JP2006239747A - 押し通し曲げ加工方法及び装置 - Google Patents

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豊 田中
Tetsuya Sato
哲哉 佐藤
Yoshifumi Mori
佳文 森
Tokuji Saegusa
徳治 三枝
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Abstract

【課題】 簡単な構成で、長尺材の曲率半径を求めることができる押し通し曲げ加工方法及び装置を提供することを課題とする。
【解決手段】
あらかじめ行っておいた加工実験により、運動座標系での前記可動ダイスのダイスオフセット、ダイス角度の影響を含む長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pc)を求めておき、運動座標系での加工中の長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pm)を求め、運動座標系での前記加工中の長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pm)から運動座標系での前記加工実験で求めた前記可動ダイスのダイスオフセット、ダイス角度の影響を含む長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pc)を引いて、絶対座標系での曲げ加工後の前記長尺材の長尺材の軸と直交する断面の中心座標の変化量(P)を求め、長尺材の軸と直交する断面の中心座標の変化量(P)から前記長尺材の曲率半径の変化を求める。
【選択図】 図1

Description

本発明は、長尺材を固定ダイスから可動ダイスへ押し通しながら、前記可動ダイスを前記固定ダイスに対して、ダイスオフセット、ダイス角度を変化させて、前記長尺材を曲げる押し通し曲げ加工方法及び装置に関する。
図11に押し通し曲げ加工装置の一例を示す。図11は押し通し曲げ加工装置の上面図である。図において、固定ベース1には、開口を有した固定ダイス3が設けられている。可動ベース5には、開口を有した可動ダイス7が設けられている。また、固定ベース1側には、長尺材9を固定ダイス3から可動ダイス7へ向かって送り出す送り手段11が設けられている。
そして、固定ベース1と可動ベース5との間には、可動ダイス7を固定ダイス7に対して移動・傾斜させる移動手段13が設けられている。
移動手段13は、固定ダイス3が設けられる固定ベース1と、可動ダイス7が設けられる可動ベース5と、固定ベース1と可動ベース5との間に渡って設置された油圧シリンダ17及びこの油圧シリンダ17の両端に設けられた自在継手19,21からなる6つの伸縮装置23とから構成されている。
6つの伸縮装置23は、略トラス状になるよう自在継手19,21を固定ベース1、可動ベース5の周縁部に結合して、油圧シリンダ17の伸縮によって固定ベース1に設定されたXYZ座標に対する可動ベース5の並進3自由度及び回転3自由度の運動を行なうパラレルリンク機構となっている。
このため、油圧シリンダ17の伸縮制御により、固定ベース1に対する可動ベース5の位置(距離、ずれ)や傾斜等を任意に設定できる。
このような装置では、送り手段11を用いて、長尺材9を固定ダイス3の開口から可動ダイス7の開口へ押し通しながら、移動手段13を用いて可動ダイス7を固定ダイス3に対して移動・傾斜させ、長尺材9を三次元形状に曲げ加工する。
図12は、押し通し曲げ加工の原理説明図である。まず、長尺材9の軸方向の断面を示す図12(a)に示すように、直角座標x,y,zは、固定ダイス3が設けられる平面方向をx−y平面とし、固定ダイス3の開口3aの重心を通る軸方向をz軸としている。
固定ダイス3が設けられた平面(x−y平面)上での、可動ダイス7の開口7a の重心と固定ダイス3の開口3aの重心とのずれ量をオフセット量(u)、固定ダイス3が設けられた平面(x−y平面)に対する可動ダイス7の傾き角をダイス角度(θ)、固定ダイス3の重心を通る軸(z軸)上での、固定ダイス3の開口3aの重心と可動ダイス7の開口7aの重心との距離をダイス間距離(V)とし、送り手段11の推力を送り力(PL)とする。y−z平面を示す図12(b)に示すように、固定ダイス3と可動ダイス7との間の長尺材9の長さをダイス間の材料長さ(Lv)とする。
