JP6840912B2 - 金型の異常予測システム、それを備えたプレス機及び金型の異常予測方法 - Google Patents

Description

本発明は、金型の異常予測システム、それを備えたプレス機及び金型の異常予測方法に関する。

従来より、金型を用いてプレス加工を行うプレス機において、前記金型の異常を検出する方法が知られている。このような方法として、例えば特許文献１には、被加工品に形成されたバリを検出することにより、該被加工品の異常を検出するバリ検知装置が開示されている。

詳しくは、前記特許文献１に開示されているバリ検知装置は、前記被加工品に対向して配置されたバリ検出ローラの上下移動を検出することにより、前記バリ検出ローラの下死点を検出する。前記バリ検知装置は、前記バリ検出ローラの下死点に基づいて、金型の磨耗等の異常を検出する。

特公平３−２０３２０号公報

上述の特許文献１に開示されるように、被加工品に対して上下移動するバリ検出ローラの下死点を検出することにより、前記被加工品に形成されるバリを検出することができる。よって、前記下死点の検出によって、金型の磨耗等のプレス加工における異常を検出することは可能である。

しかしながら、プレス機などで加工を行う場合、異常を検出した際にすぐに金型メンテナンスや金型交換等の対応を行っても、その対応時点までに不良品が生産される可能性がある。そうすると、不良品かどうかを確認するための検品作業や、不良品の廃棄などが必要になり、余計なコストが生じる。

そのため、将来的にどの程度でプレス加工に異常が生じるのか、すなわち、現在、プレス加工がどのような状態であるのかを判定して将来の異常発生を予測することが重要である。このような異常発生の予測を行うことにより、金型の交換などの迅速な対応を行うことができるため、過剰な不良品の生産を防止することができる。

本発明の目的は、プレス機で用いられる金型の異常の発生を予測可能なシステム及び方法を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る金型の異常予測システムは、金型を用いてプレス加工するプレス機における前記金型の異常を予測するための異常予測システムである。この金型の異常予測システムは、前記金型のプレス方向における最下点を検出する下死点検出センサと、前記金型を用いて前記プレス機でプレス加工する際に、前記金型の加工部分で生じた弾性波を検出するＡＥセンサと、前記下死点検出センサの出力信号から求めた位置情報と、前記ＡＥセンサの出力信号からパワースペクトル演算によって得られた所定の周波数帯のパワー値と、をそれぞれ重み付けした値を算出し、該重み付けした値の和を前記異常予測スコアとするスコア算出部と、前記スコア算出部によって算出された結果に基づいて、前記金型の異常発生を予測する異常予測部と、を備える。

本発明の一実施形態に係る金型の異常予測方法は、金型を用いてプレス加工するプレス機における前記金型の異常を予測するための異常予測方法である。この金型の異常予測方法は、前記金型のプレス方向における最下点を下死点検出センサによって検出し、該下死点検出センサの出力信号に基づいて前記最下点の位置情報を得る下死点位置取得ステップと、前記金型を用いて前記プレス機で加工する際に、前記金型で生じる弾性波をＡＥセンサによって検出し、該ＡＥセンサの出力信号からパワースペクトル演算によって所定の周波数帯のパワー値を演算する弾性波成分取得ステップと、前記下死点位置取得ステップで得られた前記最下点の位置情報と、前記弾性波成分取得ステップで得られた前記所定の周波数帯のパワー値とを、それぞれ重み付けした値を算出し、該重み付けした値の和を前記異常予測スコアとするスコア算出ステップと、前記スコア算出ステップによって算出された結果に基づいて、前記金型の異常発生を予測する異常予測ステップと、を有する。

本発明の一実施形態に係る金型の異常予測システム及び異常予測方法によれば、金型の異常の発生を予測可能な異常予測システム及び異常予測方法を実現できる。

図１は、実施形態１、２に係る金型異常予測システムを備えたプレス機の概略構成を示す正面図である。 図２は、金型の概略構成を示す正面図である。 図３は、実施形態１に係る金型異常予測システムの概略構成を示すブロック図である。 図４は、下死点検出センサの出力とバリ高さとの関係の一例を示す図である。 図５は、金型異常予測システムにおける演算処理部の動作を説明するためのフローである。 図６は、実施形態２に係る金型異常予測システムの概略構成を示すブロック図である。 図７は、異常予測スコアと磨耗度との関係を示す図である。 図８は、金型異常予測システムにおける演算処理部の動作を説明するためのフローである。 図９は、金型異常予測システムにおける演算処理部の動作を説明するためのフローである。 図１０は、金型異常予測システムにおける演算処理部の動作を説明するためのフローである。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。なお、図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。また、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

なお、以下の説明において、プレス機１を設置した状態の鉛直方向を「上下方向」という。この上下方向は、金型によるプレス方向と一致する。また、プレス機１を設置した状態で、プレス機１を正面から見て、左右方向を「幅方向」という。

［実施形態１］
（プレス機）
図１は、本発明の実施形態に係るプレス機１の概略構成を示す正面図である。プレス機１は、金型１０を用いて、金属製の板状材料Ｍをプレス加工する加工機である。プレス機１は、金型１０と、フレーム２０と、駆動機構３０と、送り装置４０と、金型異常予測システム５０（金型の異常予測システム、図３参照）とを備える。なお、図１は、プレス機１の正面図である。

