選択セグメントの前記体積に応じた数値を選択的に表示する表示器とを具備する装置。 - 請求項1に記載の装置において、前記センサ・バーの前記支持体が、個々の端部で前記センサ・バーから下方へ延びる1対の支柱を含み、各支柱が下端部を有し、前記下端部は前記支持面と接し、それにより前記面上の所定の高さに前記センサ・バーの前記支持体を提供し、前記センサ・バーに前記支持面上の前記アイテム上方を往復運動(stroke)させるようにすることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記支持面は前記センサ・バー上に位置する前記アイテムを前記センサ・バーを超えて搬送する制御可能動力搬送機を具備し、それにより前記制御可能動力搬送機による前記アイテムの移動によって前記センサ・バーが前記アイテム上方を通過することを特徴とする装置。
- 請求項2に記載の装置において、各前記支柱が、その支柱の下端部の変位に応じた信号を発生する対応する個々の変位検出装置を有し、これらの個々の変位検出装置が一緒になって前記変位検出装置を具備することを特徴とする装置。
- 請求項4に記載の装置において、前記各変位検出装置が、光ビームを前記支持面に向ける発光器と前記支持面からの光反射を受ける受光器を含む光学追跡集成部(assembly)と、前記受光器が受光した連続する画像を分析し、前記個々の支柱の変位範囲及び変位方向を決定する画像分析器とを具備することを特徴とする装置。
- 請求項4に記載の装置において、前記各変位検出装置が、前記支持面に係合し、前記対応する支柱の移動により回転される前記対応する支柱の下端部に設置されたボールと、このボールと係合し、ボールのいづれかの軸に沿った回転運動により回転するX−Y軸ローラと、各ローラの回転を検知し、それによって、各支柱の変位範囲及び変位方向に応じた信号を発生する光学エンコーダ装置を含むことを特徴とする装置。
- 請求項2に記載の装置において、前記変位検出装置が、各支柱に対応する電磁コイルと、前記支持面内にあり、各支柱の前記支持面を横断する範囲及び移動方向に応じた電気信号を発生するグリッドとを具備することを特徴とする装置。
- 請求項4に記載の装置において、前記変位検出装置が、感圧カバーを有する前記支持面を具備し、前記対応支柱が前記感圧面上に変位されると、各支柱下端部が前記感圧面に圧力を発生させるように向けられ、対応信号を生成することを特徴とする装置。
- 請求項8に記載の装置において、前記信号が前記各支柱の下端部の変位範囲及び変位方向に対応することを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ・バー用の前記各支持体が前記センサ・バーの個々の端部に接続された上端部と、前記センサ・バーの前記支持面を横断する移動のガイド用の前記支持面に対して支持される下端部を有する1対の垂直部を具備し、それにより前記センサ・バーの前記支持面上方の移動を固定軸沿いかつ固定方向への移動に制限することを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ・バー支持体が前記センサ・バーが前記支持面上をいずれの方向にも自由、かつ制限無く手動での移動を可能にすることを特徴とする装置。
- 請求項11に記載の装置において、前記センサ・バー支持体は前記センサ・バーが手動で自由に持ち上げられ前記支持面から離散されることを可能にすることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ装置が前記センサ・バーに移動可能に設置された1つのセンサと、このセンサに前記アイテムを走査させ前記センサ・バーの下を前記センサ・バーに沿って延出する前記アイテムの一部の断面輪郭に応じた信号を発生させるセンサ駆動機構とを具備する装置。
- 請求項1に記載の装置において、カッター装置と、このカッター装置を前記センサ・バー沿いに選択的に駆動させて前記センサ・バー沿いに延出する方向に前記アイテムを切断するモータとを更に含む装置。
- 請求項2に記載の装置において、前記変位検出装置が、前記2つの支柱のそれぞれに対応する個々の変位検出装置を具備することを特徴とする装置。
- 請求項15に記載の装置において、前記変位検出装置が、各支柱の前記支持面上の変位範囲及び変位方向に応じた信号を発生することを特徴とする装置。
- 請求項10に記載の装置において、前記変位検出装置が、前記支持面に沿って延出する細長い光学グリッドと、前記垂直部の1つに対しかつこの細長いグリッド上方に設置された、前記1つの垂直部が変位した際に2方向にシフトする読み取り可能なモアレ縞パターンを形成する傾斜したリーダーグリッドとを含むことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記変位検出装置が、前記センサ・バー沿いに配置された、離間し縦方向に延出可能で、それぞれ下方へバイアスされて前記支持面方向へ付勢され、その先端部が前記アイテムの上面または前記プランジャの下に位置する前記支持面と接する一連のプランジャと、対応するプランジャが延出する距離に応じた信号を発生する各プランジャ用センサとを具備し、前記信号処理装置はこれらの信号を受信し、この信号から個々のプランジャの下に位置する前記アイテムの前記支持面上のある点での前記支持面上の高さを決定し、それにより前記一連のプランジャに沿った方向に延出する前記アイテムの各連続部分の断面輪郭を決定することを特徴とする装置。
