(57)【要約】変位測定システム（１８）およびそれを組み込んだ給紙システム（１０）が記載される。変位測定システム（１８）は、支持アーム（２４）と、ローラ（２６）と、光エンコーダ（２８）とを含む。支持アーム（２４）は、第１の端（３２）および第２の端（３４）を有し、第２の端（３４）よりも第１の端（３２）の近くにあるピボット（３０）のピボット軸を中心に回動することにより、第１の端（３２）の変位に対応して第２の端（３４）をより大きく変位させるように構成される。ローラ（２６）は、支持アーム（２４）の第１の端（３２）に取り付けられ、ピボット軸にほぼ平行なローラ軸を中心に回転するように構成される。光エンコーダ（２８）は、支持アーム（２４）の第２の端（３４）に取り付けられる少なくとも１つの構成部品を有し、支持アーム（２４）の第２の端（３４）の移動に応じて信号を生成するように構成される。
2005524591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位測定システム（１８）であって、
第１の端（３２）および第２の端（３４）を有し、前記第２の端（３４）よりも前記第１の端（３２）の近くにあるピボット（３０）のピボット軸を中心に回動することにより、前記第１の端（３２）の変位に対応して前記第２の端（３４）をより大きく変位させるように構成される支持アーム（２４）と、
前記支持アーム（２４）の前記第１の端（３２）に取り付けられ、前記ピボット軸にほぼ平行なローラ軸を中心に回転するように構成されるローラ（２６）と、
前記支持アーム（２４）の前記第２の端（３４）に取り付けられる少なくとも１つの構成部品を有し、前記支持アーム（２４）の前記第２の端（３４）の移動に応じて信号を生成するように構成される光エンコーダ（２８）と
を備えることを特徴とする、変位測定システム。
【請求項２】
前記光エンコーダ（２８）は、前記支持アーム（２４）の前記第２の端（３４）に取り付けられる円弧状の光学格子（３６）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の変位測定システム。
【請求項３】
前記光エンコーダ（２８）により生成される信号をサンプリングして、１つまたは複数のサンプリングされた信号に基づいて１つまたは複数の変位値を計算するように構成されるコントローラ（２０）をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の変位測定システム。
【請求項４】
前記コントローラ（２０）は、複数の信号の各組に基づいて平均変位値を計算するよう動作可能であることを特徴とする、請求項３に記載の変位測定システム。
【請求項５】
前記コントローラ（２０）は、サンプリングされた信号を平滑化するよう動作可能であることを特徴とする、請求項３に記載の変位測定システム。
【請求項６】
前記コントローラ（２０）は、サンプリングされた信号から周期的なアーチファクトを除去するよう動作可能であることを特徴とする、請求項３に記載の変位測定システム。
【請求項７】
前記ローラ（２６）に隣接して配置される駆動ローラ（１４）の露出した円筒表面に対応する給紙表面をさらに備え、前記コントローラ（２０）は、円筒形の前記駆動ローラの表面が真円回転から逸れることにより生じるアーチファクトをサンプリングされた信号から除去するよう動作可能であることを特徴とする、請求項３に記載の変位測定システム。
【請求項８】
前記コントローラ（２０）は、用紙の最初の一部分が前記給紙表面と前記ローラ（２６）との間に供給されている間に、前記光エンコーダ（２８）により生成される複数の信号をサンプリングして、サンプリングされた該複数の信号から平均変位値を計算するよう動作可能であることを特徴とする、請求項７に記載の変位測定システム。
【請求項９】
給紙システム（１０）であって、
第１の端（３２）および第２の端（３４）を有し、前記第２の端（３４）よりも前記第１の端（３２）の近くにあるピボット（３０）のピボット軸を中心に回動することにより、前記第１の端（３２）の変位に対応して前記第２の端（３４）をより大きく変位させるように構成される支持アーム（２４）と、
前記支持アーム（２４）の前記第１の端（３２）に取り付けられ、前記ピボット軸にほぼ平行なローラ軸を中心に回転するように構成されるローラ（２６）と、
前記ローラ（２６）に隣接して配置され、前記ローラ（２６）との間で用紙を受け取るように構成される給紙表面と、
前記支持アーム（２４）の、前記ピボット軸と前記第２の端（３４）との間の位置で前記支持アーム（２４）に連結され、前記給紙表面に前記ローラ（２６）を押し付けるように構成される付勢部材（４０）と、
前記支持アーム（２４）の前記第２の端（３４）に取り付けられる少なくとも１つの構成部品を有し、前記支持アーム（２４）の前記第２の端（３４）の移動に応じて信号を生成するように構成される光エンコーダ（２８）と、
前記光エンコーダ（２８）により生成された信号をサンプリングして、１つまたは複数のサンプリングされた信号に基づいて１つまたは複数の変位値を計算するように構成されるコントローラ（２０）と
