JP6997780B2 - 工具パックアセンブリ - Google Patents

Description

本アセンブリは、概して、缶成形工具パックアセンブリに関する。特に、このアセンブリは、工具パックアセンブリ内の構成要素を監視する機能を有するデータ監視システムに関する。より詳細には、本アセンブリは、内部工具パック構成要素に関するデータを読み取り、送信する工具パックアセンブリ内に配置するためのセンサプレートアセンブリに関する。

工具パックアセンブリは、金属ブランクの絞り加工及びしごき加工において使用され、ツーピーススチール及びアルミニウム缶用の缶本体を成形する。工具パックアセンブリは、典型的には、材料の厚さを減少させるために、ラム装置の周りに運ばれ、配置された、より柔らかい素材を迅速に循環させるように係合する、固定および／または可動ダイ要素を収容する。ラムの移動軸に沿った、およびそれに垂直なダイ要素の空間制御は、製造、品質、および効率のために必須である。本明細書に開示される工具パックアセンブリおよびダイモジュールは、缶製造作業中に内部工具パック構成要素からデータを提供することによって、これらの製造パラメータを改善する。

缶本体を成形するとき、缶ブランク材料と共に缶成形パンチは、再絞りダイ、しごきダイおよびスペーサを有する工具パックアセンブリに侵入する。缶本体と共にパンチが再絞りダイ及び各連続したしごきダイを強制的に通過するとき、横方向の力が発生する。再絞りダイおよび各しごきダイに配置された本明細書に開示されるセンサプレートアセンブリは、缶本体と共にパンチがアセンブリを通過するときに各ダイに加えられる力を表すデータを測定し、送信する。パンチが、缶材料を成形ダイに押し込む際に発生する力が、センサプレート上に加えられ、これらの力は、センサプレートアセンブリを介して測定され得る。パンチおよび成形された缶は、工具パックアセンブリを出て、パンチは、工具パックの周囲に成形された容器なしで工具パックを通って戻る。

本明細書に開示される各センサプレートアセンブリは、工具パックアセンブリのモジュール内に嵌合するように構成および配置される。センサは、缶本体が成形されているときに各缶成形ダイに加えられる歪みまたは力を感知するために、各センサプレート本体上で使用される。これらのセンサからの信号は、回路によって処理され、分析のために送信されてもよい。センサは、工具パックアセンブリの外部のデータ収集ポイントとの無線通信、すなわちＲＦＩＤ（無線周波数識別）であってもよいが、有線接続を使用してもよい。缶成形ダイ上の合力は、センサプレート上の既知の位置にあるいくつかのセンサから来る個々の力信号を利用して計算することができる。さらに、個々のセンサ間の力の差を利用して、成形ダイ上の不均等な力を示すことができる。これらの力信号は、電子的に処理され、缶製造プロセスにおける欠陥を示すために使用されてもよい。

各センサプレートアセンブリの内部構成要素は、エラストマシールによって環境から密封することができる。通路は、工具パックの外径に到達するための電気信号および電力供給ワイヤのための導管を形成するために設けられる。電子回路およびアンテナは、工具パックモジュールの外径上のキャビティ内に配置されてもよい。電子構成要素およびアンテナは、キャビティを充填し、キャビティの含有量を封入する硬化シーラントなどを使用することによって、機械的および化学的に保護することができる。センサプレートアセンブリは、缶成形ダイおよびダイの特定の部分の温度を測定するための温度測定機器を含んでもよい。

センサプレート本体は、ダイ力の力をプレート円周の周りの特定の位置に集中させる働きをする隆起面のアレイを含むことができる。センサは、隆起面の反対側に配置され、それによって、缶成形ダイから誘発される歪みを感知することができる。

センサプレートアセンブリの力センサおよび温度センサから収集されたデータは、例えば、工具パックダイおよび成形パンチが再研削または交換のために工具パックから取り外されるべきときを示すことができるダイ摩耗特性を監視するために利用され得る。これにより、缶製造者は、ダイ及びパンチの使用を最適化することができ、それにより、それらの寿命を延ばすことができる。

