CN110035840A - 工具包组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工具包组件，其具有传感器板，用于测量工具包形成模具的温度以及在罐生产期间施加在形成模具上的力。每个传感器板可包括至少一个温度传感器和至少一个应变传感器，用于读取和传输与工具包组件的模具有关的温度和应变数据。读取和传输的数据可用于在制造罐本体的操作期间确定工具包组件的冲头的同心度。

Description

工具包组件

背景技术

本发明的组件整体上涉及罐形成工具包组件。具体地，该组件涉及数据监测系统，该数据监测系统具有监测工具包组件内的部件的能力。更具体地，本组件涉及用于放置到工具包组件中的传感器板组件，其读取和传输与内部工具包部件有关的数据。

工具包组件用于金属坯体的拉伸和变薄拉深，以形成用于两件式钢罐和铝罐的罐本体。工具包组件通常容纳固定的和/或可移动的模具元件，所述模具元件与快速循环的较软材料接合，所述快速循环的较软材料被携带并定位在撞锤(冲头)装置周围以减小材料的厚度。模具元件沿着和垂直于撞锤(冲头)的运动轴线的空间控制对于制造生产、质量和效率是必要的。本文公开的工具包组件和模具模块通过在罐制造操作期间从内部工具包部件提供数据来改善这些制造参数。

发明内容

当形成罐本体时，带有罐坯体材料的罐形成冲头进入具有重拉模具、变薄拉深模具和间隔件的工具包组件。当带有罐本体的冲头被迫通过重拉模具和每个相继的变薄拉深模具时产生侧向力。本文所公开的传感器板组件位于重拉模具上，并且每个变薄拉深模具测量并传输数据，该数据表示当带有罐本体的冲头穿过组件时施加在每个模具上的力。当冲头迫使罐材料通过形成模具时，所产生的力将施加到传感器板上，并且这些力可以通过传感器板组件测量。冲头和形成的罐离开工具包组件，并且冲头通过工具包返回而没有在其周围形成的容器。

这里公开的每个传感器板组件构造和布置成装配在工具包组件的模块内。传感器用在每个传感器板本体上，以在形成罐本体时感测施加到每个罐形成模具的应变或力。来自这些传感器的信号可以由电路处理并传输用于分析。传感器可以与工具包组件外部的数据收集点无线通信，即RFID(射频识别)，但是也可以使用有线连接。可以利用来自传感器板上已知位置处的若干传感器的各个单独力信号来计算罐形成模具上的总力。另外，各个单独传感器之间的力的差异可用于指示形成模具上的不等力。这些力信号可以被电子地处理并用于指示罐制造过程中的缺陷。

每个传感器板组件的内部部件可通过弹性密封件与环境密封。提供通路以形成用于电信号和电源线的管道，以到达工具包的外径。电子电路和天线可以位于工具包模块的外径上的腔体中。电子部件和天线可以通过使用填充腔体并封装腔体内容物的固化密封剂或类似物进行机械和化学保护。传感器板组件可包括温度测量仪器，以测量罐形成模具和模具的特定部分的温度。

传感器板本体可以包含凸起表面的阵列，用于将模具力集中在板周围的特定位置。传感器可以定位成与凸起表面相对，从而感测从罐形成模具引起的应变。

可以利用从传感器板组件的力传感器和温度传感器收集的数据，来例如监测模具磨损特性，该特性可以指示何时工具包模具和形成冲头应从工具包中移除以进行重新磨削或更换。这允许罐制造商优化模具和冲头的使用，从而延长其寿命。

从传感器板组件的力和温度传感器收集的数据可用于例如监测正在形成的材料上存在的初始润滑的缺乏或变化和/或监测流过工具包部件的冷却剂的量、温度或有效性的变化。

从传感器板组件的力和温度传感器收集的数据可以用于例如测量偏心冲头冲击并确定和预测不合规格的制罐机运动部件。

可以利用从传感器板组件的力和温度传感器收集的数据，来例如优化初始工具包模具进展设计和/或指示不合规格的原料罐材料。随着罐形成模具的温度增加，模具的直径增加。利用生产过程中模具的温度，监测系统可以改变引入工具包的冷却量，以保持一致的模具温度，从而最小化模具直径的变化。这使得罐制造商能够通过更严格的公差来使用更薄的原材料，从而降低生产成本。