長尺材9にはオフセット(u)の大きさに対応した加工荷重Paが働き、ダイス間距離(V)によって曲げモーメントM=PAcosθ・V+PL・uが作用して塑性変形を起こす。
固定ダイス3は固定とし、可動ダイス7だけを移動・傾斜させて、所望のオフセット量(u),ダイス角度(θ),ダイス間距離(V)を与える。
これらの可動ダイス7を作動させるパラメータ(オフセット量(u),ダイス角度(θ),ダイス間距離(V))のうち、オフセット(u)は加工する長尺材9の曲げ半径を決める役割を持ち、一般的にはオフセット(u)を増やすと曲げ半径(R)は小さくなり、オフセット(u)を減らすと曲げ半径Rは大きくなる。
ダイス角度(θ)は、直接に曲げ半径を決める因子とはならないが、長尺材9が可動ダイス7を通り抜けるときに、長尺材9の長手方向に直角な方向(即ちダイス角度(θ))に傾いていることが重要である(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−346640号公報(明細書第3頁−第4頁、図1、図5、図6参照)
このような押し通し曲げ加工装置で、図13(a)に示すように、可動ベース5上の高さ(h)の箇所にセンサを設け、長尺材9のオフセット量(m)を測定して加工中の長尺材9の曲げ加工形状を計測する場合、以下のような問題点がある。
一般に曲げ加工時の長尺材の搬出角度は図13(a)のように可動ベース5から垂直にはならず、図13(b)のようにある姿勢だけ傾いている。これは、可動ベース5の姿勢変化(ダイス角度θ)や、可動ダイス7の取り付けのガタ、可動ダイス7と長尺材9の接触状態の変化等の影響により発生し,加工中時の可動ベース5が実際にある姿勢だけ傾いているからである。
したがって,可動ベース5板上に設置したセンサの運動座標系も可動ベース5の姿勢に応じて変化し、最初からある姿勢だけ傾いている。即ち この可動ベース5の傾きに応じて 同一長尺材曲げ形状でも センサが計測するオフセット量(m)が変化するため、オフセット量(m)から推定する曲率半径に誤差が生じる問題があった。
また、3次元形状を同定するためには 別の対策として 複数の形状センサを設置すれば良いが 構成が複雑となる問題点がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、簡単な構成で、長尺材の曲率半径を求めることができる押し通し曲げ加工方法及び装置を提供することにある。
上記課題を解決する請求項1に係る発明は、長尺材を固定ダイスから可動ダイスへ押し通しながら、前記可動ダイスを前記固定ダイスに対して、ダイスオフセット、ダイス角度を変化させて、前記長尺材を曲げる押し通し曲げ加工方法において、あらかじめ行っておいた加工実験により、運動座標系での前記可動ダイスのダイスオフセット、ダイス角度の影響を含む長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pc)を求めておき、運動座標系での加工中の長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pm)を求め、運動座標系での前記加工中の長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pm)から前記加工実験で求めた運動座標系での前記可動ダイスのダイスオフセット、ダイス角度の影響を含む長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pc)を引いて、絶対座標系での曲げ加工後の前記長尺材の軸と直交する断面の中心座標の変化量(P)を求め、長尺材の軸と直交する断面の中心座標の変化量(P)から前記長尺材の曲率半径の変化を求めることを特徴とする押し通し曲げ加工方法である。
