JP2014018822A - 工具交換方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工機における工具装着部に対して、工具交換装置によって工具の交換を行うとき、工具の異常を検出することのできる工具交換方法及び工具交換装置を提供する。
【解決手段】加工機における工具装着部に対して、工具交換装置を用いて工具の交換を行う工具交換方法及び装置であって、前記加工機１の工具装着部９Ｕから工具７Ｕを取り外して、又は前記工具装着部９Ｕに対して交換すべき工具７Ｕを工具交換装置１３が保持した状態にあるとき、当該工具７Ｕの異常を検出するために、打撃手段３３によって前記工具７Ｕを打撃したときの振動を、振動検出手段３５によって検出し、この検出した工具７Ｕの振動モードと予め検出した当該工具の基準の振動モードとを比較し、上記比較の結果によって工具に異常が生じたか否かを判別して工具交換を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばプレスブレーキ等のごとき加工機に対して、例えば金型などのごとき工具の交換を行う工具交換方法及び装置に係り、さらに詳細には、工具の交換を行うときに、工具の異常等を検出することのできる工具交換方法及び装置に関する。

例えば、板状のワークの折曲げ加工を行う加工機としてのプレスブレーキは、工具としての上下の金型を、上部テーブル、下部テーブルにおける工具装着部としての金型装着部に対して着脱交換して使用されるものである。工具としての金型には分割金型があり、ワークの折曲げ線長さに対応するように、複数の分割金型を組合せて使用されるのが一般的である。

そして、プレスブレーキにおける上下のテーブルに対して分割金型の着脱交換を行うとき、プレスブレーキにおける上下のテーブルに対して左右方向へ移動位置決め自在な金型交換装置によって行われている（例えば特許文献１参照）。また、プレスブレーキの前側に配置した産業用ロボット等のごとき搬送手段を使用しての金型交換も行われている。

前記特許文献１に記載の金型交換装置は、単に金型交換を行うにすぎないものである。したがって、着脱交換する金型に、例えば微小のクラックが生じているような異常な状態にあるとき、上記異常を検出することはできないものである。

ところで、適宜の加工機において工具の交換を行うとき、工具の破損状況などの異常を検出する技術が提案されている（例えば特許文献２参照）。そして、被測定物にハンマ等によって振動を付与し、レーザドップラー式固有振動検出器によって前記被測定物の振動数を測定し、この測定した測定振動数と、被測定物の正常時の固有振動数とを比較して、被測定物の異常状態を検出することが提案されている（例えば特許文献３参照）。

特開２０００−７１０２８号公報 特開平５−２７７８６７号公報 特開平６−２７３３９５号公報

特許文献１に記載の金型交換装置は、プレスブレーキにおける上下のテーブルに対して単に金型の交換を行うにすぎないものであって、金型交換を行うときに、金型の異常を検出し得るものではない。

特許文献２に記載の工具交換装置は、工具交換時に工具長Ｌを測定し、予め記憶された工具長と比較することにより、工具の破損状況を判断処理するものであって、工具が破損したことを検出するものである。すなわち、例えば工具に微小クラックが生じた状態にあって、工具が破損する恐れにあることを事前に検知し得るものではない。

特許文献３に記載の接合不良判別方法は、基台に立設した支持体に、被測定物としての白金測温抵抗体に接続したりリード線を溶接した後、ハンマによって前記基台を打撃したときのリード線の振動を、レーザドップラー式固有振動数検出器によって測定するものである。したがって、支持体に対するリード線の溶接が厄介である、という問題がある。

本発明は、工具交換装置を用いて加工機に対して工具交換を行うとき、工具交換装置によって交換すべき工具の異常を検出しようとするものである。

本発明は、上述のごとき問題に鑑みてなされたもので、加工機における工具装着部に対して、工具交換装置を用いて工具の交換を行う工具交換方法であって、前記加工機の工具装着部から工具を取り外して、又は前記工具装着部に対して交換すべき工具を工具交換装置が保持した状態にあるとき、当該工具の異常を検出するために、打撃手段によって前記工具を打撃したときの振動を、振動検出手段によって検出し、この検出した工具の振動モードと予め検出した当該工具の基準の振動モードとを比較し、上記比較の結果によって工具に異常が生じたか否かを判別して工具交換を行うことを特徴とするものである。

