专利名称：用于轴向负荷测量计的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于轴向负荷测量计的装置，例如用来研究这样的测量计的统计学变化性的装置。此外，所述测量计主要意在用于金属包装工业中，主要针对食品和饮料产品所用的容器。
背景技术：
对众多包装(例如，诸如金属罐和塑料瓶之类的容器)的一条消费者评价性能标准是其轴向负荷性能。对罐来说，这与容器的堆放、运输、填充和缝接相关。为了证明符合规范，在测量计中对样品进行测试，所述测量计通过例如气压缸或者由电动机驱动的导向螺杆来施加轴向负荷。对力进行测量，并且在负荷中发生突然下降时发现崩溃点。测量计的硬件或软件探测崩溃点并返回崩溃负荷的值。在测试过程中，罐表现为刚性弹簧，以弹性方式变形，直至发生永久“塑性”变形时的崩溃点。所述测试为破坏性测试，并且因为样品的特性在某种程度上有所不同，所以检查测试结果的重复性是很困难的。因此，需要将样品的变化性与测量计的变化性分开。测量计的变化性有两个主要组成部分，即重复性和再现性。测量计的重复性是指 测量计的相同操作人员无论重复多少次测量过程，该测量计都能给出一致的测量结果的能力。测量计的再现性是指无论进行测量的操作人员是谁，相同的测量计都能够给出一致的测量读数的能力。
发明内容
因此，提供了一种用于轴向负荷测量计的装置，包括用于联接至轴向负荷测量计的接口、可崩溃机构、以及测力传感器，由此在使用中，当给该装置施加负荷时，所施负荷通过该装置传输，直至达到预设的负荷值，从而启动可崩溃装置的崩溃。本装置通过在负荷性能上实施关于样品的基本恒定的工业影响从而有助于对测量系统的统计学变化性的计算，例如由于各向异性的材料特性或者由于缺陷的存在。在测试中，该装置保持完好且未受损，结果是负荷可以被重复地施加至相同装置上。本装置因此可以重复使用，以在不同时间监测相同的测量计，或者等同地，研究由使用替代类型的轴向负荷测量计而导致的测量读数中的偏差或其中的任意偏差。因而，本装置将最终允许对源自各包装制造商的产品的轴向负荷性能的精确比较。这是因为，一旦建立了测量计的变化性，那么通常用在这些测量计中的关于样品的轴向负荷数据就变得更有意义。在一个特定实施例中，该装置还包括支撑结构，其至少容纳有可崩溃机构。这种支撑结构可适于采用任何适当的形式，比如一件包装(例如饮料容器)。当在布局和材料选择方面(尤其是关于特定类型的轴向负荷测量计)对装置进行配置时，可对该装置的支撑结构进行修改以对此进行反映，特别是如果从审美角度进行修改的话。操作人员看一眼就能够知道该装置当前关于哪一种测量计进行了配置。优选地，可崩溃机构包括液压轴承或滚动元件轴承。对于该特定应用而言，这些类型的轴承的优点是它们具有低摩擦系数，结果是所施负荷在具有最小量的阻力的情况下被传输到测力传感器，因此减小了与测试结果相关联的数学误差。以滑动运动工作的轴承，比如传统的滑动轴承，与以滚动运动工作的轴承相比通常具有更大的摩擦系数，因此它们不是特别适合用作可崩溃机构的部件。在一个优选布置中，可崩溃机构包括多个球轴承或滚子轴承。这些轴承的优点是 与液压轴承相比，它们简单并且对于制造或购买来说相对较便宜。理想地，可崩溃机构包括多个通过轴向支撑件保持就位的滚子轴承。这种布置的优势是能够将装置内的部件数量保持为最少，从而降低其成本和重量。在任何轴承(涉及可崩溃机构的那些轴承以及用在装置内其他地方处的那些轴承)内对润滑剂的包括都是可任选的。一方面，期望没有润滑剂以避免诸如维护问题以及流体泄漏之类的问题。而且，装置因此更轻，且制造也更便宜。但是，包含润滑剂能够延长所有内部轴承部件的使用寿命。在选择是否包括润滑剂的时候，应当考虑装置的预期寿命以及使用环境。当前已经可以获得放弃了任何润滑需求的轴承材料，例如，具有助滑添加剂的塑料。