幅材檢測校準系統(tǒng)及相關方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了使用來自校準的點傳感器的數(shù)據(jù)、使用基于頻譜的分析來校準幅材檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。
【專利說明】幅材檢測校準系統(tǒng)及相關方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本專利申請涉及美國專利申請N0.12/133,487 (現(xiàn)為美國專利N0.7，773，226)和美國專利申請N0.12/786,975 (現(xiàn)為美國專利N0.7，957，000)，兩者的名稱均為“WebInspection Calibration System and Related Methods”(幅材檢測校準系統(tǒng)及相關方法)。
【背景技術】
[0003]某些幅材屬性適合于光學檢測。這些屬性或者是可直接觀察的(如透射率或者如刮痕或其他外觀缺陷之類的偏差)，或者是與某個可光學觀察的屬性充分相關以致可測量的。例如，對于非織造幅材，與可光學觀察屬性相關但不可直接觀察的屬性為其隔熱能力，所述隔熱能力通常是利用導熱率來測定的?？赏ㄟ^監(jiān)測從已知溫度梯度的一端到另一端的熱流率來測定幅材的導熱率，但這種測定難以用于在線生產型環(huán)境中。然而，如果幅材的構造為透光提供條件，則其導熱率可能與透過它并且進入一系列光學傳感器的光的亮度相關。因此，可利用透過幅材的光的光學信號，并通過已知的光學感測技術來指示幅材的導熱率，前提條件是所述光學信號可被校準到導熱率單位。導熱率僅為可通過光學檢測技術來測定的屬性之一例。舉例來說，其他屬性例如包括表面粗糙度、熱擴散率、孔隙度、結晶度和厚度，舉例來說，以及如光密度、透射率、反射率和雙折射率的光學屬性。
[0004]定量檢測方法(以及等級較低的定性檢測方法)的問題在于構成幅材檢測系統(tǒng)的一個或多個傳感器的校準，以能夠產生以被校準到某個已知標準的誤差范圍之內的測量單位給出的關于所關注幅材屬性的數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內容】

[0005]本文公開了用于校準幅材檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。更具體地說，公開了用于實時、在線校準幅材檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。通常，這些系統(tǒng)和方法涉及來自幅材檢測系統(tǒng)的幅材上游(或幅材下游)的傳感器的使用，所述傳感器被構造成以校準單位來精確地測定所關注的幅材屬性。由該傳感器提供的信息被轉變?yōu)轭l域(使用傅里葉變換或類似方式)，所述頻域對于由幅材檢測系統(tǒng)(例如攝像機)提供的信息未加改變。提供了所關注的頻率范圍，并且為該頻率范圍創(chuàng)建了相關模型。該校準模型然后被用來使幅材檢測系統(tǒng)的(在頻率范圍內的)校準常數(shù)能夠被實時或接近實時地算出，最常出現(xiàn)的情況是無需中斷幅材的正常制造過程。在各個實施例中，此校準系統(tǒng)可以不需要與幅材檢測系統(tǒng)校準的傳統(tǒng)方法相關聯(lián)的停機時間或資源密集測試。而且，通過使用本文所公開的系統(tǒng)和方法，幅材檢測系統(tǒng)可被構造為以工程單位提供有關幅材屬性的定量信息。在一些實施例中，定量信息可用來比較不同生產線上的幅材加工的屬性、或比較多個幅材檢測系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)、或分析同一幅材檢測系統(tǒng)在單次或多次運行上的性能。
