JP5688253B2 - 金型修正方法 - Google Patents

Description

本発明は、金型でプレス成形した成形品を３次元測定して金型を修正する金型修正方法に関する。

従来より、特許文献１に示すように、金型の形状を３次元測定した金型測定データと、金型でプレス成形した成形品の形状を３次元測定した成形品測定データとを求める。そして、成形品ＣＡＤモデルの対応点と成形品測定データの対応点とに基づき成形品誤差量を算出すると共に、金型ＣＡＤモデルの補正基準点と金型測定データの対応点とに基づき金型誤差量を算出する。この成形品誤差量と金型誤差量とに基づき金型ＣＡＤモデルの補正量を算出して、金型を修正する方法が提案されている。

特開２００７−３１３８５２号公報

こうした従来の方法では、成形品誤差量が金型でプレス成形した成形品のスプリングバックにより発生し、金型誤差量が金型加工時の工具の撓みにより発生し、成形品誤差量と金型誤差量とに基づいて金型を修正すると、スプリングバックや工具の撓みによる誤差量を補正できる。

しかし、金型の３次元形状の測定データや成形品の３次元形状の測定データ及び金型ＣＡＤデータや成形品ＣＡＤデータ等の多くのデータを必要とし、また、これらを比較しなければならないので、作業が繁雑であるという問題があった。

また、誤差量の発生原因は、スプリングバックや工具の撓みによる場合に限らず、金型の上型と下型との形状誤差による場合もある。金型の上型または下型の一方の測定データや成形品の表面または裏面の一方の測定データに基づいて誤差量を取得しても、金型の上型と下型との形状誤差による誤差量は得られず、このような誤差量の補正はできないという問題があった。

本発明の課題は、より容易に誤差を修正できると共に、金型の上型と下型との形状誤差の修正もできる金型修正方法を提供することにある。

かかる課題を達成するためになされた本発明は、
成形品ＣＡＤデータに応じて作成した金型により板材をプレス成形して成形品を作成し、
前記成形品の表面と裏面との面形状をそれぞれ３次元測定して表面測定データと裏面測定データとを取得し、
前記成形品ＣＡＤデータから求めた表面ＣＡＤデータと前記表面測定データとを照合して前記成形品の表面側誤差分布を求めると共に、前記成形品ＣＡＤデータから求めた裏面ＣＡＤデータと前記裏面測定データとを照合して前記成形品の裏面側誤差分布を求め、
前記表面側誤差分布及び前記裏面側誤差分布に基づいて、表面側誤差及び裏面側誤差のいずれを基準にして前記金型を修正するかを選択し、前記金型を修正することを特徴とする金型修正方法である。

前記表面側誤差分布と前記裏面側誤差分布との差分を求め、前記差分により前記表面側誤差または前記裏面側誤差のいずれを基準にして前記金型を修正するかを選択するようにしてもよい。また、修正した前記金型により板材をプレス成形して成形品を作成して、再度前記誤差分布を求めて、前記金型を再修正するようにしてもよい。

本発明の金型修正方法は、表面測定データと裏面測定データと成形品ＣＡＤデータとに基づいて、容易に誤差を修正できると共に、金型の上型と下型との形状誤差の修正もできるという効果を奏する。

本発明の一実施形態としての金型修正方法に用いたシステムの全体図である。 本実施形態としての成形品の斜視図である。 本実施形態の金型修正方法の工程順を示すフローチャートである。 本実施形態の表面測定データと成形品ＣＡＤデータとから誤差と誤差分布とを求め、金型修正エリアを指定する説明図である。 本実施形態の裏面測定データと裏面ＣＡＤデータとから誤差と誤差分布とを求め、金型修正エリアを指定する説明図である。 本実施形態の成形品断面と金型断面との関係を示す説明図である。 本実施形態の金型の上型に加工誤差が大きい場合の表面側誤差分布及び裏面側誤差分布の説明図である。 本実施形態の金型の下型に加工誤差が大きい場合の表面側誤差分布及び裏面側誤差分布の説明図である。