を備えることを特徴とする、給紙システム。
【請求項１０】
前記コントローラ（２０）は、計算された平均変位値に基づいて、前記給紙システム（１０）を組み込んだイメージングシステムの構成部品の動作を制御する信号を生成するよう動作可能であることを特徴とする、請求項９に記載の給紙システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位測定システムおよびそれを組み込んだ給紙システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
給紙システムは通常、供給されている用紙の層の厚さに伴って増える値を有する出力を生成する、給紙検出器を含む。このような給紙検出器は、用紙の層の厚さを検出する機械式のセンサと、用紙の層が誘電体となるコンデンサ回路と、用紙の層による光子、電子、またはイオンの吸収を測定する放射線発生器および検出器とを含み得る。このような給紙検出器の応答は、格納されている基準値と比較することができる機械的変位量あるいは電気信号に対応する。この比較の結果は通常、測定された厚さが基準値よりも大きい場合に給紙機構を停止させるのに用いることができる、２値電気信号である。単純な機械システムでは１つのマイクロスイッチを用いることができる。電気システムでは、コンパレータを用いてリレーを駆動することができる。
【０００３】
米国特許第４，４２０，７４７号は、重なった用紙の数に伴って増加する信号を生成する測定装置と、異常が生じた場合に電気信号を発する評価装置とを用いる、用紙処理機に供給された用紙の欠落または重複を検出するシステムを提案している。パルス送信器が給紙機構と同期して、給紙とタイミングを合わせた最初のパルスおよび最後のパルスを発するよう動作する。電子記憶装置が最初のパルス時にリセットされ、最後のパルスを受け取るまで測定された信号の値を積算するよう動作する。最後のパルスを受け取ると、格納された値が基準値と比較されて、異常がある場合はそれが検出される。好ましくは、信号処理にはマイクロコンピュータが用いられる。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、支持アームと、ローラと、光エンコーダとを備える、変位測定システムを特徴とする。支持アームは、第１の端および第２の端を有し、第２の端よりも第１の端の近くにあるピボットのピボット軸を中心に回動することにより、第１の端の変位に対応して第２の端をより大きく変位させるように構成される。ローラは、支持アームの第１の端に取り付けられ、ピボット軸にほぼ平行なローラ軸を中心に回転するように構成される。光エンコーダは、支持アームの第２の端に取り付けられる少なくとも１つの構成部品を有し、支持アームの第２の端の移動に応じて信号を生成するように構成される。
【０００５】
本発明は、上記変位測定システムと、給紙表面と、付勢部材と、コントローラとを備える、給紙システムも特徴とする。給紙表面は、ローラに隣接して配置され、給紙表面とローラとの間で用紙を受け取るように構成される。付勢部材は、支持アームのピボット軸と第２の端との間の場所で支持アームに連結され、給紙表面にローラを押し付けるように構成される。コントローラは、光エンコーダにより生成された信号をサンプリングして、１つまたは複数のサンプリングされた信号に基づいて１つまたは複数の変位値を計算するように構成される。
【０００６】
本発明の他の特徴および利点は、図面および特許請求の範囲を含む以下の説明から明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下の説明では、同様の参照符号を用いて同様の要素を示している。さらに、図面は、例示的な実施形態の主な特徴を概略的に示すことを意図している。図面は、実際の実施形態の全ての特徴を表すことも、図示の要素の相対寸法を表すことも意図しておらず、一定の縮尺で描かれているわけではない。
【０００８】
図１を参照して、一実施形態では、高速印刷機の給紙システム１０は、用紙ディスペンサ１２、駆動モータ１６に連結された駆動ローラ１４、変位測定システム１８、およびコントローラ２０を含む。用紙ディスペンサ１２は、駆動ローラ１４に用紙を供給する従来の給紙機構を含んでもよい。駆動ローラ１４および駆動モータ１６は、高速印刷機で一般に見られる従来の構成部品として実施してもよい。以下で詳細に説明するように、用紙の層２２が駆動ローラ１４で供給されている際に、変位測定システム１８は複数の信号を速やかに生成し、この信号からコントローラ２０が用紙の層２２の厚さを正確に計算することができるよう構成されている。計算された用紙の層の厚さに基づいて、コントローラ２０は、用紙の重複または欠落あるいは他の何らかのエラー状態を検出し、印刷機の他の構成部品を制御するための他の信号（例えば、転写ドラム間の圧力または変位等、機械的構成部品の正確な位置合わせを制御する信号）を生成するよう動作する。
【０００９】