請求項2に係る発明は、長尺材を固定ダイスから可動ダイスへ押し通しながら、前記可動ダイスを前記固定ダイスに対して、ダイスオフセット、ダイス角度を変化させて、前記長尺材を曲げる押し通し曲げ加工装置において、前記可動ダイスの面と平行な面上に設けられ、加工中の前記長尺材の曲げの中心座標の変化(Pm)検出するセンサと、あらかじめ行っておいた加工実験により得られた運動座標系での前記可動ダイスのダイスオフセット、ダイス角度の影響を含む長尺材の軸と直交する断面の中心座標の変化(Pc)が記録されたテーブルと、運動座標系での前記センサで検出された長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pm)、前記テーブルに記録された長尺材の軸と直交する断面の中心座標の変化(Pc)を取り込んで、運動座標系での加工中の長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pm)から前記加工実験で求めた長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pc)を引いて、絶対座標系での曲げ加工後の前記長尺材の軸と直交する断面の中心座標の変化量(P)を求め、長尺材の軸と直交する断面の中心座標の変化量(P)から前記長尺材の曲率半径の変化を求める長尺材形状同定部を有することを特徴とする押し通し曲げ加工装置である。
請求項3に係る発明は、前記センサは、前記長尺材の周面に当接し、前記可動ダイスの面と平行な面上で移動可能な可動部分を有する第1の接触センサと、前記長尺材の周面に当接し、前記可動ダイスの面と平行な面上で、前記第1のセンサの前記長尺材の当接方向と交差する方向で移動可能な可動部分を有する第2の接触センサと、からなることを特徴とする請求項2記載の押し通し曲げ加工装置である。
請求項4に係る発明は、前記センサは、前記長尺材の周面に向かって第1の光を出射する発光部、前記第1の光を受光する受光部とからなる第1の光センサと、前記長尺材の周面に向かって第2の光を出射し、前記第2の光の出射方向が前記第1の光センサの発光部から出射される光の出射方向と交差する方向である発光部、前記第2の光を受光する受光部とからなる第2の光センサと、からなることを特徴とする請求項2記載の押し通し曲げ加工装置である。
請求項1−請求項4に係る発明によれば、前記可動ダイスの面と平行な面上に設けられ、加工中の前記長尺材の曲げの中心座標の変化(Pm)検出するセンサだけで、押し通し曲げ加工直後の長尺材の曲率半径を求めることができる。
又、曲率半径を求める計算も簡単なので、短時間で曲率半径を求めることができる。
更に、求めた曲率半径を加工パラメータの補正に利用できる。
又、センサは1つで、可動ダイス側に固定するだけなので、構造が簡単となり、コストダウンが図れ、故障も少なくなる。
請求項3に係る発明によれば、接触センサなので、確実な検出が可能となる。
請求項4に係る発明によれば、非接触センサなので、長尺材によって破壊される危険性が少ない。
最初に、図7〜図9を用いて、本形態例の押し通し曲げ加工装置の全体構成を説明する。図7は押し通し曲げ加工装置の正面図、図8は図7の上面図、図9は図7の左側面図である。
これらの図において、フレーム100に設けられた固定ベース101には、固定ダイス103が設けられている。可動ベース105には、可動ダイス107が設けられている。また、フレーム100には、長尺材109を固定ダイス103から可動ダイス107へ向かって送り出す送り手段としての油圧シリンダ111が設けられている。
そして、固定ベース101と可動ベース105との間には、可動ダイス107を固定ダイス103に対して移動・傾斜させる移動手段113が設けられている。
移動手段113は、固定ダイス103が設けられる固定ベース101と、可動ダイス107が設けられる可動ベース105と、固定ベース101と可動ベース105との間に渡って設置された油圧シリンダ117及びこの油圧シリンダ117の両端に設けられた自在継手119,121からなる6つの伸縮装置123とから構成されている。
6つの伸縮装置123は、略トラス状になるよう自在継手119,121を固定ベース101、可動ベース105の周縁部に結合して、油圧シリンダ117の伸縮によって固定ベース101に設定されたXYZ座標に対する可動ベース105の並進3自由度及び回転3自由度の運動を行なうパラレルリンク機構となっている。
このため、油圧シリンダ117の伸縮制御により、固定ベース101(固定ダイス103)に対する可動ベース105(可動ダイス107)の位置(距離、ずれ)や傾斜等を任意に設定できるようになっている。
