CN101874136B - 包括具有中央突起的吸嘴的纸张稳定器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种使连续移动的纸卷稳定以对纸卷的多种属性进行测量的单侧纸卷稳定器。该稳定器的特征在于具有管嘴，该管嘴具有由环形开口围绕的中央结构，中央结构可以是突起，空气通过环形开口排出以在管嘴附近产生吸力。管嘴可以是柯安达管嘴，或者可以通过涡流产生吸力。可以提供双管嘴布置，一个与纸张接触，使得纸张被拉抵突起；另一个不与纸张接触，在突起的端面与移动的纸卷之间提供气垫以将纸张与突起隔开。为了提供中央气垫，突起可以设有一个或多个孔隙，空气通过所述孔隙排出。

Description

包括具有中央突起的吸嘴的纸张稳定器

技术领域

本发明涉及用于对连续纸卷进行在线测量的接触式和非接触式纸张稳定器。更具体地，本发明涉及用于在造纸机上对移动的纸卷进行在线测量的接触式和非接触式纸张稳定器。

背景技术

现代造纸机器使用质量控制系统来监视和控制纸产品的属性。使用传感器来测量纸的诸如厚度、颜色、纤维方向和表面光洁度等的属性，传感器通常安装在扫描仪上并且沿着横跨机器的方向在待生产的纸的整个宽度上来回移动。为了准确地测量纸的属性，很多传感器需要纸张稳定器，用于在测量点处将移动的纸卷保持在稳定和平坦的状态。

例如，厚度传感器通常包括光学传感器和磁性传感器。单个光学厚度传感器通常需要移动的纸卷的纸表面之一在测量点处与参照平面接触。光学传感器测量光学传感器和朝向光学传感器的纸表面之间的距离。可以预先将光学传感器相对于参照平面进行标定，使得可以基于具有和不具有纸张的情况下的两个光学读数来计算纸张的厚度。磁性传感器能够在扫描过程中或者在由于温度变化或其他干扰而出现结构变形的情况下，对参照物和光学传感器之间的距离的变化进行补偿。

在双侧光学配置下，移动的纸张不接触任何实体表面，且移动的纸卷的每一侧上定位有一个光学传感器。通常也使用磁性传感器来测量两个光学传感器之间的相对距离。光学传感器测量纸张表面与相应的光学传感器之间的各距离。磁性传感器测量两个光学传感器之间的距离，且使用所测量的三个距离值来计算移动的纸卷的厚度。

在上述两种公开的厚度测量配置中，纸张稳定器在实现准确且可重复的结果方面起重要作用。在现有技术的单侧厚度测量仪中，准确性要求纸张保持与参照平面接触。在双侧配置中，在测量点处所测量的所有距离与纸表面垂直是很重要的。此外，两个光学装置同轴地对准也是很重要的。在两个光学装置轴向偏置的情况下，纸张在测量区域周围必须是完全平面的以避免由于偏置而引起的任何测量误差。因此，在本领域需要改进的纸张稳定器。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于使移动的纸卷稳定的纸卷稳定器。稳定器包括具有朝向纸卷的第一表面的管嘴主体。突起从管嘴主体延伸，并且包括朝向纸卷的第二表面，该第二表面相对于第一表面偏置。空气室定位在管嘴主体中，并且包括将压缩空气引入空气室中的至少一个空气入口。环形开口位于突起和第一表面之间，并且与空气室流体连通。压缩空气通过环形开口从空气室排出并且在第一表面和纸卷之间形成气垫。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于使移动的纸卷稳定的纸卷稳定器。稳定器包括具有朝向纸卷的第一表面的管嘴主体。突起包括朝向纸卷的第二表面，该第二表面相对于第一表面偏置并且包括至少一个孔。空气室定位在管嘴主体中，并且包括将压缩空气引入空气室中的至少一个空气入口。环形开口位于突起和第一表面之间，并且与空气室流体连通。插入件包括与至少一个孔流体连通的插入件室，且插入件室中容纳压缩空气。压缩空气通过环形开口从空气室排出以在第一表面和纸卷之间形成气垫，且压缩空气通过至少一个孔从插入件室排出以在第二表面和纸卷之间形成气垫。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于测量到移动的纸卷的距离的纸卷测量装置。纸卷测量装置包括管嘴主体，管嘴主体包括朝向纸卷的第一表面。突起包括朝向纸卷的第二表面，第二表面相对于第一表面偏置并且包括中央孔隙以及围绕中央孔隙周向隔开的多个孔。空气室位于管嘴主体内，并且包括将压缩空气引入空气室中的至少一个空气入口。环形开口形成于突起与第一表面之间，并且与空气室流体连通。插入件包括与多个孔流体连通的插入件室，插入件室中容纳压缩空气。光学测量装置定位在插入件中并且能够测量到纸卷的距离，光学测量装置通过中央孔隙观察纸卷。压缩空气通过环形开口从空气室排出以在第一表面与纸卷之间形成第一气垫。压缩空气通过多个孔从插入件室排出以在第二表面与纸卷之间形成第二气垫。

