專利名稱：卷材檢查校準系統(tǒng)及相關(guān)方法
卷材檢查校準系統(tǒng)及相關(guān)方法
背景技術(shù)：
某些卷材屬性適合于光學(xué)檢查。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(xué)觀察的屬性充分相關(guān)以致可測量 的。例如，對于非織造卷材，與可光學(xué)觀察屬性相關(guān)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(dǎo)熱率來測定的。可通過監(jiān)測從已知溫度梯度的一端到另一端的 熱流率來測定卷材的導(dǎo)熱率，但這種測定難以用于在線生產(chǎn)型環(huán)境中。然而，如果卷材的 構(gòu)造為透光提供條件，則其導(dǎo)熱率可能與透過它并且進入一系列光學(xué)傳感器的光的亮度相 關(guān)。因此，可利用透過卷材的光的光學(xué)信號，并通過已知的光學(xué)感測技術(shù)來表征卷材的導(dǎo)熱 率，前提條件是所述光學(xué)信號可被校準到導(dǎo)熱率單位。導(dǎo)熱率僅為可通過光學(xué)檢查技術(shù)來 測定的屬性之一例。僅舉幾個來說，其他屬性例如包括表面粗糙度、熱擴散率、孔隙度、結(jié)晶 度和厚度，以及光密度、透射率、反射率和雙折射率等常規(guī)光學(xué)屬性。定量檢查方法(以及等級較低的定性檢查方法)的問題在于構(gòu)成卷材檢查系統(tǒng)的 一個或多個傳感器的校準，以能夠產(chǎn)生以被校準到某個已知標準的誤差范圍之內(nèi)的測量單 位給出的關(guān)于所關(guān)注卷材屬性的數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本文公開了用于校準卷材檢查系統(tǒng)的一些系統(tǒng)和方法。更具體地說，公開了一些 用于實時、在線校準的卷材檢查系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。通常，這些系統(tǒng)和方法涉及來自卷材檢 查系統(tǒng)的卷材上游(或卷材下游)的傳感器的使用，所述傳感器被構(gòu)造成以校準單位來精 確地測定所關(guān)注的卷材屬性。來自此傳感器的信息被用來使卷材檢查系統(tǒng)的校準常數(shù)能夠 被實時或接近實時地算出，最常出現(xiàn)的情況是無需中斷卷材的正常制造過程。在各個實施 例中，此校準系統(tǒng)可以不需要與卷材檢查系統(tǒng)校準的傳統(tǒng)方法相關(guān)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，卷材檢查系統(tǒng)可被構(gòu)造為以工程單位提 供有關(guān)卷材屬性的定量信息。在一些實施例中，定量信息可用來比較不同生產(chǎn)線上的卷材 加工的屬性、或比較多個卷材檢查系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)、或分析同一卷材檢查系統(tǒng)在單次或多次 運行上的性能。


圖1為校準系統(tǒng)的示意圖。圖2為構(gòu)成定量成像系統(tǒng)的功能模塊的示圖。圖3為示出可用于校準卷材檢查系統(tǒng)的高級過程的流程圖。圖4為具有裝于跨卷材移動裝置上的傳感器的校準系統(tǒng)的示意圖。圖5為校準系統(tǒng)的示意圖，其中卷材檢查系統(tǒng)包括兩個行掃描攝像機。
具體實施例方式卷材檢查系統(tǒng)包括一些定量和定性實施例。定量檢查系統(tǒng)可產(chǎn)生關(guān)于被校準到已知標準(例如工程單位)的卷材屬性的檢查信息。與定性檢查系統(tǒng)相比，所述定性檢查系 統(tǒng)注重于卷材屬性隨時間推移的相對變化。定性檢查系統(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，由于定性檢查系統(tǒng)不依 賴于絕對目標值或校準過程，因此它們不能產(chǎn)生可再現(xiàn)度量標準(或一套度量標準)，讓操 作員對卷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 減少了卷材的非均勻程度的情況進行跟蹤。必須定期地校準用于檢查基于卷材的產(chǎn)品的傳感器和成像系統(tǒng)。具體的校準計劃 取決于被檢查的卷材類型以及受檢查的所關(guān)注卷材屬性這樣的項目。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(chǎn)和維護安排會使檢查系統(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。對用于卷材檢查的光學(xué)感測設(shè)備進行校準 的方法一般歸屬于若干類別中的一種或多種。首先，用于校準卷材檢查系統(tǒng)的“離線”方法需要在卷材檢查系統(tǒng)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(chǎn)生的信號(光學(xué)或其他信號)。就光學(xué)檢查系統(tǒng)而言， 該方法經(jīng)常通過將一系列樣品布置在檢查系統(tǒng)的光路內(nèi)(有可能在多個位置上)來完成。 這種離線方法要求將正常的卷材加工或生產(chǎn)中斷，同時樣品被置于通常由卷材占據(jù)的位置 內(nèi)。