CN105492873A - 用于造纸机或其他系统的扫描传感器设置 - Google Patents

Abstract

一种系统包括具有多个分开的支承件和多个柔性轨道的框架。每个支承件配置为固定在远离另一个支承件的位置，并且每个柔性轨道配置为耦合至所述支承件并且在张紧状态下放置。所述系统还包括传感器头，所述传感器头配置为安装在所述轨道上并且沿着所述轨道前后移动。所述传感器头基本上是独立齐全的并且配置为通过所述轨道接收操作功率。所述框架可还包括张紧构件，所述张紧构件配置为耦合至所述支承件，并且所述传感器头可以配置为使用所述张紧构件前后移动。所述传感器头可以是独立齐全的，这是因为在沿着所述轨道移动期间，所述传感器头不推和拉任何配线组件。

Description

用于造纸机或其他系统的扫描传感器设置

技术领域

本公开总体上涉及扫描系统。更具体而言，本公开涉及一种用于造纸机或其他系统的扫描传感器设置。

背景技术

在各种行业中并且通过各种方式而使用材料的片材或其他幅材。这些材料可以包括纸、多层纸板以及以长的幅材制造或处理的其他产品。作为特定的示例，纸的长的片材可以制造和收集成卷轴。

在制造或处理幅材时，通常需要或者期望测量材料的幅材的一个或多个性能。然后，可以对制造或处理系统做出调整，以确保性能保持在期望的范围内。通常使用越过幅材的宽度而前后移动包含传感器的传感器头的扫描仪，进行测量。

在幅材制造或处理系统中使用的扫描仪通常表示大型结构，所述大型结构具有在整个结构上分布的各种部件。可惜的是，扫描仪通常不能测试，直到其各种部件共同收集并且组装到全套功能单元内。这通常在工厂需要大量时间，来确保所有部件（所述部件具有不同的交付周期）在同一工厂场所可获得，以作为整体单元在运送给客户之前测试。

发明内容

本公开提供了一种用于造纸机或其他系统的扫描传感器设置。

在第一实施方式中，一种系统包括框架，所述框架具有多个分开的支承件和多个柔性轨道。每个支承件配置为固定在远离另一个支承件的位置，并且每个柔性轨道配置为耦合至所述支承件并且在张紧状态下放置。所述系统还包括传感器头，配置为安装在所述轨道上并且沿着所述轨道前后移动。所述传感器头基本上是独立齐全（self-contained）的并且配置为通过所述轨道接收操作功率。

在第二实施方式中，一种设备包括扫描仪框架，所述扫描仪框架具有多个分开的支承件和多个柔性轨道。每个支承件配置为固定在远离另一个支承件的位置。每个柔性轨道配置为耦合至所述支承件并且在张紧状态下放置，并且所述轨道配置为在张紧状态下时支承传感器头。

在第三实施方式中，一种设备包括传感器头，所述传感器头配置为安装在扫描仪框架的轨道上并且沿着所述轨道前后移动。所述传感器头基本上是独立齐全的并且配置为通过所述轨道接收操作功率。

从以下附图、描述以及权利要求中，对于本领域的技术人员，其他技术特征可显而易见。

附图说明

为了更完整地理解本公开，现在，参考结合附图进行的以下描述，其中：

图1示出了根据本公开的示例性幅材制造或处理系统；

图2到图6示出了根据本公开的用于造纸机或其他系统的示例性扫描仪和相关细节；以及

图7示出了根据本公开的用于将扫描仪用于造纸机或其他系统的示例性方法。

具体实施方式

下面讨论的图1到图7以及在本专利文档中用于描述本发明的原理的各种实施方式仅仅以示例性说明，并且不应通过任何方式解释为限制本发明的范围。本领域的技术人员会理解的是，本发明的原理可在任何类型的适当设置的装置或系统中实现。

图1示出了根据本公开的示例性幅材制造或处理系统100。在该示例中，系统100包括造纸机102、控制器104以及网络106。造纸机102包括用于生产纸制品的各种部件，即，在卷轴110中收集的纸的幅材108。控制器104监控并且控制造纸机102的操作，这可帮助保持或提高由造纸机102生产的纸的幅材108的质量。

在该示例中，造纸机102包括至少一个前箱112，所述前箱112均匀地越过机器而在连续移动的金属丝网筛或网眼113上分布浆料悬浮液。例如，进入前箱112的浆料悬浮液可包括0.2–3%木质纤维、填料和/或其他材料，悬浮液的剩余部分是水。前箱112可包括稀释致动器阵列，所述阵列越过所述幅材而将稀释水分布到浆料悬浮液内。稀释水可用于帮助确保所产生的纸的幅材108具有越过所述幅材108的更均匀的基本重量。

排水元件114的阵列（例如，真空箱）去除尽可能多的水，以开始形成所述幅材108。蒸汽致动器116的阵列产生热蒸汽，所述热蒸汽穿透纸的幅材108并且将蒸汽的潜伏热释放到纸的幅材108内，从而在越过所述幅材的截面内提高纸的幅材108的温度。温度的提高可允许更容易地从纸的幅材108中去除剩余水。再湿润淋浴致动器118的阵列在纸的幅材108的表面上增加小水滴（可空气雾化）。再湿润淋浴致动器118的阵列可用于控制纸的幅材108的湿度曲线，减少或者防止纸的幅材108的过度干燥，或者校正在纸的幅材108内的任何干燥条纹。

