卷材检查校准系统及相关方法

专利名称：卷材检查校准系统及相关方法
卷材检查校准系统及相关方法
背景技术：
某些卷材属性适合于光学检查。这些属性或者是可直接观察的(如透射率或者如 刮痕或其他外观缺陷之类的偏差)，或者是与某个可光学观察的属性充分相关以致可测量 的。例如，对于非织造卷材，与可光学观察属性相关但不可直接观察的属性为其隔热能力， 所述隔热能力通常是利用导热率来测定的。可通过监测从已知温度梯度的一端到另一端的 热流率来测定卷材的导热率，但这种测定难以用于在线生产型环境中。然而，如果卷材的 构造为透光提供条件，则其导热率可能与透过它并且进入一系列光学传感器的光的亮度相 关。因此，可利用透过卷材的光的光学信号，并通过已知的光学感测技术来表征卷材的导热 率，前提条件是所述光学信号可被校准到导热率单位。导热率仅为可通过光学检查技术来 测定的属性之一例。仅举几个来说，其他属性例如包括表面粗糙度、热扩散率、孔隙度、结晶 度和厚度，以及光密度、透射率、反射率和双折射率等常规光学属性。定量检查方法(以及等级较低的定性检查方法)的问题在于构成卷材检查系统的 一个或多个传感器的校准，以能够产生以被校准到某个已知标准的误差范围之内的测量单 位给出的关于所关注卷材属性的数据。

发明内容
本文公开了用于校准卷材检查系统的一些系统和方法。更具体地说，公开了一些 用于实时、在线校准的卷材检查系统的系统和方法。通常，这些系统和方法涉及来自卷材检 查系统的卷材上游(或卷材下游)的传感器的使用，所述传感器被构造成以校准单位来精 确地测定所关注的卷材属性。来自此传感器的信息被用来使卷材检查系统的校准常数能够 被实时或接近实时地算出，最常出现的情况是无需中断卷材的正常制造过程。在各个实施 例中，此校准系统可以不需要与卷材检查系统校准的传统方法相关联的停机时间或资源密 集测试。而且，通过使用本文所公开的系统和方法，卷材检查系统可被构造为以工程单位提 供有关卷材属性的定量信息。在一些实施例中，定量信息可用来比较不同生产线上的卷材 加工的属性、或比较多个卷材检查系统上的数据、或分析同一卷材检查系统在单次或多次 运行上的性能。


图1为校准系统的示意图。图2为构成定量成像系统的功能模块的示图。图3为示出可用于校准卷材检查系统的高级过程的流程图。图4为具有装于跨卷材移动装置上的传感器的校准系统的示意图。图5为校准系统的示意图，其中卷材检查系统包括两个行扫描摄像机。
具体实施例方式卷材检查系统包括一些定量和定性实施例。定量检查系统可产生关于被校准到已知标准(例如工程单位)的卷材属性的检查信息。与定性检查系统相比，所述定性检查系 统注重于卷材属性随时间推移的相对变化。定性检查系统或许足以识别表示特定加工缺陷 (诸如颤痕、模痕、斑点和其他典型的非均勻性)的信号模式。然而，由于定性检查系统不依 赖于绝对目标值或校准过程，因此它们不能产生可再现度量标准(或一套度量标准)，让操 作员对卷材加工是否处于控制下或者对于加工的改变是否已经从一道加工到下一道加工 减少了卷材的非均勻程度的情况进行跟踪。必须定期地校准用于检查基于卷材的产品的传感器和成像系统。具体的校准计划 取决于被检查的卷材类型以及受检查的所关注卷材属性这样的项目。另外，作业环境中的 环境条件(温度、湿度和粉尘量等)以及生产和维护安排会使检查系统偏离校准值，因此需 要每隔几天、几小时或可能更频繁地进行校准。对用于卷材检查的光学感测设备进行校准 的方法一般归属于若干类别中的一种或多种。首先，用于校准卷材检查系统的“离线”方法需要在卷材检查系统系统暴露于已知 样品或已知样品集时记录由该系统产生的信号(光学或其他信号)。就光学检查系统而言， 该方法经常通过将一系列样品布置在检查系统的光路内(有可能在多个位置上)来完成。 这种离线方法要求将正常的卷材加工或生产中断，同时样品被置于通常由卷材占据的位置 内。这种离线方法的一种改型是将卷材检查系统(包括照明装置)移至离开卷材的位置， 通常为邻近生产线且在卷材路径之外，其中可记录与标准样品相关联的感测响应，并因此 可校准卷材检查系统。