專利名稱：用于軸向負荷測量計的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于軸向負荷測量計的裝置，例如用來研究這樣的測量計的統(tǒng)計學(xué)變化性的裝置。此外，所述測量計主要意在用于金屬包裝工業(yè)中，主要針對食品和飲料產(chǎn)品所用的容器。
背景技術(shù)：
對眾多包裝(例如，諸如金屬罐和塑料瓶之類的容器)的一條消費者評價性能標(biāo)準(zhǔn)是其軸向負荷性能。對罐來說，這與容器的堆放、運輸、填充和縫接相關(guān)。為了證明符合規(guī)范，在測量計中對樣品進行測試，所述測量計通過例如氣壓缸或者由電動機驅(qū)動的導(dǎo)向螺桿來施加軸向負荷。對力進行測量，并且在負荷中發(fā)生突然下降時發(fā)現(xiàn)崩潰點。測量計的硬件或軟件探測崩潰點并返回崩潰負荷的值。在測試過程中，罐表現(xiàn)為剛性彈簧，以彈性方式變形，直至發(fā)生永久“塑性”變形時的崩潰點。所述測試為破壞性測試，并且因為樣品的特性在某種程度上有所不同，所以檢查測試結(jié)果的重復(fù)性是很困難的。因此，需要將樣品的變化性與測量計的變化性分開。測量計的變化性有兩個主要組成部分，即重復(fù)性和再現(xiàn)性。測量計的重復(fù)性是指 測量計的相同操作人員無論重復(fù)多少次測量過程，該測量計都能給出一致的測量結(jié)果的能力。測量計的再現(xiàn)性是指無論進行測量的操作人員是誰，相同的測量計都能夠給出一致的測量讀數(shù)的能力。

發(fā)明內(nèi)容
因此，提供了一種用于軸向負荷測量計的裝置，包括用于聯(lián)接至軸向負荷測量計的接口、可崩潰機構(gòu)、以及測力傳感器，由此在使用中，當(dāng)給該裝置施加負荷時，所施負荷通過該裝置傳輸，直至達到預(yù)設(shè)的負荷值，從而啟動可崩潰裝置的崩潰。本裝置通過在負荷性能上實施關(guān)于樣品的基本恒定的工業(yè)影響從而有助于對測量系統(tǒng)的統(tǒng)計學(xué)變化性的計算，例如由于各向異性的材料特性或者由于缺陷的存在。在測試中，該裝置保持完好且未受損，結(jié)果是負荷可以被重復(fù)地施加至相同裝置上。本裝置因此可以重復(fù)使用，以在不同時間監(jiān)測相同的測量計，或者等同地，研究由使用替代類型的軸向負荷測量計而導(dǎo)致的測量讀數(shù)中的偏差或其中的任意偏差。因而，本裝置將最終允許對源自各包裝制造商的產(chǎn)品的軸向負荷性能的精確比較。這是因為，一旦建立了測量計的變化性，那么通常用在這些測量計中的關(guān)于樣品的軸向負荷數(shù)據(jù)就變得更有意義。在一個特定實施例中，該裝置還包括支撐結(jié)構(gòu)，其至少容納有可崩潰機構(gòu)。這種支撐結(jié)構(gòu)可適于采用任何適當(dāng)?shù)男问?，比如一件包裝(例如飲料容器)。當(dāng)在布局和材料選擇方面(尤其是關(guān)于特定類型的軸向負荷測量計)對裝置進行配置時，可對該裝置的支撐結(jié)構(gòu)進行修改以對此進行反映，特別是如果從審美角度進行修改的話。操作人員看一眼就能夠知道該裝置當(dāng)前關(guān)于哪一種測量計進行了配置。優(yōu)選地，可崩潰機構(gòu)包括液壓軸承或滾動元件軸承。對于該特定應(yīng)用而言，這些類型的軸承的優(yōu)點是它們具有低摩擦系數(shù)，結(jié)果是所施負荷在具有最小量的阻力的情況下被傳輸?shù)綔y力傳感器，因此減小了與測試結(jié)果相關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)誤差。