在进一步优选的实施例中，装置的测力传感器与可崩溃机构相连。这种布置的优点在于负荷能够直接传输通过装置的测力传感器，因此避免了由于摩擦的缘故导致的负荷中的任何损耗。通过将装置的测力传感器安放于支撑结构外侧，与支撑结构的一个或任意外表面邻接，也能获得类似的优点。这种优化的布置实现了通过轴向负荷测量计对所施负荷的最准确的测量读数。在另外的实施例中，该装置还包括置于测力传感器和可崩溃机构之间的柔性元件。通过包括柔性元件，该装置适于在这样的轴向负荷测量计上使用，所述轴向负荷测量计通过实现移位从而将负荷施加至处于测试中的样品，例如，驱动导向螺杆的装置。从容器制造生产线上取得的常规金属容器作用就像弹簧一样，表现为当施加轴向负荷时，容器在其压垮之前将会挠曲，容器的位移直接与所施加的负荷成比例。如果导向螺杆类型的测量计将相同的负荷施加至装置，那么在无位移的情况下力将急剧上升，因此测量计将无法有效模拟真实的罐。柔性元件的作用就是引入真实容器在其到达崩溃点之前将会经历的小量位移。例如，柔性元件可能为弹簧或可预测的柔韧的塑料块。该元件的弹簧刚性系数使得装置可以在测试中有效地模拟所期望的样品。要阐明的是用于在装置中来模拟钢制容器的崩溃的柔性元件具有的弹簧刚性系数与用来模拟铝制容器的崩溃的柔性元件的弹簧刚性系数不同。这些弹簧刚性系数又与用于模拟塑料瓶崩溃的柔性元件的弹簧刚性系数不同。如果支撑结构采用了具有可移位端壁的腔室的形式，那么在一个优选实施例中， 它是由例如碳素钢之类的金属构造的。与其他刚性材料(例如，塑料)相比，金属是一种对负荷变形具有固有的高抵抗力的材料。在实践中，这意味着在任何情况下如果轴向负荷测量计失效，从而测量计的施加负荷变得潜在地危险且具有破坏性，那么该装置能够经受住该负荷。另外，有着可移位端壁的坚固的腔室在工厂环境内的运输和正常搬运过程中将保护内部部件不受损伤。此外，这种金属支撑结构与例如塑料相比，以更一致的方式来对温度变化作出反应。在实践中，该装置在使用前必须有高达一个小时的时间来适应室温。这允许装置的内部部件(特别是电子部件)在室温下稳定。
要理解的是，装置部件的零部件的布局可适于允许该装置被竖直或水平地插入到轴向负荷测量计中，以便易于使用。等同地，要理解的是，支撑结构以及任何其他装置部件可以被配置，以使该装置适于用在通常在其他包装形式(例如，酸奶筒、金属油桶、塑料瓶、和Tetra I^ak 类型的饮料纸盒)中使用的轴向负荷测量计中。本文还提供了一种研究轴向负荷测量计的变化性的方法，包括i.将装置插入到轴向负荷测量计内，ii.在该装置上施加负荷直至在预设负荷时崩溃，iii.在该装置崩溃时测量由测量计返回的负荷，iv.将由测量计返回的崩溃负荷与该装置的预设崩溃负荷进行比较，V.根据需要重复步骤ii-iv。在一种优选方法中，该机器的相同操作员执行步骤i_v，这将会产生能够用来对轴向负荷测量计的重复性进行评估的负荷数据。在第二种优选方法中，由至少两个不同操作员来重复这些步骤。这将会产生能够用来对轴向负荷测量计的再现性进行评估的负荷数据。步骤ii-v也可等同地被自动操作，并且由机器而不是人类操作员来执行，而不违背本发明的精神。
仅作为示例，现在将参照附图对本发明进行描述，附图中 图1为处于未崩溃状态中的本发明优选实施例的示意图。图2为处于崩溃状态中的相同装置的示意图。图3为根据本发明一个方面的装置的示意图，其中具有附接的计算机系统和接口控制箱。图4为气动式轴向负荷测量计的示意图。图5为导向螺杆式轴向负荷测量计的示意图。
