JP7212260B2 - 薄板プレス加工部品の品質判定方法、薄板プレス加工部品の品質判定装置およびプレス加工システム - Google Patents

Description

本発明は薄板プレス加工部品の品質判定方法、薄板プレス加工部品の品質判定装置およびプレス加工システムに関する。

プレス金型装置を用いた薄板のプレス加工は広く用いられている。プレス成形品の寸法精度向上を図るために、従来から種々の方策が講じられている。

たとえば特開２００９－１２０４３号公報は、金型内のパンチとダイの少なくとも一方の加圧面近傍の内部に、薄板の法線方向に発生する弾性歪を測定するセンサを設けたプレス金型装置を開示する。プレス成形下死点においてセンサにより測定された歪みが所定範囲を外れた場合に、プレス成形の異常が判定される。

特開２００９－１２０４３号公報

特開２００９－１２０４３号公報に開示された判定方法は、プレス成形の異常を比較的簡易に判定する方法である。しかし高い品質が要求されるプレス加工部品の場合には、より高度な判定方法が要求される。

本発明の目的は、プレス加工品質の高度な判定を可能にすることである。

本開示の一例によれば、薄板プレス加工部品の品質判定方法は、パンチおよびダイの相対的な直進移動によって薄板をプレス加工するときのパンチ荷重およびダイ荷重を、パンチに設けられた第１のセンサおよびダイに設けられた第２のセンサにより測定するステップと、パンチ荷重およびダイ荷重との組合わせとプレス加工の特性とを対応付けたマップに基づいて、測定されたパンチ荷重およびダイ荷重から薄板プレス加工部品の品質を判定するステップとを備える。

上記によれば、パンチ荷重およびダイ荷重との組合わせに基づいてプレス加工の品質を判定するので、高度な判定が可能になる。

好ましくは、測定するステップは、パンチ荷重およびダイ荷重の少なくとも一方について、荷重値が予め設定された閾値に達したときに、荷重値の測定のトリガーを発生させるステップと、トリガーの起動から所定時間が経過した後の荷重値を下死点荷重値として取得するステップとを含む。

上記によれば、プレス機のクランク角度を検出することなく下死点における荷重値を検出することができる。したがってプレス機の側では、クランク角度の出力のための構成を不要とすることができる。

好ましくは、荷重値を取得するステップは、所定期間内の荷重値をサンプリングするステップと、サンプリングにより取得された複数の値を平均して、荷重値を求めるステップとを含む。

上記によれば、センサにより検出する荷重値の平均を求めることにより、より正確に荷重値を求めることが可能になる。

本開示の一例によれば、薄板プレス加工部品の品質判定装置は、パンチに設けられてパンチ荷重を測定する第１のセンサと、ダイに設けられてダイ荷重を測定する第２のセンサと、パンチ荷重およびダイ荷重との組合わせとプレス加工の特性とを対応付けたマップを記憶する記憶部と、第１のセンサによって測定されたパンチ荷重、第２のセンサによって測定されたダイ荷重、およびマップに基づいて、薄板プレス加工部品の品質を判定する判定部とを備える。

上記によれば、パンチ荷重およびダイ荷重との組合わせに基づいてプレス加工の品質を判定するので、高度な判定が可能になる。

本開示の一例によれば、プレス加工システムは、上記の薄板プレス加工部品の品質判定装置と、パンチおよびダイを有するプレス機とを備える。

上記によれば、高い品質が要求されるプレス加工部品を製造することができる。

本発明によれば、プレス加工品質の高度な判定が可能になる。

本実施形態に係るプレス加工システムの適用場面の一例を模式的に例示した図である。 金型内のセンサの配置を例示した模式図である。 制御装置の構成例を示すブロック図である。 マップの一例を示した図である。 センサの信号から荷重値を取得する例を示した図である。 品質判定方法のフローを示した図である。

§１ 適用例
図１を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１は、本実施形態に係るプレス加工システム１００の適用場面の一例を模式的に例示した図である。プレス加工システム１００は、金属の薄板をプレス加工する。一例として、プレス加工システム１００は、薄板絞り加工を行う。

図１に示される通り、プレス加工システム１００は、プレス機１を備える。プレス機１は、金型２と、金型２に設置されたセンサ３とを含む。センサ３は、金型２による薄板のプレス加工の際に生じる荷重を検出する。後で詳細に説明するように、金型２は、パンチおよびダイを有する。パンチおよびダイの各々にセンサが設けられる。図１では、パンチおよびダイの各々に設けられたセンサをまとめて「センサ３」と表記する。