以滑動運動工作的軸承，比如傳統(tǒng)的滑動軸承，與以滾動運動工作的軸承相比通常具有更大的摩擦系數(shù)，因此它們不是特別適合用作可崩潰機構(gòu)的部件。在一個優(yōu)選布置中，可崩潰機構(gòu)包括多個球軸承或滾子軸承。這些軸承的優(yōu)點是 與液壓軸承相比，它們簡單并且對于制造或購買來說相對較便宜。理想地，可崩潰機構(gòu)包括多個通過軸向支撐件保持就位的滾子軸承。這種布置的優(yōu)勢是能夠?qū)⒀b置內(nèi)的部件數(shù)量保持為最少，從而降低其成本和重量。在任何軸承(涉及可崩潰機構(gòu)的那些軸承以及用在裝置內(nèi)其他地方處的那些軸承)內(nèi)對潤滑劑的包括都是可任選的。一方面，期望沒有潤滑劑以避免諸如維護問題以及流體泄漏之類的問題。而且，裝置因此更輕，且制造也更便宜。但是，包含潤滑劑能夠延長所有內(nèi)部軸承部件的使用壽命。在選擇是否包括潤滑劑的時候，應(yīng)當(dāng)考慮裝置的預(yù)期壽命以及使用環(huán)境。當(dāng)前已經(jīng)可以獲得放棄了任何潤滑需求的軸承材料，例如，具有助滑添加劑的塑料。在進一步優(yōu)選的實施例中，裝置的測力傳感器與可崩潰機構(gòu)相連。這種布置的優(yōu)點在于負荷能夠直接傳輸通過裝置的測力傳感器，因此避免了由于摩擦的緣故導(dǎo)致的負荷中的任何損耗。通過將裝置的測力傳感器安放于支撐結(jié)構(gòu)外側(cè)，與支撐結(jié)構(gòu)的一個或任意外表面鄰接，也能獲得類似的優(yōu)點。這種優(yōu)化的布置實現(xiàn)了通過軸向負荷測量計對所施負荷的最準(zhǔn)確的測量讀數(shù)。在另外的實施例中，該裝置還包括置于測力傳感器和可崩潰機構(gòu)之間的柔性元件。通過包括柔性元件，該裝置適于在這樣的軸向負荷測量計上使用，所述軸向負荷測量計通過實現(xiàn)移位從而將負荷施加至處于測試中的樣品，例如，驅(qū)動導(dǎo)向螺桿的裝置。從容器制造生產(chǎn)線上取得的常規(guī)金屬容器作用就像彈簧一樣，表現(xiàn)為當(dāng)施加軸向負荷時，容器在其壓垮之前將會撓曲，容器的位移直接與所施加的負荷成比例。如果導(dǎo)向螺桿類型的測量計將相同的負荷施加至裝置，那么在無位移的情況下力將急劇上升，因此測量計將無法有效模擬真實的罐。柔性元件的作用就是引入真實容器在其到達崩潰點之前將會經(jīng)歷的小量位移。例如，柔性元件可能為彈簧或可預(yù)測的柔韌的塑料塊。該元件的彈簧剛性系數(shù)使得裝置可以在測試中有效地模擬所期望的樣品。要闡明的是用于在裝置中來模擬鋼制容器的崩潰的柔性元件具有的彈簧剛性系數(shù)與用來模擬鋁制容器的崩潰的柔性元件的彈簧剛性系數(shù)不同。這些彈簧剛性系數(shù)又與用于模擬塑料瓶崩潰的柔性元件的彈簧剛性系數(shù)不同。如果支撐結(jié)構(gòu)采用了具有可移位端壁的腔室的形式，那么在一個優(yōu)選實施例中， 它是由例如碳素鋼之類的金屬構(gòu)造的。與其他剛性材料(例如，塑料)相比，金屬是一種對負荷變形具有固有的高抵抗力的材料。在實踐中，這意味著在任何情況下如果軸向負荷測量計失效，從而測量計的施加負荷變得潛在地危險且具有破壞性，那么該裝置能夠經(jīng)受住該負荷。另外，有著可移位端壁的堅固的腔室在工廠環(huán)境內(nèi)的運輸和正常搬運過程中將保護內(nèi)部部件不受損傷。此外，這種金屬支撐結(jié)構(gòu)與例如塑料相比，以更一致的方式來對溫度變化作出反應(yīng)。在實踐中，該裝置在使用前必須有高達一個小時的時間來適應(yīng)室溫。這允許裝置的內(nèi)部部件(特別是電子部件)在室溫下穩(wěn)定。
