JP3999903B2 - 歪矯正装置における割れ判定システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークを押圧して歪を矯正する歪矯正装置に関するものであり、より詳細には、ワーク中の割れの有無を判定するために歪矯正装置で用いられる割れ判定システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、焼き入れ等により曲がったワークを真っ直ぐに矯正する歪矯正装置が用いられている。歪矯正装置は、パンチ等の押圧部材によってワークを（曲がりを延ばす方向に）押圧し、塑性変形させるよう構成されている。ここで、歪矯正によってワークの内部あるいは表面に割れが生じるケースがあることが知られている。割れの生じたワークは製品として出荷できないため、不良品として選り分ける必要がある。
【０００３】
近年、ワークの割れの発生の有無を判定するため、歪矯正装置のパンチ等にＡＥ（アコースティックエミッション）センサを取り付け、押圧中にワークに発生する弾性波を検出するＡＥ判定装置が開発されている。弾性波は固体内部の組織のずれや破壊により発生するものであり、ワークに割れが生じた場合には（通常の塑性変形時よりも）高周波数の弾性波が発生することが分かっている。従って、ＡＥ判定装置は、ＡＥセンサの出力信号（振動）のうち、振幅が所定の基準値以上のものをカウントし、一定時間内のカウント数が所定の閾値を越えていれば「割れが生じている」と判定するよう構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＡＥ判定装置では、弾性波だけでなく、パンチがワークに当接した際の振動（以下、初期外乱振動とする）をもカウントしてしまうため、検出精度の向上が難しいという問題点がある。この問題点を解決するため、パンチがワークに接触したのち所定時間経過してからＡＥセンサの出力信号のカウントを開始することも提案されている。
【０００５】
しかしながら、経過時間とワークの変形量との関係が常に一定とは限らない。例えば、パンチの先端が偏摩耗している場合、パンチの先端部のどこか一カ所がワークに接触してから、パンチが押圧面全体でワークを押圧し始めるまでにはタイムラグがある。このような場合、単にパンチがワークに接触してからの経過時間だけで制御していたのでは、ＡＥセンサの出力のカウントを開始した時点でまだワークに上記の初期外乱振動が残っている可能性がある。
【０００６】
本発明は、上述の如き事情に鑑み、歪矯正時のワークの割れの有無をより高精度で判定することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明による歪矯正装置における割れ判定システムは、ワークの変位を検出する変位センサと、押圧中にワークに発生する弾性波を検出するためのＡＥセンサと、ＡＥセンサの出力信号に所定の処理を施し、処理結果に基づいて前記ワーク内の割れの発生の有無を判定する判定手段とを備えると共に、（変位センサの検出値に基づき）ワークが塑性変形域に入ったことを検知してから前記処理を行うことを特徴とするものである。
【０００８】
ワークが弾性変形域にある時の振幅の比較的大きな振動は、パンチがワークに当たった際の振動（初期外乱振動）であることが分かっているが、請求項１の発明ではワークが塑性変形域に入ってからＡＥセンサの出力信号の処理（例えばカウント）を行っているので、初期外乱振動の影響を排除することができる。従って、より正確にワークの割れの有無を判定することが可能になる。尚、ワークが塑性変形域に入ったかどうかは、変位センサの出力から判断することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明を実施の形態に基づいて説明する。図１は、実施形態の割れ判定システムを備えた歪矯正装置の基本構成を示す図である。歪矯正装置１は、焼き入れ等により曲がってしまった長尺状のワークＷ（自動車用のカムシャフトなど）を真っ直ぐに矯正するためのものである。歪矯正装置１は、ワークＷの軸方向両端を挟んで支持する一対のセンターピン３，３と、ワークＷを載せる一対のアンビル８を有している。
【００１０】
ワークＷを押圧するパンチ１０は、ワークＷの軸方向にスライド可能なスライドハウジング１１に搭載された油圧シリンダ１２の可動部に取り付けられており、ワークＷに対して近接／離間する方向に駆動される。スライドハウジング１１はボールネジ１５によってワークＷの軸方向に直進移動し、ワークＷの軸方向における所定の位置に位置決めされる。
【００１１】