然后，纸的幅材108通常穿过具有抗旋转滚子的多个夹捏部（nip）的砑光机。感应加热致动器120的阵列将这些滚子的不同滚子的壳体表面加热。在每个滚子表面局部加热时，滚子直径局部扩大，因此，提高夹捏部压力，这反过来局部压缩纸的幅材108。因此，感应加热致动器120的阵列可用于控制纸的幅材108的卡钳量值（厚度）曲线。砑光机的夹捏部还可装有其他致动器阵列，例如，空气淋浴或蒸汽淋浴的阵列，这可用于控制纸的幅材的光泽度曲线或光滑度曲线。

在图1中示出了两个附加致动器122-124。厚纸料流致动器122控制在前箱112上接收的进入的纸料的稠度。蒸汽流致动器124控制从烘缸中传输给纸的幅材108的热量的量。例如，致动器122-124可以表示分别控制纸料和蒸汽的流量的阀门。这些致动器122-124可用于控制纸的幅材108的干重和湿度。

附加部件可以用于进一步处理纸的幅材108，例如，高度砑光机（用于提高纸的幅材的厚度、光滑度以及光泽）或一个或多个涂布站（每个涂布站给纸的表面应用一层涂层，以提高纸的幅材的光滑度和印刷适性）。同样，附加流量致动器可用于在厚纸料中控制不同类型的纸浆和填充材料的比例并且控制混合到纸料内的各种添加剂（例如，助留辅助物或染料）的量。

这表示可用于产生纸制品的一种类型的造纸机102的简单描述。在本领域中众所周知关于这种类型的造纸机102的附加细节，并且不需要所述附加细节来理解本公开。而且，这表示可用于系统100内的一种特定类型的造纸机102。包括任何其他或附加部件的其他机器或装置可以用于产生纸制品。此外，下面描述的控制系统不限于供用于产生纸制品的系统使用，并且可以供处理纸制品的系统或者供产生或处理其他物品或材料（例如，多层纸板、硬纸板、塑料、纺织品、金属幅材、或作为移动幅材制造或处理的其他或附加材料）的系统使用。

为了控制造纸过程，可连续或者反复测量纸的幅材108的一个或多个性能。在制造过程中，可在一个或各种阶段测量幅材性能。然后，该信息可用于调整造纸机102，例如，通过在造纸机102内调整各种致动器。这可帮助补偿来自期望目标的幅材性能的任何变化，这可帮助确保幅材108的质量。

如图1中所示，造纸机102包括一个或多个扫描仪126-128，其每一个可包括一个或多个传感器。每个扫描仪126-128能够测量纸的幅材108的一个或多个特性。例如，每个扫描仪126-128可以包括传感器，用于测量卡钳量值、各向异性、纸张定量、颜色、光泽、光彩、雾度、表面特征（例如，表面特征的粗糙度、形貌或定向分布）、或纸的幅材108的任何其他或附加特性。

每个扫描仪126-128包括任何一个或多个合适的结构，用于测量或检测纸的幅材108的一个或多个特性。例如，每个扫描仪126-128可以包括安装在传感器头上的一组或多个传感器组，所述传感器头越过幅材108而前后移动。然而，要注意的是，固定传感器还可以在造纸机102的一个或多个位置上使用。

控制器104从扫描仪126-128中接收测量数据，并且使用所述数据来控制造纸机102。例如，控制器104可使用测量数据来调整造纸机102的任何致动器或其他部件。控制器104包括任何合适的结构，用于控制造纸机102的至少一部分的操作，例如，计算装置。

网络106耦合至控制器104和造纸机102的各种部件（例如，致动器和扫描仪）。网络106促进在系统100的部件之间通信。网络106表示任何合适的网络或网络的组合，促进在系统100内的部件之间通信。例如，网络106可以表示有线或无线以太网络、电信号网络（例如，HART或FOUNDATIONFIELDBUS网络）、气动控制信号网络、或任何其他或附加网络。

如下面更详细地所述，至少一个扫描仪126-128可以包括以下特征。首先，扫描仪可以包括框架，所述框架缺少越过扫描仪的长度而延伸的水平支撑梁。框架反而可以包括在扫描仪的相对侧上锚固的分开的支承件以及耦合至支承件并且在张紧状态下放置的柔性轨道。其次，扫描仪可以包括一个或多个传感器头，所述传感器头基本上是独立齐全的，表示传感器头在操作期间不需要推和拉配线组件。反而可以通过两个或多个轨道给每个传感器头提供功率，并且无线通信可以用于与传感器头相互作用。第三，每个传感器头可以包括驱动系统，用于使用拉索或在张紧状态下的其他构件，在扫描仪中前后移动每个传感器头。

通过这种方式，扫描仪的框架可包括两个支承件和耦合所述支承件的几个柔性轨道和线缆。结果，可以更容易制造和组装框架。而且，每个传感器头可以与框架分开制造和测试。例如，可以使用在传感器头制造商的设施上的标准“哑”框架来测试传感器头的大部分或所有扫描功能。不需要通过在扫描仪的特定安装中使用的实际框架来测试传感器头。此外，由于整体扫描仪由更小的块体构成并且不包括大型固定框架，所以扫描仪可以拆开并且在更小的空间内运送（可能甚至在单个标准尺寸的货盘上）。

下面提供关于扫描仪的可能实现方式的附加细节。要注意的是，虽然扫描仪可描述为具有上述全部三个特征，但是扫描仪可以实现单个特征或上述任何两个特征的组合。

虽然图1示出了幅材制造或处理系统100的一个示例，但是可对图1进行各种变化。例如，其他系统可以用于产生其他纸制品或非纸制品。而且，虽然显示为包括具有各种部件的单个造纸机102和单个控制器104，但是系统100可以包括任何数量的造纸机或具有任何合适的结构的其他机械，并且系统100可以包括任何数量的控制器。此外，图1示出了一个操作环境，在该环境中可以使用扫描仪。扫描仪可以用于任何其他类型的系统中，并且该系统不需要制造或处理移动幅材或幅材。

