(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 106851182 A (43)申请公布日 2017.06.13
(21)申请号 201510880820.9(22)申请日 2015.12.04
(71)申请人彭翔
地址410007 湖南省长沙市韶山中路752号
1栋807室申请人彭娟(72)发明人彭翔 彭娟(51)Int.Cl.
H04N 7/18(2006.01)
权利要求书2页 说明书6页 附图4页
(54)发明名称
激光加工系统的智能视觉监控系统(57)摘要
本发明涉及一种用于激光加工系统的智能视觉监控系统，包括一个或多个视觉信息采集装置以及与所述一个或多个视觉信息采集装置连接的一个或多个显示装置，其中所述一个或多个视觉信息采集装置位于所述激光加工系统的全封闭外壳的内部，并且用于采集所述激光加工系统内部的视觉信息；所述一个或多个显示装置位于所述激光加工系统的所述全封闭外壳的外部，并且用于显示所述视觉信息。本发明使得操作人员不必通过激光防护窗就能获取激光加工系统的工艺数据、监控和优化加工流程。
C N 1 0 6 8 5 1 1 8 2 A CN 106851182 A
权 利 要 求 书
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1.一种用于激光加工系统的视觉监控系统，包括一个或多个视觉信息采集装置以及与所述一个或多个视觉信息采集装置连接的一个或多个显示装置，其中：
所述一个或多个视觉信息采集装置位于所述激光加工系统的全封闭外壳的内部，并且用于采集所述激光加工系统内部的视觉信息；
所述一个或多个显示装置位于所述激光加工系统的所述全封闭外壳的外部，并且用于显示所述视觉信息。
2.如权利要求1所述的视觉监控系统，其中所述显示装置可与所述激光加工系统的操作显示装置相集成。
3.如权利要求1所述的视觉监控系统，其中所述一个或多个显示装置具有接收输入的功能，或者所述视觉监控系统还包括输入模块，或者所述显示装置可与所述激光加工系统的操作显示装置相集成，并通过所述激光加工系统的输入设备来接收输入。
4.如权利要求3所述的视觉监控系统，其中通过具有接收输入功能的所述显示装置、或者通过所述输入模块、或者通过所述激光加工系统的输入设备来设置以下各项中的一个或多个：
选择或启用所述视觉信息采集装置中的一个或多个；所述一个或多个视觉信息采集装置的分辨率；所述一个或多个视觉信息采集装置的方位；所述一个或多个视觉信息采集装置的视角；所述一个或多个视觉信息采集装置的聚焦；以及所述一个或多个视觉信息采集装置的缩放程度。5.如权利要求1所述的视觉监控系统，还包括控制装置以及与所述控制装置连接的智能分析模块，所述控制装置用于控制所述视觉信息的采集和显示，所述智能分析模块用于分析所述视觉信息。
6.如权利要求5所述的视觉监控系统，其中所述控制装置根据所述智能分析模块的分析结果生成警告、建议或指令，并将所述警告、建议或指令发送到所述激光加工系统。
7.如权利要求6所述的视觉监控系统，所述警告、建议或指令涉及所述激光加工系统的安全制动、激光加工件的对/定位、激光加工件的测量和/或激光加工运动平台的位限。
8.如权利要求1所述的视觉监控系统，其中所述视觉信息采集装置可被安装在以下位置中的一处或多处：
所述激光加工系统内部的顶部；所述激光加工系统内部的底部；所述激光加工系统内部的侧面；
所述激光加工系统内部的运动平台上；以及位于所述运动平台上的激光加工件上。9.如权利要求1所述的视觉监控系统，其中所述视觉信息采集装置采用以下各项中的一个或多个：照相机、高速相机、红外相机、可见光视频采集装置、不可见光视频采集装置、高速视频采集装置以及非高速视频采集装置。
10.如权利要求1所述的视觉监控系统，还包括至少与所述视觉信息采集装置连接的存储装置，所述存储装置用于存储所述视觉信息。
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权 利 要 求 书
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11.一种用于激光加工系统的视觉监控方法，包括：
