用成角度横向传感器阵列条检测片材偏斜、横向和推移位置的制作方法

专利名称：用成角度横向传感器阵列条检测片材偏斜、横向和推移位置的制作方法
技术领域：
本文在实施例中公开的是一种用于采用以非垂直角度横穿片材路径定向的细长多光检测器阵列、比如低成本成像条自动地准确检测移动片材(例如在打印机的纸张路径中移动的打印媒体片材)的定位、尤其是偏斜的改进系统。从对应于可能是片材前沿和/或后沿和/或片材角的片材不同部分的在不同时间和光检测器阵列上不同位置的检测的来自光检测器阵列的电子信息进行的计算可用来控制可在片材推移方向和/或横向上提供部分片材旋转和/或其它片材位置校正的关联的自动片材偏斜消除和/或配准系统。
背景技术：
作为背景，各种类型的打印媒体片材偏斜消除系统是本领域已知的。以下共同拥有的专利公开作为一些实例来说明，以及通过引用结合以在某种程度上可用于背景或其它附加信息，或者在所谓的“TELER”或“ELER”片材偏斜消除和/或边配准系统上的备选设备是2003年6月10日由Lloyd A.Williams等人发布的美国专利No.6575458(2003年1月30日公布的美国公布No.20030020231)(代理人档案号A1351)；以及2002年9月6日由Douglas K.Herrmann提交的美国专利申请No.10/237362(2004年3月11日公布的美国公布No.20040046313)(代理人档案号A1602)。各种“ELER”系统只进行偏斜和推移方向位置校正，而没有片材边移位横向配准。后者可分开进行或者完全不进行。当前改进适用于这两者，并且不限于任一个。在或者ELER或者TELER系统中，初始或输入片材偏斜及位置可采用一对前沿传感器来测量，然后两个或两个以上ELER或TELER驱动辊(具有两个独立驱动的、间隔开的内侧和外侧压印块(nip))可用于通过开环控制系统以已知方式来校正偏斜和推移方向位置。一些ELER系统将一个伺服电机用于推移方向校正，以及将另一个电机(例如步进电机)用于偏斜校正的差动驱动，如以上所述的Xerox Corp.的美国专利号6575458和6535268中以不同方式所述。但是，如所述技术中所示，还存在具有独立驱动两个横向间隔开的驱动压印块中每一个、用于推移方向配准和片材偏斜配准的分开的伺服或步进电机的先有ELER系统。本改进也适用于那些系统。
存在其它已知类型的片材偏斜消除系统，包括现在所说的“AGILE”系统。通过引用结合的一些实例是2001年1月16日授予Paul N.Richards等人的Xerox Corp.的US 6173952 B1(及其中所述的技术)，1998年8月11日授予W.Milillo的US 5794176；1997年10月14日授予Lloyd A.Williams等人的5678159；1990年11月20日授予Lofthus的4971304；1992年10月20日授予G.Roller的5156391；1992年1月7日授予S.Moore的5078384；1992年3月10日授予D.Kamprath等人的5094442；1993年6月15日授予M.Malachowski等人的5219159；1992年12月8日授予S.Wenthe的5169140；1994年1月11日授予D.Kamprath等人的5278624；以及1997年12月16日授予V.Castelli等人的5697608。
