CN113934119B - 一种打印纸张的褶皱评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种打印纸张的褶皱评价方法,包括建立由于传送速度不均匀而引起的纸张起伏模型,计算纸张起伏度α;判断起伏纸张在辊隙间是否发生横向滑移,并根据纸张起伏度α判断起伏纸张在辊隙间是否会发展为褶皱:若α大于或等于第一极限值f1,纸张发生褶皱;若α小于第一极限值f1,纸张不发生褶皱。本发明提供一种打印纸张的褶皱评价方法,以解决现有技术中难以对激光打印过程中的纸张褶皱机理进行有效研究的问题,实现提供一种用于研究激光打印机打印褶皱发生过程的理论模型,为从技术上解决打印褶皱问题提供理论依据的目的。
Description
技术领域
本发明涉及激光打印领域,具体涉及一种打印纸张的褶皱评价方法。
背景技术
由于激光打印机中所用的纸张属于柔性介质,在传送过程中的典型问题有分页失败、卡纸、歪斜、卷曲、皱褶等。激光打印机打印过程中的褶皱问题是以上最严重的问题之一,具体描述是:打印出来的纸张上出现的一条或多条大体沿纸张长度方向的细条状褶皱,严重时直接影响打印副本的可读性。几乎所有品牌打印机都存在打印褶皱问题,一直是困扰各大厂商和技术人员的难题,影响打印机产品开发效率。
根据经验可知,打印褶皱现象在全新打印机的使用初期很少见,常发生在使用中、后期,且打印产生褶皱的因素非常复杂。人们对打印褶皱问题的研究甚少,在理论上,对其产生机理尚不明确;在技术上,没有***的解决方案。面对上述问题,在实际操作中往往只能通过直接更换干燥的打印纸、更换定影组件或更换打印机其他零件等方法进行缓解,费时、费力、维修成本高,且无法从根本解决问题。
综上,现有技术中在激光打印技术领域内,还没有针对打印褶皱发生过程的理论模型与实验方法,难以对激光打印过程中的纸张褶皱问题的机理进行有效研究。
发明内容
本发明提供一种打印纸张的褶皱评价方法,以解决现有技术中难以对激光打印过程中的纸张褶皱机理进行有效研究的问题,实现提供一种用于研究激光打印机打印褶皱发生过程的理论模型,为从技术上解决打印褶皱问题提供理论依据的目的。
本发明通过下述技术方案实现:
一种打印纸张的褶皱评价方法,包括:
S1、建立由于传送速度不均匀而引起的纸张起伏模型,计算纸张起伏度α;
S2、判断起伏纸张在辊隙间是否发生横向滑移,并根据纸张起伏度α判断起伏纸张在辊隙间是否会发展为褶皱:
若α大于或等于第一极限值f1,纸张发生褶皱;
若α小于第一极限值f1,纸张不发生褶皱。
针对现有技术中难以对激光打印过程中的纸张褶皱机理进行有效研究的问题,本发明提出一种打印纸张的褶皱评价方法,本案发明人对打印机的褶皱发生过程进行了大量研究,得出褶皱发生在定影过程中的结论,褶皱发生过程具体为:
a.辊隙入口附近,纸张发生起伏(即横向弯曲变形)。
b.起伏的前端(纸头)接近辊隙,起伏从纸头向纸尾逐渐扩大。
c.起伏的前端进入辊隙夹持部位,褶皱发生。
d.起伏继续进入辊隙,褶皱增大。
基于此过程,可建立由于传送速度不均匀而引起的纸张起伏模型,并计算纸张起伏度α;然后进行两部分处理:(1)判断起伏纸张在辊隙间是否发生横向滑移;(2)根据纸张起伏度α判断起伏纸张在辊隙间是否会发展为褶皱。
本发明通过建立起伏纸张进入辊隙的模型,确定出褶皱的判定参数“起伏度”,并以此为依据判断纸张最终是否发生褶皱,使得对纸张等柔性介质的输送***中褶皱余量的预先评估成为可能,为从技术上解决打印褶皱问题提供了理论依据。