【專利附圖】

【附圖說明】[0006]圖1為校準系統(tǒng)的示意圖。
[0007]圖2為構成定量成像系統(tǒng)的功能模塊的示意圖。
[0008]圖3a為示出可用于在時間域內校準幅材檢測系統(tǒng)的高級過程的流程圖。
[0009]圖3b為示出可用于在頻域內校準幅材檢測系統(tǒng)的高級過程的流程圖。
[0010]圖4為具有裝于橫向幅材轉移裝置上的傳感器的校準系統(tǒng)的示意圖。
[0011]圖5為校準系統(tǒng)的示意圖，其中幅材檢測系統(tǒng)包括兩個行掃描攝像機。
[0012]圖6a和6b為示出頻譜分析中涉及的各種參數(shù)的圖線。
[0013]圖7為示出頻譜分析的三種圖線和高級過程視圖的圖形。
【具體實施方式】
[0014]幅材檢測系統(tǒng)包括一些定量和定性實施例。定量檢測系統(tǒng)可產生關于被校準到已知標準的單位內(例如工程單位內)的幅材屬性的檢測信息。這是與定性檢測系統(tǒng)相對比，所述定性檢測系統(tǒng)注重于幅材屬性隨時間推移的相對變化。定性檢測系統(tǒng)或許足以識別表示特定加工缺陷(諸如顫痕、模痕、斑點和其他典型的非均勻性)的信號模式。然而，由于定性檢測系統(tǒng)不依賴于絕對目標值或校準過程，因此它們不能產生可再現(xiàn)度量標準(或一套度量標準)，其可用來讓操作員對幅材加工是否處于控制下或者對于加工的改變是否已經(jīng)從一道加工到下一道加工減少了幅材的非均勻程度的情況進行跟蹤。
[0015]必須定期地校準用于檢測基于幅材的產品的傳感器和成像系統(tǒng)。具體的校準計劃表取決于諸如被檢測的幅材類型以及受檢測的所關注幅材屬性這樣的項目。另外，作業(yè)環(huán)境中的環(huán)境條件(溫度、濕度和粉塵量等)以及生產和維護安排會使檢測系統(tǒng)偏離校準值，因此需要每隔幾天、幾小時或可能更頻繁地進行校準。對用于幅材檢測的光學感測設備進行校準的方法一般歸屬于若干類別中的一種或多種。
[0016]首先，用于校準幅材檢測系統(tǒng)的“離線”方法需要在幅材檢測系統(tǒng)暴露于已知樣品或已知樣品集時記錄由該系統(tǒng)產生的信號(光學或其他信號)。就光學檢測系統(tǒng)而言，該方法經(jīng)常通過將一系列樣品布置在檢測系統(tǒng)的光路內(有可能在多個位置上)來完成。這種離線方法要求將正常的幅材加工或生產中斷，同時樣品被置于通常由幅材占據(jù)的位置內。這種離線方法的一種改型是將幅材檢測系統(tǒng)(包括照明裝置)移至離開幅材的位置，通常為鄰近生產線且在幅材路徑之外，其中可記錄與標準樣品相關聯(lián)的感測響應，并因此可校準幅材檢測系統(tǒng)。校準后，將幅材檢測系統(tǒng)恢復到其幅材檢測位置。雖然檢測系統(tǒng)在離線校準時可進行幅材加工，但如果沒有第二檢測系統(tǒng)(該系統(tǒng)價格昂貴)存在，則這種處理可能不受控制。
[0017]第二方法試圖在正常幅材生產進行的同時獲取校準數(shù)據(jù)，即用所生產的幅材來獲得校準數(shù)據(jù)，盡管有仍然未知的屬性。為了如此進行，檢測系統(tǒng)記錄得自幅材的第一部分的數(shù)據(jù)，所述幅材的位置或者被標出或者以其他方式為幅材搬運系統(tǒng)所知。當幅材的第一部分到達卷繞機時，其通常作為“卷端”樣品從幅材的剩余部分切下，并送往質量管理實驗室。如果可獲得精確的位置信息以允許當樣品通過檢測站時使樣品上的位置與檢測系統(tǒng)所存儲的數(shù)據(jù)對準，則可使用離線質量管理儀器來為檢測系統(tǒng)提供校準數(shù)據(jù)。這種方法是資源密集的，要求謹慎注意樣品對準以獲得良好的數(shù)據(jù)，并且在樣品開始通過檢測站的時點和校準成為可用的時點之間有相當大的延遲。