コントローラ２０は、変位測定システムにより生成された信号を高速（例えば約１００キロサンプル／秒）でサンプリングするように構成され、それにより、コントローラ２０は、用紙のわずかな部分（例えば用紙の最初の１〜５ｃｍ）のみが駆動ローラ１４で供給された後に、エラー状態を正確に検出することができることが好ましい。その結果、コントローラ２０は、給紙エラー信号を迅速に生成し、この信号により、誤って供給された用紙を用紙ミスフィード経路に送るゲートを制御することができ、あるいは給紙システムを停止させるか他の何らかの是正応答を起動することができる。さらに、コントローラ２０は、印刷機の他の構成部品を制御する他の信号を迅速に生成することができる。このように、変位測定システム１８は、ＨＰ  Ｉｎｄｉｇｏ（登録商標）デジタル印刷機（Hewlett-Packard Company, Palo Alto, California, U. S. Aから入手可能）等の高速（例えば約６０メートル／分）で動作する小型印刷機に有利に配置することができる。
【００１０】
図２により明確に示すように、変位測定システム１８は、支持アーム２４、ローラ２６（例えば金属軸受）、および光エンコーダ２８を含む。支持アーム２４は、硬質材料から形成されることが好ましく、いくつかの実施形態では、支持アーム２４は、光エンコーダ２８により生成される信号にノイズを導入する振動の大きさを低減するために、Ｉビームの形態である。支持アーム２４は、ローラ２６が取り付けられる第１の端３２と、光エンコーダ２８の少なくとも１つの構成部品が取り付けられる第２の端３４とを有する。いくつかの実施形態では、光エンコーダ２８は、支持アーム２４の第２の端３４に取り付けられる円弧状の光学格子３６と、エンコーダモジュール３８とを含み、エンコーダモジュール３８は、光学格子３６に光を出射するように構成される光エミッタおよび光学格子３６を透過した光を検出するように構成される光検出器の対を少なくとも１つ含む。一実施形態では、エンコーダモジュール２８は、従来の６００ドット・パー・インチ（ｄｐｉ）の直交エンコーダとして実施される。エンコーダモジュール３８は、光学格子３６の相対運動を検出することができるように、変位測定システムハウジングの壁または他の何らかの表面に固定されることが好ましい。
【００１１】
支持アーム２４は、第２の端３４よりも第１の端３２の近くにあるピボットに取り付けられるため（すなわちＸ＜Ｙ）、第１の端３２の変位に対応して第２の端３４がより大きく変位するようになる。その結果、支持アーム２４は、光エンコーダ２８の分解能を機械的にＹ／Ｘ倍増加させる。このように、単に距離ＸおよびＹを適切に選択するだけで、用紙の厚さを正確に測定するのに不十分な分解能を有する比較的安価な光エンコーダを本出願で用いることができる。例えば、一実施形態では、６００ｄｐｉの光エンコーダの分解能は、比Ｙ：Ｘ＝４：１とした支持アーム２４によって、機械的に４倍（すなわち２，４００ｄｐｉ）に増加する。
【００１２】
図示の実施形態では、変位測定システム１８は、ピボット３０と第２の端３４の間の場所で支持アーム２４に連結される付勢部材４０（例えばばね）も含む。付勢部材４０は、支持アーム２４に矢印４２の方向に力を加えることにより、ピボット軸を中心に支持アーム２４を矢印４４の方向に回転させ、それによりローラ２６を駆動ローラ１４（図１を参照）に向かって押し付ける。このようにして、間に配置されている用紙の層２２によってローラ２６が駆動ローラ１４から離れる方向に変位することで、間に配置されている用紙の層２２の厚さが正確に追跡される。付勢部材４０により支持アーム２４に加えられる力は、迅速な応答の必要性（より高い付勢力が求められる）やローラ２６と駆動ローラ１４の間に用紙の前縁が供給される時に発生するノイズの量（より小さい付勢力が求められる）を含む、いくつかの考慮事項に基づいて選択するべきである。いくつかの実施形態では、従来のショックアブソーバを付勢部材４０と直列に連結して、ローラ２６と駆動ローラ１４の間への各用紙の前縁の導入に対する変位測定システム１８の感度を低減してもよい。
【００１３】
図３に示すように、コントローラ２０によりサンプリングされる光エンコーダ２８からの生信号値５０は通常、ノイズおよび他のアーチファクトを含み、これには、システムに供給される各用紙の前縁にローラ２６が接触した回数に対応するオーバーシュートスパイク５２が含まれる。生信号５０は、１つまたは複数の平滑フィルタを含む１つまたは複数の信号処理技法を用いて平滑化することができる。例えば、一実施形態では、生信号値５０は、平滑フィルタにより前回の読み取りのパーセンテージ（例えば２５％）を現在の読み取りの相補的なパーセンテージ（例えば７５％）に加算することにより平滑化され、平滑化した信号値５４が生成される。平滑フィルタのパラメータは、サンプリングレートを含むいくつかの基準に基づいて選択するべきである。概して、平滑化の量はサンプリングレートに伴って増加する。
【００１４】
