JP2008122242A - プレスネッキングの検出方法および検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス成形品の板厚が薄い場合でもプレスネッキング部位を容易にかつ精度よく検出することが出来るプレスネッキングの検出方法及び検出装置を提案する。
【解決手段】プレス成形品の一方の側を周期的に加熱し、プレス成形品の他方の側の温度の経時変化を測定する温度測定工程と、この温度測定工程で得た他方の側の温度の経時変化を表す周期波に基づき、プレス成形品の一方の側を周期的に加熱する基準周期波に対する各部位の位相遅れを算出する位相遅れ算出工程と、この位相遅れ算出工程で得た各部位の位相遅れに基づいて厚み分布を算出し、この厚み分布の結果からプレスネッキング部位を検出するプレスネッキング検出工程とを有するプレスネッキングの検出方法及び検出装置。
【選択図】図４

Description

この発明は、プレス成形品に生じるプレスネッキングの検出方法および検出装置に関する。

プレス金型で金属製の板などをプレス成形した場合、局部的に板厚が減少するネッキング現象が起こることがある。このネッキング現象が起こったプレス成形品を用い、自動車などの構造部材とした場合、局部的な板厚減少部位が強度不足となり、使用中に割れや変形を起こし、安全上大きな問題となるので見逃すことができない。またネッキング現象が起こったプレス成形品を外装材に使用した場合には、塗装などによりその部位が浮き出るため、外観不良となる。

従来、プレス成形品に生じるプレスネッキングの検出は、プレスラインに配置された熟練者による目視で行っていた。しかし、プレスラインは連続してプレス成形品が搬送されるため、熟練者が目視で局部的な板厚減少部位を検出するネッキング検査作業を繰り返し行うと、疲労が蓄積するという問題があった。また熟練者がネッキング検査により局部的な板厚減少部位があるとした場合には、本当に局部的な板厚減少部位があるのかどうか、超音波板厚計を用い、プレス成形品の板厚測定を行って最終的に合否判定を下す必要があった。

このような問題を解決するため、熟練者による目視によらないプレスネッキングの検出方法および検出装置が提案されている（特許文献１〜４）。
特許文献１、２には、プレス成形品の一方の面にスリット光を照射し、光の歪量に基づきプレス成形品に生じた凹み量を測定する方法が開示されている。しかし、特許文献１、２に記載のように光の歪量に基づきプレス成形品の一方の面に生じた凹み量を測定する方法は、凹みが両方の面に生じているプレスネッキング部位の厚みを精度よく求めることが出来ないため、超音波板厚計を用い、その部位の板厚測定を行う必要がある。

一方特許文献３には、プレス成形品などの対象物を加熱する加熱方式の装置を用い、対象物の壁厚を求める方法が開示されている。すなわち特許文献３に記載の高速赤外線過渡サーモグラフィ装置は、対象物を加熱する熱源と、その対象物体表面から放射される赤外線（ＩＲ）に感応するフォーカルプレーンアレイカメラと、このフォーカルプレーンアレイカメラでの赤外線画像データの取得と分析を行う画像データ処理システムとを具備し、対象物の壁厚を求める際、対象物を加熱する熱源とフォーカルプレーンアレイカメラとを対象物に対して同じ側に配置する必要がある。また、金属製の対象物の壁厚を精度よく求めるには、対象物体表面を黒体化処理することも必須となる。

このため、特許文献３に記載の高速赤外線過渡サーモグラフィ装置を用いた場合には、プレスネッキング部位の検出に制約があり、またプレス成形品などを黒体化処理するのに手間がかかる欠点がある。
そこで本発明者は、プレス成形品などの対象物体の一面側を均一に加熱し、対象物体の他面側を赤外線カメラにより異なる時点で撮像し、異なる時点で撮像して得た画像同士の差を取って成形体の各部分の温度上昇量を求め、該温度上昇量から一面側から他面側に熱が伝わる熱の到達時間を求め、成形体の各部分における熱の到達時間の差に基づいて異常部を検出する方法及び装置を提案した（特許文献４）。

