发明创造名称：一种测量盾构机出料体积的系统及其方法
外观设计名称：
决定号：191226
决定日：2019-09-12
委内编号：1F246039
优先权日：
申请（专利）号：201410281075.1
申请日：2014-06-21
复审请求人：辽宁工程技术大学
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：向薇
合议组组长：宋洁
参审员：吴艳苹
国际分类号：G01F1/708
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果一项权利要求请求保护的技术方案相对于作为最接近现有技术的对比文件存在区别技术特征，该区别技术特征的一部分被其他对比文件公开且作用相同，其余区别技术特征属于本领域公知常识，那么本领域技术人员在上述对比文件以及本领域公知常识结合的基础上得到该权利要求请求保护的技术方案是显而易见的，该权利要求不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201410281075.1，名称为“一种测量盾构机出料体积的系统及其方法”的发明专利申请（下称本申请）。申请人为辽宁工程技术大学。本申请的申请日为2014年06月21日，公开日为2014年09月03日。
经实质审查，国家知识产权局专利实质审查部门于2017年12月05日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1-4不具备专利法第22条第3款规定的创造性。驳回决定所依据的文本为：申请日2014年06月21日提交的说明书第1-7页、说明书附图第1-5页、说明书摘要和摘要附图；2017年11月02日提交的权利要求第1-4项。驳回决定中引用了如下对比文件：
对比文件1：“基于单片机的超声波测距系统的研究与设计”，沙爱军，电子科技，第22卷第11期，第57-61页，公开日为2009年11月15日；
对比文件2：CN1O179931OA，公开日为2010年08月11日；
对比文件3：CN1O1216337A，公开日为2008年07月09日。
驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种盾构机出料体积测量系统，其特征在于，包括：超声波测距仪、测速齿盘、单片机、显示装置、键盘、数据存储器、电源模块，超声波测距仪包括超声波发射器和超声波接收器，超声波探头接I/O口实现超声波的发射和接收，多个超声波测距仪安装在由两个竖直支柱和横梁组成的支架的横梁上，测速齿盘安装在带动皮带转动的轮轴上，用于测量运输皮带的移动速度；
所述盾构机出料体积测量系统的盾构机出料体积的测算方法，包括：测量盾构机出料皮带上物料的各点的高度hi，测量各点位之间距离di，测量盾构机出料运输皮带的移动速度v，使用计算公式计算在时刻Ti和Tj之间的时间段内盾构机的出料体积V；公式为：V=（h1*d1 h2*d2 … hn*dn）*vij*（Tj-Ti），式中n为共测量的物料上表面的测点数目；
在测量出料皮带上物料上表面高度时使用超声波测距仪进行测量，在刮板后安装一个支架1，支架由两个竖直的支柱和一个横梁组成，横梁上安置多个超声波测距仪2，所有超声波测距仪发射超声波的方向为垂直向下，首先测出空载时测距仪对应的各点和超声波测距仪之间的距离Hi0，然后测量出料时运输皮带上物料的上表面各点位和超声波测距仪之间的距离Hi，经过大量测试发现，为了避免测量盲区的出现且多组超声波之间不会产生较大的干扰，设置超声波测距仪的发射口距离刮板最下端的垂直距离为60cm-80cm，相邻两个超声波测距仪中心点间距为10cm-20cm，所有超声波测距仪所发射的超声波频率各不相同，测试发现用于土石类物料测量的超声波频率设置在40kHz-80kHz的区间内能够取得最好的反射和接收效果；超声波在空气中的传播速度与温度有关，所以在支架上安置温度测量装置进行超声波测距仪工作环境温度的实时测量，并根据修正模型对超声波在空气中的传播速度进行实时修正，模型为：v声i=331.4 0.607ti，其中v声为超声波在空气中的传播速度，t为超声波测距仪工作环境的温度；进行运输皮带移动速度的测量时，在轴上安装一个有一个指针的测速齿盘如图11所示，通过测量单位时间内测速齿盘的旋转周数计算运输皮带的移动速度，公式为v=n2πr/M，其中v是皮带移动速度；r是带动皮带转动的轮轴半径；n是测速时间段内测速齿盘旋转的周数；M是测速时间；按照公式计算盾构机在时刻Tj和Ti时间内的出料体积，公式为：V=（（H1-H10）*d1 （H2-H20）*d2 … （Hn-Hn0）*dn）*v*（Tj-Ti）；H=0.5* v声ij *?t ；v声ij=0.5*（331.4 0.607ti 331.4 0.607tj）；v=n2πr/M。
2. 根据权利要求1所述的盾构机出料体积测量系统，其特征在于，所述单片机为AT89C52单片机，包括40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器，数据存储包括256字节的内部RAM，特殊功能寄存器（SFR），2K字节的片内EEPROM和可扩展至64K的外部数据存储器。