校准后，将卷材检查系统恢复到其卷材检查位置。虽然检查系统在 离线校准时可进行卷材加工，但如果没有第二检查系统(该系统价格昂贵)存在，则这种处 理可能不受控制。第二方法试图在正常卷材生产进行的同时获取校准数据，即用所生产的卷材来获 得校准数据，尽管有仍然未知的属性。为了如此进行，检查系统记录得自卷材的第一部分的 数据，所述卷材的位置或者被标出或者以其他方式为卷材搬运系统所知。当卷材的第一部 分到达卷绕机时，其通常作为“卷端”样品从卷材的剩余部分切下，并送往质量管理实验室。 如果可获得精确的位置信息以允许当样品通过检查站时使样品上的位置与检查系统所存 储的数据对准，则可使用离线质量管理仪器来为检查系统提供校准数据。这种方法是资源 密集的，要求谨慎注意样品对准以获得良好的数据，并且在样品开始通过检查站的时点和 校准成为可用的时点之间有相当大的延迟。第三种方法涉及上述两种方法的某种组合。例如，可以将已知样品布置在正常的 卷材路径的边缘之外，但位于检查系统观察到的区域之内。这在产品仍然运行的同时为最 外侧的传感器元件提供持续进行的校准数据。然而，将校准值传送到正常卷材(其属性未 知)上的卷材检查系统传感器需要知道内部传感器元件的响应和外部传感器元件的响应 之间的关系，并且这些响应必须在所有时间彼此保持固定。在另一个实例中，一些校准样品 被暴露于检查系统观察区域的各个部分，从而给卷材的未知属性上附加已知的偏置。这对 于在校准期间卷材的统计变化施加了一些限制，并且也改变了检查系统可能必须工作的范 围。上述方法所需的检查系统的多点校准是耗时的，并且可能需要相对大量的操作人 员、对自动校准系统的大笔投资或者这两者都需要。而且，对于构成检查系统(例如，用于 向摄像机提供照明的光源的强度分布或激光扫描器中的光源和接收光学部件之间的对齐)的组成部分作出的改变，使得(一些)进一步的校准成为必要。图1是卷材输送系统W6上的校准系统的一个实施例的示意图。卷材输送系统W6 可为用于制造、转换、加工或检查卷材Wl的任何卷材输送系统。卷材Wl可为任何适合进行 自动检查的宽度显著大于厚度的材料。例如，卷材Wl可为光学薄膜、电池薄膜材料、纸张、 一种织造材料、一种非织造材料、研磨材料、微结构化薄膜、多层薄膜、复合膜、印刷和图案 化的卷材、箔或板材产品(如轧制钢材)。卷材Wi可具有一个或多个涂层，比如湿涂层。另 外，卷材Wl可以是为由多个片模制形成的或模制到卷材上而形成的卷材。将卷材Wl从左向右移动，这可能作为制造或转换过程的一部分。所示出的传感器 W2设置在卷材检查系统W3的卷材上游侧，但其也可设置在卷材检查系统W3的卷材下游侧。 在一个实施例中，传感器W2可甚至被定位成从与卷材检查系统W3相同的卷材区域接收信 号。在这种实施例中，可将一个或多个分束器用于从卷材区域发射的信号(假如传感器W2 和卷材检查系统W3均基于光学信号)。在一个实施例中，传感器W2是单读出传感器，其被构造成接收从卷材Wl的单通 道W4发射的检查信号，然后产生表示此响应的信号。传感器W2可为任何类型的传感器，例 如，其可为光学传感器(对(例如)可见光、紫外线、红外线或近红外线敏感，或使用太赫 兹成像技术)、或被构造成接收某种类型的电磁辐射的传感器、或被构造成接收声波的传感 器。传感器W2被校准为可按校准单位精确地测定卷材Wl的属性。传感器W2不必为单点 传感器，但向下述卷材检查系统的校准传送使用单数据流。在传感器W2不是单点传感器 时，可以通过将来自构成传感器W2的若干相邻感测元件(摄像机的像素、电容式传感元件 等等)的信号平均来获得单数据流。然而，对于构成传感器W2的传感元件的数量没有严格 的限制，传感器W2中的元件越多，则确保它们都被校准到相对于彼此相同的响应就变得越 困难。在一个实施例中，卷材检查系统W3为行扫描摄像机，其至少接收与单输出传感器 W2相同的单通道W4以及通道W4之外的其他通道相关的检查信号。行扫描摄像机较为便宜 和普遍，但与本文所述的相同或相似的校准技术和系统也可装设其他类型的检查系统。