- 請求項18に記載の装置において、下方向の付勢を解消し、また前記対応するプランジャを後退させて前記支持面と前記アイテムとの接触を外すように選択的に動作可能な各プランジャに対応する個々のソレノイドを更に含む装置。
- 請求項19に記載の装置において、各プランジャ上方に位置する磁石であって、前記対応するソレノイドが磁石力を解消するために動作されるまで後退したプランジャをその位置で保持する磁石を更に含む装置。
- 請求項19に記載の装置において、前記一連のプランジャに沿った方向に延出する前記センサ・バーに取り付けられたナイフ刃であって、前記プランジャが後退された際に露出される切断刃を有するナイフ刃を更に含むことを特徴とする装置。
- 請求項18に記載の装置において、少なくとも2つの延出可能で後退可能なマーキングプランジャが前記センサ・バー上に設置され、各マーキングプランジャは、前記プランジャが延出され前記センサ・バーの移動により前記アイテムのスコアリングが可能となった場合に前記アイテムに係合する鋭利な先端部を有することを特徴とする装置。
- 請求項18に記載の装置において、少なくとも2つのマーキングプランジャを含み、それぞれが選択的に動作可能なマーカー装置を有し、前記センサ・バーの下に位置する前記アイテムの前記上面をマーキングして前記アイテムの幅方向に印を付けられたマーキングに沿って前記アイテムを切断可能にすることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ・バー上にマーキング装置を更に含み、このマーキング装置は選択的に動作可能であり、前記センサ・バーの下方及びそれに沿った線沿いに前記アイテムの前記上面をマーキングして、前記アイテム上の切断ガイドマークを提供することを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ装置が、前記センサ・バー沿いに位置する前記アイテム上の点で貫通ビームを放射し、前記アイテムの前記断面輪郭を決定する少なくとも1つのセンサを具備することを特徴とする装置。
- 請求項2に記載の装置において、前記支柱が選択的に後退可能であり、前記センサ・バー沿いに延出するように取り付けられたナイフ刃を更に含み、このナイフ刃は前記支柱が後退された際に露出される切断刃を有することを特徴とする装置。
- 請求項26に記載の装置において、前記ナイフ刃の交換を容易にするために、前記センサ・バーから直ちに脱着可能であることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ・バー上に設置され、前記センサ・バーを横断移動し、前記アイテムと選択的に係合可能で、前記センサ・バー下方でそれに沿って延出する方向にセグメントを前記アイテムから切断する切断装置を更に含む装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ装置が、前記センサ・バーが前記アイテムに沿って通過する際に到達された前記センサ・バーの各位置で前記アイテムを幅方向に走査可能な1つのセンサを含むことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ装置が、前記センサ・バー下方でそれに沿って延出する点で前記アイテムの上面に入射するようにビームを投射し、前記アイテムの上面に幅方向の入射を検知する光学発信器・受信器であり、前記入射ビームから前記光学発信器・受信器の前記発信器から前記上面上の前記点までの距離に応じた信号を発生する光学発信器・受信器を含む少なくとも1つのセンサと、前記支持面上方の前記上面点の高さをこれらの信号の分析から決定し、これらの点を通って延出する前記アイテムの一部の断面輪郭も決定する信号処理装置とを含むことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ装置が、音波を出射する音響発信器と、前記センサ・バー下方でそれに沿って配置される前記アイテムの上面上を幅方向に延出する一連の点からのこの音波の反射を検出し、前記音響発信器から前記アイテムの上面上の前記各点までの距離に応じた距離信号をそこから発生する音響受信器を有する1つ以上の音響センサと、前記支持面上方の前記上面の高さを前記距離信号から計算し、前記アイテムの上の前記点での前記アイテムの一部の断面輪郭を計算する信号処理装置と含むことを特徴とする装置。
- 請求項31に記載の装置において、周囲温度を検出し、この周囲温度に応じた信号を生成する温度センサを更に含み、前記信号処理装置が前記温度センサ信号を受信し、温度変化のすべての効果に対して前記点までの前記距離の計算を補償することを特徴とする装置。
- 請求項18に記載の装置において、各前記プランジャが、各前記プランジャの一方側に隣接する光学発信器・受信器アレイであって、各発信器が対応するプランジャの前記一方側に向かってビームを発射し、各受信器が対応するプランジャの前記一方側からの反射ビームを受光するように配置された光学発信器・受信器アレイと、前記対応するプランジャが延出する距離を前記発信器・受信器から受光した信号から決定し、それにより前記対応するプランジャが接触している前記アイテムの前記上面上の点の高さを決定できる信号処理装置とを含むことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ装置が、前記センサ・バー沿いに設置されている一連のセンサを含むことを特徴とする装置。
