JP7386201B2 - 鍛造プレス機及びそのワーク姿勢異常検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータで回転駆動されるクランクシャフトによりコンロッドを介してスライドを昇降動作させて鍛造品の鍛造作業を行う鍛造プレス機及びそのワーク姿勢異常検出方法に関する。

従来、例えば、特許文献１のようなクランク軸を回転駆動してスライドを昇降動作させるプレス本体と、このプレス本体の運転状況を検出する複数のセンサと、これら複数のセンサの情報を元に上記運転状況を分析するプログラマブル・ロジック・コントローラと、分析された運転状況をグラフ表示するモニタとを備え、プログラマブル・ロジック・コントローラは、上記運転状況の変化についての情報を分析し、故障の予測をする鍛造プレス機が知られている。

特開２０１９－１３９７６号公報

特許文献１のように、プレス本体の運転状況自体は、各種センサで監視することはできているが、鍛造プレス機で使用するロボット搬送及びトランスファー搬送では、ワークが正しく金型上に載っているかは人間が目視で判断する必要があるか、又は、カメラなど監視専用の機器構成が必要であった。

ロボット搬送及びトランスファー搬送で、人間が目視で判断するには短時間での判断が必要であり、高速で作動する自動搬送中の目視確認は困難である。また、カメラ又はそれに該当するセンサは、熱及び離型剤ミストの影響で検知誤差が大きく、信頼性も低いものであった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ワーク姿勢異常検出専用のカメラなどを追加で設けることなく、リアルタイムに精度の高いワーク姿勢異常の有無の確認を行えるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、所定状態におけるクランク角度の通常時とのずれからワーク姿勢異常を検出するようにした。

具体的には、第１の発明では、モータで回転駆動されるクランクシャフトによりコンロッドを介してスライドを昇降動作させて鍛造品の鍛造作業を行う鍛造プレス機であって、
プレス本体のフレームに加わる荷重を計測するフレーム側荷重検知部と、
上記モータの状態を計測するモータ側検知部と、
上記クランクシャフトの回転角度であるクランク角度を検出するクランク角度検出器と、
上記フレーム側荷重検知部で検知された荷重値のピーク点におけるクランク角度及び上記モータ側検知部の所定状態におけるクランク角度をピックアップし、各検出値に対応するクランク角度が正常時に比べて所定量以上ずれていた場合にワークが金型に正常に置かれていないと判断する制御部とを備えている。

上記の構成によると、鍛造プレス機に取り付けたセンサで出力される測定値は、成形時に付随して発生するものであり、直接熱及びミストの影響を受けるものではないため、検知誤差が少なく信頼性が高いものとなる。また、ワーク姿勢異常検出のためのカメラを設ける必要がなくなり、不良品検知におけるコストダウンを期待できる。さらに、不良品検出が可能になることで、従来のような目視検査工程が不要となり生産工程における良品率が大幅に向上する。

第２の発明では、第１の発明において、
上記モータ側検知部は、上記モータの回転数及び電流値を検出し、
上記制御部は、上記モータの回転数が減少し始める時のクランク角度及び上記モータの電流値のピーク時のクランク角度の少なくとも一方が正常時に比べて所定量以上ずれていた場合にワークが金型に正常に置かれていないと判断するように構成されている。

上記の構成によると、モータの回転数は、上金型がワークに当接し始めた段階から減少するので、そのタイミングのずれからもワーク姿勢の異常を適切に検出できる。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、
上記モータ側検知部は、上記モータの振動値を検出し、
上記制御部は、上記モータの振動値のピーク時のクランク角度が正常時に比べて所定量以上ずれていた場合にワークが金型に正常に置かれていないと判断するように構成されている。

上記の構成によると、モータの振動値は、スライドの下死点に対応する時点で最も大きくなるので、そのタイミングのずれからもワーク姿勢の異常を適切に検出できる。

第４の発明では、第１から第３のいずれか１つの発明において、
上記スライドのダイハイトを調整するダイハイト調整用油圧シリンダと、
上記ダイハイト調整用油圧シリンダの油圧を計測するスライド調整油圧検出器とを更に備えており、
上記制御部は、上記スライド調整油圧検出器の油圧の昇圧ピーク時のクランク角度が正常時に比べて所定量以上ずれていた場合にワークが金型に正常に置かれていないと判断するように構成されている。

