JP3581480B2 - 矯正量検出方法及び歪矯正装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、棒材、軸材、軌条レール等の金属製長尺材の矯正後の各矯正点における矯正量を求めるとともに、その矯正量に基づいて曲がりを矯正する矯正量検出方法及び歪矯正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軌条レールのように規定の真直度を確保する必要のある長尺材を使用する場合、前もって長尺材の真直度を測定しておき、許容値以上に曲がっていれば許容範囲内に矯正してから使用するようにしている。このため、ワーク（長尺材）の曲りを検出する形状測定装置と、この形状測定装置で取得した形状データに基づいて矯正位置及び矯正量を決定する演算装置と、ワークの搬送装置と、プレス装置等を組み合わせて構成した自動歪矯正装置が利用されている。
【０００３】
図１４は従来の自動歪矯正装置のライン構成を示している。
同図に示すように、前工程から送られてきたレールをストッカ１に入れて、ストッカ１に含まれた搬送ローラ及び横転装置を使ってレールの姿勢及び測定位置を移動させて測定装置２で形状データを採取する。測定装置２から演算装置へレールの形状データを渡し、演算装置で形状データに基づいて矯正位置及び矯正量を求める。演算装置は、プレス装置３を動作させてレールの押込み量と弾性変形量との関係を求め、形状データ、押込み量及び弾性変形量に基づいて矯正位置及び矯正量を求める。矯正位置及び矯正量の算出方法については特願平５−９３３２２に一例が詳述されている。この求めた矯正位置及び矯正量に基づいてプレス装置３を駆動してレールの曲りを矯正する。矯正したレールはコンベア４によって後工程へ流されることになる。
【０００４】
図１５は図１４に示す自動歪矯正装置における動作フローを示している。矯正の必要なレールが入ってくると、レールの曲りに応じた最適な矯正位置及び矯正量を求めるためにレール形状を測定し、矯正位置及び矯正量が算出されるのを待ってプレス矯正を掛けている。
【０００５】
ある矯正点について加圧を終了すると、演算した通りに矯正されているかどうか確認するために、実際に変形した量（矯正量）を測定する。
図１６（ａ）〜（ｄ）に矯正量を測定際のプレスの動作工程を示している。初めに押込み量に対する実際の矯正量を把握するため、同図（ａ）に示すようにプレス３を前進させて３つのプレスヘッド５ａ〜５ｃに設けられた近接スイッチ６ａ〜６ｃを全部ＯＮさせる（同図（ｂ））。
【０００６】
次に、同図（ｃ）に示すようにプレス３を後退させて３つの近接スイッチ６ａ〜６ｃのうちのどれか１つがＯＦＦになるところを検出する。この位置はワークに対して無負荷でのチャック位置であり、押込み開始点として求めている。
【０００７】
次に、同図（ｄ）に示すように再度プレス３を前進させて所定の押込み量となるまで前進させてワークを変形させる。所定の押込み量が得られたならば、プレス３を後退させて３つの近接スイッチ６ａ〜６ｃのうちのどれか１つがＯＦＦになるところを検出する。この検出した位置を終了点として求める。
【０００８】
次に、図１７に示すように押込み開始点からの押込み量とプレス３を後退させたときのワークの後退量とをプレスヘッドに設けた測定器で測定し、その結果から矯正量を算出する。押込み量から後退量を差し引いた残りが矯正量となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した自動歪矯正装置は、測定装置２が動作しているときにプレス装置３は測定が終わるまで待機し、逆にプレス装置３が動作しているときに測定装置２は矯正後のレール形状を測定するために待機しているので、無駄な待ち時間を生じて矯正終了までに長時間を要していた。
【００１０】
また、プレス装置の矯正量を算出するためにプレス装置３の前進及び後退を繰り返さなければならないことから、所定の押込み量に対する矯正量を算出するまでの動作工程が多く、時間が掛かる要因となっていた。
【００１１】
また、プレスヘッドに設けられた測定器でワークの各点を矯正する度に各矯正点における矯正量を算出していたので、作業効率が悪く上記同様に時間が掛かる要因となっていた。
【００１２】
また、ワークに対するチャッキング位置のばらつき、各近接スイッチの特性誤差によるばらつきのために、数ミクロン〜数十ミクロンの誤差を生じていた。
また、図１７に示すように矯正点においてワークはある曲率半径をもって矯正されることになる。一方、図１８に示すように形状の曲り変化を３点測定によりとらえていた。したがって、個々の矯正点における押込み量と矯正量との関係は正確にとらえることができても、矯正点におけるワークの曲率半径の影響をとらえることができないため誤差が生じていた。図１７に示すように、曲率半径を考慮した場合とそうでない場合とでは、角度が最大でθ′＝２θの関係になるほどの誤差を生じてしまうので、ワーク全体に亘って大きな誤差を生じていた。また、矯正後のワーク全体に亘っての形状を正確に予測することも困難となり、矯正精度の低下、矯正作業のやり直しが必要になるなどの不都合があった。
【００１３】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、効率良く装置を動作させることにより無駄な待ち時間を無くして矯正時間を短縮し、また矯正後のワーク形状の測定結果から許容範囲内に入っているかどうかの判断をすると同時に一括して各矯正点における矯正量を各点における曲率半径の影響を受けずに算出することにより、効率良く精度の高い矯正を加えることを可能にする矯正量検出方法及び歪矯正装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下のような手段を講じた。
請求項１に対応する本発明は、矯正後のワークの各矯正点における矯正量を求める矯正量検出方法において、形状測定装置で取得したワークの形状データを演算装置に入力し、ワーク全体に亘っての矯正後の形状測定結果を求めるとともに、該形状測定結果から、各矯正点における目標直線からの距離を、矯正点における曲率半径の影響を受けずに算出し、この算出した距離を、矯正前のワーク形状の測定結果の各矯正点に反映した仮想目標直線を設定し、この仮想目標直線と前記目標直線との関係から、矯正後の各矯正点における実際の矯正量を矯正点における曲率半径の影響を受けずに一括して算出し、ワーク矯正装置への出力値とする方法である。
【００１５】
本発明によれば、各矯正点における矯正量が矯正点における曲率半径の影響を受けずに一括して算出されるので、精度の高い矯正量を取得できると共に、歪み矯正装置に適用することにより無駄な待ち時間を無くして矯正時間を短縮することができる。
【００１６】
請求項２に対応する本発明は、矯正後のワークの各矯正点における矯正量を求める矯正量検出方法において、形状測定装置で取得したワークの形状データを演算装置に入力し、ワークの目標直線と矯正後のワーク形状とから矯正スパン以外の部分での矯正後のワーク形状の目標直線からのずれを求めるともに、この求めたずれに基づいて前記目標曲線を矯正前のワーク形状に反映させた仮想目標直線を設定し、この仮想目標直線と矯正前のワーク形状との関係から矯正後の各矯正点における実際の矯正量を算出し、ワーク矯正装置への出力値とする方法である。
【００１９】
