具有真空气室和适配的空气疏松器的页翻转设备 【技术领域】
本发明总体上涉及一种与书本扫描或数字化系统一起使用的页翻转设备，尤其涉及一种采用真空气室和其上的皱褶面的页分离机构。
背景技术
本发明关于具有皱褶面的真空气室的应用，所述真空气室作为在打开的书扫描仪中的页分离和翻转的辅助装置。其中本申请发现特殊用途的类型的扫描仪例如在美国专利6,056,258、5,640,252、和5,359,207中进行了描述，所披露的全部内容结合于此作为参考。
至今，许多专利已经披露了将单张纸从纸叠中移位并获取和移动这样的纸张的设备和方法。这些专利的相关部分可简要概括如下：
2001年7月24日授予泰勒等人的美国专利6,264,188披露了具有适配的空气疏松器地纸张进给设备。该美国专利所披露的内容结合于此作为参考。所述设备包括用于保持一叠纸的纸张托盘、用于在纸叠边缘吹空气并将上部纸张从纸叠向上移位的疏松器、位于纸叠之上且用于获取已移位的上部纸张并随后将其传输到第二位置的空气室。纸张疏松器能调整纸叠中各个纸张之间的气流，且包括支撑结构和可枢转地安装在支撑结构中的板。所述板具有与纸张接触的文丘里管板部和调节板部，所述调节板部中具有允许空气通过的孔口，并具有在纸张接触空气室移动同时枢轴转动板时限制气流的截面区域。
在书本扫描的过程中，将被扫描或复制的数字图像典型地通过使处于打开状态的书本数字化或成像而获取。可以理解，虽然在书本扫描过程中各种问题是已知的(例如页平整度/焦深、页翻转、书脊处理等)，本发明关于用于自动翻转打开的书本中的页的改进的设备和方法。虽然页张处理系统和真空源的使用在高速静电印刷应用中是已知的(例如，美国专利6,264,188)，本发明关于使用相似技术来确保打开书本中的页的可靠移动，其中制成页的材料的质量和类型从书本到书本，甚至从页到页，改变相当大。页张处理系统必须无瑕疵地操作，以实质上消除损坏页的风险，且使由于误传送或多传送而造成的机器停机次数最小。在单独的页从剩余页的最初分离中出现数量最多的问题。在申请人的共同未决临时申请No.60/409,399中进一步描述和示出了将被用于翻转书本的页的设备所克服的问题，其中所述设备适于大范围的书本尺寸、形状、装订、和其纸张性能，其所披露的内容结合于此作为参考。
因此，本发明的一个目的是提供一种书本页翻转设备，所述设备能依附到书本的每个页并顺序翻转每个页，而不考虑制成这样的书本页的材料的相对质量和类型。
本发明的另一目的是提供一种书本页翻转设备，所述设备能附在书本的每个页上并顺序翻转每个页，而不考虑书本尺寸、形状、和装订结构。
本发明的再一目的是提供一种书本页翻转设备，所述设备能从所选的第一页开始到所选的最终页结束，附在书本的每个页上并顺序翻转每个页，而不会由于页误传送或多传送而造成中断。
本发明的又一目的是提供一种书本页翻转设备，所述设备能附在书本的每个页上并顺序翻转每个页，而不会损坏书本。
【发明内容】
根据本发明，提供了一种用于翻转书本中页叠的至少顶页的页翻转设备，其中所述页沿其边缘被装订，所述页翻转设备包括：用于保持所述书本的装置；以及空气室(air plenum)，其位于所述页的之上，用于在将真空施加给所述空气室时拾取所述顶页；以及用于在第一页位置和第二页位置之间移动所述空气室以便翻转所述顶页的装置。本发明还可包括用于吹动所述书本的各个页之间的空气的纸张疏松器、和包括限定在其中的允许空气通过的孔口的调节板部，所述孔口具有在所述顶页接触所述空气室移动时限制气流的截面区域。
根据本发明，还提供了一种用于翻转书本中的页叠的至少顶页的页翻转设备，其中页沿其边缘被装订，所述页翻转设备包括：用于保持所述书本的装置；纸张疏松器，用于吹动书本的各个页之间的空气，以有助于页的分离；以及空气室，其位于所述书本顶页的之上，用于在将真空施加到所述空气室时拾取所述页，所述空气室还包括用于调节所述各个页之间的气流的装置；用于接触所述顶页的至少一部分的皱褶面，其中所述皱褶面包括各种尺寸的肋的组合，以减少所述顶页和随后页的表面之间的结合力，从而分离页；以及柔性密封，其绕所述空气室的周边设置，其中所述柔性密封的轮廓构造为在所述顶页逐渐起皱时其接合所述顶页。