上記の構成によると、スライド調整油圧検出器の油圧の昇圧ピークは、スライドの下死点に対応する時点で最も大きくなるので、そのタイミングのずれからもワーク姿勢の異常を適切に検出できる。

第５の発明では、モータで回転駆動されるクランクシャフトによりコンロッドを介してスライドを昇降動作させて鍛造品の鍛造作業を行う鍛造プレス機のワーク位置異常検出方法であって、
プレス本体のフレームに加わる荷重のピーク値及び該ピーク値を示す時点のクランク角度と、上記モータの所定状態を示す所定値及び該所定値を示す時点のクランク角度とを予め入力する入力工程と、
ワークを鍛造する毎に上記プレス本体のフレームに加わる荷重のピーク値及び該ピーク値を示す時点のクランク角度並びに上記モータの所定状態を示す所定値及び該所定値を示す時点のクランク角度をピックアップするピックアップ工程と、
上記ピックアップした各検出値に対応するクランク角度が正常時に比べて所定量以上ずれていた場合にワークが金型に正常に置かれていないと判断する異常検出工程とを備えている。

上記の構成によると、各種測定値の正常時とのずれの許容値は製品によって異なるので、ワークパターン毎に入力工程が行われる。ピックアップ工程において鍛造プレス機に取り付けたセンサで出力される測定値は、成形時に付随して発生するものであり、直接熱及びミストの影響を受けるものではないため、検知誤差が少なく信頼性が高いものとなる。また、ワーク姿勢異常検出のためのカメラを設ける必要がなくなり、不良品検知におけるコストダウンを期待できる。さらに、不良品検出が可能になることで、従来のような目視検査工程が不要となり生産工程における良品率が大幅に向上する。

第６の発明では、第５の発明において、
上記入力工程において、上記モータの振動値のピーク値及びピーク時におけるクランク角度を更に入力し、
上記ピックアップ工程において、ワークを鍛造する毎に上記モータの振動値のピーク値もピックアップし、該モータの振動値のピーク時のクランク角度が正常時に比べて所定量以上ずれていた場合にワークが金型に正常に置かれていないと判断するように構成されている。

上記の構成によると、モータの振動値は、スライドの下死点に対応する時点で最も大きくなるので、そのタイミングのずれからもワーク姿勢の異常を適切に検出できる。

以上説明したように、本発明によれば、ワーク姿勢異常検出専用のカメラなどを追加で設けることなく、リアルタイムに精度の高いワーク姿勢異常の有無の確認を行うことができる。

本発明に実施形態に係る鍛造プレス機の概要を示す正面図である。 本発明に実施形態に係る鍛造プレス機のワーク姿勢異常検出方法を示すフローチャートである。 各センサの検出値とクランク角度とストロークの関係の概要を示すグラフである。 別の各センサの検出値とクランク角度とストロークの関係の概要を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

－鍛造プレス機の構成－
図１は、本発明の実施形態の鍛造プレス機１の概要を示し、この鍛造プレス機１では、フレーム状のプレス本体２（外形は図示省略）の上側に設けたモータ３の動力を図示しない減速機、プーリ４ａ、Ｖベルト４ｂ、クラッチ４ｃ、フライホイール４ｄなどを介してクランクシャフト５に伝達するように構成されている。クランクシャフト５に伝達された回転運動は、コンロッド６を介して上下運動に変換され、このコンロッド６に連結されたスライド７が昇降運動をするようになっている。詳しくは図示しないが、スライド７には、下金型、その対となる上金型及びそれらのダイホルダが設けられている。

プレス本体２のフレームには、フレーム側荷重検知部としての、ひずみゲージ式荷重計８が設けられている。例えば、ひずみゲージ式荷重計８は、プレス本体２のフレームが受ける鍛造時の反力によってフレームが伸びることで、ひずみゲージ８ａから得られたひずみの値を処理してフレームに加わる荷重を検出することができるようになっている。フレーム側荷重検知部は、例えば、プレス本体２のフレームに加わる荷重を直接的に検出するロードセルなどの荷重計でもよい。

鍛造プレス機１は、スライド７のダイハイトを調整するダイハイト調整用油圧シリンダ９を備えている。ダイハイト調整用油圧シリンダ９には、図示しない油圧ユニットから高圧油が供給されるようになっており、その油圧回路には、ダイハイト調整用油圧シリンダ９の油圧を計測するスライド調整油圧検出器１１が設けられている。