其中,第一极限值f1为关于以下特征值的函数:辊的线性压力、纸张的杨氏模量、纸张的截面惯性矩、纸张的横向偏转角度、纵向偏转角度、纸张的纵向测定位置、纸张起伏高度;第一极限值的具体表达可通过任意现有数学手段取得,包括但不限于根据仿真结果拟合得出、根据实验结果求取经验值等。
进一步的,纸张起伏度α的计算方法包括:
S101、以纸张起伏的起点为原点,建立平面二维坐标系X-Y,以Y轴负向为纸张传送方向;
S102、以y=yd处作为测定位置,通过如下公式计算纸张起伏度α:
式中,yd为测定位置的纵坐标,β为纸张的纵向偏转角度,θ为纸张的横向偏转角度,Hd为测定位置的纸张起伏高度。其中纵向即是指Y轴方向,横向即是指X轴方向。
进一步的,纸张的纵向偏转角度β通过如下公式计算:
纸张的横向偏转角度θ通过如下公式计算:
式中,x1为纸张未发生起伏时的水平参考长度的1/2,λ为辊隙处纸张的纵向偏移量,ye为纸张在Y轴方向上的起伏段总长度。
进一步的,辊隙处纸张的纵向偏移量λ通过如下公式计算:λ=(v0-v1)·Δt;
式中,v0为纸张在水平参考长度内的的最大传送速度,v1为纸张在水平参考长度内的最小传送速度,Δt为传送时间。
进一步的,判断起伏纸张在辊隙间是否发生横向滑移的方法包括:
S201、计算纸张起伏变形时内部储存的应变能U1、辊隙摩擦力对纸张的作用能U2;
S202、若U1≤U2,判断起伏纸张在辊隙压力作用下未发生横向滑移;
若U1>U2,判断起伏纸张在辊隙压力作用下发生横向滑移。
纸张进入辊隙内时,在传送辊的夹持输送作用下,发生起伏变形的纸张内部会储存一定的应变能U1,还有来自辊隙摩擦力作用的能U2,比较这两个参数,可以判断出起伏纸张在辊隙压力作用下是否发生横向滑移。
进一步的,U1、U2分别通过如下公式计算:
U2=μpyd·[tanβ-tan(β-θ)];
λd=yd·[tanβ-tan(β-θ)];
式中,ye为纸张在Y轴方向上的起伏段总长度,x1为纸张未发生起伏时的水平参考长度的1/2,M为辊作用在纸张上的弯矩,E为纸张的杨氏模量,I为纸张的截面惯性矩,μ为辊与纸张之间的摩擦系数,p为辊的线性压力,β为纸张的纵向偏转角度,θ为纸张的横向偏转角度;λd为纸张的横向偏移量;yd为测定位置的纵坐标。
进一步的,还包括第二极限值f2;
若f2≤α<f1,则判定纸张在不发生褶皱的前提下,也未滑移拉伸,起伏纸张以微弹变形的状态直接通过辊隙;
若α<f2,则判定纸张在不发生褶皱的前提下,纸张在辊隙间发生横向滑移,纸张的起伏被拉伸至平坦。
本方案中第二极限值f2的判定,是在α<f1的前提下进行,即确定了不发生褶皱的前提下,对纸张通过辊隙的状态做进一步的判断和研究,为解决打印褶皱问题提供更为充分且完善的理论依据。
进一步的,所述第一极限值f1通过如下实验方法获得:
S301、以加热辊和压力辊组成传送辊对,加热辊与压力辊之间的缝隙为辊隙;
S302、利用激光照射纸张上的测定位置,使测定位置尽量靠近辊隙入口处;
S303、由打印机传动***驱动传送辊对开始工作,对纸张上的激光图案进行连续拍摄,提取帧图像,直至完成纸张传送;
S304、得到纸张从进入辊隙到完全通过辊隙整个过程中,在辊轴线方向上不同位置的起伏度随时间变化的曲线图;
S305、在所述曲线图中标定发生褶皱的区域所对应的最小起伏度,作为该传送辊对所对应的第一极限值f1。
本方案通过实验的方法评估纸张发生褶皱时的起伏度的第一极限值。