這種離線方法的一種改型是將卷材檢查系統(tǒng)(包括照明裝置)移至離開卷材的位置， 通常為鄰近生產(chǎn)線且在卷材路徑之外，其中可記錄與標準樣品相關(guān)聯(lián)的感測響應(yīng)，并因此 可校準卷材檢查系統(tǒng)。校準后，將卷材檢查系統(tǒng)恢復(fù)到其卷材檢查位置。雖然檢查系統(tǒng)在 離線校準時可進行卷材加工，但如果沒有第二檢查系統(tǒng)(該系統(tǒng)價格昂貴)存在，則這種處 理可能不受控制。第二方法試圖在正常卷材生產(chǎn)進行的同時獲取校準數(shù)據(jù)，即用所生產(chǎn)的卷材來獲 得校準數(shù)據(jù)，盡管有仍然未知的屬性。為了如此進行，檢查系統(tǒng)記錄得自卷材的第一部分的 數(shù)據(jù)，所述卷材的位置或者被標出或者以其他方式為卷材搬運系統(tǒng)所知。當(dāng)卷材的第一部 分到達卷繞機時，其通常作為“卷端”樣品從卷材的剩余部分切下，并送往質(zhì)量管理實驗室。 如果可獲得精確的位置信息以允許當(dāng)樣品通過檢查站時使樣品上的位置與檢查系統(tǒng)所存 儲的數(shù)據(jù)對準，則可使用離線質(zhì)量管理儀器來為檢查系統(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查站的時點和 校準成為可用的時點之間有相當(dāng)大的延遲。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 卷材路徑的邊緣之外，但位于檢查系統(tǒng)觀察到的區(qū)域之內(nèi)。這在產(chǎn)品仍然運行的同時為最 外側(cè)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卷材(其屬性未 知)上的卷材檢查系統(tǒng)傳感器需要知道內(nèi)部傳感器元件的響應(yīng)和外部傳感器元件的響應(yīng) 之間的關(guān)系，并且這些響應(yīng)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 被暴露于檢查系統(tǒng)觀察區(qū)域的各個部分，從而給卷材的未知屬性上附加已知的偏置。這對 于在校準期間卷材的統(tǒng)計變化施加了一些限制，并且也改變了檢查系統(tǒng)可能必須工作的范 圍。上述方法所需的檢查系統(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(gòu)成檢查系統(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(xué)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。圖1是卷材輸送系統(tǒng)W6上的校準系統(tǒng)的一個實施例的示意圖。卷材輸送系統(tǒng)W6 可為用于制造、轉(zhuǎn)換、加工或檢查卷材Wl的任何卷材輸送系統(tǒng)。卷材Wl可為任何適合進行 自動檢查的寬度顯著大于厚度的材料。例如，卷材Wl可為光學(xué)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(jié)構(gòu)化薄膜、多層薄膜、復(fù)合膜、印刷和圖案 化的卷材、箔或板材產(chǎn)品(如軋制鋼材)。卷材Wi可具有一個或多個涂層，比如濕涂層。另 外，卷材Wl可以是為由多個片模制形成的或模制到卷材上而形成的卷材。將卷材Wl從左向右移動，這可能作為制造或轉(zhuǎn)換過程的一部分。所示出的傳感器 W2設(shè)置在卷材檢查系統(tǒng)W3的卷材上游側(cè)，但其也可設(shè)置在卷材檢查系統(tǒng)W3的卷材下游側(cè)。 在一個實施例中，傳感器W2可甚至被定位成從與卷材檢查系統(tǒng)W3相同的卷材區(qū)域接收信 號。在這種實施例中，可將一個或多個分束器用于從卷材區(qū)域發(fā)射的信號(假如傳感器W2 和卷材檢查系統(tǒng)W3均基于光學(xué)信號)。在一個實施例中，傳感器W2是單讀出傳感器，其被構(gòu)造成接收從卷材Wl的單通 道W4發(fā)射的檢查信號，然后產(chǎn)生表示此響應(yīng)的信號。傳感器W2可為任何類型的傳感器，例 如，其可為光學(xué)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(shù))、或被構(gòu)造成接收某種類型的電磁輻射的傳感器、或被構(gòu)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卷材Wl的屬性。傳感器W2不必為單點 傳感器，但向下述卷材檢查系統(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(gòu)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(gòu)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(yīng)就變得越 困難。在一個實施例中，卷材檢查系統(tǒng)W3為行掃描攝像機，其至少接收與單輸出傳感器 W2相同的單通道W4以及通道W4之外的其他通道相關(guān)的檢查信號。行掃描攝像機較為便宜 和普遍，但與本文所述的相同或相似的校準技術(shù)和系統(tǒng)也可裝設(shè)其他類型的檢查系統(tǒng)。例 如，除了行掃描攝像機，卷材檢查系統(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。卷材檢查系統(tǒng)W3從小于全寬的卷材Wl 的寬度中接收信號。