JP6976177B2

JP6976177B2 - プレス荷重検出方法

Info

Publication number: JP6976177B2
Application number: JP2018002962A
Authority: JP
Inventors: 雄貴石田
Original assignee: 株式会社トヨタプロダクションエンジニアリング
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2021-12-08
Anticipated expiration: 2038-01-11
Also published as: JP2019122964A

Description

本発明は、プレス荷重検出方法に関し、特に金型による押圧時の荷重検出とその信号の無線送信を可能としたプレス荷重検出方法に関する。

プレス成型装置において、金型（上型）と金型（下型）の相互の押圧により、被加工材（ワーク）はプレス成型される。被加工材のプレス加工に際し、加工精度の点から被加工材は予め規定された金型間の押圧荷重により加工される。規定の荷重よりも荷重が高すぎる場合には成型後の被加工材に割れが発生し、また、規定の荷重よりも荷重が低すぎる場合には成型後の被加工材にしわが発生し、所望の形状とならない。そのため、加工後の安定した品質の確保の上で金型相互間の押圧荷重を把握する必要がある。

このようなことから、金型相互間の押圧時の荷重を常時検出する装置、方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。同特許文献１によると、被加工材のプレス加工を行う上金型及び下金型と、上金型及び下金型の何れか一方の型に設けられたクッションリングと、クッションリングの被加工材の周縁部よりも外側部分に複数配置されクッションリング及び型間に必要なクリアランスを一定に保持するために他方の金型に当接させるディスタンスブロックが備えられており、このディスタンスブロックの当り強さを測定するに際し、ディスタンスブロックの面圧を検出する圧電センサユニット（検知部）が備えられる。

引用文献１に開示の装置によると、金型相互間の押圧時の荷重の検出は簡便となった。しかしながら、同引用文献１に開示の装置では、面圧を検出する検知部と、当該検知部の信号を受信する制御部は有線接続されている。有線による信号送信の場合、金型内に配置する検知部の位置の制約が大きい。すなわち、検知部の配置位置は、有線配線の配設を考慮して金型の周縁部に限定されやすい。

また、現実問題、生産現場では製品に応じて使用する金型は１日に何回も交換される。そうすると、金型の交換ごとに制御部との配線の接続も変更する必要となる。このため、金型の交換ごとに配線接続の変更作業の負担も増えて煩雑となり、現場作業の作業効率を低下させる要因となっていた。

そこで、有線接続の煩雑さを解消するべく、検知部からの信号の無線送信化も試みられてきた。しかしながら、金型同士の押圧時において検知部自体が金型に囲まれる。そのため、電波遮蔽の影響から無線による信号送信はほぼ不可能であった。従って、依然として金型内の検知部からの信号の無線送信は実現できていなかった。

特開２００９−１２００６号公報

一連の経緯を踏まえ、発明者は金型内に設置された検知部からの信号送信と金型の動作との時間差に着目して鋭意検討した結果、検知部からの信号の無線送信を実現するに至った。

本発明は前記の点に鑑みなされたものであり、金型内に設置され金型相互間の押圧荷重を検知する検知部から送信される信号の無線送信を可能として、金型内に設置される検知部の位置の自由度を高めるとともに、金型の交換時においても従前の有線接続の煩雑さを解消して作業効率の向上に寄与可能なプレス荷重検出方法を提供する。

すなわち、本発明の第１の形態は、第１型部と第２型部との間に被加工材を載置しプレス成型するプレス加工装置におけるプレス荷重検出方法であって、前記第１型部または前記第２型部の少なくとも一方に、検知部と、送信部とを備えた荷重検知部が設置されていて、前記検知部が前記第１型部と前記第２型部の近接によるプレス成型時のプレス荷重値を検出し、前記送信部が前記第１型部と前記第２型部の離隔時間において前記プレス荷重値を発信することを特徴とするプレス荷重検出方法に係る。

第２の形態は、前記荷重検知部は演算部を備えていて、前記演算部が前記第１型部と前記第２型部の近接によるプレス成型時のプレス動作の時間間隔を取得し、前記演算部が前記時間間隔から前記第１型部と前記第２型部との離隔時間を算出し、前記送信部が前記離隔時間において前記プレス荷重値を発信する第１の形態に記載のプレス荷重検出方法に係る。

第３の形態は、前記送信部が前記第１型部と前記第２型部との最大離隔時点において前記プレス荷重値を発信する第１または２の形態に記載のプレス荷重検出方法に係る。

第４の形態は、前記プレス加工装置の外部に前記プレス荷重値を受信する受信部が備えられている第１ないし３のいずれか１の形態に記載のプレス荷重検出方法に係る。

第５の形態は、前記荷重検知部がディスタンスブロック内に収容されて、前記ディスタンスブロックが前記第１型部または前記第２型部の少なくとも一方に設置される第１ないし４のいずれか１の形態に記載のプレス荷重検出方法に係る。

