JP7134652B2

JP7134652B2 - 異常検知方法および異常検知装置

Info

Publication number: JP7134652B2
Application number: JP2018044640A
Authority: JP
Inventors: 隼斗武藤; 久隆内藤
Original assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Current assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2022-09-12
Anticipated expiration: 2038-03-12
Also published as: CN110252851A; JP2019155411A; CN110252851B

Description

本発明は、プレス加工技術に係り、特に、加工時に生ずるカス上がり等の異常を検知する場合に好適な、異常検知方法、および異常検知装置に関する。

プレス機械を用いた加工を行う際に生じる異常として、特に問題視されているのが、加工材料（ワーク）の一部や、その他の部材が、金型とワークの間に混入する、カス上がりを挙げることができる。カス上がりが生じると、加工製品に打痕が現れることより、品質上大きな問題となり、歩留まりが低下すると共に、金型の破損等の要因にもなる。

このため、プレス加工技術の分野では従来より、カス上がりを始めとした、加工時に生じる異常を検知するための様々な技術が提案されてきている。例えば特許文献１や特許文献２に開示されている技術はいずれも、ＡＥ（Acoustic Emission）センサにより検出した高周波をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）することにより周波数特性を検出し、検出された周波数特性を正常時の周波数特性、あるいは、予め定めた設定値と比較する事により、カス上がり等の異常の有無を検知するというものである。

特開平７－１１６７４９号公報特開２００８－１８８６４６号公報

上記特許文献に開示されている技術を用いる事によれば、確かにプレス加工時に発生する異常を検知する事ができると考えられる。しかし、実際の生産現場では、検知対象とするプレス機械が複数設置されていたり、隣接する別の機械が備えられているなど、周囲の機器の動作に伴う高周波（外乱）も生じやすい。また、ＦＦＴを実施するためには、検出波形に周期性が無いといけないため、外乱の多い環境下での測定を行う場合には、比較的長いスパンでの波形検出が必要となる場合もあると考えられる。

さらに、上記特許文献に開示されているような異常検知を行う場合、装置構成やソフトウエア構成が複雑なものとなり、コストの高騰を招くと共に、設置や運用にも課題が残る。よって、実用に至っていないという現状がある。

本発明では、上記問題を解決し、従来に比べて簡易な信号処理、および装置構成により、高精度かつ低コストに、カスの噛み込み等の異常を検知することのできる異常検知方法および異常検知装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る異常検知方法は、プレス加工時に、加工対象とするワークと金型のパンチが接触するタイミングで生ずる振動波形を検出し、前記振動波形を解析することで、前記ワーク加工時における異常の有無を判定することを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する異常検知方法では、前記ワークと前記パンチが接触するタイミングを、プレス機械に対する動作信号に基づいて求めるようにすると良い。このような特徴を有する事によれば、所望するタイミングの波形を確実に得ることができるようになる。

また、上記のような特徴を有する異常検知方法において、前記異常の有無の判定は、前記振動波形のピーク値と、予め定めた閾値とを比較し、前記振動波形が前記閾値よりも低い場合に、異常有りと判定することができる。このような特徴を有する事によれば、波形の形状比較（周波数スペクトル）等を行っていた従来の判定方法に比べ、簡易な方法とすることができる。

さらに、上記のような特徴を有する異常検知方法において、前記異常は、前記ワークと前記金型との間への異物の介入の有無であり、前記閾値は、前記異物の投影面積と、前記振動波形のピーク値とに基づいて算出すれば良い。このような特徴を有する事により、製品品質のレベルに合わせて異常の有無を検知することが可能となり、歩留まりの向上を図ることができる。

また、上記目的を達成するための本発明に係る異常検知装置は、プレス加工時に生ずる振動波形を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された振動波形のうち、加工対象とするワークと金型のパンチが接触するタイミングで生ずる振動波形を検出し、前記振動波形を解析することで、前記ワーク加工時における異常の有無を判定する解析手段と、を有することを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する異常検知装置において前記解析手段は、プレス機械に設けられた制御手段から動作信号を取得し、前記ワークと前記パンチが接触するタイミングを求める構成とすることができる。このような特徴を有する事によれば、所望するタイミングの波形を確実に得ることができるようになる。