要理解的是，裝置部件的零部件的布局可適于允許該裝置被豎直或水平地插入到軸向負荷測量計中，以便易于使用。等同地，要理解的是，支撐結(jié)構(gòu)以及任何其他裝置部件可以被配置，以使該裝置適于用在通常在其他包裝形式(例如，酸奶筒、金屬油桶、塑料瓶、和Tetra I^ak 類型的飲料紙盒)中使用的軸向負荷測量計中。本文還提供了一種研究軸向負荷測量計的變化性的方法，包括i.將裝置插入到軸向負荷測量計內(nèi)，ii.在該裝置上施加負荷直至在預(yù)設(shè)負荷時崩潰，iii.在該裝置崩潰時測量由測量計返回的負荷，iv.將由測量計返回的崩潰負荷與該裝置的預(yù)設(shè)崩潰負荷進行比較，V.根據(jù)需要重復(fù)步驟ii-iv。在一種優(yōu)選方法中，該機器的相同操作員執(zhí)行步驟i_v，這將會產(chǎn)生能夠用來對軸向負荷測量計的重復(fù)性進行評估的負荷數(shù)據(jù)。在第二種優(yōu)選方法中，由至少兩個不同操作員來重復(fù)這些步驟。這將會產(chǎn)生能夠用來對軸向負荷測量計的再現(xiàn)性進行評估的負荷數(shù)據(jù)。步驟ii-v也可等同地被自動操作，并且由機器而不是人類操作員來執(zhí)行，而不違背本發(fā)明的精神。


僅作為示例，現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明進行描述，附圖中 圖1為處于未崩潰狀態(tài)中的本發(fā)明優(yōu)選實施例的示意圖。圖2為處于崩潰狀態(tài)中的相同裝置的示意圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明一個方面的裝置的示意圖，其中具有附接的計算機系統(tǒng)和接口控制箱。圖4為氣動式軸向負荷測量計的示意圖。圖5為導(dǎo)向螺桿式軸向負荷測量計的示意圖。
具體實施例方式在圖1中，裝置(1)包括帶有可軸向移動的端壁(101)的腔室(14)，并且在腔室 (14)內(nèi)容納有可崩潰機構(gòu)(15，17，18)，通過滑動軸承(plain bearing)保持就位?？奢S向移動的端壁(101)通過螺釘(100)被牢固地附接到空心軸(18)。該軸容納有軸向?qū)R的一堆滾子(17)，并且兩個中間的滾子(17)通過由兩個半體構(gòu)成的罩(15)來保持對齊。罩(15) 的一個半體在隔套(16)內(nèi)可徑向移動。罩(15)的另一個半體也可徑向移動，并且附接到連桿(105)，連桿(105)用于將罩(15)與螺線管銜鐵(104)相連接。螺線管銜鐵(104)徑向位于螺線管線圈(106)內(nèi)，并且螺線管線圈(106)通過兩個螺釘固定至螺線管殼體(11)。圍繞連桿(105)的一部分并且與罩(15)的邊緣平齊的是螺旋彈簧(102)。連桿(105)在螺線管襯套(103)內(nèi)可徑向移動。在軸(18)下方放置有柔性元件(13)，與測力傳感器(12)鄰接。在準(zhǔn)備使用該裝置時，首先給螺線管通電，從而讓其做好準(zhǔn)備；操作員將螺線管銜鐵(104)朝向大致位于螺線管線圈(106)的區(qū)域內(nèi)的螺線管場來機械地操縱，直到所述螺線管場接合螺線管銜鐵(104)并將其保持在內(nèi)。現(xiàn)在，裝置(1)已準(zhǔn)備好可以使用。當(dāng)軸向負荷被施加至裝置時，可軸向移位的端壁(101)向腔室(14)移動。負荷隨即通過所述一堆滾子(17)傳輸?shù)饺嵝栽?13)和裝置的測力傳感器(12)。裝置的測力傳感器(12)測量負荷的大小，并且在理想狀態(tài)下，裝置的測力傳感器(12)應(yīng)當(dāng)被校準(zhǔn)并可追溯到國家標(biāo)準(zhǔn)。