送り手段としての油圧シリンダ111を用いて、長尺材109を固定ダイス103から可動ダイス107へ押し通しながら、移動手段113を用いて可動ダイス107を固定ダイス103に対して移動・傾斜させ、長尺材109を三次元形状に曲げ加工する。
そして、本形態例では、可動ベース105上に加工中の長尺材109の軸と直交する断面の中心座標の変化(Pm)を検出するセンサ121が設けられている。
ここで、センサ121の構成を説明する。図10は図7のセンサ121を説明する図で、図10(a)は正面図、図10(b)は図10(a)の上面図である。
センサ121は、X軸方向の変化を検出する第1の接触センサ131、第1’の接触センサ131’とY軸方向の変化を検出する第2の接触センサ141、第2’の接触センサ141’との接触センサからなる。
第1の接触センサ131は、可動ベース105上に設けられたブラケット132と、このブラケット132に設けられ、長尺材109の周面に向かって伸びるガイド133と、ガイド133に移動可能に係合し、長尺材109の周面に当接可能な当接部材134と、一端部がブラケット132に取り付けられ、他端部が当接部材134に取り付けられ、当接部材134を長尺部材109の周面方向に付勢するスプリング135と、ブラケット132に設けられ、当接部材134の変位を検出する渦電流センサ136とからなっている。
第2の接触センサ141は、可動ベース105上に設けられたブラケット142と、このブラケット142に設けられ、長尺材109の周面に向かって伸び、その方向が第1の接触センサ131のガイド133と直交する方向であるガイド143と、ガイド143に移動可能に係合し、長尺材109の周面に当接可能な当接部材144と、一端部がブラケット142に取り付けられ、他端部が当接部材144に取り付けられ、当接部材144を長尺部材109の周面方向に付勢するスプリング145と、ブラケット142に設けられ、当接部材144の変位を検出する渦電流センサ146とからなっている。
第1の接触センサ131、第2の接触センサ141のスプリング135、145により、当接部材134、144は常に長尺材109の周面に当接し、常に中心座標が計測できるようになっている。
尚、本形態例では、加工中の長尺材109の軸と直交する断面の中心座標のX軸方向の変化を検出する第1’の接触センサ131’、Y軸方向の変化を検出するが検出する第2’の接触センサ141’を設けたが、なくてもよい。
また、可動ベース105上に加工中の長尺材109の軸と直交する断面の中心座標の変化(Pc)を検出するセンサ121として、X軸方向で長尺材109の周面に向かって第1の光を出射する発光部、第1の光を受光する受光部とからなる第1の光センサと、Y軸方向で長尺材109の周面に向かって第2の光を出射する発光部、第2の光を受光する受光部とからなる第2の光センサとからなるものであってもよい。この場合、非接触センサなので、長尺材によって破壊される危険性が少ない。
次に、図2を用いて本形態例の押し通し曲げ加工装置の電気的構成を説明する。
200は制御の中心となるCAMソフト部であり、CADで実現される加工寸法指示部201よりの3次元形状情報Daを入力し、ディジタル制御部202に対して駆動パラメータPを与える。駆動パラメータPは、図12で説明したオフセットU,金型間距離V,ダイス角度θであり、加工する長尺材の種類に応じてパラメータの補正量がデフォルト設定されている。
ディジタル制御部202は、与えられたパラメータに基づいて伸縮装置123の油圧シリンダ117の伸縮量を制御し、可動ベース105の位置を高精度で制御する。CAMソフト部200は油圧シリンダ111に操作指令Fを発信し、長尺材109の押し出し速度を一定に制御する。
CAMソフト部200において、200aはパラメータ補正部であり、後述する長尺材形状同定部203で求められた形状測定値に基づいてパラメータの補正量のデフォルト値を最適値に自動変更するものである。
204は、あらかじめ行っておいた加工実験により得られた運動座標系での可動ダイス107のダイスオフセット(u)、ダイス角度(θ)の影響を含む長尺材109の軸と直交する断面の中心座標の変化(Pc)が記録されたテーブルである。