3. 根据权利要求2所述的盾构机出料体积测量系统，其特征在于，所述测量系统的电路包括超声波发射电路、超声波接收电路、单片机电路、显示电路、键盘电路、数据存储电路、数据传输电路与电源电路；单片机电路采用单一 5V电源供电，封装具有逻辑操作位寻址功能、采用双列直插40PinDIP封装，CPU由运算和控制逻辑组成、同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器，RAM用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据，ROM用以存放程序、一些原始数据和表格，I/O口具有四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出，单片机电路还包括2个可编程定时/计数器，5个中断源，2个优先级（52有6个），外部数据存储器寻址空间为64kB，外部程序存储器寻址空间为64kB，一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信，片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接，最佳振荡频率为6M—12M。
4. 根据权利要求1所述的盾构机出料体积测量系统，其特征在于，在测量出料皮带上物料上表面各点位高度之前，设置刮板对物料进行简单的整平和轻微的压实，从而达到所测各点位的高度数据稳定，便于发现测量粗差的目的，并且此道工序的作用还在于简单压实后的出料体积更加符合物料装入转运车辆内的体积，从而为施工统筹和费用估算提供高精度的决策数据。”
驳回决定中认为：（1）权利要求1请求保护一种盾构机出料体积测量系统，对比文件2公开了一种流量测量方法与装置，权利要求1相对于对比文件2的区别在于：①测量系统的硬件模块还设置有单片机、显示装置、键盘、数据存储器、电源模块；超声波探头接I/O口实现超声波的发射和接收；②本申请的出料体积测量用于盾构机出料，采用安装在带动皮带转动的轮轴上的测速齿盘，用于测量运输皮带的移动速度；③权利要求1中具体详细限定的盾构机出料体积测量系统的盾构机出料体积的测算方法。对于区别①，对比文件1公开了一种基于单片机的超声波测距系统的研究与设计，该系统包括超声波测距仪、AT89S52单片机；LCD显示部分、电源电路，而至于键盘、数据存储器的设置，是硬件系统设置中的常规设置；对于区别②，在传送皮带上将测速齿盘设置在轮轴上用来测量皮带转动速度，是本领域的常规设置，对比文件2与本申请均是采用设置在支架上的多个超声波测距仪来测量运输皮带上的物料体积，将对比文件2公开的测量系统用于测量盾构机出料的物料，是本领域的常规应用；对于区别③，该区别技术特征部分被对比文件1和2公开，部分为本领域技术人员容易想到的常规设置。因此，权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。（2）对于从属权利要求2和3，其附加技术特征部分被对比文件1公开，部分为本领域的惯用手段；对于从属权利要求4，其附加技术特征部分被对比文件3公开，部分为本领域的惯用手段。因此，从属权利要求2-4在其引用的权利要求不具备创造性的情况下，也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服,于2018年01月31日向国家知识产权局提出了复审请求，同时提交了权利要求书全文修改替换页，修改涉及：在申请日提交的原始权利要求书的基础上，将原从属权利要求3的附加技术特征并入原独立权利要求1中，将原从属权利要求5和6的附加技术特征并入原独立权利要求4中，删除原从属权利要求3，5-6，并对其余权利要求的序号和引用关系作了相应调整。复审请求人认为：（1）、本申请与对比文件2采用装置的结构不同，测量方法也不同，本申请的测量方法采用的是取多个点进行离散求和，而对比文件2和3均采用的是积分求和，离散求和与积分求和是完全不同的计算方法，需要取得的原始数据也不同。本申请涉及的是工程机械技术领域，解决的是盾构机施工出料体积测量方法中称重法在实施过程中会受到土体含水量的巨大干扰从而出现较大偏差的问题，而对比文件2涉及的是煤炭技术领域，解决的是目前计量设备对原煤产量不能实现准确测量的问题。对比文件1也没有公开数据存储器和键盘，因此，在对比文件2解决技术问题、实施方案与本申请不同的前提下，无法在对比文件2的基础上结合对比文件1获得本申请。（2）、对比文件2采用测速齿盘测量皮带移动速度，为计算体积流量奠定基础，而对比文件2并未涉及运输皮带的移动速度，可见对比文件2的测量装置和本申请存在明显区别。（3）、本申请权利要求1中具体介绍了超声发射、接收电路、单片机电路、显示电路、键盘电路、数据存储电路、数据传输电路与电源电路的结构以及连接关系，对比文件1-3并未涉及具体电路的分布图。（4）、对比文件1的超声波是呈喇叭状扩散传播，被测物表面不光滑且不一定能垂直于两探头轴线而导致反射回来的波也许是从不同点获得，本申请的超声波是垂直向下传播。即使对比文件1也公开了超声测距，但设置方式也不同于本申请。（5）、对比文件3虽然公开了输送带上方装有刮平器，但对比文件3侧重的是对不同物料的适应性，可见其与本申请既能达到各点位高度数据稳定、又能使出料体积更加符合物料装入转运车辆内的体积有本质区别，况且对比文件3涉及的是农业技术领域，与本申请的工程机械技术领域有较大差异。
