JP2021094578A - プレス加工装置用ディスタンスブロックの歪分布測定システム及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ディスタンスブロックの当り強さを正確に評価でき、更に、従来の感圧紙を用いたディスタンスブロックの当り強さの評価と比較できるプレス加工装置用ディスタンスブロックの歪分布測定システム及び測定方法を提供する。【解決手段】ディスタンスブロックの側面に互いに異なる位置に取り付けられた３個以上の歪ゲージと、３個以上の歪ゲージのそれぞれの電気抵抗値を計測する計測部と、計測部によって計測された電気抵抗値を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された電気抵抗値から、ディスタンスブロックに生じた歪の歪値を計算する演算部と、演算部において算出された歪値を出力する出力部とを備え、演算部は、３個以上の歪ゲージのそれぞれの電気抵抗値を用いてディスタンスブロックの上面における歪値の分布を算出することを要旨とする。【選択図】図４

Description

本発明は、歪分布測定システム及び測定方法に関し、特に、プレス加工装置用ディスタンスブロックの歪分布測定システム及び測定方法に関する。

プレス加工装置は設置時にプレス金型内のディスタンスブロックの当り強さの調整が行われる。この際、現状では、感圧紙をディスタンスブロックと金型の間に置き、感圧紙の色の変化によってディスタンスブロックに印加される圧力の分布を評価することで当り強さの調整を行っている。しかしながら、感圧紙を用いた評価では、定量的な評価ができない。よって、感圧紙を用いることなくディスタンスブロックの当り強さを定量的に評価する装置、方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

同特許文献１によると、被加工材のプレス加工を行う上金型及び下金型と、上金型及び下金型の何れか一方の型に設けられたクッションリングと、クッションリングの被加工材の周縁部よりも外側部分に複数配置されクッションリング及び型間に必要なクリアランスを一定に保持するために他方の金型に当接させるディスタンスブロックが備えられており、このディスタンスブロックの面圧を検出する圧電センサユニット（検知部）が備えられる。この圧電センサユニットには、圧電センサがディスタンスブロックの面圧を検出するように複数配置されてよく、単一の圧電センサを用いる場合と比較して、複数の圧電センサを用いることによってディスタンスブロックの当り面積をより正確に評価することができる。

特開２０１９−１２２９６４号公報

しかしながら、特許文献１に開示の装置によると、圧電センサユニットが有する複数の圧電センサのそれぞれが面圧を検出するが、ディスタンスブロックの面上における詳細な面圧の分布を評価することはできなかった。また、従来行われてきた感圧紙を用いたディスタンスブロックの当り強さの評価と比較することも不可能であった。

上記問題点を鑑み、本発明は、ディスタンスブロックの当り強さを正確に評価でき、更に、従来の感圧紙を用いたディスタンスブロックの当り強さの評価と比較できるプレス加工装置用ディスタンスブロックの歪分布測定システム及び測定方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、歪分布測定システムであって、ディスタンスブロックの側面に互いに異なる位置に取り付けられた３個以上の歪ゲージと、３個以上の歪ゲージのそれぞれの電気抵抗値を計測する計測部と、計測部によって計測された電気抵抗値を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された電気抵抗値から、ディスタンスブロックに生じた歪の歪値を計算する演算部と、演算部において算出された歪値を出力する出力部とを備え、演算部は、３個以上の歪ゲージのそれぞれの電気抵抗値を用いてディスタンスブロックの上面における歪値の分布を算出することを要旨とする。

本発明の第１の態様において、演算部は、３個以上の歪ゲージのそれぞれの電気抵抗値を用いて、３個以上の歪ゲージの取り付け位置に対応する上面の円周上の３つ以上の位置でのそれぞれの歪値を算出し、それぞれの歪値を用いて上面上の歪の中心値と上面の円周上の歪値を算出し、上面上の歪の中心値と上面の円周上の歪値とから、線形補間により上面上の歪の中心点と上面の円周上の点との間の各点における歪値を算出することによってディスタンスブロックの上面における歪値の分布を算出してもよい。

