具体实施方式

在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员将理解，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，不对公知的方法、过程、部件、模块、单元和/或电路进行描述，以免使本发明变得模糊。

虽然本发明的实施方式不限于这一方面，但是利用诸如“加工”、“计算”、“运算”、“确定”、“建立”、“分析”、“检查”等术语的讨论可以指计算机、计算平台、计算系统或其他电子计算装置的一个或多个操作和/或过程，它们将表示为计算机的寄存器和/或存储器内的物理(例如，电子)量的数据操纵和/或变换成类似地表示为计算机的寄存器和/或存储器或可以存储指令以执行操作和/或过程的其他信息非暂时性存储介质(例如，存储器)内的物理量的其他数据。虽然本发明的实施方式不限于这一方面，但是如本文使用的术语“许多”和“多个”可以包括例如“多个”或“两个或更多个”。术语“许多”或“多个”可以在整个说明书中用来描述两个或更多个部件、装置、元件、单元、参数等。除非明确说明，否则本文描述的方法实施方式不限于特定次序或序列。另外，一些所述方法实施方式或其元件可以同时发生或执行、在相同时间点发生或执行或者并发地发生或执行。除非另有说明，否则如本文使用的连词“或”应理解为包含性的(包含所述选项中的任一者或全部)。

根据本发明的实施方式，卷材张紧装置配置为利用受控的流体压力来保持卷对卷加工中的卷材中的张力。装置的可平移单元包括远侧张紧表面，该远侧张紧表面可朝向或远离卷材的当前在输入辊和输出辊之间的部分移动。张紧表面包括一个或多个远侧压力开口以形成流体垫，该流体垫配置为向卷材施加推力。例如，张紧表面可以是凸出的，其中流体垫配置为直接推靠卷材。在另一实例中，张紧表面可以是凹进的，其中带有由流体垫支撑并且配置为压靠卷材的辊。

可平移单元可平移到固定的壳体中和离开固定的壳体。一个或多个近侧压力开口配置为保持可平移单元的近侧端部与壳体之间的流体压力。近侧压力开口可以位于可平移单元上或壳体上。可平移单元的平衡位置由流体(例如，空气或另一气体或流体)的流体压力和卷材中的当前张力确定，其中流体是经由部分地围绕可平移单元的壳体的腔内的近侧端口排出的。可平移单元相对于壳体的平衡位置由这样一个点确定，在该点时，卷材中的张力(所施加的将可平移单元推向壳体的力)与流体中的压力(所施加的将可平移单元推出壳体的力)平衡。例如，卷材张力的增加可以使得可平移单元缩回到壳体中，从而使得卷材张力能够松弛。卷材张力的减小可以使得可平移单元进一步延伸出壳体，从而增加卷材张力。

在许多加工中，必须将卷材保持在预定张力下。在一些应用中，例如由于加工步骤而在卷材上的一个位置处的干扰可能导致在另一位置处的卷材张力发生变化。可能需要对张力的这种变化进行补偿，以能够对卷材进行适当的加工。例如，在一些应用中，对这种干扰的补偿将在小于半秒或另一短时间段内进行补偿。在一些应用中，对干扰的常用补偿可能需要卷材在与张力正交的方向(例如，与卷材的表面正交的方向)上进行多达两毫米的局部运动。

例如，卷材张紧装置可以配置为使得在可平移单元和可平移单元的壳体之间的间隙中的流体的压力保持基本上恒定的水平。如果例如由于对卷材施加加工步骤而使卷材中的张力例如由于卷材的干扰而减小，那么卷材与可平移单元的张紧表面之间的压力可以瞬时减小。同样减小了可平移单元上的向内的力。然后，可平移单元与壳体之间的间隙内的流体压力可以将可平移单元从壳体向外且朝向卷材推动。可平移单元的这种向外平移可以向外推动卷材，从而增加卷材的张力。向外平移以及卷材张力的增加可以持续到间隙中的流体的压力再次与卷材中的张力平衡。因此，卷材张紧装置可以抵消卷材张力的降低。

类似地，由于卷材的干扰，卷材中的张力可能增加。在这种情况下，张力的增加可以使得张紧表面和卷材之间的压力瞬间增加。因此，由卷材施加的向内的力类似地增加。增加的向内的力可以将可平移单元推动到壳体中，从而减少卷材的向外推动程度，并且使得卷材中的张力减小。向内运动以及卷材张力的减小可以持续到卷材中的张力与可平移单元和壳体之间的间隙中的流体压力平衡。因此，卷材张紧装置可以抵消卷材张力的增加。

