用于测量封盖头的扭矩和/或轴向载荷的组件的制作方法

本发明涉及一种用于测量封盖头的扭矩和/或轴向载荷的组件，所述封盖头通常用于在容器或瓶子上施加盖子。更具体地，本发明涉及一种在所述封盖头向容器施加盖子时，测量由所述封盖头施加的紧固扭矩以及轴向载荷的组件。

背景技术：

封盖头是一种可以将盖子或塞子紧密地密封在例如，用于装如饮料等食用品的容器或瓶子的口上的装置。为此，它们包括夹持装置，所述夹持装置被设置成与盖子接合，然后将其传送到对应的容器颈部，并向所述盖子施加旋转和/或轴向力，将其拧到所述颈部的螺纹部分，直至达到拧紧状态。

在拧紧的情况下，所述封盖头持续施加扭矩，直到达到与设定的紧固扭矩相对应的扭矩阈值。实际上，所述封盖头通过旋转致动器电设置，或者通过磁性离合器机械设置，使得其不能施加超过紧固扭矩的扭矩。

在封盖容器期间，具有预定值的轴向载荷，也称为“顶部载荷”，通过例如，预载弹簧的作用或通过合适的线性致动器也施加在盖子上。

已知的是，为了检查在施加已设定的紧固扭矩和/或轴向载荷时的封盖头的正确操作，使用名为“测力瓶”或“金瓶”的测量仪器。这种仪器具有瓶形主体，允许将其设置在待封盖的容器的相应位置上，以便于以这种方式测试由特定的封盖头施加的扭矩和轴向载荷。

便于与设置在待测试的头部上的盖子夹持装置连接的帽形接口被固定在瓶形主体的顶部。所述帽形接口连接到位于所述瓶形主体内的多个传感器，以将所述封盖头施加在相同接口上的扭矩和/或轴向载荷传递到所述传感器上。

特别是在扭矩测量方面，这种传感器要么仅能检测预定阈值扭矩的值，要么以连续的方式测量扭矩，从而获得整个周期内的扭矩行为，以便后续分析。

然而，现有技术中的解决方案并非没有缺点。实际上，申请人已经注意到，现有的测量仪器所提供的测量受到封盖头的夹持装置和固定在测量仪器主体上的帽形接口之间的连接的强烈影响。这些部件集中在独立的结构上，这些结构受到间隙和公差的限制。因此，它们可以绕彼此不完全平行或对齐的轴旋转。

此外，申请人还认识到，这两种运动的错位会导致假的转动力矩，这会引起静态型(偏移)或动态型的测量误差，其中，后者是由于旋转周期性造成的。此外，旋转分量与轴向载荷的纵向分量的组合导致测量异常，这是由于物理量的测量与定位和设定误差的叠加而导致的。

技术实现要素：

因此，本发明所基于的问题是提供一种用于测量封盖头的扭矩和/或轴向载荷的组件，其能够以动态的方式提供稳定的测量，尤其是几乎不受封盖头以及测量组件本身的相对位置不准确的影响。

在这样的问题中，本发明的目的是设想一种用于测量封盖头的扭矩和/或轴向载荷的组件，其持续确保封盖头和测量组件本身之间的精确对准。

更具体地，本发明的另一目的是提供一种用于测量封盖头的扭矩和/或轴向载荷的组件，其能够提供不受与封盖头的耦合影响的精确测量。

因此，根据本发明的第一方面，本发明涉及一种用于测量封盖头的扭矩和/或轴向载荷的组件，其包括容纳主体，容纳在所述容纳主体内的至少一个扭矩传感器和/或至少一个负载传感器，以及适于将封盖头与所述容纳主体相连的接口装置，该接口装置以适合于将施加在所述接口装置上的扭矩传递给至少一个扭矩传感器和/或将施加在所述接口装置上的负载传递给所述至少一个负载传感器的方式连接到所述至少一个扭矩传感器和/或至少一个负载传感器；其中：所述接口装置包括至少第一部分以及第二部分，其中，所述第一部分固定地约束在所述封盖头上，使得所述第一部分可由封盖头旋转和/或平移；所述第二部分连接到所述至少一个扭矩传感器以向其传递扭矩和/或连接到所述至少一个负载传感器以向其传递负载，该扭矩和负载由接口装置的第一部分施加到接口装置的第二部分，其中，所述接口装置的第一部分适于在没有相互接触的情况下向所述接口装置的第二部分传递扭矩。

