超聲波線傳感器和包括超聲波線傳感器的片材處理裝置的製作方法
2023-07-16 19:33:46 2
專利名稱：超聲波線傳感器和包括超聲波線傳感器的片材處理裝置的製作方法
技術領域：
此處描述的示例性實施例涉及用於檢測超聲波的超聲波線傳感器和包括超聲波線傳感器的片材處理裝置。
背景技術：
常規而言，片材處理裝置(紙幣處理裝置)已經應用於對各種類型的片材(例如紙幣)進行計數和鑑別。片材處理裝置逐張地收取被插入到插入埠中的片材，並將這些片材傳送到檢查設備。檢查設備對這些片材進行各種處理，並鑑別片材的狀態。例如，片材處理裝置可以基於檢查設備的檢查結果來判定片材的類型和判定紙幣的真偽。而且，片材處理裝置例如可以判定粘附有異物(諸如帶狀物)的片材不適於重新流通。並且，片材處理裝置檢測兩張或更多張疊放的片材(雙饋片材)。片材處理裝置拒收檢測到的雙饋片材。例如，檢查設備可以向片材輻射超聲波，並通過檢測透過波或反射波來檢測異物， 例如粘附在片材上的帶狀物的存在。此外，檢查設備向片材輻射超聲波並檢測透過波，由此檢測疊放的片材。包括在上述檢查設備中使用的超聲波傳感器的發射設備通過壓電元件來接收信號輸入，並使得與壓電元件接觸設置的振動面振動。這樣，發射設備向空中發出與接收的信號相對應的波。此外，包括在上述檢查設備中使用的超聲波傳感器的接收設備獲得壓電元件所生成的電信號作為檢測信號，該電信號的形式響應於與壓電元件接觸設置的振動面的振動而變化。基於共振原理，超聲波傳感器的形狀限於非矩形的形狀，如圓形或者橢圓形。然而，片材上附著的異物沿著平行於傳送方向的線性軌跡運動。結果，取決於異物的位置和超聲波傳感器的位置，檢查設備有可能無法以高精度檢測超聲波。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種能夠以高精度檢測超聲波的超聲波線傳感器和包括超聲波線傳感器的片材處理裝置。總體而言，根據一個實施例，本發明提供了一種超聲波線傳感器，包括多個超聲波傳感器，每個超聲波傳感器具有非矩形振動面並根據進入所述振動面的超聲波來生成電信號；以及至少一個吸聲部件，該至少一個吸聲部件設置在所述超聲波傳感器的所述振動面和檢測目標之間並吸收超聲波，所述吸聲部件布置在所述吸聲部件與所述振動面在與所述檢測目標的傳送方向垂直的掃描方向上的兩個邊緣部分重疊的位置，使得每個有效區域具有與所述檢測目標的傳送方向平行的兩條邊，所述有效區域是所述振動面中不與所述吸聲部件重疊的區域。
圖1是示出根據一個實施例的片材處理裝置的外觀的立體圖。圖2是示出圖1中所示的片材處理裝置的配置示例的示意性正視圖。圖3是示出圖1和圖2中所示的片材處理裝置的控制系統的配置示例的框圖。圖4是示出圖2和圖3中所示的異物檢測設備的示意圖。圖5是示出圖4中所示的異物檢測設備的控制系統的配置的框圖。圖6是示出圖4中所示的異物檢測設備的接收單元和吸聲部件的配置示例的平面圖。圖7是例示圖4中所示的異物檢測設備檢測異物的一個示例的平面圖。圖8是例示圖4中所示的異物檢測設備檢測異物的一個示例的平面圖。圖9是例示圖4中所示的異物檢測設備檢測到的信號的一個示例的曲線圖。圖10是例示圖4中所示的異物檢測設備檢測到的信號的一個示例的曲線圖。圖11是例示圖4中所示的異物檢測設備的接收單元和吸聲部件的另一種配置示例的平面圖；圖12是例示圖4中所示的異物檢測設備檢測異物的一個示例的平面圖；圖13是例示圖4中所示的異物檢測設備檢測異物的一個示例的平面圖；圖14是例示圖4中所示的異物檢測設備檢測到的信號的一個示例的曲線圖；圖15是示出圖4中所示的異物檢測設備檢測到的信號的一個示例的曲線圖；圖16是示出圖4中所示的異物檢測設備的接收單元和吸聲部件的另一種配置示例的平面圖；圖17是示出圖16中所示的異物檢測設備的接收單元和吸聲部件的一個示例的平面圖；圖18是示出圖4中所示的異物檢測設備的接收單元和吸聲部件的另一種配置示例的平面圖；圖19是示出圖18中所示的異物檢測設備的接收單元和吸聲部件的一個示例的平面圖；以及圖20是示出圖4中所示的異物檢測設備的接收單元和吸聲部件的另一種配置示例的平面圖。