本発明者が特許文献４で提案した方法と装置は、遠赤外線ランプ、キセノンランプなどの対象物体を加熱する加熱源と、対象物体の各部分の温度上昇量を求める赤外線カメラとを対象物体を挟んで対向配置する加熱方式のプレスネッキングの検出技術であり、対象物体表面を黒体化処理する必要もなく、プレスネッキング部位を容易かつ確実に特定することができる。
特開平１１−２４８６３８号公報 特開２０００−２４１１４７号公報 特表２００３−５１２５９６号公報 特開２００６−２５０７１２号公報

しかし、この特許文献４で提案したプレスネッキングの検出技術は、対象物体の一面側を均一に加熱し、一面側から他面側に熱が伝わる熱の到達時間差に基づいて異常部を検出するので、プレス成形品の板厚が薄い場合、微少な厚み変化で生じるプレスネッキング部位を検出するのが難しいという課題があった。またこの特許文献４で提案したプレスネッキングの検出技術は、プレスネッキング部位の厚みを迅速かつ精度よく求めることが難しいという課題もあった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、プレス成形品の板厚が薄い場合でもプレスネッキング部位を容易にかつ精度よく検出することが出来るプレスネッキングの検出方法及び検出装置を提案することを目的とする。

本発明者は、鋭意検討し、遠赤外線ランプ、キセノンランプなどの対象物体を加熱する加熱源と、対象物体の各部分の温度上昇量を求める赤外線カメラとを対象物体を挟んで対向配置する加熱方式のプレスネッキングの検出技術を採用することにより、上記課題を解決出来るとの知見に基づいて本発明を成した。
１．プレス成形品の一方の側を周期的に加熱し、該プレス成形品の他方の側の温度の経時変化を測定する温度測定工程と、この温度測定工程で得た他方の側の温度の経時変化を表す周期波に基づき、前記プレス成形品の一方の側を周期的に加熱する基準周期波に対する各部位の位相遅れを算出する位相遅れ算出工程と、この位相遅れ算出工程で得た各部位の位相遅れに基づいて厚み分布を算出し、この厚み分布の結果からプレスネッキング部位を検出するプレスネッキング検出工程とを有することを特徴とするプレスネッキングの検出方法。

２．前記厚みの算出を、各部位の位相遅れと、前記プレス成形品の熱拡散係数と、前記基準周期波の周波数とをパラメータとして含む下記式で行うことを特徴とする１．に記載のプレスネッキング検出方法。
ｄ＝Ｋ（Δθ＋ｂ）
ここで、ｄ：厚み（ｍｍ）、Δθ：位相遅れ（ｒａｄ）、Ｋ＝{ａ／（πｆ）}^1/2、ａ：プレス成形品の熱拡散係数（ｍｍ²／ｓ）、ｆ：基準周期波の周波数（Ｈｚ）、ｂ：加熱装置に起因する時定数。

３．前記プレス成形品の他方の側の温度を測定する温度測定装置が赤外線カメラであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレスネッキング検出方法。
４．プレス成形品の一方の側を周期的に加熱するための加熱装置と、該プレス成形品の他方の側の温度の経時変化を測定する温度測定装置と、この温度測定装置で得た他方の側の温度の経時変化を表す周期波に基づき、前記プレス成形品の一方の側を周期的に加熱する基準周期波に対する各部位の位相遅れを算出する位相遅れ演算部とこの演算部から送られる各部位の位相遅れに基づいて厚み分布を求める厚み演算部を内蔵した計算機と、この計算機から送られる厚み分布を表示する表示装置とを備えることを特徴とするプレスネッキングの検出装置。

５．前記厚み演算部には、各部位の位相遅れと、前記プレス成形品の熱拡散係数と、前記基準周期波の周波数とをパラメータとして含む下記式が記憶されていることを特徴とする請求項４に記載のプレスネッキング検出装置。
ｄ＝Ｋ（Δθ＋ｂ）
ここで、ｄ：厚み（ｍｍ）、Δθ：位相遅れ（ｒａｄ）、Ｋ＝{ａ／（πｆ）}^1/2、ａ：プレス成形品の熱拡散係数（ｍｍ²／ｓ）、ｆ：基準周期波の周波数（Ｈｚ）、ｂ：加熱装置に起因する時定数。