センサプレートアセンブリの力センサおよび温度センサから収集されたデータは、例えば、成形されている材料上に存在する初期潤滑の不足または変化を監視するために、および／または工具パック構成要素を通って流れる冷却剤の量、温度、または有効性の変化を監視するために利用され得る。

センサプレートアセンブリの力センサおよび温度センサから収集されたデータは、例えば、中心から外れたパンチ打撃を測定し、仕様外のボディメーカ移動構成要素を決定および予測するために利用され得る。

センサプレートアセンブリの力センサおよび温度センサから収集されたデータは、例えば、初期工具パックダイ進行デザインを最適化するために、および／または仕様外の原缶材料を示すために利用され得る。缶成形ダイの温度が上昇するにつれて、ダイの直径が増大する。製造中のダイの温度を利用して、監視システムは、工具パックに導入される冷却の量を変更させて、一貫したダイの温度を維持し、したがってダイの直径の変更を最小限に抑えることができる。これにより、缶製造業者は、より厳しい公差のために、より薄い原材料を稼働させることができ、それによって製造コストを低減することができる。

本明細書に記載されるシステムの利点は、缶製造中に成形ダイ温度およびダイに加えられる力を測定する機能であり、缶成形プロセスの重要な側面を監視することを可能にする。

別の利点は、仕様から外れている、または仕様から外れて摩耗しているボディメーカ、ボディメーカパンチ、またはボディメーカ構成要素を示すことができる、工具パックを通る中心から外れたパンチ打撃を測定することである。

さらなる利点は、缶製造中に工具パックダイの温度を測定し、工具パックを貫流する冷却剤の量を制御または変化させることで、冷却剤の節約および冷却剤の供給に関連するエネルギーの節約につながる。

本明細書に開示される工具パックアセンブリの例示的な実施形態のこれらおよび他の利点は、図面を参照することによって以下の説明から明らかになるであろう。

本発明に係るセンサプレートを有する工具パックアセンブリの断面図である。 本発明に係る工具パックスペーサ成形ダイと組み合わされた工具パックスペーサと組み合わされたセンサプレートアセンブリを示す拡大断面図である。 本発明に係るセンサプレートアセンブリの平面図である。 本発明に係るボディメーカクレードル内の工具パックアセンブリの断面図である。 本発明に係るセンサプレートアセンブリの別の平面図である。 本発明に係る成形ダイに取り付けられたセンサプレートアセンブリの断面を示す拡大図である。

本明細書に開示される工具パックアセンブリおよびダイモジュールは、缶製造作業中に内部工具パック構成要素からデータを提供する。温度および歪みセンサは、工具パック内で利用され、工具パックアセンブリの外部のデータ収集ポイントと無線通信する。温度および歪みデータは、装置の動作中に工具パックダイ上の合力を測定し、工具パックダイに対するラムまたはパンチの同心性を測定し、それによってダイセットを通る中心から外れたパンチ移動を検出し、最適な缶本体の厚さを保証するために工具パック内で利用される冷却剤の量を調整するために利用されてもよい。

本明細書に開示される工具パックアセンブリは、缶製造中に工具パックに含まれる成形ダイのいずれかの温度を測定することができる。温度は、非接触または接触ベースの温度測定のいずれかによって測定することができる。非接触温度測定は、成形ダイから放射される熱プロファイルを監視することによって行うことができる。接触測定は、センサプレートの監視面から直接的な温度読み取りを行うことによって行うことができる。

本明細書に開示される工具パックアセンブリは、缶製造中に工具パックに含まれる成形ダイのいずれかの力を測定することができる。力の測定は、ダイホルダの監視面のたわみを測定することによって行うことができる。本発明は、缶成形ダイから監視面に加えられる力を感知する、監視面に取り付けられたセンサを含む。センサは、監視面に円形アレイ状に配置される。センサアレイは、パンチおよび缶ブランクが缶製造中にダイを強制的に通過させられる間に、生成された電気信号が、ダイ上の合力および方向力の両方を示すことを可能にする。

収集された温度データと力データの両方は、工具パックからボディメーカ上のデータ収集ポイントに送られる。このプロセスは、工具パック内の監視電子機器に誘導的に電力を供給することと、工具パック構成要素内に埋め込まれたアンテナおよびボディメーカ上に配置されたアンテナを介して、収集されたデータを無線で送受信することとを含む。