具體實施例方式參照附圖，以下詳細說明了根據一個實施例的超聲波線傳感器和包括超聲波線傳感器的片材處理裝置。圖1是示出根據一個實施例的片材處理裝置(紙幣處理裝置)的外觀的立體圖。 如圖1所示，片材處理裝置100包括位於該裝置外部的插入埠 112、操作部136、操作/顯示部137、門138、取出埠 139和鍵盤140。插入埠 112被配置成能夠在其中插入片材 7，例如紙幣。插入埠 112接收成批疊放的片材7。操作部136從操作者接收各種操作輸入。操作/顯示部137向操作者顯示各種操作指導和處理結果。應當注意的是，操作/ 顯示部137也可以被配置成觸摸板。在該情況下，片材處理裝置100基於在操作/顯示部137上顯示的按鈕和操作者在操作/顯示部137上的操作，來感測各種操作輸入。門138用於打開和關閉插入埠 112的插入口。取出埠 139被配置成從疊放部取得片材7，其中在所述疊放部疊放有已經被片材處理裝置100判定為不適於重新流通的片材7。鍵盤140用作從操作者接收各種操作輸入的輸入部。圖2是示出圖1中所示的片材處理裝置100的配置示例的示意性正視圖。片材處理裝置100包括位於該裝置內部的插入埠 112、取出埠 113、吸輥114、傳送路線115、檢查部116、閘門120至125、拒收片材傳送路線126、拒收片材疊放部127、疊放/綑紮部1 至131、切割部133和疊放部134。此外，片材處理裝置100包括主控制器151。主控制器 151執行對片材處理裝置100的各部分的操作的綜合控制。取出埠 113例如布置在插入埠 112的上方。取出埠 113包括吸輥114。吸輥114被設置成在疊放方向的上端與放入插入埠 112中的片材7接觸。亦即，吸輥114 通過旋轉而從疊放方向的上端逐張地收取放置在插入埠 112中的片材7送入裝置中。吸輥114的作用例如是每旋轉一次取出一張片材7。因此，吸輥114以恆定間距取出片材7。吸輥114取出的片材被引入到傳送路線115。注意，插入埠 112、取出埠 113和吸輥114不限於上述配置。插入埠 112、取出埠 113和吸輥114可以採用任何配置，只要該配置使得片材7被逐張地送入片材處理裝置100即可。傳送路線115是用於將片材7傳送到片材處理裝置100內部的各個部分的傳送單元。傳送路線115設置有傳送帶和驅動滑輪(圖中未示出)。傳送路線115使傳送帶與驅動馬達和驅動滑輪(圖中未示出)一起工作。傳送路線115利用傳送帶來傳送吸輥114以恆定速度取出的片材7。應當注意的是，在以下說明中，傳送路線115距離取出埠 113較近的一側被稱為「上遊側」，而傳送路線115距離疊放部134較近的一側被稱為「下遊側」。檢查部116設置在從取出埠 113延伸的傳送路線115上。檢查部116例如包括圖像讀取器117、圖像讀取器118、異物檢測設備135和厚度檢查部119。檢查部116檢測片材7的光學特徵信息、機械特徵和磁性特徵信息。因此，片材處理裝置100對片材7的類型、損壞和汙物、前後表面及真實性進行檢查。圖像讀取器117和118布置在位於傳送路線115側面的相對側上。圖像讀取器 117和118讀取沿傳送路線115傳送的片材7兩側的圖像。圖像讀取器117和118均包括電荷耦合器件(CXD)照相機。片材處理裝置100基於利用圖像讀取器117和118得到的圖像，獲得片材7前後表面的圖案圖像。圖像讀取器117和118在檢查部116內的存儲器(圖中未示出)中臨時存儲讀取的圖像。片材處理裝置100根據操作輸入，在操作/顯示部137上顯示存儲在該存儲器中的圖像。異物檢測設備135向傳送的片材7輻射超聲波，並檢測透射通過片材7的透過波。 因此，例如，異物檢測設備135檢測附著於片材7上的異物的存在。例如，異物檢測設備135 將粘附在片材上的帶狀物等檢測為異物。異物檢測設備135例如還檢測疊放的片材7(雙饋片材)。厚度檢查部119對在傳送路線115上傳送的片材7的厚度進行檢查。例如，如果檢測到的厚度至少具有預定值，則片材處理裝置100檢測到一次取出了兩張片材7。
此外，檢查部116包括圖中未示出的磁性傳感器。該磁性傳感器檢測與片材7有關的磁性特徵信息。基於來自圖像讀取器117和118、異物檢測設備135、厚度檢查部119、磁性傳感器等的檢測結果，主控制器151判定片材7是完好票據、破損票據還是拒收票據。片材處理裝置100將已被判定為完好票據的片材7傳送到疊放/綑紮部1 至 131。此外，片材處理裝置100將已被判定為破損票據的片材7傳送到切割部133。切割部 133對傳送來的破損票據進行切割。應當注意的是，片材處理裝置100還可以將破損票據傳送到疊放部134並將它們疊放於此。例如，每當疊放好的破損票據到來後，疊放部134對破損票據進行包裝。拒收票據是既非完好票據又非破損票據的片材7。片材處理裝置100將已被判定為拒收票據的片材7傳送到拒收片材疊放部127。例如，拒收票據是不當傳送的票據(如一次取出兩張)、有缺陷的票據(如摺疊的或撕裂的票據)、以及不能被鑑別的票據(如錯誤的票據類型或偽造票據)。閘門120至125在檢查部116的下遊側沿傳送路線115順序地布置。閘門120至 125均由主控制器151控制。主控制器151基於來自檢查部116的檢查結果，控制閘門120 至125的操作。因此，主控制器151執行控制，使得在傳送路線115上傳送的片材7被傳送到預定的處理部。