JP2007152427A - プレス不良判定方法、プレス不良判定装置及びプレス成形加工装置 - Google Patents

プレス不良判定方法、プレス不良判定装置及びプレス成形加工装置 Download PDF

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Abstract

【課題】プレス品の大小形状や形状の複雑さ等に関係なく、被加工素材に割れやくびれ等のプレス不良を成形加工中に検出する。
【解決手段】プレス型の成形部にて被加工素材を成形加工する際に生じるアコースティック・エミッションに基づいて放出される弾性波を検出して電気的信号に変換し、前記弾性波の大きさを電圧値の経時変化として表したAE波形を得て、前記AE波形の積分値であるAEエネルギー値を算出するステップ1と、前記AEエネルギー値と予め設定された基準値とを比較演算した結果に基づいて、AEエネルギー異常の有無を判定するステップ2と、前記ステップ2において、AEエネルギー異常有りと判定された場合に、被加工素材の端部の変位を検出して前記成形部への素材流入量を計測するステップ3と、前記素材流入量と予め設定された基準値とを比較演算した結果に基づいて、プレス不良の有無を判定するステップ4とを備える。
【選択図】図3

Description

本発明は、プレス成形加工にて得られるプレス品において、被加工素材を成形加工する際に生じる割れやくびれ等のプレス不良を検出する技術に関する。
プレス成形加工において、被加工素材を成形加工する際に該被加工素材に生じる割れやくびれ等のプレス不良は、真因追求や、再発防止対策が実現できていない課題の一つである。
プレス成形加工は、一秒に数枚程度の処理速度で行われるため、この非常に短い加工時間の現象を正確に捉えることは非常に難しく、不具合が発生したときに、どのような不具合が、何を原因として発生したのかという情報を、瞬時に得ることは難しい。
プレス成形加工のなかでも、絞り成形加工において特にプレス不良が多発する。絞り成形加工は、被加工素材に引っ張り力を加えながら該被加工素材をポンチでダイに型押しして、ポンチ・ダイに沿った形状のプレス品を得る成形加工である。
成形加工時において、被加工素材が塑性変形や破壊する際に,被加工素材内にひずみの形で蓄えられていたエネルギーが弾性波(音波)の形で放出される現象(アコースティック・エミッション)が生じる。以下、アコースティック・エミッションにより発生する弾性波を『AE波』と記載する。
特に、成形加工時に被加工素材に割れが発生すると、通常よりも高レベルのエネルギーが放出される。よって、成形加工時にAE波を検出することによって、被加工素材の割れを検出することが可能である。
そこで、特許文献1では、成形加工時に被加工素材に割れが発生した場合に、放出される高レベルのエネルギー(異常信号)をリアルタイムで検出し、割れ発生の有無の判定を行うために、被加工素材からの加工割れ状態を検出するアコースティック・エミッションセンサ(以下、AEセンサと記載する)などの割れ発生検出手段を内蔵したプレス成形加工装置が提案されている。
上記特許文献1に記載の技術のように、AEセンサなどの割れ発生検出手段を備えることによって、成形加工時にインラインでリアルタイムに全ての被加工素材に対してプレス不良発生の有無の判定を行うことが理論的に可能となる。
しかし、上記AEセンサを用いた被加工素材の割れの検出は、比較的小さく形状の単純な製品を成形加工する際には容易に適用することができるが、特に、車輌部品など、巨大な製品においては、被加工素材である鋼板が大きく、また、製品形状が複雑であるため、割れ検出のために取得したAEセンサの検出信号の評価や解析が難しく、実用化が困難となっていた。
一方で、割れ、くびれ、減肉等のプレス不良の発生と、プレス成形加工装置のプレス成形部への被加工素材の流入量とが関係することが分かっている。プレス成形加工装置のプレス成形部への被加工素材の流入量が少なければ、割れが発生し易い程度に異常な薄肉部が、プレス品に生じるからである。プレス成形加工装置のプレス成形部にセットされる被加工素材の量は、予め略一定量に調製されたものであるので、プレス成形部への被加工素材の流入量が少ない場合には、例えば、図17に示すように、プレス品9Aの周囲に多くの被加工素材9が残り、次工程で切除するスクラップ部9cの量が増大することとなる。
特開平4−75800号公報
そこで、本発明では、プレス成形加工において、プレス品の大小形状に拘わらず、成形加工時の被加工素材に割れやくびれ等のプレス不良が発生したことを、成形加工時に確実に検出することのできる、プレス不良検出方法、プレス不良検出装置、及びプレス成形加工装置を提案する。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項1においては、プレス型の成形部にて被加工素材を成形加工する際に生じるアコースティック・エミッションに基づいて放出される弾性波を検出して電気的信号に変換し、前記弾性波の大きさを電圧値の経時変化として表したAE波形を得て、該AE波形の積分値であるAEエネルギー値を算出するステップ1と、前記AEエネルギー値と予め設定された基準値とを比較演算した結果に基づいて、AEエネルギー異常の有無を判定するステップ2と、前記ステップ2において、AEエネルギー異常有りと判定された場合に、被加工素材の端部の変位を検出して前記成形部への素材流入量を計測するステップ3と、前記素材流入量と予め設定された基準値とを比較演算した結果に基づいて、プレス不良の有無を判定するステップ4とを、備えたプレス不良検出方法である。
請求項2においては、請求項1のプレス不良検出方法において、AEエネルギー異常無しと判定された場合に、前記AE波形における異常波形を検出し、該異常波形の有無に基づいて、プレス不良の有無を判定するものである。
請求項3においては、請求項1又は請求項2のプレス不良検出方法において、プレス不良有りと判定された場合に、前記被加工素材が成形されて成るプレス品の一方の面に検査光を投光し、他方の面へ透過する前記検査光を検出して、プレス品の割れを検出するものである。
請求項4においては、請求項1又は請求項2のプレス不良検出方法において、プレス不良有りと判定された場合に、前記被加工素材が成形されて成るプレス品の所定範囲を加熱し、当該所定範囲の冷却過程における温度変化を検出し、この温度変化と所定の基準値とを比較演算した結果に基づいて、プレス品のくびれを検出するものである。