本発明の第１の態様において、出力部は、算出された歪値の分布を、歪値の大きさに応じて濃淡を付けた色によって表してもよい。

本発明の第２の態様は、歪分布測定方法であって、ディスタンスブロックの側面に互いに異なる位置に取り付けられた３個以上の歪ゲージのそれぞれの電気抵抗値を計測することによってディスタンスブロックに生じた歪の歪値を計測するステップと、３個以上の歪ゲージのそれぞれの電気抵抗値を用いてディスタンスブロックの上面における歪値の分布を算出するステップとを備えたことを要旨とする。

本発明の第２の態様において、３個以上の歪ゲージのそれぞれの電気抵抗値を用いて、３個以上の歪ゲージの取り付け位置に対応する上面の円周上の３つ以上の位置でのそれぞれの歪値を算出するステップと、それぞれの歪値を用いて上面上の歪の中心値と上面の円周上の歪値を算出するステップと、上面上の歪の中心値と上面の円周上の歪値とから、線形補間により上面上の歪の中心点と上面の円周上の点との間の各点における歪値を算出するステップとを更に備えてもよい。

本発明の第２の態様において、算出された歪値の分布を、歪値の大きさに応じて濃淡を付けた色によって表すステップとを更に備えてもよい。

本発明によれば、ディスタンスブロックの当り強さを正確に評価でき、更に、従来の感圧紙を用いたディスタンスブロックの当り強さの評価と比較できる歪分布測定システム及び測定方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る歪分布測定システムを使用するプレス加工装置の一例を示す全体断面図である。 図１に示すプレス加工装置の金型同士の近接時の部分断面図である。 歪ゲージを設置したディスタンスブロックを示す図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は上面図である。 実施形態に係る歪分布測定システムの構成の一例を示すブロック図である。 実施形態に係る歪分布測定システムによって算出したディスタンスブロックの周辺の歪及び歪中心座標を示す図である。 実施形態に係る歪分布測定システムによって歪値の分布を算出する手順を説明する図である。 実施形態に係る歪分布測定システムによって歪値の分布を算出する手順を説明する図である。 実施形態に係る歪分布測定システムによって算出した歪値の分布を元に色付けしたディスタンスブロックの上面図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。実施形態に係る図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

又、実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、各構成要素の構成や配置、レイアウト等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（実施形態）
本発明の実施形態に係る歪分布測定システムを使用するプレス加工装置の一例を示す全体断面図を図１に示す。プレス加工装置１には第１型部１１（雌型、固定型等と称される）と第２型部１２（雄型、可動型等と称される）が備えられる。金属板材等の被加工材１０（ワーク）は、第１型部１１と第２型部１２との間の所定位置に載置される。

第１型部１１はボルスタ１３上に着脱自在に固定され、また、第２型部１２はスライド１４に着脱自在に固定される。スライド１４はスライド駆動部１６の駆動を通じ主軸１５を介してプレス動作（前進及び後退の動作）する。スライド駆動部１６は公知の油圧制御機またはボールねじ等を動作させるモータである。そこで、スライド１４に固定された第２型部１２は第１型部１１に対し近接（押圧）及び離隔する。スライド駆動部１６はフレーム１７に設置される。フレーム１７は支柱１８によりボルスタ１３に固定される。

図示の例の第１型部１１には、キャビティ部４０と第１型面部４１が形成されている。この第１型面部４１上にディスタンスブロック２０が設置される。第２型部１２においても、コア部５０と第２型面部５１が形成される。そこで、第２型部１２が第１型部１１に向けて降下し、第２型面部５１がディスタンスブロック２０の上面に当接する。本発明の実施形態に係る歪分布測定システムの歪ゲージは、ディスタンスブロック２０に取り付けられる。ここで用いられた歪ゲージは、樹脂基板上に抵抗材料である金属箔が配置され、金属箔にゲージリードが取り付けられたものである。樹脂基板は被測定箇所に接着剤等で接着される。被測定箇所に歪が生じると、樹脂基板を介して金属箔に歪が生じ、金属箔の歪によって金属箔の電気抵抗値が変化する。金属箔の抵抗値の変化を測定することで、被測定箇所の歪を検知することができる。実施形態に係る歪分布測定システムの歪ゲージを用いて、第２型面部５１がディスタンスブロック２０の上面に当接することによってディスタンスブロック２０に発生した歪が計測される。計測された歪値をディスタンスブロック２０に対する当り強さとみなし、歪値をもとに第２型面部５１のディスタンスブロック２０に対する当り強さの評価を行う。

