TWI731814B - 用於熱沖壓模具的溫度感測裝置及方法 - Google Patents

Abstract

一種用於熱沖壓模具的溫度感測裝置包括：一處理器，其中當該第二模具朝向該第一模具移動而進行壓合一工件時，則一推動訊號被傳送至該處理器；至少一溫度感測單元，設置於該第一模具內，並包括：一移動桿、一緩衝器及一溫度感測器；一位移調節器；以及一控制器，藉此當該處理器收到該推動訊號後，該處理器經由該控制器控制該位移調節器，使該移動桿驅動該緩衝器及該溫度感測器進行一設定距離移動，進而該溫度感測器向該工件移動而接觸感測該工件的溫度。

Description

用於熱沖壓模具的溫度感測裝置及方法

本發明是有關於一種用於熱沖壓模具的溫度感測裝置，且特別是有關於一種用於熱沖壓模具的溫度感測方法。

熱沖壓主要是利用金屬在高溫狀態下，塑性和延展性迅速提高、降伏強度迅速下降的特點，透過模具使零件成形的方法。一般熱沖壓是先將錳硼鋼加熱到850~950℃，使板材完成沃斯田鐵化後快速移到熱沖壓模具成形，並將板材急冷淬火成麻田散鐵，板材淬火後強度可達到1500MPa以上。由於鋼板在高溫成形後必須馬上進行模內淬火製程，因此熱沖壓模具內溫度將會影響鋼板淬火後組織變化。

熱沖壓製程通常無法監測模具內溫度情況，無法在製程中確認淬火效果及工件性能、相變曲線，使良率無法獲得有效的管控。因此，若以接觸式溫度感測器而言，將溫度感測器固定埋設於模具內表面，直接感測成形後之工件的溫度，則必須承受高衝擊壓力，而容易損壞。若以非接觸式紅外線溫度感測器而言，則會因一般金屬材料放射率非定值而造成紅外線感測時的溫度量測誤差問題。

因此，便有需要提供一種用於熱沖壓模具的溫度感測裝置及方法，以解決前述的問題。

本發明之一目的是提供一種用於熱沖壓模具的溫度感測裝置，其利用連動方式的接觸式溫度感測器的使用壽命長，且具有準確的溫度感測值。

依據上述之目的，本發明提供一種用於熱沖壓模 具的溫度感測裝置，該熱沖壓模具包括第一及第二模具，該第二模具用以相對該第一模具而移動，該溫度感測裝置包括：一處理器，其中當該第二模具朝向該第一模具移動而進行壓合一工件時，則一推動訊號被傳送至該處理器；至少一溫度感測單元，設置於該第一模具內，並包括：一移動桿；一緩衝器，其之一端連接於該移動桿；以及一溫度感測器，連接於該緩衝器之另一端，並電性連接於該處理器；一位移調節器，用以驅動該移動桿，並使該移動桿相對該位移調節器而移動；以及一控制器，耦合於該位移調節器，並電性連接於該處理器，藉此當該處理器收到該推動訊號後，該處理器經由該控制器控制該位移調節器，使該移動桿驅動該緩衝器及該溫度感測器進行一設定距離移動，進而該溫度感測器向該工件移動而接觸感測該工件的溫度。

本發明更提供一種用於熱沖壓模具的溫度感測方法，包括：提供一熱沖壓模具，其包括第一及第二模具，該第二模具用以相對該第一模具而移動；當感測該第二模具朝向該第一模具移動並壓合一工件時，則傳送一推動訊號至一處理器；以及當該處理器收到該推動訊號後，一溫度感測器向該工件移動而接觸感測該工件的溫度。