緊接著布置在檢查部116後面的閘門120使傳送路線115分支到拒收片材傳送路線126。換言之，開關閘門120，使得作為檢查部116的檢查結果已經被判定為不是合法票據的拒收票據、不能被檢查部116檢查的票據等被傳送到拒收片材傳送路線126。拒收片材疊放部(拒收部)127設置在拒收片材傳送路線126的後端。拒收片材疊放部127將上述拒收票據、以及上述不能被檢查的票據等沿著它們從取出埠 113被取出的方位疊放。可以從取出埠 139取出在拒收片材疊放部127中疊放的片材7。此外，疊放/綑紮部1 至131(統稱為「疊放/綑紮部132」)分別設置在閘門 121至IM的分支後方。已被判定為適於重新流通的片材7疊放在疊放/綑紮部132中，並按照類型和前/後面分類。疊放/綑紮部132綑紮並按預定數量成捆地存放疊放好的片材 7。此外，每當達到預定捆數，片材處理裝置100就利用大捆綑紮部(圖中未示出)來疊放並綑紮多捆片材7。切割部133布置在閘門125分出的傳送路線115的一端。切割部133切割並存放片材7。閘門125傳送的片材7是已被判定為不適於重新流通的合法片材7 (損壞的票據)。疊放部134置於閘門125分出的傳送路線115的另一端。如果選擇了破損票據切割模式，則主控制器151控制閘門125，使得片材7被傳送到切割部133。而如果未選擇破損票據切割模式，則主控制器控制閘門125，使得片材7被傳送到疊放部134。主控制器151接連地存儲疊放/綑紮部132所疊放的片材7的數量、切割部133 所切割的片材7的數量、以及識別信息。圖3是示出圖1和圖2中所示的片材處理裝置100的控制系統的配置示例的框圖。片材處理裝置100包括主控制器151、檢查部116、傳送部控制器152、疊放/綑紮控制器153、切割部控制器156、操作/顯示部137和鍵盤140。主控制器151執行對片材處理裝置100的總體控制。主控制器151基於輸入操作/顯示部137的命令和來自檢查部116的檢查結果，控制傳送部控制器152和疊放/綑紮控制器153。例如，操作員可以利用操作/顯示部137或鍵盤140來輸入票據類型和數量、完好性鑑別水平、供應商名稱和所處理片材7的處理方法。檢查部116包括圖像讀取器117和118、厚度檢查部119、異物檢測設備135、其他傳感器巧4和CPU 155。圖像讀取器117和118從在傳送路線115上傳送的片材7的兩側讀取圖像。圖像讀取器117和118包括例如CXD的光接收元件以及光學系統。圖像讀取器117和118利用光學系統將光投射到傳送的片材7上，並接收反射的光或透射的光。圖像讀取器117和118 將利用光學系統接收的光成像到CCD上，並獲得電信號(圖像)。主控制器151在存儲器151a中預先存儲作為片材7的參考的圖像(參考圖像)。 主控制器151通過將從片材7獲得的圖像與存儲在存儲器151a中的參考圖像進行比較，對片材進行完好性判定和偽造票據判定。如上所述，異物檢測設備135將超聲波輻射到傳送的片材7上。異物檢測設備135 對透射通過片材7的聲波進行檢測。而且，異物檢測設備135存儲有預設的參考值。如果異物粘附在片材7上，則透射通過片材7的超聲波(透過波)的強度被衰減。 異物檢測設備135將檢測到的透過波的強度(透過波強度)與預先存儲的參考值進行比較。基於比較結果，異物檢測設備135確定片材7是否附著有異物。厚度檢查部119對在傳送路線115上傳送的片材7的厚度進行檢查。其他傳感器 154例如是磁性傳感器等。磁性傳感器對與傳送路線115上傳送的片材7的磁性特徵有關的信息進行檢測。基於圖像讀取器117和118、厚度檢查部119、異物檢測設備135和其他傳感器IM 的檢查結果，CPU 155對在傳送路線115上傳送的片材7的類型、完好性、前後面及真實性進行鑑別。基於主控制器151的控制，傳送部控制器152控制取出埠 113、傳送路線115、拒收片材傳送路線1 和閘門120至125。因而，傳送部控制器152控制片材7的取出和傳送。此外，傳送部控制器152執行分類處理，在該分類處理中，對判定後的片材7按類型分類。亦即，傳送部控制器152充當分類處理器。例如，如果異物檢測設備135檢測到片材7附著有異物，則傳送部控制器152控制閘門120至125，使得片材7被傳送到拒收片材疊放部127、切割部133或疊放部134。疊放/綑紮控制器153基於主控制器151的控制，對拒收片材疊放部127和疊放 /綑紮部1 至131進行控制。因此，疊放/綑紮控制器153控制片材7的疊放和綑紮。切割部控制器基於主控制器151的控制，對切割部133的操作進行控制。因此，切割部133執行對所傳送的片材7的切割。圖4是示出圖2和圖3中所示的異物檢測設備135的配置示例的示意圖。片材7 例如夾持在圖中未示出的傳送帶之間，並沿圖4中所示的箭頭方向A傳送。異物檢測設備 135執行檢測處理以檢測異物8，如帶狀物或附著在片材7上的一片紙。因此，異物檢測設備135檢測附著在片材7上的異物8的存在。異物檢測設備135例如布置在片材處理裝置 100的傳送路線115附近。