フレーム２０は、クラウン２１と、ベッド２２と、コラム２３とを備える。クラウン２１とベッド２２とは、それらの間に配置された複数のコラム２３によって接続されている。すなわち、複数のコラム２３は、クラウン２１をベッド２２に対してそれらの四隅で支えている。クラウン２１には、駆動機構３０が収納されている。ベッド２２上には、ボルスター２４が配置されている。ボルスター２４上には、金型１０が固定されている。

プレス機１の側方には、プレス機１を正面から見て、プレス機１の外方から右方向に向かって板状材料Ｍを搬送するための送り装置４０が配置されている。送り装置４０が板状材料Ｍを上述のように搬送することにより、金型１０に対して板状材料Ｍが連続して供給される。これにより、金型１０によって、板状材料Ｍを連続してプレス加工することができる。なお、送り装置４０は、ベッド２２に固定されている。

駆動機構３０は、金型１０の後述する上金型１１を、上下方向に移動可能に構成されている。具体的には、駆動機構３０は、モータ３１と、ホイール３２と、ベルト３３と、フライホイール３４と、クラッチブレーキ３５と、クランクシャフト３６と、コネクティングロッド３７と、スライド３８とを備える。

モータ３１は、クラウン２１上に配置されている。ホイール３２は、円筒または円柱状であり、その中心軸がモータ３１の回転軸の軸線と一致するように、該回転軸に接続されている。これにより、ホイール３２は、モータ３１の回転軸と一体で回転する。

ベルト３３は、ホイール３２の外周面上、及び、クラウン２１内に配置された円筒状または円柱状のフライホイール３４の外周面上に位置するように、ホイール３２及びフライホイール３４に掛けられている。ベルト３３によって、ホイール３２の回転をフライホイール３４に伝達することができる。

クランクシャフト３６は、フライホイール３４と一体で回転するように、フライホイール３４に接続されている。詳しくは、クランクシャフト３６は、クラウン２１内に、プレス機１の幅方向に延びるように配置されていて、その一端側がフライホイール３４に接続されている。クランクシャフト３６には、その延伸方向の異なる位置に、２本のコネクティングロッド３７が接続されている。

２本のコネクティングロッド３７の先端側は、スライド３８に接続されている。スライド３８は、特に図示しないが、フレーム２０に対して上下方向にスライド移動可能に構成されている。スライド３８の下側には、上金型１１が固定されている。

プレス機１が上述の構成を有するため、モータ３１の回転によって、スライド３８が上下方向にスライド移動する。スライド３８のスライド移動により、金型１０の上金型１１が上下方向に移動する。これにより、上金型１１と下金型１７との間に板状材料Ｍを挟みこんで、該板状材料Ｍをプレス加工することができる。

（金型）
次に、金型１０の構成を、図２を用いて説明する。

金型１０は、上金型１１と、下金型１７とを備える。上金型１１は、下金型１７に対して、上下方向にスライド移動可能である。金型１０は、例えば、プレスによって板状材料Ｍを所定の形状に打ち抜く打ち抜き加工に用いられる。そのため、金型１０は、上金型１１が、後述するパンチ１４及びストリッパプレート１５を有する。

詳しくは、上金型１１は、固定側取付板１２と、ガイドピン１３と、パンチ１４と、ストリッパプレート１５と、スプリング１６とを備える。

固定側取付板１２は、例えば平面視で長方形の金属製の板状部材である。固定側取付板１２は、プレス機１のスライド３８の下面に固定される。

ガイドピン１３は、固定側取付板１２の下面の四隅から、下方に延びている。ガイドピン１３の下端は、下金型１７の四隅に形成された挿入孔（図示省略）に挿入されている。

パンチ１４は、先端に板状材料Ｍを打ち抜くための歯部１４ａを有する。パンチ１４は、固定側取付板１２の下面から下方に向かって延びている。歯部１４ａは、パンチ１４において、下側に位置する。

ストリッパプレート１５は、平板状の金属製の部材である。ストリッパプレート１５は、固定側取付板１２に対して複数のスプリング１６を介して接続されている。ストリッパプレート１５には、パンチ１４に対応して、貫通孔１５ａが形成されている。

スプリング１６は、ストリッパプレート１５を、固定側取付板１２に対し、平行に、且つ、パンチ１４の先端部分が貫通孔１５ａ内に位置付けられるように、弾性支持する。スプリング１６は、伸縮方向に圧縮された状態で弾性復元力を生じる圧縮ばねである。

下金型１７は、平板状の金属製の部材である。下金型１７には、上金型１１のパンチ１４に対応してダイ１８が設けられている。このダイ１８には、パンチ１４の歯部１４ａに対応して貫通孔１８ａが形成されている。この貫通孔１８ａの上側の開口部と、パンチ１４の歯部１４ａとによって、板状材料Ｍは所定の形状に打ち抜かれる。貫通孔１８ａ内には、上金型１１が下方に移動してパンチ１４によって板状材料Ｍを打ち抜いた後、パンチ１４の歯部１４ａが進入する。