本発明のプレス荷重検出方法によると、第１型部と第２型部との間に被加工材を載置しプレス成型するプレス加工装置におけるプレス荷重検出方法であって、前記第１型部または前記第２型部の少なくとも一方に、検知部と、送信部とを備えた荷重検知部が設置されていて、前記検知部が前記第１型部と前記第２型部の近接によるプレス成型時のプレス荷重値を検出し、前記送信部が前記第１型部と前記第２型部の離隔時間において前記プレス荷重値を発信するため、金型内に設置され金型相互間の押圧荷重を検知する検知部から送信される信号の無線送信が可能となる。そして、金型内に設置される検知部の位置の自由度は高められ、さらには、金型の交換時の有線接続の煩雑さが解消されて作業効率の向上に寄与し得る。

プレス加工装置の全体断面図である。荷重検知部の構成図である。（ａ）金型同士の近接時の部分断面図、及び（ｂ）金型同士の離隔時の部分断面図である。金型相互間の押圧時の押圧荷重のタイムチャートである。荷重検知部の他の形態を示す部分断面斜視図である。

本発明のプレス荷重検出方法について、図１のプレス加工装置１を用いて説明する。プレス加工装置１には第１型部１１（雌型、固定型等と称される）と第２型部１２（雄型、可動型等と称される）が備えられる。金属板材等の被加工材１０（ワーク）は、第１型部１１と第２型部１２との間の所定位置に載置される。

第１型部１１はボルスタ１３上の着脱自在に固定され、また、第２型部１２はスライド１４に着脱自在に固定される。スライド１４はスライド駆動部１６の駆動を通じ主軸１５を介してプレス動作（前進及び後退の動作）する。スライド駆動部１６は公知の油圧制御機またはボールねじ等を動作させるモータである。そこで、スライド１４に固定された第２型部１２は第１型部１１に対し近接（押圧）及び離隔する。スライド駆動部１６はフレーム１７に設置される。フレーム１７は支柱１８によりボルスタ１３に固定される。

図示の例の第１型部１１には、キャビティ部４０と第１型面部４１が形成されている。この第１型面部４１に荷重検知部２０が埋設により設置される。第２型部１２においても、コア部５０と第２型面部５１が形成される。そこで、第２型部１２が降下して第１型部１１に近接することにより、第２型面部５１が第１型面部４１に当接する。このときの金型相互間の押圧荷重が荷重検知部２０により検知される。

荷重検知部２０が設置される位置は、被加工材１０の加工に用いられる場所以外の型部表面領域である。図示の例では、荷重検知部２０は第１型部１１のキャビティ部４０を除く第１型面部４１である。また図示しないものの、荷重検知部２０は第２型部１２のコア部５０を除く第２型面部５１である。荷重検知部２０の設置個数、設置位置は金型（第１型部と第２型部）の大きさ、形状により適宜である。なお、荷重検知部２０は複数個の設置が望ましい。これは、検知精度の向上が目的である。さらに、金型内の一部のみの面圧が低下して異常を起こすこともある。そのため、金型のどの部位に異常状態が始まっているのかを検出できるようにする目的もある。例えば、乗用車の車体ドアの成型を想定すると、荷重検知部は１０個もしくはそれ以上の設置数である。

図２は荷重検知部２０の概略構成を示す。荷重検知部２０には、検知部２１、演算部２２、送信部２３が備えられる。また、動作電源として電池等を備えた電源部２４も含められる。これらは配線回路基板（図示せず）に配置される。検知部２１は、ロードセル、圧電センサ、ひずみゲージ等であり金型相互間の押圧荷重を電気信号に変換する公知のセンサ類である。

演算部２２はＣＰＵ等のプロセッサである。演算部２２にはＲＯＭ、ＲＡＭ等もさらに加えられる。演算部２２では、検知部２１により検知した荷重量を送信部２３から送信するための信号に変換する処理が行われる。また、後述するように、プレス成型時のプレス動作の時間間隔の取得、さらには、送信部２３からの送信制御等の各種処理が行われる。演算部２２では、内部のＲＡＭ等を通じて検知部２１により検知した荷重量の一時記憶も可能である。

送信部２３は無線によりプレス荷重値の信号を発信する素子であれば特段限定されない。また、発信する周波数域も適宜である。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線の通信規格に対応した機器が使用される。