一个或多个视觉信息采集装置在所述激光加工系统的全封闭外壳的内部采集与激光加工过程有关的视觉信息；以及
一个或多个显示装置在所述激光加工系统的全封闭外壳的外部显示所述视觉信息。12.如权利要求11所述的视觉监控方法，还包括接收输入，所述输入用于设置以下各项中的一个或多个：
选择或启用所述视觉信息采集装置中的一个或多个；所述一个或多个视觉信息采集装置的分辨率；所述一个或多个视觉信息采集装置的方位；所述一个或多个视觉信息采集装置的视角；所述一个或多个视觉信息采集装置的聚焦；以及所述一个或多个视觉信息采集装置的缩放程度。13.如权利要求11所述的视觉监控方法，其中所述视觉信息采集装置可被安装在以下位置中的一处或多处：
所述激光加工系统内部的顶部；所述激光加工系统内部的底部；所述激光加工系统内部的侧面；
所述激光加工系统内部的运动平台上；以及位于所述运动平台上的激光加工件上。14.如权利要求11所述的视觉监控方法，还包括对所述视觉信息进行分析，并根据分析结果进行智能操作，所述智能操作涉及所述激光加工系统的安全制动、激光加工件的对/定位、激光加工件的测量和/或激光加工运动平台的位限。
15.如权利要求11所述的视觉监控方法，其中所述一个或多个显示装置可与所述激光加工系统的操作显示装置相集成。
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说 明 书
激光加工系统的智能视觉监控系统
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技术领域
[0001]
本发明涉及激光加工系统，尤其是激光加工系统的智能视觉监控系统。
背景技术
近年来，激光加工由于其高效率和低能耗等优点已经被广泛地应用于人们的生产和生活中。激光加工技术是利用激光与物质相互作用的特性对材料(包括金属和非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工等操作，以及作为光源等的一门技术。常见的激光加工系统包括激光器、加工机床等。然而，由于激光本身具有高单色性、高相干性、高单向性以及高聚焦性等特性，因此容易给相关操作人员带来伤害，例如对视网膜和皮肤的灼伤等。现有的激光加工系统必须达到相应的安全防护指标和要求。
[0003] 现有的激光加工系统100通常包括全封闭外壳101和灯塔103，如图1所示。该全封闭外壳101安装有门102，用于在调整和维护激光加工系统、以及加料和下料时对该激光加工系统的内部进行操作。灯塔103用于显示该激光加工系统的工作状态，将可视信号传达给相关的操作人员。为了在激光加工的同时能够观测和监控激光加工系统内部的情况，全封闭外壳101的门102上设有激光防护窗104。中国专利授权公告号为CN202528594U的实用新型专利公开了一种激光加工设备，其防护门上安装有观察窗。中国专利授权公告号为CN203817633U的实用新型专利公开了一种激光切割装置，装置本体侧面设置有保护壳，保护壳上设置有视窗。
[0004] 这种激光防护窗通常由特殊材料制成，对激光加工系统中的一个或多个激光器(即其波长)是不透明的，因此价格十分昂贵。同时，现有的激光防护窗一般被安装在外壳的一侧，因此操作人员只能通过被设置在一侧的激光防护窗观察激光加工的情况，这极大地限制了观测的角度和范围。因此，现有的激光加工系统亟需一种安全、简便并且智能的视觉监控系统。
[0002]
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述不足之处，本发明提出了一种用于激光加工系统
的视觉监控系统，包括：一个或多个视觉信息采集装置以及与所述一个或多个视觉信息采集装置连接的一个或多个显示装置，其中所述一个或多个视觉信息采集装置位于所述激光加工系统的全封闭外壳的内部，并且用于采集所述激光加工系统内部的视觉信息；所述一个或多个显示装置位于所述激光加工系统的所述全封闭外壳的外部，并且用于显示所述视觉信息。