ディスタンスブロック２０が設置される位置は、被加工材１０の加工に用いられる場所以外の型部表面領域である。図示の例では、ディスタンスブロック２０は第１型部１１のキャビティ部４０を除く第１型面部４１上に設置される。また、ディスタンスブロック２０は第２型部１２のコア部５０を除く第２型面部５１上に設置されてもよい。ディスタンスブロック２０の設置個数、設置位置は金型（第１型部と第２型部）の大きさ、形状により適宜である。なお、ディスタンスブロック２０は複数個の設置が望ましい。例えば、乗用車の車体の成型を想定すると、比較的小さいサイズの金型に対して６個程度、大きいサイズの金型に対しては２０個程度の設置数が一例として挙げられる。

図２を参照して、第１型部１１と第２型部１２との近接の状態を説明する。図２では、第２型部１２が第１型部１１に向けて降下して第２型部１２の第２型面部５１がディスタンスブロック２０に接し、被加工材１０がプレス成型されている状態（プレス状態）である。ディスタンスブロック２０は、第２型部１２のコア部５０と第１型部１１のキャビティ部４０とが被加工材１０の板厚に相当する距離だけ離隔するように調整されている。押圧を通じ被加工材１０は所定の形状に成型される。プレス加工装置の設置時には図２に示されている被加工材１０がない状態で設置が行われるが、その際、プレス金型内のディスタンスブロックの当り強さを確認することで設置の調整が行われる。

図３を参照して、本発明の実施形態に係る当り強さ分布測定システムの、ディスタンスブロック２０に歪みゲージ３０を取り付ける様子を説明する。図３（ａ）は側面に歪みゲージを取り付けたディスタンスブロック２０の斜視図であり、図３（ｂ）は上面図である。図３（ａ）に示すように、ディスタンスブロック２０は円筒形であり、上面３６と側面３７とから構成される。ディスタンスブロック２０の側面３７の高さの中央付近に、長方形の第１歪ゲージ３１を、第１歪ゲージ３１の長辺がディスタンスブロック２０の軸方向と並行になるように設置する。第１歪ゲージ３１に接続された導線３５は、第１歪ゲージ３１の抵抗値を測定する、図４に示す計測部６１に接続されている。

図３（ｂ）に示すように、第１歪ゲージ３１、第２歪ゲージ３２、第３歪ゲージ３３及び第４歪ゲージ３４が、ディスタンスブロック２０の周囲に、ディスタンスブロック２０の上面３６の円の中心点から９０度の角度の間隔で設置される。なお、図３（ａ）第１歪ゲージ３１のみを図示している。図示されていないが、図３（ｂ）に示す第２歪ゲージ３２、第３歪ゲージ３３及び第４歪ゲージ３４はいずれも、図３（ａ）に示す第１歪ゲージ３１と同様、導線を介して図示されていない計測器に接続されている。

実施形態に係る当り強さ分布測定システムにおいて用いられた典型的なディスタンスブロック２０のサイズは直径６５乃至９０ｍｍ、高さ３０乃至５０ｍｍの円筒形であり、第１〜第４歪ゲージ３１〜３４のサイズは長辺が４ｍｍ程度、短辺が３ｍｍ程度の長方形であるが、実施形態に係る当り強さ分布測定システムで用いられるディスタンスブロック２０、第１〜第４歪ゲージ３１〜３４のサイズはいずれもこれらに限らない。

