DE69820961T2

DE69820961T2 - Verfahren zur Kantenbestimmung

Info

Publication number: DE69820961T2
Application number: DE69820961T
Authority: DE
Inventors: Ned J. Penfield Seachman; Joseph P. Pittsford Taillie; Kevin M. Webster Carolan; Leroy A. Rochester Baldwin; Robert Penfield Brutovski; Alain E. Rochester Perregaux; John D. Fairportr Hower
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1997-10-21
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2018-10-15
Also published as: US5994711A; JPH11194547A; EP0911651A3; DE69820961D1; JP4294126B2; EP0911651B1; EP0911651A2

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf ein reprographisches System gerichtet. Genauer gesagt ist die vorliegende Erfindung auf ein System für ein elektronisches Anordnen der Kante eines Kopieträgers so, um eine Ausrichtung vorne zu hinten zu erzielen, gerichtet, das besonders nützlich in einem Duplex-Mode ist.
Ein herkömmliches, reprographisches System ist der Office-Kopierer. Traditionell bezieht sich der Kopierer, im Zusammenhang mit der Büroausstattung, auf einen xerographischen Lichtobjektiv-Kopierer, in dem Papier-Originale tatsächlich fotografiert werden. Die Bilder werden auf einen Bereich eines Fotorezeptors fokussiert, der darauffolgend mit Toner entwickelt wird. Das entwickelte Bild auf dem Fotorezeptor wird dann auf ein Kopieblatt übertragen, das wiederum dazu verwendet wird, eine permanente Kopie des Originals zu erzeugen.
In den vergangenen Jahren ist allerdings das, was als digitaler Kopierer bekannt ist, verfügbar geworden. In den meisten Basisfunktionen führt ein digitaler Kopierer dieselben Funktionen wie ein Lichtobjektiv-Kopierer durch, mit der Ausnahme, dass das Original-Bild, das kopiert werden soll, nicht direkt auf einen Fotorezeptor fokussiert wird. Anstelle davon wird, mit einem digitalen Kopierer, das Original-Bild durch eine Vorrichtung, allgemein bekannt als eine Raster-Eingabe-Abtasteinrichtung (Raster Input Scanner-RIS), abgetastet, der typischerweise in der Form eines linearen Felds kleiner Fotosensoren vorliegt.
Das Original-Bild wird auf die Fotosensoren in dem RIS fokussiert. Die Fotosensoren wandeln das sich verändernde Licht und dunkle Flächenbereiche des Original-Bilds in einen Satz von digitalen Signalen um. Diese digitalen Signale werden temporär in einem Speicher gehalten und dann später verwendet, um eine digitale Druckvorrichtung zu betreiben, wenn es erwünscht ist, Kopien des Originals zu drucken. Die digitalen Signale können auch direkt zu der Druckvorrichtung geschickt werden, ohne dass sie in einem Speicher gespeichert werden.
Die digitale Druckvorrichtung kann irgendein bekannter Typ eines Drucksystems sein, das auf digitale Daten anspricht, wie beispielsweise ein modulierender Abtastlaser, der Bildbereiche eines Fotorezeptors entlädt, oder ein Tintenstrahldruckkopf.
Weiterhin sind, mit der Einführung der Digitalisierung des Bürokopierers, auch digitale Multifunktionsmaschinen verfügbar gemacht worden. Die digitale Multifunktionsmaschine ist eine einzelne Maschine, die einen Benutzer mit mehr als einer Funktion ausstattet. Ein Beispiel einer typischen Multifunktionsmaschine würde eine digitale Faksimile-Funktion, eine digitale Druck-Funktion und eine digitale Kopie-Funktion umfassen.
Genauer gesagt kann ein Benutzer diese digitale Multifunktionsmaschine dazu benutzen, ein Faksimile eines Original-Dokuments zu einer entfernten Empfangsvorrichtung zu schicken, um sie in ein Original-Bild abzutasten und Kopien davon zu drucken, und/oder um Dokumente von irgendeiner Netzwerkquelle, von einer lokal verbundenen Quelle oder von einer tragbaren Speichervorrichtung aus, die in die Multifunktionsmaschine eingesetzt worden ist, zu drucken.
Ein Beispiel der Basis-Architektur einer digitalen Multifunktionsmaschine ist in 2 dargestellt. Wie in 2 dargestellt ist, umfasst die Architektur der digitalen Multifunktionsmaschine eine Abtasteinrichtung bzw. einen Scanner 3, der ein Original-Bild in einen Satz digitaler Signale umwandelt, die entweder gespeichert oder reproduziert werden können. Die Abtasteinrichtung 3 ist mit einem zentralen Bussystem 1 verbunden, das entweder ein einzelner Bus oder eine Mehrzahl von Bussen sein kann, die Zwischenverbindungen und Zwischenkommunikationen zwischen den verschiedenen Modulen und Vorrichtungen an einer digitalen Multifunktionsmaschine schaffen.
Die digitale Multifunktionsmaschine, wie sie in 2 dargestellt ist, umfasst weiterhin eine digitale Druckvorrichtung 23, die digitale Signale, die ein Bild darstellen, in eine Hardkopie dieses Bilds auf einem Aufzeichnungsmedium umwandelt, ob nun das Aufzeichnungsmedium Papier, ein Transparent oder ein anderer Typ eines markierbaren Mediumsist. Die digitale Multifunktionsmaschine umfasst auch einen Speicher 21 zum Speichern einer Vielzahl von Typen von digitalen Informationen, wie beispielsweise Maschinen-Fehler-Informationen, Maschinen-Historie-Informationen, digitale Bilder, die zu einer späteren Zeit verarbeitet werden sollen, Instruktions-Sätze für die Maschine, Auftrag-Instruktions-Sätze, usw.. Zusätzlich zu dem Speicher 21 umfasst eine typische, digitale Multifunktionsmaschine einen elektronischen Vorzusammenstellungs-Speicherabschnitt 7, der die digitale Darstellung des Bilds, das momentan durch die digitale Druckvorrichtung 23 gestaltet wird, speichern kann. In dem elektronischen Vorzusammenstellungs- Speicherabschnitt 7 ist das digitale Bild bereits in seiner Seitenstruktur als Layout gestaltet, so dass es einfach durch die digitale Druckvorrichtung 23 geschaltet werden kann.
