JP2020051832A - 曲率半径計測システムおよびそれを用いたベンディングロール - Google Patents

Abstract

【課題】対象物品の曲率半径を正確に計測できる曲率半径計測システムを用いて、効率よく高精度で成形作業を行うことができるベンディングロールを提供する。【解決手段】円弧状の金属板Ｗの板厚ｔと、凹円弧面上の２つの第１基準点Ａ、Ａ’の間の円周方向に沿った長さＬ１と、各第１基準点Ａ、Ａ’のそれぞれと板厚方向で対向する凸円弧面上の２つの第２基準点Ｂ、Ｂ’の間の円周方向に沿った長さＬ２の測定結果から金属板Ｗの曲率半径ｒ＝（Ｌ１・ｔ）／（Ｌ２−Ｌ１）を算出する曲率半径計測システムを用い、ベンディングロールで金属板Ｗを曲げ成形しながら、その曲率半径ｒまたはそれに対応するパラメータを計測し、その計測結果に基づいて上ロール１の上下方向位置を調整する制御を行うことにより、効率よく高精度で成形作業を行えるようにした。【選択図】図４

Description

本発明は、円弧状に形成された板状部の曲率半径を計測する曲率半径計測システムと、それを用いて金属板の曲げ成形を行うベンディングロールに関する。

ベンディングロールは、上ロールとこれに平行な一対の下ロールとを備え、上ロールと各下ロールの間で金属板を挾持した状態で、各下ロールを回転駆動することにより、金属板を往復移動させながら曲げ成形する装置である。

このようなベンディングロールでは、金属板の曲げ成形の途中で、一旦成形を中断して金属板の曲率半径を測定し、その測定結果が目標範囲に入っていない場合は、後続の成形作業における上ロール位置等の設定値を補正して、成形終了後に所望の曲率半径を有する円弧状またはパイプ状の製品が得られるようにしている。

ここで、成形途中での金属板の曲率半径の測定は、従来、作業者が製品の目標曲率半径を有する円弧状のＲゲージを金属板の内側面または外側面に当接させて行うことが多く、この測定作業が成形作業全体の効率を低下させる一因となっている。

これに対し、例えば特許文献１に記載されているような３点式の曲率半径測定器を用いれば、金属板の成形途中での測定作業を自動化して成形作業全体の効率を向上させることができると考えられる。

上記特許文献１の曲率半径測定器は３つのローラを有するものであり、このような曲率半径測定器は、一般に、剛性のあるフレームの両端部にサイドローラが取り付けられ、フレームの中央部に、両サイドローラの中心を結ぶ直線の中点を通ってその直線に直交する方向に移動するセンタローラが取り付けられている。そして、両サイドローラを測定対象物品に当接させた状態で、センタローラを両サイドローラの中心を結ぶ直線の中点の位置から測定対象物品に当接するまで移動させて、その移動距離と両サイドローラの中心間の距離とから測定対象物品の曲率半径を算出するようになっている。

特許第２５１５２１７号公報（図１）

しかしながら、上記のような３つのローラを有する曲率半径測定器では、両サイドローラと測定対象物品との接点の位置が測定対象物品の曲率半径の大きさによって変化し、その両接点間の距離が両サイドローラの中心間の距離とは一致しないので、原理的に測定対象物品の曲率半径を正確に測定することはできないという問題がある。

また、剛性のあるフレームで３つのローラを測定対象物品に押し当てて測定をすることになるため、その測定対象物品が薄板材の場合等に、ローラに押された測定対象物品が塑性変形することにより測定誤差が大きくなることがある。

したがって、このような曲率半径測定器をベンディングロールにおける成形途中の曲率半径測定作業に用いた場合、成形終了後の製品の曲率半径が目標範囲から外れてしまうおそれがある。

さらに、このような３点式の曲率半径測定器は、測定時には３つのローラが測定対象物品の円弧方向に並ぶ状態となるので、そのスペースがとれないような曲率半径の小さい物品には適用できないという問題もある。

そこで、本発明は、曲率半径の小さい物品にも適用しやすく、その曲率半径を正確に計測できる曲率半径計測システムを提供することを第１の課題とし、その曲率半径計測システムを用いて効率よく高精度で成形作業を行うことができるベンディングロールを提供することを第２の課題とする。