また、上記のような特徴を有する異常検知装置において前記解析手段による前記異常の有無の判定は、前記振動波形のピーク値と、予め定めた閾値とを比較し、前記振動波形が前記閾値よりも低い場合に、異常有りと判定する構成とすることができる。このような特徴を有する事によれば、波形の形状比較（周波数スペクトル）等を行っていた従来の判定方法に比べ、簡易な方法とすることができる。

また、上記のような特徴を有する異常検知装置において前記異常は、前記ワークと前記金型との間への異物の介入の有無であり、前記解析手段は、前記異物の投影面積と、前記振動波形のピーク値とに基づいて、前記閾値を算出することができる。このような特徴を有する事により、製品品質のレベルに合わせて異常の有無を検知することが可能となり、歩留まりの向上を図ることができる。

また、上記のような特徴を有する異常検知装置において前記検出手段は、前記金型に着脱自在なセンサとすることができる。このような特徴を有する事によれば、検出手段の取り付け、取り外しが容易となり、金型の交換にも即座に対応することが可能となる。

さらに、上記のような特徴を有する異常検知装置において前記解析手段は、前記異常の有無の判定結果を電気通信回線を介して遠隔地の端末へ送信可能な構成とすることもできる。このような特徴を有する事によれば、異常に基づくメンテナンスのタイミングや歩留まりの変化を遠隔地で管理、把握することが可能となる。

上記のような特徴を有する異常検知方法、および異常検知装置によれば、従来に比べて簡易な信号処理、および装置構成により、高精度かつ低コストに、カスの噛み込み等の異常を検知することが可能となる。

実施形態に係る異常検知装置と、検出手段を取り付ける対象とする金型の構成を示すブロック図である。金型の動作を示す図である。金型の動作に起因した振動波の発生を示す波形図である。図３における実線Ｂの範囲について、時間スパンを広げた状態の波形を示す図で、正常時と噛み込み有り時（異常発生時）における波形の差を示す図である。ワークとストリッパプレートとの間にカスの噛み込みが生じた様子を示す図である。ワークとストリッパプレートとの間にカスの噛み込みが生じた状態で、パンチがワークに接触した際の様子を示す図である。ラム位置信号に基づく波形データの採取の様子（タイミング）を示す図である。カス（切子）の平面視の面積と、パンチ当接時におけるピーク加速度の変化の関係を示す図である。

以下、本発明の異常検知方法、および異常検知装置に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明を適用する好適な形態の一例であり、各要素の機能を逸脱しない範囲において、適用の形態を変化させた場合でも、本発明の一部とみなすことができる。

［異常検知装置の構成］
本実施形態に係る異常検知装置１０は、検出手段１２と、解析手段１４とより構成されている。検出手段１２は、プレス加工時に生ずる物理的な波形を検出するためのセンサである。具体的には、プレス加工時に発生する振動波形を検出可能なセンサであれば良く、例えば加速度センサなどを挙げることができる。加速度センサは、センサ部分に伝達された振動波を電気信号（アナログ）に変換して検出し、この電気信号を解析手段１４に伝達する。

また、解析手段１４は、プレス加工時における異常の有無を判定するための手段である。具体的には、プレス加工時に発生する振動波形について、正常な加工を行った際の波形データと、実加工時において検出手段１２を介して検出された実測波形データとを比較する事により、両者間の差異を求める。そして、求められた差異が所定の範囲を超えていた場合には、異常有りと判定し、差異が所定の範囲内（誤差の範囲）である場合には、正常と判定する。

解析手段１４の具体的構成としては、少なくとも、Ａ／Ｄ変換部１６と、記憶部１８、および演算部２０を有するものとする。Ａ／Ｄ変換部１６は、検出手段１２によって検出されたアナログデータとしての電気信号が入力される部位であり、入力されたアナログ信号を、解析可能なデジタル信号へと変換する役割を担う。記憶部１８は、正常な加工を行った際の波形データや、比較判定のための閾値等、比較判定に必要なデータを記録する役割を担う。また、演算部２０は、Ａ／Ｄ変換部１６を介して取得された、デジタル信号化された実測波形データと、正常な加工を行った際の波形データとを比較し、閾値に基づいて正常、または異常が生じている旨の判定を行う要素である。