請求項5においては、プレス不良を検出するためのプレス不良検出装置であって、プレス型の成形部にて被加工素材を成形加工する際に生じるアコースティック・エミッションに基づいて放出される弾性波を検出するAEセンサと、前記弾性波を電気的信号に変換し、該弾性波の大きさを電圧値の経時変化として表したAE波形を得て、該AE波形の積分値であるAEエネルギー値を算出するAE計測手段と、前記AEエネルギー値と予め設定された基準値との比較演算結果に基づいて、AEエネルギー異常の有無を判定するエネルギー異常判定手段と、前記エネルギー異常判定手段にてAEエネルギー異常有りと判定された場合に、成形加工中の被加工素材の端部の変位を検出する変位センサと、前記変位センサの検出信号に基づいて前記成形部への素材流入量を計測する素材流入量計測手段と、前記素材流入量と予め設定された基準値との比較演算結果に基づいて、プレス不良発生の有無を判定する判定手段とを、備えるものである。
請求項6においては、請求項5に記載のプレス不良検出装置において、前記AE波形における異常波形を検出し、該異常波形の有無に基づいて、プレス不良発生の有無を判定する波形異常判定手段を、さらに備えるものである。
請求項7においては、請求項5又は請求項6に記載のプレス不良検出装置において、前記AEセンサと前記被加工素材との双方に少なくとも一部で接触する弾性波伝達部材を備え、該弾性波伝達部材をプレス型の内部に該プレス型と直接接触しないように挿通させるものである。
請求項8においては、請求項7に記載のプレス不良検出装置において、前記弾性波伝達部材は、AEセンサに接触する面積よりも、被加工素材に接触する面積が大きくなるように、該被加工素材との接触面に向かって拡がる断面形状を有するものである。
請求項9においては、請求項7又は請求項8に記載のプレス不良検出装置において、前記弾性波伝達部材を、プレス型に防振部材を介して固定し、前記防振部材は、プレス型に接触する面積に対して、弾性波伝達部材に接触する面積が小さくなるように、略円錐形、略円錐台形、略角錐形又は略角錐台形のいずれかの形状を有するものである。
請求項10においては、請求項5〜請求項9の何れか一項に記載のプレス不良検出装置を備えたプレス成形装置である。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
本発明によれば、素材流入量を、AEエネルギー値と、被加工素材の端部の変位の、双方の値に基づいて総合的に評価・判断するので、製品形状の大小や複雑さに関係なく、複雑な評価手法や解析手法を用いずに、割れ、くびれ又は減肉によるプレス不良を、確実に検出することができる。
そして、完全な良品と、プレス不良可能性の高い部品とを識別することができるので、大幅な検査工数の削減が可能となり、検査員の見落としによる、プレス不良製品の流出防止を実現できる。
また、被加工素材の端部の変位の検出は、AEエネルギー値の異常を検出したときのみ行われるので、測定データ量を無用に増大させることなく、効率的なプレス不良の検出を行うことができる。
さらに、素材流入量の変化に起因するAEエネルギーの増大によっては判断することのできない、異物混入やプレス成形加工装置自体の異常などの突発的なプレス不良を検出することができる。
次に、発明の実施の形態を説明する。
本発明は、成形加工時に発生するアコースティック・エミッションを利用して、割れやくびれ等のプレス不良を成形加工時に検出する技術である。
そこで、以下に示す実施例では、プレス不良検出方法と、この方法を実施するプレス成形加工装置について説明する。また、プレス不良を検出した場合に、そのプレス不良を特定する方法についても説明する。
ここで、『AE(アコースティック・エミッション)』とは、亀裂の発生や伸展などといった被加工素材の破壊に伴って、被加工素材内にひずみの形で蓄えられていたエネルギーが振動や音波などの弾性波(音波)の形で放出される現象のことをいう。
そして、このAEにより生じる弾性波を『AE波』と記載する。
まず、本発明の実施例1について説明する。
図1は本発明の実施例1に係るプレス成形加工装置の全体的な構成を示す図、図2はプレス成形加工装置の制御ブロック図、図3はプレス成形加工装置における成形加工の流れ図である。図4は計測されるAE波形を説明する図、図5は計測されるAE波形の一例を示す図、図6はAEエネルギーにより良品とグレー品とを識別した例を示す図、図17は被加工素材とプレス品の一例を示す図である。
図1及び図2に示すように、本実施例に係るプレス成形加工装置10は、主に、ダイス20と、ダイホルダ21と、ポンチ22と、押圧板24と、ポンチホルダ25と、駆動装置40と、演算制御装置28等で構成される。さらに、プレス成形加工装置10には、アコースティック・エミッションセンサ31(以下、『AEセンサ31』と記載する)と、変位センサ32、演算制御装置28等で成るプレス不良検出装置が備えられる。
前記ダイス20は、ダイホルダ21に保持される。ダイス20は、被加工素材9を成形するためのプレス型であり、ダイス20とポンチ22と押圧板24により、被加工素材9が成形されるプレス成形部が形成される。
前記ポンチ22は、球頭形状の成形工具であり、ポンチホルダ25に保持され、ダイス20に対して離接する方向に移動することができる。
また、押圧板24は、前記ポンチ22の外周側に設けられ、被加工素材9の周縁部をダイス20との間で押さえ込むものである。押圧板24は、ダイス20に対して離接する方向に移動可能であって、且つ、ポンチ22及びポンチホルダ25に対して相対的に変位可能に構成される。
前記駆動装置40は、駆動手段としての油圧シリンダ41、シリンダロッド42、押出板43、押出棒44等で構成される。
油圧シリンダ41にて伸縮駆動されるシリンダロッド42の端部には、押出棒44を備えた押出板43が固設される。押出棒44はポンチホルダ25に遊挿されており、該押出棒44の押出板43側端部と反対側の端部には押圧板24が固設される。さらに、押出棒44のポンチホルダ25と押圧板24との間にはバネ45が外嵌される。
従って、前記押圧板24は、シリンダロッド42の伸長に伴って押出棒44に押し出されて、ダイス20に対して近接する方向に移動する。
また、シリンダロッド42の伸長に伴って、前記押出板43によってポンチホルダ25が押し出され、ポンチ22がダイス20に対して近接する方向に移動する。