根据又一种实施方式，提供了一种使移动的纸卷稳定的纸卷稳定器。稳定器包括管嘴主体，其包括朝向纸卷的第一表面。中央结构定位在管嘴主体内并且以轴线为中心。环形开口形成于第一表面与中央结构之间，且空气经过环形开口传送以形成第一气垫。至少一个孔位于中央结构上，且空气经过至少一个孔传送以形成第二气垫。第一气垫将纸卷朝向第一表面牵引且第二气垫将纸卷推离中央结构。

根据又一种实施方式，提供了一种用于测量到移动的纸卷的距离的纸卷测量装置。纸卷测量装置包括管嘴主体，其包括朝向纸卷的第一表面。突起包括朝向纸卷的第二表面。第二表面相对于第一表面偏置并且包括至少一个孔。空气室位于管嘴主体内，并且包括将压缩空气引入空气室中的至少一个空气入口。环形开口形成于突起与第一表面之间，并且与空气室流体连通。插入件包括与至少一个孔流体连通的插入件室，插入件室中容纳压缩空气。第一压缩空气源向空气室提供压缩空气。第二压缩空气源向插入件室提供压缩空气。来自第二压缩空气室的气流被监控并且被转换成与纸卷和第二表面之间的距离相关的测量值。

附图说明

图1是本发明的单侧接触式纸张稳定器的第一实施方式的剖视图。

图2是图1的实施方式的俯视图。

图3是图1的纸张稳定器的管嘴出口的放大剖视图。

图4是包括本发明的纸张稳定器的厚度测量装置的剖视图。

图5是图4的厚度测量装置的俯视图，其中移动的纸卷被移除。

图6是本发明的纸张稳定器的一种替代的非接触式实施方式的剖视图。

图7是包括本发明的纸张稳定器的厚度测量装置的一种替代实施方式的下部的剖视图。

图8是包括本发明的纸张稳定器的厚度测量装置的第二替代实施方式的下部的剖视图。

具体实施方式

现在参照图1，根据本发明的纸张稳定器一般由标记10表示。纸张稳定器10包括吸嘴12，吸嘴12包括圆柱形中央突起部14、管嘴主体16、中央元件18和后壳20。管嘴主体16包括平的顶面22，该顶面22具有与内室26连通的圆孔24。管嘴主体16包括从孔24向下延伸的第一圆柱形壁28。第一圆柱形壁28在向下延伸的截头圆锥形壁30处终止。截头圆锥形壁30在直径比第一圆柱形壁28更大的第二圆柱形壁32处终止。第二圆柱形壁32从截头圆锥形壁30延伸至阶梯表面34。第三圆柱形壁36从阶梯表面34延伸至管嘴主体16的底端。

突起部14包括圆形的顶面40。在一种或多种实施方式中，顶面大致是平的。在这些或其他实施方式中，环形斜面42绕顶面40的边缘延伸。在一种或多种实施方式中，顶面40定位为与管嘴主体16的顶面22大致平行。突起部14延伸超出管嘴主体16的顶面22，使得顶面40与顶面22沿竖直方向偏置距离D(见图3)。在一种或多种实施方式中，距离D可以是约0.8到约2.0mm。在这些或其他实施方式中，距离D可以是约0.8到约1.2mm。

轴向偏置距离D是可调整的。为了该目的，后壳20包括中央螺纹孔44且突起部14的底端包括与孔44的螺纹相接合的螺纹外表面46。通过转动突起部14可以调整轴向偏置距离D。当生产不同质量和厚度的纸时，这种可调整性是有利的。例如，纸的变化需要更大或更小的偏置距离以实现最佳性能。

在正常使用过程中，中央元件18与突起部14对准并且支撑突起部14。此外，当突起部14在转动过程中沿轴向移动时，中央元件18对突起部14进行导向。为了该目的，中央元件18包括平滑的内圆柱形孔48，突起部14可滑动地接收在内圆柱形孔48中。中央元件18的外表面包括定位为与管嘴主体16的截头圆锥形壁30相对的截头圆锥形部分50。截头圆锥形部分50从中央元件18的顶部向下延伸并且在第一圆柱形部分52处终止。如图1所示，第一圆柱形部分52定位为与第二圆柱形壁32相对。第一圆柱形部分52在阶梯表面54处终止，第二圆柱形部分56从阶梯表面54延伸至中央元件18的底部。这样，可以看到，第二圆柱形部分56位于阶梯表面34和后壳20之间以防止轴向移动。此外，第二圆柱形部分56的尺寸被设置成以紧密配合的方式与第三圆柱形壁36配合以防止径向移动。