クランクシャフト５又はその近傍には、クランクシャフト５の回転角度であるクランク角度を検出するクランク角度検出器１２が設けられている。

モータ３は、モータ３の状態を計測するモータ側検知部としての振動計１３及びインバータ１４を備えている。電源１５からの電流は、インバータ１４を介してモータ３に供給されるようになっている。振動計１３は、モータ３の振動をリアルタイムに制御部４０に送信するように構成されている。インバータ１４は、モータ３の回転数、電流値などを検出でき、その検出結果を制御部４０に送信可能となっている。

制御部４０は、鍛造プレス機１全体の制御を行うＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）、例えば、サンプリング周波数１０ＭＨｚの８チャンネル同時測定が可能なＥＣＵ（エッジコンピュータユニット）、ＥＣＵコントロール用ＰＣ等を含む。

制御部４０は、ひずみゲージ式荷重計８で検知された荷重値のピーク点におけるクランク角度及び振動計１３、インバータ１４の所定状態におけるクランク角度をピックアップし、各検出値に対応するクランク角度が正常時に比べて所定量以上ずれていた場合にワークが金型に正常に置かれていないと判断するように構成されている。

同様に制御部４０は、モータ３の振動値のピーク時のクランク角度が正常時に比べて所定量以上ずれていた場合にワークが金型に正常に置かれていないと判断するように構成されている。

また、制御部４０は、スライド調整油圧検出器１１の油圧の昇圧ピーク時のクランク角度が正常時に比べて所定量以上ずれていた場合にワークが金型に正常に置かれていないと判断するように構成されている。

さらに、制御部４０は、モータ３の回転数が減少し始める時のクランク角度及びモータ３の電流値のピーク時のクランク角度の少なくとも一方が正常時に比べて所定量以上ずれていた場合にワークが金型に正常に置かれていないと判断するように構成されている。

制御部４０の具体的な作用については以下に詳細に説明する。

－鍛造プレス機のワーク姿勢異常検出方法－
次に、本実施形態に係る鍛造プレス機のワーク姿勢異常検出方法について説明する。

本実施形態では、クランクシャフト５を有する鍛造プレス機１でクランクシャフト５に減速機等とモータ３とが連結されているので、一定速度でモータ３が回転するときは、図３に示すようなクランクモーションになる。

モータ３を回転させると、クランクシャフト５に取り付けられているコンロッド６を介してスライド７は、クランク角度・ストローク曲線が図３及び図４に示すような正弦波となるように上下運動する。なお、参考までに上部ノックアウト及び下部ノックアウトの曲線も示す。

クランク角度の推移に合わせ、図３に示すようにひずみゲージ式荷重計８の値及びモータ回転数も推移する。同様に、クランク角度の推移に合わせ、図４に示すようにモータ３の振動計１３の値及びスライド調整油圧検出器の油圧の昇圧ピークも推移する。図４に示すように、モータ電流値についてもクランク角度の推移に合わせてピーク値が現れる。

次いで、図２を用いてワーク姿勢異常検出方法のフローについて説明する。

ステップＳ０１で成形を開始すると、まず、ステップＳ０２の入力工程では、初期値として、成形する鍛造品のワークパターンに対応する正常時における、ひずみゲージ式荷重計８のピーク値のクランク角度、インバータ１４におけるモータ回転数減少時のクランク角度、インバータ１４におけるモータ電流ピーク時のクランク角度、スライド調整油圧検出器１１の油圧の昇圧ピークのクランク角度及び振動計１３のピーク時のクランク角度を入力する。その際のワークパターン、品番も合わせて記録する。これらの初期値は、金型（具体的には下金型）の正常な位置にワークを載置した状態で測定し、その結果をステップＳ０３においてＰＬＣに入力すればよい。

ステップＳ０４において、実際の製品のプレス成形を開始する。

ステップＳ０５のピックアップ工程において、実測値を入力する。具体的には、鍛造品をプレスする毎にひずみゲージ式荷重計８のピーク値のクランク角度、インバータ１４におけるモータ回転数減少時のクランク角度、インバータ１４におけるモータ電流ピーク時のクランク角度、スライド調整油圧検出器１１の油圧の昇圧ピークのクランク角度及び振動計１３のピーク値のクランク角度を入手する。その際のワークパターン、品番も合わせて記録する。