６．前記温度測定装置が赤外線カメラであることを特徴とする４．又は５．に記載のプレスネッキング検出装置。

本発明によれば、プレス成形品の一方の側を周期的に加熱し、プレス成形品の他方の側の温度の経時変化を測定することによって、プレス成形品の厚み方向に熱が伝わる際の基準周期波に対する各部位の位相遅れに基づいて厚みを算出するようにしたから、プレス成形品の板厚が薄い場合でもプレスネッキング部位を容易にかつ精度よく検出することが出来る。

まず、本発明の原理を図により説明する。図１は、本発明に係るプレスネッキングの検出原理を示す特性図である。プレス成形品の一方の側を周期的に加熱したときには、加熱した一方の側から他方の側へ熱が拡散し、その他方の側でも温度の経時変化が生じる。この他方の側での温度の経時変化は赤外線カメラで測定して得ることができる。このプレス成形品の他方の側での温度の経時変化（周期波ともいう）には、基準周期波に対してずれが生じる。このずれ量のことを位相遅れΔθと称する。

この図では、図１（ａ）に示した厚みｄがプレス成形品のある微小部位での厚みに相当し、図１（ｂ）に示した基準周期波に対して、プレス成形品の微小部位を厚み方向に温度の周期波が伝播することにより位相遅れΔθが生じることを示す。なお基準周期波は後述するように、電源トランスを介して加熱源（遠赤外線ランプ、キセノンランプなど）に供給する電力を変化させる加熱装置とした場合、電源トランスの電力を変化させる周期的な信号４Ａに相当する。すなわち、プレス成形品の一方の側を周期的に加熱する際の基準となる信号である。

このようにプレス成形品の一方の側を周期的に加熱する加熱方法を採用した場合、各部位の厚みに応じた位相遅れΔθが生じる。一方プレス成形品などの物体の厚みｄ（ｍｍ）と基準周期波に対する位相遅れΔθとの間には、熱拡散方程式を解くことにより導き出した（１）式で表される関係がある。したがって、基準周期波に対する各部位の位相遅れΔθ（ｒａｄ）を求めてやれば、各部位の位相遅れΔθ（ｒａｄ）と、プレス成形品の熱拡散係数ａと、前記基準周期波の周波数とをパラメータとして含む（１）式から厚みｄ（ｍｍ）が決定できる。

ｄ＝Ｋ（Δθ＋ｂ） ・・・・・（１）
ここで、Ｋ＝{ａ／（πｆ）}^1/2、ａ：プレス成形品の熱拡散係数（ｍｍ²／ｓ）、ｆ：基準周期波の周波数（Ｈｚ）、ｂ：加熱装置に起因する時定数（加熱源１Ａ、電源トランス１Ｂなどに起因する遅れ）である。
本発明に係る加熱方式のプレスネッキングの検出技術は、前記したように、この関係式を利用している。

すなわち、本発明に係るプレスネッキングの検出方法は、プレス成形品の一方の側を周期的に加熱し、プレス成形品の他方の側の温度の経時変化を測定する温度測定工程と、この温度測定工程で得た他方の側の温度の経時変化を表す周期波に基づき、プレス成形品の一方の側を周期的に加熱する基準周期波に対する各部位の位相遅れΔθを算出する位相遅れ算出工程と、この位相遅れ算出工程で得た各部位の位相遅れΔθに基づいて厚み分布を算出し、この厚み分布の結果からプレスネッキング部位を検出するプレスネッキング検出工程とを有する。

その際、プレス成形品の熱拡散係数ａは一般に温度依存性を有する。そこで、プレス成形品の他方の側で測定される温度に応じた熱拡散係数ａを選定してプレスネッキング部位の厚みを算出するのが好ましい。この理由は、プレス成形品の設計寸法と比較することにより、合否の判断をすることができるからである。なお、図２には鋼板の熱拡散係数ａの温度依存性を示した。

