CN206960023U - 伺服电子压机两级力测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及特别用于伺服电子压机两级力测量系统。第一级测力传感器提供超过1000磅的高力测量范围。第二级测力传感器用于低于1000磅的测量。当压力少于1000磅时，装置对敏感性的提升系数和对噪音的减少系数可达16(16,000磅/1,000磅)。当冲压程序超过1000磅时，力的监控会自动无缝从低范围测力传感器转到高范围测力传感器。如果所需的力少于1000磅，则只会使用低范围测力传感器检测负载，这可以大幅提升力的分辨率和精确性。

Description

伺服电子压机两级力测量系统

优先权要求

根据美国联邦法规汇编第37篇第1.76条，与本文件同时提交的申请资料表中包含了一份优先权要求。因此，本发明要求2016年3月15日提交的名为“伺服电子压机二级力测量系统”的第62/308,309号美国临时专利申请的优先权。上述申请的内容通过引用整体并入本文件。

技术领域

本发明属于测力传感器测量领域，并特别涉及拥有两级的经改良的测力传感器。

背景技术

压机在诸多行业中应用广泛。通常情况下，压机的主要功能是通过施加力来实现结果。其中的例子包括通过把一个组件压进另一个组件进行组件的组装或改变材料形状使之符合模具或模型的形状。有时，必须在一个例如从0到25,000磅力的大范围内对压力进行精确监控。本发明涉及冲压过程中的力监控，且所公开的装置同样适用于利用电动、液压和气动生力的方式来施加力的压机。

来自力传感器(如：电阻应变式测力传感器)的反馈性质上通常都是模拟式，必须转换成数字形式，以供数字计算机进行读取。电压范围通常是0-10伏，对应0磅到测力传感器最大额定力值的力。测力传感器的额定力值越高，分辨率(resolution)越低。由于此粒度的存在，在以低力范围进行冲压时，会丧失精确性。

在任何测力传感器申请中，力的分辨率和精确性与测力传感器可以测量的最大力直接挂钩。因此，极限力越低，分辨率和精确性更佳。模拟数字电路的电噪声(始终至少有几毫伏)会产生与最大测力传感器承载挂钩的表观力。此外，分辨率等于最大测力传感器力除以模拟数字电路分辨率。极限力越高，力的分辨率越差。

通过使用配合高力范围测力传感器运作的另一个低力范围测力传感器，本发明克服了这一缺点。

发明内容

本发明公开一种两级力测量系统，会使用两个测力传感器和模拟数字频道转换器。第一级(高力范围)能够调节整个压力承载范围。第二级(低力范围)限于低力，如1000磅。通过合并总数，敏感性的提升和噪声的减少可达10倍(10,000磅/1,000磅)。测量的实施对用户是透明的。当冲压程序(press cycle)超过1000磅时，力的监控会自动无缝从低范围转到高范围。如果所需的力少于1000磅，则只会使用低范围测力传感器引导冲压过程，大幅提升力的分辨率和精确性。

本发明的目的是提供测力传感器改良的低端力的精确性和可重复性。

此外，本发明的另一目的是提供一种测力传感器，可在继续精确测量高力承载的同时提供明显更好的低力准确性。

本发明还有一个目的是提供一种特别适合伺服电子压力设备的测力传感器系统。

本发明的另一个目的是提供一种透明的力监控系统，其中，当冲压程序超出低力范围时，力监控会自动无缝地从低力范围过渡到高力范围。

本发明的另一个目的是提供一种使用者在无需确定负载范围的情况下仍可采用传统冲压程序设计的测力传感器。

而本发明的另一个目的是提供一种可在低力范围大幅提升敏感性和降低噪声的测力传感器。

从下文的说明、例子和权利要求内容中，与本发明有关的其他目的、优点和利益对于本行业的技术人员都是显而易见的。

附图说明

图1是装置的说明性横截面侧视图；以及

图2是图1的部件分解图。

优选实施例的详细说明

本文公开了本发明的详细实施例，但应理解，所公开的实施例仅为发明的示例，而发明可以采用多种形式实施。因此，本文公开的具体功能和结构的细节不得理解为具有限制性，而应仅作为权利要求的基础及教导本领域技术人员采用几乎任何适当的详细结构进行本发明的不同运用的陈述基础。