請求項３に対応する発明は、矯正前のワークから採取したワーク形状データに基づいて当該ワークの歪を許容範囲内に矯正するための矯正点を求め、矯正後の形状シミュレーションを行って各矯正点における矯正量を求め、この求めた矯正量をプレス押し込み量とワークの塑性変形量との関係からプレス制御装置の押し込み量に変換し、この押し込み量と前記矯正点とに基づいてプレス矯正装置を制御することによりワークの歪を矯正する歪矯正装置において、ワークの目標直線と矯正後のワークから採取したワーク形状データとから矯正後のワーク形状の目標直線からのずれを形状変化を起こしていない部分で求める手段と、この手段で求めたずれに基づいて前記目標曲線を矯正前のワーク形状に反映させた仮想目標直線を設定する手段と、この手段で設定した仮想目標直線と矯正前のワーク形状とに基づいて矯正後の各矯正点における実際の矯正量を一括して算出する手段と、この手段で算出された各矯正点の実際の矯正量と前記形状シミュレーションにより求めた対応する各矯正点の矯正量との偏差に基づいてプレス押し込み量とワークの塑性変形量との関係を修正する手段とを備える。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態は、ワークの各矯正点をプレス装置で押し込んだ後の矯正後のワーク形状から各矯正点における矯正量（実際にどれだけ曲がったかを示す量）を求める方法についてのものである。
【００２１】
図１（ａ）（ｂ）を参照して矯正量の算出方法について説明する。
同図（ａ）において、２点鎖線で示すワーク形状Ｘ（ｋ）［ｎ１，ｎ２］、（ｋ＝ｎ１ 、…ｉ，ｉ＋１，ｎ２ ）のワークを矯正したとき、矯正後のワークが同図に実線で示すワーク形状Ｘ′（ｋ）になったとする。［ｎ１，ｎ２］の区間における矯正点はｐ（ｉ），ｐ（ｉ＋１）である。
【００２２】
矯正後のワークは、各矯正点ｐ（ｉ），ｐ（ｉ＋１）の矯正スパン内においてある曲率半径にて形状変化を起こしているが、矯正スパン以外では矯正前後で形状変化を起こしていない.。矯正スパン以外の部分は具体的には（Ｐ１〜Ｐ２とＰ１〜Ｐ２´）、（Ｐ３〜Ｐ４とＰ３´〜Ｐ４´）、（Ｐ５〜Ｐ６とＰ５´〜Ｐ６）である。例えば、矯正前ワークのＰ１からＰ２までの形状と、矯正後ワークのＰ１からＰ２´（Ｐ２に対応する）までの形状とは同一形状となる。
【００２３】
本発明では矯正スパン以外では矯正前後で形状変化を起こしていないことを利用することにより矯正点の曲率変化に影響を受けないで矯正量を算出するようにしたものである。そのため、矯正スパンの両端部（アンビル位置）に着目し、矯正後のワークの矯正スパンの両端部における目標直線からの変位差をｄ′（ｉ）、ｄ′′（ｉ）およびｄ′（ｉ＋１）、ｄ′′（ｉ＋１）を求める。
【００２４】
基準直線からの変位差ｄ′（ｉ）、ｄ′′（ｉ）およびｄ′（ｉ＋１）、ｄ′′（ｉ＋１）を矯正前のワーク形状Ｘ（ｋ）に反映させて、図１（ｂ）に示すような仮想目標直線を求める。この仮想目標直線を決めるために、矯正点ｐ（ｉ）について、ワーク形状Ｘ（ｋ）上の左側アンビル位置から当該位置での変位差ｄ′（ｉ）だけ戻した点（イ）と、ワーク形状Ｘ（ｋ）上の左側アンビル位置から当該位置での変位差ｄ′′（ｉ）だけ戻した点（ロ）とを求める。同様に、矯正点ｐ（ｉ＋１）について、ワーク形状Ｘ（ｋ）上の左側アンビル位置から当該位置での変位差ｄ′（ｉ＋１）だけ戻した点（ハ）と、ワーク形状Ｘ（ｋ）上の左側アンビル位置から当該位置での変位差ｄ′′（ｉ＋１）だけ戻した点（ニ）とを求める。Ａ点とイ点とを結ぶ直線Ｍ１を求めると共に、ロ点とハ点とを結ぶ直線Ｍ２を求め、ニ点とＤ点とを結ぶ直線Ｍ３を求める。直線Ｍ１と直線Ｍ２との交点をＢとし、直線Ｍ２と直線Ｍ３との交点をＣとしたときの、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄを仮想目標直線とする。Ａ点，Ｂ点及びＡ′点との関係を図２に示す。
【００２５】
矯正後のワーク形状Ｘ´（ｋ）は、上記仮想目標直線を図１（ａ）に示した目標直線に一致させることによって求められるので、以下の算出式に基づいて各矯正点ｐ（ｉ），ｐ（ｉ＋１）における矯正量を算出する。
【００２６】
ここで、ある矯正点ｐ（ｉ）について矯正量Ｄ（ｉ）は次式で算出できる。
Ｄ（ｉ）＝（Ｖ（ｉ）×Ｗ）÷（４×ｐ（ｉ）） …（１）
但し、
Ｖ（ｉ）＝Ｘ′（ｉ）＋［Ｘ′（ｉ＋１）−Ｘ′（ｉ）］÷［ｐ（ｉ＋１）−ｐ（ｉ）］
Ｗは矯正スパンである。
上式では矯正量の符号は下向きを正としている。また、矯正点１点の場合は、ｐ（ｉ＋１）＝ｐ（ｎ２）とする。
【００２７】
また矯正後のワーク形状Ｘ′（ｋ）の矯正点ｐ（ｉ）における変位Ｘ′（ｉ）は次式によって算出できる。
Ｘ′（ｉ）＝Ｘ（ｉ）−［｛Ｘ（ｎ２）＋（ｐ（ｎ２）−ｐ（ｉ＋１））×２×Ｄ（ｉ）／（Ｗ／２）｝×（ｐ（ｉ）−ｐ（ｎ１））／（ｐ（ｎ２）−ｐ（ｎ１））］ …（２）
式（１），（２）はレール形状Ｘ（ｋ）の矯正点ｐ（ｉ）における変位Ｘ（ｉ）を、矯正後の変位Ｘ′（ｉ）にするための矯正量Ｄ（ｉ）が求められることを示している。
【００２８】
この実施の形態によれば、形状変化の生じていない部分（矯正スパン以外）を利用して矯正量を算出するようにしているので、曲率半径をもった形状変化が生じている矯正点（矯正スパン内）の形状変化に影響を受けずに矯正量を算出することができるので矯正量の測定精度を向上することができる。
【００２９】
また、ワークの各矯正点を連続して矯正した後に、矯正後のワークの全体形状を測定しておけば、その形状測定データから各矯正点における矯正量を一括して計算で求めることができる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態は、プレス装置の押し込み量を決定する方法に関するものである。ここで、プレス装置とはワークの歪を矯正するため装置のことである。
【００３１】
矯正すべきワークについて、押し込み量と矯正量との関係を実験により求めておき、図３に示すような押し込み量と矯正量との関係を示すデータとして記憶しておく。例えば、ワークのサンプルを使用し、プレス装置で押し込み量を多段階に分けてサンプルをプレスする。各押し込み量を受けてサンプルが実際に曲げられた量（矯正量）を、第１の実施の形態に示した方法によって算出することにより、図３に示す押し込み量と矯正量との関係を示すデータを用意する。
【００３２】
実際にワークを矯正する場合は、ワークの形状データと予め設定された目標曲線とを比較して、ワークの目標曲線からのずれ量及び曲率からワーク許容範囲内に矯正するための矯正位置を決定する。
【００３３】
上記のようにして決定した矯正位置をプレスすることにより矯正した矯正後の形状をシミュレーションし、目標曲線に対するずれ量の絶対値が最小になるような矯正量を決定する。
【００３４】
上記のようにして決定した各矯正量に対応する押し込み量を図３に示す押し込み量と矯正量との関係から求め、上記各矯正位置での押し込み量を決定する。各矯正位置での押し込み量をプレス装置のストローク量に変換して、各矯正位置とストローク量とのをセットにして記憶する。
【００３５】
このような実施の形態によれば、押し込み量と矯正量との関係を前もって作成しておくと共に、矯正後の形状をシミュレーションすることによって求めた各矯正位置での矯正量からプレス装置のストローク量を求めるようにしたので、ワークの形状を矯正前に測定してシミュレーションするだけで、以降の処理は連続して実行できるので、一つの矯正点毎に待ち時間が発生していた従来の場合に比べて、作業時間を大幅に短縮することができる。
【００３６】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、図５に示すように、プレス２０のプレスヘッド２１に荷重計２１を設け、ワークＷをプレス２０で加圧したときの押し込み量と荷重との関係を求め、この関係に基づいて押し込み開始点を求める。
【００３７】