[0018]第三種方法涉及上述兩種方法的某種組合。例如，可以將已知樣品布置在正常的幅材路徑的邊緣之外，但位于檢測系統(tǒng)觀察到的區(qū)域之內。這在產品仍然運行的同時為最外側的傳感器元件提供持續(xù)進行的校準數(shù)據(jù)。然而，將校準值傳送到正常幅材(其屬性未知)上的幅材檢測系統(tǒng)傳感器需要知道內部傳感器元件的響應和外部傳感器元件的響應之間的關系，并且這些響應必須在所有時間彼此保持固定。在另一個實例中，一些校準樣品被暴露于檢測系統(tǒng)觀察區(qū)域的各個部分，從而給幅材的未知屬性上附加已知的偏置。這對于在校準期間幅材的統(tǒng)計變化施加了一些限制，并且也改變了檢測系統(tǒng)可能必須工作的范圍。
[0019]上述方法所需的檢測系統(tǒng)的多點校準是耗時的，并且可能需要相對大量的操作人員、對自動校準系統(tǒng)的大筆投資或者這兩者都需要。而且，對于構成檢測系統(tǒng)(例如，用于向攝像機提供照明的光源的強度分布或激光掃描器中的光源和接收光學部件之間的對齊)的組成部分作出的改變，使得(一些)進一步的校準成為必要。
[0020]圖1示出了幅材處理系統(tǒng)W6中的校準系統(tǒng)的一個實施例的示意圖。幅材處理系統(tǒng)W6可以為任何用于制造、轉換、加工或檢測幅材Wl的幅材處理系統(tǒng)。幅材Wl可以為任何顯著寬于其能夠經(jīng)受自動檢測的厚度的材料。例如，幅材Wl可為光學薄膜、電池薄膜材料、紙張、一種織造材料、一種非織造材料、研磨材料、微結構化薄膜、多層薄膜、復合膜、印刷和圖案化的幅材、箔或板材產品(如軋制鋼材)。幅材Wl可具有一個或多個涂層，比如濕涂層。另外，幅材Wl可以是為由多個片模制形成的或模制到幅材上而形成的幅材。
[0021]將幅材Wl從左向右移動，這可能作為制造或轉換過程的一部分。傳感器W2顯示為設置在幅材檢測系統(tǒng)W3的幅材上游，但其也可以設置在幅材檢測系統(tǒng)W3的幅材下游。在一個實施例中，傳感器W2甚至可以被設置成使得能夠接收來自與幅材檢測系統(tǒng)W3相同的幅材區(qū)域的信號。在這種實施例中，可針對從幅材區(qū)域發(fā)出的信號使用一個或多個分束器(前提條件是傳感器W2和幅材檢測系統(tǒng)W3兩者均基于光學信號)。
[0022]在一個實施例中，傳感器W2是單讀出傳感器，其被構造成接收從幅材Wl的單通道W4發(fā)射的檢測信號，然后產生表示此響應的信號。傳感器W2可為任何類型的傳感器，例如，其可為光學傳感器(對(例如)可見光、紫外線、紅外線或近紅外線敏感，或使用太赫茲成像技術)、或被構造成接收某種類型的電磁輻射的傳感器、或被構造成接收聲波的傳感器。傳感器W2被校準為可按校準單位精確地測定幅材Wl的屬性。傳感器W2不必為單點傳感器，但向下述幅材檢測系統(tǒng)的校準傳送使用單數(shù)據(jù)流。在傳感器W2不是單點傳感器時，可以通過將來自構成傳感器W2的若干相鄰感測元件(攝像機的像素、電容式傳感元件等等)的信號平均來獲得單數(shù)據(jù)流。然而，對于構成傳感器W2的傳感元件的數(shù)量沒有嚴格的限制，傳感器W2中的元件越多，則確保它們都被校準到相對于彼此相同的響應就變得越困難。
[0023]在一個實施例中，幅材檢測系統(tǒng)W3為行掃描攝像機，其至少接收關聯(lián)于與單輸出傳感器W2相同的單通道W4以及除通道W4之外的通道的檢測信號。行掃描攝像機相對便宜和普遍，但如本文所述的相同或類似的校準技術和系統(tǒng)能夠適應其他類型的檢測系統(tǒng)。例如，除了行掃描攝像機，幅材檢測系統(tǒng)W3也可包括激光掃描器、時延積分攝像機、區(qū)域掃描攝像機、其他陣列傳感器或這些系統(tǒng)的某種組合。幅材檢測系統(tǒng)W3可從小于全寬的幅材Wl的寬度中接收信號。