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卷材加工環(huán)境所要求的公差。例如，用作傳感器W2的光 密度計可被構(gòu)造成測定卷材在特定波長帶內(nèi)的透光率，但是當(dāng)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?來定期地檢查這種傳感器的響應(yīng)來修正這種漂移。與諸如行掃描攝像機之類的卷材檢查系統(tǒng)的校準相比，傳感器W2的校準相當(dāng)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(chǎn)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(chǎn)線的質(zhì)量管理實驗室用已知技術(shù)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(yīng)商的實驗室或者送至甚至諸如國家標準 與技術(shù)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，卷材檢查系統(tǒng)W3可繼續(xù)以先前校準的狀態(tài)來檢查卷材。在一些情況下，最好給卷材輸送系統(tǒng)W6配置多個0、3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中通過的卷材接收信號，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)。在一個實施例中，傳感器W2被構(gòu)造成用于測定與卷材檢查系統(tǒng)W3相同的屬性。例 如，在一個實施例中，傳感器W2和卷材檢查系統(tǒng)W3這二者均可被構(gòu)造成響應(yīng)人眼可見范圍 內(nèi)的檢查信號(在這種情況下為光)。然而，作為另外一種選擇，卷材檢查W3可被構(gòu)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(guān)的屬性。強相關(guān)屬性的一個實例是， 其中傳感器W2通過超聲換能器來測定卷材的厚度，而卷材檢查系統(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(guān)的卷材屬性的另一個實例為上文所述 的導(dǎo)熱率(至少在一些情況下)。定量成像系統(tǒng)W5可為專用或通用計算機，該計算機具有存儲器和中央處理單元， 該中央處理單元從傳感器W2和卷材檢查系統(tǒng)W3接收輸入，并且分析該輸入以應(yīng)用、或在一 些實施例中確定用于卷材檢查系統(tǒng)W3的校準模型。校準模型為一個或多個數(shù)值或算法，該 數(shù)值或算法確定用于將來自卷材檢查系統(tǒng)W3的輸出信號從原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為校準單位的數(shù) 學(xué)關(guān)系。本文將描述兩個一般的校準模型。第一校準模型即“傳感器至檢查系統(tǒng)校準模型” 定義傳感器W3和關(guān)聯(lián)于與傳感器W3相同的通道W4的檢查系統(tǒng)W3部分之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。 第二校準模型即“跨卷材校準模型”定義在構(gòu)成檢查系統(tǒng)W3的跨卷材觀察區(qū)域的一些通道 之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。定量成像系統(tǒng)5通過下述方式來確定跨卷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查系統(tǒng)校準模型)相關(guān)的數(shù)據(jù)集和與除通道 W4之外的一個或多個通道相關(guān)的數(shù)據(jù)集以及用于描述檢查系統(tǒng)的跨卷材信號分布的數(shù)據(jù)。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(gòu)成，所述計算機執(zhí)行支持本文所述的校準技術(shù)的各種軟 件算法。圖2為一個示范實施例中的構(gòu)成定量成像系統(tǒng)W5的功能模塊的示圖。圖2是相對 于一組分立的功能模塊來描述的，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)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(gòu)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為卷材檢查系統(tǒng)P5的任何用戶。用戶Pl可為負責(zé)卷材Wl的質(zhì)量管理的操作人員。 用戶Pl主要通過鍵盤、鼠標和某種顯示器(它們在圖2中均未示出)來與定量成像系統(tǒng)W5 交互。用戶接口模塊P5可在顯示器上產(chǎn)生圖形用戶界面或命令行界面，以使用戶Pl既可 以為定量成像系統(tǒng)W5提供信息又可以從定量成像系統(tǒng)W5接收信息。在一個實施例中，用 戶接口模塊P5通過調(diào)用由操作系統(tǒng)提供的功能在顯示器上產(chǎn)生窗口，所述操作系統(tǒng)為(例 如)由華盛頓州雷德蒙德市(Redmond，Washington)的微軟公司(Microsoft Corporation) 以商品名“Windows”上市的操作系統(tǒng)。