プレス加工システム１００は、さらに、シグナルコンディショナ５と、高速アナログ入力ユニット６と、Ｉ／Ｏ電源追加ユニット７と、制御装置８とを含む。センサ３からの信号は、シグナルコンディショナ５を通じて高速アナログ入力ユニット６に入力される。高速アナログ入力ユニット６は、シグナルコンディショナ５からの出力信号を受けることにより、荷重値を示すアナログデータを取得する。

本実施の形態では、センサ３および制御装置８は、薄板プレス加工部品の品質判定装置を実現する。たとえば制御装置８は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）によって実現可能である。制御装置８は、センサ３により検出された荷重値を取得するとともに、制御装置８に記憶されるマップを参照する。マップは、荷重値と加工特性の品質とを予め対応付けている。制御装置８は、そのマップに基づいて、薄板プレス加工部品の品質が良好か否かを判定する。

高精度での加工（たとえば高精度の成形）が求められるプレス製品の良否を判定するため、人手による抜き取り検査を行うことがある。しかし、抜き取り検査では、加工不良品をすべて取り除くことは難しい。また、全数検査は、コストおよび時間の観点から実質的に不可能である。抜き取り検査により発見された加工不良品が含まれたロット全体を廃棄処分にすることによって、ロットに含まれる他の加工不良品を取り除くことは可能である。しかし、廃棄ロスが増大する。

本実施の形態によれば、制御装置８がセンサ３の計測値およびマップに基づいて加工品が要求品質を満たすかどうかを判定する。したがって、高度な判定が可能である。さらに、人手による抜き取り検査の負担を低減することができる。要求品質を満たさない加工品のみを廃棄することも可能であるので、廃棄ロスを低減することができる。

§２ 構成例
図１に示した構成について、さらに詳細に説明する。プレス加工システム１００は、タッチパネル９と、リレーユニット１０とを含むことができる。タッチパネル９は、センサの測定値を、たとえばグラフ形式で示すことができる。これによりセンサの測定値（データ）の傾向を管理することができるので、品質の管理にとって有利となる。タッチパネル９は、プレス加工システム１００の各種設定のためのユーザの入力を受け付けることができる。

リレーユニット１０は、制御装置８からの指令に応じてプレス機１を停止させる信号を出力する。たとえばセンサの計測値がある閾値を超える場合に、制御装置８はリレーユニット１０に指令を送る。これにより、リレーユニット１０は、プレス機１に停止信号を送信する。

さらに制御装置８はメモリカード１１に、ショットごとの各センサのデータの特徴量（図１では「**.**」と表記)および時刻（図１では「hh:mm:ss」と表記）のデータを格納することができる。

図２は、金型内のセンサの配置を例示した模式図である。図２を参照して、金型２は、パンチ２１およびダイ２２により構成される。パンチ２１およびダイ２２の相対的な直進移動によって薄板（図示せず）がプレス加工される。

パンチ２１には、パンチ荷重を検出するセンサ３Ａ（第１のセンサ）が配置される。ダイ２２にはダイ荷重を検出するセンサ３Ｂ（第２のセンサ）が配置される。パンチおよびダイの各々に配置されるセンサの数、およびセンサの配置の位置は、図２に示すように限定されるものではない。

図３は、制御装置８の構成例を示すブロック図である。図３を参照して、制御装置８は、入力部３１と、制御部３２と、記憶部３３と、出力部３４とを備える。入力部３１は、各種のデータを受け付ける。制御部３２は、入力部３１に入力されたデータに基づいて各種の処理を実行する。制御部３２による処理の結果は、出力部３４を介して制御装置８の外部に出力される。

記憶部３３は、マップ３５を記憶する。マップ３５は、パンチ荷重およびダイ荷重の組合わせとプレス加工の特性とを対応付ける。記憶部３３は、制御部３２により実行される制御プログラムを記憶してもよい。

制御部３２は、薄板プレス加工部品の品質を判定する判定部を実現する。制御部３２は、センサ３Ａにより測定されたパンチ荷重、センサ３Ｂにより測定されたダイ荷重およびマップに基づいて、薄板プレス加工部品の品質を判定する。