図１は、代表的な工具パックアセンブリ１０の断面を示し、センサプレートアセンブリ２０Ａ～２０Ｅの例は、それらの機能を実行する位置にある。缶成形パンチは、図面に示すように、缶ブランク材料と共に右から工具パックに入る。缶原料が再絞りダイ１１を通ってパンチの周りに押し込まれると、横方向の力が再絞りダイキャリア１６内の感知プレート２０Ａに発生する。これらの力は、図４の説明で説明したように測定され、処理される。パンチ及び部分的に成形された缶は、次に、工具パック内の第１のしごきダイ１２に進む。缶成形ダイの間には、冷却剤スペーサアセンブリ１５Ａ～１５Ｄがある。

缶材料がしごきダイ１２を通って押し出されると、力はスペーサモジュール１５Ｂ内に埋め込まれたセンサプレート２０Ｂ上で感知される。これらの力は、図２～３の説明で説明したように測定され、処理される。缶成形プロセスは、缶製造パンチおよび部分的に成形された缶が、第２のしごきダイ１３および第３のしごきダイ１４などの他の缶成形ダイを通って進むにつれて、工具パックアセンブリを通って完了する。これらの成形ダイは、それぞれのダイホルダ１５Ｃおよび１５Ｄに取り付けられたセンサプレート２０Ｃおよび２０Ｄを介して力について監視される。ボルスタープレート１８は、クランプされるべき工具パックのための固定された平坦な表面を提供する。缶メーカが使用される前に、クランプ力が工具パックアセンブリの前縁に与えられる。このクランプ力は、缶成形プロセスの間、すべての工具パック構成要素が互いに対して、およびボルスタープレートに対してしっかりと着座することを確実にする。センサプレートアセンブリ２０Ｅは、合力および任意の中心から外れた力を感知するために、他の工具パック構成要素と同様に使用されてもよい。缶パンチと成形された缶は、工具パックから図１の左側に出る。パンチは、次に、その周囲に成形容器を成形することなく、工具パックを通って戻る。

図２は、センサプレートアセンブリ２０が設置された、例示的な工具パックモジュール１５の断面図を示す。センサプレートアセンブリ２０はリング形状であり、したがって、図２は、リングの一部分を通る断面のみを示すことに留意されたい。センサプレートアセンブリの内側構成要素は、エラストマシール２２（外側シール）および２３（内側シール）の手段によって環境からシールされる。センサプレート本体２１は、工具パックモジュール１５の環状チャネル１７内に嵌合する。通路２５は、センサプレート２０と工具パックモジュール１５の外径との間に延在し、電気信号および電力供給ワイヤ２６のための導管を形成する。外周キャビティ２７は、工具パックモジュールの外径上に配置され、電子回路およびアンテナ２８または追加のアンテナ（図示せず）を含むことができる。電子構成要素２９およびアンテナ２８は共に、キャビティ２７を充填し、キャビティの含有量を封入する硬化シーラント３４を使用することによって機械的および化学的に保護することができる電子素子３０を備える。温度測定センサ２４は、缶成形ダイ１２の温度を測定するセンサプレートアセンブリ２０内に存在してもよい。一例として、温度センサ２４は、熱電対、抵抗温度検出器、サーミスタ、または非接触温度センサとすることができる。パンチが缶材料を図２の左から右に成形ダイ１２に押し進めると、発生した力がセンサプレート２０に加えられる。この力は、センサプレートアセンブリ２０を介して測定される。

図３は、センサプレートアセンブリ２０の裏側（すなわち、図１に示されるプレートの左側）およびその構成要素を示す。センサプレート本体２１は、円周の周りの特定の位置にダイ力の力を集中させるのに役立つ隆起したダイ感知面３５Ａ～３５Ｄのアレイ（４つの歪みゲージの反対側のセンサプレートの側に）を含む。歪みセンサ３１は、歪みゲージ作動ブリッジ３２Ａ～３２Ｄに適用される。歪みゲージ作動ブリッジは、ブリッジ３２Ａ～３２Ｄの間のプレートよりも厚い隆起領域であり、言い換えれば、ブリッジは隆起し、それらの間の楔形領域は凹部である。論じたように、４つのブリッジが図３に示されており、システムが中心から外れたパンチを検出することを可能にするために、センサプレートの１つの象限に集中した力だけでなく合計の力も測定することができる。