复审请求时新修改的权利要求书如下：
“1. 一种盾构机出料体积测量系统，其特征在于，包括：超声波测距仪、测速齿盘、单片机、显示装置、键盘、数据存储器、电源模块，超声波测距仪包括超声波发射器和超声波接收器，超声波探头接I/O口实现超声波的发射和接收，多个超声波测距仪安装在由两个竖直支柱和横梁组成的支架的横梁上，测速齿盘安装在带动皮带转动的轮轴上，用于测量运输皮带的移动速度；
所述测量系统的电路包括超声波发射电路、超声波接收电路、单片机电路、显示电路、键盘电路、数据存储电路、数据传输电路与电源电路；单片机电路采用单一 5V电源供电，封装具有逻辑操作位寻址功能、采用双列直插40PinDIP封装，CPU由运算和控制逻辑组成、同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器，RAM用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据，ROM用以存放程序、一些原始数据和表格，I/O口具有四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出，单片机电路还包括2个可编程定时/计数器，5个中断源，2个优先级52有6个，外部数据存储器寻址空间为64kB，外部程序存储器寻址空间为64kB，一个全双工UART通用异步接收发送器的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信，片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接，最佳振荡频率为6M-12M。
2. 根据权利要求1所述的盾构机出料体积测量系统，所述单片机为AT89C52单片机，包括40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，32个外部双向输入/输出(I/O)口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗(WDT)电路，片内时钟振荡器，数据存储包括256字节的内部RAM，特殊功能寄存器(SFR)，2K字节的片内EEPROM和可扩展至64K的外部数据存储器。
3. 一种利用如权利要求1或2所述的盾构机出料体积测量系统的盾构机出料体积的测算方法，包括：测量盾构机出料皮带上物料的各点的高度hi，测量各点位之间距离di，测量盾构机出料运输皮带的移动速度v，使用计算公式计算在时刻Ti和Tj之间的时间段内盾构机的出料体积V；公式为：V＝(h1*d1 h2*d2 ... hn*dn)*vij*(Tj-Ti)，式中n为共测量的物料上表面的测点数目；
在测量出料皮带上物料上表面各点位高度之前，设置刮板对物料进行简单的整平和轻微的压实，从而达到所测各点位的高度数据稳定，便于发现测量粗差的目的，并且此道工序的作用还在于简单压实后的出料体积更加符合物料装入转运车辆内的体积，从而为施工统筹和费用估算提供高精度的决策数据；
在测量出料皮带上物料上表面高度时可使用超声波测距仪进行测量，在刮板后安装一个支架，支架由两个竖直的支柱和一个横梁组成，横梁上安置多个超声波测距仪，所有超声波测距仪发射超声波的方向为垂直向下，首先测出空载时测距仪对应的各点和超声波测距仪之间的距离Hi0，然后测量出料时运输皮带上物料的上表面各点位和超声波测距仪之间的距离Hi，经过大量测试发现，为了避免测量盲区的出现且多组超声波之间不会产生较大的干扰，设置超声波测距仪的发射口距离刮板最下端的垂直距离为60cm-80cm，相邻两个超声波测距仪中心点间距为10cm-20cm，所有超声波测距仪所发射的超声波频率各不相同，测试发现用于土石类物料测量的超声波频率设置在40kHz-80kHz的区间内能够取得最好的反射和接收效果。超声波在空气中的传播速度与温度有关，所以在支架上安置温度测量装置进行超声波测距仪工作环境温度的实时测量，并根据修正模型对超声波在空气中的传播速度进行实时修正，模型为：v声i＝331.4 0.607ti，其中v声为超声波在空气中的传播速度，t为超声波测距仪工作环境的温度。进行运输皮带移动速度的测量时，在轴上安装一个有一个指针的测速齿盘如图11所示，通过测量单位时间内测速齿盘的旋转周数计算运输皮带的移动速度，公式为v＝n2πr/M，其中v是皮带移动速度；r是带动皮带转动的轮轴半径；n是测速时间段内测速齿盘旋转的周数；M是测速时间。按照公式计算盾构机在时刻Tj和Ti时间内的出料体积，公式为：V＝((H1-H10)*d1 (H2-H20)*d2 ... (Hn-Hn0)*dn)*v*(Tj-Ti)；H＝0.5*v声ij*Δt；v声ij＝0.5*(331.4 0.607ti 331.4 0.607tj)；v＝n2πr/M。”
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年04月02日依法受理了该复审请求，并将其转送至原专利实质审查部门进行前置审查。
原专利实质审查部门在前置审查意见书中坚持驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年05月14日向复审请求人发出复审通知书，指出：（1）独立权利要求1请求保护一种