例 如，除了行扫描摄像机，卷材检查系统W3也可包括激光扫描器、时延积分摄像机、区域扫描 摄像机、其他阵列传感器或这些系统的某种组合。卷材检查系统W3从小于全宽的卷材Wl 的宽度中接收信号。传感器W2定期地相对于已知标准进行校准。传感器W2校准的时间安排取决于传 感器漂离校准的倾向性和特定的卷材加工环境所要求的公差。例如，用作传感器W2的光 密度计可被构造成测定卷材在特定波长带内的透光率，但是当光源老化时，其光谱输出和/ 或功率电平可能会改变以至于影响来自传感器的数据的精度。可使用已知的标准或标准集 来定期地检查这种传感器的响应来修正这种漂移。与诸如行扫描摄像机之类的卷材检查系统的校准相比，传感器W2的校准相当琐 碎，在一个实施例中这种校准通过将单输出传感器摆离生产线来接收已知标准或标准集的 信号而实现。也可以选择，在接近生产线的质量管理实验室用已知技术来校准传感器W2。作 为另一种选择，可将传感器W2送至制造商或供应商的实验室或者送至甚至诸如国家标准 与技术研究院(National Institute of Standards and Technology)之类的实验室来校 准。在传感器W2的校准期间，卷材检查系统W3可继续以先前校准的状态来检查卷材。在一些情况下，最好给卷材输送系统W6配置多个0、3或甚至更多个)单输出传感器，使得在任 何给定时间至少有一个在线并从在通道W4中通过的卷材接收信号，并使得在任何一个其 他单输出传感器被离线校准的同时至少有一个单输出传感器接收校准信号(反之亦然)。在一个实施例中，传感器W2被构造成用于测定与卷材检查系统W3相同的属性。例 如，在一个实施例中，传感器W2和卷材检查系统W3这二者均可被构造成响应人眼可见范围 内的检查信号(在这种情况下为光)。然而，作为另外一种选择，卷材检查W3可被构造成用 于测定与由传感器W2测定的属性不同但是与其强相关的属性。强相关属性的一个实例是， 其中传感器W2通过超声换能器来测定卷材的厚度，而卷材检查系统W3为对于可见光谱中 的光敏感的行扫描摄像机。与可见光谱中的光强相关的卷材属性的另一个实例为上文所述 的导热率(至少在一些情况下)。定量成像系统W5可为专用或通用计算机，该计算机具有存储器和中央处理单元， 该中央处理单元从传感器W2和卷材检查系统W3接收输入，并且分析该输入以应用、或在一 些实施例中确定用于卷材检查系统W3的校准模型。校准模型为一个或多个数值或算法，该 数值或算法确定用于将来自卷材检查系统W3的输出信号从原始数据转换为校准单位的数 学关系。本文将描述两个一般的校准模型。第一校准模型即“传感器至检查系统校准模型” 定义传感器W3和关联于与传感器W3相同的通道W4的检查系统W3部分之间的数学关系。 第二校准模型即“跨卷材校准模型”定义在构成检查系统W3的跨卷材观察区域的一些通道 之间的数学关系。定量成像系统5通过下述方式来确定跨卷材校准模型处理与通道W4 (该通道被 校准到点传感器W2并经由该传感器校准到检查系统校准模型)相关的数据集和与除通道 W4之外的一个或多个通道相关的数据集以及用于描述检查系统的跨卷材信号分布的数据。定量成像系统W5在图1中示为单个系统，但在一些替代实施例中，它可以由多个 共同联网的或单独自立的计算机构成，所述计算机执行支持本文所述的校准技术的各种软 件算法。图2为一个示范实施例中的构成定量成像系统W5的功能模块的示图。图2是相对 于一组分立的功能模块来描述的，但本领域内的技术人员将会理解本描述仅用于说明性目 的，具有相同或类似功能的系统可通过多种方式来构建。图2中示出的功能模块各自可与 任一其他模块通信；这些模块中的任何一个可用硬件或软件或者它们的某种组合实现。用 户Pl为卷材检查系统P5的任何用户。用户Pl可为负责卷材Wl的质量管理的操作人员。 用户Pl主要通过键盘、鼠标和某种显示器(它们在图2中均未示出)来与定量成像系统W5 交互。用户接口模块P5可在显示器上产生图形用户界面或命令行界面，以使用户Pl既可 以为定量成像系统W5提供信息又可以从定量成像系统W5接收信息。