可同樣地使用其他操作系統(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。對于自動化卷材加工控制或卷材監(jiān)測系統(tǒng)， 可存在其他接口(圖2中未示出)。輸入/輸出模塊P9與傳感器W2和卷材檢查系統(tǒng)W3相接口。輸入/輸出模塊P9 從傳感器W2和卷材檢查系統(tǒng)W3接收數(shù)據(jù)流。在一個示范實施例中，輸入/輸出模塊P9也根據(jù)定量成像系統(tǒng)W5的具體實現(xiàn)方式為傳感器W2和/或卷材檢查系統(tǒng)W3提供命令和控 制信息。例如，在本公開的其他部分描述了跨卷材移動裝置的實施例，傳感器W2附接在該 跨卷材移動裝置上，以使得傳感器W2可橫跨卷材移動。在這樣的實施例中，輸入/輸出模 塊P9可提供指示這種跨卷材移動的控制信號。輸入/輸出模塊P9也可提供其他信息，以 總體地控制傳感器W2或卷材檢查系統(tǒng)W3。由輸入/輸出模塊P9接收的輸入可直接地提供 給其他模塊或存儲在數(shù)據(jù)庫P8中以用于后續(xù)分析。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(qū)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)華盛頓州雷德 蒙德市的微軟公司以商品名“SQL krver”上市的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫P8管理構(gòu)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和卷材檢查系統(tǒng)W3發(fā)出的數(shù)據(jù)流以 及構(gòu)成校準模型的數(shù)據(jù)可存儲在數(shù)據(jù)庫P8中。卷材檢查系統(tǒng)控制模塊P7經(jīng)由輸入/輸出模塊P9向卷材檢查系統(tǒng)W3提供命令 和控制信號。由卷材檢查系統(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 體卷材檢查系統(tǒng)W3提供的命令和控制接口。例如，可構(gòu)成卷材檢查系統(tǒng)W3的一些行掃描 攝像機具有應(yīng)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中的卷材 檢查系統(tǒng)控制模塊P7內(nèi)。如果卷材檢查系統(tǒng)W3有需要進行轉(zhuǎn)換的輸出(例如，需要轉(zhuǎn)換 為單位的原始電壓)，則在卷材檢查系統(tǒng)控制模塊P7中實現(xiàn)轉(zhuǎn)換手段。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(guān)系正如卷材檢 查系統(tǒng)控制模塊P7之于卷材檢查系統(tǒng)W3。傳感器至檢查系統(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)和卷材檢查系統(tǒng)W3的數(shù)據(jù)，并且建立傳感器至檢查系統(tǒng)校 準模型，使得關(guān)聯(lián)于與傳感器W2相同的跨卷材通道的、來自卷材檢查系統(tǒng)W3的輸出被轉(zhuǎn)換 為傳感器W2的輸出的校準單位。下面提供此轉(zhuǎn)換的實例?？缇聿男誓KP3確定(如果需要)并應(yīng)用由傳感器至檢查系統(tǒng)校準模塊P4向 由卷材檢查系統(tǒng)W3檢查的卷材Wl的其他通道提供的校準模型，使得來自構(gòu)成檢查系統(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。參照圖2描述的功能模塊可具有與其一般特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(guān)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和卷材檢查系統(tǒng)W3發(fā)出的 信號對準的功能。圖3是可用于校準在圖W中所示的卷材檢查系統(tǒng)W3的高級過程的流程圖。從傳感 器W2接收第一信號響應(yīng)，在此實例中所述傳感器位于卷材檢查系統(tǒng)W3的卷材上游側(cè)，并且 與卷材線的特定“通道”(Fl)相關(guān)。在圖F的上下文中，此通道應(yīng)稱為通道X。卷材檢查系 統(tǒng)W3可檢查卷材的整個寬度(或其某個部分)(即從中接收信號)，但至少檢查通道X(F2)。 來自卷材檢查系統(tǒng)W3的與通道X相關(guān)的信號在圖3中稱為第二信號響應(yīng)。使第一信號響 應(yīng)與第二信號響應(yīng)(F3)同步，以使來自單輸出傳感器W2和卷材檢查系統(tǒng)W3的通道X部分 的信號表示卷材Wl的相同區(qū)域。如果在單輸出傳感器W2和卷材檢查系統(tǒng)W3之間的距離 以及卷材的速度是已知的，則可通過確定點沿著卷材Wl從單輸出傳感器W2到卷材檢查系 統(tǒng)W3所需的時間來完成同步。這個時延可以用于確定位移，該位移然后可以被施加到從傳感器W2或卷材檢查系統(tǒng)W3發(fā)出的相應(yīng)數(shù)據(jù)流上，從而在時間上同步該數(shù)據(jù)流?；蛘撸部?用編碼器來觸發(fā)來自傳感器W2和檢查系統(tǒng)W3的對點的采樣。