CN1004751B - 用板材制造产品之设备的受力监控器 - Google Patents

Abstract

一个与板材成型机械一起使用的受力监视器，用来判断板材在其成型过程中受力大小是否合适。施力机件是一个凸轮。与施力机件相适配的是应变仪，且接成一电桥，其输出电压指明所受的力，被送到微处理机，同时向微处理机有选择地馈入适当的标记，这种标记包括表示故障的强力及弱力。微处理机包括一个用来贮存故障的存储器，它除了指出各故障发生的时刻外，当判断到故障过多时，还会将与其相连的机器关闭。数据既可以供显示，也可用打印机永久记录下来。

Description

用板材制造产品之设备的受力监控器

本发明涉及一种用板材制造产品的设备，特别涉及一种监控上述设备施加的力，并进而获得成型合格产品的监控系统。

特别是，业已发现人们通过监控板材成型所需要的力，可以确定板材的正确成型，尤其是在金属板材有弯曲或折叠的情况下。本发明特别适用罐头制造工业，在那里，有大量的折叠操作，比如为接收端面工件而将罐体折边，在端面工件和罐头体之间形成两接口，以及类似的折叠操作。

虽然本发明特别适于与成型凸轮一起使用，这种凸轮既可以是可转动的，也可以是静止的，但本发明也可用于其它的成型装置，其中它有一个施力机件，此机件在产品成型加工时处于应力作用之下。

为了简明起见，我们结合双咬边罐头成型封合机器来介绍发明。

典型的双咬边机器已公开在詹茨（Jantze）等人的于1969年9月9日批准的专利号为3，465，703的美国专利中。在本发明的一个典型应用中，对詹茨等人专利中的凸轮26作了修改，从而改善了其机器性能。

按照已知先有技术，如上面引证的詹茨等人的专利，当罐头封闭时，罐头必须进行两次咬边，并要分别检查其密封度。这是一个耗费工时的操作，因此充其量也只能对有限数目的罐头进行验收检查。

现在我们推荐一个使用本发明的例子：提供第二个凸轮咬边操作轨道，此凸轮带有传感器，此传感器指示在第二咬边操作所施加的负荷或力，反过来它又可直接指示双咬边的密封度。

将凸轮轨道所带的传感器与一个监视系统结合，监视系统就可指示什么时候被加上了一个强力或弱力。监视系统包括一个打印机，当存在强力或弱力时，打印机可将其打印出来，从而可以识别发生了故障的机器的部件。此外，监视系统还可以包括一个故障贮存器，它可用来认别机器不可承受数目的故障。故障存贮器可以认为是根据百分比来表示过多故障的，例如是否超过千分之一;或者指示出何时在某个机器部位连续出现了咬边故障达到了预定数目，并且将判明故障部位，以便让操作者采取适当的步骤。

虽然施力机件，例如凸轮，是具有很笨重的结构，但施力机件在其选定的部分可以是薄弱的，以便可以根据在其上面施加的负荷产生变形。例如，在一个双咬边机器中，第二操作轨道的凸轮凸角可以与凸轮的其余部分分离，使它可以根据由用于单独的滚压操作的凸轮顶杆所加的负载变形。

根据以上和此后出现其它的目的，可以通过参阅下面详细的叙述，附带的权利要求，以及表示在附图中的几张视图，对本发明的特点将会理解得更清楚。

图1为双咬边机器的咬边凸轮的平面图。

图2为沿图1中的线2-2取下来的放大的局部垂直剖视图，它显示了凸轮中间体的专门的横截面即第二轨道凸角端面图。

图3是沿图2的线3-3的局部水平剖视图，它显示了沿第二操作轨道凸角的横截面及相对于它的传感器的位置。

图4从图2箭头4方向的凸轮内部的放大的局部仰视图，更详细地显示了传感器的安装方法。

图5是包括微处理机在内的监视系统的线路框图。

图6是显示在不同条件下第二操作轨道的关于上述力的曲线。

应清楚的是，一个典型的罐头封闭机或双咬边器，如在詹茨等人的专利№3，465，703中所公开的那样，应有一个主轴及具有塔形。给这样一个机器提供八个位置，位置数是可以变的，但这并不是本发明的一部分。每个位置都有一个基座，在它上面安放一个罐头和一个内夹具，该内夹具咬合将加到罐头体上去的端面件。