なお、ポンチ22と押圧板24とは略同時に被加工素材9に当接するが、押出棒44に外嵌されたバネ45により、押圧板24とダイス20との間で被加工素材9が挟持されたのちは、ポンチ22のみがダイス20に近接する方向に移動して、被加工素材9を型押しする。
〔AEセンサ31〕
前記ポンチホルダ25は、ダイス20とポンチ22により画成されるプレス成形部を包囲する形状に形成され、該ポンチホルダ25にAEセンサ31が取り付けられる。
このAEセンサ31では、前記プレス成形部にて被加工素材9が成形される際に発生するAE波が、検出される。
前記AEセンサ31の検出信号は、アコースティック・エミッション計測手段35(以下、『AE計測手段35』と記載する)に送信される。
前記AE計測手段35では、アンプによる信号増幅処理や、ノイズ除去のためのフィルタ処理などが施されて、検出されたAE波が電気的信号に変換され、AE波の大きさの経時変化を電圧値の経時変化として表したアコースティック・エミッション波形(以下、『AE波形』と記載する)を得ることができる。図4では、AE波形の一例を示している。
さらに、AE計測手段35では、このAE波形の積分値であるアコースティック・エミッションエネルギー(以下、『AEエネルギー』と記載する)が算出される。
〔変位センサ32〕
また、前記押圧板24には、変位センサ32が設けられる。該変位センサ32は本実施例においてレーザー変位計であり、押圧板24とダイス20とにより挟持される被加工素材9の端部9aの位置(変位)を検出するためのものである。
なお、本実施例において、変位センサ32として、レーザー変位計を採用しているが、他に、超音波変位計など各種非接触式変位計や、被加工素材9の端部9aに検出体を連結して該検出体の移動を検出する接触式変位計や、被加工素材9の端部9aを撮像して位置を検出するカメラなどの撮像手段及び画像処理手段など、被加工素材9の端部9aの位置を検出することのできる各種手段を採用することができる。
被加工素材9に絞り成形加工を施すと、該被加工素材9の大部分はプレス成形部に流入するが、図17に示すように、設計に基づくプレス品9Aの外形線9bよりも外周側に、被加工素材9の一部が残る。この外形線9bと端部9aとの間の部分は、いわゆる、スクラップ部9cであり、次工程にて切除される部分である。変位センサ32では、ダイス20と押圧板24との間隙を利用して、被加工素材9の端部9aの変位を検出することにより、プレス成形部へ流入した被加工素材9の量(以下、『素材流入量』と記載する)の程度を知ることができる。
前記変位センサ32は、後述するエネルギー異常判定手段47にて、AEエネルギーが予め設定された基準値よりも大きいと判断された場合にのみ駆動される。
また、前記変位センサ32は、被加工素材9の複数箇所の端部9aの変位を検出するように配置される。但し、特に、割れの危険性が大きい部位が判明している場合は、その部位周辺の端部9aの変位を検出するように、単数又は複数の変位センサ32を設けることもできる。
前記変位センサ32の検出信号は、素材流入量計測手段37に送信される。
前記素材流入量計測手段37では、変位センサ32の検出信号に、アンプによる信号増幅処理や、ノイズ除去のためのフィルタ処理などが施されたうえで、素材流入量として被加工素材9の端部9aの変位が算出される。
〔演算制御装置28〕
前記演算制御装置28には、制御手段46と、エネルギー異常判定手段47と、波形異常判定手段48と、素材流入量良否判定手段38とが、具備される。なお、本実施例において、演算制御装置28では上記各手段を一体的に備えるように構成しているが、各手段を別個独立した構成とすることもできる。
前記エネルギー異常判定手段47では、前記AE計測手段35での計測結果を受けて、AEエネルギー値と、予め設定された基準値とを比較演算して、AEエネルギー値の異常の有無を判定する。
エネルギー異常判定手段47では、AEエネルギー値が基準値よりも大きな値である場合に、[AEエネルギー異常有り]と判定し、それ以外の場合には[AEエネルギー異常無し]と判定する。
前記波形異常判定手段48では、前記AE計測手段35にて得られたAE波形について、『異常波形』の有無を判断して、プレス不良発生の有無を判定する。
波形異常判定手段48では、異常波形が存在した場合には、[プレス不良有り]と判定し、それ以外の場合には[プレス不良無し]と判定する。
なお、『異常波形』とは、図4に示すように、突発的に大きな計測値が存在する波形である。例えば、図5に示すように、割れが発生した不良品のAE波形(図5c)では、良品のAE波形(図5a)には見られない突発的に大きなAEが検出されている。
このように、AEセンサ31にて突発的に大きな計測値が得られることは、異物混入やプレス成形加工装置10自体の異常など、素材流入量だけでは判断できない異常が発生していることを意味し、プレス不良が発生している可能性が極めて高い。
前記素材流入量良否判定手段38では、素材流入量計測手段37にて算出された素材流入量と、予め設定された基準値とを比較演算して、プレス不良発生の有無を判定する。
素材流入量良否判定手段38では、素材流入量が基準値よりも大きな値である場合には、[プレス不良有り]と判定し、それ以外の場合には[プレス不良無し]と判定する。
前記制御手段46は、プレス成形加工装置10の油圧シリンダ41を制御する油圧制御部41a、警報手段39、AE計測手段35及び素材流入量計測手段37の動作を制御するものである。
制御手段46は、成形加工時にAE計測手段35を作動させ、[AEエネルギー異常有り]の判定を受けて、素材流入量計測手段37を作動させる。
また、制御手段46は、[プレス不良有り]の判定を受けて、プレス成形加工装置10の油圧シリンダ41を制御する油圧制御部41aに動作停止信号を送信するとともに、警報手段39を作動させる。これにより、プレス不良が発生すると、直ちに、プレス成形加工装置10の加工動作が停止し、また、プレス不良が発生したことを作業者が知ることができる。
〔プレス不良検出方法〕
ここで、上記プレス成形加工装置10を用いて本発明の実施例に係るプレス不良検出方法を実施する、プレス成形加工の流れについて説明する。
プレス成形部への素材流入量が良品成形時と比較して少なければ、成形後のプレス品に薄肉部が生じやすく、この結果、割れ、くびれ又は減肉などのプレス不良が発生し易い状態となる。
そこで、本発明に係るプレス不良検出方法では、この現象に着目して、以下に示すように、二段階に分けて素材流入量の異常を検出し、プレス不良発生の有無を判定するものである。