盾构机出料体积测量系统，对比文件2公开了一种刮板输送机的煤料体积测量装置，独立权利要求1相对于对比文件2的区别在于：①测量系统还包括单片机、键盘和电源模块及其对应的单片机电路、键盘电路、电源电路；超声波探头接I/O口实现超声波的发射和接收；单片机电路采用单一 5V电源供电，封装具有逻辑操作位寻址功能、采用双列直插40PinDIP封装，CPU由运算和控制逻辑组成、同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器，RAM用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据，ROM用以存放程序、一些原始数据和表格，I/O口具有四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出，单片机电路还包括2个可编程定时/计数器，5个中断源，2个优先级52有6个，外部数据存储器寻址空间为64kB，外部程序存储器寻址空间为64kB，一个全双工UART通用异步接收发送器的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信，片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接，最佳振荡频率为6M-12M；②权利要求1为盾构机的出料体积测量系统，还包括安装在带动皮带转动的轮轴上的测速齿盘，该测速齿盘用于测量运输皮带的移动速度。对于区别①，对比文件1公开了一种基于单片机的超声波测距系统的研究与设计，超声波测距系统包括单片机、电源模块及其对应的单片机电路、电源电路，单片机电路具有I/O口，超声波传感器接I/O口实现超声波的发射和接收，单片机电路的CPU由运算和控制逻辑组成为隐含公开的内容，同时还包括中断系统和单片机外围电路，RAM用以存放可以读写的数据，如换算出的声速，单片机电路还包括2个可编程定时/计数器T0,T1和中断源，还包括片内振荡器和时钟产生电路为隐含公开的内容，至于其余未被对比文件1公开的区别技术特征，其均为本领域的常见设计；对于区别②，对比文件2公开了一种刮板输送机的煤料体积测量装置，当需要测量盾构机所出物料体积时，本领域技术人员容易想到将对比文件2的物料体积测量装置用于盾构机所出物料体积的测量；此外，对比文件2中公开了根据刮板输送机的运行速度来获取物料体积，当本领域技术人员需要在不同速度下均能获得物料体积时，容易想到设计测速齿盘，采用安装在带动皮带转动的轮轴上的测速齿盘测量运输皮带的移动速度。因此，独立权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。（2）从属权利要求2的附加技术特征部分被对比文件1公开，部分为惯用手段。因此，从属权利要求2在其引用的权利要求1不具备创造性时，也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。（3）独立权利要求3请求保护一种利用如权利要求1或2所述的盾构机出料体积测量系统的盾构机出料体积的测算方法，对比文件2公开了一种利用刮板输送机煤料体积测量系统的煤料体积测算方法，独立权利要求3相对于对比文件2的区别在于：①权利要求1或2相对于对比文件2的区别；②权利要求3为盾构机出料的体积测算方法，支架安装在刮板后，采用盾构机出料皮带输送盾构机的出料，在测量出料皮带上物料上表面各点位高度之前，设置刮板对物料进行简单的整平和轻微的压实，从而达到所测各点位的高度数据稳定，便于发现测量粗差的目的，并且此道工序的作用还在于简单压实后的出料体积更加符合物料装入转运车辆内的体积，从而为施工统筹和费用估算提供高精度的决策数据；③权利要求3是测量各点位之间的距离di,根据如下公式计算盾构机在时刻Tj和Ti时间内的出料体积，公式为：V＝((H1-H10)*d1 (H2-H20)*d2 ... (Hn-Hn0)*dn)*v*(Tj-Ti)；H＝0.5*v声ij*Δt；v声ij＝0.5*(331.4 0.607ti 331.4 0.607tj)；n为共测量的物料上表面的测点数目；超声波在空气中的传播速度与温度有关，所以在支架上安置温度测量装置进行超声波测距仪工作环境温度的实时测量，并根据修正模型对超声波在空气中的传播速度进行实时修正，模型为：：v声i＝331.4 0.607ti，其中v声为超声波在空气中的传播速度，t为超声波测距仪工作环境的温度；④测量盾构机出料运输皮带的移动速度v，进行运输皮带移动速度v的测量时，在轴上安装一个有一个指针的测速齿盘，通过测量单位时间内测速齿盘的旋转周数计算运输皮带的移动速度，公式为v＝n2πr/M，其中v是皮带移动速度；r是带动皮带转动的轮轴半径；n是测速时间段内测速齿盘旋转的周数；M是测速时间；⑤超声波测距仪发射超声波的方向为垂直向下，经过大量测试发现，为了避免测量盲区的出现且多组超声波之间不会产生较大的干扰，设置超声波测距仪的发射口距离刮板最下端的垂直距离为60cm-80cm，相邻两个超声波测距仪中心点间距为10cm-20cm，所有超声波测距仪所发射的超声波频率各不相同，测试发现用于土石类物料测量的超声波频率设置在40kHz-80kHz的区间内能够取得最好的反射和接收效果。对于区别①，详见权利要求1或2的评述；对于区别②，其部分被对比文件2和3公开，部分为本领域的常规设置；对于区别③和④，其部分被对比文件2公开，部分为本领域的惯用手段；对于区别⑤，其为本领域的惯用手段。因此，权利要求3在其引用的权利要求1或2不具备创造性的情况下，也不具有突出的实质性特点，因而也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。（4）合议组对复审请求人的意见陈述进行了回应。