在双咬边成型的过程中，有两次操作，第一次操作是由第一操作滚筒做出的，第二次操作是与第一次操作分开的由第二操作滚筒做出的。上述滚筒安装成可转动，并且装在枢轴上使之可以相对于一个装配好的端面件和罐体在内部可以径向运动，以便完成端面件外部周围部分的折叠及罐体咬合卷边。每个咬合滚筒的支托装有一个凸轮顶杆。每个用于第一次操作滚筒的凸轮顶杆咬入凸轮上第一轨道，每个用于第二操作滚筒的凸轮顶杆咬入凸轮上的第二操作轨道。

以上对本发明的应用例子中的总的结构原理做了简要的介绍，现在再对附图做一番说明。

图1示出了一个典型的双咬边成型装置或者一个罐头封装机凸轮，上述凸轮在图中用数字10表示，它与前述专利号为№3，465，703的美国专利中的凸轮26是相一致的。

凸轮10在图2示出得最明白，它有一个在上部的第一操作轨道12和一个下部的第二操作轨道14，第一个操作轨道12有一个径向朝外突出的凸角16，而第二个操作轨道14则有一个径向突出的凸角18。由于在实施例中介绍的本发明涉及对成型后的双咬合的密封度的监视，所以本发明仅涉及在第二操作轨道14区域，特别是在18的同心部分20（图3）区域对凸轮10做的修改。

如图2-4清楚地所示，本发明的凸轮10中配有一个锯槽22，最好在凸轮10的径向内表面24形成一对凹槽或切口26、28，经机加工的凹槽已安装到应变仪R1的内壁表面，应变仪R1则在凸轮的圆周方向上被延长。在经机加工的凹槽26的内表面安装了一个应变仪R2该应变仪R2在轴形变方向上被伸长，并且如图4所示，将它放在与应变仪R1径向对准的方向的位置上。

一对相似的应变仪R3和R4安装到经机加工的凹槽28的内表面。应变仪R3一般相当于应变仪R2，它是轴向延伸的，而应变仪R4则相当于应变仪R1，它是在圆周方向延伸的。

现在应该指出，应变仪R1和R4会由于第二操作轨道14的高同心部分20的偏离而变形。应变仪R2、R3也由于上述高同心部分20的偏离而部分变形。然而，上述应变仪也会受到由于温度变化而使高同心部分20变形的影响。利用以后将要介绍到一种电桥，上述应变仪R2、R3也将把由温度形成的变形平衡掉。应变仪R2、R3也将反映由于由凸轮顶杆的加在它上面的力而引起高同心部分的偏离。

应变仪R1至R4通常是一种金属薄片应变仪，并将它们放置在如图5的左边所示的有源电桥电路中。电桥两对角加上电源（用数字30表示），电桥32的另外两对角连接在一起，通过线34将电桥的输出电压送至放大器36。放大器36的输出通过线38送至模数变换器40，它是微处理机中的一部分，微处理机在图中以数字45表示。微处理机45包括一个CPU（中央处理单元）44，模数变换器40通过线42与其相连。

微处理机45包括多个其它部件，其中包括一个时钟发生器46，它通过线48与CPU44相连;包括一个并行输出端50，它通过线52与CPU44相连;包括一个串行输入端54，它通过线56与CPU44相连;包括一个串行输出端58，它通过线60与CPU44相连;包括一个数模变换器62，它通过线64与CPU44相连;以及包括通过线68与CPU44相连的并行输入端66。CPU44有一个包括故障位置贮存器的存储器，在图中专门用数字70表示上述贮存器。

除了由放大器36进入微处理机45的输入端，还有许多其它的输入端。如有一个编码器组件72，它包括一个圆盘74，通过适当的传动装置78将此圆盘与一个辅助机器的主传动轴76相连接。

圆盘74的外圆周开有相邻的数目适当的两组切口80、82，它们在圆周上相互稍微偏离，圆盘74的内侧也有一个切口84。

编码组件72为每组切口装有一光发送机接收机对。其中的光发送机和接收机对86用于切口组80，它的接收机通过线88与并行输入端口66相连。类似的一发送机接收机对与切口82相关联，它的接收机则通过线92与CPU44相连接。最后，一光发射机接收机对94与单切口84相关联，它的接收机通过线96与CPU44相连。

当轴76每旋转一周，切口80和82一般分别向并行输入端66和CPU44发送1200至2400个脉冲。另一方面，机器每旋转一周，光发送机接收机对只向CPU44送去一个脉冲。

