JPH0569167B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の背景〕 この発明は一般に金属部品に成形に関し、特に
部品成形用材料のプレス中厚さ測定に関する。 例えばカラーテレビジヨン映像管の電子銃用部
品のような金属薄板の成形により作られる部品の
品質は、その部品が成形される材料の厚さに大き
く依存する。金属の厚さの公称値からの偏位は成
形力や圧力板の力に変動を生じ、この力の偏位に
より、生産される部品の曲げ、スプリングバツク
および壁厚の減少の予測と補償が困難になる上、
成形力の変動はその部品を成形する金型に過度の
摩耗と疲労を与え、実質的に金型の寿命を縮め
る。 最近、金属成形産業では個別品質管理計画に基
いて材料の厚さを測定するが、普通ロツトから標
本を選出してその厚さを測定し、この測定に基い
て材料全体の合否を判定する。その標本は一般に
ロールの端から選ばれるので、その測定値はロー
ル中央部の金属厚さを表わさず、このため標本抜
取法を使用すると不良のロール材料を合格とし、
許容し得るロール材料を不合格とする可能性があ
る。金属成形産業では材料が金型に入る前に連続
的に入来材料の厚さを測定し始めている。通常こ
の測定は容量型の非接触変換器により行なわれる
が、この非接触型の測定は不純物や潤滑油により
誘電率が変化して測定が不正確になる欠点を有す
る上、容量性変換器は金属が金型に入つた後潤滑
油の厚さや測定後金属に付着してその有効厚さを
変える不純物に関する情報を提供しない。この理
由から、実際の加工状態の金型の中で金属の厚さ
を測定する方式が必要であるが、この発明はこの
長年の需要を満たすものである。 〔発明の概要〕 この発明によるプレス機にセツトされた材料の
厚さを測定する装置を後程説明する図示の実施例
について説明すると、プレス機（例えば１０）に
設置されていて、該プレス機にセツトされた材料
（例えば２２）に対して成形工具（例えば１２）
が及ぼす力を測定して、上記力の大きさを表わす
力信号を生成する力変換機（例えば１３）と、上
記成形工具の予め設定された初期位置（例えば所
定距離ｄの位置）からの変位量を表わす変位信号
を発生する変位変換機（例えば２３）と、上記成
形工具と材料との接触時に上記力信号が予め設定
された閾値レベルを超えたとき、上記力信号と変
位信号とに応答して上記材料の厚さを算出する計
算手段（例えば２８）とを含んでいる。 〔詳細な説明〕 第１図においてプレス機１０は成形工具１２を
取付けた垂直可動ラム１１を有し、その成形工具
１２とラム１１との間には歪み計等の他の変換器
も使用し得るが推奨実施例では水晶より或る力変
換器１３が配置されている。また垂直可動ラム１
１の下には開孔１６を有する金型１４が配置さ
れ、圧え板１７がばね１９，２１によりラム１１
に結合されている。部品成形用の材料２２は圧え
板１７により金型１４に対して保持されている。
金型１４の開孔１６の寸法はプレスされる部品の
所定の外部寸法により決定され、成形工具１２の
寸法は材料２２の厚さを考慮して、プレスされる
部品の所定の内部寸法に従つて選定される。 部品の成形中圧え板１７は材料２２に保持力を
加えるが、この保持力と成形工具１２が部品を成
形する力は材料２２の厚さの関数である。材料２
２に加えられる保持力または成形工具１２の成形
力が過大になると、金属の変形位置に材料２２の
割れを生じることがあり、また成形工具１２か金
型１４を破壊することもあるが、保持力が軽いと
きは部品にしわが形成される。いずれの場合にも
普通は不良部品ができるため、保持力を材料２２
の厚さに従つて調整し得るようにその厚さの情報
が必要である。 推奨実施例では線形可変差動変圧器（LVDT）
である変位変換器２３がラム１１上所定距離ｄの
位置に常置されている。この線形可変差動変成器
は変成器２４と適当な接手２７によりラム１１に
固定された磁心２６を有し、従つて、ラム１１が
材料２２に対して垂直に移動すると、磁心２６が
ラム１１とともに移動し、磁心２６の変位を示す
出力電圧が変成器２４から発生される。この変位
信号は線路２９を介して推奨実施例ではマイクロ
プロセツサ２８から成る計算手段に供給される。
力変換器１３の出力信号は電圧の形の力信号で、
成形工具１２が材料２２に接触する圧力に比例す
る。この力信号は線路３１を介してマイクロプロ
セツサ２８に供給される。 水晶力変換器１３の出力は無負荷のときに理論
的に０であるが、水晶がラム１１と成形工具１２
との間に挟まつているので、ラム１１が材料２２
に近ずくと雑音出力が生ずる。この雑音レベルは
第２図の２点３２，３３間に示されている。成形