図４は、マップの一例を示した図である。図４を参照して、マップでは、パンチ荷重およびダイ荷重の組合わせと、特性（加工品質）とが対応付けられている。このマップは、薄板プレス加工部品の試作等によって予め準備される。なお、図４では、マップの一部分における、パンチ荷重およびダイ荷重の組合わせと特性との対応関係を代表的に示している。

図４に例示されるように、特性が良好となるパンチ荷重およびダイ荷重の組合わせには規則性が存在しない。したがって、パンチ荷重あるいはダイ荷重の値のみで薄板プレス加工部品の品質を判定した場合には、判定の精度が低下する可能性がある。本実施の形態では、制御装置８は、マップを参照することにより、センサにより計測された荷重値から薄板プレス加工部品の品質を判定することができるので、より正確な判定が可能となる。なお、マップは１種類であると限定されない。制御装置８は、プレス機ごとに設定された複数のマップを記憶し、各プレス機と対応付けられたマップを参照して、薄板プレス加工部品の品質を判定してもよい。

次に、荷重値の取得について説明する。パンチ２１およびダイ２２の相対的な直進移動（上下運動）のため、プレス機１は上下運動のための機構を有する。上下運動のための機構は、たとえばクランク機構である。一般的には、クランク機構の角度を検出することによって下死点が検出され、その検出された下死点における荷重値が取得される。一方、本実施の形態では、下死点の検出を不要としつつ下死点荷重値を取得することができる。

図５は、センサの信号から荷重値を取得する例を示した図である。以下の説明において、用いられる「センサ３」との表記は、センサ３Ａおよびセンサ３Ｂのいずれか一方であってもよく、センサ３Ａおよびセンサ３Ｂの両方に該当してもよい。

図５に示すように、荷重値検出のトリガーとなる、荷重値の閾値が設定される。センサ３で計測された荷重値が、設定された閾値に達することにより、荷重値測定のトリガーが発生する。トリガーの発生から所定時間（図５に示す例では０．２ｍｓ）後の荷重値を、下死点の荷重値として取得する。所定時間は、プレス機の動作により、予め設定することが可能である。したがって、プレス機からのクランク角度の出力を不要とすることができる。このように、センサ３からの信号のみによって、プレス機１の動作を直接検出しなくても下死点荷重値を取得することができる。

なお、トリガー発生から所定時間後のストロークの位置が下死点に一致しない可能性もある。このため、トリガー発生から所定時間経過後の所定期間内の荷重値を一定の間隔でサンプリングすることが好ましい。このような方法により得られた複数の平均値を算出することにより下死点荷重値を取得してもよい。これにより、より正確な下死点荷重値を取得することができる。

図６は、品質判定方法のフローを示した図である。図６に示した処理は、たとえば制御装置８によってショットごとに実行される。処理が開始されると、ステップＳ１において、制御装置８はセンサ３により計測された荷重値（パンチ荷重およびダイ荷重）を取得する。ステップＳ２において、制御装置８は、マップを参照する。

ステップＳ３において、制御装置８は、特性判定を行う。特性が合格（「ＯＫ」）である場合、ステップＳ４において、制御装置８は、加工品が良品であると判定する。一方、特性が不合格（「ＮＧ」）である場合、ステップＳ５において、制御装置８は、加工品が不良品であると判定する。ステップＳ４またはステップＳ５の処理が終了すると、全体の処理は最初に戻される。

［作用・効果］
本実施の形態によれば、あらかじめ設定したパンチ荷重とダイ荷重の組合せによる合否判定のマップを基準に、プレス加工中に出力される荷重データをリアルタイムにモニタリングすることができる。それによりプレス加工品質の高度な判定が可能である。

さらに、本実施の形態によれば、人手による抜き取り検査の負担を低減することができる。また、ロットのうちの要求品質を満たさない加工品のみを廃棄することも可能であるので、廃棄ロスを低減することができる。

［付記］
以上説明したように、本実施形態は以下に列挙する開示を含む。

１．パンチ（２１）およびダイ（２２）の相対的な直進移動によって薄板をプレス加工するときのパンチ荷重およびダイ荷重を、前記パンチ（２１）に設けられた第１のセンサ（３Ａ）および前記ダイ（２２）に設けられた第２のセンサ（３Ｂ）により測定するステップ（Ｓ１）と、
前記パンチ荷重および前記ダイ荷重との組合わせと前記プレス加工の特性とを対応付けたマップ（３５）に基づいて、測定された前記パンチ荷重および前記ダイ荷重から前記薄板絞り加工部品の品質を判定するステップ（Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５）とを備える、薄板プレス加工部品の品質判定方法。