我们可以理解的是：通过线88和线92的脉冲速率是相同的，但是相位差90度。利用这个关系可以确定与微处理机45相联合的机器的转动方向。

如果上述机器有8个位置时，则每个位置将有n/8个脉冲。在每个位置，有一个与其双咬边的端面件的罐头在每一次双咬边二次操作期间旋转1.1周，并且在这期间通常包括100个脉冲，这样使得监视系统实际上可在二次操作双变边一次对咬合密封度“观看”100遍。

通过由线100而连接串行输入54的触键板98，可将其它输入直接送入微处理机45。

触键板98通过线104与强力限制器102相连，通过108与弱力限制器106相连。通过这种方式将力的强弱限制装定到微处理机45中。

通过线112将故障率限制器110与触键板98相连，人工装定可允许的故障百分数或者不关机器装定可能连续发生的故障数。

通过线116将机器规格114与触键板98相连，与监视器相连的机器的操作规格通过上述机器规格114进行装定。

可以理解到，当故障超过规定时，机器就将关闭。对此还将作更详细的明显。为了使监视器可以复位，还有一个通过线102与触键板98相连的故障复位。

如象要在下面介绍的那样，监视器也包括一个打印机。为了通过触键板98指令打印机测试，有一个通过线124与触键板98相连的打印测试122。可以看到，有一个通过线126与串行输出58相连的字母数字显示128，它可用于分别显示进入微处理机的各种输入。字母数字显示128由线130与显示器132相连，它可以进行多种项目（例如力、故障、强力故障限制、弱力故障限制、抵制和加工）的独立显示。

通过经由线136与CPU44相连的电源开关134向微处理机供电。线136中的灯泡138则用来指示微处理机45是否与电源接通。

微处理机45通过并行输出端50有多个输出。首先，当故障过多时，经由线142与并行输出端50相连的超故盘率关机装置140将机器关闭。

为了将在一特定位置特定时刻所含有的力显示给观察者，通过线144将一个强力限制灯146连接到并行输出端50。类似地，通过线150将一个弱力限制灯148连接到并行输出端50。灯146和148以红色为好。

还有一个通行灯152通过线154与并行输出端50相连，此灯用以指示所观察的力是否在设定的限制内。灯152以绿色为好。

观察装置156通过线158与数模变换器62相连。此观察装置156用来观察被监视的变形。至于观察装置则用任一种都可以，例如用示波器、录音机或电压表。

最后，还有一个通过线162与串行输出58相连的打印机160。当它动作时，就打印出具体的机器工作状况，如受监视的位置、力、故障等。直接与打印机160有关的是打印机测试按钮164，它通过线166与打印机160相连。

我们还可以看到，利用与触键板98相关联的打印测试按钮122也可以要求打印机进行操作。

如前所述，通过触键板98可以把故障率限制设定到微处理机中去。当机器的每个位置通过第二操作凸轮轨14的高同心部分的时候，那同心部分的变形在100个左右脉冲的每个脉冲出现的时候被应变仪R1-R4监视到。上述脉冲是在进行二次操作双咬边成型这步时发出的。可以想得到，通过故障率限制器110可以给CPU44的存储器设定经选择的故障率限制。

例如，CPU44可以在其程序中设定预定的故障百分数，比如说0.1%。另一方面，CPU44可以设定预定的连续故障数，比如说20个。于是，当在任何一个机器位置上的故障率超过设定值，则“过故障率机器关闭”140将动作，并把机器关闭。此“过故障率机器关闭”140在其输出端有寄存器，以便使其作用一直维持到被复位时为止。这由按动故障复位钮118完成。

当第二操作凸轮轨道14的形变部分在应变仪R1-R4正在被监视的时候，如果被监视到的形变或力是在设定的限制范围之内，则绿色的通行灯152将发光。另一方面，如果被监视的力大了或小了，则强力限制灯146或弱力限制灯148就发光。

在监视二次操作双咬边过程中一旦监视到力大于或小于预置的限制值，则CPU44会通过串行输出端58将向打印机160送去一个信号。打印机160通常指示机器号、时间和数据，位置以及超过或低于限制的力的数值。如果咬边操作是在设定的限制内，除非有一个“打印机测试”在动作，否则就不会有打印输出。

可以认为，通常总是将监视系统安装在合适的机壳内（未示出），在机壳内还装有各种指示灯和显示器，以及触键开关板98及有关的输出端口。这样，操作者可直接使用所提供的全部信息。

现在对图6作一介绍。在图6中示出了各种典型的情况。图6a中所示的是典型的合格双咬合及其相应的监视到的力的曲线（在两个设定的力限制值内）。此时打印机160并不把力曲线打印出来。