具体实施例方式在图1中，装置(1)包括带有可轴向移动的端壁(101)的腔室(14)，并且在腔室 (14)内容纳有可崩溃机构(15，17，18)，通过滑动轴承(plain bearing)保持就位。可轴向移动的端壁(101)通过螺钉(100)被牢固地附接到空心轴(18)。该轴容纳有轴向对齐的一堆滚子(17)，并且两个中间的滚子(17)通过由两个半体构成的罩(15)来保持对齐。罩(15) 的一个半体在隔套(16)内可径向移动。罩(15)的另一个半体也可径向移动，并且附接到连杆(105)，连杆(105)用于将罩(15)与螺线管衔铁(104)相连接。螺线管衔铁(104)径向位于螺线管线圈(106)内，并且螺线管线圈(106)通过两个螺钉固定至螺线管壳体(11)。围绕连杆(105)的一部分并且与罩(15)的边缘平齐的是螺旋弹簧(102)。连杆(105)在螺线管衬套(103)内可径向移动。在轴(18)下方放置有柔性元件(13)，与测力传感器(12)邻接。在准备使用该装置时，首先给螺线管通电，从而让其做好准备；操作员将螺线管衔铁(104)朝向大致位于螺线管线圈(106)的区域内的螺线管场来机械地操纵，直到所述螺线管场接合螺线管衔铁(104)并将其保持在内。现在，装置(1)已准备好可以使用。当轴向负荷被施加至装置时，可轴向移位的端壁(101)向腔室(14)移动。负荷随即通过所述一堆滚子(17)传输到柔性元件(13)和装置的测力传感器(12)。装置的测力传感器(12)测量负荷的大小，并且在理想状态下，装置的测力传感器(12)应当被校准并可追溯到国家标准。在所需的预设负荷时，螺线管线圈(106)被断电，其结果是由连杆(105)牢固保持住的并且如同它们是单个部件那样一起起作用的螺线管衔铁(104)被径向移位，从而导致螺旋弹簧(102)减压。螺旋弹簧(102)因此回到它的自然稳定状态。由于螺线管衔铁(104) 和螺旋弹簧(102)的动作，所以罩(15)受力而径向移动，从而使两个中间的滚子(17)移动成不再对齐，如图2所示。这导致了内部机构的崩溃，从而卸除了对柔性元件(13)的负荷。将在装置的测力传感器(12)上测量到的负荷与测量计上测量到的负荷进行比较。 这种比较随后允许在工厂内或在行业内的测量计相对于彼此的校准。可以使用系统性比较来研究测量计的重复性和再现性。图3显示了装置(1)如何在实践中作为系统一部分使用。计算机(21)将所期望的负荷跳变点(load trip point)沿着USB线缆(22)发送至控制箱(20)内的比较器。当在装置(1)内的测力传感器(12)上对负荷进行测量时，信号沿着信号引线(24)传输至控制箱 (20)，比较器不断地将上升的负荷与所期望的负荷跳变点的负荷进行比较。一旦达到所期望的负荷跳变点，则比较器的输出就沿着信号引线(23)将装置(1)内的螺线管断电，从而导致滚柱(17)堆的崩溃。计算机(21)上运行的程序记录相对于时间的测得负荷(通常以牛顿或千克为单位)，以及到达负荷的速率。该速率在比较不同的测量计类型时非常重要。图4示出了气动式轴向负荷测量计的示例。这类测量计在市场上有售，比如 Canneed Instrument (HK) Ltd.生产的 CMC-Kuhnke AXL-0500 轴向负荷一饮料罐测试仪或AXL-4000轴向负荷测试仪。在使用中，装置(1)被放置到轴向负荷测量计(3)内，并且放在支撑件(30)上。支撑件(30)被向上朝向并相对于压板(35)逐渐施力。通过选择合适的衬垫来减少自由空间，从而能够将测试运行时间降低到最少。这在使用相同的测量计(3 ) 来测试不同容量(通常在15 cl到50 cl之间)的饮料罐的时候特别有用。压板(35)相邻于测量计的测力传感器(37)安置，测力传感器(37)自身附接至十字头(36)。压板(35)、测量计的测力传感器(37)和十字头(36)都可通过四根柱(34)引导从而竖直移动，但为了测试目的而固定就位。控制箱(32)包括对从工厂的空气管路获取的气压供应进行调整以确定所施负荷的所需电子器件。