各种光学片材前沿和片材侧沿位置检测传感器是已知的，它们可用作这类自动片材偏斜消除和配准系统中的初始片材偏斜检测系统。其中的多种在以上结合的参考文献以及其中所述的其它参考文献中被公开，例如1997年10月14日授予Lloyd A.Williams等人的上述美国专利号5678159以及授予V.R.Castelli等人的5697608。
特别指出的是1999年3月30日授予V.R.Castelli等人的美国专利No.5887996。这个专利讲授测量横向、推移和偏斜位置的短横向(与推移方向垂直)传感器阵列。但是，这种传感器没有成角度，以及沿媒体的侧沿而不是从前沿来测量偏斜。那种方法及系统的一个弱点在于，直至片材前沿已经在推移方向上超出这个传感器某个距离之后才获得这种偏斜信息，这对于特定配准校正系统可能太迟。

发明内容
本文所公开的具体实施例的一个具体特征是提供一种用于自动提供电子片材定位信息的片材定位检测方法，包括在片材路径上相对于多个光检测器阵列条来移动所述片材，以便通过激活与所述片材的定位对应的所述多个光检测器阵列条的所述光检测器子集来提供电信号，所述多个光检测器阵列条以非垂直角度横穿所述片材路径成角度地安装，使得多个光检测器的所述阵列条的不同所述光检测器子集通过在所述片材在所述片材路径上相对于所述成角度安装的多个光检测器阵列条的所述移动中与不同时间间隔对应的不同片材位置上的所述片材的前沿被激活以从中提供电信号，以便通过所述多个光检测器阵列条的所述光检测器子集的所述激活来提供电信号，从而提供与所述片材的定位对应的信息。


图1是示范片材配准感测系统的一个实例的示意顶视图，说明输入偏斜片材位置，它由传统固定成对驱动压印块在推移方向上向传统可变压印块驱动偏斜消除和配准系统向下游驱动，但是为了说明的简明，此图中没有示出主题配准传感器阵列条；图2与图1相同，但进一步说明其中的示范配准传感器阵列条的示范位置，移动片材表示为刚好在片材沿推移方向馈送足够远以覆盖并激活这个示范配准传感器阵列条的光检测器像素的任一个之前与之相对的位置；图3与图2相同，但其中的片材已经被在推移方向上馈送另一个小差值，即进一步馈送一个小的已知时间段，在另一个片材位置，配准传感器阵列条的上像素的一部分这时被覆盖或重叠，因而被移动片材激活；图4是在第二时间间隔之后，其中的配准传感器阵列条的更多像素被相同的移动片材覆盖；图5是图1-4的片材配准感测系统中的所述片材的示范偏斜计算的对应几何图，其中具有在不同时间来自配准传感器阵列条的不同覆盖像素的电子信息；图6与图5相似，说明片材偏斜计算中的另一个步骤；图7和图8是从不同时间来自配准传感器阵列条的不同覆盖像素的相同电子信息对片材推移位置的示范计算的简化几何说明；以及图9是从不同时间来自配准传感器阵列条的不同覆盖像素的相同电子信息对片材横向位置的示范计算的简化几何说明。
具体实施例方式
现在参照附图更详细地描述示范实施例，在图2-4中，说明这种片材配准检测系统20以及它的多个像素配准传感器阵列条22的一个实例，以及说明它可怎样理想地结合到例如图1所示的各种片材配准系统。
图1是示范片材配准系统10的一个传统实例的示意顶视图，说明如推移移动方向箭头15所示，当片材在纸张路径推移方向上由传统上游固定成对片材驱动压印块14A、14B向下游驱动时，输入偏斜片材12的位置。15在这里也是纸张路径中心线。示范输入片材12的偏斜角“b”表示这个特定片材12偏离推移方向15的角度，它无疑随片材不同而改变。为了说明的清晰，这个角度“b”在这里说明性地夸大，因为大部分打印系统中的大多数输入片材通常具有更难以准确测量的小得多的初始偏斜。片材12的中心线12A在这里表示为延伸到片材前沿12B的中心点12C的虚线。