如圖4所示，異物檢測設備135包括發射單元10和接收單元30。發射單元10包括設置在發射單元10的振動面上的吸聲部件20。此外，接收單元30包括設置在接收單元 30的振動面上的吸聲部件40。發射單元10包括超聲波傳感器。超聲波傳感器向在傳送方向A上以恆定速度傳送的片材7輻射超聲波。超聲波傳感器包括壓電元件和振動面。通過向超聲波傳感器的壓電元件施加電壓，發射單元10改變壓電體的形狀。例如，通過向壓電元件施加脈衝信號，發射單元10周期性地改變壓電元件的形狀。因此，發射單元10使振動面振動。結果，發射單元10能夠根據脈衝信號的周期長度向空中發出超聲波。吸聲部件20例如由吸收波的材料形成。吸聲部件20例如限制了從發射單元10 輸出的超聲波的輸出範圍。因此，發射單元10能夠使超聲波進入在傳送路線115上傳送的片材7的預定區域。接收單元30包括與發射單元10的超聲波傳感器類似的超聲波傳感器。該超聲波傳感器包括具有圓形表面的壓電元件和振動面。接收單元30的超聲波傳感器生成與其壓電元件的形狀變化相對應的電信號。如果超聲波進入接收單元30的振動面，則該振動面根據進入的超聲波而振動。如果振動面振動，則接收單元30的壓電元件根據進入的超聲波而改變其形狀。結果，接收單元30生成與該超聲波的周期長度和強度相對應的電信號。接收單元30被布置成使得接收單元30的超聲波傳感器的振動面與發射單元10 的超聲波傳感器的振動面相對。亦即，當在接收單元30的超聲波傳感器的檢測範圍內不存在片材7時，接收單元30直接接收從發射單元10輸出的超聲波。當在接收單元30的超聲波傳感器的檢測範圍內存在片材7時，從發射單元10輸出的超聲波被分為在片材7上反射的反射波和透射通過片材7的透過波。在該情況下，接收單元30接收透射通過片材7的透過波。此外，當在接收單元30的超聲波傳感器的檢測範圍內存在片材7和異物8時，接收單元接收從發射單元10輸出並透射通過片材7和異物8的透過波。當超聲波透射通過異物時，透過波的幅度減小。吸聲部件40例如由與吸聲部件20類似的吸聲材料形成。吸聲部件40例如限制進入接收單元30的振動面的超聲波。具體而言，吸聲部件40限制從發射單元10輸出的超聲波能夠進入接收單元30的振動面的範圍。因此，吸聲部件40能夠限制超聲波進入接收單元30的振動面的範圍。此外，通過調節吸聲部件40的形狀，能夠隨意地調節超聲波能夠進入接收單元30 的振動面的範圍的形狀。換言之，吸聲部件40能夠隨意地調節接收單元30的超聲波傳感器的檢測範圍。應當注意，發射單元10被布置在使得發射單元10不被傳送的片材7的表面所反射的反射波影響的角度。此外，根據發射單元10的布置角度來調節接收單元30的位置。圖5是例示圖4中所示的異物檢測設備135的控制系統的配置示例的框圖。如圖5所示，異物檢測設備135包括發射單元10、振蕩電路11、功率放大器12、接收單元30、帶通濾波器(BPS) 32、整流電路33、比較電路34和設定電路35。並且，異物檢測設備135包括圖中未示出的控制器。該控制器對異物檢測設備135的各個部分的操作進行控制。該控制器例如包括 CPU、緩衝存儲器、程序存儲器和非易失性存儲器。CPU執行各種算術處理。緩衝存儲器臨時存儲CPU的計算結果。程序存儲器和非易失性存儲器存儲由CPU執行的各種類型的程序以及控制數據。控制器可以通過由CPU執行存儲在程序存儲器中的程序來實現各種處理。例如， 控制器對發射單元10和接收單元30的操作定時進行控制。控制器連接至圖3中所示的檢查部116的CPU 155和主控制器151。例如控制器可以向主控制器151或CPU 155通知處理結果。此外，控制器基於從主控制器151或CPU 155發出的控制信號來控制異物檢測設備135的操作。振蕩電路11生成例如300kHz至400kHz的AC (交流)電壓。振蕩電路11向功率放大器12輸出所生成的AC電壓。功率放大器12對從振蕩電路11提供的AC電壓進行放大。功率放大器12向發射單元10輸出放大後的AC電壓。發射單元10向超聲波傳感器的壓電元件施加從功率放大器12提供的AC電壓。因此，發射單元10輸出超聲波。如上所述，當在接收單元30的超聲波傳感器的檢測範圍內不存在片材7時，從發射單元10輸出的超聲波直接進入接收單元30。當在接收單元30的超聲波傳感器的檢測範圍內存在片材7時，從發射單元10輸出並透射通過片材7的透過波進入接收單元30。