プレス成形部への素材流入量が良品成形時と比較して少ないことは、検出されるAEエネルギーが良品成形時と比較して増大したことをもって、知ることができる。被加工素材9の摩擦係数が大きくなれば、検出されるAEエネルギーが大きく、素材流入量が小さくなるからである。例えば、図5に示すように、良品のAE波形(図5a)と比較して、摩擦係数異常が発生したAE波形(図5b)では、検出されるAEエネルギーが著しく増大することが分かる。
この現象を利用して、上記プレス成形加工装置10では、第一段階として、AEエネルギーの値に基づいて、AEエネルギーの異常を検出する。
また、プレス成形部への素材流入量が良品成形時と比較して少ないことは、被加工素材9の端部9aの変位が良品成形時と比較して減少したことをもって、知ることができる。被加工素材9の端部9aが多く変位すれば、より多くの被加工素材9がプレス成形部に流入することになるからである。
この現象を利用して、上記プレス成形加工装置10では、二段階目として、被加工素材9の端部9aの変位の値に基づいて素材流入量の多少を判断し、割れ、くびれ又は減肉によるプレス不良を検出する。
図3に示す流れ図に示すように、プレス成形加工が開始されると、先ず、演算制御装置28の制御手段46は、油圧シリンダ41を駆動してシリンダロッド42を伸長させるように、油圧制御部41aを動作させる。これにより一枚の被加工素材9に対するプレス成形加工の加工動作が開始される(S1)。
この加工動作の開始と略同時に、演算制御装置28の制御手段46は、AE波形及びAEエネルギー値の計測を開始させるように(S2)、AEセンサ31及びAE計測手段35を動作させる。AE波形及びAEエネルギー値の計測は、プレス成形加工装置10の成形加工動作中継続される。
成形加工中に、被加工素材9の割れやその他の現象に起因して高レベルのエネルギーが放出されたことを受けて、計測されたAEエネルギー値が、予め設定された基準値を超えると(S3)、演算制御装置28のエネルギー異常判定手段47では、[AEエネルギー異常有り]と判定する(S5)。
また、成形加工中に、計測されたAE波形に異常波形が存在すると(S11)、演算制御装置28の波形異常判定手段48では、[プレス不良有り]と判定する(S8)。
一方、成形加工中に、計測されたAEエネルギー値が、予め設定された基準値以下であり(S3)、且つ、AE波形に異常波形が存在しなければ(S11)、[AEエネルギー異常無し]又は[プレス不良無し]と判定して(S12)、成形加工とAE波形及びAEエネルギー値の計測が継続される。
そして、演算制御装置28の制御手段46は、プレス成形加工装置10によるプレス加工動作が終了すれば(S13)、AEエネルギー値の計測を終了し(S14)、AE波形を記録したのち(S15)、次の被加工素材9の加工動作の制御を開始する(S16)。
上記条件分岐S3において、[AEエネルギー異常有り]と判定されると、演算制御装置28の制御手段46は、被加工素材9の端部9aの変位の検出及び素材流入量の算出を行うように(S6)、変位センサ32及び素材流入量計測手段37を動作させる。
そして、演算制御装置28の素材流入量良否判定手段38は、素材流入量と予め設定された基準値との比較演算を行い(S7)、素材流入量が基準値に満たなければ、割れ、くびれ又は減肉による[プレス不良有り]と判定する(S8)。
上記条件分岐S11又はS7において、[プレス不良有り]と判定されると、演算制御装置28の制御手段46は、シリンダロッド42を停止させるように油圧制御部41aを制御し、プレス成形動作を中断させるとともに(S9)、警報手段39を作動させてプレス不良発生を警告する(S10)。
一方、上記条件分岐S7において、演算制御装置28の素材流入量良否判定手段38は、素材流入量が予め設定された基準値以上の値であれば、[プレス不良無し]と判定して、上記S12〜S16のステップが順次行われる。
上述のプレス不良検出方法によれば、素材流入量に関する情報を二段階に分けて取得し、プレス不良を判定する。すなわち、一段階目として、AEエネルギー値に基づいて、異常発生の有無を判定し、異常発生が検出されると、二段階目として、被加工素材9の端部9aの変位に基づいて、割れ、くびれ又は減肉によるプレス不良発生の有無を判定する。
このように、プレス成形部への素材流入量を、AEエネルギー値と被加工素材9の端部9aの変位の、双方の値に基づいて総合的に評価することによって、プレス不良の判定を行うので、より精度の高いプレス不良の検出を行うことができる。
また、上述のプレス不良検出方法では、割れ、くびれ又は減肉などのプレス不良以外の原因によりAEエネルギー値が増大したときには、[プレス不良無し]と判定するため、被加工素材の大小や、製品形状の複雑程度に関係なく、複雑な評価手法や解析手法を用いること無しに、割れ、くびれ又は減肉によるプレス不良を、確実に検出することができる。
さらに、変位センサ32による被加工素材9の端部9aの変位の検出は、AEエネルギーの異常を検出したときのみ行われるので、測定データ量を無用に増大させることなく、効率的なプレス不良の検出を行うことができる。
また、上述のプレス不良検出方法によれば、AE波形に基づいて、割れ、くびれ又は減肉以外のプレス不良の有無を判定することができる。
これにより、素材流入量の変化に起因するAEエネルギーの増大によっては判断することのできない、異物混入やプレス成形加工装置自体の異常などの突発的なプレス不良を検出することができる。
上記の通り、プレス不良検出方法を導入することにより、完全な良品と、プレス不良可能性の高い製品(グレー品)とを成形加工と同時に又は成形加工直後に識別することができるので、大幅な検査工数の削減が可能となり、検査員の見落としによる、プレス不良製品の流出防止を実現できる。
例えば、図6に示す、成形加工時に検出されたAEエネルギーと加工時間との関係を示す図表から分かるように、検出されたAEエネルギーの値によって、完全な良品と、プレス不良可能性の高い製品(グレー品)とを、区分することができる。この場合、完全な良品は、次工程以降の検査をする必要が無く、検査工数の削減を行うことができる。また、同図から、加工時間が所定範囲内にある場合に、プレス不良可能性の高い製品が発生する確立が高いことも分かる。
また、プレス成形加工装置10にて成形加工された各プレス品において、AE波形が記録されるので、成形加工時の、AEエネルギー値と素材流入量との関係や、突発的なAE波形の変化などの情報を、個々のプレス品との関連づけて管理することができ、トレーサビリティを確立することができる。