また、前記工具交換方法において、前記加工機はプレスブレーキであり、当該プレスブレーキに備えた工具装着部としての金型装着部に対して工具としての複数の金型を個々に連続的に交換するとき、各金型を、打撃手段によって打撃することを特徴とするものである。

また、加工機における工具装着部に対して工具の着脱交換を行うための工具交換装置であって、着脱交換すべき工具を保持自在な工具保持部材を備えると共に、当該工具保持部材に保持されている工具の異常を検出するために、当該工具を打撃自在な打撃手段を、当該工具交換装置に又は当該工具交換装置の移動経路の途中に備え、前記打撃手段によって前記工具を打撃したときの振動を検出するための振動検出手段を、当該工具交換装置に又は当該工具交換装置の移動経路の途中に備え、前記振動検出手段によって検出した工具の振動モードと予め検出した当該工具の基準の振動モードとを比較する比較手段を備えていることを特徴とするものである。

また、前記工具交換装置において、工具交換装置を制御するための制御装置を備え、この制御装置は、前記比較手段と、複数の各工具における基準の振動モードを予め格納した基準値メモリとを備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、工具交換を行うときに、工具の異常を検出することができるので、工具破損等の恐れを事前に検出できることとなる。したがって、工具破損に起因する危険を防止することができるものである。

本発明の実施形態に係る加工機としてのプレスブレーキの全体的構成を概念的、概略的に示した正面説明図である。 工具交換を行う工具交換装置の構成を示す説明図である。 工具交換装置を制御する制御装置における主要な構成を示す機能ブロック図である。 産業用ロボットを工具交換装置として使用した場合の主要な部分の構成を示す説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る工具交換装置について説明するに、先ず、理解を容易にするために、加工機の１例として、板状のワーク（図示省略）の折曲げ加工を行うプレスブレーキの全体的構成について説明する。

加工機の１例としてのプレスブレーキ１は、良く知られているように、Ｃ形状の左右のサイドフレーム３Ｌ，３Ｒを備えている。このサイドフレーム３Ｌ，３Ｒの上部には左右方向（Ｘ軸方向）に長い上部テーブル５Ｕを備えており、サイドフレーム３Ｌ，３Ｒの下部には、上部テーブル５Ｕに対向した下部テーブル５Ｌが備えられている。そして、前記上下のテーブル５Ｕ，５Ｌにおける一方のテーブル（上部テーブル）５Ｕは、流体圧シリンダ、サーボモータによって回転されるボールネジ機構などのごとき上下作動装置（図示省略）によって上下動自在に備えている。

前記上部テーブル５Ｕの下部には、工具としての上型７Ｕを着脱交換自在な工具装着部（上型保持部）９Ｕが備えられており、前記下部テーブル５Ｌの上部には、工具としての下型７Ｌを着脱交換自在な工具装着部（下型保持部）９Ｌが備えている。そして、前記プレスブレーキ１における左右方向の一側には、前記工具装着部９Ｕ，９Ｌに対して着脱交換する複数の工具（上下の金型７Ｕ，７Ｌ）を格納した工具格納装置（金型格納装置）１１が備えられている。

前記上部テーブル５Ｕの前記工具装着部９Ｕと前記工具格納装置１１との間において工具７Ｕの着脱交換を行うために、工具交換装置１３（図２参照）が左右方向へ移動自在に備えられている。より詳細には、前記上部テーブル５Ｕの後側（図２において右側）には、左右方向（Ｘ軸方向）に長いガイドレール１５が備えられており、このガイドレール１５に前記工具交換装置１３が移動位置決め自在に備えられている。