［金型と検出手段の関係］
このような要素を備える異常検知装置１０は検出手段１２を、プレス機械に備えられる金型に取り付けて使用される。このため、図１を参照して、打ち抜き加工用の金型構成の一例と、検出手段１２の取り付け位置について説明する。まず、金型３０は、ダイ３２と、ストリッパプレート３４、及びパンチ３６を基本として構成されている。ダイ３２とパンチ３６は、対を成して板状のワーク４０を挟み込む事でワーク４０を切断する刃部である。また、ストリッパプレート３４は、打ち抜きの際にダイ３２にワーク４０を押さえつける補助部としての役割を担う。

本実施形態では、このような構成の金型３０において、ストリッパプレート３４に検出手段を取り付けている。押えつけたワーク４０を打ち抜く際の振動が伝達し易いと共に、検出手段１２の取り付け、取り外しが容易となるためである。よって、振動波形の検出が可能であれば、検出手段１２の取り付け場所は、当該部位に限定されるものでは無い。ここで、ストリッパプレート３４に対する検出手段１２の取り付け形態は、磁石等を用いた磁力によるもので良い。加速度センサは、従来の異常検知装置で用いられていた検知手段と異なりセンサ自体に伝達される衝撃を検出可能であれば良いため、簡易な取り付け形態を採ることができる。

［異常検知方法］
このような構成の金型３０に対して検出手段１２を取り付けて行う異常検知方法は、検出した振動波形のうちの特定のタイミングの波形の形状を摘出して行う。上記のような構成の金型３０を用いた打ち抜き加工時には、一例として、図３に示すような振動波形を検出することができる。図３に示す振動波形において、破線Ａで示す範囲の振動波は、図２（Ａ）で示す待機状態から、図２（Ｂ）で示す状態、すなわち、金型３０のストリッパプレート３４がワーク４０に当接した状態となった際に生ずる振動波である。

また、図３において実線Ｂで示す範囲の振動波は、図２（Ｃ）に示すように、金型３０のパンチ３６がワーク４０に当接した際に生ずる振動波である。さらに、図３において破線Ｃで示す範囲の振動波は、図２（Ｄ）に示すように、金型３０におけるパンチ３６の降下によりワーク４０がせん断された際に生ずる振動波である。

ここで、図５に示すように、ワーク４０とストリッパプレート３４との間にカス４２の噛み込みが生じた場合、ワーク４０とストリッパプレート３４との間に、カス４２の厚みに起因した隙間ｄが生じることとなる。こうした場合、図６に示すようにパンチ３６がワーク４０に接触し、せん断に至る段階においてワーク４０の抑え込みが甘くなり、ワーク４０に浮き上がりが生じ、パンチ３６が接触した事に起因する振動波の伝達に漏れが生じることとなる。このため、カス上がりなどの異常が生じた場合に検出される振動波は、正常な加工を行う際の振動波に比べ、ストリッパプレート３４に伝達し難くなり、検出波形の立ち上がり（ピーク加速度）が小さくなる。

よって、本実施形態では、図３において実線Ｂで示す、パンチ３６がワーク４０に当接した際の振動波を検出して解析手段１４による解析を行うこととしている。図４は、図３において、実線Ｂで示す範囲について、時間的スパンを拡大した波形を表すものである。図４において、細線で示す波形は、正常な加工状態において、パンチ３６がワーク４０に当接した際の波形であり、太線で示す波形は、ワーク４０とストリッパプレート３４、あるいはワーク４０とダイ３２の間にカス４２の噛み込みが生じた際の波形である。また、図４において、丸ａは、正常時の振動波におけるピーク加速度（加速度のピーク値）であり、丸ｂは、異常時の振動波におけるピーク加速度である。正常時の波形と異常時（噛み込みあり）の波形とでは、ピーク加速度に大きな違いが生じている事を読み取る事ができる。

解析手段１４の演算部２０では、記憶部１８に記録されている閾値に基づいて、実測波形データにおけるピーク加速度が、閾値以上である場合には、正常と判定し、同ピーク値が閾値未満である場合には、異常であると判定する。このような判定方式であれば、信号処理を簡易なものとしつつ、高精度な異常検知を行うことが可能となるからである。

ここで、パンチ３６がワーク４０に当接した瞬間の検知には、様々な方法があるが、一例として、金型３０を取り付けているプレス機械におけるスライド（ラム）が、降下するタイミングの信号（ラム位置信号）を利用することができる。すなわち、プレス機械に設けられた制御手段から、図７に示すように、所定位置を示すラム位置信号が出力されてからｔ１時間経過した後、ｔ２時間の間に検出された振動波がパンチ３６の当接に起因した振動波であると認定し、これを検出、解析すれば良い。