在所需的預(yù)設(shè)負荷時，螺線管線圈(106)被斷電，其結(jié)果是由連桿(105)牢固保持住的并且如同它們是單個部件那樣一起起作用的螺線管銜鐵(104)被徑向移位，從而導(dǎo)致螺旋彈簧(102)減壓。螺旋彈簧(102)因此回到它的自然穩(wěn)定狀態(tài)。由于螺線管銜鐵(104) 和螺旋彈簧(102)的動作，所以罩(15)受力而徑向移動，從而使兩個中間的滾子(17)移動成不再對齊，如圖2所示。這導(dǎo)致了內(nèi)部機構(gòu)的崩潰，從而卸除了對柔性元件(13)的負荷。將在裝置的測力傳感器(12)上測量到的負荷與測量計上測量到的負荷進行比較。 這種比較隨后允許在工廠內(nèi)或在行業(yè)內(nèi)的測量計相對于彼此的校準(zhǔn)?？梢允褂孟到y(tǒng)性比較來研究測量計的重復(fù)性和再現(xiàn)性。圖3顯示了裝置(1)如何在實踐中作為系統(tǒng)一部分使用。計算機(21)將所期望的負荷跳變點(load trip point)沿著USB線纜(22)發(fā)送至控制箱(20)內(nèi)的比較器。當(dāng)在裝置(1)內(nèi)的測力傳感器(12)上對負荷進行測量時，信號沿著信號引線(24)傳輸至控制箱 (20)，比較器不斷地將上升的負荷與所期望的負荷跳變點的負荷進行比較。一旦達到所期望的負荷跳變點，則比較器的輸出就沿著信號引線(23)將裝置(1)內(nèi)的螺線管斷電，從而導(dǎo)致滾柱(17)堆的崩潰。計算機(21)上運行的程序記錄相對于時間的測得負荷(通常以牛頓或千克為單位)，以及到達負荷的速率。該速率在比較不同的測量計類型時非常重要。圖4示出了氣動式軸向負荷測量計的示例。這類測量計在市場上有售，比如 Canneed Instrument (HK) Ltd.生產(chǎn)的 CMC-Kuhnke AXL-0500 軸向負荷一飲料罐測試儀或AXL-4000軸向負荷測試儀。在使用中，裝置(1)被放置到軸向負荷測量計(3)內(nèi)，并且放在支撐件(30)上。支撐件(30)被向上朝向并相對于壓板(35)逐漸施力。通過選擇合適的襯墊來減少自由空間，從而能夠?qū)y試運行時間降低到最少。這在使用相同的測量計(3 ) 來測試不同容量(通常在15 cl到50 cl之間)的飲料罐的時候特別有用。壓板(35)相鄰于測量計的測力傳感器(37)安置，測力傳感器(37)自身附接至十字頭(36)。壓板(35)、測量計的測力傳感器(37)和十字頭(36)都可通過四根柱(34)引導(dǎo)從而豎直移動，但為了測試目的而固定就位?？刂葡?32)包括對從工廠的空氣管路獲取的氣壓供應(yīng)進行調(diào)整以確定所施負荷的所需電子器件。最大所施負荷的大小在顯示屏(31)上通知給使用者。圖5示出了典型的導(dǎo)向螺桿式軸向負荷測量計(4)。這些測量計也是可以廣泛獲取的，比如來自Mecmesin 的同類產(chǎn)品。在這種類型的測量計中，負荷是通過使位于測量計中心的導(dǎo)向螺桿(41)向下前行來施加的，導(dǎo)向螺桿(41)的位移由電動機(40 )來實現(xiàn)，并通過基座(42)內(nèi)的電子器件來進行控制。在使用中，裝置(1)被直接放置在測量計的測力傳感器(43 )上，并且負荷從測量計通過頂壓板(44 )傳輸至裝置(1)。很顯然，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的總體范圍的情況下，其他配置也是可能的。例如，雖然使用螺旋彈簧(120)來幫助可崩潰機構(gòu)的崩潰，但是諸如具有相同功能的盤簧或氣動布置之類的替代物也是可能的。