这里描述的系统的优点是能够测量罐生产期间的形成模具温度和施加到模具的力，这允许监测罐形成过程的关键方面。

另一个优点是通过工具包测量偏心冲头冲击，这可以指示不合规格或超出规格的制罐机、制罐机冲头或制罐机部件。

另一个优点是在罐生产期间测量工具包模具的温度，并且控制或者改变流过工具包的冷却剂的量，这可以导致冷却剂和供应冷却剂所消耗的相关能量的节约。

通过参考附图从以下描述中，本文公开的工具包组件的示例性实施例的这些和其它优点将变得清楚。

附图说明

图1是带有传感器板的工具包组件的剖视图；

图2是特写剖视图，示出了传感器板组件与工具包间隔件组合，该工具包间隔件与工具包间隔件形成模具组合；

图3是传感器板组件的平面图；

图4是制罐机支架中的工具包组件的剖视图；

图5是传感器板组件的另一个平面图；和

图6是特写视图，示出了安装在形成模具中的传感器板组件的横截面。

具体实施方式

这里公开的工具包组件和模具模块在罐制造操作期间提供来自内部工具包部件的数据。温度和应变传感器在工具包内使用，并且与工具包组件外部的数据收集点无线通信。温度和应变数据可用于测量设备操作期间工具包模具上的总力，以测量撞锤或冲头相对于工具包模具的同心度，从而检测通过模具组的偏心冲头行程，并调整工具包中使用的冷却剂的量，以确保最佳罐本体厚度。

本文公开的工具包组件可以在罐生产期间测量工具包中包含的任何形成模具的温度。可以通过非接触或基于接触的温度测量来测量温度。可以通过监测从形成模具辐射的热分布来执行非接触温度测量。可以通过从传感器板的监测面获取直接温度读数来执行接触测量。

这里公开的工具包组件可以测量罐生产期间包含在工具包中的任何形成模具的力。可以通过测量模具保持器的监测面的偏转来执行力测量。本发明包括安装在监测面上的传感器，所述传感器感测从罐形成模具施加到监测面的力。传感器以圆形阵列施加到监测面。传感器阵列允许产生的电信号指示模具上的总力和方向力，同时在罐生产期间冲头和罐坯体被迫通过模具。

收集的温度和力数据都从工具包发送到制罐机的数据收集点。该过程包括感应地为工具包中的监测电子设备供电，以及通过嵌入工具包组件中的天线和位于制罐机上的天线无线地发送和接收收集的数据。

图1示出了代表性工具包组件10的横截面，其中传感器板组件20A-20E的示例处于执行其功能的位置。如图所示，罐形成冲头从右侧进入具有罐坯体材料的工具包。当罐原材料被迫通过重拉模具11并围绕冲头时，在重拉模具支架16内的传感板20A中产生侧向力。如图4的描述中所述地测量和处理这些力。然后，冲头和部分形成的罐可以前进到工具包内的第一变薄拉深模具12。在罐形成模具之间是冷却剂间隔件组件15A-15D。

当罐材料被迫通过变薄拉深模具12时，在嵌入间隔件模块15B内的传感器板20B上感测到力。如图2-3的描述中所述地测量和处理这些力。当制罐冲头和部分形成的罐可以通过其它罐形成模具(例如第二变薄拉深模具13和第三变薄拉深模具14)前进时，通过工具包组件完成罐形成过程。通过安装在它们各自的模具保持器15C和15D中的传感器板20C和20D监测这些形成模具的力。垫板18为待夹紧的工具包提供固定的平坦表面。在使用罐制罐机之前，向工具包组件的前边缘提供夹紧力。该夹紧力确保所有工具包部件在罐形成过程中彼此牢固地抵靠在一起并且牢固地抵靠垫板。传感器板组件20E可以与其它工具包部件一起使用，用于感测总力以及任何偏心力。罐冲头和形成的罐可以从图1中的左侧退出工具包。然后冲头通过工具包返回，而没有在其周围形成的形成容器。

图2示出了示例性工具包模块15的横截面，其安装有传感器板组件20。注意，传感器板组件20是环形的，因此图2仅示出了环的一个部分的横截面。传感器板组件的内部部件通过弹性体密封件22(外部密封件)和23(内部密封件)与环境密封。传感器板本体21装配在工具包模块15中的环形通道17内。通路25在传感器板20和工具包模块15的外径之间延伸，其形成用于电信号和电源线的导管26。外圆周腔体27位于工具包模块的外径上，并且可包含电子电路和天线28或附加天线(未示出)。电子部件29和天线28一起包括电子元件30，该电子元件可以通过使用填充腔体27并封装腔体内容物的固化密封剂34进行机械和化学保护。温度测量传感器24可以存在于传感器板组件20内，其测量罐形成模具12的温度。作为示例，温度传感器24可以是热电偶、电阻温度检测器、热敏电阻或非接触式温度传感器。当冲头迫使罐材料在图2中从左向右通过形成模具12时，产生的力将施加到传感器板20上。该力将通过传感器板组件20测量。