また、プレス成形品の一方の側を周期的に加熱する基準周期波として、異なる周波数を用い、異なる周波数それぞれに対して各部位の位相遅れΔθを算出し、それに基づいて厚み分布を求めることも好ましい。このようにすれば異なる周波数を用いて同一のプレスネッキング部位に対する厚み分布が算出されるため、その結果を対比することで、プレスネッキング部位の厚み検出精度を２重チェックすることができ、より正確に合否の判断をすることができるからである。なお図３には、基準周期波の周波数をパラメータとしてプレス成形品の厚みｄと位相遅れΔθとの関係を示した。

以下、本発明に用いて好適なプレスネッキングの検出装置について説明する。図４は、本発明に係るプレスネッキングの検出装置の構成を示すブロック図であり、Ｗは対象物である金属製のプレス成形品を示す。このプレス成形品Ｗは表面を黒体化処理していないものである。
本発明に用いて好適なプレスネッキングの検出装置は、プレス成形品Ｗの一方の側を周期的に加熱するための加熱装置（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）と、プレス成形品Ｗの他方の側の温度の経時変化を測定する赤外線カメラ２と、赤外線カメラ２に接続され、前記した各部位の位相遅れΔθに基づいて厚み分布を求める計算機３と、この計算機３から送られる厚み分布を表示する表示装置３Ａとを備える。ここで前記した計算機３には、赤外線カメラ２で得た他方の側の温度の経時変化を表す周期波と、基準周期波４Ａと比較することで基準周期波４Ａに対する各部位の位相遅れを算出する位相遅れ演算部、及びこの位相遅れ演算部から送られる各部位の位相遅れに基づいて厚み分布を求める厚み演算部が内蔵されている。また図４に示した加熱装置（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、プレス成形品Ｗの一方の面に対向して配置される加熱源１Ａと、加熱源１Ａに供給する電力を調節する電源トランス１Ｂと、電源トランス１Ｂに基準周期波４Ａを送る関数発生器１Ｃとからなる。この関数発生器１Ｃにはプレスネッキングの検出時、計算機３から基準周期波４Ａを形成する信号４Ｂが送られる。

このような構成のプレスネッキングの検出装置によれば、電源トランス１Ｂから供給される電力によってプレス成形品Ｗの一方の側を加熱源１Ａで周期的に加熱し、赤外線カメラ２で得た他方の側の温度の経時変化６と基準周期波４Ａとを計算機３により比較し、得た各部位の位相遅れΔθに基づいて厚み分布を算出し、この厚み分布の結果からプレスネッキング部位を検出することが可能となる。図４中、Ｎはこのようにして検出し、表示装置に表示したプレスネッキング部位を模式的に示す。５は加熱源１Ａからプレス成形品Ｗに送られる温度の周期波を示し、６は位相差をもつ温度の周期波（経時変化）を示す。なお、プレス成形品を周期的に加熱する加熱装置には複数の加熱源を設け、複数の加熱源から同時にプレス成形品を加熱するための光を照射することも、一定温度にまでプレス成形品の温度を上げる時間が短縮できるので好ましい。

板厚が０．６１ｍｍの軟鋼板を用い、その厚みを精度よく検出することが出来るか否か試験した。基準周期波の周波数ｆを１Ｈｚとした場合、位相遅れΔθが１．２ｒａｄとなり、（１）式で表される関係を用いて算出した結果、ｄ＝０．５８ｍｍを得た。次いで基準周期波の周波数ｆを変え、１０Ｈｚとして試験した場合、位相遅れΔθが１．８ｒａｄとなり、（１）式で表される関係を用いて算出した結果、ｄ＝０．６１ｍｍを得た。この２回の試験で得られた板厚の平均値は０．５９５ｍｍである。但し、どちらの試験においても加熱源の電力は0〜200Ｗの範囲で正弦波（ｓｉｎ）状に変化させた。

