TWI708644B - 可偵測聲發射訊號的沖壓裝置及沖切缺陷偵測方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種可偵測聲發射訊號的沖壓裝置，其包括：一上模、一下模、一偵測模組以及一處理單元。上模具有一上模板、一沖頭以及一壓料件，沖頭固設於上模板，壓料件連接於上模板，下模對應沖頭處設有一模穴，偵測模組設置於上模或下模的至少一者，包括一聲發射感測器，處理單元與聲發射感測器電性連接，以接收上述聲發射感測器所發出之一訊號。當沖頭對一料帶進行沖切時，壓料件壓抵料帶，使偵測模組與料帶接觸，以偵測料帶於沖切行程所發出的聲發射訊號。

Description

可偵測聲發射訊號的沖壓裝置及沖切缺陷偵測方法

本發明是有關於一種沖壓裝置，特別是有關於一種可偵測聲發射訊號的沖壓裝置及沖切缺陷偵測方法。

沖切加工是指藉由沖頭與模穴間的剪力作用在料帶上而形成料片的加工方式，由於生產速度快、成本相對低廉，因而廣泛用於量產。

在長時間連續沖切的過程中，沖頭和模穴因與料帶摩擦而造成磨耗，導致料片的品質受到影響(例如產生毛邊缺陷)，甚或造成沖頭斷裂、模穴崩損而使作業停頓。目前沖壓產業最常見的對策是定期更新模具零件與生產人員抽樣檢查，以確認是否有生產品質異常。而近來2D影像檢測也常用於沖壓製程上，惟以沖切的尺寸精度量測為主。

中華民國發明專利公告號I602690公開一種沖壓模具異常偵測裝置包含一沖壓模具及一訊號偵測模組，沖壓模具之複數個沖頭用以沖壓一料帶，訊號偵測模組之複數個感測器用以感測沖壓模具並分別測得一振盪訊號，各感測器分別對應各沖頭，當任一感測器所測得之振盪訊號於5KHz至10KHz頻率區間產生一特徵值且特徵值之強度大於其他感測器所測得時，則判斷該感測器所對應之沖頭發生異常。此文獻係以感測器感測沖頭沖壓料帶時所產生的振盪訊號來判斷沖頭是否發生如崩裂、斷裂等異常。

中華民國發明專利公告號I617373公開一種沖 壓模組的故障偵測裝置，設置於一沖壓模具上，沖壓模具具有一模具主體及至少一沖頭，沖頭設置於模具主體，其中故障偵測裝置之一偵測器受一彈性件頂推而直接抵觸沖頭，偵測器用以偵測沖頭之沖壓狀態而輸出一偵測訊號，故障偵測裝置之一控制模組接收偵測器輸出之偵測訊號，且控制模組根據偵測訊號判斷沖壓模具是否發生故障。此文主要獻揭示藉由直接抵觸沖頭之偵測器偵測沖頭的沖壓狀態，並輸出偵測訊號至控制模組進行判斷，以即時地得知此次沖壓中，沖壓模具是否有確實地進行沖壓，而能即時地偵測得沖頭是否發生故障，進而避免無法及時排除故障所產生的問題。

綜上，以人員抽檢較能確認料片是否存在毛邊缺陷，但在連續運作狀態下，並無法立即察覺而停機，不良的產品與浪費掉的時間都易造成生產成本提高。影像檢測技術則不易於沖壓製程線上偵測出沖切毛邊缺陷。而中華民國發明專利公告號I602690和I617373則主要藉由偵測沖頭的沖壓狀態，以即時判斷沖頭是否發生故障，並無揭示毛邊缺陷的偵測。因此，有需要提供可線上偵測沖切缺陷的裝置與方法，以解決前述的問題。

本發明之一目的是提供一種可偵測聲發射訊號的沖壓裝置，以偵測料帶於一次沖切行程所發出的聲發射訊號，藉以判斷料帶之沖切狀態。

本發明之一目的是提供一種沖切缺陷偵測方法，藉由可偵測聲發射訊號的沖壓裝置所取得的聲發射訊號，判斷是否沖切缺陷，以提升沖壓成品品質與避免不良品造成製程成本增加。

依據上述之目的，本發明提供一種可偵測聲發 射訊號的沖壓裝置，其包括：一上模，具有一上模板、一沖頭以及一壓料件，上述沖頭固設於上述上模板，上述壓料件連接於上述上模板；一下模，對應上述沖頭設有一模穴；一偵測模組，設置於上述上模或上述下模的至少一者，包括一聲發射感測器；以及一處理單元，與上述聲發射感測器電性連接，以接收上述聲發射感測器所發出之一訊號；當上述沖頭對一料帶進行沖切時，上述壓料件壓抵上述料帶，使上述偵測模組與上述料帶接觸，以偵測上述料帶於沖切行程所發出的聲發射訊號。