以下本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１はプレス成形された成形品で、成形品１はパソコン等からなる設計支援システム２を用いて成形品設計が行われ、設計支援システム２により成形品ＣＡＤデータが作成される。この成形品ＣＡＤデータに応じて、プレス成形用の金型４が製作される。例えば、成形品ＣＡＤデータに基づいて、数値制御データが作成され、数値制御データによりマシニングセンター等の金型加工装置６が制御されて、金型４が製作される。この金型４をプレス機８にセットして、この金型４を用いて図示しない板材からプレス成形することにより、図１、図２に示す成形品１がプレス成形される。

プレス成形された成形品１の面形状を３次元測定する３次元測定機１０は、本実施形態では、成形品１の３次元形状を光学的に測定する形状測定器１２を備え、この形状測定器１２は、図示しないＣＣＤカメラとフリンジプロジェクターと制御装置とを備えている。

形状測定器１２は、フリンジプロジェクターが複数の格子を成形品１の表面に投影し、ＣＣＤカメラがこの成形品１の外形形状に応じて変形した格子を撮像する。そして、この変形格子と基準格子とに基づいて、成形品１の３次元形状を測定し、測定データを得るものである。

３次元測定機１０は、形状測定器１２を直交する３方向に移動するマニプレータ１４を備えており、テーブル１６上に載置された成形品１を形状測定器１２により３次元測定できるように構成されている。尚、３次元測定機１０は、フリンジプロジェクターを用いたものに限らず、成形品１の形状を３次元測定できるものであればよく、レーザ光を成形品１に照射して、レーザ光により成形品１を走査し、その反射光を受光して、成形品１の形状を３次元測定するものでもよい。

前述した金型加工装置６は、本実施形態では、いわゆる門型のもので、前後方向に直線的に移動するテーブル１８を備えると共に、門型のフレーム２０上を左右方向に直線的に移動する主軸ヘッド２２を備えている。主軸ヘッド２２は上下方向に移動し、主軸ヘッド２２を直交する３方向に移動して、主軸ヘッド２２により回転される工具としてのボールエンドミル２４等により金型４を３次元加工できるように構成されている。

次に、本実施形態の金型修正方法を工程順に、図３に示すフローチャートによって説明する。
まず、設計支援システム２を用いて成形品設計が行われ、設計支援システム２により成形品１の成形品ＣＡＤデータが作成される（Ｓ５０）。成形品ＣＡＤデータは、３次元データで作成され、この成形品ＣＡＤデータに基づいて、数値制御データが作成されて（Ｓ５２）、数値制御データにより金型加工装置６が制御され、プレス成形用の金型４が製作される（Ｓ５４）。

そして、この金型４がプレス機８にセットされ、金型４を用いて図示しない板材から成形品１がプレス成形される（Ｓ５６）。次に、このプレス成形した成形品１の面形状を３次元測定機１０により３次元測定する（Ｓ５８）。３次元測定機１０による成形品１の測定データは３次元測定機１０の座標系の点群データとして得られる。

３次元測定の際には、図４（イ）、図５（イ）に示すように、成形品１の表裏の両面をそれぞれ測定する。テーブル１６上に成形品１を表面を上にして載置し、成形品１の表面の面形状を形状測定器１２により測定して、表面測定データを得る（図４（イ））。また、成形品１を裏返して、テーブル１６上に裏面を上にして載置し、成形品１の裏面の面形状を形状測定器１２により測定して、裏面測定データを得る（図５（イ））。図５（イ）に示すように、裏面測定データを裏返して、表面測定データと同じ方向からのデータに変換するとよい。尚、本実施形態では、図２に示すように、凸側を表面とし、凹側を裏面としているが、表裏面が逆であってもよい。

