JP4765464B2 - パンチプレスの工具位置検知装置 - Google Patents

Description

この発明は、パンチプレスにおけるパンチとダイの軸芯に直交する方向の相対位置を検知する工具位置検知装置に関する。

パンチプレスで薄板の板金を打ち抜き加工する場合、微小クリアランスでの安定した加工が要求される。ところが、例えば図５のように、薄板板金Ｗ１における加工済み開口ａの周縁の一部に鎖線で示すようにパンチＰを打ち込んで切欠を形成する場合、パンチＰには板金Ｗ１が当たる部分と当たらない部分とができるので、パンチ加工時にパンチＰに偏荷重が生じ、パンチとダイとの間で軸芯ずれが生じる。そのため、このような場合には、金型の芯ずれを的確に把握し、得られた情報に基づき金型芯調整を行ってから加工を行うことが望まれる。
しかし、これまで、上記した金型の芯ずれのような実加工時の金型挙動を把握する計測システムは開発されておらず、従来は接触式変位計を用いた治具により、静的な金型芯調整作業を行ってきた。

従来の接触式変位計を用いた治具で金型の芯ずれを把握する場合、専用のパンチホルダを１回転して金型芯を割り出さなければならず、作業が煩雑で多くの時間を要するという問題がある。

この発明の目的は、金型の芯ずれを動的にも簡単に検知できるパンチプレスの工具位置検知装置を提供することである。
この発明の他の目的は、レーザ発生源をダイに設ける必要がなく、簡素な構成で芯ずれを検知可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、より一層の簡素化を図ることである。

この発明にかかるパンチプレスの工具位置検知装置は、パンチとダイの共働により板材に孔をあけるパンチプレスにおける前記パンチとダイの軸芯に直交する方向の相対位置を検知する工具位置検知装置であって、パンチにこのパンチの略軸芯にダイ側に向けて設けた球面反射器と、この球面反射器に向けてレーザ光を照射するレーザ照射装置と、前記ダイの下側に設けられ前記球面反射器による前記レーザ光の反射光を受けて反射光の位置を検知する受光位置検知手段と、この受光位置検知手段で検出された反射光の位置と所定の関係とから前記パンチとダイの前記相対位置を判定する相対位置判定手段とを備える。前記パンチは工具支持体の工具孔に昇降自在に設置されたパンチホルダに設けられる。

この工具位置検知装置によると、パンチが軸芯に対して例えばＸ軸方向のプラス側に所定量だけ変位すると、パンチに搭載された球面反射器も同量だけ変位するので、レーザ照射装置から照射されるレーザ光は、球面反射器の球面の所定位置から変位した位置に入射する。その球面で反射されたレーザ光は、前記軸芯から外れて受光位置検知手段の所定位置からＸ軸方向のマイナス側に偏って入射し、受光位置検知手段はそのレーザ光の入射位置を検知する。この検出位置と所定の関係とにより、相対位置判定手段がパンチとダイの相対位置を判定する。

この工具位置検知動作において、パンチが板材を打ち抜く前から、レーザ光は板材の、例えば、加工済み開口部を通過して受光位置検知手段に入射できるので、パンチが板材Ｗを打ち抜く前後にわたってパンチとダイの相対位置を動的に把握することができる。

この発明において、前記レーザ照射装置は、ダイの軸芯に向かってこの軸芯と直交する方向にレーザ光を照射するレーザ発生源と、このレーザ発生源から発生されたレーザ光をパンチ側に反射させるハーフミラーとよりなる。このハーフミラーは前記ダイの下方に設けられ、このハーフミラーのさらに下側に前記受光位置検知手段が設けられる。前記ハーフミラーは、前記レーザ発生源から照射されたレーザ光を、無負荷時のパンチの軸芯上を通るように反射させる傾き角度に設定されるのが良い。
ハーフミラーを設けた場合、パンチが軸芯に対して例えばＸ軸方向のプラス側に所定量だけ変位すると、パンチに搭載された球面反射器も同量だけ変位するので、ハーフミラーで反射されたレーザ光は球面反射器の球面の所定位置から変位した位置に入射する。さらにその球面で反射されたレーザ光は、前記軸芯から外れハーフミラーを透過して受光位置検知手段の所定位置からＸ軸方向のマイナス側に偏って入射する。受光位置検知手段はそのレーザ光の入射位置を検知する。この検出位置と所定の関係とにより、相対位置判定手段がパンチとダイの相対位置を判定する。