本發明更提供一種沖切缺陷偵測方法，其步驟包括：提供如上述之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置；於上述沖頭與上述模穴尚未損耗時，以上述沖頭對一料帶進行沖切，上述偵測模組與上述料帶接觸，並偵測上述料帶於一次沖切行程所發出的聲發射訊號，並傳送訊號至上述處理單元，記錄為基準訊號；上述沖頭對上述料帶進行另一次沖切，上述偵測模組與上述料帶接觸，並偵測料帶於另一沖切行程所發出的聲發射訊號，並傳送另一訊號至上述處理單元，記錄為即時訊號；以及將即時訊號與基準訊號進行比對，以判斷是否產生沖切缺陷。

本發明能於線上偵測料帶在每個沖壓行程所發出的聲發射訊號，可即時得知沖切條件是否偏離容許狀態。能藉由所測得的聲發射訊號進行沖壓瑕疵分析，以提升沖壓成品品質與避免不良品造成製程成本增加。

100‧‧‧沖壓模具

100'‧‧‧沖壓模具

100"‧‧‧沖壓模具

100'''‧‧‧沖壓模具

110‧‧‧上模

111‧‧‧上模板

112‧‧‧沖頭

113‧‧‧壓料件

1131‧‧‧壓抵面

1132‧‧‧貫孔

120‧‧‧下模

121‧‧‧下模板

1211‧‧‧承載面

1212‧‧‧通孔

122‧‧‧模穴

130‧‧‧偵測模組

130'‧‧‧偵測模組

131‧‧‧聲發射感測器

131'‧‧‧聲發射感測器

132'‧‧‧傳遞件

133'‧‧‧彈性件

134'‧‧‧螺合件

140‧‧‧處理單元

200‧‧‧料帶

圖1為本發明之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置第一實施例之剖面示意圖。

圖2為本發明之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置第二實施例之剖面示意圖。

圖3為本發明之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置第三實施例之剖面示意圖。

圖4為本發明之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置第四實施例之剖面示意圖。

進行沖切加工時，模具的上模下移，壓料板會先壓抵料帶，沖頭繼續下移和料帶接觸，沖頭和模穴的刃部遂壓入料帶中，當壓入深度逐漸增加時，料帶在兩刃部處所受的拉應力亦遞增，在拉應力到達降伏點之前的此階段為彈性變形階段。沖頭繼續下降，沖頭及模穴的刃部繼續壓入料帶中，當料帶的拉應力超過降伏應力後，料帶開始塑性變形階段。當沖頭繼續下行，料帶的拉應力達到最大強度而開始破裂，在沖頭間隙合宜、沖頭和模穴的刃部尚未磨耗的情況下，裂痕會發生在沖頭及模穴之刃尖處，其擴散的方直指向料帶脆弱之點，此點各為模穴、沖頭的刃尖處，此為料帶的撕斷階段。

當沖頭和模穴的刃部產生磨耗而變鈍時，沖頭間隙變大，沖頭和模穴的刃部與料帶接觸而欲壓入料帶中的壓入點發生改變(由原先的刃尖移到沖頭和模穴的側面)，也由於刃部變鈍，壓入點處的應力變小，易在料帶上發生模輥(Die roll)，而於料片的沖切處形成明顯的彎角。在料帶的撕斷階段，由於沖頭和模穴的刃部不再尖銳，料帶裂痕發生的起點會移至沖頭和模穴的側邊，這便是毛邊(Burr)形成的原因，且沖頭和模穴的刃部越鈍，毛邊便越大。

由上面對料帶沖切的分析可知，沖頭和模穴的 刃部在磨耗的前後會導致料帶內部應力模式改變，沖切結果(品質)亦當隨之而異。

當材料內部結構發生變化引起內部應變能以彈性波的形式釋放的現象，稱為聲發射(Acoustic emission)或應力波發射。沖壓加工涉及了料帶的內部結構發生變化(彈性變形、塑性變形以及撕斷)，因此，在加工過程中都有聲發射現象。本發明即以聲發射感測器偵測料帶於沖切行程所發出的聲發射訊號來判斷料片沖切品質。

