TW201332874A - 以聲音為基礎之損壞偵測 - Google Patents

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Thomas G Middleton
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David M Schaertel
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Abstract

本發明揭示一種文件處置裝置，其具有用於使一文件移動穿過其間之一文件輸送路徑。鄰近該輸送之一單個偵測器偵測該輸送路徑中之一進紙錯誤指示。一處理系統處理該指示且若決定一進紙錯誤，則發出一終止信號。

Description

以聲音為基礎之損壞偵測
本發明引導至偵測一文件處置裝置中之進紙錯誤之器件及方法。特定言之，本發明引導至僅利用一偵測器及音波處理來偵測文件卡住之器件及方法。
文件掃描器饋送及輸送紙文件通過一個或多個成像子系統以產生表示原件之數位影像檔案。已描述若干系統，其等當文件或若干文件由饋送及輸送程序損壞、起皺、撕裂或以別的方式變形(本文稱作一「進紙錯誤」)時，使用音頻頻率麥克風偵測過量或唯一聲音能量，該能量由正被輸送之文件產生。經由音頻頻率聲音之處理，將此等聲音與機構之正常聲音區分。該等聲音被量化、與一臨限值(其為可調整)相比較且接著用於立即停止饋送及/或輸送機構以防止或實質上限制對文件之損壞。
鑒於文件輸送設計內之驅動滾筒及其他感測器之位置，併入用於接收音頻資訊(通常在1 KHz.至10 KHz.之範圍中)之多個器件表示一成本損失及一封裝挑戰兩者。
本發明實施僅基於一接收器件(在一較佳實施例中，一駐極體麥克風)之以聲音為基礎之損壞偵測來節省成本且啟用空間可係極為珍貴之紙輸送系統中之實體放置。
駐極體麥克風在一寬頻率範圍操作且能夠偵測與文件損壞相關聯之聲音圖案。在用一放大器緩衝信號之後，針對 損壞偵測對聲音能量濾波。由於藉由類比轉數位取樣程序之頻率頻疊，重要的是在不相關頻率通行至損壞偵測子系統之前濾波出不相關頻率。此頻疊導致落至由損壞偵測演算法考慮到之頻率範圍中之拍頻。在轉換為數位樣本之後，聲音經進一步濾波以區別與一進紙錯誤相關聯之聲音與文件輸送之正常聲音。
此外，已發現在一順應安裝座或橡膠隔離器中安裝聲音偵測器件(麥克風)幫助減少非希望的聲音、噪音及振動從掃描器機構傳導至麥克風中。聲音偵測器件之電輸出振幅可要求麥克風輸出之額外放大。
本發明之一較佳實施例包括一種紙張處置裝置，其具有：一輸送路徑；一器件，其經調適以使一第一紙張與複數個堆疊之紙張分開且將該第一紙張饋送至該輸送路徑中；僅一偵測器，其定位於該輸送路徑附近以偵測指示在該輸送路徑中該第一紙張被損壞之一進紙錯誤情形；及一處理系統，其耦合至該偵測器且經調適以接收且處理來自該偵測器之信號並且經組態以決定該輸送路徑中之該進紙錯誤且回應於該決定終止饋送紙張。該偵測器包括使用一順應噪音隔離材料安裝至該裝置中之一麥克風。計算該數位音頻資料之一能量位準以決定該進紙錯誤。
本發明之另一較佳實施例包括一種物件處理裝置，其具有：一輸送路徑，其用於複數個物件；一饋送器器件，其用於將該等物件之個別者饋送至該輸送路徑中；僅一音頻偵測器，其定位於該輸送路徑中以偵測該輸送路徑中之一 進紙錯誤情形；及一處理系統，其耦合至該偵測器以處理來自該偵測器之信號並且經組態以回應於來自該偵測器之該等信號終止處理。計算來自該偵測器之該等信號之一能量位準以決定該等信號是否超出一能量臨限值，藉此指示該進紙錯誤情形。耦合至該偵測器之一轉換器將信號轉換為數位資料訊框，其中處理系統計數指示該進紙錯誤情形之該等資料訊框之數量。若超出該能量臨限值之該等資料訊框之數量超出一預選數量，則發出一終止信號。
本發明之另一較佳實施例包括藉由以下之一種用於饋送紙張之方法：推進一紙張使其穿過一紙張輸送路徑；鄰近該輸送路徑僅提供一音頻接收器；處理由該音頻接收器偵測之音頻資料及回應於決定該音頻資料中之一進紙錯誤終止饋送紙張，其包含計算該音頻資料之一能量位準。使用一噪音隔離順應材料鄰近該輸送路徑安裝該音頻接收器。