片材12在这里在推移方向15上向传统下游成对的相对可变速片材馈送压印块18A、18B向下游驱动，它们在这个实例中(采用电机或多个电机M和控制器100)提供用于片材偏斜消除和推移方向配准的配准系统10，如以上结合的专利实例中以不同方式更全面所述。TELER专利实例还表明，通过在横向移动方向18C上补偿两个压印块18A和18B的横向位移，还可由系统10提供横向片材配准。但是，在这样一种示范的先有技术配准系统10中，如在这里以虚线表示的16A、16B之类的两个横向间隔的独立传感器通常用于仅测量片材前沿上的两点处的输入片材偏斜，以及如上所述，通常需要分开的横向片材位置传感器。为了说明的清晰，本文进一步论述的示范配准传感器阵列条22在图1中未示出。
作为另一个背景，如上述及其它技术中讲授的那样，要执行大多数打印媒体片材配准方法及设备控制，需要关于推移、横向和偏斜方向中部分或全部上的初始媒体(输入片材)位置或定位的准确先验知识。如上所述，用于确定这类输入(或推移中)片材位置的传统策略采用传感器的两个不同集合和位置。在横向上分开已知距离的一对点(小面积)片材边沿传感器常用来检测输入片材偏斜和推移方向位置、如以上的16A和16B。输入片材偏斜量“b”可通过传感器16A、16B的起动时间、即片材前沿12C通过每个相应传感器16A、16B时的相应时间之间的差值来计算。片材前沿12C的推移方向(纸张路径移动方向)位置可通过这两个前沿传感器16A、16B的起动时间的平均值来计算。另外，分开的横向线性多传感器阵列(在纸张路径的一侧垂直于它的一部分)可用于片材侧沿检测来确定片材的横向初始位置。这个横向位置传感器可预先定位在标称输入媒体侧沿位置，从而覆盖预计输入片材横向位置误差范围，或者可能足够长，从而覆盖要馈送的所有媒体的侧沿范围可变性范围(它对于侧面配准片材路径比对于处理不同宽度的片材的中心配准片材馈送路径更容易)。
相反，这个实施例的系统20及方法可采用单静止线性多传感器阵列22来测量媒体推移、横向及偏斜位置。如果传感器阵列22比媒体更宽，则还可测量片材尺寸。如果传感器阵列22宽到足以跨越所有媒体宽度的一个横向边沿，则即使对于中心配准而不是侧面配准片材路径，也不要求成角度的传感器阵列22的任何重新定位。可采用更短的条，而无需在侧面配准片材路径中重新定位。在任一情况中，足够的条22将暴露于媒体的前沿，以便收集前沿的至少两个部分快照，如以下的计算中所述。
所公开的实施例可理想地采用现有低成本大批量生产的市场出售的成像条。也就是说，例如文档扫描仪中使用的和/或以下结合所述的专利及其它部分所述的全文档宽度彩色成像(图像传感器)条。这类成像条已经是市场有售的，其长度足以用于其数字图像扫描的各种文档宽度的至少短边馈送全宽度阵列扫描。因此，它们是可用的，其长度足以延伸跨过可用纸张路径，足以用于各种不同标准媒体宽度的配准边沿检测，因为它的细小角度在这里没有明显改变它们横穿片材路径的尺寸。但是，如上所述，本文所使用的阵列条22不需要是全宽度阵列，允许设计用于短边沿馈送的条在长边沿馈送媒体路径中的使用，并且还允许具有比阵列更宽的短边沿的媒体的使用。如附图的实例和下面的计算所示，用作片材前沿偏斜和其它配准标记检测器的成像条22不需要完全延伸跨过片材路径或者片材12的整个宽度。在中心配准片材路径系统(如这个实例中所示)中，成角度条22可能仅从一个最大片材大小横向边沿位置延伸到实质上超出最小宽度片材的同一侧横向边沿。