次いで、ステップＳ０５１において、品番及びワークパターンを比較確認する。同じ品番及びワークパターンの場合にステップＳ０６に進む。

次いで、ステップＳ０６の異常検出工程において、各測定値に対し、入力工程で入力した初期値であるクランク角度と、ピックアップ工程で測定した実測値であるクランク角度とを比較する工程を開始する。

そしてステップＳ０７において、荷重ピーク時のクランク角度が所定値以上ずれているかを判定する。図３に例示するように、荷重ピーク時のクランク角度が２０°近くも前にずれると、ワークが金型に正確に載置されずに傾いて通常よりも早くスライド７側がワークに当接して荷重ピークがずれてしまったと判断し、ステップＳ０８のワーク姿勢異常の報知を行う。荷重ピーク時のクランク角度がずれていない、又は、誤差範囲内の１°～３°程度のずれの場合、ステップＳ０９に進む。

ステップＳ０９において、回転数減少時のクランク角度が所定値以上ずれているかを判定する。図３に例示するように回転数が減少する時点のクランク角度が２０°近くも前にずれると、ワークが金型に正確に載置されずに早めにスライド７がワークに接触して回転数が減少したと判断し、ステップＳ０８のワーク姿勢異常の報知を行う。回転数減少開始時のクランク角度がずれていない、又は、誤差範囲内の２～３°程度のずれの場合、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０において、モータ電流値のピーク時のクランク角度が所定値以上ずれているかを判定する。図示は省略するが、ピーク時のクランク角度が２０°近くも前にずれると、ワークが金型に正確に載置されずにスライド７側がワークに早めに当接してモータ３の負荷が上がり、モータ電流値のピークがずれてしまったと判断し、ステップＳ０８のワーク姿勢異常の報知を行う。モータ電流値ピーク時のクランク角度がずれていない、又は、誤差範囲内の２～３°程度のずれの場合、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１において、油圧ピーク時のクランク角度が所定値以上ずれているかを判定する。図４に例示するように油圧ピーク時のクランク角度が２０°近くも前にずれると、ワークが金型に正確に載置されずに、スライド７側が早めにワークに当接して油圧ピークがずれてしまったと判断し、ステップＳ０８のワーク姿勢異常の報知を行う。油圧ピーク時のクランク角度がずれていない、又は、誤差範囲内の２～３°程度のずれの場合、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２において、モータ振動ピーク時のクランク角度が所定値以上ずれているかを判定する。図３に例示するようにモータ振動ピーク時のクランク角度が２０°近くも前にずれると、ワークが金型に正確に載置されずにスライド７側が早めに当接してモータ振動値のピークがずれてしまったと判断し、ステップＳ０８のワーク姿勢異常の報知を行う。モータ振動ピーク時のクランク角度がずれていない、又は、誤差範囲内の２～３°程度のずれの場合、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、想定したワークのずれの判定を全てクリアーしたので、ワーク姿勢異常がないことから良品が成形されたと判定すると共に、ステップＳ０４のワークのプレス成形に移って同様の作業を繰り返す。

このように、本実施形態では、各種測定値の正常時とのずれの許容値は製品によって異なるので、ワークパターンや品番毎に入力工程が行われる。

ピックアップ工程において鍛造プレス機１に取り付けたセンサで出力される測定値は、成形時に付随して発生するものであり、カメラ等のように直接熱及びミストの影響を受けるものではないため、検知誤差が少なく信頼性が高いものとなる。