图2到图6示出了根据本公开的用于造纸机或其他系统的示例性扫描仪126、128和相关细节。如图2中所示，扫描仪包括在扫描仪的相对侧上的两个支承件202a-202b。每个支承件202a-202b总体上表示一种结构，该结构可以在适当的位置固定至地面或者外部结构，并且扫描仪的其他部件可以附接或者安装到该结构中。如在此处所示，支承件202a-202b由幅材108可以通过的空间隔开。每个支承件202a-202b可以由任何合适的材料（例如，金属）构成。每个支承件202a-202b还可以通过任何合适的方式构成，例如，焊接。此外，虽然在此处显示为在适当的位置固定至地面，但是每个支承件202a-202b可以固定至外部结构，例如，固定至造纸机102的框架或其他部件。

扫描仪还包括多个传感器头204a-204b。每个传感器头204a-204b总体上包括能够测量材料的至少一个特性的一个或多个传感器。例如，每个传感器头204a-204b可以包括传感器，用于测量卡钳量值、各向异性、纸张定量、颜色、光泽、光彩、雾度、表面特征（例如，表面特征的粗糙度、形貌或定向分布）、或幅材108的任何其他或附加特性。每个传感器头204a-204b包括任何一个或多个合适的结构，用于测量或检测材料的一个或多个特性。

如图2中所示，扫描仪在此处具有框架，所述框架缺少越过扫描仪的长度而延伸的水平支撑梁。传统上使用构成硬框架的刚性构件，建立用于平的片材的过程的扫描仪。硬框架通常包括基本上沿着扫描仪的整个长度延伸的在顶部和底部的水平梁。轨道通过周期性间隔附接至水平梁，并且附接点通常允许相对于框架调整轨道。这允许调整每个轨道，以通过与在另一个水平梁上的相对路径相距的恒定相对距离，限定沿着扫描仪的长度的直线路径。传感器头安装到轨道中，并且将每个传感器头的负荷传输给相关联的水平梁。

由于很多原因，这种方法具有问题。设计、构造并且保持精度扫描仪框架通常是劳动密集型的工作。例如，在框架上对准轨道耗费时间，并且如果框架的形状变形（例如，由于附加惯性负荷、材料应力松弛、运送应力或热负荷），那么轨道稍后可以变得不对准。而且，扫描仪框架构造通常专门用于用工具加工和专门技术，这表示通常在数量有限的出厂设置中制造扫描仪框架。在国际市场中，对于制造的扫描仪框架，这通常需要长运送距离。而且，扫描仪框架在用于特定安装的尺寸方面通常定制，因此，扫描仪框架的构造通常直到已知特定安装的所有尺寸才开始。这造成不具效率的一次性制造模型和长的循环时间。进一步，由于扫描仪框架通常非常长，所以甚至在框架的宽度和高度可能不太大时，组装式扫描仪框架的运送费用可以相当高。定制板条箱和特殊处理增加运送成本。航空运送非常昂贵，并且地面运送增加运送时间。最后，用于更短过程的扫描仪框架通常使用与用于更大过程的扫描仪框架相同的整体设计和材料。这造成过度建造的设计和成本不按比例缩小，以和更小应用的经济匹配。

根据本公开的第一方面，在图2中的扫描仪省略了在支承件202a-202b之间的固定水平支撑梁。扫描仪反而使用多个柔性轨道。在图2中示出的示例中，至少两个轨道206a-206b在支承件202a-202b的顶部附近在支承件202a-202b之间耦合，并且至少两个轨道208a-208b在支承件202a-202b的底部附近在支承件202a-202b之间耦合。传感器头204a可以连接至轨道206a-206b并且沿着轨道206a-206b运行，并且传感器头204b可以连接至轨道208a-208b并且沿着轨道208a-208b运行。轨道206a-206b、208a-208b具有柔性并且可以盘绕，或者减小长度，用于输送。轨道206a-206b、208a-208b还可以耦合至支承件202a-202b并且在张紧状态下放置。这允许轨道206a-206b、208a-208b提供大部分直线路径并且支承传感器头204a-204b。

结果，传感器头204a-204b可以沿着其相应的轨道206a-206b、208a-208b运行，并且越过扫描仪而前后移动。可以实现这个，无需使用连接支承件202a-202b的固定水平梁。支承件202a-202b反而设计为传送拉伸负荷，并且轨道206a-206b、208a-208b在支承件202a-202b之间延伸。在特定的实施方式中，扫描仪的框架的这种设计可以用于更小的扫描仪跨度和更低的有效载荷质量。

除了其它以外，扫描仪的框架的这种设计允许主要在了解扫描仪的精确长度之前构造框架。可以在任何合适的时间制造支承件202a-202b，并且在了解扫描仪的精确长度时，可以容易定做轨道206a-206b、208a-208b的长度。这提高了制造效率并且减少了交付周期。而且，这种方法允许在比具有固定的水平支撑梁的传统框架小得多的包装内运送支承件202a-202b和轨道206a-206b、208a-208b。这降低了运送成本，并且减少了易碎处理要求和定制板条箱使用。这种设计进一步允许将框架部件整批运送到配送中心或其他位置，用于在客户的设施现场最终组装。而且，这种设计帮助保持传感器头对准，不受热问题、运送应力以及其他因素的支配。此外，这种设计越过一种过程而将扫描仪框架从复杂的机电结构变成更简单的导向路径，这降低了建造成本并且改进了运送时间。

