JP5174678B2 - 車体薄板片用成形工具を最終加工する装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は請求項１および１５に記載した車体薄板片用成形工具を最終加工する装置および方法に関する。

車体薄板片用深絞り工具を製作する際、深絞り工程の間に生じる車体薄板片の過大な局部的表面プレス荷重を避けるため、一般に工具表面の最終加工または再加工が最後に行われる。この過大な表面プレス荷重は車体薄板片にクラックを発生させることにもなる。

このことから、たとえば工具表面の最後に行う最終加工のため、いわゆるマーキング工程において工具表面の被再加工表面領域を確認し、続いてこの領域は切削または研磨などによって切り取る。

特許文献１でこの種の装置および方法がほぼ知られており、この場合、工具表面の被再加工表面領域を確認する第１の加工ステップにおいて、最初に薄板片にマーキング塗料を塗布する。次に薄板片をマーキングプレスに挿入し、工具の２つの部分の間でプレスあるいは深絞りを行う。マーキングされた薄板片によるそれぞれの工具表面の塗料跡に基づいて、表面プレス荷重の過大な表面領域が確認できる。すなわち、塗料跡で色の強さの高い表面領域には過大な表面プレス荷重が及ぼされていることになるので、第２の加工ステップにおいて対応する表面加工によって再加工する必要がある。

マーキングプレスを効率的に使用するため、工具表面の確認された表面領域の最終加工はマーキングプレスの外部で行われる。このためマーキングプレスの占有は本来のマーキング工程に限定されて時間の節約になる。しかし、工具表面はマーキング工程のあと、研削または研磨による手動の最終加工で再度加工される。この表面処理は一方では時間がかかる。また一方では確認された表面領域の加工はそれぞれの加工作業者の主観的判断で行われ、特に過大な切り取りとなる。

これに対して、特許文献２で知られる工具製作方法においては、完成部品の所望の形状を前提としたコンピュータ支援の下、マーキング工程なしに、幾何学的計算によって工具の構造を決定し工具を製作することができる。このようにして製作された工具は前述のマーキング方法で検査され、必要に応じて再加工される。
ＤＥ４３１１１５４Ｃ２ ＤＥ１９９１５７５８Ａ１

本発明の課題は車体薄板片用成形工具の最終加工が効率よく実施できる装置または方法を提供することにある。

本発明による装置は、工具表面の塗料跡を電子的に検出し、塗料跡の色の強さに応じて被再加工表面領域の位置および／または寸法を決定し、これに応じて被再加工表面領域を再加工する加工装置を備えている。それによって、手動作業では今まで時間と費用を費やした最終加工が発明により自動化された加工プロセスで行われる。

請求項２によると、加工装置は分析ユニットを備え、塗料跡の付いた工具表面を特に光学的に検出し、それから工具表面の対応する画像データを作成する。
確認された被再加工表面領域の再加工は、たとえばレーザーによる切取りによって、腐食、バンド研磨、または柔軟な研磨ディスクを使用した研磨によって実施することができる。

請求項２によると、加工装置は分析ユニットを備え、塗料跡の付いた工具表面を特に光学的に検出し、そこから工具表面の対応する画像データを作成する。分析ユニットで作成した工具表面の画像データを使用して、これを電子的な手段で評価し、および／または加工を続けることができる。

この場合、請求項３により、確認した被再加工表面領域の境界を決めるため、分析ユニットにより被再加工表面領域の周縁を決定すると有利になる。その際、特に周縁の決定は色の特性によって行うことができ、異なる色の強さに基づいて再加工すべき表面の周縁が決定される。

請求項４によると、加工装置または分析ユニットは画像検出のため適切な装置、たとえばデジタルカメラを備え、工具表面の少なくとも見える面を撮影し、それから作成した画像データを使用して工具表面の３次元モデルを作成する。特に、デジタルカメラは異なる視点から多数の工具表面を撮影するので、これに応じて工具表面の３次元モデルを正確に作成することができる。

請求項５によると、加工装置により、塗料跡の色の強さに応じて被再加工表面領域の必要な材料切取りを決定することができる。この決定された必要な材料切取りに基づいて次の再加工工程では時間を節約する方法で工具表面を正確な形状で再加工することができる。