ワークＷの変位量を検出するため、ワークＷを挟んでパンチ１０と反対の側には変位センサ２が設けられている。変位センサ２はワークＷの外周面に接し、その変位量を検出するものである。尚、図１では変位センサ２を一つのみ示すが、ワークＷの軸方向に沿って複数個設置しても良い。
【００１２】
センターピン３，３は夫々図示しないモータにより回転駆動される。センターピン３，３の間でワークＷを挟んだ状態でセンターピン３，３を回転させると、ワークＷをその軸中心回りに回転させることができる。
【００１３】
歪矯正装置１は、ワークＷをセンターピン３，３で挟んだ状態で曲がりの計測を行い、その後センターピン３，３を後退させてワークＷをアンビル８上に載せてから、パンチ１０によるワークＷの押圧を行うよう構成されている。
【００１４】
即ち、まずワークＷをセンターピン３，３に取り付け、センターピン３，３をゆっくり回転させる。そして、変位センサの出力から、どの回転位置で変位（軸中心からのずれ）が最も大きいかをチェックする。そして、変位の最も大きい箇所がパンチ１０側に向くよう、センターピン３，３の回転位置を調節する。そして、センターピン３，３を後退させてワークＷをアンビル８上に載せ、油圧シリンダ１２を駆動してパンチ１０による押圧を行うよう構成されている。
【００１５】
ここで、パンチ１０の側面には、押圧中にワークＷに生ずる弾性波を検出するためのＡＥセンサ５が取り付けられている。ＡＥセンサ５は、いわゆる加速度ピックアップであり、その出力はアンプ（後述）で増幅され、後述の制御部６に入力される。
【００１６】
弾性波は固体内部の組織のずれや破壊により発生するものであが、ワークＷに割れが生じた場合にはより高周波数の弾性波が発生することが分かっている。例えば、図２に示すように、割れが発生していない通常の塑性変形時（ａ）に比べ、割れが発生した場合（ｂ）には高周波数の弾性波が増える。そこで、制御部６では、ＡＥセンサ５の出力信号（振動）のうち、振幅がある基準値を越えたものをカウントし、一定時間内のカウント数が所定値以上であれば「割れが生じている」と判定する。
【００１７】
但し、弾性波の他に、パンチ１０がワークＷに当接した時の振動（初期外乱振動）までカウントしてしまうと、判定精度が低下してしまう。
そこで、この実施形態では、ワークＷが「塑性変形域」に入ってからの振動だけをカウントすることによって、上記の外乱振動が入らないようにするよう構成されている。以下、これについて詳説する。
【００１８】
図３は、ワークＷの変形量（歪）と応力の関係の一例を示す図である。ワークＷの歪矯正は、図２に示すワークＷの降伏点Ａから破断点Ｂまでの間（例えば点Ｃ）で行われ、ワークＷに塑性変形を起こさせるものである。
【００１９】
降伏点Ａと変位量の関係を求めるため、ワークＷの歪矯正を行う前に、予めワークＷと同じ材質・形状のダミーワークの押圧を複数回行う。この際、ダミーワークの変位量（変位センサ２の出力）が除々に増加していくように、パンチ１０の押圧力も順次（回数毎に）増加させる。
【００２０】
変位量が小さいうちは、押圧を停止してパンチ１０をダミーワークから離すと、（ダミーワークはまだ弾性変形域なので）変位量は押圧前と同じ値に戻る。しかし、変位量が大きくなると、パンチ１０をダミーワークから離しても変位量が元に戻らなくなる。これはダミーワークが塑性変形域に達したことを意味する。歪矯正装置１のＣＰＵ（図１）は、この時の変位量変位センサ２の出力）をＸとして記憶する。
【００２１】
歪矯正時には、パンチ１０によるワークＷの押圧を開始してから変位センサ２の出力が上記のＸになるまではＡＥセンサ５からの出力信号のカウントは行わず、変位センサ２の出力が上記のＸになった時点でＡＥセンサ５からの出力信号のカウントを開始する。
【００２２】
弾性変形域での振幅の大きな振動は、パンチ１０がワークＷに当たった際の振動（初期外乱振動）であることが分かっている。この実施形態の割れ判定システムでは、ワークＷが塑性変形域に入ってからＡＥセンサ５の出力信号のカウントを開始しているので、弾性変形域での上記の初期外乱振動を排除することができる。
【００２３】
図４は、実施形態の割れ判定システムの制御系を示すブロック図である。
ＡＥセンサ５の出力信号はアンプ５２により増幅され、割れ検知システムの制御部６に入る。制御部６では、ハイパスフィルタ６１，ローパスフィルタ６２によって低周波数域と高周波数域がカットされ、周波数３５〜４００ＫＨｚの出力信号が比較器６４に送られる。尚、ハイパス／ローパスフィルタ６１，６２は、出力信号から歪矯正装置１のメカ的な外乱振動（モータの振動など）に起因するノイズを除去するためのものである。
【００２４】