申请人已经意识到，现有技术设备的测量误差或不准确主要是由于传感器与外部部件(特别是封盖头)之间的相互接触作用(直接或间接接触)，而将扭矩和负载施加到设备上。

因此，申请人已经研究了一种合适的接口，该接口能够将从外部施加到接口本身的扭矩传递给传感器，而这些元件之间或者分别连接到这些元件的部件之间不需要任何相互接触。

实际上，申请人已经意识到，通过这样的接口，有利的是，不会由于在测量期间相互作用的部件之间可能存在的形式、耦合或对准的不准确性而获得的测量的失真。

此外，申请人已经注意到，通过非接触式扭矩传递，有利的是，该测量更加稳定，因为它既不会受到摩擦也不会受到其它在测量中引入扭曲的影响。

本发明可以具有以下优选特点中的至少一个，这些特点是可以随意组合在一起以应对特定的应用要求。

优选地，所述接口装置的第一部分可以磁耦合到接口装置的第二部分，以用于向其传递扭矩。

有利地，所述接口装置的第一和第二部分之间的磁耦合能够在没有相互接触的情况下有效且精确地将扭矩从一个部分传递到另一个部分。这使得能执行高度精确和可重复的测量，而接口基本上没有磨损。

更优选地，所述接口装置的第二部分是杯形的，从而限定一用于接口装置的第一部分的接收座。

优选地，所述接口装置的第一部分被成形为圆柱形销，销形第一部分的尺寸被设计成其能适配于由杯形第二部分限定的接收座。

这种结构特别方便，因为一方面它的构造非常简单，另一方面它允许逐渐调节接口装置的第一和第二部分之间的磁耦合。以这种方式，可以在设定的封盖头的连续值范围内执行扭矩测量。

优选地，所述接口装置的第一部分设置成固定在封盖头上，代替头部本身的夹持装置。

方便的是，这样无论每个封盖头所处理的盖子的特定形状如何都能进行测量。此外，特别容易改变用于测量的封盖头。实际上，只要移除封盖头的夹持装置并将接口装置的第一部分连接在它们的位置，就足够了。

在替代方案中，所述接口装置的第一部分被设置成插入并保持在封盖头的夹持装置中。

根据这种替代方案，有利的是，可以更简单和更快速地准备用于测量的封盖头，即对头部进行预配置，使接口装置的第一部分通过所述封盖头进行旋转和平移。实际上，在第一部分是外部帽形的情况下，这仅需要将该第一部分以常规方式插入并保持在封盖头的夹持装置中。

更优选地，所述接口装置的第一和/或第二部分包括多个永磁体，这些永磁体被设置成以交替的极性分别沿销形第一部分的外覆盖表面和/或杯形第二部分的覆盖表面面向接收座的内部环形展开。

甚至更优选的是，所述接口装置的第一或第二部分包括永磁体，其被成形为分别从销形第一部分的外覆盖表面或从杯形第二部分的覆盖表面向着接收座的内部突出的中空圆柱形环。

优选地，永磁体由钐-钴合金和/或钕-铁-硼合金和/或铝-镍-钴合金制成。

在替代方案中，所述接口装置的第一或第二部分由经受磁滞摩擦的铁磁材料制成。

优选地，所述铁磁材料是铝-镍-钴合金。

优选地，所述接口装置的第一和第二部分包括用于相互对准或定心的装置。

有利地，提供定心装置确保形成所述接口装置的两个部分能够以消除偏移和定位误差的方式对准定位。

更优选地，用于彼此对准的装置包括从销形第一部分的自由头部表面的中心轴向延伸的定心凸起，以及形成在接收座的底壁上的入口凹槽，所述入口凹槽以相对于所述定心凸起互补的方式被成形，以用于在其内部接收所述凸起。

在替代方案中，用于彼此对准的装置包括从接收座的底壁的中心轴向延伸的定心凸起，以及形成在销形第一部分的自由头部表面上的入口凹槽，所述入口凹槽以相对于所述定心凸起互补的方式被成形，以用于在其内部接收所述凸起。