下金型１７には、上金型１１におけるストリッパプレート１５の最も下方の位置（下死点）を検出するための下死点検出センサ６１が設けられている。

（金型異常予測システム）
次に、プレス機１が有する金型異常予測システム５０について、図３から図５を用いて説明する。図３に、金型異常予測システム５０の概略構成をブロック図で示す。図４に、下死点検出センサ６１の出力信号とバリ高さとの関係を示す。図５に、金型異常予測システム５０の動作を説明するフローを示す。

金型異常予測システム５０は、プレス機１で板状材料Ｍをプレス加工する際に用いる金型１０の異常を予測するシステムである。金型異常予測システム５０は、プレス機１の図示しない制御装置が備えていてもよいし、プレス機１とは別に設けられた制御装置によって一部が構成されていてもよい。

金型異常予測システム５０は、プレス加工の際に、上金型１１におけるストリッパプレート１５の最下点（下死点）の位置情報を用いて、金型１０の現状の磨耗度合いを推定し、該磨耗度合いに基づいて金型１０の異常発生（磨耗による不良品発生度合い）を予測する。

具体的には、図３に示すように、金型異常予測システム５０は、演算処理部５１と、下死点検出センサ６１と、角度検出部６３とを備える。

下死点検出センサ６１は、プレス機の上下方向（プレス方向）において、上金型１１におけるストリッパプレート１５の最下点（下死点）の位置を検出し、その検出結果を下死点信号として演算処理部５１に出力する。なお、下死点信号が、出力信号に対応する。

角度検出部６３は、プレス機１の上下方向における上金型１１の位置を、角度として検出する。詳しくは、角度検出部６３は、上金型１１が固定されたスライド３８の上下方向の位置を検出し、スライド３８が上下方向に一往復した場合を３６０度として、スライド３８の上下方向の位置を角度に換算する。よって、角度検出部６３は、スライド３８が上下方向の最も上に位置する状態を０度または３６０度とし、スライド３８が最下点に位置する状態を１８０度として、角度信号を出力する。角度検出部６３から出力された角度信号は、演算処理部５１に入力される。

なお、角度検出部６３は、特に図示しないが、スライド３８の上下動またはクランクシャフト３６の回転を検出可能な位置に配置されている。

演算処理部５１は、下死点検出センサ６１から出力された下死点信号を用いて、金型１０の磨耗度合いを推定するための異常予測スコアを算出し、該異常予測スコアを用いて金型１０の異常発生を予測する。

具体的には、演算処理部５１は、下死点信号変換部５２と、下死点信号処理演算部５３（スコア算出部）と、異常予測部５４とを備える。

下死点信号変換部５２は、下死点検出センサ６１から出力された下死点信号のうち、角度検出部６３で得られた角度信号において１ショット（１プレス）内の所望の角度の下死点信号のみを、アナログ信号からデジタル信号に変換（以下、単にＡ／Ｄ変換という）する。

なお、前記所望の角度は、プレス加工の１ショットにおいて、金型１０と板状材料Ｍとが接触している角度である。

下死点信号処理演算部５３は、Ａ／Ｄ変換後の信号から、下死点付近（ストリッパプレート１５の上下方向の位置において、最下点に対して所定範囲）のデータを抽出し、それらの平均値を求める。また、下死点信号処理演算部５３は、求めた平均値を一定のショット数において平均化処理を行うことにより、下死点値（異常予測スコア）とする。すなわち、下死点信号処理演算部５３は、下死点検出センサ６１の出力信号に基づいて、金型の異常予測スコアを算出する。なお、下死点信号処理演算部５３は、スコア算出部であってもよい。

なお、本実施形態では、下死点信号の平均値を求めて、該平均値を一定のショット数で平均化処理することが、位置情報の平均値の算出に対応する。位置情報の平均値を算出する際には、Ａ／Ｄ変換後の信号を、一定のショット数で平均化処理を行った後、下死点付近のデータを抽出して、その平均値を求めてもよい。また、前記位置情報の平均値の算出では、下死点信号の平均値を、一定のショット数で平均化処理しなくてもよい。

ところで、本発明者らは、鋭意努力の結果、図４に示すように、前記下死点信号（下死点検出センサ６１の出力）と、金型１０によってプレス加工された板状材料のバリの高さ（以下、バリ高さという）とが相関関係を有することを見出した。すなわち、前記バリ高さが大きくなると前記下死点信号の出力は増大する一方、前記バリ高さが小さくなると前記下死点信号の出力は低下する傾向がある。なお、本実施形態の場合では、前記下死点信号の出力が大きいほど、ストリッパプレート１５の下死点の位置が高い。

また、本発明者らは、前記下死点信号をｘとし、前記バリ高さをｙとすると、前記下死点信号ｘと前記バリ高さｙとの間には、下式の関係が成り立つことも見出した。
ｙ＝ａ×ｅｘｐ（ｂｘ） （１）
ここで、ａ，ｂは、成形品の材料及び形状等によって決まる定数である。

図４に示す実線は、（１）式をプロットした線である。（１）式の関係を見出したことにより、前記下死点信号から、前記バリ高さを精度良く予測することが可能になる。

前記バリ高さは、一般的に、金型１０の磨耗が大きくなると高くなることが知られている。したがって、前記下死点信号と金型１０の磨耗量とは相関関係を有する。本発明者らは、前記下死点信号と金型１０の磨耗量とが相関関係を有する点に着目し、前記下死点信号を金型１０の磨耗度合いの推定に用いることを考えた。すなわち、上述の（１）式を用いることによって、前記バリ高さ、すなわち金型１０の磨耗度合いが金型１０の交換等が必要になる限界値に達する前に、金型１０の磨耗度合いを推定し、金型１０の異常発生の時期等を予測することができる。

