JP7263087B2

JP7263087B2 - 摩耗量検出装置

Info

Publication number: JP7263087B2
Application number: JP2019072462A
Authority: JP
Inventors: 拓也坂本
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: 2019-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2023-04-24
Anticipated expiration: 2039-04-05
Also published as: JP2020169937A

Description

本発明は、摺動面の摩擦熱の影響を受けず、摺動部品の摩耗量を連続的、かつ、精度高く検出することができる摩耗量検出装置に関する。

産業機械などでは、摺動部品の摩耗量を適時適切に検出して摺動部品を交換する必要がある。例えば、プレス加工装置の上型金型と下型金型との位置合わせを適正に行わせるために上型金型と下型金型との間にスライドプレートと呼ばれる摺動部品が設けられ、この摺動部品は摺動によって摩耗してしまうため、摩耗量を検出する必要がある。しかし、摺動部品の摩耗量を検出するためには、金型の分解や組付が必要となり、摩耗量検出に多大な時間と労力とがかかる。

このため、摺動部品の摺動面から異なる深さを有する複数の導電体を配置し、この導電体の通電状態をもとに摺動部品の摩耗量を検出するものがある。また、特許文献１には、産業機械の摺動部材の電気抵抗値を検知することによって、摩耗量を段階的に検出する摩耗センサが記載されている。

特開２０１４－００２０２８号公報

しかしながら、摺動部品に設けられた導電体や抵抗の導通の有無ではなく、導電体の抵抗値を連続的に計測して摩耗量を連続して検出しようとする場合、摺動面の摩擦熱によって導電体の抵抗値が変化するため、精度の高い抵抗値を検出することができず、結果として精度の低い摩耗量を検出してしまうという課題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、摺動面の摩擦熱の影響を受けず、摺動部品の摩耗量を連続的、かつ、精度高く検出することができる摩耗量検出装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、プレス加工装置の一方の金型の周面に設けられ、前記金型の周面に対向する他方の金型の摺動面に摺動する面状のスライドプレートの磨耗量を検知する摩耗量検出装置であって、前記摺動面に露出して埋め込まれ、所定深さを有した柱状であり、一定の所定深さかつ一定の所定幅で摺動方向に延在し、摺動方向の一端側で折り返すコの字形状の導電抵抗体と、前記導電抵抗体の抵抗値を測定する抵抗値測定部と、前記導電抵抗体の温度を測定する温度測定部と、前記抵抗値を前記温度によって補正した補正抵抗値をもとに摺動部品の摩耗量を算出する摩耗量算出部とを備えることを特徴とする。
また、本発明は、上記の発明において、前記導電抵抗体に流れる電流の入力端及び出力端は、前記摺動方向の他端側に近接して配置され、前記抵抗値及び前記温度を無線送信する無線通信部を備え、前記抵抗値測定部、前記温度測定部及び前記無線通信部は入力端及び出力端に近接した配置でスライドプレートに埋め込まれ、前記摩耗量算出部は、前記無線通信部から無線送信された前記抵抗値及び前記温度によって補正した補正抵抗値をもとに前記摺動部品の摩耗量を算出することを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記導電抵抗体は、前記摺動部品の本体との間を絶縁する絶縁体によって覆われることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記摩耗量算出部は、同一時点で測定した前記抵抗値と前記温度とをもとに前記補正抵抗値を算出して前記摩耗量を求めることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記摩耗量算出部が算出した摩耗量が上限値を超えた場合、その旨を報知出力する報知部を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、摺動面の摩擦熱の影響を受けず、摺動部品の摩耗量を連続的、かつ、精度高く検出することができる。

図１は、本実施の形態に係る摩耗量検出装置が適用されるプレス加工装置の概要構成を示す図である。図２は、プレス加工終了時のプレス加工装置の状態を示す図である。図３は、スライドプレートの構成を示す斜視図である。図４は、スライドプレートの変形例を示す断面図である。図５は、摩耗量検出装置の構成を示す機能ブロック図である。図６は、スライドプレートの摩耗の進行状態を示す図である。図７は、温度補正を行った場合の摩耗量と温度補正を行わない場合の摩耗量とを比較する図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る摩耗量検出装置について説明する。

＜プレス加工装置＞
図１は、本実施の形態に係る摩耗量検出装置が適用されるプレス加工装置１０の概要構成を示す図である。図１に示したプレス加工装置１０は、絞り加工を行う装置であり、プレス加工前の状態を示している。また、図２は、プレス加工終了時のプレス加工装置１０の状態を示す図である。