[0024]傳感器W2定期地相對于已知標準進行校準。傳感器W2校準的時間安排取決于傳感器漂離校準的傾向性和特定的幅材加工環(huán)境所要求的公差。例如，用作傳感器W2的光密度計可被構造成可測定幅材在特定波長帶內的透光率，但是當光源老化時，其光譜輸出和/或功率電平可能會改變以至于影響來自傳感器的數(shù)據(jù)的精度?？墒褂靡阎臉藴驶驑藴始瘉矶ㄆ诘貦z測這種傳感器的響應來修正這種漂移。
[0025]與諸如行掃描攝像機之類的幅材檢測系統(tǒng)的校準相比，傳感器W2的校準相當瑣碎，在一個實施例中這種校準通過將單輸出傳感器擺離生產線來接收已知標準或標準集的信號而實現(xiàn)。也可以選擇，在接近生產線的質量管理實驗室用已知技術來校準傳感器W2。作為另一種選擇，可將傳感器W2送至制造商或供應商的實驗室或者送至甚至諸如國家標準與技術研究院(National Institute of Standards and Technology)之類的實驗室來校準。在傳感器W2的校準期間，幅材檢測系統(tǒng)W3可繼續(xù)以先前校準的狀態(tài)來檢測幅材。在一些情況下，最好給幅材輸送系統(tǒng)W6配置多個(2個、3個或甚至更多個)單輸出傳感器,使得在任何給定時間至少有一個在線并從在通道W4中通過的幅材接收信號，并使得在任何一個其他單輸出傳感器被離線校準的同時至少有一個單輸出傳感器接收校準信號(反之亦然)。
[0026]在一個實施例中，傳感器W2被構造成用于測定與幅材檢測系統(tǒng)W3相同的屬性。例如，在一個實施例中，傳感器W2和幅材檢測系統(tǒng)W3這二者均可被構造成響應人眼可見范圍內的檢測信號(在這種情況下為光)。然而，作為另外一種選擇，幅材檢測W3可被構造成用于測定與由傳感器W2測定的屬性不同但是與其強相關的屬性。強相關屬性的一個例子是，其中傳感器W2通過超聲換能器來測定幅材的厚度，而幅材檢測系統(tǒng)W3為對于可見光譜中的光敏感的行掃描攝像機。與可見光譜中的光強相關的幅材屬性的另一個例子為上文所述的導熱率(至少在一些情況下)。
[0027]定量成像系統(tǒng)W5可以是具有存儲器和中央處理單元(其接收來自傳感器W2和幅材檢測系統(tǒng)W3的輸入并分析該輸入以應用，或在一些實施例中確定，幅材檢測系統(tǒng)W3的校準模型)的專用或通用計算機。校準模型是一個或多個限定數(shù)學關系的數(shù)值或算法，所述數(shù)學關系用于將來自幅材檢測系統(tǒng)W3的輸出信號從原始數(shù)據(jù)轉變?yōu)樾蕟挝?。本文將描述兩個一般的校準模型。第一個校準模型為“傳感器-檢測系統(tǒng)校準模型”，其限定了傳感器W2和與傳感器W2相同的通道W4相關的檢測系統(tǒng)W3的一部分之間的數(shù)學關系。第二個校準模型為“橫向幅材校準模型”，其限定了構成檢測系統(tǒng)W3的橫向幅材觀察區(qū)域的通道之間的數(shù)學關系。
[0028]定量成像系統(tǒng)5通過下述方式來確定橫向幅材校準模型:處理與通道W4 (該通道被校準到點傳感器W2并經(jīng)由該傳感器校準到檢測系統(tǒng)校準模型)相關的數(shù)據(jù)集和與除通道W4之外的一個或多個通道相關的數(shù)據(jù)集以及用于描述檢測系統(tǒng)的橫向幅材信號分布的數(shù)據(jù)。
[0029]定量成像系統(tǒng)W5在圖1中示為單個系統(tǒng)，但在一些替代實施例中，它可以由多個共同聯(lián)網(wǎng)的或單獨自立的計算機構成，所述計算機執(zhí)行支持本文所述的校準技術的各種軟件算法。