如图1所示，空气室60形成于中央元件18和管嘴主体16之间。空气室60包括环形区段62、截头圆锥形或圆锥形区段64以及第二环形区段66。环形区段62形成于第二圆柱形壁32和第一圆柱形部分52之间。截头圆锥形区段64形成于截头圆锥形壁30和截头圆锥形部分50之间。最后，第二环形区段66形成于突起部14和第一圆柱形壁28之间。

管嘴主体16包括与空气室60连通并且连接至压缩空气源(未示出)的一个或多个入口68。可以使用任何数量的入口68，但优选的实施方式包括至少两个入口68。入口68与第一圆柱形区段62流体连通并且相对于第一圆柱形区段62以恒定的角度定向钻孔。入口68钻孔的方式使得进入空气室60的压缩空气以同样的周向方向流动。在一种或多种实施方式中，入口68与第一圆柱形区段62相切。

在操作中，压缩空气通过入口68进入空气室60的第一圆柱形区段62。空气以如箭头F所示的环形涡旋的方式流动。涡旋气流接着进入截头圆锥形区段64，且由于角动量守恒，涡旋气流的切向速度分量增加。在第二圆柱形区段66处，切向速度分量处于最大值。因为空气的涡旋运动，所以即使由于与机械制造相关的误差和公差第二圆柱形区段66在所有周向位置处的宽度并非都相同，第二圆柱形区段66中的气流也大致是均匀的。

现在参照图1和图2，空气在环形开口70处流出空气室60。在任意点B处，从环形开口70流出的空气具有两个速度分量：在平行于突起部14的纵向轴线A的方向上的轴向速度分量，以及与平面22平行并且与从轴线A到环形开口70上的点B处的半径R垂直的切向速度分量V。当在环形开口70处的切向速度V大于轴向速度时，流出装置10的气流将保持靠近表面22。切向速度分量V越大，排出的气流越靠近平面22。在末端处具有这种大致切向/侧向/径向气流的管嘴一般被称为吸嘴。

本发明的吸嘴配置在靠近顶面40的中央的区域处形成真空。换句话说，如果物体靠近环形开口70的中央，该物体被朝向顶面40抽吸。

纸张稳定器10可以安装在移动的纸卷W附近，如图1和图3所示。图1中示出纸张稳定器10定位在移动的纸卷W的下面，但是，应当理解，在基本不影响其操作的情况下，纸张稳定器10可以安装在移动的纸卷W的上面。

当移动的纸卷W定位在纸张稳定器10的附近时，纸卷W由于吸嘴配置的抽吸效应被朝向突起部14抽吸。流出环形开口70的空气又在管嘴主体16的主体表面22以及移动的纸卷W之间形成气垫。同时，只要偏置距离D足够大，移动的纸卷W与中央突起部14的顶面40接触。

偏置距离D影响本发明的纸张稳定器10的性能。如果偏置距离过小，移动的纸卷W倾向于振动并产生过大的噪声。偏置距离D越小，纸卷的振动幅度越大。当纸卷W振动时，纸卷倾向于与突起部14脱离，从而交替处于接触与不接触状态之间。这种振动对测量准确性有不利的影响。但是，如果偏置距离D大于约0.8mm，则移动的纸卷W保持稳定并且观察不到纸卷振动的现象。偏置距离D越大，移动的纸卷越稳定。

由于伯努利定律，靠近主体表面22的移动的纸卷与主体表面22之间保持预定的距离。如果纸卷W和表面22之间的空隙增大，由于边界层摩擦降低，流过空隙的空气速度增加。结果空隙中的气压减小，移动的纸卷W受纸卷W上方的外部环境的不平衡压力作用被拉回至预定的距离处。如果纸卷W和表面22之间的空隙减小，由于边界层摩擦力增加，空隙中的空气速度减小。结果空隙中的气压增大，移动的纸卷W受空隙中增大的气压作用被推回至预定距离处。因此，纸卷W靠近管嘴主体16的环形主体表面22的部分保持在预定的距离处。