Die digitale Multifunktionsmaschine, wie sie in 2 dargestellt ist, umfasst weiterhin eine Benutzerschnittstelle 5, die dem Benutzer ermöglicht, die verschiedenen Funktionen der Multifunktionsmaschine, programm-verschiedene Auftrag-Attribute für die bestimmte, ausgewählte Funktion, auszuwählen, eine andere Eingabe zu der Multifunktionsmaschine vorzusehen, ebenso wie informelle Daten von der digitalen Multifunktionsmaschine anzuzeigen.
Falls die digitale Multifunktionsmaschine mit einem Netzwerk verbunden ist, würde die digitale Multifunktionsmaschine eine Netzwerk-Schnittstelle 19 und eine Steuereinheit 9 eines elektronischen Untersystems (Electronic Subsystem – ESS) umfassen, die die Zwischenbeziehung zwischen den verschiedenen Modulen oder Vorrichtungen an der digitalen Multifunktionsmaschine und dem Netzwerk steuern würde.
Um eine Faksimile-Funktion zu ermöglichen, würde die digitale Multifunktionsmaschine typischerweise ein Sprach/Daten-Modern 11 und eine Telefonschaltungsleiterplatte 13 umfassen. Weiterhin kann die digitale Multifunktionsmaschine Eingabe/Ausgabevorrichtungen 17, wie beispielsweise ein Floppy-Disk-Laufwerk, ein CD ROM Laufwerk, ein Band-Laufwerk, oder einen anderen Typ eines Laufwerks, der eine tragbare Speichervorrichtung aufnehmen kann, umfassen.
In einigen digitalen Multifunktionsmaschinen umfasst die Maschine auch eine Endbearbeitungseinrichtung 29, die bestimmte Operationen an der gedruckten Ausgabe von der Druckvorrichtung 23 vornehmen kann. Schließlich umfasst die digitale Multifunktionsmaschine eine Steuereinheit 15, die alle Funktionen innerhalb der Multifunktionsmaschine so steuert, um alle Interaktionen zwischen den verschiedenen Modulvorrichtungen zu koordinieren.
1 stellt einen Gesamtaufbau einer digitalen Multifunktionsmaschine dar. Die digitale Multifunktionsmaschine, wie sie in 1 dargestellt ist, umfasst eine Abtaststation 35, eine Druckstation 55 und eine Benutzerschnittstelle 50. Die digitale Multifunktionsmaschine kann auch eine Endbearbeitungsvorrichtung 45 umfassen, die ein Sortierer, eine Tower-Mailbox, eine Hefteinrichtung, usw., sein kann. Die Druckstation 55 kann eine Mehrzahl von Papierfächern 40 umfassen, die das Papier, verwendet in dem Druckprozess, bevorraten. Schließlich kann die digitale Multifunktionsmaschine eine Zuführeinrich tung 30 mit hoher Kapazität umfassen, die in der Lage ist, eine große Menge eines Papiervorrats, der durch die Maschine verwendet werden soll, zu halten.
In einer typischen Abtastfunktion würde der Bediener die Abtaststation 30 verwenden, um das Bild von den Original-Dokumenten einzuscannen. Diese Abtaststation 35 kann eine Abtasteinrichtung vom Auflageplatten-Typ umfassen oder kann ein Transportsystem mit konstanter Geschwindigkeit umfassen, das die Original-Dokumente über eine stationäre Abtastvorrichtung bewegt. Weiterhin kann die Abtaststation 35 auch ein Dokumentenhandhabungssystem umfassen, das in der Lage ist, die Original-Dokumente automatisch auf der Glasauflageplatte zum Abtasten zu platzieren.
In Bezug auf die Druck-Funktionen würde die Druckstation 55 das geeignete Papier von einem der Vielzahl der Papierfächer oder von der Hochkapazitäts-Zuführeinrichtung aufsuchen, das erwünschte Bild auf dem aufgesuchten Papier gestalten und das gedruckte Bild zu der Endbearbeitungsvorrichtung 45 für weitere Operationen ausgeben.
Die Benutzerschnittstelle 50 ermöglicht dem Benutzer, die verschiedenen Funktionen der digitalen Multifunktionsmaschine zu steuern, indem verschiedene Typen von Bildschirmen dem Benutzer präsentiert werden, die dem Benutzer eine Möglichkeit geben, bestimmte Auftrags-Charakteristika oder Funktions-Charakteristika zu programmieren.
Eine wichtige Funktion eines digitalen, reprographischen Systems, ob das System nun eine digitale Multifunktionsmaschine, ein digitaler Koipierer oder eine digitale Abtasteinrichtung bzw. ein digitaler Scanner ist, ist diejenige, die Position der oberen Kante oder der voranführenden Kante eines Kopie-Trägers, auf dem gedruckt werden soll, anzuordnen. Dies ist wichtig beim Erzielen einer geeigneten Ausrichtung des Bilds auf dem Kopieträger. Das Anordnen der oberen Kante oder der voranführenden Kante des Kopieträgers, der bedruckt werden soll, ist besonders wichtig dann, wenn in einem Duplex-Modus gedruckt wird, um so eine geeignete Ausrichtung vorne zu hinten auf dem Kopieträger sicherzustellen, da der Duplex-Pfad wesentlich länger als der Simplex-Pfad ist. Allerdings ist das Anorden der oberen Kante oder der voranführenden Kante des Kopieträgers ebenso wichtig in einem Simplex-Pfad, da viele Dinge den Transport des Kopieträgers von seinem Kopieausgabefach zu einer Bildübertragungsstation beeinflussen können. Dabei sind Versuche gemacht worden, eine Einrichtung vorzusehen, um die Position der oberen Kante oder voranführenden Kante eines Kopieträgers, auf dem gedruckt werden soll, vorzusehen; allerdings sind diese Versuche fehlgeschlagen, die geeignete Aus richtung zu erzielen, die dazu benötigt wird, um akkurat das Bild auf dem Kopieträger zu drucken.