- 請求項34に記載の装置において、前記センサ装置が、2以上の隣接したセンサの列を含むことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記アイテムセグメントの総コストを決定するために、前記信号処理装置に伝送される特定種のアイテム用の密度と単位重量当りのコストの値を記憶したデータメモリを更に含み、前記表示器が、前記センサ・バーが前記アイテム上をそれに沿って通過する際に、前記信号処理装置で決定され、前記センサ・バー各位置で規定される各セグメントの総コストを表示することを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、各アイテムセグメントの総重量を決定するために前記信号処理装置が使用する特定のアイテム用の密度値を記憶したデータメモリを更に含み、前記表示器は、前記センサ・バーが前記アイテム上をそれに沿って通過する際に、前記信号処理装置で決定され、前記センサ・バー各位置で規定される各セグメントの総重量を表示することを特徴とする装置。
- 請求項36に記載の装置において、前記信号処理装置が使用する密度又は単位重量当りのコストの値を選択的に受信して記憶し、データを出力するためのデータ入力/出力ポートを更に含む装置。
- 請求項36に記載の装置において、データ信号を受信および送信するためのデータ入力/出力ポートを更に含む装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ・バーに設置され、前記センサ・バー方向に沿ってセグメントを前記アイテムから切断するように選択的に動作可能な縦方向に移動可能な切断刃装置を更に含む装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ・バーに設置され、セグメントを前記アイテムから切断可能な回転ブレードカッターを更に含む装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ・バー上に設置され、セグメントを前記アイテムから切断可能に制御出来るレーザ発生器を具備するカッター装置を更に含む装置。
- 請求項24に記載の装置において、前記マーキング装置が前記アイテムの上面上にマークを印字可能なインクジェットプリンタ装置を少なくとも2つ含むことを特徴とする装置。
- 請求項43に記載の装置において、前記インクジェットプリンタ装置が複数のインク色のいずれか1色で前記アイテムをマーキング可能であることを特徴とする装置。
- 請求項44に記載の装置において、前記センサ・バー上に、前記アイテムの色を検出する色センサを更に含み、前記インクジェットプリンタ装置が複数のインク色のいずれか1色を自動的に選択し、前記アイテムの前記検出された色と対照をなすインク色で前記アイテムをマーキングすることを特徴とする装置。
- 請求項24に記載の装置において、前記マーキング装置が前記センサ・バーに沿って設置された複数のマーカー装置を含み、各マーカー装置は後退可能なプランジャに設置された熱マーカーを具備し、前記センサ・バー下の前記アイテム上面上にマークを焼き付けるように選択的に動作可能であることを特徴とする装置。
- 請求項24に記載の装置において、前記マーキング装置が前記センサ・バーにより支持されたレーザスコアリングマーカーを含むことを特徴とする装置。
- 請求項24に記載の装置において、前記マーキング装置が前記アイテムのスコアリングのために後退可能なプランジャに設置された鋭利器具を含むことを特徴とする装置。
- 請求項18に記載の装置において、前記プランジャの内少なくとも2つのプランジャのそれぞれが、そこに設置され、前記アイテムの上面上にマーキングをするために選択的に動作可能なマーカー装置を有することを特徴とする装置。
- 請求項49に記載の装置において、各マーカー装置が前記対応するプランジャの鋭利な先端部を具備し、複数の延出位置のいずれかに前記対応するプランジャを固定して、前記プランジャの鋭利な先端部により圧力が前記アイテム上に及ぶようにするためのロック機構を更に含むことを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ・バーに延出可能に設置され、前記アイテムの上面上にマーキングをするように選択的に動作可能なマーカープランジャ上に設置されたマーカー装置を更に含む装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ・バーに沿って設置され、前記アイテム上面上にマーキングをするように選択的に動作可能な少なくとも2つのマーカー装置を更に含み、これらのマーカー装置は一緒になって前記アイテムを切断する際の支援として,少なくとも2つのマーキングを提供することを特徴とする装置。
- 請求項51に記載の装置において、前記マーカー装置が前記センサ・バー内に後退可能なプランジャに設置されたインクジェットプリンタ装置を具備することを特徴とする装置。
- 請求項24に記載の装置において、前記マーキング装置は、この前記マーキング装置に設置され、前記マーキング装置と前記アイテムとの接触を防止し、これによって、このアイテムからのデブリの堆積を避けるスペーサーつば(collar)を含むことを特徴とする装置。
- 請求項51に記載の装置において、前記マーカー装置が未使用時にそれを後退させてその退避状態を維持する時には前記マーカープランジャは選択的に固定されることを特徴とする装置。
- 請求項53に記載の装置において、前記インクジェットプリンタ装置が圧電インクジェットプリンタ装置を具備することを特徴とする装置。
- 請求項53に記載の装置において、前記インクジェットプリンタ装置が熱バブルインクジェットプリンタ装置を具備することを特徴とする装置。