本実施形態に係る金型異常予測システム５０は、下死点検出センサ６１によって検出された結果から異常予測スコアとしての下死点値を算出し、該下死点値を用いて、金型１０の現状の磨耗度合いから金型１０の異常発生を予測する。

異常予測部５４は、下死点信号処理演算部５３によって算出された下死点値を異常予測スコアとして用いて、金型１０の異常発生を予測する。具体的には、異常予測部５４は、前記下死点値を用いて、成形品のバリ高さが所定の閾値Ｐ（図４参照）に達する時期（金型１０の磨耗度合いが限界点に達する時期）を、上述の（１）式を用いて予測する。

異常予測部５４は、予測結果に応じて、下死点信号処理演算部５３で得られた前記異常予測スコアのスコア値（下死点値）を表示したり、金型１０の交換準備や交換のタイミングを作業者に対して通知したりする。このような通知を行うことにより、磨耗した金型によって不良品が大量に生産されることを防止することができ、生産性を向上することができる。

次に、図５を用いて、上述のような構成を有する金型異常予測システム５０の演算処理部５１の動作について説明する。図５は、演算処理部５１が、下死点検出センサ６１から出力される下死点信号を用いて下死点値を算出し、該下死点値を用いて異常予測を行うフローである。

図５に示すフローがスタートすると、ステップＳＡ１において、下死点信号変換部５２は、下死点検出センサ６１から出力された下死点信号を、角度検出部６３から出力された角度信号を用いてＡ／Ｄ変換を行う。詳しくは、下死点信号変換部５２は、下死点検出センサ６１から出力された下死点信号のうち、角度検出部６３で得られた角度信号において１ショット（１プレス）内の所望の角度の下死点信号のみをＡ／Ｄ変換する。前記所望の角度は、プレス加工の１ショットにおいて、金型１０と板状材料Ｍとが接触している角度である。

続くステップＳＡ２では、下死点信号処理演算部５３は、Ａ／Ｄ変換後の信号から、下死点付近（ストリッパプレート１５の上下方向の位置において、最下点に対して所定範囲）のデータを抽出する。

そして、ステップＳＡ３において、下死点信号処理演算部５３は、抽出したデータの平均値を求め、ステップＳＡ４において、前記平均値を一定のショット数で平均化処理を行うことにより、下死点値（異常予測スコア）とする。

続くステップＳＡ５において、異常予測部５４は、異常予測処理を行う。具体的には、異常予測部５４は、ステップＳＡ４で求めた下死点値を用いて、上述の（１）式から、成形品のバリ高さが所定の閾値Ｐ（図４参照）に達する時期（金型１０の磨耗度合いが限界点に達する時期）を予測する。異常予測部５４は、金型１０の異常予測に応じて、異常予測スコアとしての下死点値を表示したり、金型１０の交換準備や交換のタイミングを作業者に対して通知したりする。その後、このフローを終了する（エンド）。

前記ステップＳＡ１及びＳＡ２が、金型１０のプレス方向における最下点を下死点検出センサ６１によって検出し、該下死点検出センサ６１の出力信号に基づいて前記最下点の位置情報を得る下死点位置取得ステップに対応する。

また、前記ステップＳＡ３及びＳＡ４が、前記下死点位置取得ステップで得られた前記最下点の位置情報に基づいて、金型１０の異常予測スコア（下死点値）を算出するスコア算出ステップに対応する。

さらに、前記ステップＳＡ５が、前記スコア算出ステップによって算出された結果に基づいて、金型１０の異常発生を予測する異常予測ステップに対応する。

以上より、本実施形態では、金型異常予測システム５０は、金型１０を用いてプレス機１でプレス加工する際に、ストリッパプレート１５の下死点を下死点検出センサ６１によって検出する。そして、金型異常予測システム５０は、下死点検出センサ６１によって検出された下死点信号に基づいて、異常予測スコアを算出し、該異常予測スコアを用いて金型１０の異常発生を予測する。

金型１０のプレス方向の最下点の位置は、金型１０の磨耗に応じて成形品に形成されるバリ高さによって変化する。すなわち、金型１０のプレス方向の最下点の位置は、金型１０の摩耗に応じて変化する。そのため、前記最下点の位置を検出することによって、金型１０の摩耗度合いを検出することができる。そして、本発明者らが見出した上述の（１）式を用いることにより、成形品のバリ高さが所定の閾値Ｐに達する時期、すなわち金型１０の磨耗度合いの限界点を予測することができる。これにより、金型１０の異常発生を予測することができる。したがって、上述の構成により、金型１０の異常発生を予測可能なシステムが得られる。

上述のような金型異常予測システム５０は、せん断加工に用いられる金型１０の異常発生を予測する場合に適している。金型としてせん断加工に用いられる金型を用いた場合、該金型の摩耗に応じて、成形品にバリが形成されやすい。よって、金型のプレス方向の下死点の位置によって、バリ高さを精度良く推定することができ、金型１０の磨耗度合いを精度良く推定することができる。したがって、上述の金型異常予測システム５０は、せん断加工に用いられる金型１０の異常発生の予測に効果的な構成である。