但是，本文所公开的实施例可采用由具有光检测器的多个较短结合图像条芯片制作的这种现有低成本全宽度阵列成像条。与这类半导体彩色或单色成像条或其分段及其操作或电路相关的专利的一些实例包括通过引用结合的US5859421、6166832和6181442。如这类专利及其它部分所述，这类成像条可由多个邻接的单独芯片构成，其中的每个具有多个极小且接近地分隔的光感应单元。对于是否检测到照明目标，数据可从这许多成像条单元、像素或光感应单元(这些术语在本文中可互换使用)中收集。但是，在这种情况中，而是将那个电子信息用于片材边沿位置检测。信号可按照数字方式或者以模拟形式来使用。后者可能例如用来通过提供多于二进制信息来增加与光单元不同距离的片材的感测范围。来自这类成像条的三个不同的彩色光源的照明还可有选择地被组合或使用。
只作为另一个背景所述的是1998年9月15日授权的XeroxCorporation的U.S.5808297；1996年8月6日授权的U.S.5543838；1996年8月27日授权的U.S.5550653；1997年2月18日授权的U.S.5604362；以及1996年5月21日授权的U.S.5519514。一种分光光度计应用是2003年9月16日授予Jagdish C.Tandon和Lingappa K.Mestha的标题为“用于彩色打印机色彩控制系统的基于彩色成像条的分光光度计”的Xerox Corp.的U.S.专利No.6621576 B2。
在本系统实施例20中，这种数据可在两个或两个以上“快照”中从在成像条的任何部分上检测片材12的前沿12B(和/或后沿)的任何部分的时段中分开的已知时间差的成像条22输出信号来收集。例如在这里由图3和图4之间的片材12位置的差异来表示。这从具有实质像素计数的已知条22位置以及这些“快照”或“时标”之间的大像素位置差(由于条22的高DPI)提供大量光感应单元(像素)信号。通过这种电子信息，片材偏斜角度或定位以及片材推移方向位置可直接以电子方式来计算，例如通过以下在图5和图6中提供的实例进行。
但是，本实施例不一定限于采用这类彩色成像条22。可能能够采用更低分辨率和更低成本的市场有售的黑白传真文档扫描条。或者，甚至可能具有一些缺陷像素的部分缺陷(制造不合格品)成像条。这不是文档成像系统。
重要的是，传感器阵列条22与横向至少稍微成角度，理想地按照实质上比任何预计输入片材偏斜的前沿角度“b”更大的角度“a”来进行。也就是说，这个配准传感器阵列条22不是像所有上述片材配准传感器那样按照传统方式垂直于推移方向15来安装。例如，提供50mrad(.050弧度)的角度“a”。这个角度“a”不是关键的，而是已知角度。
这种横向延伸但成角度的传感器阵列22不只是像上述横向传感器阵列那样测量片材横向位移。特别是，片材偏斜被检测和计算。在这种情况中，这可通过比较传感器阵列的长度、例如由媒体的前沿正通过这个成角度传感器阵列时其连续定时读数之间的不同方式偏斜的媒体所覆盖的成角度传感器阵列的多个可变数量的传感器像素来进行。因此，即使片材偏斜的小角度(实质上垂直于片材前沿或后沿)也可精确测量。推移位置可通过内插传感器读数的时标以便计算媒体的前沿通过媒体中心线与传感器轴线的相交点的时间来确定。横向位置可采用在前沿通过传感器之后立即覆盖的传感器的长度来计算。
现在来看附图以及特定打印机的一个具体实例，假定打印机具有范围从105mm到320mm的打印媒体宽度，具有每秒0.5米的最大媒体速度。假定最坏输入媒体失配准为7mm最大横向失配准以及25毫弧度的最大片材偏斜角度“b”。假定这个实例中的多光检测器传感器阵列条22为216mm长的600dpi接触成像传感器(CIS)，它对各像素输出模拟输出流以完成一行读数，以及可每1.5ms完成一行读数。假定采用这种条22长度以及横穿纸张路径或推移方向的条22的50mrad角度，对于这个特定纸张路径，条外端横向伸出中心线15 51mm(小于中心线15的那一侧上的片材12尺寸)，以及条的其余部分在中心线15的内部延伸165mm。