歪みセンサ３１（４つが示されているが、他の構成も可能である）は、缶成形ダイから誘発される歪みを感知する。これらのセンサからの信号は、アンテナキャビティ２７内に存在する回路基板３３または回路２９の間で共有される回路上で処理することができる。缶成形ダイからの合力は、センサプレート上の既知の位置にあるいくつかのセンサ３１からの個々の力信号を利用して計算することができる。成形ダイ上の等しくない力は、個々のセンサ３１間の力の差を利用して決定することができる。これらの力信号は、電子的に処理され、缶製造プロセスにおける欠陥を示すために使用され得る。

図４は、代表的なボディメーカクレードル４０内の作動位置に設置されたセンサプレート２０を有する例示的な工具パックアセンブリ１０を示す。ボディメーカクレードル４０は、缶製造プロセス中に工具パックアセンブリ１０を所定位置に支持するアセンブリである。工具パックアセンブリ１０は、クレードル４０内でガイド４１上に正確に載置され、工具パックハンドル４２上で半径方向に配向される。冷却剤および空気は、ボディメーカクレードル蓋４３、ボディメーカクレードル蓋シール４４を通り、工具パック１０に入る。ボディメーカクレードル蓋４３及びボディメーカクレードル蓋シール４４は、ラッチ機構４５を介して機械的に所定位置に保持される。アンテナおよび電子機器からなる電子感知装置４６は、工具パックモジュールの円周上のアンテナの近くでセンサを機械的に支持するホルダ４７内に取り付けられる。工具パックの近くに取り付けられた電子感知／アンテナ装置４６は、工具パックアセンブリ１０内に配置されたセンサプレートアセンブリ２０に取り付けられたアンテナ２８に電力を誘導的に伝達する。この電力は、センサプレート工具パック構成要素内の電子機器のためのエネルギー源として、それらの個々のアンテナおよび電子機器を介して使用される。工具パック１０の近くに取り付けられた外部電子感知／アンテナ装置４６は、工具パックセンサプレート構成要素と、工具パックアセンブリ１０の外部に取り付けられた装置４６内の外部アンテナとの間でデータを転送するためにも利用される。電力およびデータ源は、ケーブル４８を介して外部アンテナに接続される。しかしながら、上述したように、有線接続も可能である。有線接続が使用される場合、１組のワイヤが、１つまたはそれ以上の工具パックモジュールの通路２５を通り、電子素子３０と電子感知／アンテナ装置４６との間に示される無線ギャップを横切って延び、その点から、システムの動作は、無線電力およびデータインターフェースと同じである。

図５は、センサプレートアセンブリ２０およびその構成要素の前面を示す。センサプレート本体２１は、円周の周りの特定の位置にダイ力の力を集中させる働きをする隆起したダイ感知面３５Ａ～３５Ｄのアレイを含む。上述したように、これらの面は、パンチ力をセンサプレートの前部から、缶が成形されるときにダイにかかる力を測定するために４つの対応する歪みゲージが配置される裏側に伝達するのに役立つ。また、説明したように、必要に応じて、より多くのまたはより少ない歪みゲージおよび対応する部品（３２および３５など）も可能である。温度センサ２４も示されているが、この素子は、ダイとの接触によって温度を感知することができるが、他の位置で温度を測定することもできる。