伺服电子压机有数十年的使用历史。相较于气动液压的压机，伺服电子压机具有诸多优点。这些优点包括精确、灵活的速度控制、通过移动进行准确位置控制，以及在与力传感器一起使用时，可以监控压力，从而做出实时决定。本发明对伺服电子压力设备尤其有用。

比如，与10,000磅测力传感器合并使用时，1000磅额定测力传感器可以将分辨率提高10倍，从0到1000磅，远高于10,000磅测力传感器。在同一个压头中合并两个范围可以提供更高的精度，最高可达1,000磅，而不会牺牲最大承载力。如果测力传感器以串联形式配置，且压力由两个测力传感器同时检测，则监控系统可以自动无缝使用拥有最适合用于该力的范围的测力传感器。但是，如果测力传感器只是简单地背对背放置，则当受压的力超出其最大值时，低范围测力传感器会受损。通过在装置内使用一个保护装置，这一情况可予以避免，同时不牺牲串联测力传感器的便利。其具体实现方法是提供一个空转装置，把超过低范围测力传感器承载的力分流到高范围测力传感器。

图片所示的是本保护装置的一个优选实施例。通过测力传感器底座(1)在装置顶部施加力。这个力可以利用电机、液压缸或气压缸形成。通过杆导轴(9)在另一端向目标对象施加输出力。在本实施例中，10,000磅力额定值的高范围测力传感器(2)通过间隔盘(3)与低范围测力传感器(5)分离。间隔盘(3)用于向测力传感器(2)平分力。测力传感器(5)四周是一个可压缩环构件(4)，可压缩环构件比测力传感器(5)略小或略厚。这使测力传感器(5)可以受力，依据测力传感器的传统操作产生可检测的压缩。在测力传感器(5)下方是空转保护装置(7)，该装置直接推压测力传感器(5)。

连接空转保护装置的是一个螺栓(10)，栓肩有直径0.75英寸的长轴，与弹簧盖(12)耦合。弹簧盖(12)放置有一个钢模具弹簧(11)，采用直径0.5英寸弹簧杆，长约1.5英寸，中心孔约1英寸。在螺栓(10)的栓肩和钢模具弹簧(11)之间放置一个弹簧垫圈(7)。通过导轴(9)上推螺栓(10)，对模具弹簧(11)进行预紧(推压)。选用钢模具弹簧(11)，以使预紧力与低范围测力传感器的最大力相符。当施加负载并达到低范围测力传感器(最大)力(因此达到预紧力)，弹簧负载装置可以轻微压缩，允许围绕低范围测力传感器(5)的环(4)将围绕低范围测力传感器的所有额外的力导向高范围测力传感器(2)。高范围测力传感器(2)继续通过整个程序读取力的数据，而低范围测力传感器(5)只报告不超过弹簧预紧值的数据。围绕模具弹簧(11)放置一个过载弹簧(6)。导轴(9)通过一个U型座圈(8)固定到基座(15)上，用弹簧波形垫圈(13)和弹簧垫圈(14)维持导轴(9)对基座(15)的紧力。弹簧波形垫圈(13)是被构建和安排用于提供装置重量平衡的偏置元件。比如，装置的重量(包括单个元件)可能高达70磅，而这是一个可由测力传感器检测到的重量。弹簧波形垫圈(31)偏置元件提供了向上的升力，把导轴用作基座以消除会对测力传感器产生的预紧力的装置重量，从而消除对二级测力传感器的负载。在测量系统的操作过程中，二级测力传感器不会报告装置的重量，且在测力传感器不工作期间不会出现任何负载读数，而且无需进行装置重量调整即可提供重量读数。

本发明提供了一种两级力测量系统，如16,000磅承载压力，但测量系统可以调整至任何大小的压力。测量系统以一个一级测力传感器(2)(具有额定值约为16,000磅承载的第一个模拟数字频道)和一个二级测力传感器(5)(具有额定值为1,000磅承载的第二个模拟数字频道)为基础；其中，该二级测力传感器可测量0到1,000磅的负载，而该一级测力传感器可测量1,001到16,000磅的负载。