如上文所讨论的，如果移动的纸卷W的定位于环形开口70的中央上方处的部分不设置任何支撑，则移动的纸卷W将经受残余褶皱、潜在变形和纸卷振动。通过在表面22和顶面40之间形成偏置距离D，突起部14与移动的纸卷W接触并且为纸卷W提供实体支撑。如果突起量进一步增加，纸卷W在顶面40上的中间部分被推离稳定器10，从而牵引纸卷W在管嘴顶面22上的连接部分远离预定位置。因此，纸卷W和主体表面22之间的空隙增加，且气垫空隙中的区域和环境压力之间的不平衡压力产生倾向于将移动的纸卷W拉回的力。因此，移动的纸卷W受到两个力的作用。第一个力是中央突起部14向上推纸卷W的中间部分的推力。另一个力是气垫由于伯努利效应作用于纸卷W的位于表面22上并且围绕突起部14的部分的拉力。这两个相反的作用力导致移动的纸卷W抵靠中央突起部14的平的顶面40被拉平。突起部14的斜面42促使移动的纸卷W在突起部14上的平缓过渡。

将移动的纸卷W抵靠突起部14的顶面40和斜面42伸展可以去除褶皱，并且防止纸卷在与突起部14的顶面40接触的区域的可能变形。将纸卷W伸展也增加纸卷的张力，从而防止振动。由此，移动的纸卷W与顶面40接触的区域高度稳定，便于进行测量或其他目的。移动的纸卷W在主体表面22上方的区域也由于移动的纸卷W和管嘴顶面22之间的气垫而稳定。

通过调整中央突起部14的偏置距离D以及/或入口68处的进气气压，突起部14的平面40作用于移动的纸卷W的接触力是可调整的。如果偏置距离D减小或进气气压减小，则接触力减小。该特征在纸张稳定器应用于带涂层的纸卷的情况下特别有用。如果由于突起部14的接触对纸卷的涂层表面造成痕迹，则可以减小接触力以消除在移动的纸卷上造成的痕迹。可以通过增加进气气压或中央突起部14的偏置距离D来增加接触力或稳定力。

应当理解，本发明的纸张稳定器10具有良好的纸卷边缘性能。现代造纸机器通常需要扫描传感器在横跨机器的方向上测量纸张边缘到边缘的属性。因此，纸张稳定器10可以频繁地移入和移出移动的卷纸。当纸张稳定器10在纸卷W边缘处移入和移出移动的纸卷时，吸嘴配置和中央突起部14的斜面42使得不需要改变操作条件。

如图3所示，环形开口70包括产生柯安达效应的圆形边缘或圆角72，在柯安达效应中从窄槽释放的高速流体流倾向于保持吸附于实体表面的弯曲部分，而非沿着其原来方向的直线。纸张稳定器10可以在具有或不具有柯安达效应的辅助下工作，同时，圆形边缘72可以被锐边取代。但是柯安达效应有助于进一步增加纸张稳定器10的吸力。

现在参照图3，示出一种替代的中央突起部14。稳定器10与上文所述的实施方式大致相同，但是，突起部14包括额外的特征。在靠近斜面42处，环形凸角74从突起部14向外延伸并进入空气室60的第二圆柱形区段66中。示出凸角74的截面形状为三角形，具有两个倾斜的圆形表面74和76。但是应当理解，也可以使用其它的形状。环形凸角74使得第二圆柱形区段66在靠近环形开口70处变窄。凸角74定位在主体表面22下方的平面处，以保证其不会拦住或缠住纸卷W的任何部分。

半径相对大的圆角72可以与凸角74结合使用，以利用柯安达效应来进一步增加纸张稳定器10的吸力。当第二圆柱形区段66中的气流进入变窄的空隙80中时，轴向速度分量被加速。接着经过变窄的空隙80的高速移动的空气由于柯安达效应吸附于圆角72的弯曲表面并随后沿着主体表面22。通过将涡旋效应(即涡旋空气流型)与柯安达效应结合，可以显著增加本发明的纸张稳定器10的吸力。

应当理解，纸张稳定器10可以不利用涡旋效应而只利用柯安达效应工作。在这种情况下，空气入口68可以重新定位以直接径向向内地指向突起部14的轴线A。在这种配置下，进入空气室60的压缩空气将不会在空气室60内产生涡旋气流。但是，这种实施方式具有缺点，例如，窄的空隙80的一致性难以控制。如果空隙80在所有周向位置处的宽度并非都相同，则前表面22处的吸力将不均匀。

现在参照图4和图5，示出了包含本发明的纸张稳定器的测量装置并大致由标记100表示。装置100可以安装并使用于诸如造纸流水线的纸卷制造流水线。安装好的装置100定位在靠近移动的纸卷W处以用于测量。装置100包括安装在移动的纸卷W的相对侧的第一传感器感测头102和第二传感器感测头104。虽然示出第一感测头102定位在移动的纸卷W的下方且第二传感器感测头104定位在移动的纸卷W的上方，但是两个感测头102和104可以相反地定向，使第二感测头位于底部且第一感测头位于顶部。