上記工具交換装置１３の全体的構成は、前記特許文献１に記載されている上部金型交換ユニットとほぼ同様の構成であるから、概略的に説明することにする。工具交換装置１３は、前記ガイドレール１５に案内されて左右方向へ移動自在な左右移動フレーム１７を備えており、この左右移動フレーム１７には、上下移動フレーム１９が上下動自在に備えられている。そして、前記上下動フレーム１９には前後動フレーム２１が前後動自在に備えられており、この前後動フレーム２１には、前記工具７Ｕに形成した前後方向の貫通穴２３へ挿通自在なフック部材２５が上下に揺動自在に備えられている。また、前記前後動フレーム２１には、前記フック部材２５を下から支持するフック支持部材２７が前後動自在に備えられている。前記フック部材２５は着脱交換する工具７Ｕを保持するものであるから一種の工具保持部材をなすものである。

なお、前記フック部材２５や前記フック支持部材２７等の構成は、前記特許文献１に記載されているように、既によく知られた構成であるから、前記フック部材２５やフック支持部材２７等の構成についてのより詳細な説明は省略する。また、上部テーブル５Ｕにおける工具装着部９Ｕに対して前記フック部材２５が前後左右方向へ移動すると共に、上下動して工具７Ｕの着脱交換を行う動作は、前記特許文献１に記載されているように、既によく知られていることであるから、工具装着部９Ｕに対して工具７Ｕの着脱交換を行う動作についての説明は省略する。

なお、下部テーブル５Ｌにおける工具装着部９Ｌに対して工具７Ｌの着脱交換を行うための工具交換装置は、前記特許文献１に記載の下部金型交換ユニットと同一の構成であってもよいものであるから、工具７Ｌの着脱交換を行うための工具交換装置についての詳細な説明は省略する。

前記構成により、加工機（プレスブレーキ）１に備えた制御装置２９（図１参照）の制御の下に、前記工具交換装置１３が、工具装着部９Ｕ，９Ｌと工具格納装置１１との間を往復動されて、前記工具装着部９Ｕ，９Ｌに対しての工具交換が行われるものである。

ところで、加工機の１例としてのプレスブレーキにおいて、金型７Ｕ，７Ｌを着脱交換してワークの折曲げ加工を行うとき、折曲げ加工を行う製品によっては金型７Ｕ，７Ｌの予め設定された耐圧以上に圧力をかけることがある。そして、製品の折曲げ線の長さが異なると、複数の分割金型の組合せが異なるので、各金型毎に使用頻度が異なり、各金型毎の寿命管理が難しいものである。したがって、ワークの折曲げ加工時に金型が破損することがある。よって、例えば金型に微小な亀裂等が生じているような場合には、金型に異常が生じているものとして検出することが望まれている。

そこで、本実施形態においては、前記工具交換装置１３によって工具７Ｌ，７Ｕの交換を行うときに、工具７Ｕ，７Ｌの異常状態を検出するための工具異常検出手段３１が備えられている。より詳細には、前記工具交換装置１３における前記フック部材（工具保持部材）２５に支持（保持）されている工具７Ｕに振動を付与するために、前記工具７Ｕを打圧（打撃）自在な打撃手段（打圧手段）３３及び当該打撃手段３３によって打撃された前記工具７Ｕの振動を検出するための振動検出手段３５が前記工具交換装置１３に備えられている。

前記打撃手段３３は、前記フック部材２５に保持されている前記工具７Ｕを一定の条件でもって打撃する打撃子３７を往復動自在に備えた、例えばリニアアクチュエータなどから構成してある。前記振動検出手段３５は、前記打撃手段３３の打撃方向と同方向から工具７Ｕの振動を検出するもので、前記特許文献３に記載のレーザドップラー式固有振動数検出器と同様の構成であって、前記打撃手段３３に近接して備えられている。