本發明之另一較佳實施例包括藉由以下之一種決定一物件處理裝置中之一進紙錯誤之方法：在該物件處理裝置中僅放置一麥克風；將一物件饋送至該物件處理裝置中；產生及收集來自由該麥克風偵測之類比聲音之聲音之數位資料訊框；處理該等收集之資料訊框以決定該進紙錯誤，包含減少一錯誤進紙錯誤決定之一概率，其藉由累積收集之資料訊框之數量，及若收集之資料訊框之數量超出一預選量，則減少一敏感性設定。收集之資料訊框之數量表示文件已行進之一距離。計算該等資料訊框之一能量位準且將其與每個資料訊框之一卡住臨限值相比較。該卡住臨限值 根據該敏感性設定決定。在決定一當前資料訊框之能量位準超出其臨限值後旋即打開一卡住計數視窗。該卡住計數視窗累積一卡住計數，其計數超出資料訊框之臨限值的資料訊框之數量。在該卡住計數視窗打開時，若該卡住計數到達一預選卡住計數限制，則發出一卡住信號。若已處理之該等訊框之總數量超出一卡住計數視窗大小，則關閉該卡住計數視窗且將卡住計數重設為零。
本發明之另一較佳實施例包括藉由以下之一種處理物件之方法：於一輸入托盤中固持待處理之複數個物件；使用經組態以將該等物件之一第一者與該複數個物件分開之一器件將該等物件之該第一者饋送至一物件處理裝置中；僅使用一麥克風收集聲音資料；處理該聲音資料且決定該聲音資料是否指示一進紙錯誤，且若是，則終止處理該等物件。
應注意，在本專利申請案，僅依據用於代表性較佳實施例之一掃描器描述較佳實施例。本發明並未受到如此限制，且藉此期望術語「掃描器」之使用指稱任何文件或紙運送機器。當連同以下描述及附圖考慮時，將更好地瞭解及理解本發明之此等及其他態樣及目標。然而，應理解，雖然以下描述指示本發明之較佳實施例及其許多特殊細節，但是藉由繪示且並非限制而給定。例如，以上概要描述並不意味著描述其等之元件係不可互換之個別分開之實施例。事實上，如關於一特定實施例描述之許多元件可與其他描述之實施例之元件一起使用且可能與該等元件互 換。在不脫離本發明之精神下，可在本發明之範疇內進行許多改變及修改，且本發明包含所有此等修改。並不期望關於相對大小、角關係或相對位置之任何精確比例或關於一實際實施方案之可互換性、代替或表示法之任何組合關係繪製以下圖。
參考圖1，藉由推進滾筒101將文件103向前移動至由滾筒105之接觸產生之饋送及分開夾中。未展示固持文件之一堆疊之一標準輸入托盤，其中推進滾筒經組態以使文件之第一者與堆疊分開。藉由饋送機構滾筒105之選擇性旋轉一次將一文件循序進一步推入至輸送滾筒107中。最終，文件輸送至一成像站或若干成像站以轉換為一數位影像。藉由文件之實體輸送透過輸送產生之聲音能量亦藉由接收器111轉換為一電信號。此聲音能量可為包含掃描器自身之特性的文件之正常、未受損壞輸送之特性，或可含有經歷因饋送及/或輸送程序之損壞的一文件之聲音特性。來自麥克風111之電信號表示與文件輸送相關聯之聲音。此信號運送至稍後描述之放大器及信號調節區塊115。
參考圖2A至圖2C，來自麥克風211之電信號表示接收之所有聲音，包含與文件輸送相關聯之較低頻率聲音，潛在包含與文件損壞相關聯之該等聲音。此複合信號運送至放大器及信號調節區塊215且繪示於圖2A中之頻域中。信號調節電子設備使用圖2B中之帶通濾波器使包含潛在損壞之 聲音的與文件輸送相關聯之相對較低頻率信號分開，該帶通濾波器容許分別近似100 Hz至10 KHz之範圍中之F1之下限與F2之上限之間之頻率通過，同時使較高頻率聲音大大衰減。此濾波器之輸出展示於圖2C中。由圖2B及圖2C繪示之帶通濾波器之輸出通行至一類比轉數位轉換器，該類比轉數位轉換器接收類比音頻資料且將此等轉換為數位資料訊框，如下文描述。
參考圖3，麥克風311之輸出被放大且在頻域中濾波。放大器及濾波器區塊305之輸出含有主要與文件輸送相關聯之信號，包含與文件輸送時之可能損壞相關聯之信號。此等信號由類比轉數位轉換器309轉換為一數位表示法且接著至文件損壞處理器313，該文件損壞處理器313作出聲音信號是否表示被損壞之一文件之聲音信號之一決定。當饋送機構接合時，處理器313從掃描器控制器接收信號315。此準備損壞偵測處理器313且起始稍後將描述之偵測演算法。若偵測到與文件損壞相關聯之聲音具有足夠能量且在時序視窗內(如下文描述)，則來自處理器313之一輸出317發送至掃描器控制器，該掃描器控制器繼而快速停止輸送及饋送機構以限制對有問題之文件之損壞。