轨道206a-206b、208a-208b可以由任何合适的材料并且通过任何合适的方式构成。例如，轨道206a-206b、208a-208b可以表示金属线缆或者由拉挤型复合材料构成的线缆。轨道可以具有足够的柔性，以通过盘绕的方式或其他减小尺寸的方式运送，而不损坏。轨道还可以具有合适的尺寸，以使与轨道接触的传感器头204a-204b的异型滚子或其他结构啮合。轨道可以进一步具有允许传感器头204a-204b精确运行的光洁度，例如，大体上光滑的光洁度。在特定的实施方式中，每个轨道206a-206b、208a-208b可以表示不锈钢、1/4"到1/2"直径、19x1模具成形线缆。

在该示例中，每个传感器头204a-204b与两个轨道接触并且在这两个轨道上运行。然而，还可以给每个传感器头提供不止两个轨道。例如，三个或四个轨道可以用于每个传感器头，以提供更大的抗扭刚度。而且，每个支承件202a-202b可以包括精确定位的孔，所述孔接收连接器，用于耦合至轨道206a-206b、208a-208b的锚点或其他部分。这允许支承件202a-202b相对于彼此清晰地并且容易地限定轨道的位置和间距。

传统扫描仪还包括各种子系统，例如，驱动机构、位置反馈机构、控制电子设备、气动设备、中心线缆、数据采集系统以及冷却系统。传统上，这些子系统遍布框架和传感器头。例如，在扫描仪框架的一端的单个马达通常驱动前后拉动传感器头的移动带和编码器。驱动控制电子设备通常位于非常接近马达的扫描仪框架上。冷却水和气动功率通常在扫描仪框架的一端供应，并且由中心线缆组通过线缆盘的形式传输给传感器头。来自传感器头的信号有时通过在中心线缆组内的配线通过模拟格式发送给在扫描仪框架的一端的数据采集电子设备。存在很多变型，但是传统系统通常贯穿扫描仪框架和传感器头，传播传感器驱动、环境控制、气动功率、传感器信号以及运动控制功能和配线。

这种方法的一个问题在于，不能完全测试扫描仪，直到其传感器头、框架以及相关联的配线和控制模块全部钩在一起，以便扫描仪可以作为全套单元测试。这通常在工厂需要大量时间，来确保所述部件在同一工厂场所都可获得，以作为整体单元而在运送给客户之前测试。

根据本公开的第二方面，每个传感器头204a-204b可以表示基本上独立齐全的传感器头。例如，如下所述，每个传感器头204a-204b可以通过其相应轨道206a-206b、208a-208b而接收操作功率。而且，每个传感器头204a-204b可以包括无线电波，用于传输传感器测量值或其他数据，并且用于接收命令或其他数据。进一步，每个传感器头204a-204b可以包括马达或其他驱动器，用于沿着其相应轨道移动传感器头204a-204b。此外，每个传感器头204a-204b可以包括附加部件，例如，局部空气供应和温度控制器，所述附加部件在该传感器头内局部执行其他功能。

使用一个或多个基本上独立齐全的传感器头，允许测试每个传感器头的多个功能，与最终使用该传感器头的框架分开。在一些实施方式中，，可以将传感器头用在扫描仪框架上，避免移动带、配线以及软管（其在传感器头前后扫描时与传感器头一起运行）。结果，可以使用“哑”测试框架（例如，仅仅沿着电气化轨道支持传感器对准和功率传输的框架）测试每个传感器头。因此，在特定安装内使用的扫描仪框架的测试可以与在特定安装内使用的传感器头的测试分开地发生。实际上，客户可以从不同的制造商获得扫描仪框架和传感器头。

此外，传统扫描仪通常使用驱动系统，该系统具有由固定至扫描仪的框架的固定马达所驱动的皮带传动。由于皮带从在框架的一端的马达运行到在框架的相对端的空转滑轮，缠绕在空转滑轮周围，并且返回马达，所以这通常需要使用跨过扫描仪框架的两个全长的皮带。而且，在扫描仪包括在幅材的相对侧上的传感器时，需要分开的皮带。通常需要大量部件，以提供马达驱动的减速，在多个皮带之间的马达功率的分离，以及控制皮带的路线、松弛、张紧和附接。在从其相应运行的相对端拉出皮带时，出现另外的问题，造成一个传感器头具有比另一个传感器头更长的拉出长度，从而产生不期望的相对偏移。由于质量、在皮带系统内的摩擦、在支承每个头部的滚动元件中的摩擦、皮带的张紧状态以及皮带的刚度，所以这些相对偏移也受到上部和下部传感器头的动力的差异的影响。

根据本公开的第三方面，每个传感器头204a-204b可以包括其自身的驱动系统，用于前后移动该传感器头。例如，每个驱动系统可以沿着该传感器头的相应轨道前后移动其相关联的传感器头204a-204b。在一些实施方式中，传感器头204a-204b分别耦合至附加张紧构件210a-210b。每个张紧构件210a-210b可以表示放在支承件202a-202b之间的并且位于张紧状态下的线缆或其他结构。在每个传感器头204a-204b上的驱动系统可以包括马达和各种滑轮或链齿轮，相关联的张紧构件210a-210b可以放在所述滑轮或链齿轮周围。然后，马达可以转动一个滑轮或链齿轮，以沿着张紧构件210a-210b移动传感器头。

除了其它以外，驱动系统的这种设计允许每个张紧构件210a-210b跨过扫描仪框架的一个长度，不需要返回跨度。这将所需要的材料量减少两倍。而且，单个横跨构件的使用均衡传感器头204a-204b的拉出长度。进一步，可以消除用于分割来自马达的功率并且用于为皮带布线的部件，并且可以减少来自在空转滑轮之上运行的皮带的摩擦损耗。这造成需要更少的功率来驱动传感器头，并且每个驱动系统可以具有更少的部分。而且，使用轻型张紧构件，减少松弛，以便不再需要用于控制松弛的导件。此外，可以通过双马达驱动控制策略，从扫描仪中补偿造成传感器头的相对偏移的在上部与下部张紧构件之间的物理差异。