また、本実施形態で用いる下死点検出センサ６１は、成形品に形成されたバリ高さを、下死点信号として出力するため、温度等の影響を受けにくい。一方、金型１０の異常を検出する他のセンサ（例えば弾性波を検出するＡＥセンサ）の場合には、温度によって検出精度が影響を受けると考えられる。よって、下死点検出センサ６１を金型１０の異常予測に用いることによって、温度変化が大きいプレス機の起動直後であっても、金型の異常発生を精度良く予測することができる。

［実施形態２］
図６は、実施形態２に係る金型異常予測システム１００の概略構成を示すブロック図である。実施形態２に係る金型異常予測システム１００は、金型１０の異常予測に、下死点検出センサ６１に加えて、ＡＥセンサ６２も用いた点で、実施形態１の構成とは異なる。以下の説明では、実施形態１の構成と同じ構成については実施形態１と同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１と異なる部分についてのみ説明する。

金型異常予測システム１００は、演算処理部１０１と、下死点検出センサ６１と、ＡＥセンサ６２と、角度検出部６３とを備える。ＡＥセンサ６２は、金型１０を用いてプレス機１によってプレス加工する際に、金型１０の加工部分で生じた弾性波を検出する。ＡＥセンサ６２によって検出された値は、弾性波信号として、演算処理部１０１に出力される。なお、特に図示しないが、ＡＥセンサ６２は、金型１０の近傍に配置または金型１０に取り付けられている。下死点検出センサ６１及びＡＥセンサ６２からそれぞれ出力される下死点信号及び弾性波信号が、出力信号に対応する。

演算処理部１０１は、下死点検出センサ６１及びＡＥセンサ６２から出力された下死点信号及び弾性波信号を用いて、金型１０の磨耗度合いを推定するための異常予測スコアを算出し、該異常予測スコアを用いて金型１０の異常予測を行う。

具体的には、演算処理部１０１は、下死点信号変換部１０２と、下死点信号処理演算部１０３と、弾性波信号変換部１０４と、弾性波信号処理演算部１０５と、スコア算出部１０６と、異常予測部１０７とを備える。

下死点信号変換部１０２は、下死点検出センサ６１から出力された下死点信号のうち、角度検出部６３で得られた角度信号において１ショット（１プレス）内の所望の角度の下死点信号のみを、Ａ／Ｄ変換する。

なお、前記所望の角度は、プレス加工の１ショットにおいて、金型１０と板状材料Ｍとが接触している角度であってもよいし、ＡＥセンサ６２で検出される弾性波信号の角度と同期した角度であってもよい。

下死点信号処理演算部１０３は、Ａ／Ｄ変換後の信号から、下死点付近（ストリッパプレート１５の上下方向の位置において、最下点に対して所定範囲）のデータを抽出し、それらの平均値を求める。また、下死点信号処理演算部１０３は、求めた平均値を一定のショット数において平均化処理を行うことにより、下死点値（位置情報）とする。

なお、本実施形態では、下死点信号の平均値を求めて、該平均値を一定のショット数で平均化処理することが、位置情報の平均値の算出に対応する。位置情報の平均値を算出する際には、Ａ／Ｄ変換後の信号を、一定のショット数で平均化処理を行った後、下死点付近のデータを抽出して、その平均値を求めてもよい。また、前記位置情報の平均値の算出では、下死点信号の平均値を、一定のショット数で平均化処理しなくてもよい。

既述のとおり、本発明者らは、鋭意努力の結果、図４に示すように、前記下死点信号と、金型１０によってプレス加工された板状材料のバリの高さ（以下、バリ高さという）とが相関関係を有することを見出した。すなわち、前記バリ高さが大きくなると前記下死点信号の出力は増大する一方、前記バリ高さが小さくなると前記下死点信号の出力は低下する傾向がある。なお、本実施形態の場合では、前記下死点信号の出力が大きいほど、ストリッパプレート１５の下死点の位置が高い。

前記バリ高さは、一般的に、金型１０の磨耗が大きくなると高くなることが知られている。したがって、前記下死点信号と金型１０の磨耗量とは相関関係を有する。本発明者らは、前記下死点信号と金型１０の磨耗量とが相関関係を有する点に着目し、前記下死点信号を金型１０の磨耗度合いの推定に用いることを考えた。具体的には、後述するように、本実施形態に係る金型異常予測システム１００は、下死点検出センサ６１によって検出された結果を、異常予測スコアの算出に利用し、該異常予測スコアを用いて、金型１０の現状の磨耗度合いから金型１０の異常発生を予測する。

弾性波信号変換部１０４は、ＡＥセンサ６２から出力された弾性波信号のうち、角度検出部６３で得られた角度信号において１ショット（１プレス）内の所望の角度の弾性波信号のみをＡ／Ｄ変換する。その後、弾性波信号変換部１０４は、Ａ／Ｄ変換後の信号から、金型１０によって板状材料Ｍをプレス加工する期間の信号を抽出する。そして、弾性波信号変換部１０４は、抽出された信号に対して、ＦＦＴ処理及びパワースペクトル演算を行うことにより、周波数帯域毎のパワー値を周波数の関数として得る。