[0030]圖2為示出一個示例性實施例中的構成定量成像系統(tǒng)W5的功能模塊的示意圖。圖2是相對于一組分立的功能模塊來描述的，但本領域內的技術人員將會理解本描述僅用于說明性目的，具有相同或類似功能的系統(tǒng)可通過多種方式來構建。圖2中示出的功能模塊各自可與任一其他模塊通信；這些模塊中的任何一個可用硬件或軟件或者它們的某種組合實現(xiàn)。用戶Pl為幅材檢測系統(tǒng)W5的任何用戶。用戶Pl可為負責對幅材Wl進行質量控制的人工操作員。用戶Pl主要通過鍵盤、鼠標以及某種顯示器(圖2中均未示出)與定量成像系統(tǒng)W5交互。用戶接口模塊P5可在顯示器上生成圖形用戶界面或命令行型界面，這使得用戶Pl既可向定量成像系統(tǒng)W5提供信息，也可接收來自定量成像系統(tǒng)W5的信息。在一個實施例中，用戶接口模塊P5通過訪問由操作系統(tǒng)(例如通過美國華盛頓州雷德蒙德市的微軟公司(Microsoft Corporation, Redmond, Washington)以商品名 “Windows” 上市的一種操作系統(tǒng))提供的功能而在顯示器上生成窗口?？赏瑯拥厥褂闷渌僮飨到y(tǒng)。用戶接口模塊P5依次提供并接收來自其他功能模塊的數(shù)據(jù)和命令。對于自動化幅材加工控制或幅材監(jiān)測系統(tǒng)，可存在其他接口(圖2中未示出)。
[0031]輸入/輸出模塊P9與傳感器W2和幅材檢測系統(tǒng)W3連接。輸入/輸出模塊P9接收來自傳感器W2和幅材檢測系統(tǒng)W3的數(shù)據(jù)流。在一個示例性實施例中，根據(jù)定量成像系統(tǒng)W5的特定實施方式，輸入/輸出模塊P9還向傳感器W2和/或幅材檢測系統(tǒng)W3提供命令和控制信息。例如，在本公開的其他位置描述了在其上附連傳感器W2，使得傳感器W2可橫向幅材移動的橫向幅材傳送裝置的實施例。在這樣的實施例中，輸入/輸出模塊P9可提供指示這種橫向幅材移動的控制信號。另外，輸入/輸出模塊P9可提供其他信息以總體上控制傳感器W2或幅材檢測系統(tǒng)W3。由輸入/輸出模塊P9接收的輸入可直接提供給其他模塊或保存在數(shù)據(jù)庫P8中以用于后續(xù)分析。
[0032]數(shù)據(jù)庫P8為在計算機存儲器(例如隨機存取存儲器或硬盤驅動器或它們的某種組合)中實現(xiàn)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。其可僅為計算機存儲器、平面文件或(例如)由美國華盛頓州雷德蒙德市的微軟公司(Microsoft Corporation, Redmond, Washington)以商品名 “SQLServer"上市的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫P8管理構成定量成像系統(tǒng)W5的任何功能模塊的數(shù)據(jù)存儲需求。從傳感器W2和幅材檢測系統(tǒng)W3發(fā)出的數(shù)據(jù)流以及構成校準模型的數(shù)據(jù)可存儲在數(shù)據(jù)庫P8中。
[0033]幅材檢測系統(tǒng)控制模塊P7經(jīng)由輸入/輸出模塊P9向幅材檢測系統(tǒng)W3提供命令和控制信號。由幅材檢測系統(tǒng)控制模塊P7支持的具體功能主要取決于由選用于實施的具體幅材檢測系統(tǒng)W3提供的命令和控制接口。例如，可構成幅材檢測系統(tǒng)W3的一些行掃描攝像機具有應用程序編程接口，以支持特定的一組功能；這種功能將存在于圖2中的幅材檢測系統(tǒng)控制模塊P7內。如果幅材檢測系統(tǒng)W3有需要進行轉換的輸出(例如，需要轉換為單位的原始電壓)，則在幅材檢測系統(tǒng)控制模塊P7中實現(xiàn)轉換手段。
[0034]經(jīng)必要的變更后，傳感器控制模塊P6之于傳感器控制模塊P6的關系正如幅材檢測系統(tǒng)控制模塊P7之于幅材檢測系統(tǒng)W3的關系。