矯正すべきワークについて、プレス装置を動作させることにより各押し込み量に対して荷重計２１が示す荷重のデータを採取し、図４に示すような押し込み量と荷重との関係を示すデータを記憶する。図４に示すように、ワークは弾性限度内においては押し込み量と荷重の関係は比例または繰り返し性があり、この弾性限度内の荷重であれば、ワークの変形（矯正量）はプレス２０の押し込みを除去すればゼロに戻る。
【００３８】
したがって、プレス加圧時に弾性限度内の荷重ｐからすでに押し込んでいる押し込み量ｘを下記の計算式で求め、この押し込み量ｘを基にして最終的な所望の押し込み量が得られるまでプレスを加圧する。押し込み量は、図４に示す押し込み量と荷重との関係から求めることができる。
【００３９】
ｘ＝（ｄｘ／ｄｐ）・ｐ …（３）
加圧後は、プレス２０を待機位置まで後退させる。
このような実施の形態によれば、プレス２０のプレスヘッド２１に荷重計２１を設け、ワークＷをプレス２０で加圧したときの押し込み量と荷重計２１の荷重との関係に基づいて押し込み開始点を求めるようにしたので、プレス２０の動作は待機位置から所定の押し込み量まで前進する動作と、また待機位置まで戻る動作の２つの工程だけで良いので、矯正作業の効率化を図ることができる。
【００４０】
（第４の実施の形態）
図６に第４の実施の形態に係る歪矯正装置の機能ブロックを示している。
この歪矯正装置は、制御盤２０と、ワークを移動させる搬送装置２１と、ワークの形状を測定する形状測定装置２２と、ワークを加圧して歪を矯正するプレス矯正装置２３とを備えている。制御盤２０には、搬送装置２１、形状測定装置２２及びプレス矯正装置２３の動作を制御する制御装置２４と、後述する各種演算機能を備えた演算部２５とを備えている。プレス矯正装置２３は図５に示す装置と同様に構成されていて、プレスヘッドに荷重計２６を内蔵している。
【００４１】
ここで、演算部２５がプログラムを実行することにより実現することのできる各種演算機能について説明する。演算部２５は、矯正位置推論部３１においてワーク形状データに基づいて予め設定された目標曲線からのずれ量および曲率からワーク形状を許容範囲内に矯正するのに最適な矯正位置を決定し、矯正量推論部３２において矯正後の形状シミュレーションを行い、目標曲線に対するずれ量の絶対値が最小になるような矯正量を各最適矯正位置について決定する。そして、ストローク量決定部３３において各最適矯正位置について求められた矯正量を得るのに必要なプレスの押し込み量となるストローク量を、プレスの押し込み量とワークの塑性変形量（矯正量）との関係から求める。
【００４２】
以上のようにして決定した最適矯正位置及びストローク量に基づいて、制御装置２４が搬送装置２１、形状測定装置２２及びプレス矯正装置２３の動作を制御してワークを矯正することになるが、矯正後のワーク形状がシミュレーション通りに矯正されているかどうかを確認する必要がある。
【００４３】
演算部２５の実矯正量一括演算部３４において矯正前及び矯正後のワーク形状データに基づいて前述した第１の実施の形態と同じ手法により各矯正位置の実際の矯正量を算出する。学習演算部３５は、実矯正量一括演算部３４で算出した各矯正位置の実際の矯正量とシミュレーションで求めた矯正量との差から、ストローク量決定部３３で使用するプレスの押し込み量とワークの塑性変形量との関係を更新する。
【００４４】
押し込み開始位置制御部３６は、プレス矯正装置２３に備えた荷重計２６から荷重値を取り込み、決定した押し込み量にしたがってプレスを制御するために、プレスの押し込み開始点を加圧時の荷重値とプレスのストローク量から決定する。具体的には、第３の実施の同様にして押し込み開始点を決定し、かつプレスの加圧動作を制御する。
【００４５】
以上のように構成された実施の形態の動作について説明する。
矯正すべきワークに対する最適矯正位置及び矯正量を決定するまでの処理について図７のフローチャートを参照して説明する。まず、ワークの形状が形状測定装置２２により測定されると（ステップＳ１）、各測定点における測定データは演算装置２０に転送される。演算装置２０では、曲りが許容範囲外にある測定データが得られた場合に、各測定点について予め設定されている目標直線とのずれ量（Ｚ）と曲率（Ｃ）とを算出する（ステップＳ２、Ｓ３）。
【００４６】
次いで、矯正位置推論３１は、ずれ量（Ｚ）と曲率（Ｃ）とを入力として、次に述べるファジイ推論規則に従って矯正位置優先度を推論し、曲りが許容範囲外にある各測定点について、その推論結果を矯正量推論部３２に転送する（ステップＳ４）。
【００４７】
ここで、矯正位置優先度のファジイ推論の手法について説明する。ファジイ推論ルールは、ｉｆ−ｔｈｅｎ形式で表された前件部１ｆの部分は、図８に示すメンバシップ関数で表されている。図８（ａ）のメンバシップ関数Ｓａは、横軸が目標直線に対するずれ量を表し、縦軸はずれ量の大きさが「小さい」というファジイラベルにどの程度所属しているかという適合度を表している。同様に、メンバシップ関数Ｍａは、ずれ量の大きさが「中程度」の適合度を、メンバシップ関数Ｌａは、ずれ量の大きさが「大きい」という適合度をそれぞれ与える。図８（ｂ）のメンバシップ関数Ｓｂは、入力の曲率に対して、曲率が「小さい」、メンバシップ関数Ｍｂは「中程度」、メンバシップ関数Ｌｂは「大きい」という適合度をそれぞれ与えるようになっている。図１０（ａ）は、後件部の出力関数で、出力関数Ｓは、矯正優先度が「低い」ことを表し、出力関数Ｍ，Ｌは、矯正優先度が「中程度」、「高い」ことを表している。
【００４８】
図９は、推論ルールをまとめて表に表した図であり、前件部のメンバシップ関数（Ｓａ，Ｍａ，Ｌａ）、（Ｓｂ，Ｍｂ，Ｌｂ）と後件部の出力関数Ｓ，Ｍ、Ｌの対応関係を示している。
【００４９】
矯正位置推論部３１は、図９の推論条件に従って各測定点ごとに出力関数を得て、図１０（ｂ）に示すように、これらの出力関数を合成した斜線で示す図形の重心位置ｇの横軸に対する位置が矯正位置優先度となり、この矯正位置優先度の最も高い点を優先矯正位置と決定する（ステップＳ５）。
【００５０】
次に、矯正後の形状がどのようになるかについてのシミュレーションを行ない、この優先矯正位置でどんな矯正量をもって矯正しても、すべての他の測定点のずれ量が所望の許容範囲に入っていなければ（ステップＳ６のＮＯ）、この矯正位置を中心に新たに目標直線を再設定し、上述の計算を繰り返し、他の矯正すべき点を同様に算出していく。このようにしてすべての測定点のずれ量が許容範囲に入れば（ステップＳ６のＹＥＳ）、矯正後のシミュレーション形状が始めの目標直線に対して、ずれ量（Ｚ）の最大値の絶対値が最小になるように各矯正位置における矯正量を算出する（ステップＳ７）。
【００５１】
すなわち、矯正量推論部３２は、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ある矯正位置ａにおける仮想目標直線と目標直線とのずれ量（Ｚａ）と、隣り合う矯正位置ｂまでの距離（Ｗａ−ｂ）と、矯正位置ｂにおけるずれ量（Ｚｂ）と、アンビルの間隔として定められる矯正スパン（Ｌ）とから仮想目標直線が真直となるように矯正量を求める。順次、他の矯正位置についても同様の演算を行ない、各矯正位置における矯正量を求める。そして、矯正後のシミュレーション形状が始めの目標直線に対するずれ量の最大値の絶対値が最小（ｘ）になるように各矯正位置における矯正量を求める。また、矯正量に材料特性を加味して実際のプレス矯正装置２３の押し込み量を決定する。
【００５２】
こうして求められた矯正位置および矯正量は制御装置２４に転送される。このとき、矯正量はストローク量決定部３３へ渡され、そこでプレスの押し込み量とワークの塑性変形量（矯正量）との関係にしたがってプレス矯正装置２３のストローク量に変換される。このストローク量が制御装置２４に矯正量に相当するパラメータとして転送される。
【００５３】