本發明的溫度感測裝置用於該熱沖壓模具壓合時之工件的溫度感測，是利用該壓合感測器之壓合訊號或該程序控制器之時序訊號連動該控制器，透過該位移調節器及該移動桿使該溫度感測單元與壓合時之工件接觸。若該移動桿的移動距離，超出原本該溫度感測器與該工件的距離時，多餘的移動量由緩衝器內縮吸收。相較於先前技術之接觸式溫度感測器(其承受的沖壓力是由該第二模具對該第一模具的壓合所決定，在熱沖壓模具中損壞率會隨沖壓力增加)以及非接觸式紅外線溫度感測器(其工件放射率改變而造成紅外線感測時的溫度量測誤差問題)，本發明之接觸式溫度感測器每次與工件的接觸力是透過該控制器及該位移調節器所控制，不會因為該熱沖壓模具對工件的沖壓力而改變，因此本 發明利用連動方式的接觸式溫度感測器的使用壽命長，且具有準確的溫度感測值。

1:溫度感測裝置

11:處理器

111:訊號線

112:訊號線

113:訊號線

12:壓合感測器

12’:程序控制器

13:溫度感測單元

131:移動桿

132:緩衝器

133:溫度感測器

14:位移調節器

15:控制器

2:熱沖壓模具

21:第一模具

211:本體

212:開孔

22:第二模具

3:工件

L1:距離

L2:距離

P:初始位置

圖1a為本發明之第一實施例之用於熱沖壓模具的溫度感測裝置之剖面示意圖，其顯示工件被壓合前。

圖1b為本發明之第一實施例另一態樣之用於熱沖壓模具的溫度感測裝置之剖面示意圖，其顯示工件被壓合前。

圖2為本發明之第一實施例之用於熱沖壓模具的溫度感測裝置之剖面示意圖，其顯示工件被壓合時。

圖3為本發明之第一實施例之用於熱沖壓模具的溫度感測裝置之剖面示意圖，其顯示工件被壓合後。

圖4為本發明之第一實施例之溫度感測單元之剖面示意圖，其顯示溫度感測器未接觸工件。

圖5為本發明之第一實施例之溫度感測單元之剖面示意圖，其顯示溫度感測器已接觸工件。

圖6為本發明之第二實施例之用於熱沖壓模具的溫度感測裝置之剖面示意圖，其顯示工件被壓合前。

為讓本發明之上述目的、特徵和特點能更明顯易懂，茲配合圖式將本發明相關實施例詳細說明如下。

圖1a為本發明之第一實施例之用於熱沖壓模具的溫度感測裝置之剖面示意圖，其顯示工件被壓合前。圖2為本發明之一實施例之用於熱沖壓模具的溫度感測裝置之剖面示意圖，其顯示工件被壓合時。圖3為本發明之一實施例之用於熱沖壓模具的溫度感測裝置之剖面示意圖，其顯示工件被壓合後。請參考圖1a，該熱沖壓模具2包括第一及第二模具21、22，該第二模具 22用以相對該第一模具21而移動。該溫度感測裝置1包括：一處理器11、至少一壓合感測器12、至少一溫度感測單元13、一位移調節器14及一控制器15。請參考圖2，該壓合感測器12經由訊號線111電性連接於該處理器11，其中當該壓合感測器12感測該第二模具22朝向該第一模具21移動而進行壓合一工件3時，則傳送一壓合訊號(亦即推動訊號)至該處理器11。該壓合訊號可為該第二模具22與該第一模具21之間的距離訊息；或者，該壓合訊號可為該第二模具22對該第一模具21之壓力訊息。該至少一壓合感測器12可選自雷射測距儀、壓力感測器、超音波距離感測器或其組合。在本實施例中，當該壓合感測器12為壓力感測器時，該壓合感測器12可設置於該第一模具21上而直接接觸該工件3，如圖1a所示。在另一實施例中，當該壓合感測器12為雷射測距儀或超音波距離感測器時，該壓合感測器12可設置於該第二模具22上，如圖1b所示；或者，該壓合感測器12也可設置於該第一模具21上但不被該工件3所遮蔽的位置。