損壞偵測演算法
損壞偵測處理器決定何時發生由於進紙錯誤、起皺、釘書針、黏合或其他因素之文件損壞且在一非常簡短之時間間隔中停止文件輸送馬達及饋送機構以防止對文件之進一步損壞。文件損壞偵測演算法使用區分由進入一文件掃描 器之一正常文件作出之聲音與由於一卡住而起皺之一文件之聲音的想法。對於作此辨別之一系統，重要的是忽略或以某種方式隔離掃描器之背景聲音與來自文件之聲音。背景聲音來自掃描器之各種移動部件。移動部件包含(但不限於)輸送馬達、輸送滾筒、饋送器機構及可能之冷卻風扇。此等掃描器背景聲音通常為週期性且相對於被損壞之文件之聲音，其等具有低頻率分量。
另一方面，來自一起皺或損壞文件之聲音係時域中之一短持續時間信號且具有散佈於頻域中之一寬範圍之頻率分量。此外，正被掃描之一潔淨文件之聲音通常具有與一起皺文件之頻率重疊之頻率。因此，演算法可藉由運算音頻信號之能量藉由看著如圖4中所示之F5與F6之間之一頻帶來偵測一卡住文件，其中F5係近似1 KHz.之範圍中之背景噪音/潔淨文件之上頻率限制，且其中F6係近似4 KHz.之範圍中之一卡住文件之上頻率。截止頻率F5經選擇，使得來自掃描器之不同移動部件之所有背景聲音及與一潔淨文件相關聯之聲音實質上或可偵測地低於此截止頻率(如下文所示)。此截止頻率選擇可基於正常操作期間從掃描器收集及記錄之測試資料。
參考圖5，當啟用饋送器機構時501，一文件開始進入掃描器之輸送。損壞偵測處理器使用在此點產生之一傳達之饋送啟用信號以決定何時開始取樣麥克風。用於卡住偵測之演算法使用一以訊框為基礎之處理技術。系統收集經數位化麥克風資料且處理每訊框由N個樣本(例如，通常近似 50個樣本)組成之固定資料集或訊框中之資料502。演算法接收麥克風資料之多個訊框且接著將決定資料是否指示一文件卡住(將在下文描述)。資料之此等訊框係非重疊且每個訊框由近似音頻資料之一毫秒持續時間組成。
隨著文件之後緣進入文件輸送且通過滾筒105之間之接觸夾處之饋送點，文件之後緣可發出在音頻信號中產生一尖銳脈衝之一啪嗒聲音。為了減少對後緣之錯誤卡住偵測之概率，需要執行一額外檢查503以決定關於文件之前緣在何處擷取麥克風訊框。此藉由保持追蹤自從確立饋送器機構啟用信號已處理多少訊框及當前訊框數量是否已超過敏感性切換點(SSP)來完成。藉由可安全地輸送之最短文件之長度規定敏感性切換點。對於短文件，後緣將更早地經過饋送點，並且因此係需要切換至一較低敏感性且避免錯誤卡住偵測之限制性案例。橫過SSP之所計數之訊框數量等同於輸送最短文件使得後緣通過饋送點之時間。
若訊框計數大於敏感性切換點505，則麥克風之當前訊框易受此後緣錯誤偵測之影響且在一稍後階段中使用低敏感性設定507以決定是否已發生一文件卡住。若訊框計數未超過SSP 509，則將使用高敏感性設定511。
接下來藉由發送經數位化資料使其穿過具有如先前圖4中描述之下截止頻率F5及上截止頻率F6之一帶通濾波器513來處理麥克風輸出資料之每個訊框。
接下來將一個1D中值濾波器應用於資料訊框515以幫助區別表現斷續性高峰值之僅僅起皺之一文件相對於具有相 對較連續高振幅值之被損壞之程序中的一文件之間的音頻特性。組合所有之中值濾波器、能量臨限值計算及卡住計數視窗累積以區別僅僅起皺之文件與輸送期間損壞之文件。
在中值濾波器之後，計算資料之麥克風訊框之能量517。用以下方程式計算資料之訊框之能量，其中N表示一訊框內之資料樣本之數量，且mic data 係與每個個別經數位化音頻樣本之一聲音強度關聯之一數字。