进一步的,所述曲线图通过如下方法得到:
S3041、得到纸张从进入辊隙到完全通过辊隙整个过程中,在辊轴线方向上不同位置的形状随时间变化的如下形状数据:测定位置的纸张起伏高度Hd、纸张起伏宽度Ld;
S3042、通过如下公式组将所述形状数据换算为起伏度α:
Ld=2yd·tan(β-θ);
式中,yd为测定位置的纵坐标;
S3043、绘制所述曲线图。
进一步的,所述传送辊对中,加热辊的直径从中间至两端均匀减小,便于稳定且有效的模拟传送速度的分布偏差。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
1、本发明一种打印纸张的褶皱评价方法,提出了用于研究激光打印机打印褶皱问题的理论模型,使得对纸张等柔性介质的输送***中褶皱余量的预先评估成为可能,为从技术上解决打印褶皱问题提供理论依据。
2、本发明一种打印纸张的褶皱评价方法,提出了褶皱的判定参数“起伏度”,给出了利用起伏度判定纸张褶皱的具体判断方案,填补了现有技术的空白。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明具体实施例的纸张起伏模型示意图;
图2为本发明具体实施例的实验装置示意图;
图3为本发明具体实施例中测定位置某时刻的图像数据;
图4为本发明具体实施例的曲线图;
图5为本发明具体实施例的曲线图;
附图中标记及对应的零部件名称:
1-激光扫描仪,2-摄影设备,3-纸张,4-加热辊,5-压力辊。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。在本申请的描述中,需要理解的是,术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
实施例1:
一种打印纸张的褶皱评价方法,包括:
S1、建立由于传送速度不均匀而引起的纸张起伏模型,计算纸张起伏度α:
以纸张起伏的起点为原点,建立平面二维坐标系X-Y,以Y轴负向为纸张传送方向;
以y=yd处作为测定位置,通过如下公式计算纸张起伏度α:
Ld=2yd·tan(β-θ);
λd=yd·[tanβ-tan(β-θ)];
式中,yd为测定位置的纵坐标,β为纸张的纵向偏转角度,θ为纸张的横向偏转角度,Hd为测定位置的纸张起伏高度;λd为纸张的横向偏移量;
式中,x1为纸张未发生起伏时的水平参考长度的1/2,λ为辊隙处纸张的纵向偏移量,ye为纸张在Y轴方向上的起伏段总长度;v0为纸张的最大传送速度,v1为纸张的最小传送速度,Δt为传送时间。
S2、判断起伏纸张在辊隙间是否发生横向滑移:
计算纸张起伏变形时内部储存的应变能U1、辊隙摩擦力对纸张的作用能U2;
若U1≤U2,判断起伏纸张在辊隙压力作用下未发生横向滑移;
若U1>U2,判断起伏纸张在辊隙压力作用下发生横向滑移。
式中,ye为纸张在Y轴方向上的起伏段总长度,x1为纸张未发生起伏时的水平参考长度的1/2,M为辊作用在纸张上的弯矩,E为纸张的杨氏模量,I为纸张的截面惯性矩,μ为辊与纸张之间的摩擦系数,p为辊的线性压力,β为纸张的纵向偏转角度,θ为纸张的横向偏转角度。
根据纸张起伏度α判断起伏纸张在辊隙间是否会发展为褶皱:
若α大于或等于第一极限值f1,纸张发生褶皱;
若α小于第一极限值f1,纸张不发生褶皱。
在一个或多个优选的实施方式中,还包括第二极限值f2;
若f2≤α<f1,则判定纸张在不发生褶皱的前提下,也未滑移拉伸,起伏纸张以微弹变形的状态直接通过辊隙;