請求項６により工具を工具上型と工具下型から構成し、対応する深絞りプレスに組み立てると、加工装置により、それぞれ塗料跡の付いた２つの対向する工具表面を有利に検出できる。この方法でプレス工程において、対向する工具表面で同時に過大な表面プレス荷重を受けた表面領域が確認される。その際、請求項７により、分析ユニットで、第１の工具表面の塗料跡の画像データと第２の工具表面の塗料跡の画像データとを重ね合わせることができる。それから形成した交差部に基づいて分析ユニットで被再加工表面領域が決定できる。すなわち、色の強さが高く互いに重なるそれぞれの工具表面の表面領域は交差領域を形成し、これを再加工すべき領域として分析ユニットで決定する。薄板片は両側で過大な表面プレス荷重を受けて、薄板片の強度が特に低下するので、このような交差領域は次の再加工に特に重要となる。

請求項８によると、加工装置は制御ユニットを備え、制御ユニットは、たとえば分析ユニットで検出した被再加工表面領域の位置および寸法に基づいて操作ユニット用の動作プログラムを作成する。この動作プログラムに基づいて、操作ユニットでそれぞれの工具表面を再加工することができる。したがって、分析ユニット、制御ユニットおよび操作ユニットによって制御装置範囲が用意され、検出、評価および再加工が自動的に行われる。

請求項９によると、評価ステップの際には、制御ユニットにより、実際状態として分析ユニットで検出した工具表面の塗料跡と記憶された基準状態とを比較し、この比較に基づいて表面領域を確認し、対応する制御信号を操作ユニットに送ることができる。

請求項１０によると、加工装置またはその制御ユニットにおいて、分析ユニットで検出された塗料跡の色の分布がほぼ均一となる場合（すなわち、表面プレス荷重が工具表面上でほぼ一定に分布する場合）は、制御ユニットにより次の再加工の必要はなく最終加工工程の終了を決定することができる。これに替わって、実際状態として検出された工具表面の塗料跡と記憶された基準状態とがほぼ一致することが制御ユニットで確認されたときも、最終加工工程は終了される。

請求項１１によると、加工装置により、工具表面の再加工を行った後、マーキングされた薄板片による工具表面のさらなる塗料跡を再度検出し、必要な場合は対応する表面加工を実施することができる。この方法では、塗料跡の色の強さが均一となるなどの結果が得られるまで、再加工工程を繰り返し実施することができる。

請求項１２によると、操作ユニットは産業ロボットとし、特に工具の１つに関連した深絞りプレスに直接配置することができる。これにより、深絞り工具をプレスから取り外すことなく、プレス内で直接最終加工に使用することができる。

請求項１３によると、画像検出装置、たとえばデジタルカメラおよび／または画像検出の間に工具表面を照明する照明装置を産業ロボットに携帯させると、場所的にも画像データを正確に検出するためにも有利となる。

請求項１４によると、薄板片にマーキング塗料を自動塗布する塗布ユニットを追加することで、分析ユニット、制御ユニットおよび操作ユニットから構成される制御装置範囲は拡大される。

請求項１５によると、特に最終加工装置により成形工具を最終加工する適切な方法を実施することができる。この方法によると、最初に工具表面の塗料跡を検出し、続いて塗料跡の色の強さに応じて被再加工表面領域の位置および／または寸法を決定し、これに応じて再加工することができる。

以下、図面に基づいて発明の実施形態について述べる。
図１には、車体薄板片およびそれに関連する深絞りプレス３用の成形工具を最終加工する装置１を示す。深絞りプレス３は工具上型５と工具下型７とから構成された深絞り工具を備えている。工具型５，７のそれぞれの工具表面９，１１は自由空間１３を介し互いに間隔を保っている。プレスを行うためには、薄板片をプレス３の自由空間１３に挿入し、工具上型５を工具下型７に対し所定のプレス力で押し付ける。

図１に示すように、プレス３に最終加工装置１が直接配置されている。この装置は特に産業ロボット１５を備え、このロボットは基部１７を介し横桁１９に吊り下げられた状態で組み立てられている。一方、横桁１９の端部側は柱２１によって地面から支持されている。産業ロボット１５の基部１７は駆動ユニットを備え、これによって基部１７は横桁１９のリニアーガイド２３に沿って矢印の方向に往復移動が可能となっている。さらにロボット基部１７にはロボットアーム２５が旋回可能に連結され、このロボットアーム２５は互いにジョイントで連結された３つのアーム部分を備えている。ロボットアーム２５の自由端にはそれぞれの工具表面９，１１を再加工できる研磨ユニット２７が備わっている。さらにロボットアーム２５の自由端には破線で表した画像検出ユニット２９、たとえば適切な照明装置付のデジタルカメラが追加されている。研磨ユニット２７および画像検出ユニット２９は、ロボットアーム１５自由端への取り付け状態に応じて、実施される加工ステップに応じて、両方またはどちらか一方が取り付けられる。