表面測定データと裏面測定データとを取得した後、成形品ＣＡＤデータに基づいて表面ＣＡＤデータと裏面ＣＡＤデータとを作成する（Ｓ６０）。例えば、成形品ＣＡＤデータは成形品１の厚さを含む立体的な形状を示す３次元データであり、この成形品ＣＡＤデータから、成形品１の表面を示す表面ＣＡＤデータを抽出する。同様に、裏面を示す裏面ＣＡＤデータを抽出する。その際、表面ＣＡＤデータと裏面ＣＡＤデータとは、板厚分の差があるデータであるので、表面ＣＡＤデータから板厚分をオフセットして裏面ＣＡＤデータを作成してもよい。本実施形態では、成形品ＣＡＤデータと表面測定データとが対応し、裏面測定データと裏面ＣＡＤデータとが対応している。

図４（ハ）に示すように、表面測定データ（図４（イ））と表面ＣＡＤデータ（図４（ロ））とを重ね合わせて、表面ＣＡＤデータに対する表面測定データの表面側誤差分布をカラーマップ等により作成し、設計支援システム２のＣＲＴに表示する（Ｓ６２）。誤差の程度に応じて、段階的にカラーを変えて表示するようにするとよい。表面側誤差分布は表面ＣＡＤデータに対する表面測定データの誤差の分布であり、スプリングバックや金型４を加工する際に生じる形状誤差等によって生じる。

重ね合わせる際には、表面測定データと表面ＣＡＤデータとを、最も誤差が小さくなるベストフィットする状態となるように重ね合わせる。あるいは、１点または２点等の拘束点を決定して、拘束点で拘束した状態で表面測定データを拘束点を中心に移動して、重ね合わせてもよい。また、成形品１に形成される複数の孔１ｂ，１ｃの位置を基準にして、複数の孔１ｂ，１ｃの位置が一致するように、表面測定データと表面ＣＡＤデータとを重ね合わせてもよい。重ね合わせる際に、表面測定データの各測定点から表面ＣＡＤデータの面上に法線を立て、その距離を誤差とするとよい。

同様に、図５（ハ）に示すように、裏面測定データ（図５（イ））と裏面ＣＡＤデータ（図５（ロ））とを重ね合わせて、裏面ＣＡＤデータに対する裏面測定データの裏面側誤差分布をカラーマップ等により作成し、設計支援システム２のＣＲＴに表示する（Ｓ６２）。誤差の程度に応じて、段階的にカラーを変えて表示するようにするとよい。裏面側誤差分布は裏面ＣＡＤデータに対する裏面測定データの誤差の分布であり、スプリングバックや金型４を加工する際に生じる形状誤差等によって生じる。

次に、表面側誤差分布または裏面側誤差分布のいずれの誤差分布に基づいて金型４を修正するのかを選択する（Ｓ６４）。誤差の発生原因には、スプリングバックによる場合や、金型４の加工誤差による場合等、種々のものがあり、これらが複合して誤差として成形品１に表れる。

表面測定データと裏面測定データとの間には、成形品１の板厚分の差があり、表面ＣＡＤデータと裏面ＣＡＤデータとの間の差も成形品１の板厚分である。例えば、金型４の加工の際に加工誤差がないと仮定すると、誤差はスプリングバックのみにより生じたものとなり、表面測定データと表面ＣＡＤデータとに基づく表面側誤差分布、及び、裏面測定データと裏面ＣＡＤデータとに基づく裏面側誤差分布には、差は表れない。

金型４の加工の際に加工誤差があると、金型４の上型４Ｕと下型４Ｌとの内壁面により形成されるキャビティ４ａに、成形品１の板厚以上の隙間が生じ、その金型４によりプレス成形した成形品１には表面側誤差分布と裏面側誤差分布とに差が生じる。

本実施形態では、成形品１の表面側を金型４の下型４Ｌにより成形し、成形品１の裏面側を金型４の上型４Ｕにより成形している。図６に示すように、成形品１の突部１ａを成形する上型４Ｕの幅ＷＵ及び高さＨＵと下型４Ｌの幅ＷＬ及び高さＨＬとには、板厚に応じた差がある。成形品１の成形時に、金型４の加工誤差により、上型４Ｕと下型４Ｌとにより形成されるキャビティ４ａが、板厚以上の幅を有する場合には、図７、図８に示すように、表面側誤差分布と裏面側誤差分布とに差が生じる。