复审请求人于2019年06月17日提交了意见陈述书，但未修改申请文件。复审请求人认为：（1）、即便本申请与对比文件2的测量方法有相近之处，本申请与对比文件2采用装置的结构也不同，本申请明确公开了测量系统的硬件包括单片机、显示装置、键盘、数据存储器、电源模块和超声波测距仪，而对比文件2只是笼统地公开各个模块，并未具体公开各模块的结构，因此不能推断出各个模块具体如何对距离、宽度和时间上进行测量。可见对比文件2与本申请的结构不同，本申请并不能从对比文件2中得到任何相关技术启示进而得到本申请要求保护的技术方案。（2）、对比文件1的超声波是呈喇叭状扩散传播，被测物表面不光滑且不一定能垂直于两探头轴线而导致反射回来的波也许是从不同点获得，本申请的超声波是垂直向下传播。即使对比文件1也公开了超声测距，但设置方式也不同于本申请。（3）、本申请权利要求1中具体介绍了超声发射、接收电路、单片机电路、显示电路、键盘电路、数据存储电路、数据传输电路与电源电路的结构以及连接关系，对比文件1-3并未涉及具体电路的分布图。本申请公开的盾构机出料体积的系统及其方法与对比文件1、2和3及其结合均存在明显不同，本申请通过测量盾构机出料运输皮带上物料各处高度和出料运输皮带移动速度，经过计算最终实时给出出料体积，使得测量盾构机体积流量具有操作简单、适应性强、可靠性高、无污染和易维护的技术效果。对比文件2与本申请实际解决的技术问题不同、具体实现方式不同且产生不同的技术效果，在对比文件2的基础上结合对比文件1和3必须付出一定劳动。因此，权利要求1-3具备创造性。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
审查文本的认定
复审请求人在提复审请求时提交了权利要求书的全文修改替换页，经核实，所作修改符合专利法第33
条的规定。本复审请求审查决定针对的审查文本为：申请日2014年06月21日提交的说明书第1-7页、说明书附图第1-5页、说明书摘要和摘要附图；2018年01月31日提交的权利要求第1-3项。
关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
如果一项权利要求请求保护的技术方案相对于作为最接近现有技术的对比文件存在区别技术特征，该区别技术特征的一部分被其他对比文件公开且作用相同，其余区别技术特征属于本领域公知常识，那么本领域技术人员在上述对比文件以及本领域公知常识结合的基础上得到该权利要求请求保护的技术方案是显而易见的，该权利要求不具备创造性。
具体到本案：
独立权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性
独立权利要求1请求保护一种盾构机出料体积测量系统，对比文件2公开了一种刮板输送机的煤料体积
测量装置，并具体公开了如下技术特征（参见说明书第2-77段，附图1-4）：测量系统包括超声波高度计40（相当于超声波测距仪，参见说明书第58段）、计算机、计算机上的显示界面（相当于显示装置，参见说明书第75段）、计算机上的可读存储介质（相当于数据存储器，参见说明书第77段），超声波高度计40包括超声波发射器和超声波接收器，超声波高度计40通过数据串行总线，例如RS485、RS422或是以太网与计算机硬件连接（参见说明书第58段），由上述公开内容可知，测量系统的电路必然相应包括超声波发射电路、超声波接收电路、显示电路、数据存储电路以及数据传输电路；多个超声波高度计40通过支架41设置在刮板输送机43上方，由附图4可以得出支架由两个竖直的支柱和一个横梁组成，横梁上安装多个超声波高度计40；计算机上的可读存储介质RAM或ROM用于存放程序（参见说明书第77段）。
权利要求1相对于对比文件2的区别在于：①测量系统还包括单片机、键盘和电源模块及其对应的单片
机电路、键盘电路、电源电路；超声波探头接I/O口实现超声波的发射和接收；单片机电路采用单一 5V电源供电，封装具有逻辑操作位寻址功能、采用双列直插40PinDIP封装，CPU由运算和控制逻辑组成、同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器，RAM用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据，ROM用以存放程序、一些原始数据和表格，I/O口具有四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出，单片机电路还包括2个可编程定时/计数器，5个中断源，2个优先级52有6个，外部数据存储器寻址空间为64kB，外部程序存储器寻址空间为64kB，一个全双工UART通用异步接收发送器的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信，片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接，最佳振荡频率为6M-12M；②权利要求1为盾构机的出料体积测量系统，还包括安装在带动皮带转动的轮轴上的测速齿盘，该测速齿盘用于测量运输皮带的移动速度。