若α<f2,则判定纸张在不发生褶皱的前提下,纸张在辊隙间发生横向滑移,纸张的起伏被拉伸至平坦。
实施例2:
一种打印纸张的褶皱评价方法:
(一)首先分析褶皱发生过程为:
辊隙入口附近,纸张发生起伏(即横向弯曲变形);起伏的前端(纸头)接近辊隙,起伏从纸头向纸尾逐渐扩大;起伏的前端进入辊隙夹持部位,褶皱发生;起伏继续进入辊隙,褶皱增大。
(二)根据上述褶皱发生过程,建立送速度不均匀而引起的纸张起伏模型如图1所示。
该模型中,纸张传送方向为Y轴负向。
首先假设:纸与辊之间没有发生相对滑动,纸没有发生起伏的区域保持为平面。
辊隙处纸张的纵向偏移量λ可表示为:
λ=(v0-v1)·Δt
v0为纸张的最大传送速度,v1为纸张的最小传送速度,Δt为纸张传送时间。
纸张的横向偏转角度θ和纵向偏转角度β可分别表示为:
式中,x1为纸张在X轴方向起伏宽度的1/2,λ为辊隙处纸张的纵向偏移量,ye为纸张在Y轴方向上的起伏段总长度。
在测定位置y=yd处,纸起伏部位的长度为Ld,纸张的横向偏移量为λd,
Ld=2yd·tan(β-θ)
λd=yd·[tanβ-tan(β-θ)]
由上述关系可知,如果知道辊轴线方向的速度分布,便能评估纸张的起伏度α。
式中,yd为测定位置的纵坐标,β为纸张的纵向偏转角度,θ为纸张的横向偏转角度,Hd为纸张起伏高度。
(三)起伏纸张进入辊隙的过程模型:
起伏的纸张进入辊隙时将出现三种模式:模式1,起伏的纸张在辊隙压力作用下发生局部曲折;模式2,起伏的纸张在辊隙内受到压力作用未发生曲折,而是在辊隙间发生横向滑移,纸张的起伏变形不会继续发展;模式3,起伏的纸张在辊隙内未发生曲折,也未滑移,而是以微弹变形的状态直接通过辊隙。
纸张进入辊隙内时,在传送辊的夹持输送作用下,发生起伏变形的纸张内部会储存一定的应变能U1,还有来自辊隙摩擦力作用的能U2。U1和U2可用以下公式表达:
式中,ye为纸张在Y轴方向上的起伏段总长度,x1为纸张在X轴方向起伏宽度的1/2,M为辊作用在纸张上的弯矩,E为纸张的杨氏模量,I为纸张的截面惯性矩,μ为辊与纸张之间的摩擦系数,p为辊的线性压力,β为纸张的纵向偏转角度,θ为纸张的横向偏转角度。
模式1中,起伏的纸张在辊隙压力作用下未发生滑移(U1≤U2),而是发生局部曲折。如果将纸张承受压缩负载的部位视为欧拉梁,由纸张在辊隙内受到压力负载而发生局部挫曲的条件,纸张起伏度α应大于某个极限值,这个极限值可规定为关于以下主要特性值的函数,即α≥f1(p,E,I,β,θ,Hd,yd);
模式2中,起伏的纸张在辊隙内受到压力作用未发生曲折,而是在辊隙间发生横向滑移(U1≥U2)。此时,纸张起伏度α应小于某个极限值,这个极限值可规定为关于以下主要特性值的函数,即α<f2(μ,p,yd,β,θ,E,I);
模式3中,起伏的纸张在辊隙内未发生曲折,也未滑移,而是以微弹变形的状态直接通过辊隙。此时,将起伏度α定为处于模式1和模式2对应的极限值之间的值。
综上,通过本模型,由纸张的基本物质特性(纸张与辊之间的摩擦系数μ,纸张的杨氏模量E,纸张的断面二阶矩I)以及纸张的传送速度分布,可以估算出纸张的起伏形状。而且,将起伏度α作为褶皱的判定参数,可以判断纸张的起伏是否会发展为褶皱具体判断方案见表1。
表1利用起伏度判定褶皱的方案
实施例3:
一种打印纸张的褶皱评价方法,在上述任一实施例的基础上,本实施例通过实验的方法评估纸张发生褶皱时的起伏度的第一极限值f1。
(一)实验基本参数:
本实施例为了体现速度分布偏差,直接采用长度方向上直径变化(中间直径大于两端直径且均匀变化)的加热辊进行纸张传送,便于测得辊轴线方向的速度分布情况并得到起伏的纸张。表2列出了其他实验基本参数。
表2其他实验基本参数
(二)实验装置与方法:
本实施例利用激光扫描法测出纸张在行进过程中、在测定位置沿纸张宽度(辊轴线)方向的起伏形状数据,实验装置示意如图2所示,主要由加热辊、压力辊、激光扫描器、摄影设备和传感器等组成,其中,加热辊和压力辊组成传送辊对,由打印机传动***驱动,完成纸张传送。图2中的箭头方向为纸张的前进方向,图2中的虚线代表激光扫描。
具体实验方法为:
首先,利用激光照射测定位置,并使测定位置尽量靠近辊隙入口处,同时,通过专业摄影设备、传感器等对激光图案进行连续拍摄。然后提取帧图像,如图3所示,图3为测定位置某时刻的图像数据。可见,任意时刻,纸张在其宽度方向上可有多个起伏形状。
经数据处理,可得到纸张从进入辊隙到完全通过辊隙整个过程中,在其宽度(辊轴线)方向上不同位置的形状随时间变化的数据。
然后,利用公式和Ld=2yd·tan(β-θ),将上述形状数据换算为起伏度α,从而得到纸张在行进过程中,其宽度(辊轴线)方向上不同位置的起伏度随时间变化情况。最后,结合以上起伏度数据,观察、分析打印副本褶皱情况。
如图4所示,本实施例通过实验得出了+0.3mm辊传送纸张时,纸张宽度(辊轴线)方向上不同位置的起伏度随时间变化情况。发生褶皱的区域所对应的起伏度α为8°以上,且褶皱发生大概ye-yd=160mm的区域内。而+0.15mm辊发生褶皱的区域所对应的起伏度α也为8°以上,褶皱发生在约ye-yd=130mm的区域内。
因此,本实施例中所测得的起伏度α的上限值为8°。本实验所测定的起伏度的极限值可直接应用于与表2实验条件相同的纸张传送的场景下的分析。
在其他实验条件不变的前提下,仅改变加热辊轴线方向直径差,如表3所示。重复上述实验,得出如图5所示数据,几乎纸张所有区域的起伏度都低于4°,大部分为2°,且纸张均未发生褶皱。
综上所述,利用本实验装置进行实验,可实现传送辊形状(辊中间与两端直径差)、纸张传送速度分布(辊轴向速度分布偏差)及纸张起伏形状之间关系的量化。
实验结果表明,起伏度α可作为预测褶皱是否发生的判定参数,本实验得到的起伏度α的极限值可作为经验数据直接使用。
通过纠正辊轴线方向的速度分布偏差(改变传送辊在其轴线方向的直径差)的方法可减小起伏度α,进而为从技术上规避或减缓副本褶皱问题提供理论依据。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体,意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外,在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下,可以是直接相连,也可以是经由其他部件间接相连。
Claims (8)
1.一种打印纸张的褶皱评价方法,其特征在于,包括:
S1、建立由于传送速度不均匀而引起的纸张起伏模型,计算纸张起伏度α;
S2、判断起伏纸张在辊隙间是否发生横向滑移,并根据纸张起伏度α判断起伏纸张在辊隙间是否会发展为褶皱:
若α大于或等于第一极限值f1,纸张发生褶皱;
若α小于第一极限值f1,纸张不发生褶皱;
判断起伏纸张在辊隙间是否发生横向滑移的方法包括:
S201、计算纸张起伏变形时内部储存的应变能U1、辊隙摩擦力对纸张的作用能U2;