編碼器在卷材的固定空間間 隔處而非固定時間間隔處來觸發(fā)數(shù)據(jù)獲取，以使得這兩個數(shù)據(jù)集空間上同步。當(dāng)位移值不可通過測定(或計算)傳感器和卷材檢查系統(tǒng)之間的時延來確定時， 可使用諸如互相關(guān)之類的數(shù)據(jù)分析技術(shù)來確定使從傳感器W2和卷材檢查系統(tǒng)W3發(fā)出的數(shù) 據(jù)流時間同步所需的位移值。如果來自傳感器W2和卷材檢查系統(tǒng)W3的通道X部分的數(shù)據(jù) 流類似到使得線性互相關(guān)方法足以確定數(shù)據(jù)集之間的失配，則這些技術(shù)是可能的。在一些 情況下，將來自接近卷材檢查系統(tǒng)W3的通道X的感測元件的數(shù)據(jù)流與來自傳感器W2的數(shù) 據(jù)流相比，以找到通道X的最佳跨卷材對準。具有最佳相關(guān)的在卷材檢查系統(tǒng)W3上的跨卷 材空間位置可能與傳感器W2的物理跨卷材位置略微不同，這是由于卷材的轉(zhuǎn)向或可能均 勻的伸展或收縮。在其他情況下，當(dāng)卷材檢查系統(tǒng)W3的跨卷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，從卷材檢查系統(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(guān)之前更好地反映通道X中的材料。在某些實施例中，或許有利的是在互相關(guān)前作變量變換，以在數(shù)據(jù)集之間獲得線 性關(guān)系，特別是在存在傳感器的響應(yīng)函數(shù)的數(shù)學(xué)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(guān)系的其他實施例中，可使用在本領(lǐng)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(nèi)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。下面的公式示出了一種用數(shù)學(xué)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(guān)。r(xi, “) Ξ Σ f(x>,，少腳)f為在特定的跨卷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8為由該位置處的適當(dāng)加權(quán)的陣列傳感器數(shù)據(jù)算出的對應(yīng)矢量?？墒褂迷诠潭ú蓸泳?離的編碼器觸發(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(guān)聯(lián)的 卷材檢查系統(tǒng)W3的數(shù)據(jù)集。將采樣結(jié)果存入用于卷材的有限的卷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。可在執(zhí)行互相關(guān)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卷材檢查系統(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 卷材檢查系統(tǒng)W3的采樣率是相同的，并且傳感器和卷材檢查系統(tǒng)均解析所關(guān)注屬性中的 相同特征?；ハ嚓P(guān)輸出的峰值n* (Xi) = argmaxn {r (Xi, η)}識別由于卷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(dǎo)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。也可結(jié)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，在卷材上的點從傳感器W2向卷材檢查系統(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(guān)來從互相關(guān)結(jié)果的峰值獲得更精確的數(shù)據(jù)對齊。相關(guān)系數(shù)強度也可 用來表示傳感器誤差，因為在傳感器和卷材檢查系統(tǒng)之間的卷材下游側(cè)距離越遠，卷材轉(zhuǎn)向?qū)ο嚓P(guān)減少的影響就越大。繼續(xù)參考圖3，在數(shù)據(jù)流對齊的情況下，由定量成像系統(tǒng)W5來分析第一和第二信 號響應(yīng)以產(chǎn)生校準模型，該校準模型定義了在傳感器W2的相應(yīng)信號響應(yīng)(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(guān)聯(lián)的卷材檢查系統(tǒng)W3的區(qū)域(此附圖 中稱為第二數(shù)據(jù)流)之間的關(guān)系。本文描述的示例性方法使用線性回歸來確定及第一和第二數(shù)據(jù)流之間的關(guān)系，并 且因此確定相關(guān)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(yīng)函 數(shù)的傳感器。另一些方法可能更好地適用于傳感器和卷材檢查系統(tǒng)響應(yīng)的其他組合。