在一个实施例中，用 户接口模块P5通过调用由操作系统提供的功能在显示器上产生窗口，所述操作系统为(例 如)由华盛顿州雷德蒙德市(Redmond，Washington)的微软公司(Microsoft Corporation) 以商品名“Windows”上市的操作系统。可同样地使用其他操作系统。用户接口模块P5依次 提供并接收来自其他功能模块的数据和命令。对于自动化卷材加工控制或卷材监测系统， 可存在其他接口(图2中未示出)。输入/输出模块P9与传感器W2和卷材检查系统W3相接口。输入/输出模块P9 从传感器W2和卷材检查系统W3接收数据流。在一个示范实施例中，输入/输出模块P9也根据定量成像系统W5的具体实现方式为传感器W2和/或卷材检查系统W3提供命令和控 制信息。例如，在本公开的其他部分描述了跨卷材移动装置的实施例，传感器W2附接在该 跨卷材移动装置上，以使得传感器W2可横跨卷材移动。在这样的实施例中，输入/输出模 块P9可提供指示这种跨卷材移动的控制信号。输入/输出模块P9也可提供其他信息，以 总体地控制传感器W2或卷材检查系统W3。由输入/输出模块P9接收的输入可直接地提供 给其他模块或存储在数据库P8中以用于后续分析。数据库P8为在计算机存储器(例如随机存取存储器或硬盘驱动器或它们的某种 组合)中实现的数据存储区。其可仅为计算机存储器、平面文件或(例如)华盛顿州雷德 蒙德市的微软公司以商品名“SQL krver”上市的数据库。数据库P8管理构成定量成像系 统W5的任何功能模块的数据存储需求。从传感器W2和卷材检查系统W3发出的数据流以 及构成校准模型的数据可存储在数据库P8中。卷材检查系统控制模块P7经由输入/输出模块P9向卷材检查系统W3提供命令 和控制信号。由卷材检查系统控制模块P7支持的具体功能主要取决于由选用于实施的具 体卷材检查系统W3提供的命令和控制接口。例如，可构成卷材检查系统W3的一些行扫描 摄像机具有应用程序编程接口，以支持特定的一组功能这种功能将存在于图2中的卷材 检查系统控制模块P7内。如果卷材检查系统W3有需要进行转换的输出(例如，需要转换 为单位的原始电压)，则在卷材检查系统控制模块P7中实现转换手段。经必要的变更后，传感器控制模块P6之于传感器控制模块P6的关系正如卷材检 查系统控制模块P7之于卷材检查系统W3。传感器至检查系统校准模块P4分析来自传感器W2 (经由输入/输出模块P9提供 并且可能存储在数据库P8中)和卷材检查系统W3的数据，并且建立传感器至检查系统校 准模型，使得关联于与传感器W2相同的跨卷材通道的、来自卷材检查系统W3的输出被转换 为传感器W2的输出的校准单位。下面提供此转换的实例。跨卷材校准模块P3确定(如果需要)并应用由传感器至检查系统校准模块P4向 由卷材检查系统W3检查的卷材Wl的其他通道提供的校准模型，使得来自构成检查系统W3 的观察区域的所有通道的数据相对于通道W3进行校准。下面提供这种校准的一些实例。参照图2描述的功能模块可具有与其一般特性一致但在本公开中未述及的其他 功能。通常，定量成像系统W5中存在不与图2中列出的功能模块明确地相关的、在其他部 分描述的功能。例如，定量成像系统W5中通常有将从传感器W2和卷材检查系统W3发出的 信号对准的功能。图3是可用于校准在图W中所示的卷材检查系统W3的高级过程的流程图。从传感 器W2接收第一信号响应，在此实例中所述传感器位于卷材检查系统W3的卷材上游侧，并且 与卷材线的特定“通道”(Fl)相关。在图F的上下文中，此通道应称为通道X。卷材检查系 统W3可检查卷材的整个宽度(或其某个部分)(即从中接收信号)，但至少检查通道X(F2)。 来自卷材检查系统W3的与通道X相关的信号在图3中称为第二信号响应。使第一信号响 应与第二信号响应(F3)同步，以使来自单输出传感器W2和卷材检查系统W3的通道X部分 的信号表示卷材Wl的相同区域。