なお、前記所望の角度は、プレス加工の１ショットにおいて、金型１０と板状材料Ｍとが接触している角度であってもよいし、下死点検出センサ６１で検出される下死点信号の角度と同期した角度であってもよい。

弾性波信号処理演算部１０５は、弾性波信号変換部１０４によって得られた周波数帯毎のパワー値のうち、所定の周波数帯（例えば３００から５００ｋＨｚ）の値を抽出して、その平均値を求める。そして、弾性波信号処理演算部１０５は、求めた平均値を、一定のショット数において平均化処理を行うことにより、弾性波パワー値とする。

スコア算出部１０６は、下死点検出センサ６１及びＡＥセンサ６２の各出力信号に基づいて、金型１０の異常予測スコアを算出する。すなわち、スコア算出部１０６は、下死点信号処理演算部１０３によって求められた下死点値と、弾性波信号処理演算部１０５によって求められた弾性波パワー値とを用いて、異常予測スコアを算出する。具体的には、スコア算出部１０６は、前記下死点値及び前記弾性波パワー値に対してそれぞれ重み付けを行って、得られた値の和を求めることにより、前記異常予測スコアを算出する。

詳しくは、スコア算出部１０６は、下死点信号処理演算部１０３によって求められた下死点値に対して下死点係数を乗算することにより下死点補正値を算出する。また、スコア算出部１０６は、弾性波信号処理演算部１０５によって求められた弾性波パワー値に対して弾性波係数を乗算することにより弾性波パワー補正値を算出する。そして、スコア算出部１０６は、前記下死点補正値と前記弾性波パワー補正値との和を、前記異常予測スコアとする。

ここで、前記下死点係数及び前記弾性波係数は、金型１０の磨耗度合いが所定の範囲内において、後述する磨耗度と異常予測スコアとの差分の合計が最小値になるように、スコア算出部１０６によって設定されている。なお、前記下死点係数及び前記弾性波係数は、実際の磨耗度と異常予測スコアとの差分を補正可能な値であれば、固定値であってもよいし、実験的または経験的に求められた値であってもよい。

スコア算出部１０６は、例えば、下式によって、異常予測スコアＰを算出する。

Ｐ＝Σ（Ｋｎ×Ｓｎ）
ここで、Ｋｎは、係数であり、Ｓｎは、各センサから出力された信号に基づいて得られた特徴量である。本実施形態のように複数のセンサから出力される信号を用いる場合には、各センサについて、その特徴量に所定の係数を乗算し、得られた値を加算すればよい。

前記異常予測スコアは、図７に示すように、実際の磨耗度と相関関係を有する。すなわち、実際の磨耗度が大きくなると、異常予測スコアが大きくなる。なお、図７における磨耗度（図７における白丸）は、金型１０を用いてプレス加工された板状材料に形成されたバリ高さに基づいて決めた。すなわち、既述のように、バリ高さが大きいほど、金型の磨耗度が大きいため、基準値（製品として許容可能なバリ高さの限界値）に対するバリ高さの比から、磨耗度を算定した。

なお、スコア算出部１０６による前記異常予測スコアの計算は、上述以外の方法によって行ってもよい。すなわち、下死点と弾性波とを考慮して異常予測スコアを算出する方法であれば、どのような計算方法であってもよい。

異常予測部１０７は、スコア算出部１０６によって算出された前記異常予測スコアを用いて、金型１０の異常発生を予測する。異常予測部１０７は、スコア算出部１０６で得られた前記異常予測スコアのスコア値を表示したり、該スコア値に応じて金型１０の交換準備や交換のタイミングを作業者に対して通知したりする。このような通知を行うことにより、磨耗した金型によって不良品が大量に生産されることを防止でき、生産性を向上することができる。

次に、図８から図１０を用いて、上述のような構成を有する金型異常予測システム１００の演算処理部１０１の動作について説明する。図８は、演算処理部１０１が、ＡＥセンサ６２から出力される弾性波信号を用いて弾性波パワー値を算出するフローを示す。図９は、演算処理部１０１が、下死点検出センサ６１から出力される下死点信号を用いて下死点値を算出するフローを示す。図１０は、前記弾性波パワー値及び前記下死点値を用いて、異常予測スコアを算出し、該異常予測スコアに基づいて異常予測処理の動作を行うフローを示す。

図８に示すフローがスタートすると、ステップＳＢ１において、弾性波信号変換部１０４は、ＡＥセンサ６２から出力された弾性波信号を、角度検出部６３から出力された角度信号を用いてＡ／Ｄ変換を行う。詳しくは、弾性波信号変換部１０４は、ＡＥセンサ６２から出力された弾性波信号のうち、角度検出部６３で得られた角度信号において１ショット（１プレス）内の所望の角度の弾性波信号のみをＡ／Ｄ変換する。前記所望の角度は、プレス加工の１ショットにおいて、金型１０と板状材料Ｍとが接触している角度であってもよいし、下死点検出センサ６１で検出される下死点信号の角度と同期した角度であってもよい。

続くステップＳＢ２では、弾性波信号変換部１０４は、Ａ／Ｄ変換後の信号から、金型１０を用いて加工している期間の信号を抽出する。そして、ステップＳＢ３，ＳＢ４において、弾性波信号変換部１０４は、抽出後の信号をＦＦＴ処理してパワースペクトル演算を行う。