- 請求項52に記載の装置において、各マーカー装置が前記センサ・バー上に延出可能及び後退可能に設置されることを特徴とする装置。
- 請求項51に記載の装置において、前記マーカー装置と対応し、前記アイテムと接触する延出位置とそのアイテムの完全に後退した位置とを検出するセンサを更に含む装置。
- 請求項58に記載の装置において、前記マーキング装置がその各位置から後退又は延出することを防止する選択的に動作可能なロック装置を更に含む装置。
- 請求項2に記載の装置において、前記第1の1対の支柱から横方向に離れており前記センサ・バーから下方へ延出して前記支持面と接触する第2の1対の支柱を更に含み、これにより前記センサ・バー用の四角を有する安定支持体を提供することを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ・バーの動作を選択的に制御する前記信号処理装置に接続された触覚コントロール部を有するコントローラ信号処理装置ケースを更に含む装置。
- 請求項62に記載の装置において、前記コントローラ信号処理装置ケースがアイテムセグメントコストの数値を決定する際に前記信号処理装置が使用するアイテム特性に対し数値を入力するためのキーボードを含むことを特徴とする装置。
- 請求項63に記載の装置において、アイテム密度値は前記キーボードにより前記信号処理装置のデータメモリに選択的に入力されても良いことを特徴とする装置。
- 請求項63に記載の装置において、単位重量当りのアイテムコスト値が前記キーボードにより前記信号処理装置のデータメモリに選択的に入力されることを特徴とする装置。
- 請求項62に記載の装置において、前記コントローラ信号処理装置ケースが前記センサ・バーとコントローラ信号処理装置間で信号を送信する無線リンクを含むことを特徴とする装置。
- 請求項66に記載の装置において、前記無線リンクが無線周波数送受信器を含むことを特徴とする装置。
- 請求項66に記載の装置において、前記無線リンクが赤外線通信装置を含むことを特徴とする装置。
- 請求項66に記載の装置において、前記コントローラ信号処理装置と売り場表示器、領収書プリンタ、または金銭登録機の内少なくとも1つを含む外部装置間で無線リンクを介して信号を送信するための手段を更に含む装置。
- 請求項34に記載の装置において、前記各センサが前記アイテムにおいて波ビームを出射する発信器と前記ビームの反射に応答する対応受信器とを含むことを特徴とする装置。
- 請求項34に記載の装置において、前記各センサが前記アイテムにおいて波ビームを出射する発信器を含み、前記装置が前記発信器から反射した波を検出するように配置された受信器を更に含むことを特徴とする装置。
- 請求項71に記載の装置において、最強度信号を有する前記2次元アレイの受信器が、前記アイテム上の点の高さを決定するために、前記信号処理装置に使用されることを特徴とする装置。
- 請求項70に記載の装置において、前記センサ発信器の少なくともいくつかが異なる時点で動作され、他のセンサの発信器からの反射ビームの入射に対する各センサ受信器の応答を最小にすることを特徴とする装置。
- 請求項73に記載の装置において、各種発信器の動作間に同時に2つ以上の発信器の動作の結果発生するビームの反射に対する応答を防止するのに十分な時間間隔が設けられていることを特徴とする装置。
- 請求項71に記載の装置において、前記受信器が発生する信号が処理されて、前記アイテムの上面上の点の高さを計算する際に前記信号処理装置が使用する信号を出力する発信器からのビームの反射波の入射に対し一番一致している受信器を決定することを特徴とする装置。
- 請求項34に記載の装置において、少なくとも2列のセンサが前記センサ・バーの下面に沿って設置されていることを特徴とする装置。
- 請求項71に記載の装置において、2次元アレイの受信器が前記センサ・バー上に設置された透明片に設置されていることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、手動把持可能なハンドルが前記センサ・バーの一端に固定されていることを特徴とする装置。
- 請求項62に記載の装置において、前記コントロール信号処理装置ケースが表示それに設置される表示画面であることを特徴とする装置。
- 請求項2に記載の装置において、所定角度だけ非垂直となる前記センサ・バーと支柱の傾斜を含む許容できない動作を示す警報器を更に含む装置。
- 請求項2に記載の装置において、前記センサ・バーに対し固定され、前記取り付けられた支柱とセンサ・バーの傾斜条件を示すレベル指示器を更に含む装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ・バーに設置された切断装置と、前記センサ・バーに沿ってこの切断装置を駆動する動力駆動装置とを更に含む装置。
- 請求項70に記載の装置において、各受信器は対応する発信器からオフセットしており、それ自体が監視している前記アイテム上に入射する前記ビームの画像を横方向に示す前記感位置検出器を含み、それによりこの発信器から前記出射ビームが向かう前記アイテムの上面上の入射点までの距離を三角法で決定することを可能とすることを特徴とする装置。
- 請求項30に記載の装置において、各センサの前記受信器は対応する発信器からオフセットしており、それ自体が監視している前記ビーム入射の画像の位置を決定する感位置検出器を含み、それにより前記出射ビームが投射される前記アイテムの上面上の各発信器からの入射点までの距離を決定することを可能とすることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ・バーが前記アイテム上をそれに沿って通過する際に前記表示器が前記信号処理装置により実質的に連続して更新されることを特徴とする装置。