前記振動検出手段３５によって検出された振動波形は、前記制御装置２９に備えたＦＦＴアナライザなどのごとき周波数分析器３９（図３参照）へ入力されて周波数分析が行われる。すなわち、振動検出手段３５によって検出した振動波形に含まれる周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，…毎にそれぞれの振幅ｒ１，ｒ２，ｒ３，…に分析される。換言すれば、工具７Ｕの振動波形は、周波数ｆ１で振幅ｒ１、周波数ｆ２で振幅ｒ２、周波数ｆ３で振幅ｒ３などのように、工具７Ｕの固有振動モードに分析されることになる。

そして、前記周波数分析器３９において分析された固有振動モードは、基準値メモリ４１に予め格納してある当該工具７Ｕの基準の固有振動モードと比較手段４３において比較されるものである。前記基準値メモリ４１には、各工具７Ｕを始めて使用するとき（新品のとき）に、同一条件において検出した固有振動モードを、各工具７Ｕにおける基準の固有振動モードとして予め格納してある。したがって、前記比較手段４３において工具７Ｕの固有振動モードを比較する場合、新品時における当該工具７Ｕの固有振動モードと長時間使用した後の工具７Ｕにおける固有振動モードとを比較することになるものである。

前記比較手段４３においては、基準値メモリ４１に格納されている当該工具７Ｕの基準の固有振動モードにおける各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，…の振幅ｒ１，ｒ２，ｒ３，…と検出したときの当該工具７Ｕの固有振動モードにおける各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３においての振幅ｒ１，ｒ２，ｒ３，…の大小が比較され、その変化が予め設定した基準値（閾値）よりも大きい場合、又は基準の固有振動モードにおける周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，…と検出したときの固有振動モードにおける各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，…が基準値（閾値）よりも大きく異なる場合に、当該工具７Ｕに例えば微小クラック等が生じているなどの異常が生じているものとして判別される。

そして、工具７Ｕに異常が生じているものと判別されたときには、当該工具７Ｕを不良と判断して除去されるものである。したがって、例えば使用時に破損を生じる恐れのある工具７Ｕを事前に除去できることとなり、安全性の向上を図ることができるものである。なお、前記打撃手段３３によって工具７Ｕを打撃して固有振動モードを検出する時期は、工具交換装置１３によって工具装着部９Ｕから工具７Ｕを取り外したときが望ましいものである。

ところで、前記説明においては、工具装着部９Ｕと工具格納装置１１との間を往復動する工具交換装置１３に、工具異常検出手段３１を備えた場合について例示した。しかし、加工機の工具装着部９Ｕに対して工具７Ｕの着脱交換を行う工具交換装置として産業用ロボットが使用されることがある。この場合、図４に示すように、産業用ロボット（全体的構成は図示省略）におけるロボットアーム４５の先端部にロボットハンド４７を、ロボットアーム４５の長手方向に対して揺動自在、かつ当該ロボットハンド４７の長手方向の軸心回りに回動自在に備えている。そして、前記ロボットハンド４７の先端部に、工具７Ｕを把持（保持）自在な一対のフィンガー（工具保持部材）４９を開閉自在に備えている。

上記構成のごとき産業用ロボットを使用して、加工機の工具装着部９Ｕに対して工具７Ｕの着脱交換を行う場合には、工具保持部材としての前記フィンガー４９に近接した位置に、工具異常検出手段３１における打撃手段３３及び振動検出手段３５を備えることが望ましいものである。この構成においては、着脱交換する工具７Ｕを、一対のフィンガー４９によって保持した状態において、打撃手段３３によって工具７Ｕを打撃することができる。そして、打撃して工具７Ｕに振動を付与したときの振動は、振動検出手段３５によって検出することができるものであり、前述した実施形態と同様の効果を奏し得るものである。

以上のごとき実施形態の説明より理解されるように、加工機における工具装着部に対して、工具交換装置によって工具の着脱交換を行うときに、工具交換装置に備えた打撃手段によって前記工具を打撃し、この打撃したときにおける前記工具の振動を、工具交換装置に備えた振動検出手段によって検出する。そして、この振動検出手段によって検出し、解析した固有振動モードと、基準値メモリに予め格納してある、該当する工具の基準の固有振動モードとを比較して、前記工具に異常が生じているか否かを検知するものである。