基于上述区别，可以确定权利要求1相对于对比文件2实际要解决的技术问题是：提供另一种实现超声
信号的控制和数据处理功能的模块；将物料体积测量系统转用于相近应用领域；如何测量运输皮带速度。
对于区别①，对比文件1公开了一种基于单片机的超声波测距系统的研究与设计（第57-61页、图1-9），
超声波测距系统包括单片机、电源模块及其对应的单片机电路、电源电路（参见第58页左栏第18-26行，第60页左栏第12-15行、图1），单片机电路具有I/O口，超声波传感器（相当于超声波探头）接I/O口实现超声波的发射和接收，单片机电路的CPU由运算和控制逻辑组成为隐含公开的内容，同时还包括中断系统和单片机外围电路，RAM用以存放可以读写的数据，如换算出的声速（相当于运算的中间结果，参见第60页左栏倒数第5-12行），单片机电路还包括2个可编程定时/计数器T0,T1(参见第58页右栏第3-17行，第60页左栏第7-19行、图7)和中断源，还包括片内振荡器和时钟产生电路为隐含公开的内容，上述特征在对比文件1中所起作用与其在本申请中所起作用相同均是采用单片机实现超声信号的控制和数据处理，至于还设计键盘及其键盘电路，单片机电路采用单一 5V电源供电，封装具有逻辑操作位寻址功能、采用双列直插40PinDIP封装，还包括部分外部特殊功能寄存器，其为本领域的惯用手段；RAM还可存储最终结果以及欲显示的数据，ROM用以存放程序、一些原始数据和表格，本领域技术人员可根据实际需要进行选择；至于I/O口具有四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出，中断源设置为5个，还设置2个优先级52有6个，外部数据存储器寻址空间为64kB，外部程序存储器寻址空间为64kB，一个全双工UART通用异步接收发送器的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信，石英晶体和微调电容需要外接，最佳振荡频率为6M-12M，其均为本领域的常见设计。
对于区别②，对比文件2公开了一种刮板输送机的煤料体积测量装置，盾构机的出料与煤料均属于固体物料，盾构机出料时同样将其运输至刮板输送机上，由此当需要测量盾构机所出物料体积时，本领域技术人员容易想到将对比文件2的物料体积测量装置用于盾构机所出物料体积的测量；此外，对比文件2中公开了根据刮板输送机的运行速度来获取物料体积（参见说明书第69-70段），而刮板输送机速度可调为常见设计，当需要在不同速度下均能获得物料体积时，本领域技术人员容易想到设计测速齿盘，采用安装在带动皮带转动的轮轴上的测速齿盘测量运输皮带的移动速度。
因此，在对比文件2的基础上结合对比文件1以及本领域常规设置得到权利要求1请求保护的技术方案
对本领域技术人员而言是显而易见的，权利要求1不具有突出的实质性特点和显著的进步，权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2)权利要求2不具备专利法第22条第3款规定的创造性
权利要求2对权利要求1作了进一步限定，对比文件1公开了单片机为AT89S52单片机，其必然包括片内程序存储器和片内时钟振荡器（参见第58页右栏第5-17行，第60页左栏第6-40行、图7），还包括内部RAM数据存储器，I/O口（参见第58页左栏第18-26行，第60页左栏第12-15行、图1），2个16位可编程定时计数器T0，T1(参见第58页右栏第3-17行，第60页左栏第7-19行、图7)，在本领域中采用AT89C52代替AT89S52为一种常规替换，至于单片机设置40个引脚，还设置5个中断优先级2层中断嵌套中断和2个全双工串行通信口，看门狗电路，特殊功能寄存器，2K字节的片内EEPROM和可扩展至64的外部数据存储器，其为本领域的常见设计，而片内程序存储器选用8k Bytes Flash片内程序存储器，RAM容量为256Bytes，I/O口采用32个外部双向I/O口，其为本领域技术人员根据实际需要的常规选择。 因此，在其引用的权利要求不具备创造性的基础上，该权利要求2不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3)权利要求3不具备专利法第22条第3款规定的创造性
权利要求3请求保护一种利用如权利要求1或2所述的盾构机出料体积测量系统的盾构机出料体积的测算方法，对比文件2公开了一种利用刮板输送机煤料体积测量系统的煤料体积测算方法，并具体公开了以下技术特征（参见说明书第2-77段，附图1-4）：在测量刮板输送机上物料上表面高度时可使用超声波高度计40进行测量，在刮板输送机43上方安装一个支架，支架由两个竖直的支柱和一个横梁组成，横梁上安置多个超声波高度计40（参见说明书第58-61段），首先测出无物料时（相当于空载）时超声波高度计40对应的各点和超声波高度计40之间的距离H，然后测量有物料时刮板输送机上煤料的上表面各点位和超声波高度计40之间的距离Xi，计算t时刻刮板输送机上物料各点的瞬时堆积高度hi=H-Xi（对应权利要求3体积计算公式中的hi，即Hi0-Hi,i=1……n，其中，权利要求3中“Hi-Hi0”为明显笔误，应为“Hi0-Hi”），接着对t时刻物料的瞬时堆积高度hi在刮板输送机43的截面宽度A上进行数值积分，计算出物料的瞬时截面积S(t)，，预设刮板输送机43的输送速度为Kv,使用如下计算公式计算在[0,T]时刻之间的时间段内煤料的体积V,公式为(参见说明书第60-72段)。