图6b所示的是一种松咬合的情况，可以看到力曲线是低于设定的弱限制力。发生这种情形时，将打印出如下字样：

机器号4

位置号 高载 低载 时间 数据

6 275 03∶32 10/07/84

图6c则反映了当力曲线在设定的上限值时，产生了过紧咬合的情形。对这种紧咬合，通常打印出如下字样：

机器号4

位置号 高载 低载 时间 数据

6 865 10∶14 10/07/84

当双咬合的一部分为松咬合，而另一部分为紧咬合时，则打印输出既反映强力也反映弱力。另一方面，如果要求即使当强力低于弱力标准，或者当弱力高于强力标准时，打印输出对强力和弱力两者都包括的话，则可以设定微处理机45使其提供这种双重打印输出。

图6d是当封罐机压头碎裂时的情形，此时在力曲线上有一个由于这种碎裂压头造成的下陷口。

图6e则是当封罐机压头金属有垢积时的情况，结果在力曲线形成如图所示的形状。

可以想到的是，在监视器刚装上时，力曲线可能严重变形，所以可能需要进行调整以获得正确的曲线形状。把观察器156当作示波器使用，可以用来对微处理机进行调整。

不难理解，由模数变换器40送给CPU44的值将被一个乘因子修正，它是编码器位置的函数。这样一来，CPU44中的在这些值与预置限值比较以前的值，将真实地代表了所外加的力。

虽然只对本发明的一个最佳实施例作了专门讲解，但是，在不违反本发明权利要求所规定的精神和范围内，可以对上述监视器作细致的改变。

Claims (15)

1、一个产品成型的设备，它包括一个把力施加到成型器具上的施力装置，以及一个与上述施力装置关联的，用来监视产品成型所施加的力的监视装置;上述监视装置包括具有一个在加力期间应变时可变型部件的上述施力装置，以及包括附在上述可变形部件上的应变仪，其特征在于上述监视装置包括与该应变仪装置相连的、用以确定由上述施力装置以施加强力或弱力的形式表现故障的装置，用于指示故障性质的强力指示器和弱力指示器，还包括用于贮存正常的或误操作的贮存装置，以及包括当正常的或误操作的关系超出预定值时能给出一个故障信号的装置。

2、根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述提供故障信号的装置包括将故障表示为总操作步骤的百分数的装置。

3、根据权利要求2所述的设备，其特征在于上述成型设备包括多个采用上述施力装置的位置，上述监视装置根据上述位置的工作情况产生多个输入脉冲，并且上述贮存装置响应于所说的脉冲，用于对上述每个位置分开存贮故障和正常操作数据。

4、根据权利要求3所述的设备，其特征在于工作位置是可旋转的，并且每一转监视装置都产生第一和第二重叠输入时间脉冲，用于指明旋转方向。

5、根据权利要求1所述的设备，其特征在于有一个故障贮存器和一个指示存在预定的连续故障的信号产生装置。

6、根据权利要求3所述的设备，其特征在于上述故障贮存器和信号产生装置包括用于指示在任一上述位置存在预定的连续故障数的指示装置。

7、根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述的用来供给故障信号的装置与用来指示故障性质的两个单独的强力指示器和弱力指示器相连接。

8、根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述的应变仪装置包括两组应变仪，每组包括两个应变仪，一个放在圆周形变方向上，另一个放在轴形变方向上。

9、根据权利要求8所述的设备，其特征在于两套上述应变仪的放置使其对施加的正常力做出响应，并且所有上述应变仪桥式联接。

10、根据权利要求9所述的设备，其特征在于所述的电桥有一个与微计算机的模数变换器相连的输出。

11、根据权利要求1所述的设备，其特征在于上述施力装置是一个凸轮。

12、根据权利要求11所述的设备，其特征在于上述两组应变仪沿上述凸轮运动方向间隔放置。

13、根据权利要求11所述的设备，其特征在于上述凸轮有一个咬合同心部分，上述两组应变仪沿上述咬合同心部分间隔放置。

14、根据权利要求13所述的设备，其特征在于上述凸轮的咬合同心部分是环状的，它有一个内表面，上述内表面有一个径向向外的背面，就地减小上述咬合同心部分的壁厚，而上述应变仪放到内表面中其壁厚减少的部分。

15、根据权利要求14所述的设备，其特征在于所述的设备是一个把端面件加到罐体的双咬合成型机械装置。

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