さらに、プレス加工装置１の外部に受信部２５が備えられる。受信部２５は荷重検知部２０の送信部２３から発信されたプレス荷重値を受信し、時系列で蓄積する。そこで、汎用のパーソナルコンピュータ、サーバ、ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）等の機器が受信部２５として設置される。そこで、各荷重検知部２０から発信されたプレス荷重値は集積され、受信部２５において各プレス荷重値は規定の荷重値範囲内であるか否か確認される。

図３を用い、第１型部１１と第２型部１２との近接と離隔の状態を説明する。図３（ａ）では、第２型部１２が第１型部１１に向けて降下して相互の近接により押圧し、被加工材１０がプレス成型されている状態（プレス状態）である。押圧を通じ被加工材１０は所定の形状に成型される。そこで、第１型部１１の第１型面部４１に設置された荷重検知部２０を通じて金型相互間の押圧荷重は検知される。しかしながら、荷重検知部２０は第１型部１１と第２型部１２に挟まれている。送信部２３からプレス荷重値の信号が発信されたとしても、電波遮蔽状態であるため、受信部２５側はプレス荷重値の信号を受信できない。

図３（ｂ）では、第２型部１２が第１型部１１から上昇して離隔し押圧が解除された状態（開放状態）である。図示の場合、荷重検知部２０の直上は空いており、送信部２３から発信されたプレス荷重値の信号は受信部２５側にて受信可能である。すなわち、プレス荷重値の信号は、第１型部１１と第２型部１２が互いに離れている（押圧していない）時間（離隔時間）において送信部２３から発信される。当該離隔時間において、成型を終えた被加工材は型部から取り出され、新たな被加工材が型部内に載置される。

第１型部１１と第２型部１２が近接（押圧）の状態であるかまたは離隔の状態であるかについては、荷重検知部２０の検知部２１が基準値以上の押圧荷重を検知しているか否かにより判別可能である。例えば、基準値以上の押圧荷重が検知部２１により検知されているのであれば、演算部２２は、「現時点の荷重検知部２０は第１型部１１と第２型部１２に挟まれている。」と判断する。そして、演算部２２は、送信部２３からのプレス荷重値の信号の発信を停止する制御を行う。これに加えて、磁気または磁石等を利用して第１型部１１と第２型部１２が近接状態であるか否か、物理的に判別してもよい。

次に、基準値以上の押圧荷重が検知部２１により検知されなくなると、演算部２２は、「現時点の荷重検知部２０は第１型部１１と第２型部１２は離隔している。」と判断する。そして、演算部２２は、直前に検知部２１により検知した取得したプレス荷重値の信号を送信部２３から発信する制御を行う。

このように、検知部２１による押圧荷重の検知を利用することでプレス荷重値の発信のタイミングが制御される。そこで、従前の課題であって無線送信は実現される。むろん、回路の組み方いかんにより、単純なオン・オフ制御とすることもできる。このため、演算部２２の省略も可能である。

さらに、図４のタイムチャートを用いプレス荷重検出方法の詳細を説明する。図示のタイムチャートの横軸は経過時間であり、縦軸は金型相互間に生じた押圧荷重値（荷重検知部２０による検出値）である。前掲図３（ｂ）の開放状態では、押圧荷重値は「０」である（Ｐ_０）。第２型部１２の降下に伴う押圧が始まり押圧荷重値は上昇し始める。そして、所定の押圧荷重値が維持される（Ｐ_１）。荷重値Ｐ_１の状態は第２型部１２の下死点である。その後、第２型部１２は上昇して押圧荷重値は低下し開放状態の押圧荷重値は「０」に至る（Ｐ_０）。荷重値Ｐ_０の状態は第２型部１２の上死点である。タイムチャート中、押圧開始時点は「ｔ_１」、押圧終了時点は「ｔ_２」、であり、押圧時間は「ｔ_ｐ」である。押圧終了時点から次の押圧開始時点までの時間は「ｔ_ａ」である。つまり、時間「ｔ_ａ」は離隔時間である。

はじめに、第１型部１１に対する第２型部１２の降下（押圧）と上昇（離隔）が複数回（概ね２ないし３回）繰り返される。第２型部１２の動作（下死点と上死点の繰り返し）を通じて第１型部１１と第２型部１２の近接に伴うプレス成型時のプレス動作の時間間隔が演算部２２により取得される。