このように本発明をプレス成形品に用いられる軟鋼板に適用することにより、基準周期波に対する位相遅れΔθに基づいて軟鋼板の厚みを精度よく容易に検出することが出来ることがわかった。またプレス成形品に用いられる軟鋼板の一方の側を周期的に加熱する際、異なる加熱源からそれぞれ基準周期波の周波数ｆが異なる光を同時に照射し、軟鋼板の他方の側の温度の周期波を分波しても同様の結果が得られた。

本発明に係るプレスネッキングの検出原理を示す特性図である。 鋼板の熱拡散係数の温度依存性を示す特性図である。 位相遅れと板厚の関係を示す特性図である。 本発明に係るプレスネッキングの検出装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

Ｗ プレス成形品
Ｎ 表示装置に表示したプレスネッキング部位
１Ａ 加熱源
１Ｂ 電源トランス
１Ｃ 関数発生器
２ 赤外線カメラ
３ 計算機
３Ａ 表示装置
４Ａ 電力を変化させる周期的な信号（基準周期波）
４Ｂ 計算機から関数発生器に送られる信号
５ 加熱源からプレス成形品に送られる温度の周期波
６ 位相差をもつ温度の周期波

Claims (6)

1. プレス成形品の一方の側を周期的に加熱し、該プレス成形品の他方の側の温度の経時変化を測定する温度測定工程と、
   この温度測定工程で得た他方の側の温度の経時変化を表す周期波に基づき、前記プレス成形品の一方の側を周期的に加熱する基準周期波に対する各部位の位相遅れを算出する位相遅れ算出工程と、
   この位相遅れ算出工程で得た各部位の位相遅れに基づいて厚み分布を算出し、この厚み分布の結果からプレスネッキング部位を検出するプレスネッキング検出工程とを有することを特徴とするプレスネッキングの検出方法。
2. 前記厚みの算出を、各部位の位相遅れと、前記プレス成形品の熱拡散係数と、前記基準周期波の周波数とをパラメータとして含む下記式で行うことを特徴とする請求項１に記載のプレスネッキング検出方法。
   ｄ＝Ｋ（Δθ＋ｂ）
   ここで、ｄ：厚み（ｍｍ）、Δθ：位相遅れ（ｒａｄ）、Ｋ＝{ａ／（πｆ）}^1/2、ａ：プレス成形品の熱拡散係数（ｍｍ²／ｓ）、ｆ：基準周期波の周波数（Ｈｚ）、ｂ：加熱装置に起因する時定数。
3. 前記プレス成形品の他方の側の温度を測定する温度測定装置が赤外線カメラであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレスネッキング検出方法。
4. プレス成形品の一方の側を周期的に加熱するための加熱装置と、
   該プレス成形品の他方の側の温度の経時変化を測定する温度測定装置と、
   この温度測定装置で得た他方の側の温度の経時変化を表す周期波に基づき、前記プレス成形品の一方の側を周期的に加熱する基準周期波に対する各部位の位相遅れを算出する位相遅れ演算部とこの演算部から送られる各部位の位相遅れに基づいて厚み分布を求める厚み演算部を内蔵した計算機と、この計算機から送られる厚み分布を表示する表示装置とを備えることを特徴とするプレスネッキングの検出装置。
5. 前記厚み演算部には、各部位の位相遅れと、前記プレス成形品の熱拡散係数と、前記基準周期波の周波数とをパラメータとして含む下記式が記憶されていることを特徴とする請求項４に記載のプレスネッキング検出装置。
   ｄ＝Ｋ（Δθ＋ｂ）
   ここで、ｄ：厚み（ｍｍ）、Δθ：位相遅れ（ｒａｄ）、Ｋ＝{ａ／（πｆ）}^1/2、ａ：プレス成形品の熱拡散係数（ｍｍ²／ｓ）、ｆ：基準周期波の周波数（Ｈｚ）、ｂ：加熱装置に起因する時定数。
6. 前記温度測定装置が赤外線カメラであることを特徴とする請求項４又は５に記載のプレスネッキング検出装置。

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