Die US-A-4559451 offenbart eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position von Kanten eines Blatts und umfasst eine Reihe von diskreten Lichtquellen, angeordnet in einer Linie, und von denen jede einen zugeordneten, diskreten Lichtsensor besitzt. Die Kantenposition wird abgeschätzt, und zwar basierend auf der empfangenen Intensität von einem Sensor, dessen zugeordnete Quelle teilweise durch das Blatt blockiert wird. Die JP-A-05286611 und die JP-A-07291497 offenbaren beide kontinuierliche Blattzuführvorrichtungen, in denen eine Schrägausrichtung durch Liniensensoren erfasst wird.
Die vorliegende Erfindung liegt in einem Verfahren zum elektronischen Bestimmen einer Kante eines zu bedruckenden Kopieträgers, das die folgenden Schritte einschließt:

a) Einführen eines Kopieträgers zwischen eine segmentierte, lineare Lichtquelle und eine lineare Sensoranordnung;
b) Beleuchten eines Lichtsegmentes der linearen Lichtquelle; und
c) Messen einer Kantenposition eines durch den Kopieträger erzeugten Schattens, der einen Lichtweg zwischen dem leuchtenden Lichtsegment und der linearen Sensoranordnung schneidet; gekennzeichnet durch:
d) Berechnen einer Position der Kante des Kopieträgers unter Verwendung der folgenden Gleichung: xp' = xco + (xs – xco)(hn/d)wobei x_co die Position des gemessenen Schattens ist, x_s die Position des beleuchteten Lichtsegmentes ist, h_n ein Abstand zwischen dem Kopieträger und der linearen Sensoranordnung ist, und d ein Abstand zwischen der linearen Lichtquelle und der linearen Sensoranordnung ist.

Eine bestimmte Ausführungsform eines Verfahrens gemäß dieser Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen: –
1 stellt einen Gesamtaufbau einer digitalen Multifunktionsmaschine dar;
2 stellt eine Grundarchitektur einer digitalen Multifunktionsmaschine dar;
3 stellt ein Kantenerfassungssystem gemäß den Konzepten der vorliegenden Erfindung dar;
4 zeigt eine graphische Darstellung der Fehlerergebnisse, die adaptiven Erfassungsverfahren gemäß den Konzepten der vorliegenden Erfindung verwendend;
5 stellt ein Kalibrierungsverfahren dar; und
6 stellt die berechnete Quellen-Stellen gegenüber der tatsächlichen Quellen-Stellen-Fehler-Ergebnisse für das Kalibrierungsverfahren dar.
In der Beschreibung nachfolgend wird der Ausdruck „Kopieträger" dazu verwendet, irgendein Aufzeichnungsmedium zu bezeichnen, das ein gedrucktes Bild darauf aufnehmen wird und einen messbaren Schatten abgeben wird. Weiterhin werden die Ausdrücke „voranführende Kante" und „obere Kante" dazu verwendet, die Kante zu beschreiben, die für eine geeignete Ausrichtung bestimmt werden muss. Diese in Rede stehende Kante kann von System zu System variieren.
Es ist anzumerken, dass eine wichtige Funktion eines digitalen, reprographischen Systems die Anordnung der voranführenden Kante oder der oberen Kante des Kopieträgers für Ausrichtungszwecke ist. Die vorliegende Erfindung schafft eine Möglichkeit, die voranführende Kante oder die obere Kante des Kopieträgers elektronisch so anzuordnen, dass eine geeignete Ausrichtung, insbesondere eine Ausrichtung Vorderseite zu Rückseite, in einem Duplex-Druck-Mode, realisiert werden kann.
Ein Beispiel dieses Merkmals ist in 3 dargestellt. Wie in 3 dargestellt ist, umfasst ein Kantenanordnungssystem eine lineare Lichtquelle 700 aus periodisch beabstandeten LEDs (Licht emittierende Dioden). Eine solche periodisch beabstandete LED ist als Element 701 dargestellt. Die LEDs werden dazu verwendet, ein lineares Sensorfeld 712 zu beleuchten, um die Kantenposition eines Blatts eines Kopieträgers 710, das die Beleuchtung auf dem Sensorfeld schneidet, anzuordnen. Die tatsächliche Stelle dieser zwei Vorrichtungen ist entlang eines Kopie-Träger-Pfads zwischen einem Kopie-Träger-Fach und einer Bildübertragungsstation in dem Druck-System, wobei vorzugsweise die Vorrichtung so nahe zu der Übertragungsstation liegt, wie dies durchführbar ist, so dass die Effekte bei der Bestimmung minimiert werden.
Um die Kante des Kopieträgers elektronisch zu bestimmen, misst die vorliegende Erfindung die Lage des Schattens, gebildet durch den Kopieträger 710, den optischen Pfad (Licht) zwischen der linearen Lichtquelle 700 und dem linearen Sensorfeld 712 schneidend. Die Lichtintensität, gemessen durch das lineare Sensorfeld, werden in elektronische Signale umgewandelt, die in eine Steuereinheit oder eine andere Verarbeitungs vorrichtung zugeführt werden, die die Berechnungen, die nachfolgend beschrieben sind, durchführt, um die Kante des Kopieträgers elektronisch zu bestimmen.
Diese Informationen werden dann durch das Drucksystem so verwendet, um geeignet das Bild zu dem Kopieträger auszurichten. Um besser den Kantenlokalisierungsprozess zu verstehen, wird eine kurze Beschreibung der Messungen und der Berechnungen, verwendet durch drei unterschiedliche Prozesse, nachfolgend angegeben.
