JPS6147509A - プレス機にかけられた材料の厚さを測定する方法並びに装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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の成形に関し、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ョ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、この方の偏位によシ、生産される部品の曲げ、スプ
リングバッ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、普通ロットがら還水を選出してそ
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
のため標本抜取決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シ行なわれるが、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
に入った後潤滑油の厚さや測定径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〕

この発明によってプレス機にかけられた材料の厚さを測
定する装置は、その材料に対するプレス、　　　の力を
測定してその力を示す力信号を生成する力変換器＼と、
成形工具の変位を示す変位信号を生成する変位変換器と
、その力信号と変位信号を受け、力信号が成形工具と材
料との接触に応じて閾値を超えたときその変位信号に応
じて試料の厚さを計算する計算手段とを含んでいる。

〔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
施例では水晶よシ成る力変換器１３が配置されている。

また垂直可動ラム１１の下には開孔１６を有する金型１
４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によシ金型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
によシ決定され、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っ
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２２に加えられる保持力
まだは成形工具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らり、まだ成形
工具１２か金型１４七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
に従っ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と造画
な接手２７によりラム１１に固定された磁心２６を有し
、従って、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
セッサ２８から成る計算手段に供給される。力変換器１
３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３
１を介してマイクロプロセッサ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との間に挾まっ
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力；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。

従って、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の変位が判シ、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。従って、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
クロプロセッサ２８に供給され、成形工具１２と材料２
２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３６．３７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
によって成形工具１２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間の雑音スパイクの平均値以上のと
ころに閾値レベル３８を設定することにより達せられる
。従って、力変換器１３とこの装置を実際の厚さ測定の
前に較正するが、このだめに力変換器１３からの無負荷
の読みを多数ｎ個とシ、その平均値μと分散β２を周知
の次式により計算する。

ここで、 Ｘｉ＝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 次に分数β。を次式に用いて閾値Ｔ（第２図の３８）を
計算する。

Ｔ＝μ＋にβｎ（３） ここで、Ｋ＝装置の定数 へ＝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間で取った全ての雑音の読みが計算された
閾値３８より小さい確率に依存する。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１
２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ッサの推奨実施例で、
第４ａ図と第４ｂ図は部品成形前の装置の較正であり、
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
よって計算し、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。各変位変換器、の特性が変
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だめ、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シ、
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５
２で材料に向って成形工具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に入って変位変
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・含まれない残シの
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
シ返す。

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に移って変位変換器２３と材料２２の既知篤
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。従って、新しい材料を金型１４に嵌める
。判定６２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
さとの相関をとシ、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
プロットは直線となり、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
と同様に測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５．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１７によシ固定する。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
ぐと共に材料の厚遇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４ａ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ャートであ
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、２
８・・・計算手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）材料とプレス機の成形工具との接触を力変換器で
   検出して力信号を生成する段階と、上記成形工具の変位
   を変位変換器で検出して変位信号を生成する段階と、上
   記変位信号を利用して上記力信号が閾値を超えたとき材
   料の厚さ信号を生成する段階とを有するプレス機にかけ
   られた材料の厚さを測定する方法。
2. （２）プレス機にかけられた材料にかかる成形工具の力
   を測定してその力を示す力信号を生成する力変換器と、
   上記成形工具の変位を示す変位信号を生成する変位変換
   器と、上記力信号と変位信号を受け、上記力信号が上記
   成形工具と上記材料との接触に応じて閾値レベルを超え
   たとき上記変位信号に従って上記材料の厚さを算出する
   計算手段とを具備する、部品に成形するためプレス機に
   かけられた材料の厚さを測定する装置。