実施形態に係る当り強さ分布測定システムの概略構成を図４に示す。図４に示す歪分布測定システムは、第１歪ゲージ３１、第２歪ゲージ３２、第３歪ゲージ３３、第４歪ゲージ３４、計測部６１、記憶部６２、演算部６３及び出力部６４から構成される。第１〜第４歪ゲージ３１〜３４は図３に示すようにディスタンスブロック２０に取り付けられ、ディスタンスブロック２０に生じた歪によって第１〜第４歪ゲージ３１〜３４の電気抵抗値が変化する。ディスタンスブロック２０に生じる歪は円筒状のディスタンスブロック２０を上面３６から圧迫することによって生じる圧縮歪のみとし、第１〜第４歪ゲージ３１〜３４は圧縮歪を検知するものとする。第１〜第４歪ゲージ３１〜３４は計測部６１に接続される。計測部６１は、図示しないブリッジ回路、増幅器、アナログ―デジタル変換回路を有し、第１〜第４歪ゲージ３１〜３４の電気抵抗値が計測部６１によって計測される。計測部６１によって計測された第１〜第４歪ゲージ３１〜３４の電気抵抗値は記憶部６２に記憶される。

演算部６３は、記憶部６２に記憶された第１〜第４歪ゲージ３１〜３４の電気抵抗値からディスタンスブロック２０に生じた歪の大きさを歪値として算出し、出力部６４に出力する。出力部６４への出力は、例えばディスプレイ等への表示、又は紙媒体等への印刷等であってよい。

演算部６３が第１〜第４歪ゲージ３１〜３４の電気抵抗値からディスタンスブロック２０に生じた歪の大きさを算出する手順を、図５、６及び７を参照して以下に説明する。歪値と歪ゲージの電気抵抗値との関係は、以下の式で表される。
ΔＲ／Ｒ＝Ｋ・ε
ここで、Ｒは歪ゲージの電気抵抗値、ΔＲは電気抵抗値Ｒの変化量、Ｋは歪ゲージに固有の値であるゲージ率、εは歪値である。上式を用いて、第１〜第４歪ゲージ３１〜３４の電気抵抗値の変化量から算出したディスタンスブロック２０の歪値を図５に示す。図５に示すように、第１歪ゲージ３１の位置でのディスタンスブロック２０の歪値をＡ_１μＳＴ、第２歪ゲージ３２の位置でのディスタンスブロック２０の歪値をＡ_２μＳＴ、第３歪ゲージ３３の位置でのディスタンスブロック２０の歪値をＡ_３μＳＴ、第４歪ゲージ３４の位置でのディスタンスブロック２０の歪値をＡ_４μＳＴとする。ここで、歪値は伸び率であるため単位はないが、歪値であることを表すために、便宜上歪値の単位をＳＴとしている。

第１〜第４歪ゲージ３１〜３４のそれぞれの位置での歪値の平均値Ａ_ｏは、
Ａ_ｏ＝（Ａ_１＋Ａ_２＋Ａ_３＋Ａ_４）／４
である。ディスタンスブロック２０の上面３６上の点（ｘ_０，ｙ_０）においてディスタンスブロック２０の歪値がＡ_ｏであるとし、ｘ_０、ｙ_０をそれぞれ次式
ｘ_０＝２ａ×Ａ_ｏ／（Ａ_１＋Ａ_３）
ｙ_０＝２ａ×Ａ_ｏ／（Ａ_２＋Ａ_４）
から求める。ここで、ａはディスタンスブロック２０の上面３６の半径である。この点を歪の中心点Ｃ_０とする。