[0006] 在一个实施例中，所述显示装置可与所述激光加工系统的操作显示装置相集成。[0007] 在另一个实施例中，所述一个或多个显示装置具有接收输入的功能，或者所述视觉监控系统还包括输入模块，或者所述显示装置可与所述激光加工系统的操作显示装置相集成，并通过所述激光加工系统的输入设备来接收输入。其中，通过具有接收输入功能的所述显示装置、或者通过所述输入模块、或者通过所述激光加工系统的输入设备来设置以下
[0005]
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说 明 书
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各项中的一个或多个：选择或启用所述视觉信息采集装置中的一个或多个；所述一个或多个视觉信息采集装置的分辨率；所述一个或多个视觉信息采集装置的方位；所述一个或多个视觉信息采集装置的视角；所述一个或多个视觉信息采集装置的聚焦；以及所述一个或多个视觉信息采集装置的缩放程度。
[0008] 本发明提出的视觉监控系统还可包括控制装置以及与所述控制装置连接的智能分析模块，所述控制装置用于控制所述视觉信息的采集和显示，所述智能分析模块用于分析所述视觉信息。其中，所述控制装置可以进一步根据所述智能分析模块的分析结果生成警告、建议或指令，并将所述警告、建议或指令发送到所述激光加工系统。更进一步地，所述警告、建议或指令涉及所述激光加工系统的安全制动、激光加工件的对/定位、激光加工件的测量和/或激光加工运动平台的位限。[0009] 在一个实施例中，所述视觉信息采集装置可被安装在以下位置中的一处或多处：所述激光加工系统内部的顶部；所述激光加工系统内部的底部；所述激光加工系统内部的侧面；所述激光加工系统内部的运动平台上；以及位于所述运动平台上的激光加工件上。[0010] 在另一个实施例中，所述视觉信息采集装置采用以下各项中的一个或多个：照相机、高速相机、红外相机、可见光视频采集装置、不可见光视频采集装置、高速视频采集装置以及非高速视频采集装置。
[0011] 本发明提出的视觉监控系统还可包括至少与所述视觉信息采集装置连接的存储装置，所述存储装置用于存储所述视觉信息。[0012] 同时，本发明同时提出一种用于激光加工系统的视觉监控方法，包括：一个或多个视觉信息采集装置在所述激光加工系统的全封闭外壳的内部采集与激光加工过程有关的视觉信息；以及一个或多个显示装置在所述激光加工系统的全封闭外壳的外部显示所述视觉信息。
[0013] 在一个实施例中，上述视觉监控方法还可包括接收输入，所述输入用于设置以下各项中的一个或多个：选择或启用所述视觉信息采集装置中的一个或多个；所述一个或多个视觉信息采集装置的分辨率；所述一个或多个视觉信息采集装置的方位；所述一个或多个视觉信息采集装置的视角；所述一个或多个视觉信息采集装置的聚焦；以及所述一个或多个视觉信息采集装置的缩放程度。[0014] 其中，所述视觉信息采集装置可被安装在以下位置中的一处或多处：所述激光加工系统内部的顶部；所述激光加工系统内部的底部；所述激光加工系统内部的侧面；所述激光加工系统内部的运动平台上；以及位于所述运动平台上的激光加工件上。[0015] 在一个实施例中，上述视觉监控方法还可包括对所述视觉信息进行分析，并根据分析结果进行智能操作，所述智能操作涉及所述激光加工系统的安全制动、激光加工件的对/定位、激光加工件的测量和/或激光加工运动平台的位限。此外，所述一个或多个显示装置还可与所述激光加工系统的操作显示装置相集成。附图说明
包括附图是为提供对本公开内容的进一步的理解。附图示出了本公开内容的实
施例，并与本说明书一起起到解释本公开内容原理的作用。在结合附图并阅读了下面的对特定的非限制性本公开内容的实施例之后，本公开内容的技术方案及其优点将变得显而易
[0016]
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见。其中：
[0017] 图1示出了现有的激光加工系统的外部示意图。
[0018] 图2示出了根据本发明的一个实施例的激光加工系统的外部示意图。[0019] 图3示出了根据本发明的另一个实施例的激光加工系统的外部示意图。