如果在单输出传感器W2和卷材检查系统W3之间的距离 以及卷材的速度是已知的，则可通过确定点沿着卷材Wl从单输出传感器W2到卷材检查系 统W3所需的时间来完成同步。这个时延可以用于确定位移，该位移然后可以被施加到从传感器W2或卷材检查系统W3发出的相应数据流上，从而在时间上同步该数据流。或者，也可 用编码器来触发来自传感器W2和检查系统W3的对点的采样。编码器在卷材的固定空间间 隔处而非固定时间间隔处来触发数据获取，以使得这两个数据集空间上同步。当位移值不可通过测定(或计算)传感器和卷材检查系统之间的时延来确定时， 可使用诸如互相关之类的数据分析技术来确定使从传感器W2和卷材检查系统W3发出的数 据流时间同步所需的位移值。如果来自传感器W2和卷材检查系统W3的通道X部分的数据 流类似到使得线性互相关方法足以确定数据集之间的失配，则这些技术是可能的。在一些 情况下，将来自接近卷材检查系统W3的通道X的感测元件的数据流与来自传感器W2的数 据流相比，以找到通道X的最佳跨卷材对准。具有最佳相关的在卷材检查系统W3上的跨卷 材空间位置可能与传感器W2的物理跨卷材位置略微不同，这是由于卷材的转向或可能均 勻的伸展或收缩。在其他情况下，当卷材检查系统W3的跨卷材空间分辨率具有比由传感器 W2感测的通道X更细的尺度时，从卷材检查系统W3的若干相邻元件输出的信号可进行组 合，以在执行互相关之前更好地反映通道X中的材料。在某些实施例中，或许有利的是在互相关前作变量变换，以在数据集之间获得线 性关系，特别是在存在传感器的响应函数的数学模型的情况下。在其中在数据集之间存在 未知的、可能非线性的关系的其他实施例中，可使用在本领域中公知的更一般的相似性度 量，例如互信息。该过程与下述内容的类似之处在于对若干时移值计算相似性度量，并且通 过选择使相似性度量成为最大的时移来对齐数据集。下面的公式示出了一种用数学手段确定时移值以使数据流同步的方法。下面的公 式用于在线性回归之前的非归一化互相关。r(xi, “) Ξ Σ f(x>,，少脚)f为在特定的跨卷材位置上具有工程单位的经校准的单输出传感器数据的矢量， Xi和8为由该位置处的适当加权的阵列传感器数据算出的对应矢量。可使用在固定采样距 离的编码器触发采集，在时间或在空间上离散地采样来自传感器W2和与通道W4相关联的 卷材检查系统W3的数据集。将采样结果存入用于卷材的有限的卷材下游部分的计算机存 储器(例如定量成像系统W5的计算机存储器)中，以计算总和。可在执行互相关前将数据 平均中心化，并且也可使用多种公知的归一化方法的任何一种。两个数据集在这种方法中 具有相同数量的样本(其可表示以相同的速率采样的传感器和卷材检查系统，或者它可以 表示使用统计外推法来缩小或扩展所述数据集之一)。在一个实施例中，用于传感器W2和 卷材检查系统W3的采样率是相同的，并且传感器和卷材检查系统均解析所关注属性中的 相同特征。互相关输出的峰值n* (Xi) = argmaxn {r (Xi, η)}识别由于卷材在单输出传感器和阵列传感器的位置之间的通过时间导致的在两 个数据集之间的时移(反之亦然)。然后可将该时移施加到数据流中以实现时间同步。也可结合使用人工和统计方法来确定施加到数据流上以实现同步的时移值。例 如，在卷材上的点从传感器W2向卷材检查系统W3移动所需的时间估计值可用于建立窗口， 在该窗口中使用互相关来从互相关结果的峰值获得更精确的数据对齐。相关系数强度也可 用来表示传感器误差，因为在传感器和卷材检查系统之间的卷材下游侧距离越远，卷材转向对相关减少的影响就越大。继续参考图3，在数据流对齐的情况下，由定量成像系统W5来分析第一和第二信 号响应以产生校准模型，该校准模型定义了在传感器W2的相应信号响应(此附图中称为第 一数据流)和与作为传感器W2的同一通道W4相关联的卷材检查系统W3的区域(此附图 中称为第二数据流)之间的关系。本文描述的示例性方法使用线性回归来确定及第一和第二数据流之间的关系，并 且因此确定相关因子。已发现线性回归非常适于在测定属性的有限范围上具有类似响应函 数的传感器。另一些方法可能更好地适用于传感器和卷材检查系统响应的其他组合。