図７は、上型４Ｕの幅ＷＵ及び高さＨＵの加工誤差が大きく表面ＣＡＤデータより小さく加工され、下型４Ｌの幅ＷＬ及び高さＨＬの加工誤差が小さく裏面ＣＡＤデータとほぼ同じ形状に加工された場合の表面側誤差分布と裏面側誤差分布とを示す説明図である。

図７（ロ）に成形品ＣＡＤデータによる突部１ａの断面を破線で示す。また、図７（ハ）に表面測定データと裏面測定データとを板厚分の間隔をあけて重ね合わせた突部１ａの断面を実線で示す。

下型４Ｌの加工誤差が小さい場合、下型４Ｌ側の内壁面は表面ＣＡＤデータに応じた形状に形成されており、図７（イ）に示すように、成形品ＣＡＤデータによる突部１ａの形状と、下型４Ｌ側の内壁面の形状とがほぼ重なる。上型４Ｕの加工誤差が大きい場合、図７（イ）に示すように、成形品ＣＡＤデータによる突部１ａの形状と、上型４Ｕ側の内壁面の形状との間に隙間ができる。

このような金型４でプレス成形すると、上型４Ｕが小さいので、成形品１の突部１ａは小さく成形され、図７（ニ）に示すように、表面測定データの形状は成形品ＣＡＤデータの形状よりも小さくなる。成形品ＣＡＤデータよりも３次元測定データが小さくなる方向を「−」方向とすると、「−」誤差の分布として表れる。また、裏面測定データも裏面ＣＡＤデータよりも小さくなり、同様に、「−」誤差の分布として表れる。

特に、角部１ｂでは、表面側誤差分布と裏面側誤差分布とに誤差の差が生じる。プレス成形する際、板材は角部１ｂの外側の金型４に押し付けられ、本実施形態では、下型４Ｌの角に板材が押し付けられて折り曲げられる。また、上型４Ｕと下型４Ｌとのキャビティ４ａの幅が板厚より大きいので、板材は上型４Ｕの壁面と下型４Ｌの壁面とに交互に当たる傾向になる。このため、表面側誤差分布と裏面側誤差分布とは同じにならない。

そこで、表面側誤差分布と裏面側誤差分布との差分を抽出する（Ｓ６４）。抽出した差分がある場合には、キャビティ４ａの隙間が大きいと判断でき、しかも、誤差が「−」であるときには、上型４Ｕの幅ＷＵ及び高さＨＵが成形品ＣＡＤデータよりも小さく加工されていると判断できる。

その際には、金型４の加工誤差は上型４Ｕで大きいので、裏面側誤差分布に応じて、金型４を修正、例えば、肉盛りを施した後に切削加工したり、あるいは、オフセットして切削加工して修正すればよいことがわかる（Ｓ６６）。

図８は、上型４Ｕの幅ＷＵ及び高さＨＵの加工誤差が小さく表面ＣＡＤデータとほぼ同じ形状に加工され、下型４Ｌの幅ＷＬ及び高さＨＬの加工誤差が大きく裏面ＣＡＤデータより大きく加工された場合の表面側誤差分布と裏面側誤差分布とを示す説明図である。

図８（ロ）に成形品ＣＡＤデータによる突部１ａの断面を破線で示す。また、図８（ハ）に表面測定データと裏面測定データとを板厚分の間隔をあけて重ね合わせた突部１ａの断面を実線で示す。

上型４Ｕの加工誤差が小さい場合、上型４Ｕ側の外壁面は裏面ＣＡＤデータに応じた形状に形成されており、図８（イ）に示すように、成形品ＣＡＤデータによる突部１ａの形状と、上型４Ｕ側の外壁面の形状とがほぼ重なる。下型４Ｌの加工誤差が大きい場合、図８（イ）に示すように、成形品ＣＡＤデータによる突部１ａの形状と、下型４Ｌ側の内壁面の形状との間に隙間ができる。