例 如，當(dāng)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 量或某個卷材距離后)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(guān)，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(lǐng)域中所熟知的。例如，可 以將核平滑器應(yīng)用于與對齊的數(shù)據(jù)集相關(guān)的觀察曲線，以獲得真實關(guān)系的非參數(shù)估計而不 求助于任何先前的模型。用于在相鄰的元件之間沒有串?dāng)_的陣列傳感器中的第i個元件的線性響應(yīng)模型 可寫為/(x. ,yj)= αλ (χ, , yj)+ α2 (Xi)其中是對齊的數(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，這些擬合參數(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(yù)測的值/之間的最小二乘誤差最小化。因此，設(shè)G為其第一列是在位置Xi上的對齊和加權(quán)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G,!^)=^,^.)Gj2 =1(3a，b，c)α (Xi) = (GtG) _1GTf這個標量矢量α構(gòu)成校準因子(在此實例中)。校準卷材檢查系統(tǒng)中的最終步驟為將校準因子作用到卷材檢查系統(tǒng)W3的剩余的 跨卷材部分(F6)。這稱為跨卷材校準。通常，構(gòu)成卷材檢查系統(tǒng)W3的傳感器元件各自的 響應(yīng)將會改變，使得對于從被成像樣品發(fā)出的相同的光學(xué)能量(在此實例中)各傳感器元 件具有略微不同的輸出信號。因此，需要修正在卷材檢查系統(tǒng)中單個元件的響應(yīng)上的改變， 以從整個卷材檢查系統(tǒng)中獲得校準數(shù)據(jù)。換句話講，對于構(gòu)成卷材檢查系統(tǒng)的每個傳感器 元件，需要找到在每個跨卷材位置A上的矢量a。這個問題類似于“平場”改正，該“平場” 改正經(jīng)常被應(yīng)用到基于攝像機的檢查系統(tǒng)中。關(guān)鍵是在成像檢查系統(tǒng)中可能有成千上萬的 跨卷材位置Xi的情況下，如何有效地進行這種改正。檢查系統(tǒng)的非均勻的傳感器元件或像素響應(yīng)可以起因于在像素到像素的“背景電 平”和與“增益”電平上的差別，該像素到像素的“背景電平”即當(dāng)關(guān)斷照明源時記錄的信號 值(雖然低，但不一定為零)，“增益”電平與輸出信號中的增加量相關(guān)聯(lián)，而輸出信號與落到像素上的入射光功率增加的給定單位相關(guān)聯(lián)。假設(shè)關(guān)斷照明源，就可以記錄到背景信號， 并且如果攝像機響應(yīng)是線性的，則可以拍攝到另一個均勻亮度的“白”場圖像，并且表征與 像素相關(guān)聯(lián)的值改變的響應(yīng)。如果攝像機響應(yīng)是非線性的，將需要多于僅兩個點來表征響應(yīng)。表征跨卷材響應(yīng)改變時會出現(xiàn)若干困難，由于背景光電平、照明源強度分布和傳 感器響應(yīng)因子均會隨時間改變。例如，假定檢查系統(tǒng)W3使用行掃描攝像機沿著由光源(例 如，行燈、激光掃描器或類似裝置)照亮的行來成像由參考樣品發(fā)射的光。將沿著由照明源 建立的成像部分的強度分布定義為Ι(χ)，將樣品的透射率定義為T(x)，并且由檢查系統(tǒng)從 卷材區(qū)域A(X)收集光，并且將該光成像在線陣中的對應(yīng)的離散傳感器上，該線陣的每個光 單位的響應(yīng)是線性的且由ROO給出。進一步假定可以有一組放大器，每個像素至少一個， 該組放大器限定了沿線陣的增益。因此，如果b(x)是當(dāng)關(guān)斷照明源時來自線陣的信號，則 沿著線陣輸出的信號可寫為S (χ) = g (χ) *R (χ) *Τ (χ) *Ι (χ) *Α (χ) +b (χ)，或?qū)憺楹喜㈨桽 (χ) = a (χ) *T (χ) +b (χ)目的是找到a (χ)和b (χ)，這樣就可以變換測定的信號S (χ)，重新獲得卷材的屬性 T(x)。上面的透射情況可以通過下述方式而一般化到任何卷材屬性Z(x)將ζ (χ)定義 為每單位光輸入和每單位屬性Z對檢查系統(tǒng)的光輸出的比率。因此，信號的一般形式是S (χ) = a (χ) ζ (χ, Ζ) Z (χ) +b (χ, Ζ)在許多所關(guān)注情況下，ζ (χ)和b (χ)均不是Z的函數(shù)，因此這可寫為S(x) = a (χ) ζ (χ) Z (χ)+b (χ)將其改寫為S (χ) = k α (χ) Z (χ) +b (χ)其中k是常數(shù)比例因子，使得α (χ)為與此前的表示相一致的相對信號響應(yīng)分布。 因為常數(shù)k將會在如上所述的線性回歸步驟找到，所以僅需要找到相對分布α (χ)以變換 信號并求得Ζ(χ)。實際運用中這很重要，因為有時必須使用與在生產(chǎn)期間使用的不同的整 體增益或曝光度來執(zhí)行跨卷材分布校準，以使檢查系統(tǒng)響應(yīng)既不飽和也不曝光不足。然而， 因為α (x)現(xiàn)在包含除了光源和像素響應(yīng)改變之外的附加功能，所以一般不能僅成像光源 強度分布以達到期望的分布，雖然當(dāng)所關(guān)注屬性為透射率時這就足夠。在許多所關(guān)注情況 下，b (χ)對于χ的改變小于所有χ位置上的信號電平，因此其對于χ的依賴可以忽略，并且 可以在線性回歸步驟中找到其常數(shù)值。否則，可以通過在參考樣品在(照明源關(guān)斷以致任 何位置上α (χ) =0的情況除外)正常環(huán)境生產(chǎn)條件下置放到位時存儲信號來記錄b(x)。現(xiàn)將時間平均信號定義為