制御装置２４は、搬送装置２１を制御し、ワークの矯正位置をプレス矯正装置２３のプレス位置に順次搬送する。ワークの矯正位置がプレス矯正装置２３の位置にきたら、制御装置２４は、上記処理にて決定したしたストローク量となるようにプレス矯正装置２３の所定の押し込み制御を実行する。
【００５４】
このとき、押し込み開始位置制御部３６により、第３の実施形態と同様にして、押し込み開始点が制御される。すなわち、ワークをプレスで加圧したときの押し込み量と荷重との関係を求めておき、この関係に基づいて押し込み開始点を求める。プレス加圧時に、弾性限度内の所定の力（荷重ｐ）でワークを加圧してクランプし、そのときの荷重値ｐからすでに押し込んでいる押し込み量ｘを上記（３）式で求め、この押し込み量ｘを基にして最終的な所望の押し込み量が得られるまでプレスを加圧する。加圧後はプレスを待機位置まで後退させる。
【００５５】
以上のようにしてプレス矯正装置２３により矯正処理が施されたワークの形状を形状測定装置２２によりワーク全体に亘って測定し、この測定により採取された矯正後のワークの形状データを実矯正量一括算出部２５へ与える。実矯正量一括算出部２５は、事前に制御装置２４から受け取った矯正前のワーク形状データと今回受けとった矯正後のワーク形状データとから矯正点における曲率半径に影響を受けずに実際に曲げられた実矯正量を各矯正点について一括して算出する。実矯正量一括算出部２５における実矯正量の算出原理は上記した第１の実施形態と同じ手法を適用するものとする。すなわち、目標直線と矯正後のワーク形状とから矯正スパン以外の部分（第１の実施の形態ではアンビル位置）での矯正後のワーク形状の目標直線からのずれを求め、この求めたずれに基づいて前記目標曲線を矯正前のワーク形状に反映させた仮想目標直線を設定し、この仮想目標直線と矯正前のワーク形状との関係から、（１），（２）式の関係を利用して矯正後の各矯正点における実際の矯正量を算出する。
【００５６】
実矯正量一括算出部３４で算出された各矯正点における実際の矯正量は学習演算部３５へ渡される。学習演算部３５は当該ワークについて矯正前にシミュレーションすることにより取得した各矯正点の矯正量と実際の矯正量とを比較して、両者に差があればストローク量決定部３３に記憶している押し込み量とワークの塑性変形量との関係を修正する。
【００５７】
また、この実施の形態に係る歪矯正装置のライン構成を図１２に示し、そのライン構成に基づいた歪矯正装置のタイムチャートを図１３に示している。
この歪矯正装置では、搬送装置２１によって未加工のレール（ワーク）が送られてくると形状測定装置２２においてそのレールの形状を測定し、制御装置２４に形状データとして与える。制御装置２４には当該形状データに基づいて矯正後の形状をシミュレーションすることにより得た矯正点及び矯正量のデータが入力される。
【００５８】
プレス矯正装置２３では、加圧対象とするレールのデータ（矯正点及び矯正量）を制御装置２４から読み込み、このデータにしたがってレールを加圧し、加圧後のワークをストッカに蓄える。その後、横転装置によってレールの姿勢を変えて再び形状測定装置２２においてそのレールの形状を測定し、制御装置２４に形状データとして与える。この度は、この形状データに基づいて各矯正点での実際の矯正量が一括して求められて学習されることになる。
【００５９】
一方、前記レールがプレス矯正装置２３にて加圧されている間に、他のレールが前工程またはストッカから取り出されて形状測定装置２２に渡され、そこでレール形状を測定し制御装置２４に形状データとして与えられている。形状測定装置２２では、搬送装置２１によって送られてくるワークの形状を搬送装置２１のストッカにストックできる余裕がある限り次々と測定して、制御装置２４に形状データとして蓄える。このように、形状測定装置２２とプレス矯正装置２３とは独立して動作している。
【００６０】
このような実施の形態によれば、形状測定装置２２とプレス矯正装置２３とは独立して動作させ、全矯正点を加圧矯正した後にワーク形状を測定しその形状データ等から一括して実際の矯正を求めるようにしたので、矯正時間を大幅に短縮することができる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、効率良く装置を動作させることにより無駄な待ち時間を無くして矯正時間を短縮でき、また矯正後のワーク形状の測定結果から許容範囲内に入っているかどうかの判断をすると同時に一括して各矯正点における矯正量を各点における曲率半径の影響を受けずに算出することにより、効率良く精度の高い矯正を加えることのできる矯正量検出方法及び歪矯正装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る矯正量検出方法の原理説明図である。
【図２】第１の実施の形態におけるプレス変位ｄ（ｉ）とＡ点の変位Ｖ（ｉ）との関係を示す図である。
【図３】第２の実施の形態における押し込み量と矯正量との関係を示す図である。
【図４】第３の実施の形態における押し込み量と荷重との関係を示す図である。
【図５】第３の実施の形態におけるプレス矯正装置の構成図である。
【図６】第４の実施の形態における歪矯正装置の機能ブロック図である。
【図７】第４の実施の形態における矯正位置推論部の動作フローを示す図である。
【図８】矯正位置推論部で使用する前件部のメンバーシップ関数を示す図である。
【図９】矯正位置推論部で使用する推論条件を示す図である。
【図１０】矯正位置推論部で使用する後件部のメンバーシップ関数を示す図である。
【図１１】目標曲線と仮想目標曲線とを示す図である。
【図１２】第４の実施の形態のライン構成を示す図である。
【図１３】図１２に示すライン構成でのタイムチャートを示す図である。
【図１４】従来の歪矯正装置のライン構成を示す図である。
【図１５】従来の歪矯正装置のタイムチャートを示す図である。
【図１６】矯正量を求めるための動作工程を示す図である。
【図１７】押し込み量と矯正量と弾性変形量との関係を示す図である。
【図１８】矯正点の矯正量の測定方法を示す図である。
【符号の説明】
２０…制御盤
２１…搬送装置
２２…形状測定装置
２３…プレス矯正装置
２４…制御装置
２５…演算部
２６…荷重計
３１…矯正位置推論部
３２…矯正量推論部
３３…ストローク量決定部
３４…実矯正量一括演算部
３５…学習演算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、棒材、軸材、軌条レール等の金属製長尺材の矯正後の各矯正点における矯正量を求めるとともに、その矯正量に基づいて曲がりを矯正する矯正量検出方法及び歪矯正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軌条レールのように規定の真直度を確保する必要のある長尺材を使用する場合、前もって長尺材の真直度を測定しておき、許容値以上に曲がっていれば許容範囲内に矯正してから使用するようにしている。このため、ワーク（長尺材）の曲りを検出する形状測定装置と、この形状測定装置で取得した形状データに基づいて矯正位置及び矯正量を決定する演算装置と、ワークの搬送装置と、プレス装置等を組み合わせて構成した自動歪矯正装置が利用されている。
【０００３】
図１４は従来の自動歪矯正装置のライン構成を示している。
同図に示すように、前工程から送られてきたレールをストッカ１に入れて、ストッカ１に含まれた搬送ローラ及び横転装置を使ってレールの姿勢及び測定位置を移動させて測定装置２で形状データを採取する。測定装置２から演算装置へレールの形状データを渡し、演算装置で形状データに基づいて矯正位置及び矯正量を求める。演算装置は、プレス装置３を動作させてレールの押込み量と弾性変形量との関係を求め、形状データ、押込み量及び弾性変形量に基づいて矯正位置及び矯正量を求める。矯正位置及び矯正量の算出方法については特願平５−９３３２２に一例が詳述されている。この求めた矯正位置及び矯正量に基づいてプレス装置３を駆動してレールの曲りを矯正する。矯正したレールはコンベア４によって後工程へ流されることになる。
