(57)【要約】  工具パック成形ダイの温度と、缶製造中に成形ダイに及ぼされる力とを測定するためのセンサプレートを有する工具パックアセンブリ。各センサプレートは、工具パックアセンブリのダイに関する温度および歪みデータを読み取り、送信するための少なくとも1つの温度センサおよび少なくとも1つの歪みセンサを含むことができる。読み取られ、送信されたデータは、缶本体を製造する操作中に、工具パックアセンブリのパンチの同心性を決定するために使用されてもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器本体の高サイクル製造に使用するための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形成用の貫通孔を有する略円筒形のモジュール本体と
ｂ．プレート本体と、少なくとも１つのセンサと、少なくとも１つの隆起面とを備えるセンサプレートアセンブリであって、前記プレート本体は、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ているセンサプレートアセンブリと、
ｃ．センサ板アセンブリは、板本体と、少なくとも1つのセンサと、少なくとも1つの隆起表面とを含み、板本体は、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るように構成される前記電子素子であって、前記モジュール本体の前記外周壁の前記空洞内に配置され、前記センサ板アセンブリと通信する前記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。
【請求項２】
前記少なくとも1つのセンサが温度センサである請求項1に記載の工具パックアセンブリのためのモジュール。
【請求項３】
前記モジュールが、少なくとも1つの歪みセンサをさらに含む請求項2に記載の工具パックアセンブリのためのモジュール。
【請求項４】
前記センサプレートが、前記歪みセンサに対応し、前記歪みセンサに力を伝達するように構成された複数の隆起面を備える請求項3に記載の工具パックアセンブリのためのモジュール。
【請求項５】
前記少なくとも1つの温度センサおよび少なくとも1つの歪みセンサは、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空洞内の前記電子素子と電気的に連通している請求項2に記載の工具パックアセンブリのためのモジュール。
【請求項６】
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のためのモジュール。
【請求項７】
前記データ収集点は、工具パッククレードルの蓋に配置される請求項6に記載の工具パックアセンブリのためのモジュール。
【請求項８】
前記電子素子が、硬化シーラントを使用して前記外部キャビティ内に封止される、請求項5に記載の工具パックアセンブリ用モジュール。
【請求項９】
工具パックアセンブリのためのセンサプレートアセンブリであって、この工具パックアセンブリは、
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、センサプレート本体上の力を測定するように構成された歪みセンサと、
出力信号を提供するように構成された電気入出力とを備えるセンサプレートアセンブリ。
【請求項１０】
前記出力信号が、前記センサプレート上の総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９に記載のセンサプレートアセンブリ。
【請求項１１】
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9に記載のセンサプレートアセンブリ。
【請求項１２】
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9に記載のセンサプレートアセンブリ。
【請求項１３】
前記出力信号は、前記センサプレート上の全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12に記載のセンサプレートアセンブリ。
【請求項１４】
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9に記載のセンサプレートアセンブリ。
【請求項１５】
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13に記載のセンサプレートアセンブリ。
【請求項１６】
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9に記載のセンサプレートアセンブリ。
【請求項１７】
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15に記載のセンサプレートアセンブリ。
【請求項１８】
前記電子素子は、全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17に記載のセンサプレートアセンブリ。
【請求項１９】
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18に記載のセンサプレートアセンブリ。
【請求項２０】
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17に記載のセンサプレートアセンブリ。
【請求項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19に記載のセンサプレートアセンブリ。
【請求項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表面をさらに含み、前記複数の隆起表面は、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。
【請求項２３】
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20に記載のセンサプレートアセンブリ。
【請求項２４】
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表面をさらに含み、前記複数の隆起表面は、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23に記載のセンサプレートアセンブリ。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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能力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。
【発明の概要】
【０００２】
工具パック組立体は、金属ブランクの絞り加工及びアイロン掛け加工において使用され、ツーピース鋼及びアルミニウム缶用の缶本体を形成する。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部品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。
【０００３】
缶本体を形成するとき、缶ブランク材料を有する缶形成パンチは、再絞りダイ、アイロンダイおよびスペーサを有する工具パックアセンブリに含まれる。缶本体を備えたパンチが再絞りダイ及び各連続したアイロン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アイロン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、缶本体を有する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。パンチ力として、生成された成形ダイを通る缶材料は、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。パンチおよび形成されたものは、工具パックアセンブリを出ることができ、パンチは、工具パックの周囲に形成された容器なしで工具パックを通って戻る。
【０００４】
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、缶本体が形成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。缶成形ダイ上の全力は、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。
【０００５】
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空洞内に配置されてもよい。電子部品およびアンテナは、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。
【０００６】
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表面のアレイを含むことができる。センサは、隆起した表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。
【０００７】
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。
【０００８】
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、形成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。
【０００９】
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、偏心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。
【００１０】
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設計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、一貫したダイ温度を維持し、したがってダイ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。
【００１１】
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能力であり、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。