パンチ３６がワーク４０に接触した際に発生する振動のピーク加速度は、噛み込まれたカス４２の大きさに起因して変化する。その変化は図８に実線で示すように、カス４２の大きさ（面積）が大きくなるほどピーク加速度が小さくなるという事ができる。よって、閾値は、製品の品質に影響を及ぼさない大きさのカス４２に基づく値（ピーク加速度）を許容値とし、その値よりも低い値を異常値として定めるものとすれば良い。

［作用・効果］
このように、本実施形態に係る異常検知装置１０は、検出波形のタイミングを限定することで、異常、または正常である旨の判定を行うための信号処理を簡易なものとすることができる。また、高周波の検出による判定と異なり、検出波形に対して、外乱に起因する波形が乗り難いため、判定が容易となる。また、ＦＦＴを実施する必要が無く、ごくわずかな時間に生ずる振動波形を利用した判定をすることができる。

また、検出手段１２は、高周波を検出する超音波センサと異なり、磁力等を用いた簡易な方法で金型３０等に取り付け、所望する振動波を検出することが可能となる。よって、設置、運用、および解析方法が共に、従来に比べて容易となり、実施コストを安価に抑えることが可能となる。

なお、上記実施形態では、振動波のデータを採取するタイミング、すなわちパンチ３６がワーク４０に当接したタイミングについて、プレス機械のラム信号に基づく旨記載した。しかしながら、ラム位置を実測した信号や、パンチ３６の降下位置を検出するための光学センサや、接触センサを用いることで、振動波のデータを採取するタイミングを得るようにしても良い。

また、上記実施形態に係る異常検知装置１０は、図示しない通信手段を備えるようにしても良い。このような構成とした場合には、異常の有無についての判定結果を、電気通信回線を通じて遠隔地の端末へ送信することが可能となる。これにより、プレス機械や金型３０のメンテナンスのタイミング等や、歩留まりの変化を遠隔地で管理、把握することが可能となる。

１０………異常検知装置、１２………検出手段、１４………解析手段、１６………Ａ／Ｄ変換部、１８………記憶部、２０………演算部、３０………金型、３２………ダイ、３４………ストリッパプレート、３６………パンチ、４０………ワーク、４２………カス。

Claims

プレス加工時に、加工対象とするワークと金型のパンチが接触するタイミングで生ずる振動波形を検出し、前記振動波形を解析することで、前記ワーク加工時における異常の有無を判定し、
前記ワークと前記パンチが接触するタイミングを、プレス機械に対する動作信号に基づいて求めるようにしたことを特徴とする異常検知方法。
前記異常の有無の判定は、前記振動波形のピーク値と、予め定めた閾値とを比較し、前記振動波形が前記閾値よりも低い場合に、異常有りと判定することを特徴とする請求項１に記載の異常検知方法。
前記異常は、前記ワークと前記金型との間への異物の介入の有無であり、前記閾値は、前記異物の投影面積と、前記振動波形のピーク値とに基づいて算出することを特徴とする請求項１または２に記載の異常検知方法。
プレス加工時に生ずる振動波形を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された振動波形のうち、加工対象とするワークと金型のパンチが接触するタイミングで生ずる振動波形を検出し、前記振動波形を解析することで、前記ワーク加工時における異常の有無を判定する解析手段と、を有し、
前記解析手段は、プレス機械に設けられた制御手段から動作信号を取得し、前記ワークと前記パンチが接触するタイミングを求めることを特徴とする異常検知装置。
前記解析手段による前記異常の有無の判定は、前記振動波形のピーク値と、予め定めた閾値とを比較し、前記振動波形が前記閾値よりも低い場合に、異常有りと判定することを特徴とする請求項４に記載の異常検知装置。
前記異常は、前記ワークと前記金型との間への異物の介入の有無であり、
前記解析手段は、前記異物の投影面積と、前記振動波形のピーク値とに基づいて、前記閾値を算出することを特徴とする請求項４または５に記載の異常検知装置。
前記検出手段は、前記金型に着脱自在なセンサであることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の異常検知装置。
前記解析手段は、前記異常の有無の判定結果を電気通信回線を介して遠隔地の端末へ送信可能な構成としたことを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の異常検知装置。