测量装置100包括纸张稳定器106，纸张稳定器106以与纸张稳定器10大致相同的方式运行，因此其中相同的标记表示相同的元件。纸张稳定器106包括管嘴主体108和中央插入件110。可以通过多个孔116向圆形浅槽114中涂胶，从而将铁氧体目标112固定至管嘴主体108，其中可以从管嘴主体108的外圆柱形表面以一定角度钻出该多个孔116。提供光学目标118，其以与突起部14基本相同的方式工作。光学目标118可以由诸如实心陶瓷、蓝宝石或人造金刚石的硬质材料制成并且可以通过胶连接至中央插入件110。可以使用固定螺钉120来保证在将光学目标118胶合到中央插入件110上时，光学目标118的端面122与铁氧体目标112的主体表面124平行。室126在中央插入件110的底端处开放，使得能够将胶注入到光学目标118和插入件110的粘合区域。开放的室126也使得能够安装固定螺钉120。一个或多个垫片128可以设置在管嘴主体108和插入件110之间。通过改变垫片128的宽度或数量，光学目标118到铁氧体目标112的偏置距离D是可调整的。O型圈130安装在中央插入件110上的凹槽132中以密封空气室60。

传感器感测头104包括光学位移传感器探头134，该探头134可以使用激光三角法、共焦色差法或能够确定在测量区域处探头134到移动的纸卷W的顶面136的距离的任何其他光学方法。测量区域由在纸卷的相对侧的第一传感器感测头102中的端面122限定。由于纸张稳定器106，移动的纸卷W的底面138接触并被拉向光学目标118的平的端面122。因此，端面122用作光学位移测量的参照平面。

传感器感测头104包括使用磁选法的第二位移测量传感器。这里示出的使用基于铁氧体的电感系统的磁性位移传感器仅用于举例说明，也可以使用其他的磁性传感器。磁性传感器包括具有铁氧体杯形铁心142和线圈144的电感器140。铁心142是环形的并且与光学传感器134同轴，并限定提供用于光学位移测量的光路的中央孔隙146。电感器140和光学探头134之间的相对距离由安装板148精确地控制。电感器140利用磁场测量到第一传感器感测头102中的铁氧体目标板112的距离。

可以通过将磁性传感器位移测量值与光学传感器测量值进行比较来计算纸卷的厚度。从端面122到光学传感器的距离可以由磁性传感器测量值确定(由已知的偏置距离D调整)。移动的纸卷W的顶面136到光学传感器134的距离由光学传感器测量值确定。两个距离之间的差是测量点处的纸卷厚度。

因为光学传感器的分辨率通常远高于磁性传感器，所以不时地将测量装置100的磁距离测量值相对于光学距离测量值进行标定。标定通常是在不设置纸卷W的时候进行。可以使用驱动机构(未示出)将第一传感器感测头102连同光学目标118和铁氧体目标板12一起移动至与第二传感器感测头104相距多个不同的距离处。将由此产生的光学和磁信号响应进行记录和比较，然后将磁位移测量值相对于光学位移测量值进行标定。

纸张稳定器10/106优于将空气吸入真空板的现有技术真空板。从纸张稳定器10/106向外的持续的气流净化装置并且防止阻塞。铁氧体目标112的主体表面124和移动的纸卷W的底面138之间的气垫保护铁氧体目标112不受到当使用传统真空板时出现的磨损。此外，向外吹气控制诸如铁氧体目标板112和光学目标118的敏感组件的温度，从而降低由于温度变化而导致的测量误差。与在传统的真空板中接触包括铁氧体目标和光学目标的整个真空板不同，移动的纸卷只接触光学目标118的端面122。该接触区域的直径通常小于10mm，且可以通过调整入口68的进气气压和/或表面122与表面124之间的偏置距离D来控制接触力。

现在参照图6，示出了本发明的纸张稳定器的一种替代的实施方式，并且标记为200。纸张稳定器200是非接触式稳定器，即在正常操作时纸卷W的任何部分都不与稳定器接触。纸张稳定器200包括管嘴主体202和中央插入件204。管嘴主体202具有平的主体前表面206，其形状优选地为圆形。中央插入件204具有突出超过由主体表面206限定的平面的突起部分208。突起部分208包括平的端面210，端面210具有轴向向内延伸并且与插入件室214连通的多个小孔212。插入件204包括绕着主体表面206的外周延伸的斜面216。垫片218定位在管嘴主体202和中央插入件204之间。可以使用不同厚度的垫片218来改变偏置距离D。空气室220形成于插入件204和管嘴主体202之间，其功能与空气室60大致类似。相应地，多个入口孔222以相同的角度方向钻出，以形成涡旋/涡流空气运动。入口孔222与第一压缩空气源224连通。插入件室214通过端口228与第二压缩空气源226连通。如上文所述，中央插入件204的突起部分208处的小孔212与插入件室214连通。