【０００４】
図１５は図１４に示す自動歪矯正装置における動作フローを示している。矯正の必要なレールが入ってくると、レールの曲りに応じた最適な矯正位置及び矯正量を求めるためにレール形状を測定し、矯正位置及び矯正量が算出されるのを待ってプレス矯正を掛けている。
【０００５】
ある矯正点について加圧を終了すると、演算した通りに矯正されているかどうか確認するために、実際に変形した量（矯正量）を測定する。
図１６（ａ）〜（ｄ）に矯正量を測定際のプレスの動作工程を示している。初めに押込み量に対する実際の矯正量を把握するため、同図（ａ）に示すようにプレス３を前進させて３つのプレスヘッド５ａ〜５ｃに設けられた近接スイッチ６ａ〜６ｃを全部ＯＮさせる（同図（ｂ））。
【０００６】
次に、同図（ｃ）に示すようにプレス３を後退させて３つの近接スイッチ６ａ〜６ｃのうちのどれか１つがＯＦＦになるところを検出する。この位置はワークに対して無負荷でのチャック位置であり、押込み開始点として求めている。
【０００７】
次に、同図（ｄ）に示すように再度プレス３を前進させて所定の押込み量となるまで前進させてワークを変形させる。所定の押込み量が得られたならば、プレス３を後退させて３つの近接スイッチ６ａ〜６ｃのうちのどれか１つがＯＦＦになるところを検出する。この検出した位置を終了点として求める。
【０００８】
次に、図１７に示すように押込み開始点からの押込み量とプレス３を後退させたときのワークの後退量とをプレスヘッドに設けた測定器で測定し、その結果から矯正量を算出する。押込み量から後退量を差し引いた残りが矯正量となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した自動歪矯正装置は、測定装置２が動作しているときにプレス装置３は測定が終わるまで待機し、逆にプレス装置３が動作しているときに測定装置２は矯正後のレール形状を測定するために待機しているので、無駄な待ち時間を生じて矯正終了までに長時間を要していた。
【００１０】
また、プレス装置の矯正量を算出するためにプレス装置３の前進及び後退を繰り返さなければならないことから、所定の押込み量に対する矯正量を算出するまでの動作工程が多く、時間が掛かる要因となっていた。
【００１１】
また、プレスヘッドに設けられた測定器でワークの各点を矯正する度に各矯正点における矯正量を算出していたので、作業効率が悪く上記同様に時間が掛かる要因となっていた。
【００１２】
また、ワークに対するチャッキング位置のばらつき、各近接スイッチの特性誤差によるばらつきのために、数ミクロン〜数十ミクロンの誤差を生じていた。
また、図１７に示すように矯正点においてワークはある曲率半径をもって矯正されることになる。一方、図１８に示すように形状の曲り変化を３点測定によりとらえていた。したがって、個々の矯正点における押込み量と矯正量との関係は正確にとらえることができても、矯正点におけるワークの曲率半径の影響をとらえることができないため誤差が生じていた。図１７に示すように、曲率半径を考慮した場合とそうでない場合とでは、角度が最大でθ′＝２θの関係になるほどの誤差を生じてしまうので、ワーク全体に亘って大きな誤差を生じていた。また、矯正後のワーク全体に亘っての形状を正確に予測することも困難となり、矯正精度の低下、矯正作業のやり直しが必要になるなどの不都合があった。
【００１３】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、効率良く装置を動作させることにより無駄な待ち時間を無くして矯正時間を短縮し、また矯正後のワーク形状の測定結果から許容範囲内に入っているかどうかの判断をすると同時に一括して各矯正点における矯正量を各点における曲率半径の影響を受けずに算出することにより、効率良く精度の高い矯正を加えることを可能にする矯正量検出方法及び歪矯正装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下のような手段を講じた。
請求項１に対応する本発明は、矯正後のワークの各矯正点における矯正量を求める矯正量検出方法において、形状測定装置で取得したワークの形状データを演算装置に入力し、ワーク全体に亘っての矯正後の形状測定結果を求めるとともに、該形状測定結果から、各矯正点における目標直線からの距離を、矯正点における曲率半径の影響を受けずに算出し、この算出した距離を、矯正前のワーク形状の測定結果の各矯正点に反映した仮想目標直線を設定し、この仮想目標直線と前記目標直線との関係から、矯正後の各矯正点における実際の矯正量を矯正点における曲率半径の影響を受けずに一括して算出し、ワーク矯正装置への出力値とする方法である。
【００１５】
本発明によれば、各矯正点における矯正量が矯正点における曲率半径の影響を受けずに一括して算出されるので、精度の高い矯正量を取得できると共に、歪み矯正装置に適用することにより無駄な待ち時間を無くして矯正時間を短縮することができる。
【００１６】
請求項２に対応する本発明は、矯正後のワークの各矯正点における矯正量を求める矯正量検出方法において、形状測定装置で取得したワークの形状データを演算装置に入力し、ワークの目標直線と矯正後のワーク形状とから矯正スパン以外の部分での矯正後のワーク形状の目標直線からのずれを求めるともに、この求めたずれに基づいて前記目標曲線を矯正前のワーク形状に反映させた仮想目標直線を設定し、この仮想目標直線と矯正前のワーク形状との関係から矯正後の各矯正点における実際の矯正量を算出し、ワーク矯正装置への出力値とする方法である。
【００１９】
請求項３に対応する発明は、矯正前のワークから採取したワーク形状データに基づいて当該ワークの歪を許容範囲内に矯正するための矯正点を求め、矯正後の形状シミュレーションを行って各矯正点における矯正量を求め、この求めた矯正量をプレス押し込み量とワークの塑性変形量との関係からプレス制御装置の押し込み量に変換し、この押し込み量と前記矯正点とに基づいてプレス矯正装置を制御することによりワークの歪を矯正する歪矯正装置において、ワークの目標直線と矯正後のワークから採取したワーク形状データとから矯正後のワーク形状の目標直線からのずれを形状変化を起こしていない部分で求める手段と、この手段で求めたずれに基づいて前記目標曲線を矯正前のワーク形状に反映させた仮想目標直線を設定する手段と、この手段で設定した仮想目標直線と矯正前のワーク形状とに基づいて矯正後の各矯正点における実際の矯正量を一括して算出する手段と、この手段で算出された各矯正点の実際の矯正量と前記形状シミュレーションにより求めた対応する各矯正点の矯正量との偏差に基づいてプレス押し込み量とワークの塑性変形量との関係を修正する手段とを備える。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態は、ワークの各矯正点をプレス装置で押し込んだ後の矯正後のワーク形状から各矯正点における矯正量（実際にどれだけ曲がったかを示す量）を求める方法についてのものである。
【００２１】
図１（ａ）（ｂ）を参照して矯正量の算出方法について説明する。
同図（ａ）において、２点鎖線で示すワーク形状Ｘ（ｋ）［ｎ１，ｎ２］、（ｋ＝ｎ１ 、…ｉ，ｉ＋１，ｎ２ ）のワークを矯正したとき、矯正後のワークが同図に実線で示すワーク形状Ｘ′（ｋ）になったとする。［ｎ１，ｎ２］の区間における矯正点はｐ（ｉ），ｐ（ｉ＋１）である。
【００２２】