請參考圖3，該溫度感測單元13設置於該第一模具21內，並包括：一移動桿131、一緩衝器132及一溫度感測器133。該緩衝器132之一端連接於該移動桿131。該緩衝器132可為彈簧。該溫度感測器133連接於該緩衝器132之另一端，並可經由訊號線112電性連接於該處理器11。該溫度感測器133選自熱電偶、電阻溫度計、熱敏電阻或其組合。該位移調節器14用以驅動該移動桿131，並使該移動桿131相對該位移調節器14而移動。該位移調節器14可選自氣壓缸、伺服馬達或其組合。該控制器15耦合(例如機械連接或電性連接)於該位移調節器14，並可經由訊號線113電性連接於該處理器11，藉此當該處理器11收到該壓合訊號後，該處理器11經由該控制器15控制該位移調節器14，使該移動桿131驅動該緩衝器132及該溫度感測器133進行一設定距離移動，進而該溫度感測器133向該工件3移動而接觸感測該工件3的溫度，如第3圖所示。換言之，當該處理器11 收到該壓合訊號後，該處理器11可傳送處理訊號給該控制器15，該控制器15依據該處理器11之處理訊號移動該溫度感測單元13而使該溫度感測器133接觸感測該工件3的溫度。當該位移調節器14為氣壓缸時，該控制器15為控制閥，且該控制閥機械連接於該氣壓缸，可用以控制氣壓缸內之氣壓增加或減少速度；以及，當該位移調節器14為伺服馬達時，該控制器15為馬達驅動器，且該馬達驅動器電性連接於該伺服馬達，可用以控制伺服馬達之正轉速度或反轉速度。該溫度感測器133之設定距離可由該控制器15及該位移調節器14所設定。

請再參考圖3，該第一模具21包括一本體211及一開孔212，該開孔212設置於該本體211內，該開孔212用以容置該溫度感測單元13，當該處理器11收到該壓合訊號後，該溫度感測器133在該開孔212內移動而接觸感測該工件3的溫度。收到該壓合訊號之該處理器11的回授控制(Feedback control)為閉迴路控制。當該溫度感測器133接觸感測該工件3的溫度後，該溫度感測器133會傳送溫度訊號給該處理器11，運算後顯示溫度給該熱沖壓模具2。之後，該處理器11傳送處理訊號給該控制器15，該控制器15使該位移調節器14移動該溫度感測單元13，進而使該溫度感測器133在該開孔212內移動回到初始位置請(圖1a所示)。另外，根據大尺寸工件3或該工件3的彎折處，可選擇多個該溫度感測單元13設置於該第一模具21內的重要位置，以感測大尺寸工件3的多個位置或該工件3的彎折處的溫度。

請再參考圖1a、圖2及圖3，在本實施例中，當該壓合訊號為該第二模具22對該第一模具21之壓力訊息時，該處理器11則於該工件3被壓合後才能傳送處理訊號給該控制器15，該控制器15使該位移調節器14移動該溫度感測單元13，進而使該溫度感測器133在壓合該工件後才能接觸感測該工件3的溫度。此時，該壓合感測器12可為壓力感測器。

請再參考圖1a及圖3，在另一實施例中，當該壓 合訊號為該第二模具22與該第一模具21之間的距離訊息時，該處理器11可於該工件3壓合前提早傳送處理訊號給該控制器15，該控制器15使該位移調節器14預先移動該溫度感測單元13，進而使該溫度感測器133在壓合該工件3的同時也接觸感測該工件3的溫度。此時，該壓合感測器12可為雷射測距儀或超音波距離感測器。

圖4為本發明之一實施例之溫度感測單元之剖面示意圖，其顯示溫度感測器未接觸工件。圖5為本發明之一實施例之溫度感測單元之剖面示意圖，其顯示溫度感測器已接觸工件。當該溫度感測器133之初始位置P與該工件3之間的距離L1(圖4所示)小於該移動桿131移動之距離L2(圖5所示)時，多餘的移動量則由該緩衝器132內縮吸收，以避免該溫度感測器133的探頭與該工件3的接觸力過大而損壞該溫度感測器133的探頭。再者，該溫度感測器133的探頭與該工件3的接觸力不因合模的壓合力的不同而有差異，因此本發明之溫度感測器133的探頭壽命將會大於固定埋設之溫度感測器的探頭壽命。