図１及び図２に示すように、プレス加工装置１０は、下型金型１、上型金型２及びクッションリング３を有する。上型金型２は、駆動部４によって駆動制御される。図１に示すように、被加工パネル５を絞り加工する場合、クッションリング３上に被加工パネル５を配置し、上型金型２を下降させ、上型金型２とクッションリング３とで被加工パネル５を挟み込む。その後、図２に示すように、上型金型２、被加工パネル５及びクッションリング３が一体となって更に下降し、上型金型２と下型金型１とで被加工パネル５を絞り加工する。図２に示すように、絞り加工中、被加工パネル５は、上型金型２と下型金型１との間の型内に流入する。

絞り加工では、絞り加工時に被加工パネル５の滑りによる絞り加工部分への流入量が適正となるクリアランスを形成するように、被加工パネル５の周囲であって、上型金型２とクッションリング３との間にディスタンスブロック６が複数配置される。このクリアランスが不均一の場合、被加工パネル５に、しわやひび割れが生じてしまう。

図１及び図２に示すように、上型金型２の周面には、摺動部品であるスライドプレート７，８が設けられる。スライドプレート７，８の摺動面７ａ，８ａは、絞り加工時、下型金型１の摺動面１ａ，１ｂに摺動する。スライドプレート７，８は、絞り加工時における上型金型２と下型金型１との位置決め機能を有する。したがって、スライドプレート７，８の摺動面７ａ，８ａが摩耗すると、上型金型２と下型金型１との位置決め精度が低下する。

＜スライドプレート＞
図３は、スライドプレート７の構成を示す斜視図である。スライドプレート７には、導電抵抗体１１及び計測部２０が埋め込まれる。導電抵抗体は、スライドプレート７の摺動面７ａに露出して埋め込まれ、摺動面７ａから深さ方向（Ｘ方向）に所定深さＬＸを有した柱状構造である。導電抵抗体１１は、摺動方向Ａの一端側で折り返す、コの字状の折り返し構造である。導電抵抗体１１のＹＺ平面の断面形状は、幅ＬＹのコの字の形状をなす。これにより、導電抵抗体１１は摺動面７ａ全面に広い範囲で広がり、偏摩耗を防ぐことができる。導電抵抗体１１の他端部には、導電抵抗体１１の抵抗を測定するための入力端１１ａ及び出力端１１ｂが設けられる。また、導電抵抗体１１の温度を測定する熱電対などの温度センサ１２が設けられる。

計測部２０は、入力端１１ａ及び出力端１１ｂに接続して導電抵抗体１１の抵抗値を測定する。また、計測部２０は、温度センサ１２が検出した物理量をもとに導電抵抗体１１の温度を測定する。計測部２０は、検出した抵抗値及び温度を無線接続される外部の管理部３０に送信する。

管理部３０は、送信された温度をもとに抵抗値を補正し、補正した補正抵抗値をもとにスライドプレート７の摩耗量を算出する。

なお、図４に示すように、スライドプレート７が金属などの導電材で形成されている場合、導電抵抗体１１とスライドプレート７との接触部分を絶縁体１３によって覆って導電抵抗体１１とスライドプレート７とを絶縁する。スライドプレート７がセラミックスなどのような絶縁体である場合には、絶縁体１３を設ける必要はない。

ここで、導電抵抗体１１、計測部２０及び管理部３０は、摩耗量検出装置を構成する。

＜摩耗量検出装置の構成＞
図５は、摩耗量検出装置の構成を示す機能ブロック図である。図５に示すように、計測部２０は、抵抗値測定部２１、温度測定部２２、無線通信部２３、制御部２４及びバッテリ２５を有する。

抵抗値測定部２１は、入力端１１ａ及び出力端１１ｂに接続され、導電抵抗体１１の抵抗値を測定する。入力端１１ａ及び出力端１１ｂは近接して配置されており、計測部２０は、入力端１１ａ及び出力端１１ｂに近接配置される。したがって、入力端１１ａ及び出力端１１ｂと、温度測定部２２との間を接続する接続線は短くなり、抵抗測定誤差を小さくすることができる。なお、接続線の影響をなくすため、抵抗値測定部２１は、３線式や４線式の抵抗測定を行って接続線の影響を除去するようにしてもよい。なお、抵抗値測定は、直流であっても交流であってもよい。消費電力を考慮して、交流で抵抗値測定を行うようにしてもよい。