この発明にかかるパンチプレスの工具位置検知装置は、パンチとダイの共働により板材に孔をあけるパンチプレスにおける前記パンチとダイの軸芯に直交する方向の相対位置を検知する工具位置検知装置であって、パンチにこのパンチの略軸芯にダイ側に向けて設けた球面反射器と、この球面反射器に向けてレーザ光を照射するレーザ照射装置と、前記ダイの下側に設けられ前記球面反射器による前記レーザ光の反射光を受けて反射光の位置を検知する受光位置検知手段と、この受光位置検知手段で検出された反射光の位置と所定の関係とから前記パンチとダイの前記相対位置を判定する相対位置判定手段とを備えるため、金型の芯ずれを動的にも簡単に検知できる。
前記レーザ照射装置は、ダイの軸芯に向かってこの軸芯と直交する方向にレーザ光を照射するレーザ発生源と、このレーザ発生源から発生されたレーザ光をパンチ側に反射させるハーフミラーとよりなり、このハーフミラーは前記ダイの下方に設けられ、このハーフミラーのさらに下側に前記受光位置検知手段が設けられているため、レーザ発生源をダイに設ける必要がないので、構成を簡略化できる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１は、この実施形態の工具位置検知装置を備えたパンチプレスの要部を示す概略図である。このパンチプレスは、パンチ１１とダイ１２の共働により板材Ｗに孔をあけるものである。パンチ１１は、工具支持体１３の工具孔１４に昇降自在に設置されたパンチホルダ１５の下部に設けられている。パンチホルダ１５は、その上端のＴ形連結部１５ａを介して図示しないラムに連結される。このラムを図示しないパンチ駆動手段で昇降させることにより、パンチ１１の昇降が行われる。また、パンチホルダ１５の下部には、板材Ｗのパンチ加工孔の周辺に接してその周辺部を押し下げるストリッパ１６が設けられている。パンチ１１が前記パンチ駆動手段の駆動で押しさげられることにより、パンチ１１の下部に配置されたダイ１２のパンチ嵌入孔１７にパンチ１１が進入し、板材Ｗのパンチ加工が行われる。

工具位置検知装置１は、前記パンチ１１とダイ１２の軸芯に直交する方向の相対位置を検知する装置である。この工具位置検知装置１の光学系を図２に示す。この工具位置検知装置１は、パンチ１１の略軸芯にダイ１２側に向けて設けた球面反射器２と、この球面反射器２に向けてレーザ光を照射するレーザ照射装置３と、球面反射器２からのレーザ光の反射光を受けて反射光の位置を検知する受光位置検知手段４と、この受光位置検知手段４で検出された反射光の位置と所定の関係とからパンチ１１とダイ１２の前記相対位置を判定する相対位置判定手段５とからなる。

球面反射器２は、反射面として球面の一部を有するものであるが、その最も下方に位置する頂点がパンチ１１の軸芯に位置するように設けられ、かつ球面の中心がパンチ１１の軸芯からずれるように、パンチ１１に取付けられている。

レーザ照射装置３は、ダイ１２の軸芯に向かってこの軸芯と直交する方向にレーザ光を照射するレーザ発生源６と、このレーザ発生源６から発生されたレーザ光をパンチ１１側に反射させるハーフミラー７とでなる。ハーフミラー７は、ダイ１２の下側に設けられ、そのさらに下側に受光位置検知手段４が設けられる。ハーフミラー７は、レーザ発生源６から照射されたレーザ光を、無負荷時（芯ずれのないとき）のパンチ１１の軸芯上を通るように反射させる傾き角度に設定される。
受光位置検知手段４は、例えば２次元ＰＳＤ（Position Sensitive Light Detector ）からなる。