In der nachfolgenden Beschreibung beziehen sich die x-Werte auf die Position entlang des linearen Sensorfelds 712, die in Millimetern oder in Pixel-Erhöhungen von 0,050 inch von einer vorab eingerichteten, absoluten Referenz aus gemessen werden können. Um die Kante des Kopieträgers, der bedruckt werden soll, zu bestimmen, werden die nachfolgenden Parameter verwendet:
x_s – Lage der Mitte des LED-Segments (projiziert auf die Sensorebene);
x_p – Lage der Kante des Kopieträgers;
x_co – Lage des Beleuchtungs-„Abschneid"-(„cutt-off") Punkts, d. h. Kante des Schattens;
d – Trennung LED-zu-Sensor; und
h – Höhe des Kopieträgers oberhalb des Sensors.
In dem ersten Prozess wird eine einzelne LED 701 von der linearen Lichtquelle 700, am nächsten zu der erwarteten Position des Kopieträgers liegend, beleuchtet. Wie in 3 dargestellt ist, wird eine Messung der Schatten-Stelle, x_co, und eine Abschätzung der Kante des Kopieträgers x_p', durch das lineare Sensorfeld 712 gemessen und durch eine Steuereinheit oder einen Prozessor, geeignet zum Durchführen digitaler Berechnungen, verbunden mit dem linearen Sensorfeld, berechnet. Das Nachfolgende ist eine detailliertere Erläuterung dieser Messung und Berechnung.
Wie vorstehend angegeben ist, wird das LED-Segment 701 an x_s, das dahingehend bestimmt ist, dass es am nächsten zu der erwarteten Kantenlage des Kopieträgers liegt, beleuchtet. Danach wird die Schatten-Position, x_co, durch das lineare Sensorfeld 712 gemessen. Der Schatten wird durch die Kante des Kopieträgers erzeugt, wenn der Kopieträger den Lichtpfad zwischen der LED 701 der linearen Lichtquelle 700 und dem linearen Sensorfeld schneidet. Von dieser Messung und unter Verwendung der nominalen Höhe des Kopieträgers oberhalb des linearen Sensorfelds 712, h_n, und der Quelle zu der Sen sor-Separation d, wird die Abschätzung für die Kante des Kopieträgers, x_p', unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet:
In diesem ersten Prozess resultiert ein Fehler von der Abweichung der Kopieträger-Höhe um einen unbekannten Betrag, Δh, von der nominalen Höhe, h_n, die in der Korrektur für eine Parallelachse angenommen worden ist. Diese einfache Maßnahme ist nur dann nützlich, wenn die fraktionale Höhenänderung des Kopierträgers, Δh, sehr klein gehalten werden kann.
In einem zweiten Prozess werden zwei unterschiedliche LED-Segmente, x_s1 und x_s2 (nicht dargestellt), sequenziell beleuchtet, und die entsprechenden Schatten-Positionen, x_co1 und x_co2, werden gemessen. Die Parallaxe-Korrekturgleichungen können gleichzeitig gelöst werden, um eine Abschätzung einer Kopieträger-Position, x_p', unabhängig der anfänglichen Höhe des Kopieträgers, h₀, zu liefern. Während die anfängliche Höhe des Kopieträgers, h₀, nicht dahingehend erforderlich ist, dass sie für diese Maßnahme bekannt ist, wird die Berechnung nur dann fehlerfrei sein, wenn keine Änderung in der Höhe des Kopieträgers, Δh, zwischen sequenziellen Messungen vorhanden ist. Die spezifischen Schritte sind wie folgt.
Basierend auf der erwarteten Position des Kopieträgers werden zwei LED-Segmente der linearen Lichtquelle 700 beleuchtet, vorzugsweise an den gegenüberliegenden Seiten der erwarteten Kantenposition des Kopieträgers, bei x_s1 und x_s2. Genauer gesagt wird das LED-Segment bei x_s1 beleuchtet und die entsprechende Schatten-Stelle, x_c01, wird durch das lineare Sensorfeld 712 gemessen. Danach wird die LED bei x_s1 gelöscht und das LED-Segment bei x_s2 wird so beleuchtet, dass die entsprechende Schatten-Stelle, x_c02, durch das lineare Sensorfeld 712 gemessen werden kann. Als nächstes wird die Abschätzung der Kantenstelle des Kopieträgers, x_p', durch eine Steuereinheit unter Verwendung der zwei LED-Segment-Positionen und der zwei gemessenen Schatten-Positionen berechnet. Das Nachfolgende ist die Gleichung, die dazu verwendet wird, die abgeschätzte Position zu berechnen:
Die vorstehende Abschätzung wird fehlerfrei sein, falls dabei keine Änderung in der Höhe des Kopieträgers zwischen Messungen vorhanden ist.
Der dritte Prozess ist eine iterative Anwendung des ersten, beschriebenen Prozesses, bei dem eine erste Abschätzung einer Kopieträger-Position verwendet wird, um ein neues LED-Segment auszuwählen, das einen verringerten Parallaxe-Fehler besitzt, und zwar für eine zweite Abschätzung der Position des Kopierträgers. Der Prozess kann, unter Verwendung der zweiten Abschätzung, wiederholt werden, um eine dritte LED-Position, usw., auszuwählen. Die Iteration ist nur durch die Präzision der LED-Segment-Stellen an der linearen Lichtquelle begrenzt. Die spezifischen Schritte sind nachfolgend aufgelistet.
Ein LED-Segment der linearen Lichtquelle 700 bei x_s1 am nächsten zu der erwarteten Kantenposition des Kopieträgers wird beleuchtet, und die entsprechende Stelle des Kanten-Schattens, x_c01, wird durch das lineare Sensorfeld 712 gemessen. Die gemessene Schatten-Position, x_c01, wird dazu verwendet, eine erste Abschätzung einer Kopieträger-Position, x_p', gemäß der folgenden Formel zu berechnen:
wobei h_n die gemessene, nominale Kopieträger-Höhe ist.