205は、センサ121で検出された運動座標系での長尺材109の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pm)、テーブル204に記録された長尺材109の軸と直交する断面の中心座標の変化(Pc)を取り込んで、運動座標系での加工中の長尺材109の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pm)から加工実験で求めた長尺材109の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pc)を引いて、曲げ加工後の絶対座標系での長尺材109の長尺材109の軸と直交する断面の中心座標の変化量(P)を求め、長尺材109の軸と直交する断面の中心座標の変化量(P)から長尺材109の曲率半径の変化を求める長尺材形状同定部である。
206は偏差演算部であり、長尺材形状同定部203よりの曲率半径の変化と加工寸法指示部201より与えられる2次元の形状目標値Dbを比較演算し、偏差Eを発信し、これをCAMソフト部200に与える。CAMソフト部200はこの偏差がゼロとなるように伸縮装置123をフィードバック制御する。このときに、パラメータ補正部200aにて、パラメータの補正量が最適値となる変更操作が自動的に実行される。
ここで、長尺材形状同定部203の作動を説明する。
押し通し曲げ加工における長尺材109の曲げ形状は図12に示すように、可動ダイス107のオフセット(u)とダイス角度(θ)による。加工後の曲げ半径Rは 可動ダイス107のオフセット(u)に主に依存し 図3のごとく変化する。即ち ダイスのオフセット(u)が小さい時は 曲率の小さく(曲げ半径は大きい)なる。また 可動ダイス107を通過する長尺材109の出口角度は ダイス角度(θ)変化に応じて、図13のように変化する。この状態でのセンサ121の実際の計測値(Pm:運動座標系)を図4に示す。加工初期の段階は可動ベース105の傾き角度変化に応じて センサ121の計測値が変化する。
そこで、長尺材形状同定部203は、図1に示すように、あらかじめ行っておいた加工実験により得られた運動座標系での可動ダイス107のダイスオフセット(u)、ダイス角度(θ)の影響を含む長尺材109の軸と直交する断面の中心座標の変化(Pc)をテーブル204に記録しておく(ステップ1)。
次に、センサ121で加工中の長尺材109の軸と直交する断面の運動座標系での中心座標の相対変化(Pm)を求める(ステップ2)。
次に、センサ121で検出された長尺材109の軸と直交する断面の運動座標系での中心座標の相対変化(Pm)と、テーブル204に記録された長尺材109の軸と直交する断面の中心座標の変化(Pc)とを取り込んで、運動座標系での加工中の長尺材109の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pm)から加工実験で求めた長尺材109の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pc)を引いて、曲げ加工後の長尺材109の絶対座標系での長尺材109の軸と直交する断面の中心座標の変化量(P:Pm−Pc)を求める(ステップ3)。一例として、センサ121の実際の計測値Pmを示す図4の場合、Pは図5に示すようになる。
そして、絶対座標系に対する中心座標と長尺材109の曲率は、線形関係にあるので、曲率1/Rおよび曲率半径Rを同定する。即ち 図6に示す実測値のカーブ(Pm)からPc相当シフトして、絶対座標系のカーブから、曲率半径Rを同定する(ステップ4)。
このような構成によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)加工中の長尺材109の曲げの中心座標の変化(Pm)検出するセンサ121だけで、押し通し曲げ加工直後の長尺材109の曲率半径を求めることができる。
(2)曲率半径を求める計算も簡単なので、短時間で曲率半径を求めることができる。
(3)求めた曲率半径を加工パラメータの補正に利用できる。
(4)センサ121は1つで、可動ダイス側に固定するだけなので、構造が簡単となり、コストダウンが図れ、故障も少なくなる。
(5)センサ121は、接触センサなので、確実な検出が可能となる。