接收單元30生成與進入的超聲波相對應的電信號。亦即，接收單元30生成表示超聲波的強度的信號(強度信號)。接收單元30向放大器31輸出所生成的強度信號。放大器31對從接收單元30提供的強度信號進行放大。放大器31向帶通濾波器 32輸出放大後的強度信號。帶通濾波器32去除從放大器31提供的強度信號中的噪聲分量。帶通濾波器32 向整流電路33輸出已經去除了噪聲分量的強度信號。整流電路33將AC強度信號轉換為DC信號。整流電路33向比較電路34輸出轉換為DC的強度信號。比較電路34將從整流電路33提供的強度信號與設定電路35中預先設定的比較參考值進行比較。例如，在從整流電路33提供的強度信號小於設定電路35中設定的比較值的情況下，比較電路34輸出表示片材7附著有異物的檢測信號。在該情況下，異物檢測設備135的控制器向圖3中所示的CPU 155或主控制器151輸出所述檢測信號。圖6是圖4中所示的異物檢測設備135的接收單元30和吸聲部件40的配置示例的平面圖。如圖6所示，接收單元30包括具有圓形表面的超聲波傳感器36。超聲波傳感器 36包括用於接收超聲波的圓形振動面37。振動面37不限於圓形，並且可以是任意形狀，只要該形狀是非矩形即可(如橢圓形)。此外，吸聲部件40布置在振動面37與傳送路線115 之間。吸聲部件40是矩形部件，該矩形部件的側邊平行於片材7的傳送方向A，且長度等於或大于振動面37的直徑。例如，吸聲部件40布置成覆蓋振動面37在與傳送方向A垂直的方向(掃描方向)上的邊緣部分，如圖6所示。結果，從發射單元10輸出的超聲波僅進入振動面37的用圓點表示的區域。具體而言，吸聲部件40被布置成維持接收單元30的超聲波傳感器36的振動面37 中的有效區域在掃描方向上的恆定寬度W。儘管將吸聲部件40描述為其平行於片材7的傳送方向A的邊的長度等於或大于振動面37的直徑的矩形部件，但不限於這種配置。吸聲部件40可以具有任意形狀，只要該吸聲部件40能夠至少覆蓋超聲波傳感器36的振動面37的邊緣部分，並維持振動面37的有效區域在掃描方向上的恆定寬度。圖7和圖8上例示圖6中所示的接收單元30檢測異物8的一個示例的平面圖。注意，在圖7所示的示例中，異物8在傳送方向A上的長度與振動面37的直徑相同。圖8示出了異物8在傳送方向A上的長度為振動面37的直徑的一半的示例。圖9是例示圖7中所示的接收單元30檢測到的信號的一個示例的曲線圖。在圖9所示的曲線圖中，垂直軸表示接收單元30的超聲波傳感器36檢測到的超聲波的強度(傳感器輸出)，而水平軸表示經過的時間t。注意，片材7以恆定速度沿傳送方向A傳送，因此水平軸還可以表示片材7或異物8的傳送距離(位置)。如圖7所示，除了異物的邊緣部分與振動面37在傳送方向A上的邊緣部分重疊的位置以外，振動面37的掃描寬度是恆定的。因此，如圖9所示，接收單元30能夠檢測到透過波的強度根據異物8的位置而線性變化。注意，假設異物8在傳送方向A上的長度與振動面37的直徑相同。因而，異物8 總是與振動面37在傳送方向A上的一個邊緣部分重疊。因此，進入振動面37上的有效區域的透過波連續地變化。亦即，檢測單元30檢測到連續變化的信號，如圖9所示。圖10是例示圖8中所示的接收單元30所檢測到的信號的一個示例的曲線圖。在圖10所示的曲線圖中，垂直軸表示接收單元30的超聲波傳感器36檢測到的超聲波的強度(傳感器輸出)，而水平軸表示經過的時間t。注意，片材7以恆定速度沿傳送方向A傳送，因此水平軸還可以表示片材7或異物8的傳送距離(位置)。如圖8所示，除了異物的邊緣部分與振動面37在傳送方向A上的邊緣部分重疊的位置以外，振動面37的掃描寬度是恆定的。因此，如圖10所示，接收單元30能夠檢測到透過波的強度根據異物8的位置而線性變化。假設異物8在傳送方向A上的長度是振動面37的直徑的長度的一半。因而，存在異物8不與振動面38在傳送方向A上的邊緣部分重疊的時段t。當異物8不與振動面38 在傳送方向A上的邊緣部分重疊時，進入振動面37的有效區域的透過波不變化。因此，檢測單元30檢測到恆定電平的信號，如圖10所示。圖11是圖4中所示的異物檢測設備135的接收單元30和吸聲部件40的另一種配置示例的平面圖。如圖11所示，接收單元30包括超聲波傳感器36。超聲波傳感器36包括用於接收超聲波的振動面37。此外，吸聲部件40設置在振動面37與傳送路線115之間。吸聲部件40是矩形部件，該矩形部件的邊的長度等於或大于振動面37的直徑。吸聲部件40包括開口部41。該開口部41以矩形形狀設置在開口部41與超聲波傳感器36的振動面37重疊的區域內。結果，從發射單元10輸出的超聲波僅進入振動面37中與開口部 41重疊的區域(有效區域)。在圖11中，有效區域用圓點表示。