温度測定部２２は、温度センサ１２から得られる物理量をもとに導電抵抗体１１の温度を測定する。なお、導電抵抗体１１の温度を精度良く測定するために、導電抵抗体１１の周囲にさらに温度センサ１２を設け、複数の温度センサ１２が検出する物理量の平均値をもとに導電抵抗体１１の温度を測定するようにしてもよい。また、導電抵抗体１１の温度分布が平均化するように、導電抵抗体１１が高い熱伝導性をもつ材料としてもよい。

無線通信部２３は、管理部３０と無線送受信を行う通信部である。制御部２４は、計測部２０全体を制御する制御部であり、少なくとも、同一時点で測定した抵抗値と温度とを対にして管理部３０に送信させる。制御部２４は、消費電力を考慮して定期的かつ連続的に抵抗値及び温度の測定を行わせる。バッテリ２５は、計測部２０の各部に電源を供給する。

管理部３０は、表示部３１、入力部３２、無線通信部３３、記憶部３４及び制御部３５を有する。表示部３１は、液晶ディスプレイなどの表示デバイスである。入力部３２は、キーボードやポインティングデバイスなどの入力デバイスである。無線通信部３３は、計測部２０と無線通信を行う通信部であり、特に計測部２０からの抵抗値及び温度を受信する。

記憶部３４は、不揮発性メモリなどの記憶デバイスであり、摩耗量データＤ１及び上限値データＤ２を記憶する。摩耗量データＤ１は、計測部２０から送信された抵抗値及び温度をもとに算出した摩耗量の履歴データである。上限値データＤ２は、スライドプレート７，８の交換を促す摩耗量を示す上限値のデータである。

制御部３５は、管理部３０全体を制御する制御部であり、摩耗量算出部３６及び報知部３７を有する。摩耗量算出部３６は、計測部２０から送信された温度によって抵抗値を補正し、補正した補正抵抗値をもとにスライドプレート７，８の摩耗量を算出する。

報知部３７は、摩耗量が上限値を超えた場合、スライドプレート７，８を交換すべき旨、あるいは摩耗量が上限値を超えた旨の報知を表示部３１、あるいは図示しない外部装置に出力する。

なお、摩耗量算出部３６を計測部２０に設け、摩耗量を直接、管理部３０に送信するようにしてもよい。

＜摩耗量の算出＞
まず、抵抗値測定部２１は、導電抵抗体１１に印加した電圧をＶとし、測定した電流値をＩとすると、抵抗値Ｒは、次式（１）により求められる。
Ｒ＝Ｖ／Ｉ（１）

摩耗量算出部３６は、測定温度Ｔを用いて、抵抗値Ｒの補正抵抗値Ｒｈを次式（２）により求める。
Ｒｈ＝Ｒ／（１＋α（Ｔ－Ｔ０））（２）
なお、αは、温度係数であり、Ｔ０は、基準温度である。

さらに、摩耗量算出部３６は、補正抵抗値Ｒｈを用いて摩耗量Ｗを求める。まず、現在の導電抵抗体１１の現在の深さＬＸを次式（３）により求める。
ＬＸ＝Ｒｈ／（ρ・（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）・ＬＹ）（３）
ここで、ρは、電気抵抗率である。Ｌ１，Ｌ２．Ｌ３，ＬＹは、図３に示した導電抵抗体１１の値である。
そして、摩耗量Ｗは、次式（４）により求めることができる。
Ｗ＝ＬＸ０－ＬＸ（４）
なお、ＬＸ０は、導電抵抗体１１の初期深さである。

ここで、基準温度Ｔ０における基準抵抗値Ｒ０を測定しておくと、導電抵抗体１１内の不純物や製作誤差などによる外乱をキャンセルし、より高精度の摩耗量Ｗを算出することができる。この際の摩耗量Ｗは、次式（５）に示すように、補正抵抗値Ｒｈと基準抵抗値Ｒ０との比により求めることができる。
Ｗ＝ＬＸ０－（ＬＸ０・Ｒ０／Ｒｈ）（５）

図６は、スライドプレート７，８の摩耗の進行状態を示す図である。図６（ａ）に示すように、初期状態のスライドプレート７，８は摩耗しておらず、導電抵抗体１１の深さは初期深さＬＸ０であり、摩耗量Ｗは０である。

図６（ｂ）に示すように、スライドプレート７，８の摩耗が進むと、導電抵抗体１１の深さはＬＸ１となって浅くなり、摩耗量Ｗは、Ｗ１となる。さらに、図６（ｃ）に示すように、スライドプレート７，８の摩耗が進むと、導電抵抗体１１の深さはＬＸ２となり、摩耗量Ｗは、Ｗ２となる。この摩耗量Ｗ２は、上限値であり、報知部３７は、スライドプレート７，８の交換、あるいは摩耗量Ｗが上限値を超えたことを報知する。