在操作中，非接触式纸张稳定器200紧邻移动的纸卷W定位。压缩空气从入口孔222流出并在空气室220中的第一圆柱形区段223处形成涡旋气流，向上流过截头圆锥形区段225，进入第二圆柱形区段227并在环形开口230处流出。纸张稳定器200能够用作吸嘴，使得从环形开口230流出的空气沿着主体表面206侧向流动而非轴向地流动。因此，移动的纸卷W被吸向吸嘴主体202的主体表面206。如果偏置距离D足够大，并且没有空气进入插入件室214，则移动的纸卷W将与突起部分208的平的表面210接触。因此，在不向插入件室214加压的情况下，纸张稳定器200的功能与纸张稳定器10大致类似。移动的纸卷W通过来自端面210的推力和由形成于纸卷W和主体表面206之间的气垫231作用的拉力而达到平衡。

随着插入件室214中的气压增大，作用于纸卷W的底面的压力增大，从而倾向于将纸卷W从突起部分208的平的表面210推开。当插入件室214中没有正压力时，如果空气室214内气压的推力大于来自端面210的初始推力，则纸卷W与端面210分离。从而在平的表面210与移动的纸卷W之间形成第二气垫233。来自中央气垫233的气流将与从环形开口230流出的气流结合，并成为流过形成于表面206和移动的纸卷W之间的外侧气垫231的空气的一部分。这样，形成了非接触式纸张稳定器。

通过调整插入件室214中的气压，可以调整内侧气垫233的高度。插入件室214中的气压越高，内侧气垫的高度越大。通过将插入件室214中的气压设置在适当的水平，可以实现适当的内侧气垫高度。本发明的非接触式纸张稳定器200将靠近突起表面210并在突起表面210上方的区域周围的纸卷W伸展，从而保持了接触式纸张稳定器10的优点。同时，非接触式纸张稳定器220消除了关于与移动的纸卷W物理接触的所有缺点。

非接触式纸张稳定器200在移动的纸卷W的同一侧产生两种相对独立的气垫。突出的内侧气垫233将纸卷从纸张稳定器推开且外侧气垫231用于将纸卷W拉向纸张稳定器200。通过平衡推力与拉力，移动的纸卷W被拉伸并稳定地位于与纸张稳定器200非常接近处。移动的纸卷W通过两个气垫与纸张稳定器200分离，而不接触纸张稳定器200。可以利用伯努利原理、柯安达效应、涡旋效应以及任意两种或所有三种方法的组合来产生外侧气垫。除了如图6所示地使用用于产生压缩空气气垫的多个小孔，也可以与用于产生外侧气垫的方法类似地利用伯努利原理、柯安达效应、涡旋效应以及任意两种或所有三种方法的组合来产生内侧气垫。这样，外侧环形气垫中嵌有较小的环形气垫。应当进一步理解，本实施方式的偏置距离D可以比接触式稳定器10的偏置距离更小。这是因为从插入件室214流出的压缩空气有效地延伸了有效突出距离。

现在参照图7，示出使用非接触式纸张稳定器200的厚度测量装置300。装置300可以包括分别安装在压缩空气源224和226下游的压力调节器304和306。压力调节器306控制并保持空气室220中的气压，从而控制并保持靠近环形开口230的出口或多个小孔212的出口的气压。压力调节器304控制并保持插入件室214中的气压。因此，通过使用两个压力调节器304和306，经过多个小孔212的压降是固定的。流量计302安装在压力调节器304和插入件室214入口处的空气入口228之间。流量计302测量经过多个孔212的空气的流速，该流速与经过形成于移动的纸卷W的底面和绕着平的表面210的圆形边缘之间的圆形空隙的流速一样。圆形空隙的高度可以认为是内侧气垫233的平均高度。流速与经过多个小孔212的压降以及内侧气垫的高度功能相关。因为经过多个小孔212的压降是由两个压力调节器304和306预先决定的，所以可以将流量计302的读数转换为纸卷W和平的端面210之间的高度测量值。这样，通过在移动的纸卷上增加光学传感器并增加磁性传感器(如图4所示)，可以得到非接触式厚度传感器。