また、ワーク姿勢異常検出のためのカメラを設ける必要がなくなり、不良品検知におけるコストダウンを期待できる。

さらに、不良品検出が可能になることで、従来のような目視検査工程が不要となり生産工程における良品率が大幅に向上する。

したがって、本実施形態に係る鍛造プレス機１及びそのワーク姿勢異常検出方法によると、ワーク姿勢異常検出専用のカメラなどを追加で設けることなく、リアルタイムに精度の高いワーク姿勢異常の有無の確認を行うことができる。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、ステップＳ０７からステップＳ１２までの５つのステップでワーク姿勢異常を検査しているが、これに限定されず、少なくとも１つのステップで検査が行われてもよい。また、図２で示した各ステップの順番は一例であって、それらの順番は任意である。例えば、ワークの姿勢異常がある場合に、最も顕著に表れる項目を最初のステップに持ってきてもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ 鍛造プレス機
２ プレス本体
３ モータ
４ａ プーリ
４ｂ Ｖベルト
４ｃ クラッチ
４ｄ フライホイール
５ クランクシャフト
６ コンロッド
７ スライド
８ ひずみゲージ式荷重計（フレーム側荷重検知部）
９ ダイハイト調整用油圧シリンダ
１１ スライド調整油圧検出器
１２ クランク角度検出器
１３ 振動計（モータ側検知部）
１４ インバータ（モータ側検知部）
１５ 電源
４０ 制御部（ＰＬＣ）

Claims (6)

1. モータで回転駆動されるクランクシャフトによりコンロッドを介してスライドを昇降動作させて鍛造品の鍛造作業を行う鍛造プレス機であって、
   プレス本体のフレームに加わる荷重を計測するフレーム側荷重検知部と、
   上記モータの状態を計測するモータ側検知部と、
   上記クランクシャフトの回転角度であるクランク角度を検出するクランク角度検出器と、
   上記フレーム側荷重検知部で検知された荷重値のピーク点におけるクランク角度及び上記モータ側検知部の所定状態におけるクランク角度をピックアップし、各検出値に対応するクランク角度が正常時に比べて所定量以上ずれていた場合にワークが金型に正常に置かれていないと判断する制御部とを備えている
   ことを特徴とする鍛造プレス機。
2. 請求項１に記載の鍛造プレス機であって、
   上記モータ側検知部は、上記モータの回転数及び電流値を検出し、
   上記制御部は、上記モータの回転数が減少し始める時のクランク角度及び上記モータの電流値のピーク時のクランク角度の少なくとも一方が正常時に比べて所定量以上ずれていた場合にワークが金型に正常に置かれていないと判断するように構成されている
   ことを特徴とする鍛造プレス機。
3. 請求項１又は２に記載の鍛造プレス機であって、
   上記モータ側検知部は、上記モータの振動値を検出し、
   上記制御部は、上記モータの振動値のピーク時のクランク角度が正常時に比べて所定量以上ずれていた場合にワークが金型に正常に置かれていないと判断するように構成されている
   ことを特徴とする鍛造プレス機。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の鍛造プレス機であって、
   上記スライドのダイハイトを調整するダイハイト調整用油圧シリンダと、
   上記ダイハイト調整用油圧シリンダの油圧を計測するスライド調整油圧検出器とを更に備えており、
   上記制御部は、上記スライド調整油圧検出器の油圧の昇圧ピーク時のクランク角度が正常時に比べて所定量以上ずれていた場合にワークが金型に正常に置かれていないと判断するように構成されている
   ことを特徴とする鍛造プレス機。
5. モータで回転駆動されるクランクシャフトによりコンロッドを介してスライドを昇降動作させて鍛造品の鍛造作業を行う鍛造プレス機のワーク位置異常検出方法であって、
   プレス本体のフレームに加わる荷重のピーク値及び該ピーク値を示す時点のクランク角度と、上記モータの所定状態を示す所定値及び該所定値を示す時点のクランク角度とを予め入力する入力工程と、
   ワークを鍛造する毎に上記プレス本体のフレームに加わる荷重のピーク値及び該ピーク値を示す時点のクランク角度並びに上記モータの所定状態を示す所定値及び該所定値を示す時点のクランク角度をピックアップするピックアップ工程と、
   上記ピックアップした各検出値に対応するクランク角度が正常時に比べて所定量以上ずれていた場合にワークが金型に正常に置かれていないと判断する異常検出工程とを備えている
   ことを特徴とする鍛造プレス機のワーク姿勢異常検出方法。
6. 請求項５に記載の鍛造プレス機のワーク姿勢異常検出方法であって、
   上記入力工程において、上記モータの振動値のピーク値及びピーク時におけるクランク角度を更に入力し、
   上記ピックアップ工程において、ワークを鍛造する毎に上記モータの振動値のピーク値もピックアップし、該モータの振動値のピーク時のクランク角度が正常時に比べて所定量以上ずれていた場合にワークが金型に正常に置かれていないと判断するように構成されている
   ことを特徴とする鍛造プレス機のワーク姿勢異常検出方法。

Images