权利要求3相对于对比文件2的区别在于：①权利要求1或2的盾构机出料体积测量系统相对于对比文件2的区别；②权利要求3为盾构机出料的体积测算方法，支架安装在刮板后，采用盾构机出料皮带输送盾构机的出料，在测量出料皮带上物料上表面各点位高度之前，设置刮板对物料进行简单的整平和轻微的压实，从而达到所测各点位的高度数据稳定，便于发现测量粗差的目的，并且此道工序的作用还在于简单压实后的出料体积更加符合物料装入转运车辆内的体积，从而为施工统筹和费用估算提供高精度的决策数据；③权利要求3是测量各点位之间的距离di,根据如下公式计算盾构机在时刻Tj和Ti时间内的出料体积，公式为：V＝((H1-H10)*d1 (H2-H20)*d2 ... (Hn-Hn0)*dn)*v*(Tj-Ti)；H＝0.5*v声ij*Δt；v声ij＝0.5*(331.4 0.607ti 331.4 0.607tj)；n为测量的物料上表面的测点数目；超声波在空气中的传播速度与温度有关，所以在支架上安置温度测量装置进行超声波测距仪工作环境温度的实时测量，并根据修正模型对超声波在空气中的传播速度进行实时修正，模型为：v声＝331.4 0.607ti，其中v声为超声波在空气中的传播速度，t为超声波测距仪工作环境的温度；④测量盾构机出料运输皮带的移动速度v，进行运输皮带移动速度v的测量时，在轴上安装一个有一个指针的测速齿盘，通过测量单位时间内测速齿盘的旋转周数计算运输皮带的移动速度，公式为v＝n2πr/M，其中v是皮带移动速度；r是带动皮带转动的轮轴半径；n是测速时间段内测速齿盘旋转的周数；M是测速时间；⑤超声波测距仪发射超声波的方向为垂直向下，经过大量测试发现，为了避免测量盲区的出现且多组超声波之间不会产生较大的干扰，设置超声波测距仪的发射口距离刮板最下端的垂直距离为60cm-80cm，相邻两个超声波测距仪中心点间距为10cm-20cm，所有超声波测距仪所发射的超声波频率各不相同，测试发现用于土石类物料测量的超声波频率设置在40kHz-80kHz的区间内能够取得最好的反射和接收效果。
基于上述区别，可以确定权利要求3相对于对比文件2实际要解决的技术问题是：①权利要求1-2相对
于对比文件2要解决的技术问题；②将物料体积测量方法转用于相近应用领域，提高测量准确度并便于工程运输和便于后续的工程应用；③提供积分运算的粗略估算方式；④如何测量运输皮带速度；⑤如何获取超声较好的发射和反射效果从而提高测量准确度。
对于区别①，具体参见前述权利要求1-2的评述部分。
对于区别②，对比文件2公开了一种刮板输送机的煤料体积测量方法，盾构机的出料与煤料均属于固体物料，盾构机出料时同样将其运输至刮板输送机上，由此当需要测量盾构机所出物料体积时，本领域技术人员容易想到将对比文件2的物料体积测量方法用于盾构机所出物料体积的测量，采用盾构机出料皮带输送盾构机的出料；此外，对比文件3公开了一种谷物流量实时试验测定装置及方法，在测量谷物到激光头的距离之前，设置刮板对物料进行简单的整平和轻微的压实，从而达到所测各点位高度数据的稳定（参见说明书第3页第2-4段、图1-3），上述特征在对比文件3中所起作用与其在本申请中所起作用相同均是提高测量准确度，即对比文件3给出了将上述特征用于对比文件2以解决实际技术问题的启示，至于上述特征使得在盾构机出料的体积测量时能便于发现测量粗差，并且此道工序的作用还在于简单压实后的出料体积更加符合物料装入转运车辆内的体积，从而为施工统筹和费用估算提供高精度的决策数据，从而便于工程运输和后续的工程应用，其为本领域技术人员在实际测试过程中容易想到的。
对于区别③，对比文件2公开了对t时刻物料的瞬时堆积高度hi在刮板输送机43的截面宽度A上进行数
值积分，计算出物料的瞬时截面积S(t)，，预设刮板输送机43的输送速度为Kv,使用如下计算公式计算在[0,T]时刻之间的时间段内煤料的体积V,公式为（参见说明书第60-72段），然而本领域技术人员所公知的是，对于积分而言，实质相当于面积求和，而本领域技术人员可根据精度的要求，将积分区域划分成若干子单元，分别计算各子单元的面积进行离散求和，划分子单元越多越接近于积分计算结果，由此基于对比文件2公开的上述内容，采用离散求和的方式获得权利要求3中的体积计算公式仅为一种简单变换，无需付出创造性劳动便容易获得，至于是从0时刻到T时刻还是从Ti时刻到Tj时刻测量，其为根据实际需要的常规设置。此外，对比文件1中公开了超声波在空气中的传播速度与温度有关，超声波测距系统根据修正模型对超声波在空气中的传播速度进行实时修正，模型为：v＝331.4 0.607T，其中v为超声波在空气中的传播速度，T为实际工作环境的温度（参见第58页左栏第1-17行、表1），上述特征在对比文件1中所起作用与其在本申请中所起作用相同均是考虑温度的影响对所测距离修正以提高测量准确度，当对比文件1用于对比文件2时，本领域技术人员容易想到在支架上安置温度测量装置进行超声波测距仪工作环境温度的实时测量，其中超声波高度计所测距离采用如下公式：H＝0.5*v声ij*Δt；v声ij＝0.5*(331.4 0.607ti 331.4 0.607tj)；