比較器６４では入力信号と予め定められた基準値とを比較し、基準値を上回った信号がＨ（ハイ）レベルのパルス信号となってゲート６５に送られる。尚、比較器６４は、ワークＷの弾性変形の際にも発生する比較的振幅の小さい弾性波を除去するためのものである。一方、変位センサ２の出力信号は、歪矯正装置１に設けられたＣＰＵに取り込まれる。ＣＰＵは、変位センサ２からの出力信号が上記の変位量Ｘに相当する基準値以上になると、ゲート６５にスタート信号を送る。
【００２５】
ＣＰＵからのスタート信号を受けると、ゲート６５は（比較器６４からの）パルス信号をカウンタ６６に送る。つまり、カウンタ６６によるパルス信号のカウントは、ワークＷが塑性変形域に達してから開始される。カウンタ６６は、ゲート６５からのパルス信号を一定時間カウントし、カウント数を表す信号を比較器６７に送る。比較器６７は、カウンタから６６のカウント数と予め設定された閾値とを比較する。カウント数が閾値よりも大きければ割れが発生したものと判断し、図示しない表示部にＮＧ表示を行う。尚、判定結果を歪矯正装置１の制御部に送るなど、他の処理を行うよう構成しても良い。
【００２６】
このように、本実施形態の割れ判定システムによれば、ワークＷが塑性変形域に入ってからＡＥセンサ５の出力をカウントを行っているので、初期外乱振動をカウントしてしまうことが防止される。従って、より正確にワークの割れの有無を判定することが可能になる。
【００２７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の歪矯正装置における割れ判定システムによれば、ワークが塑性変形域に入ってからＡＥセンサの出力信号の処理を行っているので、外乱信号の影響を排除することができ、より正確にワークの割れの有無を判定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】割れ判定システムを備えた歪矯正装置の概略図である。
【図２】ＡＥセンサの出力の例を示す図である。
【図３】応力−歪曲線の一例を示す図である。
【図４】割れ判定システムの制御系を示す図である。
【符号の説明】
１ 歪矯正装置
２ 変位センサ
３ センターピン
５ ＡＥセンサ
６ 制御部
８ アンビル
１０ パンチ

Claims (7)

1. 押圧部材によりワークを押圧して歪を矯正する歪矯正装置において、
   前記押圧による前記ワークの変位を検出する変位センサと、
   前記押圧中に前記ワークに発生する弾性波を検出するためのＡＥセンサと、
   前記ＡＥセンサの出力信号のうち、振幅が所定の基準値よりも大きいものをカウントし、カウント数に基づいて前記ワーク内の割れの発生の有無を判定する判定手段と、
   前記変位センサによって検出された前記ワークの変位が所定変位量に達したか否かに基づいて前記ワークが塑性変形域に入ったことを検知する塑性変形域検知手段と、
   を備え、
   前記ワークが塑性変形域に入ったことを前記塑性変形域検知手段が検知した後に前記判定手段によるカウントを開始すること、を特徴とする歪矯正装置における割れ判定システム。
2. 前記ＡＥセンサは前記押圧部材に取り付けられていること、を特徴とする請求項１に記載の歪矯正装置における割れ判定システム。
3. 前記判定手段は、一定時間内の該カウント数が所定値以上である時に割れが発生していると判断すること、を特徴とする請求項１又は２に記載の歪矯正装置における割れ判定システム。
4. 前記判定手段は、前記ＡＥセンサの出力信号のうち所定の周波数範囲以外のものをカットするフィルタを有すること、を特徴とする請求項３に記載の歪矯正装置における割れ判定システム。
5. 押圧部材によりワークを押圧して歪を矯正する歪矯正装置において、
   第１の検出手段を用いて前記ワークに発生する振動を検出すると共に、
   第２の検出手段を用いて前記ワークの変位を検出し、
   前記第２の検出手段で検出した前記ワークの変位が所定変位量に達したか否かに基づいて前記ワークが塑性変形域に入ったことを検知した後に、第１の検出手段の出力信号の振幅が所定の基準値よりも大きいもののカウントを開始し、このカウント数に基づいて前記ワーク内の割れの発生の有無を判定すること、
   を特徴とする歪矯正装置における割れ判定方法。
6. ワークの歪矯正を行う前に、前記押圧部材により前記ワークと同材質・同形状のダミーワークを押圧し、前記ワークの降伏点と前記変位センサにより検出される変位との対応関係に基づいて該所定変位量を予め求めておくこと、を特徴とする請求項５に記載の歪矯正装置における割れ判定方法。
7. 前記第１の検出手段の出力信号は所定の周波数範囲以外のものがフィルタでカットされていること、を特徴とする請求項５又は６に記載の歪矯正装置における割れ判定方法。

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