矯正後のワークは、各矯正点ｐ（ｉ），ｐ（ｉ＋１）の矯正スパン内においてある曲率半径にて形状変化を起こしているが、矯正スパン以外では矯正前後で形状変化を起こしていない.。矯正スパン以外の部分は具体的には（Ｐ１〜Ｐ２とＰ１〜Ｐ２´）、（Ｐ３〜Ｐ４とＰ３´〜Ｐ４´）、（Ｐ５〜Ｐ６とＰ５´〜Ｐ６）である。例えば、矯正前ワークのＰ１からＰ２までの形状と、矯正後ワークのＰ１からＰ２´（Ｐ２に対応する）までの形状とは同一形状となる。
【００２３】
本発明では矯正スパン以外では矯正前後で形状変化を起こしていないことを利用することにより矯正点の曲率変化に影響を受けないで矯正量を算出するようにしたものである。そのため、矯正スパンの両端部（アンビル位置）に着目し、矯正後のワークの矯正スパンの両端部における目標直線からの変位差をｄ′（ｉ）、ｄ′′（ｉ）およびｄ′（ｉ＋１）、ｄ′′（ｉ＋１）を求める。
【００２４】
基準直線からの変位差ｄ′（ｉ）、ｄ′′（ｉ）およびｄ′（ｉ＋１）、ｄ′′（ｉ＋１）を矯正前のワーク形状Ｘ（ｋ）に反映させて、図１（ｂ）に示すような仮想目標直線を求める。この仮想目標直線を決めるために、矯正点ｐ（ｉ）について、ワーク形状Ｘ（ｋ）上の左側アンビル位置から当該位置での変位差ｄ′（ｉ）だけ戻した点（イ）と、ワーク形状Ｘ（ｋ）上の左側アンビル位置から当該位置での変位差ｄ′′（ｉ）だけ戻した点（ロ）とを求める。同様に、矯正点ｐ（ｉ＋１）について、ワーク形状Ｘ（ｋ）上の左側アンビル位置から当該位置での変位差ｄ′（ｉ＋１）だけ戻した点（ハ）と、ワーク形状Ｘ（ｋ）上の左側アンビル位置から当該位置での変位差ｄ′′（ｉ＋１）だけ戻した点（ニ）とを求める。Ａ点とイ点とを結ぶ直線Ｍ１を求めると共に、ロ点とハ点とを結ぶ直線Ｍ２を求め、ニ点とＤ点とを結ぶ直線Ｍ３を求める。直線Ｍ１と直線Ｍ２との交点をＢとし、直線Ｍ２と直線Ｍ３との交点をＣとしたときの、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄを仮想目標直線とする。Ａ点，Ｂ点及びＡ′点との関係を図２に示す。
【００２５】
矯正後のワーク形状Ｘ´（ｋ）は、上記仮想目標直線を図１（ａ）に示した目標直線に一致させることによって求められるので、以下の算出式に基づいて各矯正点ｐ（ｉ），ｐ（ｉ＋１）における矯正量を算出する。
【００２６】
ここで、ある矯正点ｐ（ｉ）について矯正量Ｄ（ｉ）は次式で算出できる。
Ｄ（ｉ）＝（Ｖ（ｉ）×Ｗ）÷（４×ｐ（ｉ）） …（１）
但し、
Ｖ（ｉ）＝Ｘ′（ｉ）＋［Ｘ′（ｉ＋１）−Ｘ′（ｉ）］÷［ｐ（ｉ＋１）−ｐ（ｉ）］
Ｗは矯正スパンである。
上式では矯正量の符号は下向きを正としている。また、矯正点１点の場合は、ｐ（ｉ＋１）＝ｐ（ｎ２）とする。
【００２７】
また矯正後のワーク形状Ｘ′（ｋ）の矯正点ｐ（ｉ）における変位Ｘ′（ｉ）は次式によって算出できる。
Ｘ′（ｉ）＝Ｘ（ｉ）−［｛Ｘ（ｎ２）＋（ｐ（ｎ２）−ｐ（ｉ＋１））×２×Ｄ（ｉ）／（Ｗ／２）｝×（ｐ（ｉ）−ｐ（ｎ１））／（ｐ（ｎ２）−ｐ（ｎ１））］ …（２）
式（１），（２）はレール形状Ｘ（ｋ）の矯正点ｐ（ｉ）における変位Ｘ（ｉ）を、矯正後の変位Ｘ′（ｉ）にするための矯正量Ｄ（ｉ）が求められることを示している。
【００２８】
この実施の形態によれば、形状変化の生じていない部分（矯正スパン以外）を利用して矯正量を算出するようにしているので、曲率半径をもった形状変化が生じている矯正点（矯正スパン内）の形状変化に影響を受けずに矯正量を算出することができるので矯正量の測定精度を向上することができる。
【００２９】
また、ワークの各矯正点を連続して矯正した後に、矯正後のワークの全体形状を測定しておけば、その形状測定データから各矯正点における矯正量を一括して計算で求めることができる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態は、プレス装置の押し込み量を決定する方法に関するものである。ここで、プレス装置とはワークの歪を矯正するため装置のことである。
【００３１】
矯正すべきワークについて、押し込み量と矯正量との関係を実験により求めておき、図３に示すような押し込み量と矯正量との関係を示すデータとして記憶しておく。例えば、ワークのサンプルを使用し、プレス装置で押し込み量を多段階に分けてサンプルをプレスする。各押し込み量を受けてサンプルが実際に曲げられた量（矯正量）を、第１の実施の形態に示した方法によって算出することにより、図３に示す押し込み量と矯正量との関係を示すデータを用意する。
【００３２】
実際にワークを矯正する場合は、ワークの形状データと予め設定された目標曲線とを比較して、ワークの目標曲線からのずれ量及び曲率からワーク許容範囲内に矯正するための矯正位置を決定する。
【００３３】
上記のようにして決定した矯正位置をプレスすることにより矯正した矯正後の形状をシミュレーションし、目標曲線に対するずれ量の絶対値が最小になるような矯正量を決定する。
【００３４】
上記のようにして決定した各矯正量に対応する押し込み量を図３に示す押し込み量と矯正量との関係から求め、上記各矯正位置での押し込み量を決定する。各矯正位置での押し込み量をプレス装置のストローク量に変換して、各矯正位置とストローク量とのをセットにして記憶する。
【００３５】
このような実施の形態によれば、押し込み量と矯正量との関係を前もって作成しておくと共に、矯正後の形状をシミュレーションすることによって求めた各矯正位置での矯正量からプレス装置のストローク量を求めるようにしたので、ワークの形状を矯正前に測定してシミュレーションするだけで、以降の処理は連続して実行できるので、一つの矯正点毎に待ち時間が発生していた従来の場合に比べて、作業時間を大幅に短縮することができる。
【００３６】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、図５に示すように、プレス２０のプレスヘッド２１に荷重計２１を設け、ワークＷをプレス２０で加圧したときの押し込み量と荷重との関係を求め、この関係に基づいて押し込み開始点を求める。
【００３７】
矯正すべきワークについて、プレス装置を動作させることにより各押し込み量に対して荷重計２１が示す荷重のデータを採取し、図４に示すような押し込み量と荷重との関係を示すデータを記憶する。図４に示すように、ワークは弾性限度内においては押し込み量と荷重の関係は比例または繰り返し性があり、この弾性限度内の荷重であれば、ワークの変形（矯正量）はプレス２０の押し込みを除去すればゼロに戻る。
【００３８】
したがって、プレス加圧時に弾性限度内の荷重ｐからすでに押し込んでいる押し込み量ｘを下記の計算式で求め、この押し込み量ｘを基にして最終的な所望の押し込み量が得られるまでプレスを加圧する。押し込み量は、図４に示す押し込み量と荷重との関係から求めることができる。
【００３９】
ｘ＝（ｄｘ／ｄｐ）・ｐ …（３）
加圧後は、プレス２０を待機位置まで後退させる。
このような実施の形態によれば、プレス２０のプレスヘッド２１に荷重計２１を設け、ワークＷをプレス２０で加圧したときの押し込み量と荷重計２１の荷重との関係に基づいて押し込み開始点を求めるようにしたので、プレス２０の動作は待機位置から所定の押し込み量まで前進する動作と、また待機位置まで戻る動作の２つの工程だけで良いので、矯正作業の効率化を図ることができる。
【００４０】
（第４の実施の形態）
図６に第４の実施の形態に係る歪矯正装置の機能ブロックを示している。
この歪矯正装置は、制御盤２０と、ワークを移動させる搬送装置２１と、ワークの形状を測定する形状測定装置２２と、ワークを加圧して歪を矯正するプレス矯正装置２３とを備えている。制御盤２０には、搬送装置２１、形状測定装置２２及びプレス矯正装置２３の動作を制御する制御装置２４と、後述する各種演算機能を備えた演算部２５とを備えている。プレス矯正装置２３は図５に示す装置と同様に構成されていて、プレスヘッドに荷重計２６を内蔵している。