对于区别④，对比文件2中公开了根据刮板输送机的运行速度来获取物料体积（参见说明书第69-70段），而刮板输送机速度可调为常见设计，当需要在不同速度下均能获得物料体积时，本领域技术人员容易想到设计测速齿盘，采用安装在带动皮带转动的轮轴上的测速齿盘测量盾构机出料运输皮带移动速度，而“通过测量单位时间内测速齿盘的旋转周数计算运输皮带的移动速度，公式为v＝n2πr/M，其中v是皮带移动速度；r是带动皮带转动的轮轴半径；n是测速时间段内测速齿盘旋转的周数；M是测速时间”，其为本领域的惯用手段。
对于区别⑤，为了提高测量准确度，使得超声波测距仪发射超声波的方向为垂直向下为本领域的惯用手段，而为了获得较好的超声反射和接收效果，避免测量盲区的出现或者避免多组超声波之间产生干扰，均是本领域技术人员在执行超声测量时所惯常考虑的因素，由此设置超声波测距仪的发射口距离刮板最下端的垂直距离为60cm-80cm，相邻两个超声波测距仪中心点间距为10cm-20cm，所有超声波测距仪所发射的超声波频率各不相同，均为本领域技术人员根据实际需要而容易作出的简单设置，且在本领域中根据不同类型的固料，设置不同频段的超声波频率进行测试，已为本领域技术人员公知公用，由此用于土石类物料测量的超声波频率设置在40kHz-80kHz的区间内能够取得最好的反射和接收效果，为本领域技术人员无需付出创造性劳动而容易获得的。
由此可见，当其引用的权利要求1或2的盾构机出料体积测量系统不具备创造性的情况下，权利要求3
也不具有突出的实质性特点和显著的进步，因而不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
对复审请求人相关意见的评述
关于复审请求人的上述意见，合议组认为：
(1)、事实上，对比文件2公开了煤料体积测量装置包括超声波高度计40（相当于超声波测距仪）、计算
机、计算机上的显示界面（相当于显示装置）、计算机上的可读存储介质（相当于数据存储器），对比文件2的测量方法涉及利用截面积S(t)与移动速度的乘积在时间段上积分来获取物料体积，而截面积S(t)的获取是通过采用超声波高度计40测量瞬时堆积高度hi，通过公式来获取，可见对比文件2同样需要执行距离和时间的测量，也就是说对比文件2隐含了执行距离和时间测量的相关电路结构，而对于未被对比文件2公开的有关“采用单片机、键盘和电源模块及其对应的单片机电路、键盘电路、电源电路；超声波探头接I/O口实现超声波的发射和接收；以及单片机电路等具体结构”，对比文件1公开了一种基于单片机的超声波测距系统的研究与设计，其公开了超声波测距系统包括单片机、电源模块及其对应的单片机电路、电源电路，超声波传感器接单片机I/O口实现超声波的发射和接收，以及单片机电路的部分具体结构，其在对比文件1中所起作用与其在本申请中所起作用相同均是采用单片机实现超声信号的控制和数据处理，可见对比文件1给出了如何获取超声测量信号以及时间测量的技术启示，至于其余区别特征，其为本领域技术人员在对比文件2的基础上结合对比文件1的技术内容时容易获得的常规设计。此外，虽然对比文件2并不涉及有关点位之间宽度的测量，然而本申请中也没有记载有关如何实施点位宽度测量的具体结构。(2)、在本领域中，为了获得较高的测量精度使得超声波垂直向下的方式传播进行测量，为本领域的公知手段，本领域技术人员可根据实际需要进行设计。（3）对比文件2中隐含公开了测量系统包括超声发射、接收电路，以及计算机显示界面（相当于显示电路，参见说明书第75段），以及用于存储程序的RAM、ROM等（参见说明书第77段）、数据传输电路（参见说明书第58段），至于单片机电路和电源电路，其已被对比文件1公开（参见图1），而设计键盘电路，其为本领域的惯用手段，可见对于权利要求1的上述电路及其连接关系，其部分已被对比文件1和2公开，部分为本领域的惯用手段（具体可参见权利要求1的评述）。此外，对比文件2和本申请类似，其也通过刮板输送机的运行速度和测量物料各处高度，经过计算最终实时给出出料体积，可见其也必然具有操作简单、适应性强、可靠性高、无污染和易维护的技术效果，且对比文件2和本申请所要解决的技术问题相同均是提高固体物料体积测量的准确度，由此可见在对比文件2的基础上结合对比文件1和本领域的惯用手段获得权利要求1-2的技术方案，以及在对比文件2的基础上结合对比文件1,3和本领域的惯用手段获得权利要求3的技术方案均是显而易见的。
综上，复审请求人的上述理由合议组不予支持。
基于以上事实和理由，合议组作出如下决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2017年12月05日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人可以自收到本复审请求审查决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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