现在来看图5和图6，术语定义及以下计算为A＝传感器偏斜角度b＝前沿媒体偏斜角度L1＝在时间T1的覆盖像素的长度L2＝在时间T2的覆盖像素的长度V＝前沿的平均推移方向速度X＝推移方向
Y＝横向V＝片材前沿的平均推移方向速度DL＝L2-L1DY＝反射到y轴的覆盖像素的长度变化DX＝反射到x轴的覆盖像素的长度变化Dt＝T2-T1[图3和图4的位置上两个不同的片材前沿12B“快照”时间之间的差，例如，它在图5中还由两个虚线之间的差表示。]d＝Dt中覆盖的推移方向距离d＝V*Dt对于图6的偏斜位置计算根据“a”和DL来建立“b”的关系DX＝d+DY*tan(b)＝DL*sin(a)对于小角度a和b，上式可简化为d+DY*b＝DL*a确定DYDY＝DL*cos a由于a小(对于a＝50mrad，cos a＝0.999)DY＝DL所以这时d+DL*b＝DL*ab＝(DL*a-d)/DLb＝a-d/DLb＝a-V*Dt/DL与图6有关的偏斜位置示例计算，假定b＝a-V*Dt/DLV＝1.0mm/msDt＝1.5msA＝.050弧度DL＝50mmb＝.025弧度
DL＝30mmb＝.000弧度DL＝20mmb＝-.025弧度图7和图8的推移位置计算片材推移位置可计算为片材前沿通过传感器阵列与媒体路径中心的相交点的时间。
术语定义Tp＝推移位置时间T(n)＝刚好在前沿通过相交点之前的测量的时间T(n+1)＝刚好在前沿通过相交点之后的测量的时间Z＝超出X轴的传感器的长度。
图8线性内插Tp＝[(Z-L(n))*T(n+1)+(L(n+1)-Z)*T(n)]/[L(n+1)-L(n)]对于图9的横向位置计算片材横向位置“Y”[例如，它可用来控制片材配准系统10的横向移动18C]可在前沿完全通过传感器条22之后立即直接对片材的侧沿进行计算。
DL可被监测，以便确定前沿完成通过传感器条的时间前沿的DL(min)＝20mm(1m/s，Dt＝1.5ms)侧沿的DL(max)＝0.04mm(所以，DL的变化应当易于辨别。)Ly＝在检测到DL的变化之后立即覆盖的传感器的长度W＝媒体宽度所以Y＝W/2-cosine(a)*(Ly-Z)通过以上计算或其备选方案中的任一个或全部所得到的片材推移位置信息可用于通过在配准系统10的压印块18A、18B中对片材加速或减速，或者采用以上所述的其它配准系统的任一种对片材进行偏斜消除和/或横向配准，将片材推移位置校正到预期位置。
大家会理解，以上公开的各种及其它特征和功能或者其备选方案可理想地结合到许多其它不同的系统或应用中。因此，其中的各种当前未预料或未预计的备选方案、修改、变更或改进也可由本领域的技术人员来进行，它们也要由以下权利要求包含。
权利要求
1.一种用于从在片材路径中移动的打印媒体片材的移动前沿自动提供所述打印媒体片材的电子片材偏斜及其它片材定位信息的片材定位测量系统，其中，所述打印媒体片材在所述片材路径中以已知速度基本上线性地移动，具有相对于所述移动片材片材路径的有限范围的初始片材偏斜角度，所述片材定位测量系统还包括光检测器阵列条，相对于所述移动片材片材路径以大于所述有限范围的初始片材偏斜角度的偏斜角度偏斜地安装，所述光检测器阵列条具有在所述移动片材片材路径的基本横向部分上横向延伸的多个接近定位的光检测器的基本线性阵列，从沿着在至少两个分开的时间间隔检测相对于所述光检测器阵列条的所述移动片材前沿的至少