张紧表面可以设计成最小化或消除对卷材施加的摩擦力，例如以防止对卷材的任何损坏。例如，张紧表面可以设置有一个或多个流出开口，该一个或多个流出开口分布在张紧表面(例如，呈柱形凸出的表面的形式的张紧表面)上方。流体通过流出开口的流出可以形成流体垫，该流体垫防止张紧表面与卷材直接接触，同时向卷材施加侧向力。作为另一实例，张紧表面可以包括柱形的辊。流体压力经由位于可平移单元的凹进的柱形表面中的压力开口施加到辊，通过该流体压力，辊可以无摩擦地悬置在空气中。辊的无摩擦悬置可以使得辊能够在不向卷材施加任何过大的(例如，足以对卷材造成任何损坏或影响卷材的运动精度)的纵向力(例如，摩擦力)的情况下，向卷材施加侧向力。

在一个实例中，卷材张紧装置包括壳体，该壳体包括腔或通道。壳体被安装成例如相对于用于加工卷材的加工设施保持静止。例如，壳体可以安装到这样的结构：该结构位于相对于卷对卷加工设施的相对于彼此静止的输入辊、输出辊或其他部件固定的位置处。卷材张紧装置的可平移单元的近侧端部配置为装配在腔内，并且相对于腔向内和向外移动。可平移单元的张紧表面在可平移单元的远侧端部处。例如，张紧表面可以包括具有压力开口的凸出表面，以在张紧表面和卷材之间形成气垫。在另一实例中，张紧表面可以包括具有压力开口的凹进表面，以使柱形的辊悬置在张紧表面和卷材之间。

例如，可平移单元可以经由一个或多个入口连接到流体压力源，例如，利用标准软管连接件来连接。流体可以从压力开口流出，该压力开口分布在可平移单元的近侧端部的面向腔的内壁的一个或多个面上。可平移单元的内部包括内部通道，以使得流体能够从入口流到压力开口。流体从压力开口的流出可以在可平移单元与腔之间的空间中产生流体压力。此流体压力的量值(例如，与流出物的流速或压力相关的量值)决定了施加到可平移单元的向外的力，该向外的力趋向于将可平移单元从腔向外推动。因此，控制来自压力源的流体的压力可以确定施加到张紧表面的力，并且因此确定要保持的卷材张力的量值。在此实例中，流出的流体的一部分可以被引导到位于张紧表面上的压力开口，例如以形成流体垫。内部通道的流动阻力可以配置为(例如，通过不同的直径或宽度、通过不同的长度等)保持通过例如在可平移单元的不同面上的不同组的压力开口的流出速率之间的预定比率。

作为另一实例，壳体可以连接到流体压力源。流体可以从沿着腔的一个或多个内壁分布的压力开口流出。在此实例中，从压力开口流出的流体还可以在杆和腔壁之间的空间中产生流体压力。此流体压力的量值确定施加到杆的向外的力，该向外的力趋向于从腔向外推动可平移单元。因此，控制来自压力源的流体的压力可以确定施加到张紧表面的力，并且因此确定要保持的卷材张力。在此实例中，可平移单元可以单独地连接到相同或不同的流体压力源，以使得流体能够从可平移单元的远侧端部处的张紧表面上的压力开口流出。

图1示意性地示出了具有卷材张紧装置的卷对卷系统的实例。

卷对卷系统10配置为使得能够在卷材12的位于输入辊16和输出辊18之间的部分上进行加工。例如，输入辊16、输出辊18或两者可以是机动的，或者卷对卷系统10的另一个辊或部件可以是机动的，以使得卷材12处于卷材运动箭头13所示的方向上。在一些情况下，反作用力(例如，以保持卷材12的张力)可以通过在卷材12的一部分或另一部分上的重力牵引来提供。

卷材张紧系统14配置为自动调节卷材12上的张力，例如，当一个或多个因素导致张力偏离期望的张力时，保持卷材12的张力恒定。例如，可以选择所需的张力以便于对卷材12进行加工。

加压流体(例如加压空气流或其他类型的加压流体流)可以从压力源24经由流体导管25流入到卷材张紧装置20中。例如，压力源24可以包括泵、鼓风机、加压或液化气体的罐，或者包括另一个加压或推动空气或气体的源，或者另一个加压液体源。在一些情况下，可以控制压力源24以在受控流体压力下产生流出物。在一些情况下，压力源24、流体导管25或两者可以包括一个或多个阀。可以操作这些阀以控制流体流入到卷材张紧装置20的一个或多个部件中，或者控制流入到卷材张紧装置20中的流体的压力。