也可以使用集成在本发明的纸张稳定器内的光学探头来更精确地测量内侧气垫的气垫高度。现在参照图8，厚度测量装置400包括用于测量内侧气垫高度的光学传感器。装置400包括具有光学探头402的稳定器200，该光学探头402可以比光学传感器134(如图4所示)略小但功能相当，并且安装在插入件室214内侧。中央孔隙404穿过突起部分208的端面210以提供用于光学距离测量的光学路径。与插入件室214连通的多个小孔212绕着中央孔隙404隔开地布置。位于插入件室214的远端处的平的表面408与光学探头402的端面410之间可以容纳有环406，从而能够精确地控制光学传感器402到参照表面或平的端面210之间的距离。可选地，环406中可以设置有槽口以使得插入件室214的压缩空气可以流过环并清洗中央孔隙404。空气入口412可以重新定位为远离中央轴线以为光学探头402的安装腾出空间。光学探头402可以测量气垫厚度或移动的纸卷W的底面与参照表面210之间的距离。

这样，通过在移动的纸卷上安装光学传感器并增加磁性传感器以测量相对的第一传感器感测头和第二传感器感测头(如图4所示)之间的相对距离，可以得到非接触式厚度传感器。定位在纸卷W下方并且位于本发明的纸张稳定器200内的光学探头402需要的测量范围比安装在纸卷W上的光学探头134更小。因为中央气垫233的高度通常小于0.2mm，所以0.3mm或更大的光学探头402测量范围提供适当的范围。考虑到普通扫描框架的传感器感测头封装在z方向上的波动以及待测量的具有不同厚度的纸张等级的变动，定位在纸张上方的光学探头134的测量范围优选地为至少2-4mm。

本领域普通技术人员将理解，本发明的纸张稳定器可以具有需要纸卷稳定器接触或不接触纸卷的其他应用。本发明的纸张稳定器也可以用于除本申请中所公开的厚度测量之外的其他测量应用。

应当理解，本申请的实施方式的描述仅意于对本发明进行说明，而不是对其进行限制。在不脱离由权利要求书所限定的本发明的精神或范围的情况下，普通技术人员能够对所公开主题的实施方式进行一定的删减和/或变型。

Claims (28)

1.一种用于使移动的纸卷稳定的纸卷稳定器，该稳定器包括：

管嘴主体，其包括朝向所述纸卷的第一表面；

突起，其包括朝向所述纸卷的第二表面，所述第二表面相对于所述第一表面偏置并且具有至少一个孔；

空气室，其位于所述管嘴主体内，并且包括将压缩空气引入所述空气室中的至少一个空气入口；

环形开口，其形成于所述突起与所述第一表面之间，并且与所述空气室流体连通；

插入件，其包括与所述至少一个孔流体连通的插入件室，所述插入件室中容纳压缩空气；且

其中，压缩空气通过所述环形开口从所述空气室排出，且其中压缩空气通过所述至少一个孔从所述插入件室排出。

2.根据权利要求1所述的稳定器，其中，所述至少一个空气入口能够在所述空气室内引起涡流流型。

3.根据权利要求1所述的稳定器，其中，所述至少一个孔包括多个孔。

4.根据权利要求1所述的纸卷稳定器，其中，所述第一表面与所述第二表面大致平行。

5.根据权利要求2所述的纸卷稳定器，其中，所述空气室包括第一圆柱形区段、第二圆柱形区段和截头圆锥形区段，所述第二圆柱形区段的直径比所述第一圆柱形区段的直径小。

6.根据权利要求5所述的纸卷稳定器，其中，所述至少一个空气入口定位在所述第一圆柱形区段处，所述截头圆锥形区段接合所述第一圆柱形区段和所述第二圆柱形区段，且所述第二圆柱形区段靠近所述环形开口。

7.根据权利要求1所述的纸卷稳定器，其中，所述突起包括绕所述第二表面周向延伸的斜面。

8.一种用于使移动的纸卷稳定的纸卷稳定器，该稳定器包括：

管嘴主体，其包括朝向所述纸卷的第一表面；

突起，其可转动地安装在所述管嘴主体中，所述突起从所述管嘴主体的第一表面向外延伸并且包括朝向所述纸卷的第二表面，所述第二表面相对于所述第一表面偏置；

空气室，其位于所述管嘴主体内，所述空气室包括将压缩空气从压缩空气源引入所述空气室中的至少一个空气入口；

环形开口，其位于所述突起与所述第一表面之间，并且与所述空气室流体连通；且

其中，所述压缩空气通过所述环形开口从所述空气室排出，在所述第一表面与所述纸卷之间形成气垫。

9.根据权利要求8所述的纸卷稳定器，其中，所述至少一个空气入口能够在所述空气室内引起涡流流型。

10.根据权利要求8所述的纸卷稳定器，其中，所述第一表面与所述第二表面大致平行。

11.根据权利要求9所述的纸卷稳定器，其中，所述空气室包括第一圆柱形区段、第二圆柱形区段和截头圆锥形区段，所述第二圆柱形区段的直径比所述第一圆柱形区段的直径小。

12.根据权利要求11所述的纸卷稳定器，其中，所述至少一个空气入口定位在所述第一圆柱形区段处，所述截头圆锥形区段接合所述第一圆柱形区段和所述第二圆柱形区段，且所述第二圆柱形区段靠近所述环形开口。