上記第１の課題を解決するために、本発明は、所定方向の断面が一定の板厚で円弧状に形成された板状部を有する物品について、その所定方向断面での板状部の曲率半径を計測する曲率半径計測システムにおいて、前記板状部の所定方向の断面における板厚ｔと、凹円弧面上の任意の２つの第１基準点の間の円周方向に沿った長さＬ_１と、前記各第１基準点のそれぞれと板厚方向で対向する凸円弧面上の２つの第２基準点の間の円周方向に沿った長さＬ_２とを測定し、その測定結果から（Ｌ_１・ｔ）／（Ｌ_２−Ｌ_１）を算出して前記板状部の曲率半径とする構成を採用した。

上記の構成によれば、計測対象物品の曲率半径の大きさによらず、公知の板厚計および距離センサ（所定の経路に沿った距離を測定するもの）を用いた正確な測定を行うことができるので、その測定結果から算出される曲率半径も正確なものとなる。

また、その板厚計や距離センサとしては、計測対象物品を凹円弧面と凸円弧面の両側から挟み付ける状態で測定するものや、計測対象物品に非接触で測定するものを用いることができるので、計測対象物品を塑性変形させることによって計測精度が低下するおそれもない。さらに、その板厚計や距離センサは３点式の曲率半径測定器に比べてスペースをとらないので、計測対象範囲をより曲率半径の小さい側へ広げることができる。

そして、第２の課題を解決するために、本発明は、上ロールと、前記上ロールの下方の前後両側に配された一対の下ロールとを備え、前記上ロールと各下ロールの間で金属板を挾持した状態で、前記各下ロールを回転駆動することにより、金属板を往復移動させながら曲げ成形するベンディングロールにおいて、前記金属板の曲げ成形を行いながら、上記構成の曲率半径計測システムを用いて金属板の曲率半径またはそれに対応するパラメータを計測し、その計測結果に基づいて、後続の成形作業における前記上ロールと各下ロールの相対位置を制御するようにした。このようにすれば、成形途中でのＲゲージを用いた測定作業をなくせるし、その曲率半径計測システムが上述のように曲率半径を正確に計測できるものであるから、効率よく高精度で成形作業を行うことができる。

本発明の曲率半径計測システムは、計測対象物品の板厚および凹円弧面と凸円弧面の対応する部位の円周方向に沿った長さを測定し、その測定結果から曲率半径を算出するものであるから、計測対象物品の曲率半径の大きさによらず、その曲率半径を正確に計測することができ、曲率半径の小さい物品にも容易に適用できる。

また、本発明のベンディングロールは、金属板の曲げ成形を行いながら上記の曲率半径計測システムによる計測を行い、その計測結果に基づいて後続の曲げ成形の制御を行うようにしたものであるから、曲げ成形の途中で従来のＲゲージを用いた測定を行う場合に比べて効率よく成形作業を行うことができるし、３点式の曲率半径測定器を用いた測定を行う場合よりも曲げ精度の高い製品が得られる。

実施形態のベンディングロールの正面図 図１の右側面図 図１の左側面図 図１のベンディングロールにおける実施形態の曲率半径計測システムによる測定作業の概略説明図 （ａ）は図４の測定作業で用いる距離センサの説明図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ線に沿った断面図 図４の測定作業で用いる距離センサの別の例を示す説明図 実施形態の曲率半径計測システムを用いたベンディングロールの制御方法のフローチャート

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。このベンディングロールは、図１乃至図３に示すように、上ロール１と、上ロール１の下方の前後両側に上ロール１と平行に配された一対の下ロール２と、各下ロール２を回転駆動するモータ（図示省略）を内蔵したモータケース３と、上ロール１の両端部を支持する左右の上部フレーム４、５と、各下ロール２の両端部を支持する下部フレーム６とを備えている。また、各下ロール２は、その軸方向中央部を下方の前後両側から図示省略したバックアップロールに支持されている。そして、上ロール１を成形条件に応じた前後方向位置に移動させ、上ロール１と各下ロール２の間で金属板を挾持した状態で、各下ロール２を回転駆動することにより、金属板を往復移動させながら曲げ成形するようになっている。

前記各上部フレーム４、５は略門型に形成されており、それぞれの脚部が下部フレーム６の上面に設けられた軸受部６ａと下部フレーム６の前後面に固定された支持板７との間に配され、その軸受部６ａおよび前後の支持板７とともに前後方向に延びる支軸８を通されている。その支軸８は下部フレーム６の軸受部６ａおよび支持板７に固定されており、各上部フレーム４、５の脚部は支軸８に対して摺動可能となっている。