一部分的所述光检测器阵列条的所述多个光检测器的不同定位的子集提供电信号，沿所述光检测器阵列条的所述光检测器的所述子集从其中在所述至少两个分开的时间间隔上在所述移动片材前沿相对于所述光检测器阵列条的至少两个不同的所述片材前沿位置上提供不同电信号，以及电子片材定位计算系统，可操作地连接到所述光检测器阵列条以接收来自所述光检测器阵列条的所述不同电信号，所述电子片材定位计算系统在所述片材路径中相对于所述光检测器阵列条移动的单个所述片材的移动中在所述至少两个不同的分开的时间间隔从所述多个光检测器的所述不同子集读取所述不同电信号，并从其中计算所述片材路径中的所述片材的偏斜和至少一个其它定位。
2.如权利要求1所述的片材定位测量系统，其特征在于，所述光检测器阵列条延伸到在所述片材路径中移动的所述打印媒体片材的至少一个最大横向尺寸之外，以便采用所述光检测器来检测在所述片材路径中移动的所述片材的至少一个角，以及所述电子片材定位计算系统还可从其中计算所述片材路径中的所述片材的横向侧位。
3.如权利要求1所述的片材定位测量系统，其特征在于，所述光检测器阵列条延伸到在所述片材路径中移动的所述打印媒体片材的两个最大横向尺寸之外，所述电子片材定位计算系统还可从其中计算所述片材的所述横向尺寸。
4.一种用于从在片材路径中移动的打印媒体片材的移动前沿自动提供所述打印媒体片材的电子片材偏斜及其它片材定位信息的片材定位测量方法，其中所述打印媒体片材在所述片材路径中以已知速度基本上线性地移动，其中光检测器阵列条相对于所述移动片材片材路径偏斜地安装，所述光检测器阵列条具有在所述移动片材片材路径的基本上横向部分上横向延伸的多个接近定位的光检测器的延伸线性阵列，包括从沿着在至少两个不同的分开的时间间隔检测相对于所述光检测器阵列条的所述移动片材前沿的至少一部分的所述光检测器阵列条延伸的所述多个光检测器的不同子集提供不同电信号，所述至少两个不同的分开的时间间隔对应于单个移动片材前沿相对于所述光检测器阵列条的至少两个不同的分开的所述片材前沿位置，以及通过从其中计算所述单个片材的偏斜和至少一个其它定位，从在所述片材路径中相对于所述光检测器阵列条的所述单个片材的移动中在所述至少两个不同的分开的时间间隔来自所述多个光检测器的所述不同子集的来自所述光检测器阵列条的所述不同电信号来执行电子片材定位计算，以及采用在附加的所述分开的时间间隔来自所述光检测器阵列条的所述不同电信号为在所述片材路径中移动的后续所述片材重复所述电子片材定位计算。
5.如权利要求4所述的片材定位测量系统，其特征在于，还包括采用所述光检测器阵列条来检测片材角，并从其中计算所述片材路径中的所述片材的横向位置。
6.如权利要求4所述的片材定位测量方法，其特征在于，所述片材的所述至少一个其它所计算定位是在所述片材路径中的所述片材的所述移动方向上所述片材的所述前沿相对于所述光检测器阵列条的位置。
全文摘要
通过在片材路径中移动片材经过多个光检测器阵列条以提供对应于初始片材定位的电信号来自动提供电子片材定位信息，其中，这个光检测器阵列条以非垂直角度横穿片材路径成角度地安装，使得光检测器的不同定位的子集可通过不同片材移动位置的片材的前沿来激活。这些信号可在不同的时间间隔进行比较并且以电子方式适当分析，以便提供片材偏斜、推移和横向定位信息，它们可用来自动控制片材配准校正系统、例如用于打印机。
文档编号B41J29/38GK1881096SQ200610091
公开日2006年12月20日 申请日期2006年6月12日 优先权日2005年6月13日
发明者D·C·帕克, J·B·詹森 申请人:施乐公司