[0035]傳感器至檢測系統(tǒng)校準模塊P4分析來自傳感器W2(經(jīng)由輸入/輸出模塊P9提供并且可能存儲在數(shù)據(jù)庫P8中)和幅材檢測系統(tǒng)W3的數(shù)據(jù)，并且建立傳感器至檢測系統(tǒng)校準模型，使得關聯(lián)于與傳感器W2相同的橫向幅材通道的、來自幅材檢測系統(tǒng)W3的輸出被轉換為傳感器W2的輸出的校準單位。下面提供此轉換的實例。
[0036]橫向幅材校準模塊P3確定(如果需要)并應用由傳感器至檢測系統(tǒng)校準模塊P4向由幅材檢測系統(tǒng)W3檢測的幅材Wl的其他通道提供的校準模型，使得來自構成檢測系統(tǒng)W3的觀察區(qū)域的所有通道的數(shù)據(jù)相對于通道W3進行校準。下面提供這種校準的一些實例。[0037]參照圖2描述的功能模塊可具有與其一般屬性一致但在本公開中未述及的其他功能。通常，定量成像系統(tǒng)W5中存在不與圖2中列出的功能模塊明確地相關的、在其他部分描述的功能。例如，定量成像系統(tǒng)W5中通常有將從傳感器W2和幅材檢測系統(tǒng)W3發(fā)出的信號對準的功能。
[0038]現(xiàn)在將對圖3a和圖3b進行描述。它們總共描述了兩種校準幅材檢測系統(tǒng)的方法，前者基于在時間域或幅材下游空間域內將通道同步，而后者基于在頻域內開發(fā)校準模型。
[0039]圖3a是示出可用于校準在圖1中所示的幅材檢測系統(tǒng)W3的高級過程的流程圖。從傳感器W2接收第一信號響應，在此實例中所述傳感器位于幅材檢測系統(tǒng)W3的幅材上游偵牝并且與幅材線W4的特定“通道”相關(F1)。在圖3 (a和b)的上下文中，該通道應當被稱為通道X。幅材檢測系統(tǒng)W3可檢測幅材的整個寬度(或其某些部分)(即，接收來自幅材的整個寬度或其某些部分的信號)，但至少檢測通道X(F2)。來自幅材檢測系統(tǒng)W3的、與通道X相關的信號在圖3中稱為第二信號響應。將第一信號響應與第二信號響應同步(F3)，使得來自單輸出傳感器W2和幅材檢測系統(tǒng)W3的通道X部分的信號代表幅材Wl的相同區(qū)域。如果單輸出傳感器W2和幅材檢測系統(tǒng)W3之間的距離以及幅材的速度是已知的，則同步可通過確定某點沿著幅材Wl從單輸出傳感器W2到達幅材檢測系統(tǒng)W3所消耗的時間而實現(xiàn)?？墒褂迷摃r間延遲來定義偏移，然后可將該偏移應用到從傳感器W2或幅材檢測系統(tǒng)W3發(fā)出的各自的數(shù)據(jù)流，從而對所述數(shù)據(jù)流進行時間同步。作為另外一種選擇，可使用一個或多個編碼器觸發(fā)對來自傳感器W2和檢測陣列W3的點進行采樣。所述一個或多個編碼器在幅材的固定空間間隔處而不是固定時間間隔處觸發(fā)數(shù)據(jù)采集，使得所述兩個數(shù)據(jù)集在空間上同步。
[0040]當偏移值不能通過測量(或計算)傳感器和幅材檢測系統(tǒng)之間的時間延遲來確定時，可使用數(shù)據(jù)分析技術(例如互相關)確定將從傳感器W2和幅材檢測系統(tǒng)W3發(fā)出的數(shù)據(jù)流時間同步所必需的偏移值 。如果來自傳感器W2和幅材檢測系統(tǒng)W3通道X部分的數(shù)據(jù)流是相似的，使得線性互相關方法足以確定數(shù)據(jù)集之間的不一致，則這些技術是可行的。在一些情況下，將來自鄰近幅材檢測系統(tǒng)W3通道X的傳感元件的數(shù)據(jù)流與來自傳感器W2的數(shù)據(jù)流進行比較，從而為通道X尋找最佳的橫向幅材對齊。幅材檢測系統(tǒng)W3上具有最佳相關性的橫向幅材空間位置可能與傳感器W2的實際橫向幅材位置稍有不同，原因在于幅材轉向，或甚至可能是幅材拉伸或收縮。在其他情況下，當幅材檢測系統(tǒng)W3的橫向幅材空間分辨率具有比由傳感器W2感測的通道X更細的尺度時，從幅材檢測系統(tǒng)W3的若干相鄰元件輸出的信號可進行組合，以在執(zhí)行互相關之前更好地反映通道X中的材料。