【００１２】
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部品を示すことができる、工具パックを通る偏心パンチ打撃を測定することである。
【００１３】
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、工具パックを通って流れる冷却剤の量を制御または変化させ、冷却剤の保存および冷却剤を供給するために消費される関連するエネルギーをもたらすことができることである。
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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。
【図２】本発明に係る工具パックスペーサ形成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。
【図３】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。
【図４】本発明に係る本体製造機クレードル内の工具パックアセンブリの断面図である。
【図５】本発明に係るセンサ板アセンブリの別の平面図である。
【図６】本発明に係る成形ダイに取り付けられたセンサ板アセンブリの断面を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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部品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全力を測定し、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偏心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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、円形アレイの監視面に適用される。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、ダイ上の全力および方向力の両方を示すことを可能にする。
【００１９】
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点に送られる。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、工具パック部品内に埋め込まれたアンテナおよび身体製造者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。
【００２０】
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、缶ブランク材料を右から工具パックに入れる。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。次に、パンチ及び部分的に形成されたものは、工具パック内の第1のアイロンダイ12に進むことができる。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。
【００２１】
缶材料がアイロンダイス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のアイロンダイ13および第3のアイロンダイ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。缶製造機が使用される前に、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。この締め付け力は、缶成形プロセスの間、すべての工具パック部品が互いに対して、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、総力および任意の偏心力を感知するために、他の工具パック部品と同様に使用されてもよい。缶パンチと成形品は、工具パックから図1の左側に出ることができ、パンチは、工具パックの周囲に成形容器を形成することなく、工具パックを通って戻る。
【００２２】
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）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。電子部品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に通すと、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。
【００２３】
図3は、センサ板アセンブリ20の裏側（すなわち、図1に示される板の左側）およびその部品を示す。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表面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。ひずみゲージ作動ブリッジは、ブリッジ32A〜32Dの間の板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。
【００２４】
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、アンテナ空洞27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。缶成形ダイからの全力は、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。
【００２５】
図4は、代表的な本体製造機クレードル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。本体製造機クレードル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。工具パック組立体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、本体製造機クレードル蓋43、本体製造機クレードル蓋シール44を通り、工具パック10に入る。本体製造機クレードル蓋43及び本体製造機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、工具パック組立体10内に配置されたセンサプレート組立体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エレクトロニクス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エレクトロニクス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部品と、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。電源およびデータ源は、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つまたは複数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／アンテナデバイス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。
【００２６】
図5は、センサプレートアセンブリ20およびその部品の前面を示す。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表面35A〜35Dのアレイを含む。上述したように、これらの表面は、パンチ力をセンサプレートの前部から、缶が形成されるときにダイにかかる力を測定するために4つの対応するひず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。
【００２７】
図6は、センサプレートアセンブリおよび関連する部品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部品を示す。
【００２８】
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つのひずみゲージをひず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デバイスおよびアンテナは、ひず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。本体製造機クレードル蓋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対応形成ダイ／ホルダ／モジュールの間で読み取ることができる。本体製造機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。
【００２９】
RFIDシステムは、好ましくは、モジュールごとにRFIDデバイスまたはアンテナと、本体製造機クレードル蓋内の受信RFIDアンテナとを含む。各RFID単位は、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単位は、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。ひず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、ダイ上の全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。
【００３０】
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。
【図１】
2020501903.tif 000003
【図２】
2020501903.tif 000004
【図３】
2020501903.tif 000005
【図４】
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【図５】
2020501903.tif 000007
【図６】
2020501903.tif 000008
【国際調査報告】
2020501903.tif 000009
2020501903.tif 000010
2020501903.tif 000011