要注意的是，在图2和以上描述中，在图2中的扫描仪显示并且描述为具有多个传感器头204a-204b，在幅材108的每侧上具有一个。然而，在扫描仪中也可以使用其他设置。例如，扫描仪可以在幅材108的一侧上包括多个传感器头。而且，扫描仪可以在幅材108的仅仅一侧上包括单个传感器头。

此外，虽然两个轨道206a-206b或208a-208b在此处显示为隔开，但是这并非必需。例如，轨道206a-206b或208a-208b可以形成具有外部导电壳体的单个轨道外壳的一部分，至少一个开口露出内部导体。在该设置中，外部导电壳体可以表示一个轨道，并且内部导体可以表示另一个轨道。电刷或其他电气触头可以通过在外部壳体内的开口与外部导电壳体和内部导体接触。可以使用用于轨道的任何其他合适的设置。

图3示出了示例性扫描传感器头204a、204b的附加细节。如图3中所示，传感器头204a、204b包括活动底盘302，所述活动底盘表示外壳或其他结构，该结构配置为包围、包含或者支承传感器头204a、204b的其他部件。底盘302可以由任何合适的材料（例如，金属）并且通过任何合适的方式构成。

传感器头204a、204b还包括一个或多个传感器304，所述传感器捕获与幅材108或其他材料相关联的测量值。每个传感器304包括任何合适的结构，用于捕获与材料的一个或多个特性相关联的测量值。传感器304可以表示通过与幅材的接触进行幅材的测量的接触式传感器或者与幅材不接触进行幅材的测量的非接触式传感器。每个传感器头204a、204b可以包括任何数量的传感器304。

在传感器头内的信号处理电路306可以处理来自传感器304的测量数据。例如，信号处理电路306可以执行信号调制、模数（A/D）、过滤以及位置/时间标记。其他或者附加功能可以由信号处理电路306执行，以根据特定的需要处理传感器测量值。位置/时间标记功能可以使传感器测量值与（i）进行测量的时间和（ii）在进行测量时的传感器头的位置相关联。在题为“用于扫描传感器装置的无线式位置-时间的同步（WirelessPosition-TimeSynchronizationforScanningSensorDevices）”的美国专利申请号__/___,___[目录编号H0039953-0108]（其全部内容通过参考引入本文）中，提供用于使传感器测量值与时间和位置相关联的一个示例性技术的附加细节。信号处理电路306包括任何合适的结构（多个），用于处理传感器测量值。

控制器308控制传感器头204a、204b的整体操作。例如，控制器308可以从一个或多个传感器304中接收测量值并且控制传感器测量值到一个或多个目的地的无线传输。控制器308包括任何合适的处理或控制装置，例如，一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列、或专用集成电路。要注意的是，控制器308还可以作为多个装置实现。

无线收发器310耦合至一个或多个天线312。无线收发器310促进无线传输和接收数据，例如，通过将传感器测量值和相关数据传输给控制系统并且从控制系统中接收命令。无线收发器310包括任何合适的结构，用于生成用于无线传输的信号和/或用于处理无线接收的信号。在特定的实施方式中，无线收发器310表示射频（RF）收发器。要注意的是，可以使用传输器和分开的接收器实施所述收发器310。天线312表示任何合适的结构，用于传输和接收无线信号，例如，RF天线。

马达控制器314可以用于在传感器头204a、204b内控制马达316的操作。马达316可以用于沿着轨道206a-206b、208a-208b前后移动传感器头204a、204b。例如，马达316可以用于继续拉动张紧构件210a-210b，以前后移动传感器头。马达控制器314可以生成和输出脉宽调制（PWM）或其他控制信号，用于调整马达316的方向和速度。可以基于来自控制器308的输入，控制方向和速度。马达控制器314包括任何合适的结构，用于控制马达的操作。例如，马达控制器314可以包括马达驱动、马达控制电子设备和处理、限位开关、位置反馈机构以及头对头对准机构。马达316包括任何合适类型的马达，例如，可以精确地控制的步进马达。

传感器头204a、204b还包括功率转换器/调制器318。功率转换器/调制器318电气连接至两个或多个轨道206a-206b、208a-208b，并且从轨道中接收电功率。电气触头320可用于与轨道208a-208b直接或者间接形成电气连接，例如，通过轨道触头322。功率转换器/调制器318可以接收电功率，并且将电功率转换成适用于传感器头的形式。例如，功率转换器/调制器318可以从功率供给中接收AC功率，并且将AC功率转换成DC形式，或者功率转换器/调制器318可以从功率供给中接收DC功率，并且将DC功率转换成不同的DC形式。作为特定的示例，功率转换器/调制器318可以从功率供给中接收20-40VAC50-60Hz信号，并且将该信号转换成24VDC信号。功率转换器/调制器318还可以调制接收的功率，例如，通过过滤接收的功率（也转换或者不转换功率的形式）。功率转换器/调制器318包括任何合适的结构，用于将功率从一种形式转换成另一种形式和/或调制功率。

每个电气触头320包括任何合适的结构，用于与轨道形成直接或间接电气连接。任何合适的电气触头320可用于传感器头中，以从两个或多个轨道中接收操作功率。在一些实施方式中，电气触头320表示用于在轨道上直接形成电气连接的电刷、滚子、滑块或其他结构。在其他实施方式中，电气触头320表示用于抵抗与轨道（例如，轴承组件或轮）接触的轨道触头322的电刷、滚子、滑块或其他结构，从而给间接电气接触提供轨道。