また、成形加工時の、AEエネルギー値と素材流入量との関係や、突発的なAE波形の変化などの情報から、割れの真因を究明するために、割れない製造要件、管理要件に関する知見を得ることが可能となる。
続いて、本発明の実施例2について説明する。
図7はプレス不良の検出からプレス不良の特定の流れを説明する図、図8は割れ検出システムの構成図、図9は割れ検出システムの制御ブロック図、図10は割れ検出方法の流れ図、図11はくびれ検査システムの構成図、図12はくびれ検査システムの制御ブロック図、図13はくびれ検出方法の流れ図である。
本発明の実施例2では、上記実施例1のプレス不良検出方法により、[プレス不良有り]と判定されたプレス品に対して、さらに、そのプレス不良の特定を行うプレス不良特定方法について説明する。
プレス不良の検出からプレス不良の特定の流れは、以下の通りである。
図7に示すように、上記実施例1に従って、プレス成形加工におけるプレス不良の検出が行われる(S51)。これにより、プレス不良の可能性が殆どない完全な良品であって[プレス不良なし]と判定された場合は(S52)、プレス不良のないプレス品であるとされる(S58)。
一方、プレス不良が検出されて[プレス不良有り]と判定されたプレス品に対しては(S52)、先ず、後述する割れ検出方法にて割れの検出が行われる(S53)。プレス品に割れが検出されれば(S54)、当該プレス品のプレス異常は割れであると特定される(S59)。
続いて、プレス品に割れが検出されない場合は(S54)、後述するくびれ検出方法にて、くびれの検出が行われる(S55)。プレス品にくびれが検出されれば(S56)、当該プレス品のプレス異常はくびれであると特定される(S60)。
そして、プレス品にくびれが検出されない場合は(S56)、プレス不良が割れ又はくびれ以外であると特定され(S57)、該当するプレス品に対して、更に、作業者によるプレス品の目視検査や肉厚測定等が行われ、プレス異常の原因の究明が行われる。
上述のように、プレス不良を検出したうえで、当該プレス不良を、割れ、くびれ、又はその他と特定することにより、作業者による目視検査や肉厚測定等が必要となるプレス品を、その他と特定されたプレス品に絞りこむことができるので、検査工程の削減に寄与することができる。
また、上述のように、プレス不良がその他と特定されたプレス品に対して、作業者による目視検査や肉厚測定等を行ってプレス不良を特定し、上記実施例1に記載のプレス不良検出方法において記録されたAE波形等の情報を良品のものと比較することによって、プレス不良が発生しない加工条件や管理要件について知見を得ることができる。
〔割れ検出方法〕
続いて、上記割れ検出方法について説明する。
この割れ検出方法は、プレス品の一方の面に投光された検査光が、該プレス品の他方の面側に透過したことを検出することによって、割れを検出するものである。割れが検出されれば、プレス不良を割れと特定することができる。
上記割れ検出方法を行うために、割れ検査システム68が用いられる。
図8及び図9に示すように、割れ検査システム68は、プレス品9Aの一方の面に検査光を投光する投光手段としての照明装置71と、該プレス品9Aの他方の面側に配置されてプレス品9Aを透過する前記検査光を検出する検出手段としての撮像装置72と、該撮像装置72に電気的に接続された演算処理装置90とで構成される。
前記照明装置71にて、プレス品9Aの検査範囲D1に検査光が投光される。前記検査範囲D1は、予めプレス品9Aのうち割れの発生しやすい部位を特定し、当該部位を検査範囲D1として定めると効率が良いが、プレス品9Aの全部位を検査範囲D1としたり、複数の部位を検査範囲D1と定めたりすることもできる。
前記プレス品9Aの検査範囲D1の一方の面に投光された検査光は、該検査範囲D1に割れが生じている場合には、当該割れを通じて、他方の面へ透過する。検査システム68では、このようにプレス品9Aを透過した検査光の有無を検出することによって、プレス品9Aの割れを検出する。
前記プレス品9Aを介して、照明装置71と他方の面側に配置された撮像装置72では、検査範囲D1が撮像される。撮像装置72として、例えば、CCDカメラ等の撮像手段を採用することができる。この撮像装置72にて得られた検査範囲D1の画像データは、演算処理装置90に具備される画像取込手段98にて、該演算処理装置90に取得される。
前記演算処理装置90は、警報手段97や演算処理装置90の制御を行う制御手段91と、演算処理装置90による演算処理を行う演算手段92と、演算処理装置90にて実行されるプログラム等を格納する記憶手段93と、演算処理装置90へ情報を入力する入力手段94と、演算処理装置90での処理結果を出力する出力手段95等で構成される。
本実施例においては、上記演算処理装置90は、制御手段91、演算手段92及及び記憶手段93として機能するCPU61や、入力手段94としてのキーボード62や、出力手段95としてのモニタ63等で成る汎用コンピュータ60にて構成され、該汎用コンピュータ60には画像取込手段98としてキャプチャーボード等が備えられる。
但し、演算処理装置90は、制御手段91、演算手段92、記憶手段93を少なくとも備えた専用の電子計算機にて構成することもできる。
前記演算処理装置90の演算手段92には、取得した検査範囲D1の画像データを画像化するとともに、当該画像を画像中の検査光を検出しやすい状態に処理(例えば、ノイズ除去処理、二階調化処理等)する画像処理部92aが具備され、演算処理装置90は検査光検出に適した状態の検査範囲D1の画像を得るための画像処理手段として機能する。
また、前記演算手段92には、検査範囲D1の画像においてプレス品9Aを透過した検査光が検出されるか否かに基づいて、プレス品9Aの割れの有無を判定する判定部92bが具備され、演算処理装置90はプレス品9Aの割れの有無を判定する判定手段として機能する。
次に、上記割れ検査システム68を用いた割れ検出方法の流れについて、図10を用いて説明する。なお、図10は、演算処理装置90の制御の流れ図である。
撮像装置72からの検出信号として画像データを取得した演算処理装置90では(S61)、演算手段92の画像処理部92aにて該画像データの画像化処理が行われ(S62)、検査光検出に適した状態の検査範囲D1の画像が取得される。
続いて、前記演算手段92の判定部92bでは、検査範囲D1の画像に、予め設定された基準輝度以上に明るい部位が存在するか否か、すなわち、輝度異常が存在するか否かの比較演算が行われる(S63)。