[0020] 图4示出了根据本发明的一个实施例的激光加工系统内部设置多个视觉信息采集装置的示意图。
[0021] 图5示出了根据本发明的一个实施例的与视觉信息相关的操作的示意图。[0022] 图6示出了根据本发明的一个实施例的与视频调整相关的内容的示意图。[0023] 图7示出了根据本发明的一个实施例的视频信息采集装置的示意图。[0024] 图8示出了根据本发明的一个实施例的提供多个视觉信息的示意图。
[0025] 图9示出了根据本发明的一个实施例的多个视觉监控系统通过网络互联的示意图。
[0026] 图10-1是根据本发明的一个实施例的用于激光加工系统的视觉监控系统的结构框图。
[0027] 图10-2是根据本发明的另一个实施例的用于激光加工系统的视觉监控系统的结构框图。
具体实施方式
[0028] 参考在附图中示出和在以下描述中详述的非限制性实施例，更完整地说明本公开内容的多个技术特征和有利细节。并且，以下描述忽略了对公知的原始材料、处理技术、组件以及设备的描述，以免不必要地混淆本公开内容的技术要点。然而，本领域技术人员能够理解到，在下文中描述本公开内容的实施例时，描述和特定示例仅作为说明而非限制的方式来给出。
[0029] 在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本公开内容中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本公开内容的说明书中所提及的一些术语可能是公开内容人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本公开内容。
[0030] 图2示出了根据本发明的一个实施例的激光加工系统200的外部示意图，其与现有技术的区别在于不需要安装激光防护窗。图3示出了根据本发明的另一个实施例的激光加工系统300的外部示意图。该实施例同样无需设置激光防护窗，但激光加工系统300的全封闭外壳301上设置有显示装置304。该显示装置304用于显示激光加工系统300内部的工作情况，操作人员可通过该显示装置304观察激光加工的过程和状态。[0031] 本领域技术人员可以理解的是，可以设置一个或多个显示装置，用于显示例如一个或多个激光器的工作情况，或者从多个视角反映激光加工系统的加工情况(如图8所示)。本领域技术人员也可以根据实际需要在全封闭外壳的不同位置设置一个或多个显示装置，例如设置在图3所示的门302的一侧，或者在门的两侧各设置一个或多个显示装置(附图未示出多个显示器的情形)，或者在未设置门的全封闭外壳301的某一侧设置显示装置。另外，显示装置可以是平板显示器，包括但不限于液晶显示器、等离子体显示器、触摸屏
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显示器等。
[0032] 另外，上述显示装置还可与激光加工系统的操作显示器相集成。激光加工系统的操作显示器可以显示用户操作界面，可通过该用户操作界面执行建立、可视化并模拟希望加工的加工件等操作。这样，操作人员无需靠近激光加工系统就能了解和掌握其运行情况，不但更加安全，还能获得有关加工系统运行的更多信息，一举多得。
[0033] 图4示出的是根据本发明的一个实施例的激光加工系统内部设置多个视觉信息采集装置的示意图。其中，激光加工件403位于运动平台上402，并且设置一个或多个视觉信息采集装置401，该视觉信息采集装置401可被安装在激光加工系统内的多个方位，例如安装在顶部、底部、侧面，或安装在运动平台402上以同步监控运动平台，或者安装在位于运动平台402上的激光加工件403上以实时监控加工过程、或者在加工前校准光路和加工件位置、或者在加工过程中动态协助校准光路和加工件位置，例如观测激光与加工件的相互作用情况、裂片情况、通过观察激光聚焦点与加工件的相对位置来校准/动态校准光路或加工件位置(例如是否水平等)。视觉信息采集装置401的安装方向和角度也可以根据不同的需要来设置，例如需要监控激光器、运动平台或加工件等。其中，激光加工运动平台402是可以多轴(X，Y，Z，A，B，C)联动的。经由上述一个或多个视觉信息采集装置获取的视觉信息可被传输到一个或多个显示装置并被显示。