根据本发明，还提供了一种用于自动翻转打开的书本中的顶页的方法，包括以下步骤：支撑处于打开位置的所述书本；将空气室移动接近所述书本的顶页；将真空施加给所述空气室，以便使至少所述顶页吸引到所述空气室；将所述空气室从接近所述顶页的第一位置移动到朝着相对页的第二位置；以及释放施加到所述空气室的所述真空，以便使所述顶页下降到所述相对页顶部的位置上，从而翻转所述顶页。
本发明中描述的设备和方法是有利的，因为它们能适合大范围的书本，其中希望逐一地观看或记录书本中的页的图像。具体而言，本发明的设备能可靠地分离和翻转书本的页，且在书本被设备保持和处理时，能适应书本之间的大的几何改变。作为本发明的结果，大体积的书的贮藏室将具有有助于记录、存档、和分发包含在容纳在这样的图书馆中这样的书本内的信息。
【附图说明】
下面参考附图描述本发明，其中相同标号表示相同元件，其中：
图1是适合作为本发明的实施例的页翻转系统的立体图；
图2是根据图1所示实施例的纸张疏松器和真空气室的侧视图；
图3是根据图1和图2所示实施例的真空气室的顶部的立体图；
图4是描述使用本发明的设备翻转书本的页的本发明的方法的流程图。
下面将结合优选实施例描述本发明。然而，可以理解，不是为了将本发明限制于所描述的实施例。相反，目的在于覆盖包含由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有替换、修改、和等同物。
【具体实施方式】
为了总体上理解本发明，对附图进行参考。在附图中，相同的参考标号始终表示相同元件。
作为总体说明，图1示出包括本发明特点的页翻转装置20的实施例的立体图。从下面说明变得显然的是，本发明同样很好地适用于各种页翻转系统中，且不必局限于其应用于本文中所示的特定系统。如图1中所示，在印刷系统工作期间，书本30位于通常为V形的支撑件上，所述支撑件用参考标号32表示。在一个实施例中，页翻转装置可与适于在页翻转后捕捉页的图像的数码相机或数字装置(未示出)结合。这样的系统还可包括页照明灯、光学器件、扫描驱动器、和扫描阵列、或其它数字或模拟图像记录装置。这样的系统在申请人的临时专利申请U.S.S.N.60/409,399中得到了详细描述，其所披露的内容结合于此作为参考。
可以理解，连续执行沿箭头38所示方向翻转书本的顶页，以便允许捕捉每个页的图像。而且，由于在这样的书中遇到的变化很大的页的类型和条件(例如，扫描图书馆收藏中的大部分书)，页翻转系统20必须不仅能可靠地处理这样的页，而且也必须在处理页时对页没有损坏。
本发明设想了使用关节式臂杆60翻转顶页50，其中页一旦吸到真空气室64，所述臂杆就摆动。在一个实施例中，通过使用疏松器68可帮助真空气室，其中疏松器68沿书本边缘放置，且在顶页50正在吸到真空气室时，疏松器68能喷射空气，从而弄乱页边沿。一旦页被施加到空气室64的真空控制，或者由传感器(例如光学传感器、真空压力传感器等)检测到，则在箭头38所示的方向上翻转页，且真空同时减少，从而确保页未被空气室拉动或撕破。在另一实施例中，传感装置检测由于页开始从空气室松开而造成的真空损失，且将更强的真空施加到空气室，以使页保持与气室接触。
下面参考图2和图3描述页翻转系统的结构和操作的进一步的细节，尤其是本发明的真空气室64和疏松器68。参考图2和图3以及图1，示出了适配的疏松器68。适配的疏松器68具有进气口102，进气口102用于与压缩空气供给源(未示出)相连。适配的疏松器68设置为使其可喷射空气，以便沿边沿52和在将被翻转的顶页的顶面上驱动书本页之间的一些空气。喷射到页之间的空气有助于页的分离(即，使页的边沿胀起)。同时，通过页50顶部的喷射空气由于文丘里效应产生真空，以帮助朝着真空气室64拉动页50。可以相信，疏松器68的组合效果提高了页分离的速度，从而便于更快的翻转，以及确保仅进给单个页。
疏松器68包括支撑结构110、文丘里管板部116、和调节板部120。调节板部120具有允许空气朝着书本边沿52通过其中的区域124和限制气流的截面区域126。在页松散之前，文丘里管板部116是平的靠在顶页50上。在页50松散时，这样向上移位的页50升起文丘里管板部116，从而使疏松器68的调节板120绕销128和位于疏松器68的相对侧上的相应销(未示出)作枢轴转动。所述枢轴运动使调节板部120的实心截面区域126限制气流。
