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

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 Download PDF

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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AμST、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AμST、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AμST、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AμST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は、
=(A+A+A+A)/4
である。ディスタンスブロック20の上面36上の点(x,y)においてディスタンスブロック20の歪値がAであるとし、x、yをそれぞれ次式
=2a×A/(A+A
=2a×A/(A+A
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(x,y)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(x,y)における歪値AC1は次式で表される。
C1=(A―A)×θ/90+A
ここで、円周上の点C(x,y)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(x,y)における歪値AC2、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(x,y)における歪値AC3、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(x,y)における歪値AC4のそれぞれは次式で表される。
C2=(A―A)×θ/90+A
C3=(A―A)×θ/90+A
C4=(A―A)×θ/90+A
更に、ディスタンスブロック20の上面36の歪の中心点C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と円周上の点C(x,y)とを結ぶ直線上の点C01(x01,y01)における歪値AC01は次式で表される。
C01=(A―A)/(x―x)×x01+A
ここで、円周上の点C(x,y)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と円周上の点C(x,y)とを結ぶ直線上の点C02(x02,y02)におけるにおける歪値AC02、歪の中心点Cと円周上の点C(x,y)とを結ぶ直線上の点C03(x03,y03)における歪値AC03、歪の中心点Cと円周上の点C(x,y)とを結ぶ直線上の点C04(x04,y04)における歪値AC04のそれぞれは次式で表される。
C02=(A―A)/(x―x)×x02+A
C03=(A―A)/(x―x)×x03+A
C04=(A―A)/(x―x)×x04+A
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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