流到卷材张紧装置20中的流体的压力可以决定张紧表面22从卷材张紧装置20朝向卷材12伸出的距离。通常，张紧表面22朝向卷材12延伸增加了卷材12的张力，而张紧表面22从卷材12缩回可以使得卷材12的张力减小。因此，控制流到卷材张紧装置20中的流体的压力可以保持卷材12的特定张力。

在所示的实例中，张紧表面22是伸长的以延伸跨过卷材12的整个宽度。例如，张紧表面22的纵向轴线可以垂直于由卷材运动箭头13指示的方向定向，或者与由卷材运动箭头指示的方向成斜角。在其他实例中，例如共线地对准或彼此平行等的两个或更多个张紧表面可以延伸跨过卷材12的宽度的不同部分。两个或更多个张紧表面可以彼此独立地延伸(例如，以将不同的张紧力施加到卷材12的不同部分)，或者可以一前一后地操作(延伸相同的距离，或者延伸预定的不同距离)。

虽然在图1中示出了卷材张紧装置20的特定构造，但是如本文所述的卷材张紧装置的一种或多种其他构造可以结合到卷对卷系统10的卷材张紧系统14中。

图2示意性地示出了卷材张紧装置的实例，该卷材张紧装置包括具有凸出张紧表面的可平移单元。图3示意性地示出了图2所示的卷材张紧装置的可平移单元的实例。

卷材张紧装置20包括壳体单元30和可平移单元32。在所示的实例中，壳体单元30包括呈伸长通道形式的腔31。腔31的侧边和底部分别由壳体单元30的侧壁30a和底板30b包围。在所示的实例中，在腔31的伸长方向的末端处的端部是敞开的。在其他实例中，端部中的一个或两个可以至少部分地闭合。例如，封闭腔31的端部的壁可以包括狭槽，以使得可平移单元32上的压力入口36是能够接近的。

在所示的实例中，可平移单元32的近侧部分包括杆34，该杆配置为如平移箭头35所示的平移到腔31中以及从腔中平移出来。在所示的实例中，杆34的端面45之间的伸长尺寸与腔31的尺寸匹配。在其他实例中，该伸长尺寸可以小于腔31的尺寸，例如以使得多个可平移单元32的多个杆34能够端部对端部地装配在腔31内。

可以选择杆34在侧面44之间的宽度，使得杆34的宽度小于腔31在侧壁30a之间的宽度。侧面44与侧壁30a之间的间隙可以设计成足够窄，以便防止加压流体通过该间隙自由逸出到周围大气中，从而至少在可平移单元32的近侧面40与壳体30的底板30b之间保持基本上恒定的流体压力。

在一些情况下，侧壁30a、侧面44中的至少一些或两者可以包括配置为在杆34和腔31之间接触的情况下减小或限制滑动摩擦的材料(例如，可以涂覆有该材料或由该材料制成)。在设计杆34的宽度时可以考虑其他或附加的考虑因素。

在所示的实例中，张紧表面22在可平移单元32的远侧端部处是柱形凸出的表面的形式。张紧表面22包括分布在张紧表面22上方的多个张紧压力开口38。在所示的实例中，张紧压力开口38在张紧表面22的伸长尺寸上沿着平行的行布置。在其他实例中，张紧压力开口38还可以围绕张紧表面22布置。张紧压力开口38在张紧表面22上的分布可以取决于例如卷材12的厚度、卷材12的张力、可制造性或成本考虑、或其他考虑因素。类似地，张紧表面22的尺寸和形状可以针对特定应用进行优化。例如，张紧表面22的尺寸和形状可以取决于可用空间、可制造性、成本或其他考虑因素。

在所示的实例中，压力入口36位于可平移单元32的杆34的一个端部处。压力入口36可以(例如，通过标准软管连接件)连接到流体导管25，并且因此连接到压力源24。被迫进入到压力入口36中的加压流体可以流过可平移单元32的内部通道并且通过张紧压力开口38向外流动。因此，当张紧表面22向外朝向卷材12平移时，从张紧压力开口38向外流动的流体可以在张紧表面22和卷材12之间形成流体垫。然后流体垫可以防止张紧表面22和卷材12之间的直接接触。

在所示的实例中，杆34的近侧面40包括近侧压力开口42。类似地，侧面44包括侧向压力开口46。被迫进入到压力入口36中的加压流体可以流过内部通道并且经由近侧压力开口42和侧向压力开口46向外流动。流出的加压流体可以分别在腔31的底板30b和侧壁30a的不可渗透的内侧与杆34的近侧面40和侧面44之间的间隙内形成流体压力增加的区域。可以将间隙中的流体的压力施加到近侧面40以将杆34和所附接的张紧表面22推出腔31。近侧压力开口42的布置、近侧压力开口42的布置或这两者可以与所示的布置不同。