図４に基づくと、金型間の近接と離隔の動作から第２型部１２の降下に伴う押圧開始時点「ｔ_１」と離隔による押圧終了時点「ｔ_２」が演算部２２により検出される。そこで、時点ｔ_１から時点ｔ_２までの時間間隔（時間差）が判明し取得される。なお、金型間の近接と離隔の動作が繰り返されているのであれば、平均の時間間隔が取得される。前記の時間間隔から第１型部１１と第２型部１２との離隔時間「ｔ_ａ」が演算部２２により算出される。そして、当該離隔時間「ｔ_ａ」の間において、直前に検知部２１により検知され取得されたプレス荷重値の信号は送信部２３から発信される。

金型間の動作を時系列により把握することにより、送信のタイミング調整は簡便かつ容易となる。ただし、第１型部１１と第２型部１２の離隔の距離いかんによっては、電波干渉の影響が考えられる。そうすると、第１型部１１と第２型部１２が最も離れた位置状態である「最大離隔時点」において発信することが効率上望ましい。図４の説明から離隔時間「ｔ_ａ」の算出は可能である。通常、第２型部１２の降下及び上昇の動作は均等である。このため、離隔時間「ｔ_ａ」を「１／２」に分割した中点が演算部２２により算出され決定される。この中点が最大離隔時点「ｔ_ｍ」である。そこで、当該最大離隔時点「ｔ_ｍ」において、直前に検知部２１により検知され取得されたプレス荷重値の信号は送信部２３から発信される。むろん、信号発信は必ずしも最大離隔時点の瞬間のみに限られず、送信のデータ量等により最大離隔時点を含む所定の長さの時間が許容される。

通常、金型にはディスタンスブロックを設置するための穴部が予め形成されている。ディスタンスブロックを通じて金型相互間の押圧時の間隔は微調整される。そこで、荷重検知部２０はディスタンスブロック６０内に収容される。そして、荷重検知部２０を収容したディスタンスブロック６０が第１型部１１または第２型部１２の少なくとも一方に設置される。

図５は荷重検知部２０を型部に設置する際の他の形態である。図５に即して説明すると、第１型部１１のキャビティ部４０を除く第１型面部４１にはディスタンスブロック６０を設置するための穴部４２が形成されている。そして、ディスタンスブロック６０に収容穴部６２が形成されており、荷重検知部２０は収容穴部６２内に収容される。荷重検知部の大きさは適宜ではあるものの、高さ３０ないし５０ｍｍ、直径５０ないし８０ｍｍの円筒形である。ディスタンスブロックを荷重検知部の設置に利用することにより、別途金型に荷重検知部の設置のための穴部を形成する加工は省略され簡便である。特に金型への必要以上の加工は強度低下の点から好ましくない。

本発明のプレス荷重検出方法は金型相互間の押圧荷重の信号の無線送信を可能として、金型の交換時における有線接続の煩雑さを解消することができる。そこで、作業効率の向上に寄与できる。

１プレス加工装置
１０被加工材
１１第１型部
１２第２型部
１３ボルスタ
１４スライド
２０荷重検知部
２１検知部
２２演算部
２３送信部
２４電源部
２５受信部
４０キャビティ部
４１第１型面部
４２穴部
５０コア部
５１第２型面部
６０ディスタンスブロック
６２収容穴部
ｔ_ａ離隔時間
ｔ_ｍ最大離隔時点

Claims

第１型部と第２型部との間に被加工材を載置しプレス成型するプレス加工装置におけるプレス荷重検出方法であって、
前記第１型部または前記第２型部の少なくとも一方に、検知部と、送信部とを備えた荷重検知部が設置されていて、
前記検知部が前記第１型部と前記第２型部の近接によるプレス成型時のプレス荷重値を検出し、
前記送信部が前記第１型部と前記第２型部の離隔時間において前記プレス荷重値を発信する
ことを特徴とするプレス荷重検出方法。
前記荷重検知部は演算部を備えていて、
前記演算部が前記第１型部と前記第２型部の近接によるプレス成型時のプレス動作の時間間隔を取得し、
前記演算部が前記時間間隔から前記第１型部と前記第２型部との離隔時間を算出し、
前記送信部が前記離隔時間において前記プレス荷重値を発信する
請求項１に記載のプレス荷重検出方法。
前記送信部が前記第１型部と前記第２型部との最大離隔時点において前記プレス荷重値を発信する請求項１または２に記載のプレス荷重検出方法。
前記プレス加工装置の外部に前記プレス荷重値を受信する受信部が備えられている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプレス荷重検出方法。
前記荷重検知部がディスタンスブロック内に収容されて、前記ディスタンスブロックが前記第１型部または前記第２型部の少なくとも一方に設置される請求項１ないし４のいずれか１項に記載のプレス荷重検出方法。