- 請求項34に記載の装置において、前記センサのそれぞれは同時に信号を発生することを特徴とする装置。
- 不規則な形状のアイテムのいずれかの選択されたセグメントの体積に応じた数値を表示する方法であって、
支持面上に前記アイテムを置くことと、
センサ・バーを前記アイテムをクリアするのに十分な事前に設定された前記支持面上の高さに支持することと、
前記センサ・バーと前記支持面を相対的に移動させて、前記センサ・バーが前記アイテムのいずれの部分上の基準位置から前記アイテム上方をそれに沿って通過し前記アイテムの選択された他の部分上の位置に到達させ、前記基準位置と前記選択された他の部分間の前記アイテムの部分は選択セグメントを規定することと、
前記センサ・バーが前記選択部分に移動された場合に、前記センサ・バーの下を通過する前記アイテムの連続部分の断面輪郭に応じたセンサ信号を発生することと、
前記センサ・バーが前記アイテム上方をそれに沿って通過する際にそのセンサ・バーの変位を検出し、対応する検出器信号を発生することと、
前記発生されたセンサ信号と検出器信号を処理し、それから前記アイテムの前記選択セグメントの体積を計算することと、
前記選択セグメントの前記計算された体積に応じた数値を得ることと、
前記センサ・バーが前記アイテムの他のいずれかの選択部分上方の位置に到達した際に、このようにして得られた数値を表示することを含む方法。 - 請求項87に記載の方法において、前記アイテムの各連続部分の断面輪郭に応じたセンサ信号を発生することが、前記センサ・バーが前記アイテムの各部上をそれに沿って存在する複数の点を通過する際に、これら複数の点での前記支持面上方の前記アイテムの上面上の点の高さを検出することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項88に記載の方法において、前記アイテムの連続部分の断面輪郭に応じたセンサ信号を発生することが、前記センサ・バーが前記アイテム上方を通過する際に、前記センサ・バーにより搬送される一連の縦方向に移動可能なプランジャそれぞれの下面端に前記アイテムの上面を同時に係合させることと、前記センサ・バーの前記相対的な移動中に前記プランジャそれぞれの縦方向位置に応じた信号を発生することとを含むことを特徴とする方法。
- 請求項88に記載の方法において、前記アイテムの各連続分の前記上面上に沿って存在する点の高さを検出することが、前記センサ・バーが、前記センサ・バー上の一連の発信器上を通過する際に、その発信器のそれぞれから前記アイテムにビームを向けることを含むことを特徴とする方法。
- 請求項90に記載の方法において、ビームを一連の発信器のそれぞれから前記アイテムの連続部分に沿った前記アイテムに向けることが、入射ビームの反射を検出するように配置される前記センサ・バーに沿って一連の発信器を設置することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項88に記載の方法において、前記アイテムの連続部分の断面輪郭に応じた信号を発生することが、前記センサ・バーが前記アイテムの連続部分上を通過する際に、前記アイテムの連続部分それぞれで前記アイテムを幅方向にビームで走査することと、前記ビームの反射を検出し、前記センサ・バー各位置で前記アイテムの連続部分の断面輪郭を決定することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項87に記載の方法において、前記選択された他の部分上方の位置が前記センサ・バーにより到達後に、前記アイテムの上面をその一部分に沿って幅方向にマーキングし、前記アイテムをセグメントに切断する際のガイドとすることを更に含む方法。
- 請求項93に記載の方法において、前記アイテムをマーキングすることが、前記センサ・バーに1以上のインクジェットプリンタ装置を設置することを含む方法。
- 請求項93に記載の方法において、前記アイテムをマーキングすることが、前記センサ・バーに一連の加熱素子ブランディング装置を設置することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項93に記載の方法において、前記アイテムをマーキングすることが、前記センサ・バーに1以上のビームマーキング装置を設置することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項93に記載の方法において、前記アイテムをマーキングすることが、前記センサ・バーに一連の鋭利先端のマーキング装置を設置することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項88に記載の方法において、前記発生されたセンサ信号と検出器信号を処理することが、連続するセンターバーの位置で前記アイテム部それぞれの断面輪郭に応じた前記信号により固体を部分的に規定することと、前記規定された固体の体積を計算することとを含むことを特徴とする方法。
- 請求項87に記載の方法において、前記数値を決定することが、前記表示された数値がアイテムセグメントの重量に対応するように、前記計算された体積を記憶された密度ファクターと乗算することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項99に記載の方法において、前記数値を決定することが、前記数値がアイテムセグメントの価格を含むように、前記計算された重量を記憶された単位重量当りのコストファクターと乗算することを更に含むことを特徴とする方法。