轨道触头322使传感器头204a、204b与轨道206a-206b、208a-208b耦合，以便传感器头可以在轨道上前后移动。轨道触头322还可以可选地用于将功率从轨道中提供给电气触头320。例如，轨道触头322可以允许电流在轨道与功率转换器/调制器318之间流动。每个轨道触头322包括任何合适的结构，用于使传感器头与轨道耦合。

在一些实施方式中，每个轨道触头322包括轴承组件，该组件具有外环、内环、轴承以及保持架。外环和内环总体上形成通道，轴承和保持架存在于该通道内。内环可以不依赖于外环而旋转，并且通过在外环与内环之间的信道内滚动，轴承帮助促进该旋转。保持架帮助保持轴承的分离。在其他实施方式中，每个轨道触头322包括轴承轮，所述轴承轮具有外环、内环以及固定连接外环和内环的连接器。这些实施方式中，电流可以流过轴承组件或轮，流入电气触头320中。例如，电流可以仅仅流过外环或者流过外环和内环。然而，要注意的是，轨道触头322可以通过任何其他合适的方式实现，例如，通过使用仅仅沿着轨道滑动的由碳、石墨或其他合适的材料制成的滑块。

根据特定的需要，各种附加部件可以用于传感器头内。例如，局部空气供应324可以用于提供压缩空气，用于感测或其他操作。局部空气供应324可以包括用于压缩空气的小型压缩器以及用于储存已压缩空气的储槽。压缩器可以基于由功率转换器/调制器318接收的功率操作。作为另一个示例，温度控制单元326可以用于给传感器头供环境温度控制。例如，温度控制单元326可以包括加热器或冷却器，用于控制传感器304的温度。作为特定的示例，温度控制单元326可以包括热电冷却器，该冷却器帮助确保传感器安全性和稳定性。作为进一步示例，传感器头可以包括识别不同状态的一个或多个安全指示器328，例如，功率、温度或辐射指示器。

此外，位置传感器330可以用于识别传感器头的位置。位置传感器330可以使用任何合适的技术，识别传感器头的位置。例如，位置传感器330可以包括步进马达步进计数器，该计数器支持开环位置控制。作为另一个示例，位置传感器330可以从限定马达316的旋转速度的转速计中接收数据或者从限定驱动马达316的方式的马达控制器314中接收数据。使用该数据或其他或附加数据，位置传感器330可以识别传感器头的当前位置，以支持闭环位置控制。可以通过任何合适的方式识别当前位置，例如，绝对位置或者与最后知道的位置相距的距离。位置传感器330包括任何合适的结构，用于识别传感器头的位置。

通过这种方式，由传感器头操作并且捕获传感器测量值所需要的大部分或者所有部件包含在传感器头本身内。传感器头可仅仅需要框架，该框架具有适当隔开的轨道和线缆并且具有通过轨道提供功率以便操作的能力。这可以大幅简化测试、安装以及维修。

图4示出了可以供传感器头204a-204b使用的示例马达组件400。如图4中所示，马达316安装在传感器头的底盘302上。马达316连接至滑轮减速系统402，该系统将马达316的更快旋转转化成驱动滑轮404的更慢旋转。一个张紧构件210a-210b缠绕在两个导向滑轮406-408和驱动滑轮404周围。

在马达316操作时，马达316促使驱动滑轮404旋转（经由其通过滑轮减速系统402与驱动滑轮404的连接）。由于导向滑轮406-408帮助保持张紧构件210a-210b与驱动滑轮404接触，所以驱动滑轮404的旋转继续拉动张紧构件210a-210b，移动传感器头。通过控制马达316的方向旋转，可以精确地控制传感器头前后移动。

要注意的是，滑轮404-408的设置仅仅用于说明，并且可以使用其他设置。例如，在图4中，张紧构件210a-210b与导向滑轮406-408的周长的不同百分比接触。导向滑轮406-408可以相对于驱动滑轮404为中心，以便张紧构件210a-210b与导向滑轮406-408的周长的相等百分比接触。作为另一个示例，在图4中，张紧构件210a-210b与驱动滑轮404的周长的约75%接触，但是可以与其他百分比接触。例如，在其他实施方式中，导向滑轮406-408可以由更大的距离隔开，并且驱动滑轮404可以部分位于导向滑轮406-408之间。在该实施方式中，张紧构件210a-210b可以与驱动滑轮404的周长的50%以下接触，并且在张紧构件在导向滑轮406-408之间延伸时，驱动滑轮404可以操作，以偏转张紧构件。通常，滑轮的任何合适的设置可以用于马达组件400内。

而且，张紧构件210a-210b在图4中显示为光滑的，并且滑轮404-408在图4中显示为具有光滑的凹槽，用于接收张紧构件210a-210b。在其他实施方式中，张紧构件210a-210b可以具有粗糙表面，和/或滑轮404-408可以具有与张紧构件210a-210b接触的粗糙表面。作为特定的示例，滑轮404-408可以具有与张紧构件的相应表面啮合的齿状表面。

此外，要注意的是，其他机构可以用于移动传感器头。在此处提供马达组件400，仅仅作为可以推动传感器头的多种方式的一个示例。

图5和图6示出了扫描仪的框架的附加细节。如图5中所示，支承件202b包括各种孔502。每个孔502表示不同的点，连接器504可以放在所述点上，用于耦合至轨道或张紧构件。每个孔502清晰地限定轨道或张紧构件的位置，并且孔502相对于彼此共同限定在轨道与张紧构件之间的间距。每个孔502可以具有任何合适的尺寸和形状。