そして、前記検査範囲D1の画像に基準輝度以上の明るい部位が存在する場合に(S64)、プレス品9Aを検査光が透過し、プレス品9Aに割れが有ると判定される。つまり、該プレス品9Aに割れが検出される(S65)。
上述のように割れが検出されれば、警報手段97を作動させてプレス品9Aの割れの検出が報知するとともに(S66)、出力手段95にて割れが検出されたことを出力するように(S68)、制御手段91より制御信号が送信される。
一方、前記検査範囲D1の画像に基準輝度以上の明るい部位が存在しない場合には(S64)、プレス品9Aを透過する検査光が無く、プレス品9Aに割れが無いと判定される(S67)。
上述のように割れが検出されなければ、出力手段95にて割れが検出されないことを出力するように、制御手段91より制御信号が送信される。
なお、上記演算処理装置90では、検査範囲D1の画像に、予め設定された基準輝度以上に明るい部位が存在するか否か、すなわち、輝度異常が存在するか否かを判断することによって、透過光の有無を判断しているが、透過光の検出手法はこれに限定されるものではない。
例えば、照明装置71にて投光される検査光の波長を特定の波長域にある光とし、撮像装置72として当該特定の波長の光を検出するためのフィルタを備えた撮像手段を採用することによって、前記判定部92bでは、検査範囲D1の画像に光が存在するか否かの比較演算を行い、光が存在する場合に、プレス品9Aを検査光が透過し、該プレス品9Aに割れが有ると判定することができる。特にこの場合は、外乱要因となる照明等の波長域と異なる波長域の光を検査光とすることによって、照明等の影響を受けることなく確実に透過光の存在の有無を判断できる。
〔くびれ検出方法〕
続いて、前記くびれ検出方法について説明する。
このくびれ検出方法は、プレス品9Aの所定範囲を加熱して、当該所定範囲Aの冷却過程における温度変化を検出し、該温度変化が所定の基準値よりも大きい場合に、プレス不良がくびれであると特定するものである。
上記くびれ検出方法を行うために、くびれ検査システム69が用いられる。
図11及び図12に示すように、くびれ検査システム69は、検査範囲D2に熱を加える加熱手段73と、該検査範囲D2から放出される赤外線エネルギーを検出する赤外線検出手段74と、加熱手段73の電源装置75及び赤外線検出手段74に電気的に接続された演算処理装置80とで構成される。
前記加熱手段73は、発光により検査範囲D2に熱を与えるものである。前記検査範囲D2は、予めプレス品9Aのうちくびれの発生しやすい部位を特定し、当該部位を検査範囲D2として定めると効率が良いが、プレス品9Aの全部位を検査範囲D2としたり、複数の部位を検査範囲D2と定めたりすることもできる。
前記加熱手段73は、瞬間的に強い光を発するフラッシュライトであって、検査範囲D2に強い光を投光することによって、該検査範囲D2を加熱するものである。加熱手段73としてフラッシュライトを採用することによって、検査範囲D2を瞬時に加熱することができ、検査時間の短縮を図ることができる。
なお、前記加熱手段73はフラッシュライトに限定されるものではなく、検査範囲D2の温度を上昇させることのできる手段であれば、例えば、電気ヒータ等であってもかまわない。
前記加熱手段73には、該加熱手段73の作動制御手段としての電源装置75が接続される。前述の通り、該電源装置75は演算処理装置80に電気的に接続されて、該演算処理装置80にて加熱手段73への電源供給のON・OFFの切替制御、すなわち、加熱手段73のN・OFFの切替制御が行われる。
前記赤外線検出手段74は、プレス品9Aの一方の面において検査範囲D2から放出される赤外線エネルギー量を検出するための手段である。赤外線検出手段74として赤外線カメラ等を採用することができる。
なお、本実施例においては、加熱手段73と赤外線検出手段74とは、何れもプレス品9Aの一方の面側に配置されているが、加熱手段73を一方の面側に、赤外線検出手段74を他方の面側に配置することもできる。但し、加熱手段73にて加熱されたプレス品9Aの表面の温度変化を効率的に捉える点で前者の方が望ましい。
前記赤外線検出手段74の検出信号は、温度変換処理手段77に取得される。温度変換処理手段77では、検出された赤外線エネルギー量を見かけの温度に変換し、検査範囲D2の温度分布を表示した赤外線熱画像とする。つまり、赤外線検出手段74と温度変換処理手段77とで、検査範囲D2の温度分布を表す赤外線熱画像を得ることが可能な赤外線放射温度計78として機能する。
この赤外線放射温度計78にて得られた赤外線熱画像は、演算処理装置80に具備される画像取込手段88にて、該演算処理装置80に取得される。
前記演算処理装置80は、警報手段87や演算処理装置80の制御を行う制御手段81と、演算処理装置80による演算処理を行う演算手段82と、演算処理装置80にて実行されるプログラム等を格納する記憶手段83と、演算処理装置80へ情報を入力する入力手段84と、演算処理装置80での処理結果を出力する出力手段85等で構成される。
本実施例においては、上記演算処理装置80は、制御手段81、演算手段82及及び記憶手段83として機能するCPU61や、入力手段84としてのキーボード62や、出力手段85としてのモニタ63等で成る汎用コンピュータ60にて構成され、該汎用コンピュータ60には画像取込手段88としてキャプチャーボードが備えられる。
但し、演算処理装置80は、制御手段81、演算手段82、記憶手段83を少なくとも備えた専用の電子計算機にて構成することもできる。
前記演算処理装置80の演算手段82には、取得した赤外線熱画像に基づいて、検査範囲D2の各部位における温度の経時変化を算出する温度変化算出部82aが具備され、演算処理装置90は検査範囲D2の各部位の温度変化を検出する温度変化算出手段として機能する。
また、前記演算手段82には、温度変化算出部82aで算出された温度変化と、予め設定された基準値とを比較して、プレス品9Aのくびれの有無を判定する判定部82bが具備され、演算処理装置80はプレス品9Aのくびれの有無を判定する判定手段として機能する。
次に、上記くびれ検査システム69を用いたくびれ検出方法の流れについて、図13を用いて説明する。なお、図13は、演算処理装置80の制御の流れ図である。
演算処理装置80にてくびれ検出処理が開始されると、先ず、検査範囲D2を加熱するために加熱手段73を動作させるように、電源装置75に制御信号が送信される(S31)。