図１に示すように、画像検出ユニット２９は加工装置３１の一部であり、これに信号線３３を介して接続されている。加工装置３１は画像検出ユニット２９が割り当てられた分析ユニット３５から構成されている。分析ユニット３５によって画像検出ユニット２９の信号が検出され、画像検出ユニット２９で撮影したそれぞれの工具表面９，１１の対応する画像データが作成される。このようにして作成された工具表面９，１１の画像データは続いて加工装置３１の制御ユニット３７に導かれ、この画像データに基づいて制御ユニット３７により制御信号が操作ユニットである産業ロボット１５に導かれる。この制御信号に応じて産業ロボット１５の研磨ユニット２７でそれぞれの工具表面９，１１が加工される。

図２に工具型５，７の工具表面９，１１を再加工する方法をフローチャートで示す。最初に加工ステップ３９において図１には図示しない薄板片にマーキング塗料を塗布する。薄板片のマーキング塗料の塗布は手動で行うか、または塗布ユニットを使用して自動で行うことができる。続いて加工ステップ４１において、マーキング塗料を塗布した薄板片をプレス３の工具上型５と工具下型７との間に挿入し、プレス工程を開始する。この工程の終了後、図３に示すように、マーキング塗料を塗布した薄板片による塗料跡がそれぞれの工具表面９，１１で認識できる。

図３に、波状に形成された工具上型５の工具表面９と、これに対応する工具下型７の工具表面１１とを重ね合わせたものを示す。２つの工具表面９，１１には深絞り工程によってそれぞれ塗料跡が現れるが、色の強さの高い表面領域４３を図３に示す。図３では工具表面１１の表面領域４３は破線で示す。

図３に従って加工ステップ４２において、画像検出ユニット２９で取得した画像に基づいて工具表面９，１１の３次元モデルが分析ユニット３５で作成され、それぞれの工具表面９，１１の色の強さの高い表面領域４３が重ね合わせられる。その際、色の強さの高いそれぞれの表面領域４３を正確に表すために、分析ユニット３５によりいずれの表面領域４３にも周縁曲線４４で境界をつくる。色の強さの高い表面領域４３の箇所には前述した表面プレス荷重の過大な深絞り工程が生じたことになる。

分析ユニット３５により、重なった表面領域４３に基づいて、被再加工表面領域として図３に斜線で示す交差領域４５が確認される。交差領域４５は薄板片が両面で過大な表面プレス荷重を受けて特に厚さが薄くなる箇所を示す。

次の加工ステップ４７において、制御ユニット３７により分析ユニット３５の画像データを評価する。制御ユニット３７で評価するに際しては、工具表面９，１１の検出した塗料跡の実際状態と記憶された基準状態とを比較し、この比較に基づいていずれの表面領域を再加工するべきかを決定することができる。加工ステップ４７において、それぞれの工具表面９，１１の塗料跡の色の分布がほぼ均一であると制御ユニット３７で確認される場合には、制御ユニット３７により加工ステップ４９の最終加工工程を終了する。それに対して、制御ユニット３７により図３の交差領域４５が決定される場合には、加工ステップ５１において、検出した画像データに基づいて制御ユニット３７により産業ロボット１５の動作プログラムが作成される。引き続いて、制御ユニット３７によってロボット１５の基部１７に対応する制御信号が送られ、加工ステップ５３において両工具表面９，１１の交差領域４５の再加工が行われる。

加工ステップ５３による再加工工程に引き続いて、加工ステップ４７において塗料跡に基づいて検出した実際状態が記憶された基準状態にほぼ一致することが制御ユニット３７により確認されるまで、図２に基づいて記載した加工ステップ３９から加工ステップ５３までが再度繰り返し実行される。ほぼ一致することが確認された時点で加工ステップ４９による再加工工程は終了する。

車体薄板片用成形工具を最終加工する装置の概略を示す。 成形工具を最終加工する方法のフローチャートを示す。 工具上型および工具下型を互いに重ね合せて対応させた工具表面を示す。