これにより、図１における左側の上部フレーム４は、前後移動可能で、かつ、成形後の金属板を取り出すときに、上ロール１の一端部から離れて左側へ回動する（転倒する）転倒フレームとなっている。一方、図１における右側の上部フレーム５は、上ロール１の他端部が軸方向外側へ延長されているので、上ロール１の他端部から離れて回動することはできず、前後移動のみが可能となっている。

また、各上部フレーム４、５の上端部には油圧シリンダ９がロッド９ａを下方に向けた姿勢で取り付けられ、そのロッド９ａの下端が上ロール１の端部を回転自在に支持する軸受１０に接続されており、両油圧シリンダ９の作動によって上ロール１が昇降するようになっている。なお、上ロール１の上昇は、上ロール１の他端部の延長部分１ａを跨ぐ状態で下部フレーム６に固定された門型のストッパ１１によって規制されている。

前記下部フレーム６は、その一端面の下部に、２段式の油圧シリンダ１２の閉塞側端部が回動可能に取り付けられている。そして、その油圧シリンダ１２の２段目のロッド１２ａの先端が転倒フレームとしての上部フレーム４に回動可能に接続されており、曲げ成形完了後の製品を取り出す際に、油圧シリンダ１２が回動しながら伸縮することにより、上部フレーム４の転倒・復元動作が行われるようになっている。

このベンディングロールは上記の構成であり、成形作業を行いながら本発明の実施形態の曲率半径計測システムによる計測を行い、その計測結果に基づいて後続の成形作業における上ロール１の上下方向位置を制御して、成形終了後に所望の曲率半径を有する製品が得られるようにしている。

実施形態の曲率半径計測システムは、図４に示すように、成形途中の金属板Ｗの円弧方向の断面における板厚ｔと、凹円弧面上の２つの第１基準点Ａ、Ａ’の間の円周方向に沿った長さ（内側円弧長さ）Ｌ_１と、各第１基準点Ａ、Ａ’のそれぞれと板厚方向で対向する凸円弧面上の２つの第２基準点Ｂ、Ｂ’の間の円周方向に沿った長さ（外側円弧長さ）Ｌ_２とを測定して、その測定結果から金属板Ｗの曲率半径を算出するものである。

すなわち、金属板Ｗの曲率半径をｒとすると、幾何学的にＬ_１／Ｌ_２＝ｒ／（ｒ＋ｔ）が成り立つので、金属板Ｗの板厚ｔ、内側円弧長さＬ_１および外側円弧長さＬ_２の測定値から曲率半径ｒ＝（Ｌ_１・ｔ）／（Ｌ_２−Ｌ_１）を算出することできる。

ここで、板厚ｔの測定には、公知の板厚計を用いることができる。一方、内側円弧長さＬ_１および外側円弧長さＬ_２の測定には、所定の経路に沿った距離を測定する公知の距離センサを用いることができる。

図５（ａ）、（ｂ）は実施形態のベンディングロールで用いた距離センサ１３を示す。この距離センサ１３は、金属板Ｗを内外から挟み付けた状態で転動する一対の計測ローラ１４と、各計測ローラ１４の軸部の一端にそれぞれ取り付けられたパルスエンコーダ１５とを備えた接触タイプのものであり、両パルスエンコーダ１５の間には板厚計１６が配置されている。

また、図５に示した接触式の距離センサ１３を用いる代わりに、図６に示すように、一対の非接触タイプの距離センサ１７を金属板Ｗの内外で互いに対向するように配置してもよい。

したがって、この曲率半径計測システムでは、計測対象の金属板Ｗを塑性変形させることによる計測精度の低下のおそれがないし、その板厚計や距離センサが従来の３点式の曲率半径測定器に比べてスペースをとらないので、曲率半径の小さい金属板Ｗにも適用しやすいものとなっている。

次に、このベンディングロールでの金属板の成形作業における曲率半径の制御方法について説明する。この実施形態では、ベンディングロールで成形される金属板の板厚がほぼ一定であることから、上記の曲率半径計測システムで計測される曲率半径の代わりに、これに対応するパラメータとなる内外円弧比率Ｋ（＝内側円弧長さＬ_１／外側円弧長さＬ_２）を用いて、シーケンサで自動制御を行っている。