図６は、センサプレートアセンブリおよび関連する構成要素の拡大断面図であり、既に上記でより詳細に論じたセンサプレート構成要素を示す。

本発明のセンサプレートアセンブリで利用される力センサまたは歪みセンサおよび温度センサは、様々な構成を有することができる。例えば、４つの歪みゲージを歪みゲージマウントに適用することができる。歪みゲージは、個別に取り付けられ、制御基板に配線されてもよく、または単一のフレキシブル回路に統合され、歪みゲージマウントに取り付けられてもよい。ＲＦＩＤ制御回路は、工具パックモジュールの外周上のアンテナに延びるリード線を有するフレキシブル回路に統合されてもよく、または、ＲＦＩＤ装置およびアンテナは、歪みゲージに延びるリード線を有するモジュール外周にエポキシ樹脂で接着された単一ユニットであってもよい。ＲＦＩＤシステムは、例えば、約１／８インチの距離から受信／送信アンテナから約２．５インチの距離まで動作することができるが、他の距離も可能である。ボディメーカクレードル蓋４３に取り付けられたアンテナは、１つから６つの個々のＲＦＩＤ対応成形ダイ／ホルダ／モジュールの間で読み取ることができる。ボディメーカクレードル蓋に取り付けられたアンテナは、例えば、６～１０フィートの間で、制御システムに電気的および機械的にルーティングされ得、次いで、イーサネット（登録商標）ＩＰまたは他の通信システムを介して情報を出力し得る。

ＲＦＩＤシステムは、好ましくは、モジュールごとにＲＦＩＤ装置またはアンテナと、ボディメーカクレードル蓋内の受信ＲＦＩＤアンテナとを含む。各ＲＦＩＤユニットは、好ましくは、データ記憶のためのいくつかのメモリを含み、各ＲＦＩＤユニットは、好ましくは、バッテリなしで動作する。温度の読み取りは、３～５秒毎に約１回行うことができるが、異なる間隔も可能である。歪みゲージの読み取り値は、４象限の読み取り値の合計と、各ゲージからの個々の読み取り値とを介して、ダイ上の総圧を提供することができる。個々の読み取り値は、工具パックに対するパンチの位置合わせまたは再位置合わせに関する情報を提供するために使用することができる。

本明細書に記載され、示される工具パックアセンブリの実施形態に多くの変更が可能であるので、上記の説明および添付の図面は、例示的なものとして解釈されるべきであり、限定された意味で解釈されるべきではない。

Claims (22)