Claims (15)

1. 車体薄板片用成形工具（５，７）を最終加工する装置であって、第１の加工ステップにおいて、工具表面（９，１１）の被再加工表面領域（４５）を確認するため、マーキング塗料を塗布した絞り加工用薄板片を工具（５，７）を使用したプレス工程で成形し、薄板片による工具表面（９，１１）の塗料跡に基づいて被再加工表面領域（４５）を検知し、続いて第２の加工ステップにおいて、被再加工表面領域（４５）を対応する表面処理によって再加工を行うことができる装置において、
   工具表面（９，１１）の塗料跡を電子的に検出し、塗料跡の色の強さに応じて被再加工表面領域（４５）の位置および／または寸法を決定し、これに応じて被再加工表面領域（４５）を再加工する加工装置（３１）を備えることを特徴とする装置。
2. 加工装置（３１）は分析ユニット（３５）を備え、塗料跡の付いた工具表面（９，１１）を光学的に検出し、工具表面の対応する画像データを作成することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 被再加工表面領域（４５）の境界を決めるため、分析ユニット（３５）により塗料跡の色の強さに応じて被再加工表面領域（４５）の周縁を決定することを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 加工装置（３１）の分析ユニット（３５）は画像検出装置（２９）を備え、加工表面（９，１１）を少なくとも見える面で撮影し、そこから作成した画像データを使用して工具表面の３次元モデルを作成することを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
5. 加工装置（３１）により、塗料跡の色の強さに応じて被再加工表面領域（４５）の必要な材料切取りを決定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
6. 加工装置（３１）により、工具上型（５）と工具下型（７）を備えた工具の場合、それぞれ塗料跡の付いた対向する第１および第２の工具表面（９，１１）を検出することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
7. 加工装置（３１）は、塗料跡の付いた工具表面（９，１１）を光学的に検出し工具表面の対応する画像データを作成する分析ユニット（３５）を備え、
   分析ユニット（３５）により、第１の工具表面（９）の塗料跡の画像データと第２の工具表面（１１）の塗料跡の画像データとを重ね合わせ、それから形成した交差領域を被再加工表面領域（４５）として決定することを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 加工装置（３１）は制御ユニット（３７）を備え、検出された被再加工表面領域（４５）の位置および寸法に基づいて、それぞれの工具表面（９，１１）の最終加工のため関連する操作ユニット（１５）用の動作プログラムを作成することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
9. 加工装置（３１）の制御ユニット（３７）により、実際状態として検出した工具表面（９，１１）の塗料跡と記憶された基準状態とを比較し、この比較に基づいて被再加工表面領域（４５）を確認して加工することを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 工具表面（９，１１）の塗料跡の色の分布または色の強さがほぼ均一となる場合、または実際状態と記憶された基準状態とがほぼ一致する場合は加工装置（３１）により最終加工工程を終了させることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の装置。
11. 加工装置（３１）により、工具表面（９，１１）の再加工を行った後、マーキングされた薄板片による工具表面（９，１１）のさらなる塗料跡を再度検出し、必要な場合は対応する表面加工を実施することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 操作ユニット（１５）は産業ロボットとし、工具の１つに関連したプレス（３）に配置されることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 画像検出装置（２９）、たとえばデジタルカメラおよび／または画像検出の間に工具表面（９，１１）を照明する照明装置は産業ロボット（１５）に取り付けられ、これに携帯されることを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 加工装置は薄板片にマーキング塗料を自動塗布する塗布ユニットを備えることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 車体薄板片用成形工具（５，７）を最終加工する方法であって、第１の加工ステップにおいて、工具表面（９，１１）の被再加工表面領域（４５）を確認するため、マーキング塗料を塗布した薄板片を工具（５，７）を使用した工程でプレスし、薄板片による工具表面（９，１１）の塗料跡に基づいて被再加工表面領域（４５）を検知し、第２の加工ステップにおいて、被再加工表面領域（４５）を対応する表面処理によって再加工を行うことができる加工装置を用いて車体薄板片用成形工具（５，７）を最終加工する方法において、
    工具表面（９，１１）の塗料跡を電子的に検出し、塗料跡の色の強さによって被再加工表面領域（４５）の位置および／または寸法を決定し、これに応じて再加工する加工装置（３１）によって自動的に再加工を行うことを特徴とする方法。

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