Als nächstes bestimmt die Steuereinheit die Position des LED-Segments am nächsten zu der vorstehenden Abschätzung unter Verwendung von x_s2 ≈ x_s1 + p_LEDINT(((x_p1' – x_s1)/p_LED) + 0,5), wobei p_LED die „Teilung" Mitte-zu-Mitte der LED-Segmente ist, und die „INT" Funktion irgendeine passende Funktion sein kann, um die am nächsten liegende, ganze Zahl von LED-Segmenten zwischen der ersten Abschätzung der Position des Kopieträgers, x_p1', und der ersten LED-Position x_s1, zu bestimmen. Unter Bestimmen des nächsten LED-Segments, x_s2, wird das LED-Segment an x_s2 beleuchtet, und die Schatten-Stelle, x_c02, wird durch das lineare Sensorfeld 712 gemessen. Von dieser zweiten Messung wird eine neue Abschätzung einer Kanten-Stelle des Kopieträgers, x_p1', durch einen Prozessor berechnet, unter Verwendung von:
Der Fehler, x_p1 – x_p1', oder x_p – x_p2', kann aus der Fehlerfunktion, die vorstehend für den ersten Prozess beschrieben ist, berechnet werden, und zwar unter Verwendung der Parameter von der ersten oder zweiten Iteration jeweils. Falls der Fehler in der ersten Iteration die LED-Teilung, p_LED, übersteigt, ist es wahrscheinlich, dass eine dritte Iteration eine Genauigkeit verbessern wird. Falls der Fehler von der ersten Iteration ausreichend klein ist, d. h. (x_p1' – x_s1) < 0,5 p_LED, kann die zweite Iteration eliminiert werden.
Weiterhin können der zweite und der dritte Prozess, die vorstehend beschrieben sind, auch adaptiv vorgenommen werden, wobei Informationen von der ersten Kantenberechnung des Kopieträgers dazu verwendet werden, die LED auszuwählen, die in der zweiten Messung verwendet werden soll. Dies ermöglicht eine Auswahl einer zweiten LED näher zu der tatsächlichen Kante des Kopieträgers, was ein höheres Signal/Rausch-Verhältnis erzeugt und die Wahrscheinlichkeit verringert, dass die zweite Messung mit einer LED versucht werden wird, die einen unzureichenden Bereich besitzt. Die „cutt-off-" oder Schatten-Werte von den zwei sequenziellen Messungen können dazu verwendet werden, die tatsächliche Lage der Kante des Kopieträgers zu berechnen. Das Nachfolgende ist eine Beschreibung der adaptiven Prozesse.
Der erste adaptive Prozess, der nachfolgend beschrieben ist, ist eine Variante des zweiten Prozesses, der vorstehend beschrieben ist. In diesem ersten adaptiven Prozess werden zwei LED-Segmente bei x_s1 und x_s2 sequenziell beleuchtet, allerdings werden die Informationen von der LED bei x_s1 dazu verwendet, die zweite LED-Position auszuwählen. Die spezifischen Schritte sind wie folgt.
Eine erste LED bei x_s1 wird als das am nahesten liegende Element zu der erwarteten Lage der Kante des Kopieträgers ausgewählt. Es ist wesentlich, dass der volle Bereich der Lagen des Kopieträgers innerhalb des Bereichs dieser ersten LED liegt. Als nächstes wird die Schatten-Position, x_c01, erzeugt durch die Kante des Kopieträgers, aufgezeichnet. Die zweite LED-Stelle wird durch eines der nachfolgenden zwei Verfahren ausgewählt.
Verfahren 1 wählt die zweite LED so aus, dass sie eine festgelegte Anzahl von Elementen, N, in derselben Richtung wie die Kante des Kopieträgers von der ersten LED aus ist; d. h. x_s2 = x_s1 + N p_LED, für x_c01 ≥ x_s2, oder x_s2 = x_s1 – N p_LED, für x_c01 < x_s1, wobei N eine positive, ganze Zahl (nicht Null) ist, typischerweise in dem Bereich von 1 bis 4, und p_LED die LED-Teilung Element-zu-Element ist. Dies stellt sicher, dass die zweite LED auf derselben Seite der nominalen Position wie die Kante die Kopieträgers liegen wird.
Alternativ schätzt das Verfahren 2 den Abstand der Kante des Kopieträgers von x_s1, ab und wählt die Position der LED am nächsten zu der Kante des Kopieträgers für die zweite Messung aus. Der Abstand zwischen der abgeschätzten Lage der Kante des Kopieträgers und der ersten LED-Position, x_p1' – x_s1, kann von der ersten Messung aufgefunden werden. Ein Unterteilen dieses Abstands durch die LED-Teilung und Runden auf die nächste, ganze Zahl liefert eine beste Abschätzung dafür, wo die zweite LED ausgewählt werden sollte. Die Lage der zweiten LED sollte demzufolge x_s2 = x_s1 – N p_LEDINT(((x_p1', – x_s1)/p_LED) + 0,5) oder dessen mathematisches Äquivalent x_s2 = x_s1 + p_LEDINT((((x_co1, – x_s1) (1 – (h/d)))/p_LED) + 0,5) vom dem dritten Prozess vorstehend sein, wobei die nominalen Werte von h und d verwendet werden können. Die INT-Funktion ist irgendeine Funktion, die die am nächsten liegende ganze Zahl zu der Funktion in deren Argument liefert. Falls die INT-Funktion Null erzeugt (d. h. die Kante des Kopieträgers liegt innerhalb von 0,5 p_LED von x_s1), muss x_s2 durch ein alternatives Verfahren ausgewählt werden. Eine Maßnahme ist diejenige, ein erstes Verfahren, das vorstehend beschrieben ist, mit N = 1 oder 2, zu verwenden. Ein anderes ist dasjenige, x_p direkt von der ersten Messung zu berechnen und die zweite Messung zu ignorieren.