13.根据权利要求11所述的纸卷稳定器，其中，所述第二圆柱形区段包括凸角，所述凸角使所述圆柱形区段在靠近所述环形开口的位置处局部地变窄。

14.根据权利要求8所述的纸卷稳定器，其中，所述突起包括绕所述第二表面周向延伸的斜面。

15.根据权利要求8所述的纸卷稳定器，其中，所述第一表面与所述第二表面之间的偏置从0.8至2.0mm。

16.根据权利要求8所述的纸卷稳定器，其中，所述第一表面与所述第二表面之间的偏置为1mm。

17.根据权利要求8所述的纸卷稳定器，其中，所述第二表面不具有孔隙。

18.一种用于使移动的纸卷稳定的纸卷稳定器，该稳定器包括：

管嘴主体，其包括朝向所述纸卷的第一表面；

中央结构，其定位在所述管嘴主体内并且以轴线为中心；

环形开口，其形成于所述第一表面与所述中央结构之间，且空气经过所述环形开口传送以形成第一气垫；

至少一个孔，其位于所述中央结构上，且空气经过所述至少一个孔传送以形成第二气垫；

其中，所述第一气垫将所述纸卷朝向所述第一表面牵引且所述第二气垫将所述纸卷推离所述中央结构。

19.根据权利要求18所述的纸卷稳定器，其中，所述中央结构突出超过所述第一表面。

20.根据权利要求18所述的纸卷稳定器，其中，所述中央结构包括与所述第一表面大致共面的顶面。

21.一种用于测量到移动的纸卷的距离的纸卷测量装置，该纸卷测量装置包括：

管嘴主体，其包括朝向所述纸卷的第一表面；

突起，其包括朝向所述纸卷的第二表面，所述第二表面相对于所述第一表面偏置并且包括中央孔隙以及围绕所述中央孔隙隔开的多个孔；

空气室，其位于所述管嘴主体内，并且包括将压缩空气引入所述空气室中的至少一个空气入口；

环形开口，其形成于所述突起与所述第一表面之间，并且与所述空气室流体连通；

插入件，其包括与所述多个孔流体连通的插入件室，所述插入件室中容纳压缩空气；

光学测量装置，其定位在所述插入件中并且能够测量到所述纸卷的距离，所述光学测量装置通过所述中央孔隙观察所述纸卷；且

其中，压缩空气通过所述环形开口从所述空气室排出，且其中压缩空气通过所述多个孔从所述插入件室排出。

22.根据权利要求21所述的纸卷测量装置，其中，所述至少一个空气入口能够在所述空气室内引起涡流流型。

23.根据权利要求21所述的纸卷测量装置，其中，所述光学测量装置在环处与所述插入件接合，所述环包括多个槽口以允许来自所述插入件室的压缩空气经过所述中央孔隙离开。

24.根据权利要求21所述的纸卷测量装置，其中，所述第一表面与所述第二表面大致平行。

25.根据权利要求22所述的纸卷测量装置，其中，所述空气室包括第一圆柱形区段、第二圆柱形区段和截头圆锥形区段，所述第二圆柱形区段的直径比所述第一圆柱形区段的直径小。

26.根据权利要求25所述的纸卷测量装置，其中，所述至少一个空气入口定位在所述第一圆柱形区段处，所述截头圆锥形区段接合所述第一圆柱形区段和所述第二圆柱形区段，且所述第二圆柱形区段靠近所述环形开口。

27.根据权利要求21所述的纸卷测量装置，其中，所述突起包括绕所述第二表面周向延伸的斜面。

28.一种用于测量到移动的纸卷的距离的纸卷测量装置，该纸卷测量装置包括：

管嘴主体，其包括朝向所述纸卷的第一表面；

突起，其包括朝向所述纸卷的第二表面，所述第二表面相对于所述第一表面偏置并且包括至少一个孔；

空气室，其位于所述管嘴主体内，并且包括将压缩空气引入所述空气室中的至少一个空气入口；

环形开口，其形成于所述突起与所述第一表面之间，并且与所述空气室流体连通；

插入件，其包括与所述至少一个孔流体连通的插入件室，所述插入件室中容纳压缩空气；

第一压缩空气源，其向所述空气室提供压缩空气；

第二压缩空气源，其向所述插入件室提供压缩空气；且

其中，来自所述第二压缩空气源的气流被监控并且被转换成与所述纸卷和所述第二表面之间的距离相关的测量值。

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