具體而言，吸聲部件40被布置成維持接收單元30的超聲波傳感器36的振動面37上的有效區域在掃描方向上的恆定寬度W和傳送方向A上的恆定長度1。圖12和圖13是例示圖11中所示的接收單元30檢測異物8的一個示例的平面圖。 注意，在圖12所示的示例中，異物8在傳送方向A上的長度與振動面37的直徑相同。另選地，圖13示出了異物8在傳送方向A上的長度為振動面37的直徑的一半的示例。如圖12所示，當比接收單元30的振動面37的有效區域大的異物8經過時，透過波出現衰減的時段變短，但透過波被衰減到最大程度的時段變長。因此，與圖7中所示的示例相比，可以認為圖12中所示的示例是更適於檢測異物8的形狀。此外，如圖13所示，當比接收單元30的振動面37的有效區域小的異物8經過時， 透過波的強度衰減比圖8中所示的示例更明顯。此外，透過波被衰減到最大程度的時段變長。因此，與圖8中所示的示例相比，可以認為圖13中所示的示例是更適於檢測異物8的形狀。圖14是例示圖12中所示例子中的接收單元30檢測到的信號的一個示例的曲線圖。在圖14所示的曲線圖中，垂直軸表示接收單元30的超聲波傳感器36檢測到的超聲波的強度(傳感器輸出)，而水平軸表示經過的時間t。注意，片材7在傳送方向A上以恆定速度傳送，因此水平軸還可以表示片材7或異物8的傳送距離(位置)。如圖12所示，振動面37中的掃描寬度是恆定的。因此，如圖14所示，接收單元30 能夠檢測到透過波的強度根據異物8的位置而線性變化。注意，假設異物8在傳送方向A上的長度與振動面37的直徑相等。因此，該矩形開口部41在傳送方向A上的長度比異物8在傳送方向A上的長度短。因而，存在異物8在傳送方向A上的邊緣部分不在開口部41的範圍內的時段t。當異物8在傳送方向A上的邊緣部分不在開口部41的範圍內時，進入振動面37的有效區域內的透過波不變。因此，接收單元30檢測到的信號處於恆定電平，如圖14所示。圖15是例示圖13中所示的例子中的接收單元檢測到的信號的一個示例的曲線圖。在圖15所示的曲線圖中，垂直軸表示接收單元30的超聲波傳感器36檢測到的超聲波的強度(傳感器輸出)，而水平軸表示經過的時間t。注意，片材7以恆定速度沿傳送方向A傳送，因此水平軸還可以表示片材7或異物8的傳送距離(位置)。如圖13所示，振動面37中的掃描寬度是恆定的。因此，如圖15所示，接收單元30 能夠檢測到透過波的強度根據異物8的位置而線性變化。注意，假設異物8在傳送方向A上的長度是振動面37的直徑的一半。例如，當異物8在傳送方向A上的長度比矩形開口部41在傳送方向A上的長度短時，存在異物8不與開口部41在傳送方向A上的邊緣部分重疊的時段t。當異物8不與開口部41在傳送方向 A上的邊緣部分重疊時，進入振動面37的有效區域的透過波不變。因此，接收單元30檢測到的信號處於恆定電平，如圖15所示。圖16例示了圖4中所示異物檢測設備135的接收單元30和吸聲部件40的另一種配置示例。如圖16所示，接收單元30包括多個超聲波傳感器36。接收單元30還包括設置在該多個超聲波傳感器36的振動面37與傳輸路線115之間的多個吸聲部件40。
超聲波傳感器36以最緊密擠壓排列的方式交替布置成兩行。吸聲部件40布置成使得超聲波傳感器36的掃描區在傳送方向A或掃描方向上不互相重疊。此外，吸聲部件40 布置成使得在超聲波傳感器36的掃描區之間不存在非感測區(未被感測到的區域)。具體而言，吸聲部件40布置成使得基于振動面37中的有效區域的掃描區在掃描方向上連續。如上所述，接收單元30包括具有多個超聲波傳感器36和多個吸聲部件40的超聲波線傳感器。圖17例示了圖16中所示異物檢測設備135的接收單元30和吸聲部件40的一個示例。如圖I7所示，接收單元30的多個超聲波傳感器36布置成最緊密擠壓排列的形式。亦即，接收單元30的多個超聲波傳感器36布置成使得超聲波傳感器36的振動面37 的外周儘可能地接近相鄰超聲波傳感器36的振動面37的外周。例如，如果超聲波傳感器36的振動面37的半徑為r(通過考慮其圖中未示出的固定框而確定)，吸聲部件40在掃描方向上的寬度為a，且吸聲部件40在傳送方向A上的寬度為b，則一個超聲波傳感器36的振動面37的中心與在傳送方向A上相鄰的振動面37的中心之間的距離為2r。同樣在該情況下，一個超聲波傳感器36的振動面37的中心和在傳送方向A上相鄰的振動面37的中心之間的線段與掃描方向所成的角度為60°。具體而言，從一個超聲波傳感器36的振動面37的中心到吸聲部件40的一端在掃描方向上的距離為r/2。因此，可以得出，吸聲部件40在掃描方向上的寬度a等于振動面37的半徑r。在該情況下，還可以得出，吸聲部件40在傳送方向A上的長度b為2rXsin60°。