最大所施负荷的大小在显示屏(31)上通知给使用者。图5示出了典型的导向螺杆式轴向负荷测量计(4)。这些测量计也是可以广泛获取的，比如来自Mecmesin 的同类产品。在这种类型的测量计中，负荷是通过使位于测量计中心的导向螺杆(41)向下前行来施加的，导向螺杆(41)的位移由电动机(40 )来实现，并通过基座(42)内的电子器件来进行控制。在使用中，装置(1)被直接放置在测量计的测力传感器(43 )上，并且负荷从测量计通过顶压板(44 )传输至装置(1)。很显然，在不脱离由权利要求限定的本发明的总体范围的情况下，其他配置也是可能的。例如，虽然使用螺旋弹簧(120)来帮助可崩溃机构的崩溃，但是诸如具有相同功能的盘簧或气动布置之类的替代物也是可能的。
权利要求
1.一种用于轴向负荷测量计的装置，包括用于联接到所述轴向负荷测量计的接口、可崩溃机构、以及测力传感器； 由此在使用中，当负荷被施加至所述装置时，所施负荷传输通过所述装置，直至达到预设的负荷值，从而启动所述可崩溃机构的崩溃。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括带有可轴向移位的端壁的腔室。
3.如前述权利要求中任意一项所述的装置，其中，所述可崩溃机构包括液压轴承或滚动元件轴承。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述滚动元件轴承是多个球轴承或滚子。
5.如前述权利要求中任意一项所述的装置，其中，所述测力传感器与所述可崩溃机构相连。
6.如权利要求2-4中任意一项所述的装置，其中，所述测力传感器与所述腔室的外表面邻接。
7.如权利要求5或权利要求6所述的装置，其中，所述装置进一步包括置于所述测力传感器和所述可崩溃机构间的柔性元件。
8.如权利要求2-7中任意一项所述的装置，其中，所述腔室和可轴向移位的端壁是由金属制成的。
9.如前述权利要求中任意一项所述的装置，其中，所述装置适于水平地或竖直地插入到所述轴向负荷测量计中，或者既适于水平地也适于竖直地插入到所述轴向负荷测量计中。
10.一种通过使用如前述权利要求中任意一项所述的装置来研究轴向负荷测量计的变化性的方法，所述方法包括下列步骤i.将所述装置插入到所述轴向负荷测量计内；ii. 将负荷施加至所述装置上，直至在预设负荷时崩溃；iii.在所述装置崩溃时测量由所述测量计返回的负荷；iv.将由所述测量计返回的崩溃负荷与所述装置的预设崩溃负荷进行比较；V.根据需要重复步骤ii-iv。
11.如权利要求11所述的方法，其中，对于步骤而言，操作员都是同一个人。
12.如权利要求12所述的方法，其中，所述方法由至少两个不同的操作员来重复。
13.—种基本上如本文中参照附图所描述那样以及如附图所示出那样的装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于研究轴向负荷测量计的统计学变化性的装置。所述装置插入到轴向负荷测量计内，并且逐步施加负荷。在预设的负荷下，所述装置内的机构可控地崩溃，并且所施负荷被安全地传送通过所述装置的结构。将所述装置的测力传感器上测得的负荷与所述测量计的测力传感器上测得的负荷进行比较，能够有助于对轴向负荷测量计的重复性和再现性的计算。该测试是非破坏性的，并且具有高度的重复性；其允许对不同工厂内以及在不同轴向负荷测量计上获得的负荷测量结果进行比较。
文档编号G01N3/00GK102439406SQ201080022124
公开日2012年5月2日 申请日期2010年5月5日 优先权日2009年5月21日
发明者M. 林奇 D., 弗卢德 I., G. 斯基摩尔 J., J. 考恩特 N., R. 阿内尔 S. 申请人:皇冠包装技术公司