図４に示すように、いくつかの生信号値５６は、円筒形の駆動ローラ１４が真円回転から逸れること（ドラムの振れ等）により生じ得る周期的なアーチファクトを含む場合もある。いくつかの実施形態では、コントローラ２０は、このようなアーチファクトを除去するように動作可能であってもよい。例えば、コントローラ２０は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を生信号値５６に適用して最適な正弦波信号５８を得るようにプログラムすることができ、続いて最適な正弦波信号５８は生信号値５６から減算されて、アーチファクトのない信号値６０の組が得られる。
【００１５】
コントローラ２０によりサンプリングされた光エンコーダの生信号が平滑化され、いかなるアーチファクトも除去された後、得られた信号値は、各用紙の厚さ測定の精度を向上させるために平均化され得る。平均化される信号の数は、サンプリングレートと、各用紙の前縁が駆動ローラ１４で供給されてからコントローラ２０が何らかの措置（例えば、エラー状態の検出、または印刷機システムの１つまたは複数の構成部品への厚さ測定値の送信）を取らねばならなくなるまでの時間とによって変わる。いくつかの実施形態では、平均化される信号の数は、各用紙の最初のわずかな部分（例えば最初の１〜５ｃｍ）にわたる測定から得られる信号に対応する。システムに固有のノイズがデジタル光エンコーダ信号にわずかな変動を生じ、それは平均すれば実際の厚さに収束するので、複数の厚さ測定値を平均化することにより、各用紙について得られる最終的な厚さ値の精度が向上し、厚さ測定の分解能が向上する。
【００１６】
一実施形態では、コントローラ２０は、プログラム可能なマイクロコントローラ（例えば、Microchip Technology, Inc. (Chandler, Arizona U. S. A)から入手可能なＰＩＣ１６Ｆ８４マイクロチップフラッシュマイクロコントローラ）またはプログラム可能な論理素子として実施される。
【００１７】
他の実施形態は特許請求の範囲内にある。変位測定システム１８は上述の実施形態では用紙の層の厚さを測定するように構成されているが、変位測定システム１８はイメージングシステム内の他の場所に配置することもできる。例えば、一実施態様では、変位測定システム１８は、イメージングまたはインクドラムに隣接して配置して、ドラムの性能（例えば、ドラムの大きな振れまたはドラムの損傷があるかどうか）を監視するのに用いてもよい。
【００１８】
本明細書で説明した厚さ測定および信号処理システムおよび方法は、いかなる特定のハードウェアまたはソフトウェア構成にも限定されず、デジタル電子回路、あるいはコンピュータハードウェア、ファームウェア、またはソフトウェアを含む任意のコンピューティング環境または処理環境で実施することができる。これらのシステムおよび方法は、コンピュータプロセッサが実行する機械読み取り可能なストレージデバイスに具現されるコンピュータプログラム製品で、一部実施してもよい。いくつかの実施形態では、これらのシステムおよび方法は、高レベルの手続型またはオブジェクト指向プログラミング言語で実施されることが好ましいが、そのアルゴリズムは、所望であればアセンブリ言語または機械語で実施してもよい。いずれの場合も、プログラミング言語はコンパイル言語またはインタプリタ言語であってよい。本明細書で説明した厚さ測定および信号処理方法は、例えばプログラムモジュールに編成された、入力データを操作して出力を生成することによりこれらの方法を実行する命令を、コンピュータプロセッサが実行することにより行うことができる。適したプロセッサとしては、例えば、汎用マイクロプロセッサおよび専用マイクロプロセッサの両方が挙げられる。概して、プロセッサは、リードオンリメモリおよび／またはランダムアクセスメモリから命令およびデータを受け取る。コンピュータプログラム命令を具現するのに適したストレージデバイスとしては、例えばＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびフラッシュメモリデバイス等の半導体記憶素子を含む、全ての形式の不揮発性メモリ、内蔵ハードディスクおよびリムーバブルディスク等の磁気ディスク、光磁気ディスク、およびＣＤ−ＲＯＭが挙げられる。上記技術のいずれも、特殊設計されたＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって補完するか、または特殊設計されたＡＳＩＣに組み込むことができる。
【００１９】
さらに他の実施形態は特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】変位測定システムを含む高速印刷機の給紙システムの概略側面図である。
【図２】図１の変位測定システムの概略側面図である。
【図３】図１の変位測定システムにより生成される信号と、サンプル数に応じてプロットした、上記信号を平滑化したものとのグラフである。
【図４】時間に応じてプロットした複数の信号のグラフを含む、グラフィカルユーザインタフェースである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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