此外，還能夠得出，一個超聲波傳感器36的振動面37的中心與在傳送方向A上相鄰的振動面37的中心之間在傳送方向A上的距離也是2rXsin60°。如上所述，通過設置多個超聲波傳感器36和吸聲部件40，異物檢測設備135能夠以更高解析度來檢測異物和雙饋片材。此外，吸聲部件40被設置成覆蓋振動面37在掃描方向上的邊緣部分。因此，能夠防止不適於檢測超聲波的振動面37在掃描方向上的邊緣部分影響檢測結果。因此，可以提供能夠以更高精度來檢測超聲波的超聲波線傳感器和包括這種超聲波線傳感器的片材處理裝置。圖18例示了圖4中所示異物檢測設備135的接收單元30和吸聲部件40的另一種配置示例。如圖18所示，接收單元30包括多個超聲波傳感器36。此外，接收單元30包括設置在該多個超聲波傳感器36的振動面37與傳輸路線115之間的多個吸聲部件40。超聲波傳感器36可以以最緊密擠壓排列的方式交替布置成三行。吸聲部件40布置成使得超聲波傳感器36的掃描區在傳送方向A或掃描方向上不互相重疊。此外，吸聲部件40布置成使得在超聲波傳感器36的掃描區之間不存在非感測區。具體而言，接收單元 30包括具有多個超聲波傳感器36和多個吸聲部件40的超聲波線傳感器。圖19是示出圖18中所示異物檢測設備135的接收單元30和吸聲部件40的一個示例的平面圖。如圖19所示，接收單元30的多個超聲波傳感器36和多個吸聲部件40布置成使得當超聲波傳感器36排成三行時，振動面37的有效區域最大。例如，假設超聲波傳感器36的振動面37的半徑為r，假設吸聲部件40在掃描方向上的寬度為a，並假設吸聲部件40在傳送方向A上的長度為b。在該情況下，為了使感測區域最大化，吸聲部件40在掃描方向上的寬度a可以表示為4r/3。此外，吸聲部件40在傳送方向A上的長度b可以表示為b —{a2 + (2r)2}通過如上所述地將多個超聲波傳感器36和多個吸聲部件40排列成三行，異物檢測設備135能夠以更高解析度來檢測異物和雙饋片材。因此，可以提供能夠以更高精度來檢測超聲波的超聲波線傳感器和包括這種超聲波線傳感器的片材處理裝置。圖20是示出圖4中所示異物檢測設備135的接收單元30和吸聲部件40的另一個配置示例的平面圖。如圖20所示，接收單元30包括多個超聲波傳感器36。接收單元30還包括具有設置在多個超聲波傳感器36的振動面37與傳輸路線115之間的多個開口部41的(一個) 吸聲部件40。超聲波傳感器36以最緊密擠壓排列的方式布置成三行。吸聲部件40以能夠覆蓋所有超聲波傳感器36的振動面的形式設置。吸聲部件40還包括位於與這些振動面37相對應的位置的開口部41。開口部41以矩形形狀分別設置在與這些振動面37重疊的範圍內。在該情況下，從發射單元10輸出的超聲波僅進入振動面37中與開口部41重疊的區域 (有效區域)。圖20用圓點表示出該有效區域。具體而言，吸聲部件40的開口部41設置成使得振動面37的有效區域在掃描方向上的寬度w和傳送方向A上的長度1保持恆定。而且，吸聲部件40的開口部41布置成使得在超聲波傳感器36的掃描區之間不存在非感測區。此外，吸聲部件40的開口部41布置成使得振動面37中的有效區域的掃描區在掃描方向上不互相重疊。具體而言，在傳送方向 A上排列成三行的超聲波傳感器36的振動面37的有效區域掃描相互不同的區域，如圖20 中的掃描區wl、w2和w3所示。通過如上所述地設置多個超聲波傳感器36和吸聲部件40的多個開口部41，異物檢測設備35能夠提高接收單元(超聲波線傳感器)在傳送方向A上的解析度。此外，可以阻止振動面37內的有效區域在傳送方向A上被延長。而且，通過將開口部41所在位置之間在傳送方向A上的間隔調節得較短，能夠防止超聲波傳感器36的檢測位置在傳送方向A上彼此遠離。因此，可以提供能夠以更高精度來檢測超聲波的超聲波線傳感器和包括這種超聲波線傳感器的片材處理裝置。注意，雖然將以上實施例描述為異物檢測設備135對附著在片材7上的異物8進行檢測的配置，但不限於這種配置。類似地，通過調節設定電路35的比較參考值，異物檢測設備135能夠類似地檢測疊放的片材(雙饋片材)。同樣的，在對以上實施例的描述中，當通過排列多個超聲波傳感器36來配置線傳感器時，吸聲部件40被布置成使得超聲波傳感器36的掃描區在傳送方向A上或掃描方向上不互相重疊。然而，並不限於這種配置。只要超聲波傳感器36的檢測結果不受影響，超聲波傳感器36的掃描區可以互相重疊。雖然已經描述了某些實施例，但這些實施例僅作為示例給出，而不是旨在限制本發明的範圍。實際上，此處描述的新方法和裝置可以按多種其他形式來具體實施。並且，在不脫離本發明的精神的情況下，可以在此處描述的方法和裝置的形式上做出各種省略、替換和改變。所附權利要求書及其等同物旨在涵蓋落入本發明的範圍和精神內的這種形式或修改。