Wenn einmal das zweite LED-Segment von einem der Verfahren, die vorstehend beschrieben sind, bestimmt worden ist, wird das zweite LED-Segment, x_s2, beleuchtet und die Schatten-Position, x_c02, wird aufgezeichnet. Danach wird eine Abschätzung, x_p', der Lage der Kante des Kopieträgers durch einen Prozessor oder eine Steuereinheit unter Verwendung der zwei Quellen-Positionen, x_s1, x_s2, und der zwei Schatten-Positionen, x_c01, x_c02, berechnet wie folgt:
Die vorstehende Abschätzung wird einen Fehler haben, verursacht durch eine Bewegung der Höhe des Kopieträgers zwischen Messungen, von
Unter der Annahme der folgenden Werte erzeugen die adaptiven Maßnahmen, die vorstehend beschrieben sind, die Fehlerergebnisse, wie sie in 4 dargestellt sind:
x_s1 = 10,0 mm (erwartete Lage des Kopieträgers und Mitte der ersten LED),
h = 4,7 mm (Höhe des Kopieträgers oberhalb des Sensors),
Δh = 1,5 mm (Änderung in der Höhe Sensor-zu-Kopieträger zwischen Messungen), und
p_LED = 2,54 mm (LED-Feld-Teilung).
4 stellt den Fehler in der berechneten Lage der Kante des Kopieträgers als eine Funktion der tatsächlichen Lage der Kante des Kopieträgers dar. Ergebnisse für festgelegte ΔN's von 1, 2 und 3 sind dargestellt, zusammen mit dem „adaptiven ΔN" Fall. In dem adaptiven ΔN Fall kehrt der Algorithmus zu einem festgelegten ΔN = +2 zurück, wenn der adaptive Algorithmus eine zweite LED-Position als dieselbe wie die erste vorhersagt.
Die Ergebnisse vermitteln, dass entweder der adapptive ΔN Algorithmus oder der ΔN = +2 Algorithmus bevorzugt ist. Es ist anzumerken, dass, obwohl kleinere Fehler für ein festgelegtes ΔN > 2 auftreten, Kanten des Kopieträgers nahe der erwarteten Position (10 mm in 4) durch LED-Segmente mehr als zwei LED-Teilungen von der Kante während der zweiten Messung beleuchtet werden. Dies wird wahrscheinlich außerhalb des Bereichs für die zweite Messung liegen.
Um akkurate Berechnungen in irgendeinem der vorstehenden, beschriebenen Prozesse sicherzustellen, muss das System räumlich zwischen der linearen Lichtquelle und dem linearen Sensorfeld kalibriert werden. Dieses Erfordernis für eine räumliche Kalibrierung zwischen den LEDs und den Sensorfeldern tritt, in der bevorzugten Ausführungsform, auf, da eine Parallaxe-Korrektur in der Berechnung der Kante des Kopieträgers eine Kenntnis sowohl der Schatten-Lage auf dem Sensor als auch der Quellen-Lage, den Schatten verursachend, erfordert. Diese Stellen müssen auf einer gemeinsamen Achse, vorzugsweise der Sensorachse, angegeben werden, wo beide in Bezug auf Pixel von einem gemeinsamen Ursprung aus gemessen werden können. Idealerweise können die separaten Anordnungen, die die zwei Felder halten, so ausgelegt werden, um eine zuverlässige, mechanische Ausrichtung zu ermöglichen, so dass die Position irgendeines LED-Quellenelements in Sensorkoordinaten mit einem Fehler < 1,0 mm bekannt ist.
Falls dies nicht durchführbar ist, kann man ein bekanntes LED-Segment von einer Messung seines Profils an dem Sensorfeld lokalisieren. Zum Beispiel kann, falls Lichtprofil-Grenzen einer LED bei vier unterschiedlichen Schwellwerten gemessen werden, der Durchschnitt dieser Grenzen verwendet werden, um den Profil-Peak zu berechnen, dem zufolge die LED-Mittenlage. Dieses Verfahren hängt von der Symmetrie des LED-Beleuchtungs-Profils und der Ungleichförmigkeit des Fotoansprechverhaltens des Sensorfelds ab.
Falls die vorstehenden Verfahren nicht ausreichend akkurat sind, kann ein drittes Verfahren, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist und das ein Kalibrierungswerkzeug 800 verwendet, wie dies in 5 dargestellt ist, dazu verwendet werden, den Quellen-Bereich auf der Sensorachse zu lokalisieren. Das Werkzeug wird dahingehend angenommen, dass es einen Schlitz einer Breite, Δx, (oder zwei Schlitze, getrennt durch Δx), positioniert nahe eines LED-Segments, dessen Position bestimmt werden soll, besitzt. Die Schlitz-Kanten (oder die Schlitze) müssen, wie dies offensichtlich ist, beide gleichzeitig innerhalb des Beleuchtungsbereichs des LED-Segments liegen.
Dieses dritte Kalibrierungsverfahren erfordert zwei separate Schatten-Messungen, jede bei einer unterschiedlichen Höhe des Schlitzes. Es ist anzumerken, dass zwei Messungen mit einer Schlitz-Verschiebung parallel zu der Sensorachse kein äquivalentes Ergebnis erzeugen werden, wobei die Verschiebung normal zu der Sensorachse liegen muss.
Die angenommenen Komponenten-Positionen sind in 5 dargestellt. Die linke Kante, x_e, und deren Schatten, x_a1, sind zu der Quellen-Position, x_s, der Höhe der Kante, h₁, und dem Abstandsensor-zu-LED, d, durch ((x_e – x_a1)/(x_s – x_a1)) = h₁/d in Bezug gesetzt. Aus dieser Beziehung folgt, x_e = x_a1 (1 – (h₁/d)) + (h₁ * x_s)/d. Ähnlich ergibt die Kante (oder der Schlitz) bei x_e + Δx, mit einem Schatten bei x_b1, x_e + Δx = x_b1(1 – (h₁/d)) + (h₁ * x_s) /d.