ステップＳＢ５において、弾性波信号処理演算部１０５は、ＦＦＴ処理及びパワースペクトル演算後のデータを用いて、所定の周波数帯におけるパワー値の平均値を求める。ステップＳＢ６では、弾性波信号処理演算部１０５が、前記平均値を、一定のショット数において平均化処理を行うことにより、弾性波パワー値を算出する。その後、このフローを終了する（エンド）。

次に、図９に示すフローでは、フローがスタートすると、ステップＳＣ１において、下死点信号変換部１０２は、下死点検出センサ６１から出力された下死点信号を、角度検出部６３から出力された角度信号を用いてＡ／Ｄ変換を行う。詳しくは、下死点信号変換部１０２は、下死点検出センサ６１から出力された下死点信号のうち、角度検出部６３で得られた角度信号において１ショット（１プレス）内の所望の角度の下死点信号のみをＡ／Ｄ変換する。前記所望の角度は、プレス加工の１ショットにおいて、金型１０と板状材料Ｍとが接触している角度であってもよいし、ＡＥセンサ６２で検出される弾性波信号の角度と同期した角度であってもよい。

続くステップＳＣ２では、下死点信号処理演算部１０３は、Ａ／Ｄ変換後の信号から、下死点付近（ストリッパプレート１５の上下方向の位置において、最下点に対して所定範囲）のデータを抽出する。

そして、ステップＳＣ３において、下死点信号処理演算部１０３は、抽出したデータの平均値を求め、ステップＳＣ４において、前記平均値を一定のショット数で平均化処理を行うことにより、下死点値とする。その後、このフローを終了する（エンド）。

図１０に示すフローでは、フローがスタートすると、ステップＳＤ１において、スコア算出部１０６が、弾性波信号処理演算部１０５によって算出された弾性波パワー値と、下死点信号処理演算部１０３によって算出された下死点値とを用いて、異常予測スコアを算出する。具体的には、スコア算出部１０６は、前記弾性波パワー値に対して弾性波係数を乗算して弾性波パワー補正値を求め、前記下死点値に対して下死点係数を乗算することにより下死点補正値を求める。そして、スコア算出部１０６は、前記弾性波パワー補正値と前記下死点補正値との和を、前記異常予測スコアとして算出する。

続くステップＳＤ２において、異常予測部１０７は、ステップＳＦ１で求めた異常予測スコアのスコア値を表示したり、該スコア値に応じて金型１０の交換準備や交換のタイミングを作業者に対して通知したりする。その後、このフローを終了する（エンド）。

前記ステップＳＢ１からＳＢ６が、金型１０を用いてプレス機１でプレス加工する際に金型１０で生じる弾性波をＡＥセンサ６２によって検出し、該ＡＥセンサ６２の出力信号に基づいて前記弾性波に関する値（弾性波パワー値）を得る弾性波成分取得ステップに対応する。

また、前記ステップＳＣ１からＳＣ４が、金型１０のプレス方向における最下点を下死点検出センサ６１によって検出し、該下死点検出センサ６１の出力信号に基づいて前記最下点の位置情報（下死点値）を得る下死点位置取得ステップに対応する。

さらに、前記ステップＳＤ１が、前記弾性波成分取得ステップ及び前記下死点位置取得ステップでそれぞれ得られた値に基づいて、金型１０の異常予測スコアを算出するスコア算出ステップに対応する。前記ステップＳＤ２が、前記スコア算出ステップによって算出された結果に基づいて、金型１０の異常発生を予測する異常予測ステップに対応する。

なお、演算処理部１０１は、図８及び図９に示すフローを同時に処理してもよいし、いずれか一方を先に処理してもよい。

以上より、本実施形態では、金型異常予測システム１００は、金型１０を用いてプレス機１でプレス加工する際に、金型１０の加工部分で生じた弾性波をＡＥセンサ６２によって検出し、且つ、前記プレス加工の際におけるストリッパプレート１５の下死点を下死点検出センサ６１によって検出する。そして、金型異常予測システム１００は、ＡＥセンサ６２によって検出された弾性波信号と、下死点検出センサ６１によって検出された下死点信号とに基づいて、異常予測スコアを算出し、該異常予測スコアを用いて金型１０の異常発生を予測する。

これにより、金型１０の磨耗度合いを、実施形態１の構成よりも精度良く検出することができる。したがって、金型１０の異常発生をより精度良く予測可能な金型異常予測システム１００が得られる。

また、金型異常予測システム１００は、前記弾性波信号から得られる所定の周波数帯の弾性波パワー値と、前記下死点信号から得られる下死点値とに、それぞれ所定の係数を乗算して、重み付けすることにより得られた弾性波パワー補正値と下死点補正値との和によって、前記異常予測スコアを得る。これにより、ＡＥセンサ６２及び下死点検出センサ６１によってそれぞれ検出された値を用いて前記異常予測スコアを精度良く求めることができる。したがって、金型１０の現状の磨耗度合いをより精度良く推定することができるため、金型１０の異常発生をより精度良く予測することができる。