这两种替代实施方式都能方便地确保不仅获得形成接口装置的两个部件的完美对准，而且还确保了负载在轴内的完美传递，因此其测量特别精确。

此外，这种装置以简单，直接的方式获得定心，并且与传送器上的容器的常规定位相兼容。

优选地，至少一个负载传感器是三轴传感器。

在替代方案中，至少一个负载传感器是单轴传感器，并且其被设置成检测沿垂直轴施加的载荷。

优选地，所述测量组件还包括耦合到所述接口装置的第二部分的多个第二传感器。

更优选地，所述多个第二传感器包括从由以下组成的组中选择的至少一个传感器：

旋转传感器，最好是编码器类型；

霍尔效应传感器；

温度传感器；

加速度传感器；

位移传感器；

偏心传感器。

有利地，旋转传感器和霍尔效应传感器能在接口装置的第一部分接近第二部分时记录其随时间的旋转磁性变化，同时还可以记录减速曲线。这有利于在该接近期间检测接口装置的第一部分和第二部分之间的偏心。

有利地，加速度传感器能测量封盖头的振动，并因此评估封盖头的老化，从而增加间隙并因此提高振动。

有利地，位移传感器也在接近和相互插入期间检测接口装置的第一和第二部分之间可能的偏心，从而检测被测量的封盖头的偏心。

优选地，位移传感器包括偶数个磁传感器，这些磁传感器以相对的传感器对安装在接口装置的第二部分的永磁体之间。

有利地，在将接口装置的第一部分旋转平移插入第二部分期间，所述第一部分的磁面在相对于位移传感器的磁铁旋转时产生以差分方式读取的脉冲，并在旋转180°后再进行比较。这样的双读可以方便地补偿公共模式，消除单个磁铁的场强差。

实际上，在理想的情况下，所有的磁铁都有相同的强度，转子以定子为中心旋转，传感器产生的值为零。相反，在存在间隙或偏心的情况下，磁体放大吸引力和排斥力，从而产生不平衡的磁场。其结果是，由此产生的微分值(不等于零)与旋转角度有关，并因此与转子的位移有关，从而提供了关于间隙和缺乏同轴度的相对(而非绝对)指示。

此外，如果负载传感器是三轴传感器，则有利的是，能够在消除共模的同时记录这种差异。

附图说明

通过以下结合附图对某些优选实施方式的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得更加明显。

如果必须利用特定组合所带来的特定优势，则可以根据前面的描述任意地将各个配置中的不同特征组合在一起。其中：

图1示出了本发明的用于测量封盖头的扭矩和/或轴向载荷的组件的第一优选实施方式的侧剖视示意图；

图2a至2c是图1中所示测量组件在测量阶段的三次连续耦合配置中的透视剖视图；

图3示出了本发明的用于测量封盖头的扭矩和/或轴向载荷的组件的第二优选实施方式的侧视和部分剖视的局部视图。

具体实施方式

在以下描述中，为了描述附图，使用相同的附图标记表示具有相同功能的结构元件。此外，为了清楚起见，一些附图标记可能没有在所有附图中示出。

“垂直”和“水平”、“上”和“下”(在没有进一步指示的情况下)等表述应参照安装(或操作)条件以及参考当前语言中使用的正常术语，其中“垂直”表示与重力矢量“g”的方向基本平行的方向，而“水平”表示与垂直方向垂直的方向。

参照图1，其示出了根据本发明的用于测量封盖头的扭矩和/或轴向载荷的组件的第一优选实施例，所述组件通常用10表示。

测量组件10包括容纳主体11，容器体11优选具有瓶子或容器的外部形状，以便可以将其插入到传送机上，其中，所述传送机被设置为用于输送与封盖头50相对应的待封盖的容器，以进行封盖操作。

容纳主体11具有板状上端部14，并且在板状部分14的下方限定了颈部15，所述颈部15被设置成与保持系统(未示出)配合，将测量组件10保持到位，从而使其适于执行测量。

在图1所示的容纳主体11的内部设置有三轴类型的至少一个扭矩传感器12和至少一个负载传感器13以及与传感器12,13相连的电子处理装置16。电子处理装置16被设置成管理传感器的控制，并且存储由传感器采集的测量。

被设置成将封盖头50连接到容纳主体11的接口装置20，以适于在围绕轴A旋转时，将通过封盖头50施加在所述接口装置20上的扭矩传递到扭矩传感器12的方式设置在容纳主体11的上方。

类似地，接口装置20被设置成以适合于将沿着轴A向下平移时由封盖头50施加在所述接口装置20上的轴向推力传递到负载传感器13的方式将封盖头50连接到容纳主体11。

为此，接口装置20没有固定到容纳主体11上，而是通过主轴17直接连接到传感器12,13。接口装置20不被支撑在容纳主体11的板形上端部分14上，而是被支撑在所述主轴17上。