Subtrahieren der vorstehenden zwei Gleichungen ergibt eine dritte, nützliche Beziehung für das Verhältnis h/d, (h₁/d) = 1 – (Δx/(x_b1 – x_a1)). Falls das Ausrichtungs-Werkzeug 800 zu einer neuen Höhe, h₂ = h₁ + Δh, oberhalb des Sensorfelds bewegt wird, unter Beibehalten derselben Kanten-Koordinaten, wird ein zweiter Satz von Schatten, x_a2, x_b2, an dem Sensor auftreten. Drei ähnliche Gleichungen werden an der neuen Höhe erzeugt: x_e = x_a2 (1 – (h₂/d)) + (h₂ * x_s)/d; x_e + Δx = x_b2(1 –(h₂/d)) + (h₂ * x_s)/d; und (h₂/d) = 1 – (Δx/(x_b2 – x_a2)).
Die vorstehenden Gleichungen können gleichzeitig gelöst werden, unter Eliminieren von x_e und der zwei h/d Verhältnisse, was ergibt
Die Lage der Quellen-Mitte auf der Sensorachse kann demzufolge aus den vier Schatten-Messungen, zwei bei jeder Höhe, bestimmt werden.
Es kann auch nützlich sein, ein bestimmtes Merkmal auf dem Sensorfeld zu einem externen Merkmal auf dem Duplex-Transport anzuordnen. Falls das Kalibrierungswerkzeug 800 die Kante des Schlitzes mit einem bekannten Abstand zu einem bestimmten, externen Duplex-Transport-Merkmal anordnet, unter Lösung der vorstehenden Gleichungen für die Kanten-Stelle, x_e, ermöglicht dies, dass ein bekannter Abstand präzise auf der Sensorachse angeordnet werden kann.
Demzufolge ist, unter Verwendung des aufgelösten Werts für x_s, die Kanten-Lage in Sensor-Koordinaten:
Verschiedene mechanische Maßnahmen können verwendet werden, um ein Kalibrierungswerkzeug 800 aufzubauen, um die vorstehenden Bedingungen zu erreichen. Ein Werkzeug, das aus einem langgestreckten, flachen Element besteht, das einen Schlitz einer bekannten Breite enthält, kann zwischen der LED und den Sensorfeldern nach Montage des Duplex-Transports eingesetzt werden. Die Schlitz-Breite sollte ausreichend innerhalb des Beleuchtungsbereichs einer LED liegen. Das Werkzeug kann direkt auf eine neue Höhe angehoben werden, um die zweiten zwei Schatten zu erzeugen, oder es kann entfernt werden und bei einer neuen Höhe wieder eingesetzt werden. Es ist nur erforderliche, dass die Kantenlage, x_e, präzise beibehalten wird.
Es ist auch möglich, ein einzelnes Kalibrierungswerkzeug mit zwei Schlitzen bei unterschiedlichen Höhen zu verwenden. Die Schlitze sind in der x-Richtung so separiert, dass jeder unter eine unterschiedliche LED fällt. Falls die Schlitze um Δx_e separiert sind (z. B. linke Kante-zu-rechter Kante) und die LEDs mit Δx_s separiert sind, und beide Separationsabstände vorbestimmt sind, können die Gleichungen für den zweiten Satz von Messungen modifiziert werden durch Ersetzen von x_e gegen x_e + Δx_e und x_s gegen x_s + Δx_s. Die gleichzeitige Lösung der zwei Sätze von Gleichungen wird dann ähnliche Ergebnisse für x_s und x_e erzeugen, mit der Ausnahme, dass dabei Korrektur-Terme vorhanden sein werden, die die ausgewählten Δx_s und Δx_e einsetzen. Eine wahlweise Auswahl von Δx_s = Δx_e wird wesentlich die Korrektur-Terme vereinfachen.
Die Präzision, mit der x_s berechnet werden kann, ist primär durch die Präzision der Schatten-Messungen auf dem Sensor beschränkt. Die diskreten Sensorstellen werden einen gewissen Fehler einbringen, und zwar in Abhängigkeit von der Auswahl von Δx, Δh, usw.. Ein Proben-Ergebnis ist in 6 für annehmbare Werte von Werkzeug-Parametern dargestellt, d. h.
h₁ = 2,0 mm (Höhe der ersten Messung),
h₂ = 6,0 mm (Höhe der zweiten Messung),
Δx = 9,0 mm (Schlitz-Breite)
d = 25,0 mm (Abstandsensor-zu-LED), und
x_e = 30,0 mm (Stelle einer Schlitz-Kante in Sensor-Koordinaten, zu Anfang unbekannt).
Die LED-Teilung wird dahingehend angenommen, dass sie 2,54 mm (0,1 inch) ist, und die Sensor-Teilung 0,127 mm (1/200 inch) in diesem Beispiel ist. Der Ausdruck der 6 stellt die berechnete Quellen-Lage gegenüber der tatsächlichen Quellen-Lage dar. Es ist anzumerken, dass für Quellen nahe der Kante der Schlitzes (x_s ~ 30 mm) die Präzision für x_s ~ ±0,5 mm ist. Die entsprechende Kanten-Position, x_e, wird mit einer Präzision besser als ±0,1 mm berechnet.