相対位置判定手段５は、パンチプレスの制御装置等として用いられるコンピュータの一部で構成される。相対位置判定手段５には、受光位置検知手段４で検出された反射光の位置と所定の関係として、例えば、球面反射器２の球面の曲率半径ρと、球面反射器２の球面から受光位置検知手段４までの距離Ｚ等の寸法関係や、適宜の補正値または補正係数等が設定されている。

なお、図１では、パンチ１１とダイ１２の軸芯方向をＺ軸方向、この軸芯と直交する方向であってレーザ発生源６から発生するレーザ光の直進方向をＸ軸方向として示し、Ｚ軸方向とＸ軸方向とに直交する方向（紙面に垂直な方向）をＹ軸方向として示している。

つぎに、上記構成の工具位置検知装置１の動作を説明する。図１のパンチプレスにおいて、パンチ１１とダイ１２の軸芯に対してパンチ１１が変位していないとき、レーザ発生源６から発生されたレーザ光は、ハーフミラー７で反射され前記軸芯を通って球面反射器２の球面中央に入射し、さらにその球面で反射され前記軸芯を通りハーフミラー７を透過して受光位置検知手段４の中心（前記軸芯と交差する位置）に入射する。

これに対して、図１のようにパンチ１１が板材Ｗを打ち抜くとき、パンチ１１が軸芯に対して例えばＸ軸方向に＋ΔＸだけ変位すると、パンチ１１に搭載された球面反射器２も同量だけ変位するので、ハーフミラー７で反射されたレーザ光は球面反射器２の球面中央から変位した位置に入射し、さらにその球面で反射されたレーザ光は前記軸芯から外れハーフミラー７を透過して受光位置検知手段４の中心からＸ軸方向のマイナス側に偏って入射する。

この実施形態では、球面反射器２の球面の曲率半径ρが９０mmとされ、図１のようにパンチ１１が板材Ｗを打ち抜くときの球面反射器２の球面から受光位置検知手段４までの距離Ｚが、前記曲率半径ρの１／２の４５mmとなるようにされているので、レーザ光は図２のように受光位置検知手段４の中心から−ΔＸだけ偏った位置に入射し、受光位置検知手段４はそのレーザ光の入射位置を検知する。この検出位置と所定の関係とにより、相対位置判定手段５はパンチ１１とダイ１２の相対位置を判定する。

相対位置判定手段５は、例えばパンチプレスの制御装置として用いられるコンピュータの一部として構成されるので、パンチ１１とダイ１２の相対位置を視覚的、定量的に短時間の処理で把握できる。なお、パンチ１１とダイ１２の相対位置は、板材Ｗを打ち抜くときだけでなく、パンチ１１およびダイ１２をセットした時点でも容易に把握できる。
上記の説明では、パンチ１１とダイ１２の芯ずれのみにつき説明したが、パンチ１１は芯ずれと同時に傾きを生じることがあり、この傾きによっても受光位置検知手段４に入射するレーザ光の位置が変わる。相対位置判定手段５は、このような傾きに対する補正演算式等も、前記所定の関係として設定されていて、芯ずれが精度良く検出可能とされる。

上記工具位置検知動作において、パンチ１１が板材Ｗを打ち抜く前から、レーザ光は板材Ｗの、例えば、加工済み開口部を通過して受光位置検知手段４に入射できるので、パンチ１１が板材Ｗを打ち抜く前後にわたってパンチ１１とダイ１２の相対位置を動的に簡単に把握することができる。これにより、その検知結果を、加工品質（バリ、ダレ、せん断面／破断面比率）の改善に役立てることができる。

また、この実施形態では、前記レーザ照射装置３を、ダイ１２の軸芯に向かってこの軸芯と直交する方向にレーザ光を照射するレーザ発生源６と、このレーザ発生源６から発生されたレーザ光をパンチ１１側に反射させるハーフミラー７とで構成しているので、受光位置検知手段４への光軸上にレーザ発生源６を配置せずにレーザ光を受光位置検知手段４に入射できる。