图3示出了传感器板组件20的背侧(即，如图1所示的板的左侧)及其组件。传感器板本体21包含凸起模具感测表面35A-35D的阵列(在传感器板的与四个应变仪相对的一侧上)，其用于将模具力集中在围绕圆周的特定位置。应变传感器31应用于应变仪激活桥32A-32D。应变仪激活桥是凸起区域，其比环形桥32A-32D之间的板厚，换句话说，桥是凸起的，并且它们之间的楔形区域是凹陷的。如所讨论的，图3中示出了四个桥，使得可以测量总力以及集中在传感器板的一个象限上的力，以便使系统能够检测偏心冲头。

应变传感器31(示出四个，尽管其它配置是可能的)感测从罐形成模具引起的应变。来自这些传感器的信号可以在驻留在天线腔体27内的电路板33或电路29之间共享的电路上处理。来自罐形成模具的总力可以利用来自传感器板上已知位置处的若干传感器31的各个单独力信号来计算。可以利用各个单独传感器31之间的力的差异来确定形成模具上的不等力。这些力信号可以被电子地处理并用于指示罐制造过程中的缺陷。

图4示出了示例性工具包组件10，其中传感器板20安装在代表性的制罐机支架40内的操作位置中。制罐机支架40是在制罐过程中将工具包组件10支撑就位的组件。工具包组件10精确地抵靠在引导件41上的支架40内并且在工具包手柄42上径向地取向。冷却剂和空气穿过制罐机支架盖43、制罐机支架盖密封件44，并进入工具包10。制罐机支架盖43和制罐机支架盖密封件44通过闩锁机构45机械地保持就位。由天线和电子器件组成的电子传感装置46安装在保持器47中，该保持器在工具包模块的圆周上机械地支撑靠近天线的传感器。安装在工具包附近的电子传感/天线装置46将功率感应地传递到安装在位于工具包组件10内的传感器板组件20内的天线28中。该功率通过其各自的天线和电子器件用作传感器板工具包组件内的电子器件的能量源。安装在工具包10附近的外部电子传感/天线装置46还用于在工具包传感器板部件和安装在工具包组件10外部的装置46中的外部天线之间传输数据。电源和数据源通过缆线48连接到外部天线。然而，如上所述，有线连接也是可能的。如果使用有线连接，则一组线材将穿过一个或多个工具包模块的通路25并穿过电子元件30和电子传感/天线装置46之间所示的无线间隙，并且从该点开始，该系统的操作与无线电源和数据接口的操作相同。

图5示出了传感器板组件20及其部件的前部。传感器板本体21包含凸起模具感测表面35A-35D的阵列，用于将模具力集中在围绕圆周的特定位置。如上所述，这些表面用于将冲头力从传感器板的前部传输到背侧，四个相应的应变仪被定位在该背侧处以测量在形成罐时模具上的力。还如所讨论的，根据需要，更多或更少的应变仪和相应的部件(例如32和35)也是可能的。还示出了温度传感器24。该元件可以通过与模具接触来感测温度，但是它也可以测量其它位置的温度。

图6是传感器板组件和相关部件的放大剖视图，其示出了已经在上面更详细地讨论过的传感器板部件。

本发明的传感器板组件中使用的力或应变传感器和温度传感器可以具有各种配置。例如，可以将四个应变仪应用于应变仪安装座。应变仪可以单独安装并有线连接到控制板或集成到单个柔性电路中并安装到应变仪安装座上。RFID控制电路可以集成到柔性电路中，其中引线延伸到工具包模块的外部周边上的天线，或者RFID装置和天线可以是环氧树脂进入模块周边的单个单元，其中引线延伸到应变仪中。RFID系统可以例如从与接收/发送天线相距大约1/8”到大约2.5”的距离操作，但是其它距离也是可能的。安装在制罐机支架盖43中的天线可以在一个和六个单独的能够使用RFID的形成模具/保持器/模块之间读取。安装在制罐机支架盖中的天线可以电气和机械地布线(例如在六到十英尺之间)到控制系统，然后该控制系统可以通过以太网IP或其它通信系统输出信息。

RFID系统优选地包括每个模具模块的RFID装置或天线以及在制罐机支架盖中的接收RFID天线。每个RFID单元优选地包括一些用于数据存储的存储器，并且每个RFID单元优选地在没有电池的情况下操作。温度读数可以大约每三到五秒读取一次，尽管可能有不同的间隔。应变仪读数可通过四象限读数和每个应变仪的单独读数之和来提供模具上的总压力。各个单独读数可用于提供关于相对于工具包的冲头对准或重新对准的信息。

由于本文描述和示出的工具包组件实施例可以进行许多改变，因此上面的描述和附图应该被解释为说明性的而不是限制性的。

Claims (24)