權利要求
1.一種超聲波線傳感器，包括多個超聲波傳感器(36)，每個超聲波傳感器包括圓形振動面(37)並根據進入所述振動面(37)的超聲波而生成電信號；以及至少一個吸聲部件(40)，該至少一個吸聲部件設置在所述超聲波傳感器(36)的所述振動面(37)和檢測目標(8)之間並吸收超聲波，所述吸聲部件GO)布置在所述吸聲部件 (40)與所述振動面(37)在與所述檢測目標(8)的傳送方向垂直的掃描方向上的兩個邊緣部分重疊的位置，使得每個有效區域具有與所述檢測目標(8)的傳送方向平行的兩條邊， 所述有效區域是所述振動面(37)中不與所述吸聲部件GO)重疊的區域。
2.根據權利要求1所述的超聲波線傳感器，其中，所述吸聲部件GO)設置成使得所述振動面(37)中不與所述吸聲部件GO)重疊的所述有效區域是矩形。
3.根據權利要求1或2所述的超聲波線傳感器，其中，所述吸聲部件GO)設置成使得所述振動面(37)中的所述有效區域的掃描區在所述掃描方向上連續。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的超聲波線傳感器，其中，所述吸聲部件GO) 設置成使得一個振動面(37)中的有效區域的掃描區不與任何其它振動面(37)中的有效區域的掃描區重疊。
5.一種片材處理裝置，包括 用於傳送片材(7)的傳送單元(115)； 接收單元(30)，包括多個超聲波傳感器(36)，每個超聲波傳感器(36)包括圓形第一振動面(37)並根據進入所述第一振動面(37)的超聲波而生成電信號；以及至少一個第一吸聲部件GO)，該至少一個第一吸聲部件設置在所述超聲波傳感器(36)的第一振動面(37)和所述傳送單元(11 之間並吸收超聲波，所述接收單元(30)接收透射通過所述片材(7)的超聲波；包括第二振動面(37)的發射單元(10)，該發射單元設置在與接收單元(30)相對的位置，所述傳送單元(11 設置在所述發射單元(10)和所述接收單元(30)之間，所述發射單元(10)通過使所述第二振動面(37)振動而向所述傳送單元(11 所傳送的片材(7)輻射超聲波；確定單元(151)，將所述接收單元(30)的多個超聲波傳感器(36)檢測到的檢測信號與預先存儲的參考值進行比較，並基於比較結果來確定所述片材(7)是否附著有異物(8)；以及分類處理單元(152)，基於所述確定單元(151)的確定結果對所述片材(7)進行分類， 其中，所述第一吸聲部件G0)布置在所述第一吸聲部件G0)與所述第一振動面(37) 在與所述片材(7)的傳送方向垂直的掃描方向上的兩個邊緣部分重疊的位置，使得每個有效區域具有與所述片材(7)的傳送方向平行的兩條邊，所述有效區域是所述第一振動面(37)中不與所述第一吸聲部件G0)重疊的區域。
6.根據權利要求5所述的片材處理裝置，其中，所述第一吸聲部件00)設置成使得所述第一振動面(37)中不與所述第一吸聲部件G0)重疊的所述有效區域是矩形。
7.據權利要求5或6所述的片材處理裝置，其中，所述第一吸聲部件00)設置成使得所述第一振動面(37)中的所述有效區域的掃描區在所述掃描方向上連續。
8.根據權利要求5至7中任意一項所述的片材處理裝置，其中，所述第一吸聲部件 (40)設置成使得一個第一振動面(37)中的有效區域的掃描區不與任何其它第一振動面 (37)中的有效區域的掃描區重疊。
9.根據權利要求5至8中任意一項所述的片材處理裝置，其中，在所述發射單元(10) 中，在所述第二振動面(37)中設置有用於限制向片材(7)輻射的超聲波的輸出範圍的第二吸聲部件(20)。
10.根據權利要求9所述的片材處理裝置，其中，所述第二吸聲部件00)由吸收波的材料形成。
全文摘要
本發明提供了一種超聲波線傳感器和包括超聲波線傳感器的片材處理裝置。根據一種實施方式，一種超聲波線傳感器包括多個超聲波傳感器，每個超聲波傳感器包括圓形振動面並根據進入所述振動面的超聲波而生成電信號；以及至少一個吸聲部件，該至少一個吸聲部件設置在所述超聲波傳感器的所述振動面和檢測目標之間並吸收超聲波，所述吸聲部件布置在所述吸聲部件與所述振動面在與所述檢測目標的傳送方向垂直的掃描方向上的兩個邊緣部分重疊的位置，使得每個有效區域具有與所述檢測目標的傳送方向平行的兩條邊，所述有效區域是所述振動面中不與所述吸聲部件重疊的區域。
文檔編號B65H7/12GK102295174SQ20101059325
公開日2011年12月28日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年6月25日
發明者三浦淳二, 中野尚久, 久禮莊太, 大貫行雄, 山本幸洋, 逸見和弘 申請人:株式會社東芝