向外推动张紧表面22使得张紧表面22例如经由形成在张紧表面22和卷材12之间的流体垫向卷材12施加推力。由张紧表面22施加到卷材12的推力可以使卷材12弯曲，使得卷材12的张力可以向张紧表面22施加向内的反作用力。因此，张紧表面22可以被向外推动直到加压气体的向外的力与由卷材12的张力施加的向内的力平衡。

经由侧向压力开口46流出的流体可以作用在相对的侧面44上。这些作用在侧面44上的力可以趋向于使杆34沿着腔31的中线居中。居中力可以防止或减小趋向于阻止可平移单元32沿着平移箭头35所示的方向平移的摩擦力。

在经由可平移单元32的近侧压力开口42和侧向压力开口46离开之后，流体可以在可平移单元32与壳体单元30之间的间隙内流动，直到达到周围的环境状态(例如，大气压力)。在一些应用中，可平移单元32的张紧表面22和卷材12之间的常用间隙在0.01mm和0.5mm之间的范围内。取决于卷材12中的张力，可平移单元32的近侧面40与腔31的底板30b之间的常用间隙在0.01mm至2.01mm的范围内。可平移单元32的每个侧面44与壳体单元30的相对的(例如，面对且基本上平行的)侧壁30a之间的常用间隙以及可平移单元32与壳体单元30在所有其他方向上之间的常用间隙在0.01mm至0.5mm的范围内。间隙范围可以针对不同的应用(例如，不同的卷材材料、不同的流体压力、不同尺寸的部件、卷材张紧单元的不同结构或者可以根据应用而变化的其他因素)而不同。

在其他实例中，侧面44、近侧面40或两者可以没有压力开口并且对于流体流而言可以是不可渗透的。在这种情况下，壳体单元30可以包括可连接到压力源24的压力入口。例如，侧壁30a、底板30b或两者的面向内的表面可以包括压力开口。因此，经由底板30b或侧壁30a中的压力开口流出的流体可以提供流体压力以迫使可平移单元32从腔31向外。在其他实例中，压力开口可以存在于近侧面40和底板30b两者上、存在于侧面44和侧壁30a两者上，或存在于表面的其他组合上。然而，在所有这些实例中，张紧表面22包括张紧压力开口38。压力开口在任何表面上的布置可以不同于所示的布置。

在一些构造中，壳体单元30的长度可以与可平移单元32的长度不同。可平移单元32的长度可以比卷材12的宽度长或短。在一些构造中，单个可平移单元32可以由两个或更多个壳体单元30支撑，或者单个壳体单元30可以支撑两个或更多个可平移单元32。也可以使用其他构造。

图4示意性地示出了包括辊的卷材张紧装置的实例。图5A示意性地示出了图4所示的卷材张紧装置的可平移单元。图5B示意性地示出了图5A所示的可平移单元的另一视图。

在所示的实例中，卷材张紧装置50包括壳体单元30、可平移单元52和辊54。

可平移单元52包括压力入口36，该压力入口可例如经由标准软管连接件连接到流体导管25。内部导管的布置将压力入口36与可平移单元52的一个或多个面上的压力开口相连接。压力开口包括在凹进张紧表面56上的远侧张紧压力开口58，并且可以包括位于近侧面64上的近侧压力开口66和位于侧面60上的侧向压力开口62中的一者或多者。

经由压力入口36被迫进入到可平移单元52中的加压流体可以经由位于可平移单元52的近侧面64上的近侧压力开口66向外流动。另外，加压流体可以经由位于可平移单元52的侧面60上的侧向压力开口62向外流动。流出的加压流体可以在腔31内在壳体单元30与可平移单元52之间形成加压流体的垫。

通过近侧压力开口66、侧向压力开口62或远侧张紧压力开口58流出的流体可以在可平移单元52的每个面(例如，分别为近侧面64、侧面60或凹进张紧表面56)与相对的表面(例如，分别为底板30b、侧壁30a或辊54)之间流动，直到达到周围的环境状态(例如，大气压力)。在一些应用中，凹进张紧表面56和辊54之间的常用间隙可以在0.01mm至0.5mm的范围内。取决于卷材12的张力，可平移单元52的近侧面64与壳体单元30的底板30b之间的常用间隙可以在0.01mm到2.01mm的范围内。可平移单元52的侧面60与壳体单元30的相对的(例如，面对且基本上平行的)侧壁30a之间(或者可平移单元52的另一个面(例如端面)与邻近的壳体单元30的壁之间)的常用间隙可以在0.01mm至0.5mm的范围内。间隙范围可以针对不同的应用(例如，不同的卷材材料、不同的流体压力、不同尺寸的部件、卷材张紧单元的不同结构或者可以根据应用而变化的其他因素)而不同。