一级测力传感器(2)通过一个圆盘与二级低范围测力传感器(5)分离，该圆盘被构建和安排用于向一级测力传感器平分力。二级测力传感器(5)包括一个略小于二级测力传感器(5)的环(4)，其中，二级测力传感器(5)可能在被施加负载时压缩。二级测力传感器(5)包括空转保护装置(7)，该装置直接推压二级测力传感器(5)。空转保护装置(7)由与系统的上部和下部构件相连的肩螺栓(10)组成，并通过一个模具弹簧(11)分离。

模具弹簧(11)以压缩状态预紧，并与低范围测力传感器(5)的最大力相符。当施加负载并达到低范围测力传感器预紧力时，弹簧负载装置可以轻微压缩，允许围绕该低范围测力传感器(5)的该环构件(4)将围绕该低范围测力传感器(5)的所有额外的力导向高范围测力传感器(2)。传感器底座(1)与基座(15)通过多个连接螺栓耦合，允许解除装置和更换。力通过安装在传感器底座(1)上的加载螺栓(17)向装置顶部施加，以产生一个(如较低)无法在额定值为10,000磅的一级测力传感器上检测出的负载。负载通过环构件(4)进行分配和转移，导致钢模具弹簧(11)的压缩。反过来，肩螺栓(10)促使二级测力传感器(5)的测量成为额定值为500磅的超小型测力传感器按钮。低压力的读数通过二级测力传感器(5)测出。如果压力较大，弹簧(11)被压缩，因为测力传感器(5)的环构件(4)导致了高范围测力传感器(2)的运作；每个测力传感器都从模拟信号转换成数字信号。

需要注意的是，所提及的具体力值，即16,000磅、10,000磅、1,000磅和70磅都是优选实施例或示范性实施例。为满足特定申请，具体力可以变化，本发明的教导是针对两级测量系统。

本领域技术人员将容易理解本发明非常适合实现所提到的目标及获得所提到的结果和优势，及其固有的结果和优势。本文件中所述的实施例、方法、程序和技术是优选实施例的当前代表，只做示范之用，无意限制范围。本领域技术人员依发明的精神可实施本发明的变化及其他用途，而该等变化和其他用途已在后附的权利要求的范围中予以界定。虽然发明采用具体优选实施例予以描述，但应理解所要求之发明不得被不适当地限制在该具体实施例中。的确，下述权利要求的范围旨在包括本领域技术人员显然可知的对实施本发明的所述模式的各种修改。

Claims (10)

1.一种伺服电子压机两级力测量系统，其包括：

一个一级测力传感器，其具有一个为高承载额定值的一级模拟数字频道；

一个二级测力传感器，其具有一个为低承载额定值的二级模拟数字频道；

一个可压缩环形构件，其围绕二级测力传感器，被构建和安排用于允许该二级测力传感器的压缩并与该一级测力传感器进行分离；

一个空转保护装置，其被构建和安排用于分流超过该二级测力传感器的任何力及测量来自该一级测力传感器的压力；

借此，由该二级进行低容量负载测量，由该一级进行高容量负载测量。

2.根据权利要求1所述的两级力测量系统，其中可压缩环构件在大小上小于二级测力传感器，而当所加负载超过1,000磅时，二级测力传感器会被压缩。

3.根据权利要求1所述的两级力测量系统，其中空转保护装置直接推压二级测力传感器，而空转保护装置本身包含一个可允许向一级测力传感器进行高压转移的可压缩环。

4.根据权利要求3所述的两级力测量系统，其中可压缩环被预紧并处于压缩状态，且该环按将所有压力转移至一级测力传感器所需的比率压缩。

5.根据权利要求4所述的两级力测量系统，当加负载后达到了低范围测力传感器的预紧力时，弹簧负载装置可以轻微压缩，允许围着低范围测力传感器的环将围绕低范围测力传感器的所有额外的力引导至高范围测力传感器。

6.根据权利要求1所述的两级力测量系统，其中一级测力传感器的额定值约为10,000磅，而二级测力传感器的额定值约为1,000磅。

7.根据权利要求1所述的两级力测量系统，其中一级测力传感器的额定值约为16,000磅，而二级测力传感器的额定值约为1,000磅。

8.根据权利要求1所述的两级力测量系统，其包含被构建和安排用于平衡系统重量的偏置元件，其中二级测力传感器在不测量时不会进行重量检测。

9.根据权利要求8所述的两级力测量系统，其中偏置元件是一个波浪形弹簧。

10.根据权利要求8所述的两级力测量系统，其中偏置元件可平衡70磅负载。