[0034] 上述视觉信息采集装置包括对静态图片和动态视频的采集，具体地可采用例如照相机、高速相机、红外相机、或者可见光视频采集装置、不可见光视频采集装置(如红外CCD摄像头)、高速视频采集装置以及非高速视频采集装置，如图7所示。
[0035] 操作人员可与上述一个或多个视觉信息采集装置所采集的视觉信息进行交互。图5即示出了根据本发明的一个实施例的与视觉信息相关的操作的示意图。视觉监控系统获取的视觉信息可被集中式或分布式地存储，包括但不限于本地磁盘、或远程存储设备、或分布式云端。
[0036] 可通过例如用户界面来调取、查看、编辑和/或分析已采集的视觉信息，该视觉信息可包括静态和动态图像等。操作人员对视觉信息的编辑操作包括但不限于编辑视觉信息的缩放比例、分辨率、对比度、亮度、剪切/裁剪、色彩(如黑白、彩色、偏色等)、饱和度以及对视觉信息进行标注等。[0037] 此外，可以进行视频调整，包括但不限于选择或启用一个或多个视觉信息采集装置，设置或调整视觉信息采集装置的分辨率、视角、方位、缩放比例和聚焦深度/位置等，如图6所示。这一点在激光加工系统执行不同的加工工艺流程或者处理不同的加工件时尤为重要，因为在不同的加工处理过程中，激光加工系统中各功能元件(例如激光器)和加工件的尺寸以及位置等技术参数会发生变化，视觉信息采集装置的方位的固定势必会影响所采集的视觉信息的准确性和全面性。上述设置保证了本发明的视觉监控系统能够提供激光加工系统内部的全面且准确的视觉信息。例如，可使视觉信息采集装置聚焦到样品的不同深度和/或位置，这种聚焦对于透明脆性材料尤其关键，因为它提供了材料内部不同深度的激光与材料相互作用的相关信息，对于加工工艺监控和改进非常重要。在本发明的一个实施例中，可对采集到的视觉信息进行远程诊断，以优化和改进工艺流程、参数等。远程诊断的结果也可用于视频调整，以便优化用于远程诊断的视觉信息采集。还可对采集到的视觉信息进行智能分析，智能分析的对象包括但不限于视觉信息本
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身以及从该视觉信息中提取的加工工艺数据。
[0039] 视觉信息采集装置所采集的视觉信息具有多种用途，包括但不限于用于智能操作，例如使用采集到的视觉信息来监控加工工艺流程、采集工艺数据、(远程)诊断工艺流程与参数、提高工艺流程等。具体地，诸如通过分析和处理视觉信息来判断激光加工系统中各功能元件的运行是否正常，整个或部分工艺流程是否符合加工工艺规范，相关的加工处理数据是否处于规定的范围内等。
[0040] 在本发明的进一步的实施例中，视觉监控系统还可以根据分析的结果向激光加工系统传输相应的工艺参数或建议、警告、指令等，上述内容包括但不限于激光加工系统的安全制动、激光加工件的对/定位、激光加工件的尺寸测量、和/或激光加工运动平台的位限等，从而在为操作人员提供安全防护的同时，还实现了对激光加工系统的全方位监控。[0041] 图9示出了多个激光加工系统901的智能视觉监控系统通过网络902互联的示意图。在一个实施例中，多个视觉监控系统通过有线或无线网络902进行互联，视觉信息可以共享到数据库903中。视觉信息在数据库中可分类存储，例如按照工艺流程、功能元件或加工件等不同的类别进行存储。当相关人员需要对特定的类别(例如功能元件或加工件或工艺流程)进行研究时，可从数据库中获得相关的视频信息。这对于认识功能元件的性能、优化工艺流程等能够起到极大的促进作用，不但有利于数据记录和统计，更有利于相关人员的科学实验研究，进而实现改进和提高工艺流程等目的。
[0042] 图10-1是根据本发明的一个实施例的用于激光加工系统1000的视觉监控系统1001的结构框图。该视觉监控系统1001可包括控制装置1003、一个或多个视觉信息采集装置1002、存储装置1005、一个或多个显示装置1006、智能分析模块1004以及输入装置1007。一个或多个视觉信息采集装置1002被安装在激光加工系统的全封闭外壳的内部，用于采集与加工过程相关的视觉信息。一个或多个显示装置1006被设置在激光加工系统的全封闭外壳的外部，用于显示视觉信息采集装置所采集的视觉信息。视觉信息采集装置1002可将采集到的视觉信息直接传输到显示装置1006予以显示，或者可以在控制装置1003的控制下将视觉信息传输到显示装置1006予以显示。存储装置1005可用于存储所采集的视觉信息，以方便对视觉信息的处理，包括但不限于查看、相关的工艺数据的提取、记录、分析和统计等。