図３は、前記パンチプレスで板材Ｗを追抜加工したときのパンチ１１とダイ１２の相対位置を、前記工具位置検知装置１により動的に検知した試験結果を示すグラフである。ここでは、図３（Ａ）のように１回目のパンチ加工位置に対して、２回目のパンチ加工位置はＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ１mmずつずらした位置、つまり４５度斜め方向にずらした位置としている。図３（Ｂ）は、この場合のＸ軸方向への軸芯ずれを、１回目のグラフ（Ｘ１）と２回目のグラフ（Ｘ２）を重ね合わせて示している。また、図３（Ｃ）は、Ｙ軸方向への軸芯ずれを、１回目のグラフ（Ｙ１）と２回目のグラフ（Ｙ２）を重ね合わせて示している。
同図から、１回目のパンチ加工に対して、２回目のパンチ加工では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に芯ずれを生じていることがわかり、またその各軸Ｘ，Ｙ方向の芯ずれ量が求められる。この芯ずれは、２回目の加工では偏荷重となるために生じたものである。

図４は参考提案例を示す。この提案例は、図１の工具位置検知装置１において、球面反射器２およびハーフミラー７を省略して、ダイ１２側に向けてレーザ光を照射するレーザ照射装置３Ａをパンチ１１の略軸芯に埋め込んで設けたもである。ダイ１２の下側に受光位置検知手段４を設けることは図１の実施形態の場合と同じであり、レーザ照射装置３Ａから照射されるレーザ光が前記受光位置検知手段４に直接入射される。その他の構成は図１の実施形態の場合と同じである。

この構成の場合、パンチ１１が軸芯に対して所定量だけ変位すると、パンチ１１に搭載されたレーザ照射装置３Ａも同量だけ変位するので、レーザ照射装置３Ａから照射されるレーザ光の受光位置検知手段４への入射位置が前記パンチ１１の変位量に比例して変位し、受光位置検知手段４はそのレーザ光の入射位置を検知する。この検出位置と所定の関係とにより、相対位置判定手段５はパンチ１１とダイ１２の相対位置を判定する。これにより、パンチ１１とダイ１２の相対位置を動的に把握することができる。
また、この実施形態では、パンチ１１の略軸芯にレーザ照射装置３Ａを設けているので、構成部品を簡略化でき、コスト低減が可能となる。

この発明の第１の実施形態にかかる工具位置検知装置を備えたパンチプレスの要部概略図である。 同工具位置検知装置の光学系を示す図である。 同工具位置検知装置を用いて、追抜加工時の軸芯ずれを動的に検出した結果を示すグラフである。 参考提案例にかかる工具位置検知装置を備えたパンチプレスの要部概略図である。 パンチプレスによる板材加工時にパンチにかかる偏荷重の説明図である。

符号の説明

１…工具位置検知装置
２…球面反射器 ３，３Ａ…レーザ照射装置
４…受光位置検知手段
５…相対位置判定手段
６…レーザ発生源
７…ハーフミラー

Claims (2)

1. パンチとダイの共働により板材に孔をあけるパンチプレスにおける前記パンチとダイの軸芯に直交する方向の相対位置を検知する工具位置検知装置であって、
   パンチにこのパンチの略軸芯にダイ側に向けて設けた球面反射器と、この球面反射器に
   向けてレーザ光を照射するレーザ照射装置と、前記ダイの下側に設けられ前記球面反射器による前記レーザ光の反射光を受けて反射光の位置を検知する受光位置検知手段と、この受光位置検知手段で検出された反射光の位置と所定の関係とから前記パンチとダイの前記相対位置を判定する相対位置判定手段とを備え、
   前記パンチは工具支持体の工具孔に昇降自在に設置されたパンチホルダに設けられ、前記レーザ照射装置は、ダイの軸芯に向かってこの軸芯と直交する方向にレーザ光を照射するレーザ発生源と、このレーザ発生源から発生されたレーザ光をパンチ側に反射させるハーフミラーとよりなり、このハーフミラーは前記ダイの下方に設けられ、このハーフミラーのさらに下側に前記受光位置検知手段が設けられたパンチプレスの工具位置検知装置。
   
2. 前記ハーフミラーは、前記レーザ発生源から照射されたレーザ光を、無負荷時のパンチの軸芯上を通るように反射させる傾き角度に設定された請求項１記載のパンチプレスの工具位置検知装置。

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