1. 容器本体の高サイクル製造において、金属体の絞り加工およびしごき加工のために往復缶成形パンチと共に使用される、一連の間隔を空けたダイを有する工具パックアセンブリ用のモジュールであって、このモジュールは、
   ａ．キャビティを有する外周壁と、環状チャネルを有する前面と、前記環状チャネルと前記外周壁内の前記キャビティとの間に延びる通路とを備える往復缶成形パンチ用の貫通孔を有する略円筒形のモジュール本体と、
   ｂ．少なくとも１つの歪みセンサと少なくとも１つの隆起面とを持つ環状プレート本体を備えるセンサプレートアセンブリであって、前記環状プレート本体は、前記モジュール本体の前記前面の前記環状チャネル内に配置するように構成され、前記少なくとも１つの隆起面は、一連の間隔を空けたダイのうちの１つのダイに接触し、接触したダイからの力を前記少なくとも１つの歪みセンサに伝えるように構成されたセンサプレートアサンブリと、および
   ｃ．電子素子であって、前記モジュール本体の前記外周壁の前記キャビティ内に配置され、前記センサプレートアセンブリの少なくとも１つの歪みセンサと通信する電子素子と、
   を備える工具パックアセンブリ用のモジュール。
2. 前記センサプレートアセンブリは、少なくとも１つの温度センサをさらに含む請求項１に記載の工具パックアセンブリ用のモジュール。
3. 前記少なくとも１つの歪みセンサは、前記環状プレート本体の周囲に、実質的に等間隔で配置された複数の歪みセンサを含む請求項１に記載の工具パックアセンブリ用のモジュール。
4. 前記少なくとも１つの温度センサおよび前記少なくとも１つの歪みセンサが、前記モジュール内の前記通路を介して、前記モジュールの前記外周壁の前記キャビティ内の前記電子素子と電気的に通信している請求項２に記載の工具パックアセンブリ用のモジュール。
5. 前記電子素子は、外部データ収集ポイントと無線で通信するように構成可能である請求項１に記載の工具パックアセンブリ用のモジュール。
6. 前記データ収集ポイントは、工具パッククレードルの蓋に配置される請求項５に記載の工具パックアセンブリ用のモジュール。
7. 前記電子素子が、硬化シーラントを使用して前記モジュール本体の前記外周壁の前記キャビティ内に封止される請求項４に記載の工具パックアセンブリ用のモジュール。
8. 請求項１に記載の工具パックアセンブリ用のモジュールに使用されるセンサプレートアセンブリであって、工具パックアセンブリは一連の間隔を空けたダイと往復ラムを有し、前記センサプレートアセンブリは、
   環状センサプレート本体であって、前記環状センサプレート本体は前記モジュール本体の前記前面の前記環状チャネル内に配置され、前記少なくとも１つの隆起面は一連の間隔を空けたダイの１つと接触するように構成される環状センサプレート本体と、
   センサプレート本体上の複数の歪みセンサであって、前記複数の歪みセンサは、センサプレート本体上の力を測定するように構成され、前記複数の歪みセンサは前記環状センサプレート本体の周囲に等間隔に配置されるセンサプレート本体上の複数の歪みセンサと、および
   出力信号を提供するように構成された電気インターフェースと、
   を備えるセンサプレートアセンブリ。
9. 前記出力信号が、前記センサプレート上の合力を表す前記複数の歪みセンサからの合計信号である請求項８に記載のセンサプレートアセンブリ。
10. 前記出力信号は、中心を外れたパンチストロークを検出するために使用可能な個々の歪み信号を含む請求項８に記載のセンサプレートアセンブリ。
11. 前記アセンブリは、缶成形ダイの温度を測定するように配置された温度センサをさらに備える請求項８に記載のセンサプレートアセンブリ。
12. 前記出力信号は、前記センサプレート上の合力を表す前記複数の歪みセンサからの合計信号であり、温度信号をさらに含む請求項１１に記載のセンサプレートアセンブリ。
13. 前記センサプレート本体は、実質的に環状であり、前記複数の歪みセンサは、前記本体の周りに実質的に等間隔で配置される請求項１２に記載のセンサプレートアセンブリ。
14. 前記電気インターフェースは、電力を受け取り、センサデータを無線で送信するように構成された電子素子を備える請求項８に記載のセンサプレートアセンブリ。
15. 前記電気インターフェースは、電力を受け取り、センサデータを無線で送信するように構成された電子素子を備える請求項１３に記載のセンサプレートアセンブリ。
16. 前記電子素子は、合力および差動力の両方を含む前記歪みセンサからデータを生成するようにさらに構成され、前記データは、無線で送信可能である請求項１５に記載のセンサプレートアセンブリ。
17. 前記電子素子は、無線で送信可能な温度データを生成するようにさらに構成される請求項１６に記載のセンサプレートアセンブリ。
18. 前記電子素子は、無線で送信可能な温度データを生成するようにさらに構成される請求項１５に記載のセンサプレートアセンブリ。
19. 前記センサプレートアセンブリは、ダイモジュールの環状チャネル内に配置されるように構成され、前記歪みセンサおよび前記温度センサは、前記ダイモジュール内のワイヤチャネル内に配置可能な複数のワイヤによって前記電気インターフェースに結合され、前記ワイヤチャネルは、前記環状チャネルと前記ダイモジュールの外部キャビティとの間の経路を提供する請求項１７に記載のセンサプレートアセンブリ。
20. 前記歪みセンサに対向して前記センサプレート本体上に配置された複数の隆起面をさらに含み、前記複数の隆起面は、ダイ表面から前記センサプレート本体に力を伝達することができる請求項１９に記載のセンサプレートアセンブリ。
21. 前記センサプレートアセンブリは、ダイモジュールの環状チャネル内に配置されるように構成され、前記歪みセンサおよび前記温度センサは、前記ダイモジュール内のワイヤチャネル内に配置可能な複数のワイヤによって前記電気インターフェースに結合され、前記ワイヤチャネルは、前記環状チャネルと前記ダイモジュールの外部キャビティとの間の経路を提供する請求項１８に記載のセンサプレートアセンブリ。
22. 前記歪みセンサに対向して前記センサプレート本体上に配置された複数の隆起面をさらに含み、前記複数の隆起面は、ダイ表面から前記センサプレート本体に力を伝達することができる請求項２１に記載のセンサプレートアセンブリ。

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