本実施例の場合、加熱手段73はフラッシュライトであるので、該フラッシュライトが瞬間的に発光することによって、瞬時に検査範囲D2が加熱される。
続いて、前記加熱手段73による加熱直後に、赤外線検出手段74及び温度変換処理手段77から成る赤外線放射温度計78にて得られた赤外線熱画像が、第一次検出信号として演算処理装置80に取得される(S32)。
前記第一次検出信号の取得と略同時に時間計測が開始される(S33)。そして、時間計測から、予め設定された所定時間経過後に、赤外線検出手段74及び温度変換処理手段77から成る赤外線放射温度計78にて得られた赤外線熱画像が、第二次検出信号として演算処理装置80に取得される(S35)。
そして、上述のように第一検出信号及び第二検出信号を取得した演算処理装置80では、演算手段82の温度変化算出部82aにて、第一検出信号取得時と、第二検出信号取得時との、検査範囲D2の各部位の温度変化が算出される(S36)。
なお、プレス品9Aに、くびれが生じている場合には、当該くびれが生じている部分が他よりも著しく肉厚が薄いので、他よりも著しく早く温度が低下する。よって、第一検出信号取得時と、第二検出信号取得時との、検査範囲D2の各部位の温度変化が、他と比較して著しく大きい部分があれば、くびれが生じている可能性が高いと考えることができる。
続いて、演算手段82の判定部82bでは、算出された検査範囲D2の各部位の温度変化と、予め設定された基準値との比較演算処理が行われる(S37)。そして、前記温度変化が前記基準値よりも大きい場合に、プレス品9Aにくびれが有ると判定される。つまり、該プレス品9Aにくびれが検出される(S38)。
上述のように割れが検出されれば、警報手段87を動作させてプレス品9Aのくびれの検出を報知するとともに(S39)、出力手段85にて割れが検出されたことを出力するように(S41)、制御手段81より制御信号が送信される。
一方、前記温度変化が前記基準値以下の場合には、プレス品9Aにくびれがないと判定される(S40)。
上述のようにくびれが検出されなければ、出力手段85にてくびれが検出されないことを出力するように(S41)、制御手段81より制御信号が送信される。
次に、本発明の実施例3について説明する。
図14は本発明の実施例3に係るプレス成形加工装置の全体的な構成を示す図、図15は弾性波伝達機構の拡大図、図16は別形態の弾性波伝達機構を備えたプレス成形加工装置を示す図である。
本発明の実施例3では、上記実施例1のプレス成形加工装置10において、AEセンサ31にて検出するAE波のノイズを低減し、精度良くAE波を検出するための構造を備えたものについて説明する。
図14に示すように、プレス成形加工装置10は、主に、ダイス20と、ダイホルダ21と、ポンチ22と、押圧板24と、ポンチホルダ25と、駆動装置40と、演算制御装置28等で構成される。さらに、該プレス成形加工装置10には、AEセンサ31と、変位センサ32等が備えられる。
なお、上記プレス成形加工装置10の各構成要素の構造は、前述の実施例1に記載のものとほぼ同一であるので、詳細な説明は省略する。
上記プレス成形加工装置10において、プレス型を構成するダイス20若しくはポンチ22の何れか一方又は両方に、弾性波伝達機構50が備えられる。
弾性波伝達機構50は、プレス型内部に形成された伝達空間51と、該伝達空間51内に配設された弾性波伝達部材52(ウェーブガイド)とで構成される。該弾性波伝達部材52は、前記AEセンサ31と前記被加工素材9との双方に少なくとも一部で接触し、プレス型の内部に該プレス型と直接接触しないように挿通したものである。
図14及び図15に示すように、プレス型を構成するポンチ22の内部に両端開口の伝達孔54が穿設され、該伝達孔54の内部に伝達空間51が形成される。伝達孔54の一方の開放端は、ポンチ22における被加工素材9の成形面に開口し、同じく伝達孔54の他方の開放端は、被加工素材9の成形面以外の部分に開口している。
そして、前記伝達空間51には、前記伝達孔54の内周と接触しないように弾性波伝達部材52が内挿される。該弾性波伝達部材52は、金属(又は、セラミックス、岩石等の固体材料)で成る中実部材であって、プレス成形中に被加工素材9より発生するAE波は、この弾性波伝達部材52を介してAEセンサ31に伝達される。
この弾性波伝達部材52の一方の端面は、ポンチ22の成形面に開口している伝達孔54の一方の開口端より、ポンチ22の成形面に現れる。従って、プレス成形時には、被加工素材9と弾性波伝達部材52の一方の端面とが、接することとなる。このようにプレス成形時に被加工素材9と接する弾性波伝達部材52の一方の端面を『検出面52a』と記載する。
また、前記弾性波伝達部材52の他方の端面は、ポンチ22の成形面以外の部分に開口している伝達孔54の開口端よりポンチ22の外部へ導出され、ここにAEセンサ31が着脱可能に接続される。AEセンサ31が弾性波伝達部材52に着脱可能に構成されることで、プレス型を交換しても同一のAEセンサ31を接続することができる。
前記弾性波伝達部材52は、AEセンサ31に接触する面積よりも、被加工素材9に接触する検出面52aの面積が大きくなるように、該被加工素材9との接触面である検出面52aに向かって拡がる断面形状を有する。つまり、弾性波伝達部材52は、検出面52aを有する一方の端部が検出面52aに向かって拡径するようにラッパ状に形成される。この弾性波伝達部材52の形状によれば、広い面積で被加工素材9と接して、AE波を効率的に検出することができる。
また、前記弾性波伝達部材52は、継ぎ目の無い一体成形物であって、その外周面は、両端面を除き、角のない滑らかな形状とすることが望ましい。継ぎ目や角部においてAE波が反射することによりAE波が減衰したり、位相変換されたりすることを抑制するためである。
上記弾性波伝達部材52は伝達孔54に内装されるにあたって、該伝達孔54の内周と弾性波伝達部材52とが直接接触しないように、防振部材53・53・・・が介装される。該防振部材53は、ポンチ22から弾性波伝達部材52へ伝わる弾性波を伝達させずに、該ポンチ22の伝達孔54で弾性波伝達部材52を支持するためのものであって、ゴムや合成樹脂素材等で構成される。
前記防振部材53は、プレス型側の伝達孔54の内周面に接触する面積に対して、また、弾性波伝達部材52に接触する面積が小さくなるように、略円錐形、略円錐台形、略角錐形又は略角錐台形のいずれかの形状となるように形成される。