したがって、事前に工具の異常を検知できることとなり、例えば工具に微小クラックが生じており、使用時に破損する恐れがあるような場合、工具の破損を事前に防止できることとなり、安全性の向上を図ることができるものである。なお、工具の異常を検出する時期は、工具の着脱交換を行う毎など、所望に設定可能なものである。

ところで、前記実施形態においては、加工機の１例としてプレスブレーキの場合について例示した。しかし、加工機としてはプレスブレーキに限るものではなく、工具交換装置を用いて工具交換を行う加工機一般に適用可能なものである。

また、前記実施形態の説明においては、工具交換装置に、打撃手段及び振動検出手段を備えている場合について説明した。上記構成においては、工具の交換を行っている最中に工具の異常を検出することが可能であり、能率の向上を図ることができるものである。しかし、前記打撃手段及び振動検出手段を、前記工具交換装置の移動経路に対応した途中位置に備えた構成とすることも可能である。この場合、前記途中位置に工具交換装置を一時停止し、工具交換装置に保持されている工具を前記途中位置において、打撃手段により打撃し、この打撃したときの振動を前記振動検出手段によって検出することも可能なものである。この場合も前述同様の効果を奏し得るものである。

なお、上記構成においては、工具交換装置に改良を加えることなく、打撃手段及び振動検出手段を後付け目的に備えることができるものである。

１ プレスブレーキ（加工機）
７Ｕ 上型（工具）
７Ｌ 下型（工具）
９Ｕ 工具装着部（上型保持部）
１１ 工具格納装置（金型格納装置）
１３ 工具交換装置
２５ フック部材（工具保持部材）
２９ 制御装置
３１ 工具異常検出手段
３３ 打撃手段（打圧手段）
３５ 振動検出手段
３７ 打撃子
３９ 周波数分析器
４１ 基準値メモリ
４３ 比較手段
４５ ロボットアーム
４７ ロボットハンド
４９ フィンガー

Claims (4)

1. 加工機における工具装着部に対して、工具交換装置を用いて工具の交換を行う工具交換方法であって、前記加工機の工具装着部から工具を取り外して、又は前記工具装着部に対して交換すべき工具を工具交換装置が保持した状態にあるとき、当該工具の異常を検出するために、打撃手段によって前記工具を打撃したときの振動を、振動検出手段によって検出し、この検出した工具の振動モードと予め検出した当該工具の基準の振動モードとを比較し、上記比較の結果によって工具に異常が生じたか否かを判別して工具交換を行うことを特徴とする工具交換方法。
2. 請求項１に記載の工具交換方法において、前記加工機はプレスブレーキであり、当該プレスブレーキに備えた工具装着部としての金型装着部に対して工具としての複数の金型を個々に連続的に交換するとき、各金型を、打撃手段によって打撃することを特徴とする工具交換方法。
3. 加工機における工具装着部に対して工具の着脱交換を行うための工具交換装置であって、着脱交換すべき工具を保持自在な工具保持部材を備えると共に、当該工具保持部材に保持されている工具の異常を検出するために、当該工具を打撃自在な打撃手段を、当該工具交換装置に又は当該工具交換装置の移動経路の途中に備え、前記打撃手段によって前記工具を打撃したときの振動を検出するための振動検出手段を、当該工具交換装置に又は当該工具交換装置の移動経路の途中に備え、前記振動検出手段によって検出した工具の振動モードと予め検出した当該工具の基準の振動モードとを比較する比較手段を備えていることを特徴とする工具交換装置。
4. 請求項３に記載の工具交換装置において、工具交換装置を制御するための制御装置を備え、この制御装置は、前記比較手段と、複数の各工具における基準の振動モードを予め格納した基準値メモリとを備えていることを特徴とする工具交換装置。

Images