次に、線形補間により、ディスタンスブロック２０の上面３６の円周上の歪値を算出する。図６に示すように、ディスタンスブロック２０の上面３６の円の中心と円周上の点Ｃ_１（ｘ_１，ｙ_１）とを結ぶ直線と、第２歪ゲージ３２と第４歪ゲージ３４とを結ぶ直線とのなす角をθとすると、点Ｃ_１（ｘ_１，ｙ_１）における歪値Ａ_Ｃ１は次式で表される。
Ａ_Ｃ１＝（Ａ_１―Ａ_４）×θ／９０＋Ａ_４
ここで、円周上の点Ｃ_１（ｘ_１，ｙ_１）は第１歪ゲージ３１と第４歪ゲージ３４との間にある。同様に、第１歪ゲージ３１と第２歪ゲージ３２との間にある円周上の点Ｃ_２（ｘ_２，ｙ_２）における歪値Ａ_Ｃ２、第２歪ゲージ３２と第３歪ゲージ３３との間にある円周上の点Ｃ_３（ｘ_３，ｙ_３）における歪値Ａ_Ｃ３、第３歪ゲージ３３と第４歪ゲージ３４との間にある円周上の点Ｃ_４（ｘ_４，ｙ_４）における歪値Ａ_Ｃ４のそれぞれは次式で表される。
Ａ_Ｃ２＝（Ａ_２―Ａ_１）×θ／９０＋Ａ_１
Ａ_Ｃ３＝（Ａ_３―Ａ_２）×θ／９０＋Ａ_２
Ａ_Ｃ４＝（Ａ_４―Ａ_３）×θ／９０＋Ａ_３

更に、ディスタンスブロック２０の上面３６の歪の中心点Ｃ_０と円周との間の歪値を線形補間により算出する。図７に示すように、ディスタンスブロック２０の上面３６の歪の中心点Ｃ_０と円周上の点Ｃ_１（ｘ_１，ｙ_１）とを結ぶ直線上の点Ｃ_０１（ｘ_０１，ｙ_０１）における歪値Ａ_Ｃ０１は次式で表される。
Ａ_Ｃ０１＝（Ａ_１―Ａ_０）／（ｘ_１―ｘ_０）×ｘ_０１＋Ａ_０
ここで、円周上の点Ｃ_１（ｘ_１，ｙ_１）は第１歪ゲージ３１と第４歪ゲージ３４との間にある。同様に、歪の中心点Ｃ_０と円周上の点Ｃ_２（ｘ_２，ｙ_２）とを結ぶ直線上の点Ｃ_０２（ｘ_０２，ｙ_０２）におけるにおける歪値Ａ_Ｃ０２、歪の中心点Ｃ_０と円周上の点Ｃ_３（ｘ_３，ｙ_３）とを結ぶ直線上の点Ｃ_０３（ｘ_０３，ｙ_０３）における歪値Ａ_Ｃ０３、歪の中心点Ｃ_０と円周上の点Ｃ_４（ｘ_４，ｙ_４）とを結ぶ直線上の点Ｃ_０４（ｘ_０４，ｙ_０４）における歪値Ａ_Ｃ０４のそれぞれは次式で表される。
Ａ_Ｃ０２＝（Ａ_２―Ａ_０）／（ｘ_２―ｘ_０）×ｘ_０２＋Ａ_０
Ａ_Ｃ０３＝（Ａ_３―Ａ_０）／（ｘ_３―ｘ_０）×ｘ_０３＋Ａ_０
Ａ_Ｃ０４＝（Ａ_４―Ａ_０）／（ｘ_４―ｘ_０）×ｘ_０４＋Ａ_０

図８に、ディスタンスブロック２０の上面３６を、算出された歪値をもとに色の濃淡を決定し、色付けした一例の図を示す。以上のように算出された歪値をもとに色の濃淡を決定し、色付けすることで、従来行われてきた感圧紙を用いたディスタンスブロックの当り強さの評価と比較することができるようになる。図８の例では、第１歪ゲージ３１における歪値を１４７μＳＴ、第２歪ゲージ３２における歪値を６４μＳＴ、第３歪ゲージ３３における歪値を３３μＳＴ、第４歪ゲージ３４における歪値を９２μＳＴとして、ディスタンスブロック２０内部の歪値を算出し、歪値が大きい箇所の色の濃度を高く、歪値の小さい箇所の色の濃度を低く設定して色付けしている。