根据本发明，接口装置20包括第一部分21和第二部分22，其中，所述第一部分21可以以这样的方式紧固到封盖头50：所述第一部分通过封盖头50旋转和/或平移；所述第二部分22耦合到至少一个扭矩传感器12和/或至少一个负载传感器13，以将施加在所述第二部分22上的扭矩和/或负载传递给所述至少一个扭矩传感器12和/或至少一个负载传感器13。

所述第一部分21被设置成以非接触的方式将扭矩传递到第二部分22。

在图1所示的实施例中，接口装置20的第一部分21被成形为圆柱形销，一旦被安装到封盖头50上，其就沿着同一封盖头50的旋转轴A对称地延伸。销21的外表面具有磁性。

相应地，接口装置20的第二部分22固定地安装在主轴17上并且通常是杯形的，从而限定了用于接收销21的座25，该座具有与圆柱形销21的尺寸基本互补的尺寸，以便于能够以非接触的方式在在其内部容纳所述销。

此外，面向由杯形部分22限定的接收座25的内部的表面也具有磁性，以便当所述销21处于部分或完全插入所述座25中的结构时与销21的外表面配合。

在图1所示的实施例中，圆柱形销21的外表面覆盖有由多个永磁体形成的环23，所述永磁铁沿着环的延伸部分以交替的极性布置，而接收座25的内表面覆盖有由受磁滞摩擦的铁磁材料制成的环24。为了制造圆柱形销21的环23的永磁体，使用诸如钕-铁-硼合金的材料是特别合适的，而覆盖接收座25的环24优选由铝-镍-钴铁磁合金制成。

圆柱形销21具有定心凸起26，当销21安装在封盖头50上时，定心凸起26从销21的自由头部表面21a的中心朝向接收座25轴向延伸。

以镜像的方式，在接收座25的底壁25a的中心处设置一个入口凹槽27，该入口凹槽27相对于定心凸起26以互补方式成形，并且被成形为在其内部容纳该凸起26。

有利地，定心凸起26和入口凹槽27具有圆锥形状，以便更容易地将凸起26引入到凹槽27中。

参照图3，其示出了用于测量封盖头的扭矩和/或轴向载荷的组件的第二种优选实施方式，其与第一种实施方式的不同之处主要在于定心凸起26以及相应的入口凹槽27的反向定位。实际上，在图3所示的实施方式中，入口凹槽27形成在销21的自由头部表面21a的中心处，而定心凸起26则从接收座25的底壁25a的中心轴向延伸。

此外，在图3所示的测量组件中，连接接口装置20和传感器12,13的主轴17从容纳主体11延伸，使得在容纳主体11的板形上端部分14与接口装置20之间留有间隙。

根据本发明的测量组件10的操作如下。

为了测量由封盖头施加的扭矩和轴向载荷，接口装置20的第一部分21被固定到所述封盖头50上，以代替此类头部50通常设有的夹持装置(未示出)。

此后，启动封盖头50，从而引起销21的旋转平移运动。由封盖头50施加在销21上的移动使销逐渐地进入到由接口装置20的第二部分22限定的接收座25中。

如图2a至2c的顺序所示，第一部分21以非接触的方式逐渐地进入到接收座25中，从而磁性地接合接口装置20的第二部分22。

当由第一和第二部分21,22之间的磁耦合产生的阻力矩超过被测量的封盖头50设定的紧固扭矩时，第一部分21停止旋转并以非接触方式将扭矩传递到第二部分22，而所述第二部分22则将该扭矩传递给它所连接的扭矩传感器12。

定心凸起26也逐渐与入口凹槽27接合，从而确保接口装置20的第一部分21和第二部分22之间的定心。

此外，在定心结构中，第一部分21的自由头部表面21a和形成在第二部分22中的接收座25的底壁25a至少通过凸起26和凹槽27之间的联接而接触。

在这种接触结构中，将由封盖头50施加的负载从接口装置20的第一部分21传递到第二部分22，从而所述负载可以通过负载传感器13检测到。

根据本发明的用于测量封盖头的扭矩和/或轴向载荷的组件的特征从上面的描述中清楚可见，相关的优点也清楚显明。

在不脱离本发明的教导的情况下，上述实施方式可有其他变型。

最后，显而易见的是，所设想的用于测量封盖头的扭矩和/或轴向载荷的组件可以进行若干改变和修改，所有这些都在本发明的范围内。此外，所有细节都可以用技术等效物代替。在实践中，根据技术要求，可以采用任何材料以及任何尺寸。