工具１２が材料２２に接触すると直ちに力変換器
１３の出力は実質的に第２図の急勾配の曲線３４
で示すように増大する。従つて、力変換器１３の
出力信号の急増が成形工具１２と材料２２の接触
を正確に指示するため、その力変換器の出力変化
と変位変換器２３からの変位信号との関係からラ
ム１１の変位が判り、これを用いて材料２２の厚
さを正確に計算することができる。従つて、線形
可変差動変圧器２３の出力は力変換器１３の出力
と共に逐次マイクロプロセツサ２８に供給され、
成形工具１２と材料２２との接触時の変位変換器
２３の読みが材料２２の厚さの測定値として用い
られる。 力変換器１３の無負荷出力は雑音が多いため、
擬似雑音出力により材料２２に接触したという誤
りの表示を生じることがある。第２図の３６，３
７のようないくつかの雑音スパイクは比較的高い
が、このような雑音スパイクによつて成形工具１
２と材料２２との接触を表示しないようにしなけ
ればならない。これは点３２，３３の雑音スパイ
クの平均値以上のところに閾値レベル３８を設計
することにより達せられる。従つて、力変換器１
３とこの装置を実際の厚さ測定の前に較正する
が、このために力変換器１３からの無負荷の読み
を多数ｎ個とり、その平均値μと分散β²を周知の
次式により計算する。

【化】

【化】 ここで、 X_i＝各無負荷時の雑音の読み μ＝平均雑音レベル ｎ＝無負荷時の雑音の読みの個数 次に分散β² _oを次式に用いて閾値Ｔ（第２図の３
８）を計算する。 Ｔ＝μ＋Kβ_o (3) ここで、Ｋ＝装置の定数 β_o＝雑音の標準偏差 μ＝平均雑音レベル 閾値Ｔの計算では装置の定数Ｋを用いたが、こ
の定数は点３２，３３間に取つた全ての雑音の読
みが計算された閾値３８より小さい確率の依存す
る。第３図はこの装置の信頼係数Ｋが所定の信頼
レベルαで選定されることを示す。すなわち、力
変換器の雑音の読みが、成形工具１２が試料２２
に接触する前に計算された閾値３８を超える機会
はα％である。 第４ａ図、第４ｂ図および第４ｃ図は第１図の
計算手段２８に用いられるマイクロプロセツサの
推奨実施例で、第４ａ図と第４ｂ図は部品成形前
の装置で較正であり、第４ｃ図は材料の厚さ測定
である。第４ａ図において、較正工程は段階４１
から開始され、段階４２で力変換器１３の出力の
無負荷時の読みの個数ｎを装置に設定する。この
数は精度の確率を上げると同時に不当に大量のデ
ータを処理しない様に例えば100〜150程度に選
ぶ。段階４３で、力変換器１３を無負荷で読み、
その出力電圧を記憶する。判定４４で第ｎ番目
（最後）の読みが記録されていなければ段階４３
を反復し、もう１つ無負荷電圧を記憶する。この
動作を段階４２で装置に設定した個数の読みが得
られるまで続ける。段階４６に入ると装置の雑音
の平均μと分散β²を式(1)，(2)によつて計算し、記
憶する。 雑音の平均と分散を計算した後、段階４７で信
頼レベルαを求める。これは第３図を利用して雑
音レベルの選ばれた百分率を確実に閾値以下にす
ることである。次に段階４８で上式(3)により装置
の閾値Ｔを計算する。 段階４９で較正工程で用いるサンプル材料２２
の数を装置に設定する。装置の較正では厚さ既知
の材料を用いて変位変換器２３を較正する。個々
の変位変換器の特性は変ることがあり、そのため
特定の厚さに対する各線形可変差動変圧器の２３
の出力電圧が変ることがあるため、この較正は必
要である。既知厚さの材料に接触したときの線形
可変差動変圧器の出力電圧を記録することによ
り、その電圧がその既知の厚さと関係付けられる
ため、装置の精度が実質的に改善される。 材料の厚さごとに変位電圧の読みを複数個と
り、標準の相関技法を用いてその読みと既知の厚
さの相関を正確にとることができる。 段階５１でサンプル材料の厚さを装置に設定
し、段階５２で材料に向つて成形工具１２の垂直
運動を始める。第４ｂ図の段階５３で較正される
試料数ｉを指定し、段階５４で力変換器１３の出
力電圧を読んで、判定５６でその読みを計算され
た閾値Ｔと比較する。この力変換器の出力を力の
読みがその閾値を越えるまで連続的に読み、閾値
を越えると段階５７に入つて変位変換器２３の出
力電圧を読み、これを記憶する。 段階５８で、力変換器の出力が閾値Ｔを超える
雑音パルスの形の擬似トリガか否かを判定する。
この段階は第３図について説明した信頼レベルα
に含まれない残りの百分率を取り上げて装置精度
を高める。全変位に対する変位変換器２３の出力
値はある電圧、例えば10vとして知られているか
ら、段階５８でその変換器２３からの実際の変位
出力電圧を既知の予想全変位電圧と比較する。実
際の出力の読みが予想電圧に極めて近いとき有効
なトリガ信号が力変換器１３から供給された確率