每个连接器504使支承件202b与轨道或张紧构件的一端耦合。例如，每个连接器504可以包括可以通过孔502配合的更小截面以及不能配合的更大截面。更小截面可以包括螺纹构件或其他结构，所述螺纹构件或其他结构可以被张紧，以在相关联的轨道或张紧构件上应用张紧力。每个连接器504包括任何合适的结构，用于耦合至线缆或其他轨道或张紧构件。在该示例中，虽然可以使用用于耦合至轨道或张紧构件的其他机构，但是每个连接器504耦合至形成在轨道或张紧构件的端部的回路506。例如，每个连接器504可以直接连接至轨道或张紧构件，例如，在轨道或张紧构件以“无铁模（swageless）”终端结束。

阻尼器508可以用于各种地方，以帮助减少在轨道和张紧构件上的振动。在该示例中，阻尼器508放在轨道和张紧构件的端部附近。然而，阻尼器508可以用于其他位置，例如，用于传感器头上。每个阻尼器508包括任何合适的结构，用于减少振动。

要注意的是，在图5中，连接器504可以用于在轨道和张紧构件上应用张紧力。在相对的支承件202a上，轨道和张紧构件可由可以在轨道和张紧构件上应用张紧力的连接器耦合或者不耦合至支承件202a。在一些实施方式中，例如，轨道和张紧构件可以只是附接至支承件202a，而不使用可以给轨道和张紧构件应用张紧力的任何装置。

如图5中所示，至少一个功率供给510通过轨道206a-206b、208a-208b给传感器头204a-204b提供操作功率。每个功率供给510表示用于一个或多个传感器头的操作功率的任何合适的来源。例如，功率供给510可以表示至少一个AC和/或DC电压源。为安全起见，具有更低的电压电平的功率供给可以用于遵守低压方向，或者具有更高的电压电平的功率供给可以用于支持通过电气触头的更低的电流电平和更少的电弧损害。在特定的实施方式中，每个功率供给510表示在50-60Hz下具有预期范围20-40VAC或24VDC的AC功率供给。

在该示例中，具有两个轨道206a-206b或208a-208b，用于给每个传感器头204a或204b供应功率。在该实施方式中，一个轨道206a、208a可以用作电压源轨道（DC）或者用作电压线路#1（AC），并且另一个轨道206b、208b可以用作电压返回轨道（DC）或者用作电压线路#2（AC）。然而，不止两个轨道可以用于给每个传感器头提供动力。例如，附加轨道可以用于提供交流电压电平或类型或者在扫描仪内提供冗余。

图6示出了用于覆盖轨道206/208的示例性机构（表示一个轨道206a-206b、208a-208b）。在该示例中，轨道由U形外壳602部分覆盖。外壳602沿着至少一侧部分打开，这允许电气触头320和/或轨道触头322与轨道在物理上接触。外壳602可以由绝缘材料构成，以便除了沿着外壳602的开口以外，不能形成与轨道的电气连接。在外壳602内的隔圈604可以与轨道接触并且帮助保持外壳602在轨道上的位置。可以使用任何合适数量和类型的隔圈。

外壳602可以帮助避免与轨道206a-206b、208a-208b无意中接触以及越过轨道206a-206b、208a-208b而发生短路。例如，每个轨道可以略微凹入在其所关联的外壳602内。如果工具或其他导电物体下落越过轨道206a-206b或208a-208b，那么在轨道周围的外壳602可以帮助避免产生短路。即使在轨道上的低电压用于给传感器头提供动力，短路状态也可以造成控制计算机或其他部件重新启动。使用绝缘外壳可以帮助避免这个。

虽然图2到图6示出了用于造纸机或其他系统的扫描仪的一个示例和相关细节，但是可以对图2到图6进行各种变化。例如，如上所述，扫描仪可以在幅材的一个或多个侧边包括任何数量的传感器头。而且，在图3中的各种部件可以组合、进一步细分、重新排列或者省略，并且根据特定的需要，可以增加附加部件。作为特定的示例，可以在通过给传感器头提供动力的轨道的低数据速率或其他通信中啮合。在传感器头包括该功能时，传感器头可以包括支持通过一个或多个轨道的通信的收发器，并且该收发器可以代替或者补充无线收发器310。此外，虽然还可以使用其他实现方式，但是在图4到图6中显示的示例性结构是部分扫描仪的可能实现方式。

图7示出了根据本公开的用于将扫描仪用于造纸机或其他系统的示例性方法700。如图7中所示，在步骤702中，用于扫描仪的支承件在适当的位置固定至地面或者外部结构。例如，这可以包括使支承件202a-202b与地面或者与在造纸机102内的其他结构耦合。在步骤704中，轨道和张紧构件耦合至支承件。例如，这可以包括使轨道206a-206b、208a-208b和张紧构件210a-210b与支承件202a-202b在清晰限定的位置耦合。在步骤706中，轨道在张紧状态下放置。例如，这可以包括使用在连接器504或其他机构内的螺纹连接，来将轨道206a-206b、208a-208b放置于在合适的张紧状态之下。

在步骤708中，传感器头放在轨道上并且连接至张紧构件。例如，这可以包括在其相应的轨道206a-206b、208a-208b上安装传感器头204a-204b。这还可以包括通过传感器头204a-204b的马达组件400螺纹连接张紧构件210a-210b。一旦连接，就在步骤710中，将张紧构件在张紧状态下放置。例如，这可以包括使用在连接器504或其他机构内的螺纹连接，来将张紧构件210a-210b放置在合适的张紧状态之下。