上述のような金型異常予測システム１００は、せん断加工に用いられる金型１０の異常発生を予測する場合に適している。バリ高さを精度良く推定可能な下死点検出センサ６１によって、金型１０の磨耗度合いを精度良く推定できるとともに、せん断加工に用いられる金型１０の加工部分で生じた弾性波は、ＡＥセンサ６２によって精度良く検出することができる。したがって、上述の金型異常予測システム１００は、せん断加工に用いられる金型１０の異常発生の予測により効果的な構成である。

なお、本実施形態では、金型１０の位置として、ストリッパプレート１５の下死点の位置を用いたが、この限りではなく、プレス状態を検出可能な位置であれば、金型１０の他の位置を用いてもよい。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

前記各実施形態では、下死点信号処理演算部５３，１０３は、下死点値を算出する際に、下死点付近のデータを抽出し、それらの平均値を求めた後、該平均値を一定のショット数で平均化処理している。しかしながら、下死点信号処理演算部は、上述のような平均値の算出や平均化処理を行わずに、金型１０のプレス方向における最下点（下死点）の位置を求めてもよい。すなわち、下死点信号処理演算部は、金型１０のプレス方向における最下点（下死点）の位置を求めることができれば、上述のような平均値の算出や平均化処理を行わなくてもよい。

前記各実施形態では、金型異常予測システム５０，１００は、金型１０を用いて板状材料Ｍを所定の形状に打ち抜く打ち抜き加工を行うプレス機１に適用されている。しかしながら、プレス加工によって材料をせん断加工するプレス機以外に、曲げ加工や絞り加工等を行うプレス機など、他の構成を有するプレス機に金型異常予測システム５０，１００を適用してもよい。プレス機の駆動方式としては、本実施形態のようなクラウンプレスに限定されず、リンクプレスやサーボプレス、油圧プレスなどの他の駆動方式であってもよい。

本発明は、金型を用いてプレス加工を行うプレス機に利用可能である。

１ プレス機
１０ 金型
１１ 上金型
１５ ストリッパプレート
１７ 下金型
５０、１００ 金型異常予測システム
５１、１０１ 演算処理部
５２、１０２ 下死点信号変換部
５３ 下死点信号処理演算部（スコア算出部）
５４、１０７ 異常予測部
６１ 下死点検出センサ
６２ ＡＥセンサ
６３ 角度検出部
１０３ 下死点信号処理演算部
１０４ 弾性波信号変換部
１０５ 弾性波信号処理演算部
１０６ スコア算出部

Claims (7)

1. 金型を用いてプレス加工するプレス機における前記金型の異常を予測するための異常予測システムであって、
   前記金型のプレス方向における最下点を検出する下死点検出センサと、
   前記金型を用いて前記プレス機でプレス加工する際に、前記金型の加工部分で生じた弾性波を検出するＡＥセンサと、
   前記下死点検出センサの出力信号から求めた位置情報と、前記ＡＥセンサの出力信号からパワースペクトル演算によって得られた所定の周波数帯のパワー値と、をそれぞれ重み付けした値を算出し、該重み付けした値の和を前記異常予測スコアとするスコア算出部と、
   前記スコア算出部によって算出された結果に基づいて、前記金型の異常発生を予測する異常予測部と、
   を備える、金型の異常予測システム。
2. 請求項１に記載の金型の異常予測システムであって、
   前記金型は、せん断加工に用いられる金型である、金型の異常予測システム。
3. 請求項１または２に記載の金型の異常予測システムにおいて、
   前記スコア算出部は、前記下死点検出センサの出力信号から位置情報の平均値を求めて、該平均値を前記金型の異常予測スコアとし、
   前記異常予測部は、前記スコア算出部によって算出された前記異常予測スコアと所定の閾値とに基づいて、前記金型の異常発生を予測する、金型の異常予測システム。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の金型の異常予測システムを備えたプレス機。
5. 金型を用いてプレス加工するプレス機における前記金型の異常を予測するための異常予測方法であって、
   前記金型のプレス方向における最下点を下死点検出センサによって検出し、該下死点検出センサの出力信号に基づいて前記最下点の位置情報を得る下死点位置取得ステップと、
   前記金型を用いて前記プレス機で加工する際に、前記金型で生じる弾性波をＡＥセンサによって検出し、該ＡＥセンサの出力信号からパワースペクトル演算によって所定の周波数帯のパワー値を演算する弾性波成分取得ステップと、
   前記下死点位置取得ステップで得られた前記最下点の位置情報と、前記弾性波成分取得ステップで得られた前記所定の周波数帯のパワー値とを、それぞれ重み付けした値を算出し、該重み付けした値の和を前記異常予測スコアとするスコア算出ステップと、
   前記スコア算出ステップによって算出された結果に基づいて、前記金型の異常発生を予測する異常予測ステップと、
   を有する、金型の異常予測方法。
6. 請求項５に記載の金型の異常予測方法であって、
   前記金型は、せん断加工に用いられる金型である、金型の異常予測方法。
7. 請求項５または６に記載の金型の異常予測方法において、
   前記スコア算出ステップは、前記下死点位置取得ステップで得られた前記最下点の位置情報の平均値を求めて、該平均値を前記金型の異常予測スコアとし、
   前記異常予測ステップは、前記スコア算出ステップによって算出された前記異常予測スコアと所定の閾値とに基づいて、前記金型の異常発生を予測する、金型の異常予測方法。

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