なお、上限値を設けず、導電抵抗体１１が導通しなくなった時点で摩耗限界に達したものと判定するようにしてもよい。すなわち、導電抵抗体１１の抵抗が無限大になった時点で摩耗限界に達したものと判定する。これにより、局所的な偏摩耗が生じても摩耗限界に達したものと判定することができる。

＜温度補正＞
本実施の形態では、測定温度によって抵抗値を補正し、補正抵抗値によって摩耗量を算出する。図７に示すように、プレス加工装置１０は、休止と稼働とを繰り返すが、稼働時には摩擦熱が発生するため、一般的な導電抵抗体１１の温度上昇に伴って、抵抗値が増大し、その結果、摩耗量Ｗが増大したものと検出されてしまう。具体的には、曲線ＬＮ０に示すように、プレス加工装置１０が稼働すると、稼働時間の経過とともに摩擦熱で温度上昇し、さらに稼働が終了した直後でも、ある程度、温度上昇状態が継続し、これらの期間、みかけの摩耗量が増大する。

これに対し、本実施の形態では、曲線ＬＮに示すように、温度によって抵抗値を補正しているので、温度変化に影響を受けない摩耗量Ｗを精度高く検出することができる。

しかも、本実施の形態では、導電抵抗体１１が柱状体であるため、連続的な摩耗量検知が可能になり、摩耗状態を管理することができる。

なお、上記の実施の形態では、上型金型２が駆動し、下型金型１が駆動しないプレス加工装置の一例を示したが、下型金型１を駆動するようにしてもよい。

また、上記の実施の形態で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

本発明の摩耗量検出装置は、摺動面の摩擦熱の影響を受けず、摺動部品の摩耗量を連続的、かつ、精度高く検出する場合に有用である。

１下型金型
１ａ，１ｂ摺動面
２上型金型
３クッションリング
４駆動部
５被加工パネル
６ディスタンスブロック
７，８スライドプレート
７ａ，８ａ摺動面
１０プレス加工装置
１１導電抵抗体
１１ａ入力端
１１ｂ出力端
１２温度センサ
１３絶縁体
２０計測部
２１抵抗値測定部
２２温度測定部
２３，３３無線通信部
２４，３５制御部
２５バッテリ
３０管理部
３１表示部
３２入力部
３４記憶部
３６摩耗量算出部
３７報知部
Ａ摺動方向
Ｄ１摩耗量データ
Ｄ２上限値データ
ＬＮ，ＬＮ０曲線
ＬＹ幅
Ｒ抵抗値
Ｒ０基準抵抗値
Ｒｈ補正抵抗値
Ｔ測定温度
Ｔ０基準温度
Ｗ摩耗量

Claims

プレス加工装置の一方の金型の周面に設けられ、前記金型の周面に対向する他方の金型の摺動面に摺動する面状のスライドプレートの磨耗量を検知する摩耗量検出装置であって、
前記摺動面に露出して埋め込まれ、所定深さを有した柱状であり、一定の所定深さかつ一定の所定幅で摺動方向に延在し、摺動方向の一端側で折り返すコの字形状の導電抵抗体と、
前記導電抵抗体の抵抗値を測定する抵抗値測定部と、
前記導電抵抗体の温度を測定する温度測定部と、
前記抵抗値を前記温度によって補正した補正抵抗値をもとに摺動部品の摩耗量を算出する摩耗量算出部と
を備えることを特徴とする摩耗量検出装置。
前記導電抵抗体に流れる電流の入力端及び出力端は、前記摺動方向の他端側に近接して配置され、
前記抵抗値及び前記温度を無線送信する無線通信部を備え、
前記抵抗値測定部、前記温度測定部及び前記無線通信部は入力端及び出力端に近接した配置でスライドプレートに埋め込まれ、
前記摩耗量算出部は、前記無線通信部から無線送信された前記抵抗値及び前記温度によって補正した補正抵抗値をもとに前記摺動部品の摩耗量を算出することを特徴とする請求項１に記載の摩耗量検出装置。
前記導電抵抗体は、前記摺動部品の本体との間を絶縁する絶縁体によって覆われることを特徴とする請求項１又は２に記載の摩耗量検出装置。
前記摩耗量算出部は、同一時点で測定した前記抵抗値と前記温度とをもとに前記補正抵抗値を算出して前記摩耗量を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の摩耗量検出装置。
前記摩耗量算出部が算出した摩耗量が上限値を超えた場合、その旨を報知出力する報知部を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の摩耗量検出装置。