在所描述的实施例中，文丘里管板部116相对于支撑结构110成一定角度，使得无论此处的页高度如何，都保留在书本边沿保持气流随着页高度变化一致的间隙。这两种效果都调节了松散量，以防止过度松散，并防止页堆积在顶页50附近。这避免了页堆积在松散的页顶部的问题。这个问题在用于轻页的规则疏松器系统中更为严重；因为这可导致多进给。当通过气室64移动页50使其与文丘里管板部116不接触时，板116向下后移，直到其接触将被翻转的下一页。
再次参考图2和图3，空气室64设置在页52之上。空气室64包括空腔70，空腔70可通过与出口管72相连的真空源(未示出)抽空，从而形成压差。空气室64的真空纸接触面包括一系列的小孔74。在操作中，在真空源(未示出)的作用下，气流从空腔70流出，通过小孔74，进入空气室64的内部，然后通过出口管72流出。这样，空腔7和小孔74与空气室64的出口管72连通。
空气室64内部和这种进给器气室64的外部之间的压差朝着进给器气室64的真空纸接触面76推动或吸引顶页50。纸接触面76优选是皱褶面，包括各种尺寸的肋78的组合，用来减少页表面之间的结合力，从而分离所述真空纸接触面76上的页。
绕气室64周边设置的密封80是位于空气室和页之间的“浮动”柔性密封。密封80的优点是其适应性，其桥接空气室和顶页之间的间隙，同时不会阻止如前面描述的页的松散。密封80的轮廓构造为当页被吸引到它时适应页的非平坦条件。当顶页抵抗着气室内部上的气室肋78被弄皱时，密封80的轮廓还能绕着页。密封80优选具有充分的刚性，以便不会被拉到空气室的空腔70内。
将空气室64密封到获取的页具有附加的优点，即松散气流不会将空气供给到空气室内，且使得难以产生获取这样的页用于翻转所需要的真空。在又一实施例中，可想到，密封80相对于气室是可移动的，或是具有配合皱褶面的形状的成型密封。包括这种特性的密封允许气室将全真空压力施加给页，而只有很少的泄漏或没有泄漏，从而提升页(疏松器也帮助提升页)，直到其被吸到与气室64接触。此时，页可能开始绕气箱的固定皱摺图案起皱。为了控制气箱压力，还可能将密封80设计为提供通过它的可控的泄漏量。优选使密封的轮廓在纸张逐渐起皱时接合纸张，且如在美国专利6,264,188中所教导的，提供了适量的泄漏，以减小用于重量更轻的纸张的压力。
制造这种密封的材料优选具有与其自身和制成气室本体的材料的低的摩擦系数和高的平整度，重量轻，且具有充分的刚性，以便抵制由于周围外部环境和气室空腔之间的压差而造成的变形。在一个实施例中，这种密封由聚乙烯对苯二甲酸酯(Mylar)衬垫料制成。
再次参考图3，空气室64还包括用于检测页到空气室64的获取和密封的传感装置。在一个实施例(未示出)中，传感装置包括光学传感器，光学传感器用于检测和确认页接近气室64。在图3所描述的实施例中，传感装置包括设置在气室64内部的气流或气压或真空传感器88。传感器88可以是应变计型真空传感器、皮托管、或远程连接到压力-电流转换器的管子(未示出)。在可选实施例中，传感器88可包括检测气流速度的热线风速计。已知，气室内的气流容易与气室内的真空或压力相关联，使得气流传感器功能上与真空或压力传感器相同。显然的是，用于检测空气压力、真空、和/或流速的许多其它的传感装置也将是适配的。
在操作中，传感器88与控制器(未示出)相连，且这样的控制器还与用于通过出口管72抽空气室64的真空源(未示出)相连。控制器设计有反馈控制环路，以便调整气室64内的真空，从而防止对获取的页造成损坏，例如起皱或撕裂等。如果检测到表示获取的页损失开始的真空损失，则控制器提高真空源的设定点，从而将获取状态的页保持到气室64。
显然的是，气室64内的传感器88所示的位置仅为说明性的目的，且气室64内的很多其它位置也是合适的。在可选实施例中，传感器88设置在气室64内的空腔70内，设置为使传感器88不妨碍页的获取。例如，传感器88可接近肋78设置，在这里，传感器将不会被所获取的页接触。