このような金型４でプレス成形すると、下型４Ｌが大きいので、成形品１の突部１ａは大きく成形され、図８（ニ）に示すように、表面測定データの形状は成形品ＣＡＤデータの形状よりも大きくなる。成形品ＣＡＤデータよりも３次元測定データが大きくなる方向を「＋」方向とすると、「＋」誤差の分布として表れる。また、裏面測定データも裏面ＣＡＤデータよりも大きくなり、同様に、「＋」誤差の分布として表れる。

特に、角部１ｂでは、表面側誤差分布と裏面側誤差分布とに誤差の差が生じる。プレス成形する際、板材は角部１ｂの外側の金型４に押し付けられ、本実施形態では、下型４Ｌの角に板材が押し付けられて折り曲げられる。また、上型４Ｕと下型４Ｌとのキャビティ４ａの幅が板厚より大きいので、板材は上型４Ｕの壁面と下型４Ｌの壁面とに交互に当たる傾向になる。このため、表面側誤差分布と裏面側誤差分布とは同じにならない。

そこで、表面側誤差分布と裏面側誤差分布との差分を抽出する（Ｓ６４）。抽出した差分がある場合には、キャビティ４ａの隙間が大きいと判断でき、しかも、誤差が「＋」であるときには、下型４Ｌの幅ＷＬ及び高さＨＬが成形品ＣＡＤデータよりも大きく加工されていると判断できる。

その際には、金型４の加工誤差は下型４Ｌで大きいので、表面側誤差分布に応じて、金型４を修正、例えば、肉盛りを施した後に切削加工したり、あるいは、オフセットして切削加工して修正すればよいことがわかる（Ｓ６６）。

尚、誤差が「−」になるか、「＋」になるかは、成形品１の形状により異なる場合もあり、特に、形状が複雑になると異なるので、種々の形状でプレス成形を実験して、プレス形状と誤差の出る方向等の関係のデータベースを作成し、データベースを参照して、誤差が上型４Ｕにあるのか、下型４Ｌにあるのかを判断するようにするとよい。

次に、ＣＲＴに表示された表裏面側誤差分布に基づいて、金型４を修正する金型修正エリアＡを指定する（Ｓ６８）。金型修正エリアＡの指定は、ＣＲＴの誤差分布の表示を操作者が見て、誤差があるエリアを矩形に囲んで指定するとよい。あるいは、設計支援システム２が誤差分布に基づいて、誤差のある箇所を金型修正エリアＡとして指定するようにしてもよい。

金型修正エリアＡを指定した後、金型修正エリアＡ内の数値制御データを、誤差に基づいて修正する（Ｓ７０）。数値制御データの修正は、設計支援システム２により、金型修正エリアＡ内の数値制御データを誤差分だけ金型４を削るように、数値制御データを修正して行なう。

修正後、金型４を金型加工装置６のテーブル１８上に載置して、修正した数値制御データに基づいて金型加工装置６を制御し、金型４を修正する切削加工を行なう（Ｓ７２）。これにより、誤差のある箇所の金型４が削られ、この修正した金型４を再びプレス機８にセットして、板材をプレス加工して成形品１をプレス成形する（Ｓ７４）。

この修正後の金型４でプレス成形した成形品１を、Ｓ５８と同様に、３次元測定機１０によりその表裏両面を３次元測定する（Ｓ７６）。次に、Ｓ６２と同様に、表面測定データと裏面測定データとから表裏面側誤差分布を作成する（Ｓ７８）。

誤差分布が、合格であれば（Ｓ８０：ＹＥＳ）、誤差分布に基づく金型４の修正作業を終了し、不合格であれば（Ｓ８０：ＮＯ）、再び、Ｓ６２以下の処理工程を繰り返し、誤差分布に基づいて金型修正エリアＡを指定し、金型４を誤差に基づいて修正する。

このように、表面測定データと裏面測定データと成形品ＣＡＤデータとに基づいて、容易に誤差を修正できると共に、金型の上型と下型との形状誤差の修正もできる。
以上本発明はこの様な実施形態に何等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において種々なる態様で実施し得る。

１…成形品 ２…設計支援システム
４…金型 ４Ｌ…下型
４Ｕ…上型 ６…金型加工装置
８…プレス機 １０…３次元測定機
１２…形状測定器 １４…マニプレータ
２２…主軸ヘッド ２４…ボールエンドミル