形態例の長尺材形状同定部の作動を説明するフロー図である。 形態例の押し通し曲げ加工装置の電気的構成を説明するブロック図である。 曲率半径とオフセットの関係を示す図である。 図2のセンサの実際の計測値(運動座標系)の一例を示す図である。 図4の計測値を絶対座標系に補正した一例を示す図である。 図4の結果から曲率を求める方法を説明する図である。 形態例の押し通し曲げ加工装置の正面図である。 図7の上面図である。 図7の左側面図である。 図7のセンサを説明する図である。 従来の押し通し曲げ加工装置の上面図である。 押し通し曲げ加工の原理説明図である。 従来の課題を説明する図である。
符号の説明
103 可動ダイス
109 長尺材
121 センサ

Claims (4)

  1. 長尺材を固定ダイスから可動ダイスへ押し通しながら、前記可動ダイスを前記固定ダイスに対して、ダイスオフセット、ダイス角度を変化させて、前記長尺材を曲げる押し通し曲げ加工方法において、
    あらかじめ行っておいた加工実験により、運動座標系での前記可動ダイスのダイスオフセット、ダイス角度の影響を含む長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pc)を求めておき、
    運動座標系での加工中の長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pm)を求め、
    運動座標系での前記加工中の長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pm)から前記加工実験で求めた運動座標系での前記可動ダイスのダイスオフセット、ダイス角度の影響を含む長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pc)を引いて、絶対座標系での曲げ加工後の前記長尺材の軸と直交する断面の中心座標の変化量(P)を求め、
    長尺材の軸と直交する断面の中心座標の変化量(P)から前記長尺材の曲率半径の変化を求めることを特徴とする押し通し曲げ加工方法。
  2. 長尺材を固定ダイスから可動ダイスへ押し通しながら、前記可動ダイスを前記固定ダイスに対して、ダイスオフセット、ダイス角度を変化させて、前記長尺材を曲げる押し通し曲げ加工装置において、
    前記可動ダイスの面と平行な面上に設けられ、加工中の前記長尺材の曲げの中心座標の変化(Pm)検出するセンサと、
    あらかじめ行っておいた加工実験により得られた運動座標系での前記可動ダイスのダイスオフセット、ダイス角度の影響を含む長尺材の軸と直交する断面の中心座標の変化(Pc)が記録されたテーブルと、
    運動座標系での前記センサで検出された長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pm)、前記テーブルに記録された長尺材の軸と直交する断面の中心座標の変化(Pc)を取り込んで、運動座標系での加工中の長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pm)から前記加工実験で求めた長尺材の軸と直交する断面の中心座標の相対変化(Pc)を引いて、絶対座標系での曲げ加工後の前記長尺材の長尺材の軸と直交する断面の中心座標の変化量(P)を求め、長尺材の軸と直交する断面の中心座標の変化量(P)から前記長尺材の曲率半径の変化を求める長尺材形状同定部を有することを特徴とする押し通し曲げ加工装置。
  3. 前記センサは、
    前記長尺材の周面に当接し、前記可動ダイスの面と平行な面上で移動可能な可動部分を有する第1の接触センサと、
    前記長尺材の周面に当接し、前記可動ダイスの面と平行な面上で、前記第1のセンサの前記長尺材の当接方向と交差する方向で移動可能な可動部分を有する第2の接触センサと、
    からなることを特徴とする請求項2記載の押し通し曲げ加工装置。
  4. 前記センサは、
    前記長尺材の周面に向かって第1の光を出射する発光部、前記第1の光を受光する受光部とからなる第1の光センサと、
    前記長尺材の周面に向かって第2の光を出射し、前記第2の光の出射方向が前記第1の光センサの発光部から出射される光の出射方向と交差する方向である発光部、前記第2の光を受光する受光部とからなる第2の光センサと、
    からなることを特徴とする請求項2記載の押し通し曲げ加工装置。
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