- 請求項89に記載の方法において、前記センサ・バーにより搬送されるプランジャと前記アイテム上面とを係合させることが、前記上面の下に前記アイテムが不在の時には前記センサ・バーの下面に沿って離間する一連の縦方向に移動可能なプランジャを設置し、前記プランジャをバイアスしてそれを下方へ移動させて各プランジャの先端部と前記アイテムの連続部分の上面と係合させることとを含み、この方法が、前記プランジャ先端部が前記支持面又は前記アイテムの連続部分の前記上面と係合した状態で、前記センサ・バーが前記支持面に対し相対的に移動して前記アイテムの前記上面上を通過する間に各プランジャ先端部の位置に応じた信号を同時に発生する工程を更に含むことを特徴とする方法。
- 請求項101に記載の方法において、ナイフを前記センサ・バーに設置し、前記プランジャの全てを選択的に後退させて前記ナイフの刃先を露出させて前記アイテムをそれで切断することを更に含む方法。
- 請求項87に記載の方法において、ナイフ刃を前記センサ・バーに設置し、前記アイテムをそれで切断可能とすることを更に含む方法。
- 請求項87に記載の方法において、前記センサ・バーを支持することが、支柱を下方へ突出して前記支持面と係合する前記センサ・バーの一方の端部に設置し、前記センサ・バーをその支持面上に支持することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項87に記載の方法において、前記センサ・バーを支持することが、前記センサ・バーが前記テーブル上を連続する平行で整列した位置を移動する運動を制限するように、前記センサ・バーを前記支持面を規定するテーブル上に支持することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項87に記載の方法において、前記センサ・バーを前記支持面支持することが、複数対の支柱を前記センサ・バーの2つの反対端部のそれぞれに設置し、前記センサ・バーを前記支持面上に安定的に支持することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項87に記載の方法において、前記センサ・バーを支持することが、前記センサ・バーを前記支持面と平行な平面の全方向に自由に動かすことを特徴とする方法。
- 請求項107に記載の方法において、前記センサ・バーを支持することが、前記センサ・バーを前記支持面から自由に持ち上げられ取り去ることを可能にすることを特徴とする方法。
- 請求項87に記載の方法において、前記センサ・バーを前記支持面に対し相対的に移動させることは、前記アイテムを前記センサ・バー下に位置し前記支持面を具備する搬送ベルト上に搬送することを含むことを特徴とする方法。
- アイテムのいずれかの選択されたセグメントの体積に応じた数値を発生する方法であって、
支持面上に前記アイテムを置くことと、
センサ・バーを前記アイテムと隣接して支持することと、
前記センサ・バーを前記支持面に対して相対的に移動させて、前記センサ・バーが前記アイテムに沿ったいずれかの方向へ前記アイテムに沿って移動することと、
前記センサ・バーが前記アイテムと相対的に移動された場合に、前記センサ・バーを通過する前記アイテムの連続部分の断面輪郭に応じたセンサ信号を発生することと、
前記センサ・バーが前記アイテムの1つの部分上の初期基準位置から前記アイテム上方をそれに沿って通過する際にそのセンサ・バーの前記アイテムに沿った1方向の動を検出し、対応する検出器信号を発生することと、
前記発生されたセンサ信号と検出器信号を処理し、それから前記センサの前記基準位置に対応した前記1つの部分から前記アイテムに沿った前記センサ・バーの選択された他の部分のいずれかに対応する選択された他の部分まで延出する前記アイテムの部分として規定された前記アイテムの選択セグメントの体積を得ることと、
前記センサ信号と検出器信号から得た前記セグメントの体積に応じた数値を表示することとを含む方法。 - 請求項110に記載の方法において、前記センサ・バーが前記アイテムに沿って移動する際に手動で移動されることを特徴とする方法。
- アイテムのいずれかの選択されたセグメントの重量又は価格をこのアイテムを観察している購買者に表示する方法であって、
センサ装置が前記アイテムの選択された他の部分に隣接する位置に到達する際にセンサ装置が通過する前記アイテムの各連続する部分の断面輪郭に応じた信号を発生させている間に、センサ装置を前記アイテムの第1部分に隣接する基準位置から前記アイテムに沿って通過させる工程と、
前記センサ装置が前記基準位置から選択された他の部分へ前記アイテムに沿って移動する際にその変位を検知し、対応する検出器信号を発生する工程と、
前記第1部分から前記選択された他の部分に延出する前記アイテムの部分により規定される前記アイテムの前記選択セグメントの総体積を前記センサ信号と前記検出器信号より計算し、前記センサ装置が前記アイテムの前記選択された他の部分の隣接位置に来たときに前記計算された体積に応じた数値を表示し、前記購買者と同一のものを目視させる工程とを含む方法。 - 請求項112に記載の方法において、数値を表示することが前記計算された前記アイテムの前記選択セグメントの体積から得たこの選択セグメントの価格を表示することを含むことを特徴とする方法。
- アイテムのいずれかの選択されたセグメントの体積に応じた数値を表示する装置であって、
前記アイテムを支持するための支持面と、