が極めて高いが、実際の変位電圧と予想される変
位電圧との間に実質的な差があれば擬似トリガが
表示された確率が非常に高い。このような擬似ト
リガが表示されたときは力変換器１３を読み続
け、段階５４，５６，５７，５８を繰り返す。 判定５８で有効なトリガが与えられたことが示
されると、段階５９に移つて変位変換器２３と材
料２２の既知厚さの両出力信号を記憶する。この
ようにしてこのとき材料の既知厚さに対する変位
変換器出力が判る。次に、計算段階６１に移り、
装置を次の厚さの材料と電圧との相関に進める。
従つて、新しい材料を金型１４に嵌める。判定６
２で所要数の試料が較正されていなければ、段階
５４に戻り、変位変換器２３の出力信号と次の試
料との相関をとる。判定６２で最後の試料が較正
されていれば段階６３でプレスを停止する。段階
６４，６６で変位電圧と試料の厚さとの相関をと
り、相関式または相関図を記憶する。線形可変差
動変圧器２３の出力は磁心２６の変成器２４に対
する移動と共に直線的に変化するから、測定値の
相関プロツトは直線となり、較正手順がその直線
の傾きを決める。この理由から、段階６６で相関
図を使用する場合と同様に判定された点を用いる
ことができ、またその傾きを決定して未知厚さの
試料から変位変換器の出力が得られたとき直線の
式を用いて厚さを計算することができる。いずれ
の場合にも、未知厚さの試料を金型１４に嵌めた
とき、変位変換器２３の出力を読み、記憶された
相関図と比較するか、記憶された直線の傾斜を用
いて厚さを計算する。 第４ｃ図では、部品の成形に使用する材料の厚
さを実際に測定する。測定は段階６７で開始さ
れ、段階４８で材料を金型１４に嵌めて圧え板１
７により固定する。次に材料２２に向けて成形工
具１２の垂直運動を開始し、段階６９で力変換器
１３の出力を連続して読む。判定７１で力変換器
１３の出力を第２図の３８で示される閾値Ｔを力
が越えたことをそれが示すまで読み続け、閾値Ｔ
を越えると段階７２で変位変換器２３の電圧出力
を読む。段階７３で擬似トリガが入来したか否か
を判定するため変位変換器２３の電圧出力を既知
の全変位電圧と比較し、その電圧が実質的に予想
電圧に等しいことを確認する。有効なトリガが示
されると、段階７４に移り、変位変換器の出力を
記憶する。次に段階７６に移り、変位変換器の出
力を記憶された相関図または相関式と比較し、未
知の試料２２の厚さを記憶する。判定７７で最後
の試料が測定されていなければ段階６８に戻り、
未知の厚さの新しい試料を金型１４上に置き、測
定工程を繰返す。測定された厚さを用いて手動ま
たは自動的にプレスの保持圧力と成形圧力を調整
し、不良部品が成形されるのを防ぐと共に材料の
厚過ぎによる金型の破損を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明により利用される変換器を含
む薄板金属部品を成形する金属プレス機の簡略
図、第２図は金型が金属材料に接触するとき、力
変換器の出力がどのように増加するかを示す力時
間関係図、第３図はこの発明の信頼係数がどのよ
うに選定されるかを示すベル型分布曲線図、第４
ａ図、第４ｂ図および第４ｃ図は材料の厚さを決
定する計算手段の推奨実施例のフローチヤートで
ある。 １０……プレス機、１２……成形工具、１３…
…力変換器、２２……材料、２３……変位変換
器、２８……計算手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プレス機にセツトされた材料と該プレス機の
   成形工具との接触を、該成形工具が上記材料に及
   ぼす力を測定することによつて検出して力信号を
   生成し、上記成形工具の予め設定された初期位置
   からの変位量を変位検出器で検出して変位信号を
   生成し、上記力信号と変位信号とに応答して、上
   記力信号が予め設定された閾値レベルを超えたと
   き上記材料の厚さを表わす信号を生成することに
   より、上記プレス機にセツトされた材料の厚さを
   測定する方法。 ２ プレス機に設置されていて、該プレス機にセ
   ツトされた材料に対して成形工具が及ぼす力を測
   定して、上記力の大きさを表わす力信号を生成す
   る力変換機と、上記成形工具の予め設定された初
   期位置からの変位量を表わす変位信号を発生する
   変位変換機と、上記成形工具と材料との接触時に
   上記力信号が予め設定された閾値レベルを超えた
   とき、上記力信号と変位信号とに応答して上記材
   料の厚さを算出する計算手段とからなる、部品に
   成形するために上記プレス機にセツトされた材料
   の厚さを測定する装置。