若在啟用饋送器機構之後立即擷取麥克風訊框520，則演算法藉由將能量位準強制為零521而完全忽略此等訊框。舉例而言，忽略之訊框之數量約為三十個。此防止演算法錯誤地將饋送器機構噪音偵測為一潛在卡住。否則522，對照取決於如先前在503中決定之吾等係在低還是高敏感性模式而變化之一敏感性臨限值比較來自517之能量計算523。當訊框之能量位準高於Energy_Threshold時524，偵測一潛在起皺文件。當此發生時，若先前未起始一卡住計數視窗，則演算法起始一卡住計數視窗且增加卡住計數變數525。此視窗定義在發出一實際卡住偵測信號之前某些最小數量之訊框之能量位準必須超出Energy_Threshold之訊框之一區塊。若卡住計數超出JamCount_Threshold 527，則斷言卡住信號529且演算法終止541。否則，若卡住計數低於JamCount_Threshold 543， 則演算法等待資料之下一個訊框。
若此特定資料訊框之能量位準低於Energy_Threshold 533，則演算法增加卡住計數視窗內之當前位置(假設已在一更早期訊框發生一卡住(卡住計數>0)且一卡住計數視窗打開)535。
若由超出能量臨限值之一先前訊框打開一卡住計數視窗，且在卡住計數超出JamCount_Threshold之前，當前訊框位置計數到達固定視窗大小之末端537，則視窗關閉且卡住計數重設為零539且演算法等待資料之下一個訊框551。否則549，演算法等待資料之下一個訊框551。
在圖7中，「卡住#1」表示能量位準超出Energy_Threshold且卡住計數視窗打開之第一訊框。隨著處理每個進一步訊框，更新視窗內之當前位置。卡住偵測#N表示在視窗關閉之前卡住計數超出JamCount_Threshold之訊框。
參考圖6，此時序圖表示行進穿過掃描器之一單個文件。當使饋送機構啟用信號從主掃描器控制器通行601至損壞偵測處理器時，著手損壞偵測演算法。利用延遲週期603以避免由於與饋送機構及進入紙輸送之一文件相關聯之聲音之錯誤卡住偵測。在此延遲之末端605，演算法開始主動尋找與文件損壞相關聯之聲音信號資料。以區域607中之高敏感性處理文件之初始部分直至存在由於文件之後緣之錯誤損壞偵測之風險。在此點609處，敏感性下降至此文件之剩餘部分之較低敏感性611直至到達613文件 之末端且演算法終止直至饋送下一個文件。
101‧‧‧滾筒
103‧‧‧文件
105‧‧‧滾筒
107‧‧‧滾筒
111‧‧‧麥克風
115‧‧‧信號調節器
211‧‧‧電路
215‧‧‧電路
301‧‧‧控制器
303‧‧‧文件
305‧‧‧電路
309‧‧‧轉換器
311‧‧‧麥克風
313‧‧‧處理器
315‧‧‧信號
317‧‧‧信號
501‧‧‧步驟
502‧‧‧步驟
503‧‧‧步驟
505‧‧‧分支
507‧‧‧步驟
509‧‧‧分支
511‧‧‧步驟
513‧‧‧步驟
515‧‧‧步驟
517‧‧‧步驟
519‧‧‧步驟
520‧‧‧分支
521‧‧‧步驟
522‧‧‧分支
523‧‧‧步驟
524‧‧‧分支
525‧‧‧步驟
527‧‧‧分支
529‧‧‧步驟
533‧‧‧分支
535‧‧‧步驟
537‧‧‧步驟
539‧‧‧步驟
541‧‧‧結束
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圖1繪示一文件饋送及輸送路徑。
圖2A至圖2C繪示頻域帶通濾波。
圖3繪示一音波處理電路。
圖4繪示用於偵測文件損壞之一切合頻域。
圖5繪示用於實施本發明之一演算法之一流程圖。
圖6繪示用於處理文件進紙錯誤之一時序圖。
圖7表示能量位準超出Energy_Threshold之第一訊框。
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Claims (19)

  1. 一種紙張處置裝置，其包括：一輸送路徑；一器件，其經調適以使一第一紙張與複數個堆疊之紙張分開且將該第一紙張饋送至該輸送路徑中；僅一偵測器，其定位於該輸送路徑附近以偵測指示在該輸送路徑中該第一紙張被損壞之一進紙錯誤情形；及一處理系統，其耦合至該偵測器且經調適以接收且處理來自該偵測器之信號，該處理系統經組態以決定該輸送路徑中之該進紙錯誤且回應於該決定終止饋送紙張。
  2. 如請求項1之裝置，其中該偵測器包括一麥克風。