Zusammengefasst ist die vorliegende Erfindung ein System oder ein Verfahren zum elektrischen Auffinden einer Kante eines Kopieträgers über die Messung eines Schattens, erzeugt von der Schnittstelle des Kopieträgers mit einem Lichtpfad zwischen einer linearen Lichtquelle und einem linearen Sensorfeld. Die vorliegende Erfindung benutzt auch ein Kalibrierungswerkzeug und ein Verfahren zum Kalibrieren der Lage der individuellen Lichtquellen in der linearen Lichtquelle in Bezug auf die Stellen der individuellen Sensoren in dem linearen Sensorfeld.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail vorstehend beschrieben worden ist, können verschiedene Modifikationen ausgeführt werden. Zum Beispiel ist die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Bezug auf ein allgemeines Drucksystem beschrieben worden; allerdings werden diese Verfahren einfach in einem analogen oder einem „Licht-Objektiv"-Kopiersystem oder in einem digitalen Druck- oder Kopiersystem ausgeführt.
Weiterhin kann das elektronische Kantenbestimmungssystem der vorliegenden Erfindung leicht bei einem Computer für allgemeine Zwecke, einem Personal Computer oder einer Workstation ausgeführt werden. Das elektronische Kantenbestimmungssystem der vorliegenden Erfindung kann auch leicht bei einem ASIC ausgeführt werden oder kann leicht in einer Software umgesetzt werden.
Schließlich kann, während die vorliegende Erfindung in Bezug auf ein Feld von LEDs als die lineare Lichtquelle beschrieben worden ist, die vorliegende Erfindung leicht mit irgendeiner linearen Lichtquelle ausgeführt werden, die segmentiert werden kann, und die Beleuchtung kann individuell kontrolliert werden.

Claims

Verfahren zum elektronischen Bestimmen einer Kante eines zu bedruckenden Kopieträgers (710), das die folgenden Schritte einschließt: a) Einführen eines Kopieträgers (710) zwischen eine segmentierte lineare Lichtquelle (700) und eine lineare Sensoranordnung (712); b) Beleuchten eines Lichtsegmentes (701) der linearen Lichtquelle (700); und c) Messen einer Kantenposition (x_co; x_co1) eines durch den Kopieträger erzeugten Schattens, der einen Lichtweg zwischen dem leuchtenden Lichtsegment (701) und der linearen Sensoranordnung (712) schneidet; gekennzeichnet durch: d) Berechnen einer Position (x_p') der Kante (x_p) des Kopieträgers (710) unter Verwendung der folgenden Gleichung: xp' = xco + (xs – xco)(hn/d)wobei x_co die Position des gemessenen Schattens ist, x_s die Position des leuchten Lichtsegmentes (701) ist, h_n ein Abstand zwischen dem Kopieträger (710) und der linearen Sensoranordnung (712) ist, und d ein Abstand zwischen der linearen Lichtquelle (700) und der linearen Sensoranordnung (712) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: e) Bestimmen eines Lichtsegmentes (701) der linearen Lichtquelle (700), das der in dem Schritt d) errechneten Position (x_P') entspricht; f) Beleuchten des in dem Schritt e) bestimmten Lichtsegmentes (701) der linearen Lichtquelle (700); g) Messen einer Kantenposition (x_co2) eines durch den Kopieträger (710) erzeugten Schattens, der einen Lichtweg zwischen dem leuchtenden Lichtsegment (701) aus dem Schritt f) und der linearen Sensoranordnung (712) schneidet; und h) Berechnen einer Position der Kante des Kopieträgers (710) auf Basis der gemessenen Schattenposition in dem Schritt g).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei in dem Schritt h) eine Position der Kante des Kopieträgers auf Basis der in dem Schritt g) gemessenen Schattenposition (x_co2), und der Position (x_s2) des in dem Schritt f) beleuchteten Lichtsegmentes (701) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei in dem Schritt h) eine Position (x_p') der Kante des Kopieträgers (710) unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet wird: xp' = xco2 + (xs2 – xco2)(hn/d)wobei x_co2 die Position des gemessenen Schattens in dem Schritt g) ist, x_s2 die Position des leuchtenden Lichtsegmentes (701) in dem Schritt f) ist, h_n der Abstand zwischen dem Kopieträger (710) und der linearen Sensoranordnung (712) ist, und d ein Abstand zwischen der linearen Lichtquelle (700) und der linearen Sensoranordnung (712) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: e) Beleuchten eines zweiten Lichtsegmentes (701) der linearen Lichtquelle (700) an einer dem in dem Schritt b) beleuchteten Lichtsegment (701) gegenüberliegenden Seite einer erwarteten Kopieträger-Kantenposition (x_p); und f) Messen einer zweiten Kantenposition (x_co2) eines durch den Kopieträger (710) erzeugten Schattens, der einen Lichtweg zwischen dem leuchtenden zweiten Lichtsegment (701) und der linearen Sensoranordnung (712) schneidet; wobei in dem Schritt d) eine Position (x_p') der Kante des Kopieträgers (710) auf Basis der in dem Schritt c) gemessenen Schattenposition (x_co1) und der in dem Schritt f) gemessenen Schattenposition (x_co2) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei in dem Schritt d) eine Position (x_p') der Kante des Kopieträgers (710) auf Basis der in dem Schritt c) gemessenen Schattenposition (x_co1), der in dem Schritt f} gemessenen Schattenposition (x_co2), der Position (x_s1) des in dem Schritt b) beleuchteten Lichtsegmentes (701) und der Position (x_s2) des in dem Schritt e) beleuchteten Lichtsegmentes (701) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei in dem Schritt d) eine Position (x_p') der Kante des Kopieträgers (710) unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet wird: xp' = (xs2xco1 – xs1xco2)/((xco1 – xs1) – (xco2 – xs2))wobei x_co1 die in dem Schritt c gemessene Position des Schattens ist, x_co2 die in dem Schritt f) gemessene Position des Schattens ist, x_s1 die Position des in dem Schritt b) beleuchteten Lichtsegmentes (701) ist, und x_s2 die Position des in dem Schritt e) beleuchteten Lichtsegmentes (701) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die lineare Lichtquelle (700) eine Anordnung einzeln steuerbarer Leuchtdioden (701) ist.