[0043] 在一个实施例中，本发明通过单独的输入装置以接收用户的输入；在另一个实施例中，本发明使用具有接收输入功能的显示装置来代替输入装置，或者视觉监控系统中的显示装置可与激光加工系统的操作显示装置相集成，并通过激光加工系统的输入设备来接收输入。即单独的输入装置是可选而非必要的。通过上述输入装置、或显示装置、或激光加工系统的输入设备，可设置以下各项中的一个或多个：选择或启用所述视觉信息采集装置中的一个或多个，所述一个或多个视觉信息采集装置的分辨率，所述一个或多个视觉信息采集装置的方位，所述一个或多个视觉信息采集装置的视角，所述一个或多个视觉信息采集装置的聚焦深度/位置，以及，所述一个或多个视觉信息采集装置的缩放比例。[0044] 例如，用户可根据实际需要选择使用一个、两个或更多个视觉信息采集装置，并且设置每个视觉信息采集装置的分辨率、方位和角度等信息，以获得理想的或有价值的视觉信息。
[0045] 在另一个实施例中，用户首先输入需要采集的工艺数据，对于能够直接测量或获
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得的工艺数据，视觉信息采集装置可直接采集该数据，并将其传输到显示装置以呈现给操作人员。对于无法直接测量或获取的工艺数据，视觉信息采集装置对加工过程进行视觉信息采集，然后提供给智能分析模块进行分析，最后将提取出来的相关工艺参数通过显示装置呈现给用户。
[0046] 存储装置用于存储视觉信息采集装置采集到的视觉信息。该存储装置在本发明的视觉监控系统中是可选而非必要的，因为视觉信息采集装置本身可包括存储空间。[0047] 在本发明的一个实施例中，视觉监控系统可与激光加工系统相连。正如上面已经提及的，显示装置可与激光加工系统的操作显示器相集成，即视觉监控系统可通过激光加工系统的输入装置接收输入，例如与设置视觉信息采集装置有关的参数、需要采集的工艺数据、需要监控的项目等；并且，通过激光加工系统的操作显示器进行视觉信息的显示。进一步地，根据智能分析模块的分析结果向激光加工系统发送相关的信息，例如，当通过分析视觉信息发现当前加工流程中存在严重的安全隐患时，处理装置可向激光加工系统发送安全制动的警告、建议或指令。在另一个实施例中，通过智能分析模块的分析结果得出更理想或更优的技术参数，处理装置可向激光加工系统发送修改相关技术参数的指令。[0048] 本领域技术人员可以理解，当视觉监控系统1001与激光加工系统1000相连接或相集成时，上述控制装置1003、智能分析模块1004、存储装置1005、输入装置1007和显示装置100中的一个或多个可以被省略，其相应的功能可由激光加工系统1000的中央控制装置、存储装置和显示装置(未示出)来实现，如图10-2所示。例如，激光加工系统的显示装置可用于显示视觉信息；中央控制装置可处理输入信息并对采集到的视觉信息进行智能分析，同时根据分析结果执行相应的操作，包括测量或优化相关的工艺数据、监控或改进工艺流程等；激光加工系统的存储装置可用于存储视觉信息采集装置所采集的视觉信息，激光加工系统的输入设备可用于接收用户的输入。
[0049] 虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以描述，但是对本领域技术人员显而易见的是，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并藉此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。
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