【００４１】
ここで、演算部２５がプログラムを実行することにより実現することのできる各種演算機能について説明する。演算部２５は、矯正位置推論部３１においてワーク形状データに基づいて予め設定された目標曲線からのずれ量および曲率からワーク形状を許容範囲内に矯正するのに最適な矯正位置を決定し、矯正量推論部３２において矯正後の形状シミュレーションを行い、目標曲線に対するずれ量の絶対値が最小になるような矯正量を各最適矯正位置について決定する。そして、ストローク量決定部３３において各最適矯正位置について求められた矯正量を得るのに必要なプレスの押し込み量となるストローク量を、プレスの押し込み量とワークの塑性変形量（矯正量）との関係から求める。
【００４２】
以上のようにして決定した最適矯正位置及びストローク量に基づいて、制御装置２４が搬送装置２１、形状測定装置２２及びプレス矯正装置２３の動作を制御してワークを矯正することになるが、矯正後のワーク形状がシミュレーション通りに矯正されているかどうかを確認する必要がある。
【００４３】
演算部２５の実矯正量一括演算部３４において矯正前及び矯正後のワーク形状データに基づいて前述した第１の実施の形態と同じ手法により各矯正位置の実際の矯正量を算出する。学習演算部３５は、実矯正量一括演算部３４で算出した各矯正位置の実際の矯正量とシミュレーションで求めた矯正量との差から、ストローク量決定部３３で使用するプレスの押し込み量とワークの塑性変形量との関係を更新する。
【００４４】
押し込み開始位置制御部３６は、プレス矯正装置２３に備えた荷重計２６から荷重値を取り込み、決定した押し込み量にしたがってプレスを制御するために、プレスの押し込み開始点を加圧時の荷重値とプレスのストローク量から決定する。具体的には、第３の実施の同様にして押し込み開始点を決定し、かつプレスの加圧動作を制御する。
【００４５】
以上のように構成された実施の形態の動作について説明する。
矯正すべきワークに対する最適矯正位置及び矯正量を決定するまでの処理について図７のフローチャートを参照して説明する。まず、ワークの形状が形状測定装置２２により測定されると（ステップＳ１）、各測定点における測定データは演算装置２０に転送される。演算装置２０では、曲りが許容範囲外にある測定データが得られた場合に、各測定点について予め設定されている目標直線とのずれ量（Ｚ）と曲率（Ｃ）とを算出する（ステップＳ２、Ｓ３）。
【００４６】
次いで、矯正位置推論３１は、ずれ量（Ｚ）と曲率（Ｃ）とを入力として、次に述べるファジイ推論規則に従って矯正位置優先度を推論し、曲りが許容範囲外にある各測定点について、その推論結果を矯正量推論部３２に転送する（ステップＳ４）。
【００４７】
ここで、矯正位置優先度のファジイ推論の手法について説明する。ファジイ推論ルールは、ｉｆ−ｔｈｅｎ形式で表された前件部１ｆの部分は、図８に示すメンバシップ関数で表されている。図８（ａ）のメンバシップ関数Ｓａは、横軸が目標直線に対するずれ量を表し、縦軸はずれ量の大きさが「小さい」というファジイラベルにどの程度所属しているかという適合度を表している。同様に、メンバシップ関数Ｍａは、ずれ量の大きさが「中程度」の適合度を、メンバシップ関数Ｌａは、ずれ量の大きさが「大きい」という適合度をそれぞれ与える。図８（ｂ）のメンバシップ関数Ｓｂは、入力の曲率に対して、曲率が「小さい」、メンバシップ関数Ｍｂは「中程度」、メンバシップ関数Ｌｂは「大きい」という適合度をそれぞれ与えるようになっている。図１０（ａ）は、後件部の出力関数で、出力関数Ｓは、矯正優先度が「低い」ことを表し、出力関数Ｍ，Ｌは、矯正優先度が「中程度」、「高い」ことを表している。
【００４８】
図９は、推論ルールをまとめて表に表した図であり、前件部のメンバシップ関数（Ｓａ，Ｍａ，Ｌａ）、（Ｓｂ，Ｍｂ，Ｌｂ）と後件部の出力関数Ｓ，Ｍ、Ｌの対応関係を示している。
【００４９】
矯正位置推論部３１は、図９の推論条件に従って各測定点ごとに出力関数を得て、図１０（ｂ）に示すように、これらの出力関数を合成した斜線で示す図形の重心位置ｇの横軸に対する位置が矯正位置優先度となり、この矯正位置優先度の最も高い点を優先矯正位置と決定する（ステップＳ５）。
【００５０】
次に、矯正後の形状がどのようになるかについてのシミュレーションを行ない、この優先矯正位置でどんな矯正量をもって矯正しても、すべての他の測定点のずれ量が所望の許容範囲に入っていなければ（ステップＳ６のＮＯ）、この矯正位置を中心に新たに目標直線を再設定し、上述の計算を繰り返し、他の矯正すべき点を同様に算出していく。このようにしてすべての測定点のずれ量が許容範囲に入れば（ステップＳ６のＹＥＳ）、矯正後のシミュレーション形状が始めの目標直線に対して、ずれ量（Ｚ）の最大値の絶対値が最小になるように各矯正位置における矯正量を算出する（ステップＳ７）。
【００５１】
すなわち、矯正量推論部３２は、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ある矯正位置ａにおける仮想目標直線と目標直線とのずれ量（Ｚａ）と、隣り合う矯正位置ｂまでの距離（Ｗａ−ｂ）と、矯正位置ｂにおけるずれ量（Ｚｂ）と、アンビルの間隔として定められる矯正スパン（Ｌ）とから仮想目標直線が真直となるように矯正量を求める。順次、他の矯正位置についても同様の演算を行ない、各矯正位置における矯正量を求める。そして、矯正後のシミュレーション形状が始めの目標直線に対するずれ量の最大値の絶対値が最小（ｘ）になるように各矯正位置における矯正量を求める。また、矯正量に材料特性を加味して実際のプレス矯正装置２３の押し込み量を決定する。
【００５２】
こうして求められた矯正位置および矯正量は制御装置２４に転送される。このとき、矯正量はストローク量決定部３３へ渡され、そこでプレスの押し込み量とワークの塑性変形量（矯正量）との関係にしたがってプレス矯正装置２３のストローク量に変換される。このストローク量が制御装置２４に矯正量に相当するパラメータとして転送される。
【００５３】
制御装置２４は、搬送装置２１を制御し、ワークの矯正位置をプレス矯正装置２３のプレス位置に順次搬送する。ワークの矯正位置がプレス矯正装置２３の位置にきたら、制御装置２４は、上記処理にて決定したしたストローク量となるようにプレス矯正装置２３の所定の押し込み制御を実行する。
【００５４】
このとき、押し込み開始位置制御部３６により、第３の実施形態と同様にして、押し込み開始点が制御される。すなわち、ワークをプレスで加圧したときの押し込み量と荷重との関係を求めておき、この関係に基づいて押し込み開始点を求める。プレス加圧時に、弾性限度内の所定の力（荷重ｐ）でワークを加圧してクランプし、そのときの荷重値ｐからすでに押し込んでいる押し込み量ｘを上記（３）式で求め、この押し込み量ｘを基にして最終的な所望の押し込み量が得られるまでプレスを加圧する。加圧後はプレスを待機位置まで後退させる。
【００５５】
以上のようにしてプレス矯正装置２３により矯正処理が施されたワークの形状を形状測定装置２２によりワーク全体に亘って測定し、この測定により採取された矯正後のワークの形状データを実矯正量一括算出部２５へ与える。実矯正量一括算出部２５は、事前に制御装置２４から受け取った矯正前のワーク形状データと今回受けとった矯正後のワーク形状データとから矯正点における曲率半径に影響を受けずに実際に曲げられた実矯正量を各矯正点について一括して算出する。実矯正量一括算出部２５における実矯正量の算出原理は上記した第１の実施形態と同じ手法を適用するものとする。すなわち、目標直線と矯正後のワーク形状とから矯正スパン以外の部分（第１の実施の形態ではアンビル位置）での矯正後のワーク形状の目標直線からのずれを求め、この求めたずれに基づいて前記目標曲線を矯正前のワーク形状に反映させた仮想目標直線を設定し、この仮想目標直線と矯正前のワーク形状との関係から、（１），（２）式の関係を利用して矯正後の各矯正点における実際の矯正量を算出する。