実施形態に係る歪分布測定システムでは１個のディスタンスブロックにつき４個の歪ゲージを用いたが、ディスタンスブロックの上面での歪値の分布を算出するためには、上面において３か所以上歪値が得られれば良く、従って１個のディスタンスブロックにつき歪ゲージは３個以上あればよい。ディスタンスブロックの上面における歪値の測定箇所は多い程、即ち歪ゲージの個数は多い程より正確な歪値の分布を得ることができる。本実施形態において、４個の歪ゲージが、ディスタンスブロック２０の側面上に、ディスタンスブロック２０の上面３６の円の中心点から９０度の角度の間隔で設置されたが、歪ゲージが４個でない場合は本実施形態とは異なる角度間隔で配置される。

以上、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１ プレス加工装置
１０ 被加工材
１１ 第１型部
１２ 第２型部
１３ ボルスタ
１４ スライド
２０ ディスタンスブロック
３１ 第１歪ゲージ
３２ 第２歪ゲージ
３３ 第３歪ゲージ
３４ 第４歪ゲージ
３５ 導線
３６ 上面
３７ 側面
４０ キャビティ部
４１ 第１型面部
５０ コア部
５１ 第２型面部
６１ 計測部
６２ 記憶部
６３ 演算部
６４ 出力部

Claims (6)

1. ディスタンスブロックの側面に互いに異なる位置に取り付けられた３個以上の歪ゲージと、
   前記３個以上の歪ゲージのそれぞれの電気抵抗値を計測する計測部と、
   前記計測部によって計測された前記電気抵抗値を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された前記電気抵抗値から、前記ディスタンスブロックに生じた歪の歪値を計算する演算部と、
   前記演算部において算出された前記歪値を出力する出力部と
   を備え、前記演算部は、前記３個以上の歪ゲージのそれぞれの電気抵抗値を用いて前記ディスタンスブロックの上面における歪値の分布を算出することを特徴とする歪分布測定システム。
2. 前記演算部は、前記３個以上の歪ゲージのそれぞれの電気抵抗値を用いて、前記３個以上の歪ゲージの取り付け位置に対応する前記上面の円周上の３つ以上の位置でのそれぞれの歪値を算出し、前記それぞれの歪値を用いて前記上面上の歪の中心値と前記上面の円周上の歪値を算出し、前記上面上の歪の中心値と前記上面の円周上の歪値とから、線形補間により前記上面上の歪の中心点と前記上面の円周上の点との間の各点における歪値を算出することによって前記ディスタンスブロックの前記上面における歪値の分布を算出することを特徴とする請求項１に記載の歪分布測定システム。
3. 前記出力部は、算出された前記歪値の分布を、前記歪値の大きさに応じて濃淡を付けた色によって表すことを特徴とする請求項１又は２に記載の歪分布測定システム。
4. ディスタンスブロックの側面に互いに異なる位置に取り付けられた３個以上の歪ゲージのそれぞれの電気抵抗値を計測することによって前記ディスタンスブロックに生じた歪の歪値を計測するステップと、
   前記３個以上の歪ゲージのそれぞれの電気抵抗値を用いて前記ディスタンスブロックの上面における歪値の分布を算出するステップと
   を備えたことを特徴とする歪分布測定方法。
5. 前記３個以上の歪ゲージのそれぞれの電気抵抗値を用いて、前記３個以上の歪ゲージの取り付け位置に対応する前記上面の円周上の３つ以上の位置でのそれぞれの歪値を算出するステップと、
   前記それぞれの歪値を用いて前記上面上の歪の中心値と前記上面の円周上の歪値を算出するステップと、
   前記上面上の歪の中心値と前記上面の円周上の歪値とから、線形補間により前記上面上の歪の中心点と前記上面の円周上の点との間の各点における歪値を算出するステップと
   を更に備えたことを特徴とする請求項４に記載の歪分布測定方法。
6. 算出された前記歪値の分布を、前記歪値の大きさに応じて濃淡を付けた色によって表すステップとを更に備えたことを特徴とする請求項４又は５に記載の歪分布測定方法。

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