實施例1：該位移調節器14為氣壓缸，該控制器15為控制閥(控制氣壓缸內之氣壓增加或減少速度)，該溫度感測器133為熱電偶，該壓合感測器12為壓力感測器，該緩衝器132為可壓縮彈簧。當該壓合感測器12感測到該第二模具22朝該第一模具21移動進行壓合工件3時，該壓合感測器12將壓合訊號傳送給該處理器11，該處理器11透過氣壓缸，由氣壓缸透過該移動桿131將可壓縮彈簧及熱電偶進行一設定距離移動，該設定距離可由控制閥及氣壓缸設定。熱電偶向工件3移動，接觸感測工件3的溫度，傳送溫度訊號給該處理器11運算後顯示溫度給該熱沖壓模具2。

實施例2：該位移調節器14為伺服馬達，該控制器15為馬達驅動器(控制伺服馬達之正轉速度或反轉速度)，該溫度感測器133為電阻溫度計，壓合感測器12為雷射測距儀，該緩 衝器132為可壓縮彈簧。當該壓合感測器12感測到該第二模具22朝該第一模具21移動進行壓合工件3時，該壓合感測器12將壓合訊號傳送給該處理器11，該處理器11透過伺服馬達，由伺服馬達透過該移動桿131將可壓縮彈簧及電阻溫度計進行一設定距離移動，該設定距離可由馬達驅動器及伺服馬達設定。電阻溫度計向工件3移動，接觸感測工件3的溫度，傳送溫度訊號給該處理器11運算後顯示溫度給該熱沖壓模具2。

圖6為本發明之第二實施例之用於熱沖壓模具的溫度感測裝置之剖面示意圖，其顯示工件被壓合後。該第二及第一實施例之差異在於：該第二實施例之該溫度感測裝置1不須包括壓合感測器，而是更包括：一程序控制器12’，電性連接於該處理器。由於該程序控制器12’可使用程序控制(process control)的方式，先計算該第二模具22與該工件3之間的距離，以及該第二模具22移動的速度，然後得到該第二模具22到達該工件3的時間，並於該時間點傳送一時序訊號(亦即推動訊號)至該處理器11。當該處理器11收到該時序訊號後，該處理器11經由該控制器15控制該位移調節器14，使該移動桿131驅動該緩衝器132及該溫度感測器133進行一設定距離移動，進而該溫度感測器133向該工件3移動而接觸感測該工件3的溫度。傳送該時序訊號之該程序控制器12’的程序控制為開迴路控制，且該程序控制器12’及該處理器11可被整合成單一處理器。

本發明更提供一種用於熱沖壓模具的溫度感測方法，包括：提供一熱沖壓模具，其包括第一及第二模具，該第二模具用以相對該第一模具而移動；當感測該第二模具朝向該第一模具移動並壓合一工件時，則傳送一推動訊號至一處理器；以及當該處理器收到該壓合訊號後，一溫度感測器向該工件移動而接觸感測該工件的溫度；其中該推動訊號選自一壓合感測器之壓合訊號或一程序控制器之時序訊號。再者，該處理器收到該推動訊號後，該處理器經由一控制器控制一位移調節器，使該移動桿驅 動一緩衝器及該溫度感測器進行一設定距離移動。

本發明的溫度感測裝置用於該熱沖壓模具壓合時之工件的溫度感測，是利用該壓合感測器之壓合訊號或該程序控制器之時序訊號連動該控制器，透過該位移調節器及該移動桿使該溫度感測單元與壓合時之工件接觸。若該移動桿的移動距離，超出原本該溫度感測器與該工件的距離時，多餘的移動量由緩衝器內縮吸收。相較於先前技術之接觸式溫度感測器(其承受的沖壓力是由該第二模具對該第一模具的壓合所決定，在熱沖壓模具中損壞率會隨沖壓力增加)以及非接觸式紅外線溫度感測器(其工件放射率改變而造成紅外線感測時的溫度量測誤差問題)，本發明之接觸式溫度感測器每次與工件的接觸力是透過該控制器及該位移調節器所控制，不會因為該熱沖壓模具對工件的沖壓力而改變，因此本發明利用連動方式的接觸式溫度感測器的使用壽命長，且具有準確的溫度感測值。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