【００５６】
実矯正量一括算出部３４で算出された各矯正点における実際の矯正量は学習演算部３５へ渡される。学習演算部３５は当該ワークについて矯正前にシミュレーションすることにより取得した各矯正点の矯正量と実際の矯正量とを比較して、両者に差があればストローク量決定部３３に記憶している押し込み量とワークの塑性変形量との関係を修正する。
【００５７】
また、この実施の形態に係る歪矯正装置のライン構成を図１２に示し、そのライン構成に基づいた歪矯正装置のタイムチャートを図１３に示している。
この歪矯正装置では、搬送装置２１によって未加工のレール（ワーク）が送られてくると形状測定装置２２においてそのレールの形状を測定し、制御装置２４に形状データとして与える。制御装置２４には当該形状データに基づいて矯正後の形状をシミュレーションすることにより得た矯正点及び矯正量のデータが入力される。
【００５８】
プレス矯正装置２３では、加圧対象とするレールのデータ（矯正点及び矯正量）を制御装置２４から読み込み、このデータにしたがってレールを加圧し、加圧後のワークをストッカに蓄える。その後、横転装置によってレールの姿勢を変えて再び形状測定装置２２においてそのレールの形状を測定し、制御装置２４に形状データとして与える。この度は、この形状データに基づいて各矯正点での実際の矯正量が一括して求められて学習されることになる。
【００５９】
一方、前記レールがプレス矯正装置２３にて加圧されている間に、他のレールが前工程またはストッカから取り出されて形状測定装置２２に渡され、そこでレール形状を測定し制御装置２４に形状データとして与えられている。形状測定装置２２では、搬送装置２１によって送られてくるワークの形状を搬送装置２１のストッカにストックできる余裕がある限り次々と測定して、制御装置２４に形状データとして蓄える。このように、形状測定装置２２とプレス矯正装置２３とは独立して動作している。
【００６０】
このような実施の形態によれば、形状測定装置２２とプレス矯正装置２３とは独立して動作させ、全矯正点を加圧矯正した後にワーク形状を測定しその形状データ等から一括して実際の矯正を求めるようにしたので、矯正時間を大幅に短縮することができる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、効率良く装置を動作させることにより無駄な待ち時間を無くして矯正時間を短縮でき、また矯正後のワーク形状の測定結果から許容範囲内に入っているかどうかの判断をすると同時に一括して各矯正点における矯正量を各点における曲率半径の影響を受けずに算出することにより、効率良く精度の高い矯正を加えることのできる矯正量検出方法及び歪矯正装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る矯正量検出方法の原理説明図である。
【図２】第１の実施の形態におけるプレス変位ｄ（ｉ）とＡ点の変位Ｖ（ｉ）との関係を示す図である。
【図３】第２の実施の形態における押し込み量と矯正量との関係を示す図である。
【図４】第３の実施の形態における押し込み量と荷重との関係を示す図である。
【図５】第３の実施の形態におけるプレス矯正装置の構成図である。
【図６】第４の実施の形態における歪矯正装置の機能ブロック図である。
【図７】第４の実施の形態における矯正位置推論部の動作フローを示す図である。
【図８】矯正位置推論部で使用する前件部のメンバーシップ関数を示す図である。
【図９】矯正位置推論部で使用する推論条件を示す図である。
【図１０】矯正位置推論部で使用する後件部のメンバーシップ関数を示す図である。
【図１１】目標曲線と仮想目標曲線とを示す図である。
【図１２】第４の実施の形態のライン構成を示す図である。
【図１３】図１２に示すライン構成でのタイムチャートを示す図である。
【図１４】従来の歪矯正装置のライン構成を示す図である。
【図１５】従来の歪矯正装置のタイムチャートを示す図である。
【図１６】矯正量を求めるための動作工程を示す図である。
【図１７】押し込み量と矯正量と弾性変形量との関係を示す図である。
【図１８】矯正点の矯正量の測定方法を示す図である。
【符号の説明】
２０…制御盤
２１…搬送装置
２２…形状測定装置
２３…プレス矯正装置
２４…制御装置
２５…演算部
２６…荷重計
３１…矯正位置推論部
３２…矯正量推論部
３３…ストローク量決定部
３４…実矯正量一括演算部
３５…学習演算部
Claims (3)
- 矯正後のワークの各矯正点における矯正量を求める矯正量検出方法において、
形状測定装置で取得したワークの形状データを演算装置に入力し、ワーク全体に亘っての矯正後の形状測定結果を求めるとともに、該形状測定結果から、
各矯正点における目標直線からの距離を、矯正点における曲率半径の影響を受けない位置でのずれから算出し、
この算出した距離を矯正前のワーク形状の測定結果の各矯正点に反映した仮想目標直線を設定し、
この仮想目標直線と前記目標直線との関係から、矯正後の各矯正点における実際の矯正量を矯正点における曲率半径の影響を受けずに一括して算出し、ワーク矯正装置への出力値とする
ことを特徴とする矯正量検出方法。 - 矯正後のワークの各矯正点における矯正量を求める矯正量検出方法において、
形状測定装置で取得したワークの形状データを演算装置に入力し、ワークの目標直線と矯正後のワーク形状とから矯正スパン以外の部分での矯正後のワーク形状の目標直線からのずれを求めるともに、
この求めたずれに基づいて前記目標曲線を矯正前のワーク形状に反映させた仮想目標直線を設定し、
この仮想目標直線と矯正前のワーク形状との関係から矯正後の各矯正点における実際の矯正量を算出し、ワーク矯正装置への出力値とする
ことを特徴とする矯正量検出方法。 - 矯正前のワークから採取した形状データに基づいて当該ワークの歪を許容範囲内に矯正するための矯正点を求め、矯正後の形状シミュレーションを行って各矯正点における矯正量を求め、この求めた矯正量をプレス押し込み量とワークの塑性変形量との関係からプレス制御装置の押し込み量に変換し、この押し込み量と前記矯正点とに基づいてプレス矯正装置を制御することによりワークの歪を矯正する歪矯正装置において、
ワークの目標直線と矯正後のワークから採取したワーク形状データとから矯正後のワーク形状の目標直線からのずれを形状変化を起こしていない部分で求める手段と、
この手段で求めたずれに基づいて前記目標曲線を矯正前のワーク形状に反映させた仮想目標直線を設定する手段と、
この手段で設定した仮想目標直線と矯正前のワーク形状とに基づいて矯正後の各矯正点における実際の矯正量を一括して算出する手段と、
この手段で算出された各矯正点の実際の矯正量と前記形状シミュレーションにより求めた対応する各矯正点の矯正量との偏差に基づいてプレス押し込み量とワークの塑性変形量との関係を修正する手段と
を具備したことを特徴とする歪矯正装置。
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| JP05796896A JP3581480B2 (ja) | 1996-03-14 | 1996-03-14 | 矯正量検出方法及び歪矯正装置 |
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-
1996
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