可平移单元52的远侧包括凹进张紧表面56。通常，凹进张紧表面56的截面轮廓为圆弧的形式。凹进张紧表面56的半径可以选择为使得辊54能够装配在凹进张紧表面56内。可平移单元52的凹进张紧表面56包括远侧张紧压力开口58。当辊54放置在凹进张紧表面56内时，当加压流体经由压力入口36被迫进入到可平移单元52中时，经由远侧张紧压力开口58流出的流体可以在辊54和凹进张紧表面56之间形成流体垫。流体垫可以用于在凹进张紧表面56内支撑辊54，同时避免辊54和凹进张紧表面56之间的直接物理接触和可能的摩擦。

由从压力入口36经由内部通道流入并通过位于凹进张紧表面56上的远侧张紧压力开口58流出的流体压力施加到可平移单元52上的向外的力可以使辊54推靠卷材12。辊54对卷材12的推靠可以与卷材12的张力平衡。辊54和凹进张紧表面56之间的流体垫可以实现辊54的非接触支撑。因此，当卷材12例如沿卷材运动箭头13所示的方向从输入辊16移动到输出辊18时，辊54可以在不接触可平移单元52的情况下滚动。因此，将辊54推动到卷材12中可以控制卷材12的张力，其中只有对抗卷材12的运动的摩擦力是由于流体的粘性。

例如，如果由于对卷材12的干扰(例如，如由加工步骤导致的)而使卷材12的张力减小，则卷材12在朝向壳体单元30的方向上施加到辊54上的力可能减小，从而使得凹进张紧表面56和辊54之间的流体垫中的流体压力同时减小。由此，施加在可平移单元52上的向内的力也减小。因此，由腔31内在可平移单元52与壳体单元30之间的间隙中的流体压力施加的力可以向外推动可平移单元52，从而增加可平移单元52的近侧面64与壳体单元30的底板30b之间的间隙。因此，辊54可以向外推动卷材12，从而增加卷材12的张力。向外推动可以持续到由增加的卷材张力施加在辊54上的向内的力与由流体压力施加在辊54和可平移单元52上的向外的力平衡。

类似地，如果由于卷材12的干扰而使卷材12中的张力增加，则卷材12施加在辊54上的向内的力可能增加，从而使得凹进张紧表面56和辊54之间的流体垫中的流体压力瞬时增加。因此，施加在可平移单元52上的向内的力可能增加。增加的向内的力可以将可平移单元52向内推动到壳体单元30中，使得卷材12的张力减小。可平移单元52的向内推动可以持续到由卷材12中的张力施加的向内的力减小到由流体压力施加在可平移单元52和辊54上的向外的力平衡的量值。

因此，卷材张紧装置50可以用于保持卷材12中的张力大致恒定。

在其他实例中，侧面60、近侧面64或两者可以没有压力开口并且可以是流体流不可渗透的。在这种情况下，壳体单元30可以包括可连接到压力源24的压力入口。例如，侧壁30a、底板30b或两者的向内的表面可以包括压力开口。因此，经由位于底板30b或侧壁30a中的压力开口流出的流体可以提供流体压力以迫使可平移单元52从腔31向外。在其他实例中，压力开口可以存在于近侧面64和底板30b两者上、存在于侧面60和侧壁30a两者上，或者存在于表面的其他组合上。然而，在所有这些实例中，凹进张紧表面56包括远侧张紧压力开口58。压力开口在任何表面上的布置可以不同于所示的布置。

在一些构造中，壳体单元30、可平移单元52和辊54中的两者或更多者的长度可以彼此不同。可平移单元52的长度可以比卷材12的宽度长或短。在一些构造中，单个可平移单元52可以由两个或更多个壳体单元30支撑，或者单个壳体单元30可以支撑两个或更多个可平移单元52。也可以使用其他构造。

本文公开了不同的实施方式。某些实施方式的特征可以与其他实施方式的特征组合；因此，某些实施方式可以是多个实施方式的特征的组合。为了说明和描述的目的而呈现了本发明的实施方式的上述描述。这些实施方式并非旨在是穷举的，也不是要将本发明限制为所公开的精确形式。本领域技术人员应理解，根据上述教导，许多修改、变型、替换、改变和等效物是可能的。因此，应理解，所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真实精神内的所有这样的修改和改变。