S202、若U1≤U2,判断起伏纸张在辊隙压力作用下未发生横向滑移;
若U1>U2,判断起伏纸张在辊隙压力作用下发生横向滑移;
U1、U2分别通过如下公式计算:
U2=μpλd=μpyd·[tanβ-tan(β-θ)];
λd=yd·[tanβ-tan(β-θ)];
式中,ye为纸张在Y轴方向上的起伏段总长度,x1为纸张未发生起伏时的水平参考长度的1/2,M为辊作用在纸张上的弯矩,E为纸张的杨氏模量,I为纸张的截面惯性矩,μ为辊与纸张之间的摩擦系数,p为辊的线性压力,β为纸张的纵向偏转角度,θ为纸张的横向偏转角度;λd为纸张的横向偏移量;yd为测定位置的纵坐标。
2.根据权利要求1所述的一种打印纸张的褶皱评价方法,其特征在于,纸张起伏度α的计算方法包括:
S101、以纸张起伏的起点为原点,建立平面二维坐标系X-Y,以Y轴负向为纸张传送方向;
S102、以y=yd处作为测定位置,通过如下公式计算纸张起伏度α:
式中,yd为测定位置的纵坐标,β为纸张的纵向偏转角度,θ为纸张的横向偏转角度,Hd为测定位置的纸张起伏高度。
3.根据权利要求2所述的一种打印纸张的褶皱评价方法,其特征在于,
纸张的纵向偏转角度β通过如下公式计算:
纸张的横向偏转角度θ通过如下公式计算:
式中,x1为纸张未发生起伏时的水平参考长度的1/2,λ为辊隙处纸张的纵向偏移量,ye为纸张在Y轴方向上的起伏段总长度。
4.根据权利要求3所述的一种打印纸张的褶皱评价方法,其特征在于,辊隙处纸张的纵向偏移量λ通过如下公式计算:λ=(ν0-ν1)·Δt;
式中,ν0为纸张在水平参考长度内的最大传送速度,ν1为纸张在水平参考长度内的最小传送速度,Δt为传送时间。
5.根据权利要求1所述的一种打印纸张的褶皱评价方法,其特征在于,还包括第二极限值f2;
若f2≤α<f1,则判定纸张在不发生褶皱的前提下,也未滑移拉伸,起伏纸张以微弹变形的状态直接通过辊隙;
若α<f2,则判定纸张在不发生褶皱的前提下,纸张在辊隙间发生横向滑移,纸张的起伏被拉伸至平坦。
6.根据权利要求1所述的一种打印纸张的褶皱评价方法,其特征在于,所述第一极限值f1通过如下实验方法获得:
S301、以加热辊和压力辊组成传送辊对,加热辊与压力辊之间的缝隙为辊隙;
S302、利用激光照射纸张上的测定位置,使测定位置尽量靠近辊隙入口处;
S303、由打印机传动***驱动传送辊对开始工作,对纸张上的激光图案进行连续拍摄,提取帧图像,直至完成纸张传送;
S304、得到纸张从进入辊隙到完全通过辊隙整个过程中,在辊轴线方向上不同位置的起伏度随时间变化的曲线图;
S305、在所述曲线图中标定发生褶皱的区域所对应的最小起伏度,作为该传送辊对所对应的第一极限值f1。
7.根据权利要求6所述的一种打印纸张的褶皱评价方法,其特征在于,所述曲线图通过如下方法得到:
S3041、得到纸张从进入辊隙到完全通过辊隙整个过程中,在辊轴线方向上不同位置的形状随时间变化的如下形状数据:测定位置的纸张起伏高度Hd、纸张起伏宽度Ld;
S3042、通过如下公式将所述形状数据换算为起伏度:
Ld=2yd·tan(β-θ);
式中,yd为测定位置的纵坐标;
S3043、绘制所述曲线图。
8.根据权利要求6所述的一种打印纸张的褶皱评价方法,其特征在于,所述传送辊对中,加热辊的直径从中间至两端均匀减小。
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