センサ装置と、
前記センサ装置を設置するための支持体であって、前記アイテムに沿った前後方向への前記支持面に沿った相対的な移動を自由に行わせ、前記センサ装置が前記アイテムに沿った他のいずれかの位置から前記アイテムのいずれかの部分と一致するように選択的に配置される支持体と、
前記センサ装置支持体が前記アイテムのいずれかの選択部分に隣接した位置に配置される場合に、前記アイテムに沿ったいずれかの選択された基準位置からの前記センサ装置支持体の変位に応じた信号を発生する変位検出装置と、
前記センサ装置が通過し、前記選択部分に到達すると前記アイテムの連続部分の断面輪郭に応じた信号を発生する前記センサ装置と、
前記変位検出装置及び前記センサ装置によって発生された前記信号を受け取り、いずれかの基準位置と前記アイテムのいずれかの選択された部分間に規定される前記アイテムのいずれかの選択されたセグメントの体積をそれらの信号から計算する信号処理装置と、
前記センサ装置が前記アイテムの前記選択部分に隣接した位置にある状態で、前記信号処理装置が計算した通りに前記アイテムのいずれかの選択セグメントの前記体積に応じた数値を表示する表示器とを含む装置。 - アイテムのいずれかの選択されたセグメントの体積に応じた数値を表示する装置であって、
前記アイテムを支持するための支持面と、
センサ装置と、
前記センサ装置用の支持体であって、アイテムに沿いその幅方向でいずれかの方向への前記支持面上の相対的な前後動作を自由に行わせ、前記センサ装置を前記アイテムのいずれかの選択部分と一致するように手動で選択的に配置可能とする支持体と、
前記アイテムのいずれかの選択される部分と一致して位置にされる前記アイテムの選択された開始部分と一致する前記センサ装置支持体の位置からの前記センサ装置支持体の変位に応じた信号を発生する変位検出装置と、
前記センサ装置が前記選択された他の部分と一致するように配置される際に、前記センサ装置が通過する前記アイテムの連続部分の断面輪郭に応じた信号を発生する前記センサ装置と、
前記変位検出装置及び前記センサ装置によって発生された前記信号を受け取り、前記アイテムの前記選択された開始部分と前記アイテムの前記選択された他の部分間に規定される前記アイテムのある選択セグメントの体積をこれらの信号から計算する信号処理装置と、
前記センサ装置支持体が前記アイテムの前記選択された他の部分に一致する位置にある状態で、前記信号処理装置が計算した通りに、前記アイテムの選択セグメントの前記体積に応じた数値を表示する表示器とを含む装置。 - 販売されるアイテムのいずれかの選択されたセグメントの価格に応じた数値を表示する装置であって、
前記アイテムを支持するための支持面と、
センサ装置と、
前記センサ装置を設置するためのセンサ装置支持体であって、前記アイテムに沿って反対方向へ前記支持面の幅方向に自由に移動可能であり、前記センサ装置が前記アイテムに沿った他のいずれかの位置から前記アイテムのいずれかの部分と隣接するように選択的に配置されるセンサ装置支持体と、
前記センサ装置支持体が前記アイテムのいずれかの他の部分に隣接するように配置される前記アイテムの1部分に隣接するある基準位置からの前記センサ装置支持体の相対変位に応じた信号を発生する変位検出装置と、
前記センサ装置が通過する前記アイテムの連続部分の断面輪郭に応じた信号を発生する前記センサ装置と、
前記変位検出装置及び前記センサ装置によって発生された前記信号を受け取り、前記アイテムの前記1部分と前記アイテムの各その他の部分間に規定される前記アイテムの各セグメントの体積をそれらの信号から計算する信号処理装置と、
前記センサ装置が前記アイテムに沿って移動する時に、前記信号処理装置が計算した通りに前記アイテムの各セグメントの前記価格に応じた数値を実質的にかつ同時に表示する表示器を具備する装置。 - 請求項116に記載の装置において、その前記移動の動力を供給するセンサ装置支持体駆動装置を更に含む装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ・バーを前記支持面に沿って駆動するモータを更に含む装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記センサ・バー上に設置され、前記センサ・バー沿ってその下方に延出する切断刃を有するナイフ刃を更に含む装置。
- 請求項33に記載の装置において、前記信号処理装置が、前記発信器・受信器信号から前記プランジャのそれぞれが前記アイテムの上面で静止する時をも判定することを特徴とする装置。
- 請求項33に記載の装置において、前記信号処理装置が、前記発信器・受信器信号から前記プランジャのそれぞれが完全に後退する時をも判定することを特徴とする装置。
- 請求項47に記載の装置において、前記レーザマーカーをデブリから遮蔽するように動作する前記レーザースコアリングマーカー装置上にあるつばを更に含む装置。
- 請求項70に記載の装置において、各前記センサは信号を同時に発生することを特徴とする装置。
- 請求項70に記載の装置において、前記センサ発信器の動作は多重で行われることを特徴とする装置。
- 請求項71に記載の装置において、前記センサ発信器の少なくともいくつかが異なる時点で動作され、他の発信器からの反射ビームの入射に対する各受信器の応答を最小にすることを特徴とする装置。
- 請求項70に記載の装置において、前記センサ列中の連続する発信器の動作間に2つ以上の発信器の同時の動作の結果発生する反射ビームの入射に対する応答を防止するのに十分な時間間隔が設けられていることを特徴とする装置。