權(quán)利要求
1.一種用于軸向負荷測量計的裝置，包括用于聯(lián)接到所述軸向負荷測量計的接口、可崩潰機構(gòu)、以及測力傳感器； 由此在使用中，當(dāng)負荷被施加至所述裝置時，所施負荷傳輸通過所述裝置，直至達到預(yù)設(shè)的負荷值，從而啟動所述可崩潰機構(gòu)的崩潰。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括帶有可軸向移位的端壁的腔室。
3.如前述權(quán)利要求中任意一項所述的裝置，其中，所述可崩潰機構(gòu)包括液壓軸承或滾動元件軸承。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述滾動元件軸承是多個球軸承或滾子。
5.如前述權(quán)利要求中任意一項所述的裝置，其中，所述測力傳感器與所述可崩潰機構(gòu)相連。
6.如權(quán)利要求2-4中任意一項所述的裝置，其中，所述測力傳感器與所述腔室的外表面鄰接。
7.如權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述裝置進一步包括置于所述測力傳感器和所述可崩潰機構(gòu)間的柔性元件。
8.如權(quán)利要求2-7中任意一項所述的裝置，其中，所述腔室和可軸向移位的端壁是由金屬制成的。
9.如前述權(quán)利要求中任意一項所述的裝置，其中，所述裝置適于水平地或豎直地插入到所述軸向負荷測量計中，或者既適于水平地也適于豎直地插入到所述軸向負荷測量計中。
10.一種通過使用如前述權(quán)利要求中任意一項所述的裝置來研究軸向負荷測量計的變化性的方法，所述方法包括下列步驟i.將所述裝置插入到所述軸向負荷測量計內(nèi)；ii. 將負荷施加至所述裝置上，直至在預(yù)設(shè)負荷時崩潰；iii.在所述裝置崩潰時測量由所述測量計返回的負荷；iv.將由所述測量計返回的崩潰負荷與所述裝置的預(yù)設(shè)崩潰負荷進行比較；V.根據(jù)需要重復(fù)步驟ii-iv。
11.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，對于步驟而言，操作員都是同一個人。
12.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述方法由至少兩個不同的操作員來重復(fù)。
13.—種基本上如本文中參照附圖所描述那樣以及如附圖所示出那樣的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于研究軸向負荷測量計的統(tǒng)計學(xué)變化性的裝置。所述裝置插入到軸向負荷測量計內(nèi)，并且逐步施加負荷。在預(yù)設(shè)的負荷下，所述裝置內(nèi)的機構(gòu)可控地崩潰，并且所施負荷被安全地傳送通過所述裝置的結(jié)構(gòu)。將所述裝置的測力傳感器上測得的負荷與所述測量計的測力傳感器上測得的負荷進行比較，能夠有助于對軸向負荷測量計的重復(fù)性和再現(xiàn)性的計算。該測試是非破壞性的，并且具有高度的重復(fù)性；其允許對不同工廠內(nèi)以及在不同軸向負荷測量計上獲得的負荷測量結(jié)果進行比較。
文檔編號G01N3/00GK102439406SQ201080022124
公開日2012年5月2日 申請日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者M. 林奇 D., 弗盧德 I., G. 斯基摩爾 J., J. 考恩特 N., R. 阿內(nèi)爾 S. 申請人:皇冠包裝技術(shù)公司