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測卷筒材料的卷材檢查系統(tǒng)的校準系統(tǒng)，所述校準系統(tǒng)包括至少一個卷材傳感器，其被構(gòu)造成接收表征所述卷筒材料的第一跨卷材部分的第一特 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(yīng)信號，所述第一跨 卷材部分小于所述卷筒材料的寬度；所述卷材檢查系統(tǒng)，其被構(gòu)造成接收表征所述卷筒材料的第一跨卷材部分和至少第二 跨卷材部分的所述第一特性的信號，并且提供分別表示所述第一跨卷材部分和所述第二跨 卷材部分的所述第一特性的第二和第三響應(yīng)信號；以及傳感器至檢查系統(tǒng)校準模塊，其分析所述第一響應(yīng)信號和所述第二響應(yīng)信號，以將第 一校準模型應(yīng)用到所述第二響應(yīng)信號上，從而將所述第二響應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為所述第一響應(yīng)信 號的測量單位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準系統(tǒng)，其中所述卷材檢查系統(tǒng)為行掃描攝像機并且所述 卷材傳感器為點傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準系統(tǒng)，其中用于表征所述卷筒材料的第一跨卷材部分的 第一特性的所述信號為光學(xué)信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準系統(tǒng)，還包括第二卷材傳感器，其被構(gòu)造成接收表征所述卷筒材料的第二跨卷材部分的所述第一特 性的信號，并且提供以校準的測量單位表示所述第一特性的第四響應(yīng)信號；并且，其中所述傳感器至檢查系統(tǒng)校準模塊另外還分析所述第四響應(yīng)信號和所述第三響應(yīng) 信號，以將第二校準模型應(yīng)用到所述第三響應(yīng)信號上，從而將所述第三響應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為所 述第四響應(yīng)信號的測量單位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器至檢查系統(tǒng)校準模塊另外還確定所述 第一校準模型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準系統(tǒng)，還包括跨卷材校準模塊，其分析所述第二響應(yīng)信號和所述第三響應(yīng)信號，以將第二校準模型 應(yīng)用到所述第三響應(yīng)信號上，從而將這些信號轉(zhuǎn)換為所述第二響應(yīng)信號的測量單位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準系統(tǒng)，另外還包括用來提供信號的跨卷材傳感器定位模 塊，所述信號使得自動裝置將所述至少一個卷材傳感器重新定位到所述卷筒材料的不同跨 卷材位置上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準系統(tǒng)，其中由所述傳感器至檢查系統(tǒng)校準模塊進行的 “分析”包括將回歸模型應(yīng)用到表征所述第一響應(yīng)信號和所述第二響應(yīng)信號的數(shù)據(jù)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的校準系統(tǒng)，其中由所述跨卷材校準模塊進行的“分析”包括將 回歸模型應(yīng)用到表征所述第二響應(yīng)信號和所述第三響應(yīng)信號的數(shù)據(jù)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述卷材檢查系統(tǒng)位于所述卷材傳感器的卷材 下游側(cè)或卷材上游側(cè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第二卷材傳感器為行掃描攝像機，所述行 掃描攝像機被構(gòu)造成從所述卷筒材料的基本上整個寬度范圍接收信號。
12.—種系統(tǒng)，包括輸入/輸出模塊，其被構(gòu)造成接收從卷材檢查系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù)流，所述卷材檢查系統(tǒng) 被構(gòu)造成監(jiān)測卷筒材料的跨卷材寬度，所述跨卷材寬度由至少第一和第二通道限定；跨卷材校準模塊，其被構(gòu)造為a)將所述數(shù)據(jù)流的各部分與所述第一和第二通道相關(guān)聯(lián)，以提供分別與所述第一和第 二通道相關(guān)聯(lián)的第一和第二數(shù)據(jù)流；b)將第一校準模型應(yīng)用到所述第一數(shù)據(jù)流上，以將所述第一數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為卷材屬性的 校準測量單位；和c)將第二校準模型應(yīng)用到所述第二數(shù)據(jù)流上，以將所述第二數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為與所述第一 數(shù)據(jù)流相同的校準單位。