  3. 如請求項2之裝置，其中該偵測器進一步包括由一順應噪音隔離材料製成之一安裝座。
  4. 如請求項1之裝置，其中該處理系統經進一步組態以計算該數位音頻資料之一能量位準以決定該進紙錯誤。
  5. 一種用於處理複數個物件之物件處理裝置，其包括：一輸送路徑，其用於該複數個物件；一饋送器器件，其用於將該等物件之個別者饋送至該輸送路徑中；僅一音頻偵測器，其定位於該輸送路徑中以偵測該輸送路徑中之一進紙錯誤情形；及一處理系統，其耦合至該偵測器以接收且處理來自該偵測器之信號，該處理系統經組態以回應於來自該偵測器之該等信號終止處理該複數個物件。
  6. 如請求項5之裝置，其進一步包括用於計算來自該偵測器之該等信號之一能量位準以決定該等信號是否超出一能量臨限值藉此指示該進紙錯誤情形之構件。
  7. 如請求項6之裝置，其進一步包括：一轉換器，其耦合至該偵測器以用於將來自該偵測器之該等信號轉換為由該處理系統接收之數位資料訊框；及用於計數指示該進紙錯誤情形之該等資料訊框之數量的構件。
  8. 如請求項7之裝置，其進一步包括：用於回應於用於計數之該構件發出一終止信號之構件，其中在超出該能量臨限值之資料訊框之該數量超出一預選數量後旋即觸發用於發出一終止信號之該構件。
  9. 一種用於饋送紙張之方法，其包括：推進一紙張使其穿過一紙張輸送路徑；鄰近該輸送路徑僅提供一音頻接收器；處理由該音頻接收器偵測之音頻資料，在該推進步驟期間偵測該音頻資料；決定該音頻資料中之一進紙錯誤；及回應於該決定步驟終止饋送紙張。
  10. 如請求項9之方法，其進一步包括計算該音頻資料之一能量位準。
  11. 如請求項9之方法，其進一步包括使用一噪音隔離順應材料鄰近該輸送路徑安裝該音頻接收器。
  12. 一種決定一物件處理裝置中之一進紙錯誤之方法，其包 括：在該物件處理裝置中僅放置一麥克風；將一物件饋送至該物件處理裝置中；產生及收集由該麥克風偵測之聲音之資料訊框；處理該等收集之資料訊框以決定該進紙錯誤；及減少一錯誤進紙錯誤決定之一概率，包含：累積收集之資料訊框之數量；及若收集之資料訊框之該數量超出一預選量，則減少一敏感性設定。
  13. 如請求項12之方法，其進一步包括計算該等資料訊框之一能量位準且將每個資料訊框之該計算之能量位準與對應於每個資料訊框之一卡住臨限值相比較，每個資料訊框之該卡住臨限值根據該敏感性設定決定。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包括在決定一當前資料訊框之該計算之能量位準超出其卡住臨限值後旋即打開一卡住計數視窗，該卡住計數視窗用於累積一卡住計數，該卡住計數用於計數超出資料訊框之對應卡住臨限值的資料訊框之數量。
  15. 如請求項14之方法，其進一步包括在該卡住計數視窗打開時，若該卡住計數到達一預選卡住計數限制，則發出一卡住信號。
  16. 如請求項15之方法，其進一步包括計數已處理之訊框之總數量且若已處理之訊框之該總數量超出一卡住計數視窗大小，則關閉該卡住計數視窗。
  17. 如請求項14之方法，其進一步包括：計數已處理之訊框之總數量且若已處理之訊框之該總數量超出一卡住計數視窗大小，則關閉該卡住計數視窗，包含在關閉該卡住計數視窗後旋即將該卡住計數重設為零；及在該卡住計數視窗打開時，若該卡住計數到達一預選卡住計數限制，則發出一卡住信號。
  18. 如請求項12之方法，其進一步包括繞過複數個初始收集之資料訊框，包含用零值覆寫該複數個初始收集之資料訊框中之該資料。
  19. 一種處理物件之方法，其包括：固持待處理之複數個之該等物件；使用經組態以將該等物件之一第一者與該複數個之該等物件分開之一器件將該等物件之該第一者饋送至一物件處理裝置中；僅使用一麥克風收集由該饋送步驟產生之聲音資料；處理由該饋送步驟產生之該收集之聲音資料；回應於該處理步驟決定由該饋送步驟產生之該收集之聲音資料指示一進紙錯誤；及回應於該決定步驟終止處理該等物件。
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