この実施形態の制御方法の具体的な処理手順を図７に示す。この制御方法では、金属板の成形開始前に、予め、成形条件（上ロール位置、下ロール回転距離等）とともに、内外円弧比率の目標値Ｋ_０および許容量ΔＫ、内側円弧長さの測定目標値Ｌ_０を設定しておく（ステップＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３）。

そして、成形を開始（ステップＳ_４）した後、所定のタイミングで内側円弧長さＬ_１および外側円弧長さＬ_２の測定を開始し、Ｌ_１が測定目標値Ｌ_０に到達するまで測定を行う（ステップＳ_５、Ｓ_６）。Ｌ_１およびＬ_２の測定が終われば、内外円弧比率Ｋを演算して、その値が許容範囲内か否かの判断を行う（ステップＳ_７、Ｓ_８、Ｓ_９）。

ステップＳ_９での判断の結果、内外円弧比率Ｋの値が目標範囲から外れている場合は、上ロールの上下方向位置の補正量を演算し（ステップＳ_１０）、下ロールの回転距離が設定値に達していなければ上ロールを上下方向に移動させて（ステップＳ_１１、Ｓ_１２）、上記のステップＳ_５〜Ｓ_９を繰り返す。一方、内外円弧比率Ｋが目標範囲内の場合にステップＳ_１１で下ロールの回転距離が設定値に達していなければ、上ロールの位置を動かさずにステップＳ_５〜Ｓ_９を繰り返す。そして、内外円弧比率Ｋの値によらず、ステップＳ_１１で下ロールの回転距離が設定値に達していれば、成形を終了する（ステップＳ_１３）。

このベンディングロールでは、上記の制御方法を成形対象の金属板に対して最初に行う曲げ成形だけなく、続いて行う補正曲げにも適用している。これにより、曲げ成形の途中で従来のＲゲージを用いた測定を行う場合に比べて、効率よく成形作業を行って成形時間を大幅に短縮することができるし、３点式の曲率半径測定器を用いる場合よりも高精度で成形作業を行うことができ、成形終了後には確実に所望の曲率半径を有する製品が得られる。

なお、上述した実施形態では、曲率半径計測システムによって金属板の曲率半径に対応するパラメータである内外円弧比率Ｋを計測して制御を行うようにしたが、もちろん曲率半径そのものを計測して制御を行うようにしてもよい。

また、実施形態の制御では上ロールの上下方向位置を調整するようにしたが、下ロールが昇降するタイプ（上ロールは回転のみ）のベンディングロールでは、下ロールの上下方向位置を調整すればよい。

また、本発明の曲率半径計測システムは、実施形態のようなベンディングロールで曲げ成形される金属板に限らず、所定方向の断面が一定の板厚で円弧状に形成された板状部を有する物品を対象とし、その所定方向断面での板状部について、板厚および凹円弧面と凸円弧面の対応する部位の円周方向に沿った長さを測定し、その測定結果から曲率半径を正確に計測することができる。

１ 上ロール
２ 下ロール
３ モータケース
４、５ 上部フレーム
６ 下部フレーム
９、１２ 油圧シリンダ
Ｗ 金属板

Claims (2)

1. 所定方向の断面が一定の板厚で円弧状に形成された板状部を有する物品について、その所定方向断面での板状部の曲率半径を計測する曲率半径計測システムにおいて、
   前記板状部の所定方向の断面における板厚ｔと、凹円弧面上の任意の２つの第１基準点の間の円周方向に沿った長さＬ_１と、前記各第１基準点のそれぞれと板厚方向で対向する凸円弧面上の２つの第２基準点の間の円周方向に沿った長さＬ_２とを測定し、その測定結果から（Ｌ_１・ｔ）／（Ｌ_２−Ｌ_１）を算出して前記板状部の曲率半径とすることを特徴とする曲率半径計測システム。
2. 上ロールと、前記上ロールの下方の前後両側に配された一対の下ロールとを備え、前記上ロールと各下ロールの間で金属板を挾持した状態で、前記各下ロールを回転駆動することにより、金属板を往復移動させながら曲げ成形するベンディングロールにおいて、
   前記金属板の曲げ成形を行いながら、請求項１に記載の曲率半径計測システムを用いて金属板の曲率半径またはそれに対応するパラメータを計測し、その計測結果に基づいて、後続の成形作業における前記上ロールと各下ロールの相対位置を制御するようにしたことを特徴とするベンディングロール。

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