根据本发明的一个实施例，当获取顶部纸张时，由于气室中的起皱肋78，将产生集中的剪切力(美国专利6,264,188中披露的P1、P2、P3)，且这些力将沿纸张厚度方向在纸张横截面上产生剪切力。结果，垂直方向(纸张厚度方向)上的剪切力将等于水平方向(沿纸张表面)上的剪切力；束厚度的中心处的剪应力将最高，且其值将与厚度成反比。由于所获取的页的束厚度较小，所以集中的剪切力将产生大的剪应力。因此，如果获取的页多于一个，则剪应力将使页在下面的页的面上滑动。如果在那些受应力的位置处页结合的强度比滑动力要弱，则页之间因而开始有间隙。除了产生剪切力外，页的弯曲也有助于在页之间出现初始的间隙。当弯曲束时，束的上部和下部经受不同类型的变形；一部分膨胀，另一部分压缩。因此，如果同时弯曲多个页，弯曲运动将有助于分离这些页。
再次参考图1，在顶页50已经被空气室64获取时，与关节式臂杆60上端相连的空气室64然后在弓形箭头38表示的弓形轨线上通过关节式臂杆60水平摆动。关节式臂杆60的下端可枢转地连接到设备20的底座61，且通过与关节式臂杆60可操作地接合的驱动装置(未示出)操作。这样的驱动装置在申请人的上述临时专利申请U.S.S.N.60/409,399中得到了详细描述。这样，顶页50被“翻转”，即传送到书本30的页的相对页叠31。当顶页50移动到与页叠31几乎连续的位置时，释放施加给空气室64的真空，从而释放最新翻转的页50，从而最新翻转的页50成为页叠31的顶页51。
图4是逐步描述使用图1-3中描述的本发明的设备翻转书本页的本发明的方法流程图。首先参考图1和图4，方法200的第一步骤210是将书本30装载并支撑在通常为V形的支撑件或支架32中。随着这样的书本30打开和被支撑，和感兴趣的第一页呈现出，在步骤220中，这样的页可被人阅读(未示出)。可选地，这样的页的图像可通过在申请人的上述临时专利申请U.S.S.N.60/409,399中描述的模拟或数字记录装置进行记录。
随后，在步骤262中，关节式臂杆60将空气室64移动到接近书本30的顶页50，如图1所示，由此定位空气室60以获取页50。参考图2，在还包括步骤261的优选实施例中，也将空气通过疏松器68的入口102供给疏松器68，从而使顶页50“松散”或向上朝空气室64移动，如前所述。接着将真空施加给空气室64，且顶页50由空气室64获取。
再次参考图1和图4，然后空气室64在步骤266中通过弓形箭头38表示的关节式臂杆60水平摆动。在此运动期间，在一个实施例中，气室64内的传感器88(参考图3)用于检测其中的真空的存在。如果这样的真空超过表示对所获取的页造成潜在损坏的第一编程设定点时，控制器减少气室64内真空的水平。如果这样的真空降低到低于表示所获取的页从气室的潜在损失的第二编程设定点，则控制器提高气室64内真空的水平，从而保持所获取的页。
当顶页50位于与页叠31几乎连续的位置时，施加给空气室64的真空在步骤268中释放，从而释放如前所述的最新翻转的页50。如路径250所示，如果书本30的页的阅读或记录没有完成，则过程继续重复步骤220和整个页翻转循环260的步骤，直到书本300的阅读或记录完成。此时，在步骤290中将书本30从支架32移去。
可以理解，为了简洁地进行说明，顺次描述图4的步骤210-290。显然的是，在某种程度上，步骤210-290中的某些在时间上可能重叠，从而优化了申请人的页翻转设备20的性能和处理能力。
还应理解，申请人的页翻转设备20另外可用于处理其它精细的片状材料，包括设置在表面上并且与这种表面一端依附或接触的至少一种片状材料。例如，本发明的页翻转设备可用于处理缝纫产品工业中的片状织物。在另一实施例中，页翻转设备可用于处理薄的金属箔片，而不会弄皱或撕裂这样的箔片。在另一实施例中，页翻转设备可用于处理薄膜样本，例如显影操作中的胶片等。
在另一实施例中，本发明的页翻转设备可适合于医疗过程。例如，在其中需要轻轻地和干净地移动皮肤或其它组织薄片的外科手术中，本发明的设备可用于提升和保持这种皮肤或组织，然后在手术结束时将其放回原处。本发明的页翻转设备的许多使用对本领域的技术人员是显然的。
因此，显然的是，根据本发明，已经提供了一种用于页翻转的方法和设备，其中可用空气疏解器分离页，且使用真空起皱的气室获取用于翻转的页。尽管结合本发明的优选实施例描述了本发明，但是显然的是，很多替换、修改、和变化对本领域的技术人员来说是显然的。因此，本发明的目的在于包含在所附权利要求的精神和宽阔的范围内的所有这样的替换、修改、和变化。