1:溫度感測裝置

11:處理器

111:訊號線

112:訊號線

113:訊號線

12:壓合感測器

13:溫度感測單元

131:移動桿

132:緩衝器

133:溫度感測器

14:位移調節器

15:控制器

2:熱沖壓模具

21:第一模具

211:本體

212:開孔

22:第二模具

3:工件

Claims (10)

1. 一種用於熱沖壓模具的溫度感測裝置，該熱沖壓模具包括第一及第二模具，該第二模具用以相對該第一模具而移動，該溫度感測裝置包括：一處理器，其中當該第二模具朝向該第一模具移動而進行壓合一工件時，則一推動訊號被傳送至該處理器；至少一溫度感測單元，設置於該第一模具內，並包括：一移動桿；一緩衝器，其之一端連接於該移動桿；以及一溫度感測器，連接於該緩衝器之另一端，並電性連接於該處理器；一位移調節器，用以驅動該移動桿，並使該移動桿相對該位移調節器而移動；以及一控制器，耦合於該位移調節器，並電性連接於該處理器，藉此當該處理器收到該推動訊號後，該處理器經由該控制器控制該位移調節器，使該移動桿驅動該緩衝器及該溫度感測器進行一設定距離移動，進而該溫度感測器向該工件移動而接觸感測該工件的溫度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於熱沖壓模具的溫度感測裝置，其中該第一模具包括一本體及一開孔，該開孔設置於該本體內，該開孔用以容置該溫度感測單元，當該處理器收到該推動訊號後，該溫度感測器在該開孔內移動而接觸感測該工件的溫度，該溫度感測器選自熱電偶、電阻溫度計、熱敏電阻或其組合。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於熱沖壓模具的溫度感測裝置，其中該推動訊號為一程序控制器之時序訊號，該程序控制器電性連接於該處理器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用於熱沖壓模具的溫度感測裝置，其中該位移調節器選自氣壓缸、伺服馬達或其組合，當該 位移調節器為一氣壓缸時，該控制器為一控制閥，且該控制閥機械連接於該氣壓缸；以及，當該位移調節器為一伺服馬達時，該控制器為一馬達驅動器，且該馬達驅動器電性連接於該伺服馬達。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於熱沖壓模具的溫度感測裝置，其中該推動訊號為一壓合感測器之壓合訊號，該壓合感測器電性連接於該處理器，且該壓合感測器選自雷射測距儀、壓力感測器、超音波距離感測器或其組合。
6. 如申請專利範圍第5項所述之用於熱沖壓模具的溫度感測裝置，其中該壓合訊號為該第二模具與該第一模具之間的距離訊息；或者，該壓合訊號為該第二模具對該第一模具之壓力訊息。
7. 如申請專利範圍第6項所述之用於熱沖壓模具的溫度感測裝置，其中當該壓合訊號為該第二模具與該第一模具之間的距離訊息時，該處理器於該工件被壓合前提早傳送一處理訊號給該控制器，該控制器使該位移調節器預先移動該溫度感測單元而使該溫度感測器在壓合該工件的同時也接觸感測該工件的溫度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之用於熱沖壓模具的溫度感測裝置，其中當該溫度感測器之一初始位置與該工件之間的距離小於該移動桿移動之距離時，多餘的移動量則由該緩衝器內縮吸收。
9. 一種用於熱沖壓模具的溫度感測方法，包括：提供一熱沖壓模具，其包括第一及第二模具，該第二模具用以相對該第一模具而移動；當感測該第二模具朝向該第一模具移動並壓合一工件時，則傳送一推動訊號至一處理器；以及當該處理器收到該推動訊號後，一溫度感測器向該工件移動而接觸感測該工件的溫度； 其中該推動訊號選自一壓合感測器之壓合訊號或該處理器之時序訊號。
10. 如申請專利範圍第9項所述之用於熱沖壓模具的溫度感測方法，其中該處理器收到該壓合訊號後，該處理器經由一控制器控制一位移調節器，使一移動桿驅動一緩衝器及該溫度感測器進行一設定距離移動。

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