２．前記測定するステップは、前記パンチ荷重および前記ダイ荷重の少なくとも一方について、
荷重値が予め設定された閾値に達したときに、前記荷重値の測定のトリガーを発生するステップと、
前記トリガーの起動から所定時間が経過した後の前記荷重値を下死点荷重値として取得するステップとを含む、１．に記載の薄板プレス加工部品の品質判定方法。

３．前記荷重値を取得するステップは、
所定期間内の前記荷重値をサンプリングするステップと、
前記サンプリングにより取得された複数の値を平均して、前記荷重値を求めるステップとを含む、２．に記載の薄板プレス加工部品の品質判定方法。

４．パンチ（２１）に設けられてパンチ荷重を測定する第１のセンサ（３Ａ）と、
ダイ（２２）に設けられてダイ荷重を測定する第２のセンサ（３Ｂ）と、
前記パンチ荷重および前記ダイ荷重との組合わせと前記プレス加工の特性とを対応付けたマップ（３５）を記憶する記憶部（３３）と、
前記第１のセンサ（３Ａ）によって測定された前記パンチ荷重、前記第２のセンサ（３Ｂ）によって測定された前記ダイ荷重、および前記マップ（３５）に基づいて、薄板プレス加工部品の品質を判定する判定部（３２）とを備える、薄板プレス加工部品の品質判定装置。

５．上記４．に記載の薄板プレス加工部品の品質判定装置と、
前記パンチ（２１）および前記ダイ（２２）を有するプレス機（１）とを備える、プレス加工システム。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ プレス機、２ 金型、３，３Ａ，３Ｂ センサ、５ シグナルコンディショナ、６ 高速アナログ入力ユニット、７ Ｉ／Ｏ電源追加ユニット、８ 制御装置、９ タッチパネル、１０ リレーユニット、１１ メモリカード、２１ パンチ、２２ ダイ、３１ 入力部、３２ 制御部、３３ 記憶部、３４ 出力部、３５ マップ、１００ プレス加工システム、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５ ステップ。

Claims (5)

1. パンチおよびダイの相対的な直進移動によって薄板をプレス加工するときのパンチ荷重およびダイ荷重を、前記パンチに設けられた第１のセンサおよび前記ダイに設けられた第２のセンサにより測定するステップと、
   前記パンチ荷重および前記ダイ荷重の組合わせごとに前記プレス加工の特性が良好か否かを対応付けたマップに基づいて、測定された前記パンチ荷重および前記ダイ荷重から前記薄板絞り加工部品の品質を判定するステップとを備える、薄板プレス加工部品の品質判定方法。
2. 前記測定するステップは、前記パンチ荷重および前記ダイ荷重の少なくとも一方について、
   荷重値が予め設定された閾値に達したときに、前記荷重値の測定のトリガーを発生するステップと、
   前記トリガーの起動から所定時間が経過した後の前記荷重値を下死点荷重値として取得するステップとを含む、請求項１に記載の薄板プレス加工部品の品質判定方法。
3. 前記荷重値を取得するステップは、
   所定期間内の前記荷重値をサンプリングするステップと、
   前記サンプリングにより取得された複数の値を平均して、前記荷重値を求めるステップとを含む、請求項２に記載の薄板プレス加工部品の品質判定方法。
4. パンチに設けられてパンチ荷重を測定する第１のセンサと、
   ダイに設けられてダイ荷重を測定する第２のセンサと、
   前記パンチ荷重および前記ダイ荷重の組合わせごとに前記プレス加工の特性が良好か否かを対応付けたマップを記憶する記憶部と、
   前記第１のセンサによって測定された前記パンチ荷重、前記第２のセンサによって測定された前記ダイ荷重、および前記マップに基づいて、薄板プレス加工部品の品質を判定する判定部とを備える、薄板プレス加工部品の品質判定装置。
5. 請求項４に記載の薄板プレス加工部品の品質判定装置と、
   前記パンチおよび前記ダイを有するプレス機とを備える、プレス加工システム。

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