[0041]在某些實施例中，或許有利的是在互相關前作變量變換，以在數(shù)據(jù)集之間獲得線性關系，特別是在存在傳感器的響應函數(shù)的數(shù)學模型的情況下。在其中在數(shù)據(jù)集之間存在未知的、可能非線性的關系的其他實施例中，可使用在本領域中公知的更一般的相似性度量，例如互信息。該過程與下述內容的類似之處在于對若干時移值計算相似性度量，并且通過選擇使相似性度量成為最大的時移來對齊數(shù)據(jù)集。
[0042]下面的公式示出了一種用數(shù)學手段確定時移值以使數(shù)據(jù)流同步的方法。下面的公式用于在線性回歸之前的非歸一化互相關。
[0043]rCv/，") = Σ’.νη, , ym ；")

m[0044]f為在特定的橫向幅材位置上具有工程單位的經(jīng)校準的單輸出傳感器數(shù)據(jù)的矢量，Xi和g為由該位置處的適當加權的陣列傳感器數(shù)據(jù)算出的對應矢量?？墒褂迷诠潭ú蓸泳嚯x的編碼器觸發(fā)采集，在時間或在空間上離散地采樣來自傳感器W2和與通道W4相關聯(lián)的幅材檢測系統(tǒng)W3的數(shù)據(jù)集。將采樣結果存入用于幅材的有限的幅材下游部分的計算機存儲器(例如定量成像系統(tǒng)W5的計算機存儲器)中，以計算總和?？稍趫?zhí)行互相關前將數(shù)據(jù)平均中心化，并且也可使用多種公知的歸一化方法的任何一種。兩個數(shù)據(jù)集在這種方法中具有相同數(shù)量的樣本(其可表示以相同的速率采樣的傳感器和幅材檢測系統(tǒng)，或者它可以表示使用統(tǒng)計外推法來縮小或擴展所述數(shù)據(jù)集之一)。在一個實施例中，用于傳感器W2和幅材檢測系統(tǒng)W3的采樣率是相同的，并且傳感器和幅材檢測系統(tǒng)均解析所關注屬性中的相同特征?；ハ嚓P輸出的峰值
[0045]/? * (.V,.) = arg max ?
[0046]識別由于幅材在單輸出傳感器和陣列傳感器的位置之間的通過時間導致的在兩個數(shù)據(jù)集之間的時移(反之亦然)。然后可將該時移施加到數(shù)據(jù)流中以實現(xiàn)時間同步。
[0047]也可結合使用人工和統(tǒng)計方法來確定施加到數(shù)據(jù)流上以實現(xiàn)同步的時移值。例如，在幅材上的點從傳感器W2向幅材檢測系統(tǒng)W3移動所需的時間估計值可用于建立窗口，在該窗口中使用互相關來從互相關結果的峰值獲得更精確的數(shù)據(jù)對齊。相關系數(shù)強度也可用來表示傳感器誤差，因為在傳感器和幅材檢測系統(tǒng)之間的幅材下游側距離越遠，幅材轉向對相關減少的影響就越大。
[0048]繼續(xù)參考圖3a，在數(shù)據(jù)流對齊的情況下，接下來由定量成像系統(tǒng)W5來分析第一和第二信號響應以產生校準模型，該校準模型定義了在傳感器W2的相應信號響應(此附圖中稱為第一 數(shù)據(jù)流)和與作為傳感器W2的同一通道W4相關聯(lián)的幅材檢測系統(tǒng)W3的區(qū)域(此附圖中稱為第二數(shù)據(jù)流)之間的關系(步驟F5)。