例 如，当处理较宽范围的测定属性时，可以在数据集之间的固定间隔(例如，在通过某个时间 量或某个卷材距离后)上进行局部线性回归或由测定属性的幅值所确定的那样自动地进 行局部线性回归。如果已知非线性参数模型与数据集相关，则可使用非线性最小二乘法来 拟合该模型的参数。就未知模型而言，更一般的非参数方法是本领域中所熟知的。例如，可 以将核平滑器应用于与对齐的数据集相关的观察曲线，以获得真实关系的非参数估计而不 求助于任何先前的模型。用于在相邻的元件之间没有串扰的阵列传感器中的第i个元件的线性响应模型 可写为/(x. ,yj)= αλ (χ, , yj)+ α2 (Xi)其中是对齐的数据矢量，并且/是校准输出的估计矢量。目 的是找到拟合系数α，这些拟合参数将来自校准传感器的测定值f和源自阵列传感器的第 i个元件的数据的、由该模型预测的值/之间的最小二乘误差最小化。因此，设G为其第一列是在位置Xi上的对齐和加权的阵列传感器数据的矩阵，并 且f是由也在位置Xi上的经校准单输出传感器数据形成的单列矢量，随后计算标量矢量α 以获得在最小二乘意义上的最佳拟合的线性比例和偏移值G,!^)=^,^.)Gj2 =1(3a，b，c)α (Xi) = (GtG) _1GTf这个标量矢量α构成校准因子(在此实例中)。校准卷材检查系统中的最终步骤为将校准因子作用到卷材检查系统W3的剩余的 跨卷材部分(F6)。这称为跨卷材校准。通常，构成卷材检查系统W3的传感器元件各自的 响应将会改变，使得对于从被成像样品发出的相同的光学能量(在此实例中)各传感器元 件具有略微不同的输出信号。因此，需要修正在卷材检查系统中单个元件的响应上的改变， 以从整个卷材检查系统中获得校准数据。换句话讲，对于构成卷材检查系统的每个传感器 元件，需要找到在每个跨卷材位置A上的矢量a。这个问题类似于“平场”改正，该“平场” 改正经常被应用到基于摄像机的检查系统中。关键是在成像检查系统中可能有成千上万的 跨卷材位置Xi的情况下，如何有效地进行这种改正。检查系统的非均勻的传感器元件或像素响应可以起因于在像素到像素的“背景电 平”和与“增益”电平上的差别，该像素到像素的“背景电平”即当关断照明源时记录的信号 值(虽然低，但不一定为零)，“增益”电平与输出信号中的增加量相关联，而输出信号与落到像素上的入射光功率增加的给定单位相关联。假设关断照明源，就可以记录到背景信号， 并且如果摄像机响应是线性的，则可以拍摄到另一个均勻亮度的“白”场图像，并且表征与 像素相关联的值改变的响应。如果摄像机响应是非线性的，将需要多于仅两个点来表征响应。表征跨卷材响应改变时会出现若干困难，由于背景光电平、照明源强度分布和传 感器响应因子均会随时间改变。例如，假定检查系统W3使用行扫描摄像机沿着由光源(例 如，行灯、激光扫描器或类似装置)照亮的行来成像由参考样品发射的光。将沿着由照明源 建立的成像部分的强度分布定义为Ι(χ)，将样品的透射率定义为T(x)，并且由检查系统从 卷材区域A(X)收集光，并且将该光成像在线阵中的对应的离散传感器上，该线阵的每个光 单位的响应是线性的且由ROO给出。进一步假定可以有一组放大器，每个像素至少一个， 该组放大器限定了沿线阵的增益。因此，如果b(x)是当关断照明源时来自线阵的信号，则 沿着线阵输出的信号可写为S (χ) = g (χ) *R (χ) *Τ (χ) *Ι (χ) *Α (χ) +b (χ)，或写为合并项S (χ) = a (χ) *T (χ) +b (χ)目的是找到a (χ)和b (χ)，这样就可以变换测定的信号S (χ)，重新获得卷材的属性 T(x)。上面的透射情况可以通过下述方式而一般化到任何卷材属性Z(x)将ζ (χ)定义 为每单位光输入和每单位属性Z对检查系统的光输出的比率。因此，信号的一般形式是S (χ) = a (χ) ζ (χ, Ζ) Z (χ) +b (χ, Ζ)在许多所关注情况下，ζ (χ)和b (χ)均不是Z的函数，因此这可写为S(x) = a (χ) ζ (χ) Z (χ)+b (χ)将其改写为S (χ) = k α (χ) Z (χ) +b (χ)其中k是常数比例因子，使得α (χ)为与此前的表示相一致的相对信号响应分布。 