Claims (8)

1. 成形品ＣＡＤデータに応じて作成した金型により板材をプレス成形して成形品を作成し、
   前記成形品の表面と裏面との面形状をそれぞれ３次元測定して表面測定データと裏面測定データとを取得し、
   前記成形品ＣＡＤデータから求めた表面ＣＡＤデータと前記表面測定データとを照合して前記成形品の表面側誤差分布を求めると共に、前記成形品ＣＡＤデータから求めた裏面ＣＡＤデータと前記裏面測定データとを照合して前記成形品の裏面側誤差分布を求め、
   前記表面側誤差分布及び前記裏面側誤差分布に基づいて、表面側誤差及び裏面側誤差のいずれを基準にして前記金型を修正するかを選択し、前記金型を修正することを特徴とする金型修正方法。
2. 前記表面側誤差分布と前記裏面側誤差分布との差分を求め、前記差分により前記表面側誤差または前記裏面側誤差のいずれを基準にして前記金型を修正するかを選択することを特徴とする請求項１に記載の金型修正方法。
3. 修正した前記金型により板材をプレス成形して成形品を作成して、再度前記誤差分布を求めて、前記金型を再修正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金型修正方法。
4. 前記表面側誤差分布を示すカラーマップ、及び前記裏面側誤差分布を示すカラーマップを表示装置に表示し、
   前記表示装置に表示されたカラーマップにおいて、前記表面側誤差分布または前記裏面側誤差分布に基づき、前記金型のうち修正すべき領域を示す修正エリアを指定し、
   前記金型のうち、前記修正エリアに対応する領域を修正する、
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の金型修正方法。
5. 前記金型を作成する加工装置を制御する数値制御データであって、前記金型を作成するための数値制御データのうち、前記修正エリアに対応するデータを前記表面側誤差分布または前記裏面側誤差分布に応じて修正し、
   前記加工装置を用いて、修正した数値制御データを用いて前記金型を修正加工する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の金型修正方法。
6. 前記表面ＣＡＤデータが表す形状に対して、所定の拘束点を中心に前記表面測定データが表す形状を移動させつつ両者を重ね合わせることによって前記表面側誤差分布を作成し、前記裏面ＣＡＤデータが表す形状に対して、所定の拘束点を中心に前記裏面測定データが表す形状を移動させつつ両者を重ね合わせることによって前記裏面側誤差分布を作成する、ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の金型修正方法。
7. 前記成形品は孔を含み、
   前記表面ＣＡＤデータが表す形状における孔の位置と、前記表面測定データが表す形状における対応する孔の位置とが一致するように、前記表面ＣＡＤデータが表す形状と前記表面測定データが表す形状とを重ね合わせて前記表面側誤差分布を作成し、前記裏面ＣＡＤデータが表す形状における孔の位置と、前記裏面測定データが表す形状における対応する孔の位置とが一致するように、前記裏面ＣＡＤデータが表す形状と前記裏面測定データが表す形状とを重ね合わせて前記裏面側誤差分布を作成する、ことを特徴とする請求項１〜５何れか１項に記載の金型修正方法。
8. 前記金型は、前記成形品の表面に対応する下型と、前記成形品の裏面に対応する上型と、を含み、
   前記表面ＣＡＤデータが表す形状の寸法よりも前記表面測定データが表す形状の寸法が小さい場合または前記裏面ＣＡＤデータが表す形状の寸法よりも前記裏面測定データが表す形状の寸法が小さい場合、前記上型の寸法が小さいと判断して前記裏面側誤差分布に基づき前記上型を修正し、
   前記表面ＣＡＤデータが表す形状の寸法よりも前記表面測定データが表す形状の寸法が大きい場合または前記裏面ＣＡＤデータが表す形状の寸法よりも前記裏面測定データが表す形状の寸法が大きい場合、前記下型の寸法が大きいと判断して前記表面側誤差分布に基づき前記下型を修正する、
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の金型修正方法。

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