- アイテムのある選択されたセグメントの体積に応じた数値を表示する方法であって、
支持面上に前記アイテムを置く工程と、
センサ装置を前記支持面上方に支持し前記アイテムをクリアさせる工程と、
前記センサ装置を前記アイテムに沿ったいずれかの方向へ前記支持面に相対的に手動で移動させて、前記センサ装置を前記アイテムの基準位置の上の位置からの変位によって、前記アイテムのいずれかの選択された部分上に位置させる工程と
前記センサ装置がその上を通過した際に、前記センサ装置の下を通過する前記アイテムの連続部分の断面輪郭に応じた信号を発生する工程と、
前記センサ装置が前記アイテムに沿って連続する位置へ移動する際に、そのセンサ装置の前記アイテムの前記基準部分上方の前記位置からの変位を検出し、対応する検出器信号を発生する工程と、
前記発生されたセンサ装置信号と検出器信号を処理し、前記基準部分と前記センサ装置が通過するその連続部分間に規定される前記アイテムの各セグメントの体積をこれらの信号から計算する工程と、
各連続セグメントの計算された体積に応じた数値を得る工程と、
各連続部分に到達した際に、このようにして得られた前記数値を表示する工程とを含む方法。 - 請求項66に記載の装置において、前記コントローラ信号処理装置ケースが本装置に着脱可能に設置されることを特徴とする装置。
- 請求項44に記載の装置において、異なる種類のアイテムの色データと前記プリンター装置で利用可能な異なる色の複数のインクの色データを有するルックアップテーブルが含まれ、前記インクジェットプリンター装置は前記信号処理装置により稼働され、前記アイテム色と対照をなす色で前記アイテムをマーキングすることを特徴とする装置。
- 請求項24に記載の装置において、前記アイテムを幅方向に切断するように配置された切断装置を更に含み、前記切断装置による前記アイテムの切断をガイドする前記マーキング装置のマーキングを検出するマーキングセンサを更に含む装置。
- 請求項62に記載の装置において、前記信号処理装置に対しておよび前記信号処理装置からデータを送受するための入力/出力ポートを更に含む装置。
- 請求項112に記載の方法において、数値を表示することが前記計算された前記アイテムの前記選択セグメントの体積から得たこの選択セグメントの重量を表示することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項34に記載の装置において、前記センサのそれぞれが同時にセンサ信号を発生することを特徴とする装置。
- 請求項107に記載の装置において、前記センサ信号と検出器信号を処理して前記選択セグメントの体積を計算する際に、前記センサ・バーの後方移動が考慮されることを特徴とする装置。
- 請求項107に記載の装置において、前記センサ信号と検出器信号を処理して前記選択セグメントの体積を計算する際に、前記センサ・バーの動作方向に対する前記支持体面の平面における傾斜が考慮されることを特徴とする装置。
- 請求項107に記載の装置において、前記センサ・バーの前記アイテムを横断する移動が考慮されることを特徴とする装置。
- 請求項23に記載の装置において、各前記マーキングプランジャが、各前記プランジャの一方側に隣接する光学発信器・受信器アレイであって、各発信器は対応するプランジャの前記一方側に向かってビームを発射し、各受信器は対応するマーキングプランジャの前記一方側からの反射ビームを受光するように配置された光学発信器・受信器アレイと、前記対応するマーキングプランジャが延出する距離をこの発信器・受信器から受光した信号から決定し、それにより前記対応するマーキングプランジャが接触した前記アイテムの前記上面上の点の高さを決定できる信号処理装置とを有することを特徴とする装置。
- 請求項137に記載の装置において、前記信号処理装置が、前記発信器・受信器信号から前記マーキングプランジャのそれぞれが前記アイテムの上面で静止する時をも判定することを特徴とする装置。
- 請求項137に記載の装置において、前記信号処理装置が、前記発信器・受信器信号から前記マーキングプランジャのそれぞれが完全に後退する時をも判定することを特徴とする装置。
- 支持面上に静止しているアイテムのある選択されたセグメントの体積に応じた数値を表示する方法であって、
前記アイテムに対して選択された他の位置に到達する際に前記位置指示器が横切る前記アイテムの選択セグメントの体積を検知しながら前記アイテムに対し選択された基準位置から前記アイテムに沿って指示器を移動させることと、
前記アイテムの前記選択セグメントの前記体積に応じた数値を表示することとを含む方法。 - 請求項140に記載の方法において、前記数値が前記選択セグメントの重量を含むことを特徴とする装置。
- 請求項140に記載の方法において、前記数値が前記選択セグメントの価格を含むことを特徴とする装置。
- 請求項140に記載の方法において、前記数値が、前記指示器が前記他の位置に到達する際に実質的に同時に表示されることを特徴とする装置。
- 請求項140に記載の方法において、前記数値が、前記指示器に隣接して表示されることを特徴とする装置。
- 請求項140に記載の方法において、可動な伸長バーが前記指示器として使用されることを特徴とする装置。
- 請求項140に記載の方法において、前記アイテムの前記選択セグメントを切断することを更に含む装置。
- 請求項15に記載の装置において、各変位検出装置が前記支持面上の各支柱の変位に応じた信号を発生することを特徴とする装置。
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