因为常数k将会在如上所述的线性回归步骤找到，所以仅需要找到相对分布α (χ)以变换 信号并求得Ζ(χ)。实际运用中这很重要，因为有时必须使用与在生产期间使用的不同的整 体增益或曝光度来执行跨卷材分布校准，以使检查系统响应既不饱和也不曝光不足。然而， 因为α (x)现在包含除了光源和像素响应改变之外的附加功能，所以一般不能仅成像光源 强度分布以达到期望的分布，虽然当所关注属性为透射率时这就足够。在许多所关注情况 下，b (χ)对于χ的改变小于所有χ位置上的信号电平，因此其对于χ的依赖可以忽略，并且 可以在线性回归步骤中找到其常数值。否则，可以通过在参考样品在(照明源关断以致任 何位置上α (χ) =0的情况除外)正常环境生产条件下置放到位时存储信号来记录b(x)。现将时间平均信号定义为
权利要求
1.一种用于监测卷筒材料的卷材检查系统的校准系统，所述校准系统包括至少一个卷材传感器，其被构造成接收表征所述卷筒材料的第一跨卷材部分的第一特 性的信号，并且提供以校准的测量单位来表示所述第一特性的第一响应信号，所述第一跨 卷材部分小于所述卷筒材料的宽度；所述卷材检查系统，其被构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号，并且提供分别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响应信号；以及传感器至检查系统校准模块，其分析所述第一响应信号和所述第二响应信号，以将第 一校准模型应用到所述第二响应信号上，从而将所述第二响应信号转换为所述第一响应信 号的测量单位。
2.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述卷材检查系统为行扫描摄像机并且所述 卷材传感器为点传感器。
3.根据权利要求1所述的校准系统，其中用于表征所述卷筒材料的第一跨卷材部分的 第一特性的所述信号为光学信号。
4.根据权利要求1所述的校准系统，还包括第二卷材传感器，其被构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 性的信号，并且提供以校准的测量单位表示所述第一特性的第四响应信号；并且，其中所述传感器至检查系统校准模块另外还分析所述第四响应信号和所述第三响应 信号，以将第二校准模型应用到所述第三响应信号上，从而将所述第三响应信号转换为所 述第四响应信号的测量单位。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器至检查系统校准模块另外还确定所述 第一校准模型。
6.根据权利要求1所述的校准系统，还包括跨卷材校准模块，其分析所述第二响应信号和所述第三响应信号，以将第二校准模型 应用到所述第三响应信号上，从而将这些信号转换为所述第二响应信号的测量单位。
7.根据权利要求1所述的校准系统，另外还包括用来提供信号的跨卷材传感器定位模 块，所述信号使得自动装置将所述至少一个卷材传感器重新定位到所述卷筒材料的不同跨 卷材位置上。
8.根据权利要求1所述的校准系统，其中由所述传感器至检查系统校准模块进行的 “分析”包括将回归模型应用到表征所述第一响应信号和所述第二响应信号的数据上。
9.根据权利要求6所述的校准系统，其中由所述跨卷材校准模块进行的“分析”包括将 回归模型应用到表征所述第二响应信号和所述第三响应信号的数据上。
10.根据权利要求3所述的系统，其中所述卷材检查系统位于所述卷材传感器的卷材 下游侧或卷材上游侧。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第二卷材传感器为行扫描摄像机，所述行 扫描摄像机被构造成从所述卷筒材料的基本上整个宽度范围接收信号。