1.一种用于容器本体的高循环制造的工具包组件的模块，其包括：

a.大致圆柱形的模块本体，所述模块本体具有：贯穿的孔，所述孔用于往复式罐形成冲头；外周壁，所述外周壁中具有腔体；前表面，所述前表面中具有环形通道；和通路，所述通路在所述环形通道和所述外周壁中的所述腔体之间延伸；

b.传感器板组件，所述传感器板组件包括板本体和至少一个传感器以及至少一个凸起表面，所述板本体构造成放置在所述模块本体的所述前表面的所述环形通道中；以及

c.电子元件，所述电子元件用于放置到所述模块本体的所述外周壁的所述腔体中，所述电子元件与所述传感器板组件连通。

2.根据权利要求1所述的用于工具包组件的模块，其中所述至少一个传感器是温度传感器。

3.根据权利要求2所述的用于工具包组件的模块，其中所述模块还包括至少一个应变传感器。

4.根据权利要求3所述的用于工具包组件的模块，其中所述传感器板包括多个凸起表面，所述多个凸起表面对应于所述应变传感器并且构造成将力传递到所述应变传感器。

5.根据权利要求2所述的用于工具包组件的模块，其中所述至少一个温度传感器和至少一个应变传感器通过所述模块中的所述通路与所述模块的所述外周壁的所述腔体中的所述电子元件电连通。

6.根据权利要求1所述的用于工具包组件的模块，其中所述电子元件能够构造成与外部数据收集点无线通信。

7.根据权利要求6所述的用于工具包组件的模块，其中所述数据收集点位于工具包支架的盖子中。

8.根据权利要求5所述的用于工具包组件的模块，其中所述电子元件利用固化密封剂密封在所述外腔体中。

9.一种用于工具包组件的传感器板组件，其包括：

传感器板本体；

传感器板本体上的多个应变传感器，所述应变传感器构造成测量所述传感器板本体上的力；和

电气接口，所述电气接口构造成提供输出信号。

10.根据权利要求9所述的传感器板组件，其中所述输出信号是来自所述多个应变传感器的求和信号，表示传感器板上的总力。

11.根据权利要求9所述的传感器板组件，其中所述输出信号包括可用于检测偏心冲头行程的各个单独应变信号。

12.根据权利要求9所述的传感器板组件，其中所述组件还包括温度传感器，所述温度传感器定位成测量罐形成模具的温度。

13.根据权利要求12所述的传感器板组件，其中所述输出信号是来自所述多个应变传感器的求和信号，表示传感器板上的总力，并且所述输出信号还包括温度信号。

14.根据权利要求9所述的传感器板组件，其中所述传感器板本体是大致环形的，并且所述多个应变传感器围绕本体大致等间距地间隔开。

15.根据权利要求13所述的传感器板组件，其中所述传感器板本体是大致环形的，并且所述多个应变传感器围绕本体大致等间距地间隔开。

16.根据权利要求9所述的传感器板组件，其中所述电气接口包括电子元件，所述电子元件构造成接收电力和无线地传输传感器数据。

17.根据权利要求15所述的传感器板组件，其中所述电气接口包括电子元件，所述电子元件构造成接收电力和无线地传输传感器数据。

18.根据权利要求17所述的传感器板组件，其中所述电子元件还构造成从所述应变传感器生成包括总力和差力的数据，所述数据是可无线传输的。

19.根据权利要求18所述的传感器板组件，其中所述电子元件还构造成生成可无线传输的温度数据。

20.根据权利要求17所述的传感器板组件，其中所述电子元件还构造成生成可无线传输的温度数据。

21.根据权利要求19所述的传感器板组件，其中所述传感器板组件构造成定位在模具模块的环形通道中，并且其中所述应变传感器和所述温度传感器通过可定位在所述模具模块中的线材通道内的多个线材联接到所述电气接口，所述线材通道在所述模具模块的环形通道和外腔体之间提供路径。

22.根据权利要求21所述的传感器板组件，其还包括多个凸起表面，所述多个凸起表面位于所述传感器板本体上，与所述应变传感器相对，所述多个凸起表面能够将力从模具表面传递到所述传感器板本体。

23.根据权利要求20所述的传感器板组件，其中所述传感器板组件构造成定位在模具模块的环形通道中，并且其中所述应变传感器和所述温度传感器通过可定位在所述模具模块中的线材通道内的多个线材联接到所述电气接口，所述线材通道在所述模具模块的所述环形通道和所述模具模块的外腔体之间提供路径。

24.根据权利要求23所述的传感器板组件，其还包括多个凸起表面，所述多个凸起表面位于所述传感器板本体上，与所述应变传感器相对，所述多个凸起表面能够将力从模具表面传递到所述传感器板本体。