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述卷材檢查系統(tǒng)為行掃描攝像機。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二通道由多個像素表征。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述輸入/輸出模塊還將所述第一和第二數(shù)據(jù) 流均以校準單位提供給過程控制模塊，所述過程控制模塊控制卷材制造過程的屬性。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中在所述第一和第二校準模型已分別被應(yīng)用到所 述第一和第二數(shù)據(jù)流上后，分析所述數(shù)據(jù)流以識別與所述卷材的非均勻區(qū)域?qū)?yīng)的數(shù)據(jù)的 非均勻部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括數(shù)據(jù)庫模塊，其用來在所述第一和第二數(shù)據(jù)流已被所述跨卷材校準模塊校準后存儲這 些數(shù)據(jù)流的至少一部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括數(shù)據(jù)庫模塊，其用來在所述第一和第二數(shù)據(jù)流已被所述跨卷材校準模塊校準后存儲這 些數(shù)據(jù)流的至少一部分的匯總。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述匯總由匯總統(tǒng)計量構(gòu)成。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中除了由至少第一和第二通道限定的跨卷材寬度 之外，還由多個附加通道限定所述跨卷材長度，并且其中所述跨卷材校準模塊還被構(gòu)造成 將相應(yīng)的校準模型應(yīng)用到相應(yīng)的多個附加通道上，以使所述數(shù)據(jù)流中的每一個與構(gòu)成所述 跨卷材寬度的所述通道中的每一個相關(guān)，所述跨卷材寬度以與所述第一數(shù)據(jù)流相同的校準 單位提供。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述跨卷材校準模塊被另外構(gòu)造成用于接收表征所述卷材檢查系統(tǒng)的跨卷材響應(yīng)分布的信息，并且基于該信息在應(yīng)用所述第 二校準模型前修改所述第二數(shù)據(jù)流。
22.—種用計算機實現(xiàn)的方法，包括接收跨卷材響應(yīng)分布信息，所述跨卷材響應(yīng)分布信息表征所述卷材檢查系統(tǒng)的跨卷材 觀察區(qū)域的至少一部分的卷材檢查系統(tǒng)的跨卷材響應(yīng)分布；從卷筒材料的檢查中接收多個數(shù)據(jù)流，其中每個數(shù)據(jù)流與所述卷材檢查系統(tǒng)的跨卷材 觀察區(qū)域的一個跨卷材通道相關(guān)；將校準模型應(yīng)用到第一數(shù)據(jù)流上，以將所述第一數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為校準的測量單位；在迭代過程中a)基于所述跨卷材響應(yīng)分布信息來修改所述校準模型，以使所述校準模型之應(yīng)用到至 少一個后續(xù)數(shù)據(jù)流上會將該數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為所述校準的測量單位；以及b)將所修改的校準模型應(yīng)用到所述后續(xù)數(shù)據(jù)流上，以將所述后續(xù)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為所述校準的測量單位。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的用計算機實現(xiàn)的方法，其中所述卷材檢查系統(tǒng)為行掃描攝 像機。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的用計算機實現(xiàn)的方法，還包括 以所述校準單位來表征所述卷材的屬性。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的用計算機實現(xiàn)的方法，還包括 以所述校準單位來表征所述卷材的異常區(qū)域。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的用計算機實現(xiàn)的方法，還包括將從所述迭代過程產(chǎn)生的所述數(shù)據(jù)流的至少某個部分存儲在數(shù)據(jù)庫中。
全文摘要
公開了用于校準卷材檢查系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。
文檔編號G01N21/89GK102105781SQ200980128971
公開日2011年6月22日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者凱瑟琳·P·塔爾諾夫斯基, 大衛(wèi)·L·霍費爾特, 德里克·H·賈斯蒂斯, 約翰·A·拉姆瑟恩, 許文源 申請人:3M創(chuàng)新有限公司