[0049]本文描述的第一個示例性技術使用線性回歸來確定第一和第二數(shù)據(jù)流之間的關系，并且因此確定相關因子。已發(fā)現(xiàn)線性回歸非常適于在測定屬性的有限范圍上具有類似響應函數(shù)的傳感器。其他技術可能更好地適用于傳感器和幅材檢測系統(tǒng)響應的其他組合。例如，當處理較寬范圍的測定屬性時，可以在數(shù)據(jù)集之間的固定間隔(例如，在通過某個時間量或某個幅材距離后)上進行局部線性回歸或由測定屬性的幅值所確定的那樣自動地進行局部線性回歸。如果已知非線性參數(shù)模型與數(shù)據(jù)集相關，則可使用非線性最小二乘法來擬合該模型的參數(shù)。就未知模型而言，更一般的非參數(shù)方法是本領域中所熟知的。例如，可以將核平滑器應用于與對齊的數(shù)據(jù)集相關的觀察曲線，以獲得真實關系的非參數(shù)估計而不求助于任何先前的模型。
[0050]用于在相鄰的元件之間沒有串擾的陣列傳感器中的第i個元件的線性響應模型可寫為:
[0051 ]./'(λ-,., V , ) = α, (λ、.)g(x,,.V7.)+ α2 (..v,)
[0052]其中gh.yj= ?(x..V7.+,,*)是對齊的數(shù)據(jù)矢量，并且/是校準輸出的估計矢量。目的是找到擬合系數(shù)α，這些擬合系數(shù)將來自校準傳感器的測定值f和源自陣列傳感器的第i個元件的數(shù)據(jù)的、由該模型預測的值/之間的最小二乘誤差最小化。[0053]因此，設G為其第一列是在位置Xi上的對齊和加權的陣列傳感器數(shù)據(jù)的矩陣，并且f是由也在位置Xi上的經(jīng)校準單輸出傳感器數(shù)據(jù)形成的單列矢量，隨后計算標量矢量α以獲得在最小二乘意義上的最佳擬合的線性比例和偏移值:
[0054]
【權利要求】
1.一種針對用于監(jiān)測幅材材料的幅材檢測系統(tǒng)的校準系統(tǒng)，所述校準系統(tǒng)包括: 至少一個幅材傳感器，被構造成接收指示所述幅材材料的第一橫向幅材部分的第一特性的信號，并且提供以校準的測量單位來表示所述第一特性的第一響應信號，所述第一橫向幅材部分小于所述幅材材料的寬度； 所述幅材檢測系統(tǒng)，被構造成接收指示所述幅材材料的第二橫向幅材部分的所述第一特性的信號，并且提供表示所述第二橫向幅材部分的第二響應信號；以及 傳感器至檢測系統(tǒng)校準模塊，所述校準模塊將所述第一響應信號和第二響應信號轉換成頻域，并對于所關注的第一頻率范圍，分析所述第一響應信號和第二響應信號的頻譜以提供第一頻率范圍相關模型，然后將所述第一頻率范圍相關模型應用到所述第一頻率范圍中的所述第二響應信號，以將所述第一頻率范圍中的所述第二響應信號轉換成所述第一響應信號的測量單位。
2.根據(jù)權利要求1所述的校準系統(tǒng)，其中所述幅材檢測系統(tǒng)為行掃描攝像機，并且所述幅材傳感器為點傳感器。
3.根據(jù)權利要求1所述的校準系統(tǒng)，其中所述第二橫向幅材部分包括所述第一橫向幅材部分。
4.根據(jù)權利要求1所述的校準系統(tǒng)，其中所述第二橫向幅材部分基本上為所述幅材材料的整個寬度。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中向所述頻域的轉換使用傅里葉變換或小波變換。
6.根據(jù)權利要求1所述的校準系統(tǒng)，其中所述分析包括對指示所關注的所述第一頻率范圍內的所述第一響應信號和所述第二響應信號的頻譜的數(shù)據(jù)應用遞歸加權最小二乘算法。
7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述幅材檢測系統(tǒng)位于所述幅材傳感器的幅材下游或幅材上游。
【文檔編號】G01N21/27GK103842800SQ201280048265
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年9月26日 優(yōu)先權日:2011年9月30日
【發(fā)明者】賈斯汀·W·威廉 申請人:3M創(chuàng)新有限公司