12.—种系统，包括输入/输出模块，其被构造成接收从卷材检查系统发出的数据流，所述卷材检查系统 被构造成监测卷筒材料的跨卷材宽度，所述跨卷材宽度由至少第一和第二通道限定；跨卷材校准模块，其被构造为a)将所述数据流的各部分与所述第一和第二通道相关联，以提供分别与所述第一和第 二通道相关联的第一和第二数据流；b)将第一校准模型应用到所述第一数据流上，以将所述第一数据流转换为卷材属性的 校准测量单位；和c)将第二校准模型应用到所述第二数据流上，以将所述第二数据流转换为与所述第一 数据流相同的校准单位。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述卷材检查系统为行扫描摄像机。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一和第二通道由多个像素表征。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述输入/输出模块还将所述第一和第二数据 流均以校准单位提供给过程控制模块，所述过程控制模块控制卷材制造过程的属性。
16.根据权利要求12所述的系统，其中在所述第一和第二校准模型已分别被应用到所 述第一和第二数据流上后，分析所述数据流以识别与所述卷材的非均勻区域对应的数据的 非均勻部分。
17.根据权利要求12所述的系统，还包括数据库模块，其用来在所述第一和第二数据流已被所述跨卷材校准模块校准后存储这 些数据流的至少一部分。
18.根据权利要求12所述的系统，还包括数据库模块，其用来在所述第一和第二数据流已被所述跨卷材校准模块校准后存储这 些数据流的至少一部分的汇总。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述汇总由汇总统计量构成。
20.根据权利要求12所述的系统，其中除了由至少第一和第二通道限定的跨卷材宽度 之外，还由多个附加通道限定所述跨卷材长度，并且其中所述跨卷材校准模块还被构造成 将相应的校准模型应用到相应的多个附加通道上，以使所述数据流中的每一个与构成所述 跨卷材宽度的所述通道中的每一个相关，所述跨卷材宽度以与所述第一数据流相同的校准 单位提供。
21.根据权利要求12所述的系统，其中所述跨卷材校准模块被另外构造成用于接收表征所述卷材检查系统的跨卷材响应分布的信息，并且基于该信息在应用所述第 二校准模型前修改所述第二数据流。
22.—种用计算机实现的方法，包括接收跨卷材响应分布信息，所述跨卷材响应分布信息表征所述卷材检查系统的跨卷材 观察区域的至少一部分的卷材检查系统的跨卷材响应分布；从卷筒材料的检查中接收多个数据流，其中每个数据流与所述卷材检查系统的跨卷材 观察区域的一个跨卷材通道相关；将校准模型应用到第一数据流上，以将所述第一数据流转换为校准的测量单位；在迭代过程中a)基于所述跨卷材响应分布信息来修改所述校准模型，以使所述校准模型之应用到至 少一个后续数据流上会将该数据流转换为所述校准的测量单位；以及b)将所修改的校准模型应用到所述后续数据流上，以将所述后续数据流转换为所述校准的测量单位。
23.根据权利要求22所述的用计算机实现的方法，其中所述卷材检查系统为行扫描摄 像机。
24.根据权利要求22所述的用计算机实现的方法，还包括 以所述校准单位来表征所述卷材的属性。
25.根据权利要求23所述的用计算机实现的方法，还包括 以所述校准单位来表征所述卷材的异常区域。
26.根据权利要求22所述的用计算机实现的方法，还包括将从所述迭代过程产生的所述数据流的至少某个部分存储在数据库中。
全文摘要
公开了用于校准卷材检查系统的系统和方法。
文档编号G01N21/89GK102105781SQ200980128971
公开日2011年6月22日 申请日期2009年4月24日 优先权日2008年6月5日
发明者凯瑟琳·P·塔尔诺夫斯基, 大卫·L·霍费尔特, 德里克·H·贾斯蒂斯, 约翰·A·拉姆瑟恩, 许文源 申请人:3M创新有限公司