在步骤712中，通过轨道给传感器头提供功率。例如，这可以包括使用一个或多个功率供给510，来通过轨道206a-206b、208a-208b提供电压。在传感器头204a-204b内的功率转换器306可以接收该功率，并且将其转换成合适的形式，用于传感器头204a-204b中。在步骤714中，传感器头在轨道上前后移动。例如，这可以包括使用在传感器头204a-204b内的马达316，来继续拉动张紧构件210a-210b，前后移动传感器头。在此期间，在步骤716中，使用传感器头捕获传感器测量值，并且在步骤718中，无线传输传感器测量值。例如，这可以包括传感器304，所述传感器给信号处理电路306提供传感器测量值，直接给用于传输的收发器310或者给用于在传输之前进一步处理的控制器308提供传感器测量值。在此期间，传感器头可以执行附加功能，例如，温度控制、位置跟踪、或空气压缩和使用。

虽然图7示出了用于将扫描仪用于造纸机或其他系统的方法700的一个示例，但是可以对图7进行各种变化。例如，虽然也可以使用单个传感器头，但是图7假设在扫描仪内使用多个传感器头。而且，虽然显示为一系列步骤，但是在图7中的各种步骤可以重叠、并行发生、按照不同的顺序发生或者发生任意次数。

可有利的是，陈述在本专利文档中使用的某些词和短语的定义。术语“包含”和“包括”及其派生词表示包含但不限于。术语“或者”包含式表示和/或。短语“与其相关联”及其派生词可表示包括、包括在其内、与其互连、包含、包含在其内、连接至或者与其连接、耦合至或者与其耦合、与其可通信、与其配合、交错、并列、与其邻接、捆绑至或者与其捆绑、具有、具有其性能、具有与其的关系或者与其具有关系等。在与一系列物品一起使用时，短语“其至少一个”表示可使用一个或多个列出的物品的不同组合，并且可需要在列表中的仅仅一个物品。例如，“A、B以及C中的至少一个”包括以下组合中的任一个：A、B、C、A和B、A和C、B和C、以及A和B和C。

虽然本公开描述了某些实施方式和总体上相关联的方法，但是对于本领域的技术人员，这些实施方式和方法的变更和排列显而易见。因此，示例性实施方式的以上描述不限定或约束本公开。如在以下权利要求中所限定的，在不背离本公开的精神和范围的情况下，也能够具有其他变化、替换以及变更。

Claims (15)

1.一种系统，包括：

框架，其包括多个分开的支承件（202a-202b）和多个柔性轨道（206a-206b、208a-208b），每个支承件配置为固定在远离另一个支承件的位置，每个柔性轨道配置为耦合至所述支承件并且在张紧状态下放置；以及

传感器头（204a、204b），其配置为安装在所述轨道上并且沿着所述轨道前后移动，所述传感器头基本上是独立齐全的并且配置为通过所述轨道接收操作功率。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述框架还包括张紧构件（210a、210b），所述张紧构件配置为耦合至所述支承件；并且

所述传感器头配置为使用所述张紧构件前后移动。

3.根据权利要求2所述的系统，其中：

所述传感器头包括马达组件，所述马达组件具有马达（316）和多个滑轮或链齿轮（404-408）；

所述滑轮或链齿轮配置为与所述张紧构件接触；并且

所述马达配置为旋转所述滑轮或链齿轮中的至少一个，以移动所述传感器头。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述支承件包括多个开口（502），所述多个开口（502）配置为接收连接器（504），用于以指定位置而耦合至所述轨道和张紧构件。

5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述张紧构件单次越过所述框架并且在相对的端部处固定至所述支承件。

6.根据权利要求1所述的系统，还包括：

功率供给（510），其耦合至所述轨道并且配置为向所述传感器头提供功率。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，每个轨道包括绝缘外壳（602），其留下一部分轨道被露出，用于与所述传感器头电气接触。

8.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述框架包括多个轨道组；并且

所述系统包括多个传感器头。

9.一种设备，包括：

扫描仪框架，其包括多个分开的支承件（202a-202b）和多个柔性轨道（206a-206b、208a-208b）；

每个支承件配置为固定在远离另一个支承件的位置；

每个柔性轨道配置为耦合至所述支承件并且在张紧状态下放置，所述轨道配置为在张紧状态下时支承传感器头。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述扫描仪框架还包括张紧构件（210a、210b），所述张紧构件配置为耦合至所述支承件并且连接至所述传感器头。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述张紧构件单次越过所述框架并且在相对的端部处固定至所述支承件。

12.一种设备，包括：

传感器头（204a、204b），其配置为安装在扫描仪框架的轨道（206a-206b、208a-208b）上并且沿着所述轨道前后移动；

所述传感器头基本上是独立齐全的并且配置为通过所述轨道接收操作功率。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述传感器头包括：

底盘（302）；

电气触头（320），其配置为形成与所述轨道的电气连接；

功率转换器/调制器（318），其配置为通过所述电气触头从所述轨道接收功率并且配置为进行下列项中的至少一项：将所述功率转换成不同形式以及调制所述功率；

一个或多个传感器（304），其配置为测量材料的至少一个特性，所述一个或多个传感器配置为使用来自所述功率转换器/调制器的功率而操作；

无线收发器（310），其配置为无线传输来自所述一个或多个传感器的传感器测量值；

马达（316），其配置为沿着所述轨道前后移动所述底盘；以及

马达控制器（314），其配置为控制所述马达。

14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述传感器头还包括：

空气供应（324），其配置为压缩和储存空气；

温度控制单元（326），其配置为控制所述传感器头的至少一部分的温度；

一个或多个安全指示器（328），其配置为识别一个或多个状态；以及

位置传感器（330），其配置为识别所述传感器头的位置。

15.根据权利要求12所述的设备，其中：

所述传感器头包括马达组件，所述马达组件具有马达（316）和多个滑轮或链齿轮（404-408）；

所述滑轮或链齿轮配置为与固定至所述框架的支承件的张紧构件（210a、210b）接触；并且

所述马达配置为旋转所述滑轮或链齿轮中的至少一个，以移动所述传感器头。