この防振部材53の形状によれば、該防振部材53にて安定して弾性波伝達部材52が支持され、また、弾性波伝達部材52を伝わるAEエネルギーの損失の抑制を図ることができる。
そして、上記防振部材53・53・・・により、ポンチ22や駆動装置40等のその他、外乱要因となる弾性波等の影響を、AEセンサ31にて検出されるAE波から低減することができ、AE波を感度良好且つ高精度に検出することができる。これにより、AEセンサ31の検出信号からノイズを削除する演算処理が簡易となり、AE波形又はAEエネルギーの解析や評価を容易とすることができるため、プレス不良の検出精度の向上に寄与することができる。
なお、図14及び図15に示すプレス成形加工装置10では、弾性波伝達機構50はポンチ22に設けられている。但し、弾性波伝達機構50はプレス成形加工中の被加工素材9と弾性波伝達部材52とが接するようにプレス型に設ければ良いので、図16に示すように、ダイス20に弾性波伝達機構50を設けることもできる。
本発明の実施例1に係るプレス成形加工装置の全体的な構成を示す図。 プレス成形加工装置の制御ブロック図。 プレス成形加工装置における成形加工の流れ図。 計測されるAE波形を説明する図。 計測されるAE波形の一例を示す図。 AEエネルギーにより良品とグレー品とを識別した例を示す図。 プレス不良の検出からプレス不良の特定の流れを説明する図。 割れ検出システムの構成図。 割れ検出システムの制御ブロック図。 割れ検出方法の流れ図。 くびれ検査システムの構成図。 くびれ検査システムの制御ブロック図。 くびれ検出方法の流れ図。 本発明の実施例3に係るプレス成形加工装置の全体的な構成を示す図。 弾性波伝達機構の拡大図。 別形態の弾性波伝達機構を備えたプレス成形加工装置を示す図。 被加工素材とプレス品の一例を示す図。
符号の説明
9 被加工素材
9A プレス品
10 プレス成形加工装置
20 ダイス
22 ポンチ
24 押圧板
25 ポンチホルダ
28 演算制御装置
31 AEセンサ
32 変位センサ
40 駆動装置

Claims (10)

  1. プレス型の成形部にて被加工素材を成形加工する際に生じるアコースティック・エミッションに基づいて放出される弾性波を検出して電気的信号に変換し、前記弾性波の大きさを電圧値の経時変化として表したAE波形を得て、該AE波形の積分値であるAEエネルギー値を算出するステップ1と、
    前記AEエネルギー値と予め設定された基準値とを比較演算した結果に基づいて、AEエネルギー異常の有無を判定するステップ2と、
    前記ステップ2において、AEエネルギー異常有りと判定された場合に、
    被加工素材の端部の変位を検出して前記成形部への素材流入量を計測するステップ3と、
    前記素材流入量と予め設定された基準値とを比較演算した結果に基づいて、プレス不良の有無を判定するステップ4とを、
    備えたプレス不良検出方法。
  2. 前記プレス不良検出方法において、
    AEエネルギー異常無しと判定された場合に、前記AE波形における異常波形を検出し、該異常波形の有無に基づいて、プレス不良の有無を判定することを特徴とする、請求項1に記載のプレス不良検出方法。
  3. 前記プレス不良検出方法において、
    プレス不良有りと判定された場合に、前記被加工素材が成形されて成るプレス品の一方の面に検査光を投光し、他方の面へ透過する前記検査光を検出して、
    プレス品の割れを検出することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のプレス不良検出方法。
  4. 前記プレス不良検出方法において、
    プレス不良有りと判定された場合に、前記被加工素材が成形されて成るプレス品の所定範囲を加熱し、当該所定範囲の冷却過程における温度変化を検出し、この温度変化と所定の基準値とを比較演算した結果に基づいて、
    プレス品のくびれを検出することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のプレス不良検出方法。
  5. プレス不良を検出するためのプレス不良検出装置であって、
    プレス型の成形部にて被加工素材を成形加工する際に生じるアコースティック・エミッションに基づいて放出される弾性波を検出するAEセンサと、
    前記弾性波を電気的信号に変換し、該弾性波の大きさを電圧値の経時変化として表したAE波形を得て、該AE波形の積分値であるAEエネルギー値を算出するAE計測手段と、
    前記AEエネルギー値と予め設定された基準値との比較演算結果に基づいて、AEエネルギー異常の有無を判定するエネルギー異常判定手段と、
    前記エネルギー異常判定手段にてAEエネルギー異常有りと判定された場合に、成形加工中の被加工素材の端部の変位を検出する変位センサと、
    前記変位センサの検出信号に基づいて前記成形部への素材流入量を計測する素材流入量計測手段と、
    前記素材流入量と予め設定された基準値との比較演算結果に基づいて、プレス不良発生の有無を判定する判定手段とを、
    備えることを特徴とするプレス不良検出装置。
  6. 前記プレス不良検出装置に、
    前記AE波形における異常波形を検出し、該異常波形の有無に基づいて、プレス不良発生の有無を判定する波形異常判定手段を、
    さらに備えることを特徴とする、請求項5に記載のプレス不良検出装置
  7. 前記プレス不良検出装置に、
    前記AEセンサと前記被加工素材との双方に少なくとも一部で接触する弾性波伝達部材を備え、該弾性波伝達部材をプレス型の内部に該プレス型と直接接触しないように挿通させることを特徴とする、請求項5又は請求項6に記載のプレス不良検出装置。
  8. 前記弾性波伝達部材は、AEセンサに接触する面積よりも、被加工素材に接触する面積が大きくなるように、該被加工素材との接触面に向かって拡がる断面形状を有することを特徴とする、請求項7に記載のプレス不良検出装置。
  9. 前記弾性波伝達部材を、プレス型に防振部材を介して固定し、
    前記防振部材は、プレス型に接触する面積に対して、弾性波伝達部材に接触する面積が小さくなるように、略円錐形、略円錐台形、略角錐形又は略角錐台形のいずれかの形状を有することを特徴とする、請求項7又は請求項8に記載のプレス不良検出装置。
  10. 請求項5〜請求項9の何れか一項に記載のプレス不良検出装置を備えた、プレス成形加工装置。
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