為讓本發明之上述或其他目的、特徵和特點能更明顯易懂，茲配合圖式將本發明相關實施例詳細說明如下：

請參照圖1，圖1為本發明之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置第一實施例之剖面示意圖，本發明之第一實施例之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置100包括：一上模110、一下模120、一偵測模組130以及一處理單元140。

上模110具有一上模板111、一沖頭112以及一壓料件113，沖頭112固設於上模板111，壓料件113連接於上模板111，於本實施例，壓料件113可相對移動地連接於上模板111。較佳地，壓料件113藉由彈簧連接於上模板111。在其他應用上，壓料件113的材質可為彈性材質，如優力膠。

下模120具有一下模板121，下模板121的承載面1211用以承載一料帶200。下模板121對應沖頭112處設有一模穴122。進行沖切時，沖頭112與模穴122間的剪力作用在料帶200上而形成料片(未繪示)。

本實施例的偵測模組130設置於下模板121，偵測模組130包括一聲發射感測器131，聲發射感測器131嵌 設於下模板121的承載面1211，用以偵測料帶200於沖切過程所發出的聲發射訊號。

處理單元140與聲發射感測器131電性連接，以接收和處理來自聲發射感測器131的訊號。

實際進行沖壓作業時，上模110固定於一沖床(未繪示)的滑座(Ram)上，下模120則固定於沖床的床台上，料帶200置於下模板121承載面1211。當滑座帶動上模110往下死點移動進行合模時，上模110的壓料件113會壓抵料帶200貼合下模板121的承載面1211，使嵌設於下模板121承載面1211的聲發射感測器131與料帶200接觸，接著，沖頭112對料帶200進行沖切，聲發射感測器131開始偵測料帶200於沖切行程所發出的聲發射訊號，並傳送一訊號至處理單元140進行處理。

請參照圖2，圖2為本發明之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置第二實施例之剖面示意圖，本發明第二實施例之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置100'包括：一上模110、一下模120、一偵測模組130'以及一處理單元140，其中，本實施例之上模110、下模120以及處理單元140與第一實施例者相同，不再重複敘述。本實施例的偵測模組130'係設置於下模板121的一通孔1212中，其包括一聲發射感測器131'和一傳遞件132'，傳遞件132'的一端連接聲發射感測器131'，另一端則用以接觸料帶(未繪示)。

進行沖壓作業時，上模110往下死點移動進行合模，首先，上模110的壓料件113會壓抵料帶貼合下模板121的承載面1211，使設於下模板121的傳遞件132'與料帶接觸，接著，沖頭112對料帶進行沖切，料帶於沖切行程所發出的聲發射訊號將藉由傳遞件132'傳遞至聲發射感測器131'，聲發射感測器131'開始偵測聲發射訊號並傳送一訊號至處理 單元140進行處理。

較佳地，本實施例的偵測模組130'更包含一彈性件133'與一螺合件134'，彈性件133'組設於傳遞件132'與螺合件134'之間，藉由旋轉調整螺合件134'以使彈性件133'頂抵傳遞件132'，使傳遞件132'與料帶接觸的另一端突出於下模板121的承載面1211。當上模110合模時，上模110的壓料件113會壓抵料帶貼合承載面1211，原先突出於承載面1211的傳遞件132'會受料帶按壓而縮入通孔1212中，藉此減少壓料件113作動時對聲發射感測器131'的衝擊力。

請參照圖3，圖3為本發明之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置第三實施例之剖面示意圖，本發明第三實施例之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置100"同樣包括：一上模110、一下模120、一偵測模組130以及一處理單元140，與第一實施例的差異僅在本實施例的偵測模組130係嵌設於壓料件113的壓抵面1131。

進行沖壓作業時，上模110下移進行合模，上模110的壓料件113會壓抵料帶200貼合下模板121的承載面1211，使嵌設於壓料件113的壓抵面1131的聲發射感測器131與料帶200接觸，接著，沖頭112對料帶200進行沖切，聲發射感測器131開始偵測料帶200於沖切行程所發出的聲發射訊號，並傳送一訊號至處理單元140進行處理。

請參照圖4，圖4為本發明之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置第四實施例之剖面示意圖，本發明第四實施例之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置100'''同樣包括：一上模110、一下模120、一偵測模組130'以及一處理單元140，與第二實施例的差異僅在本實施例之偵測模組130'係設置於壓料件113的一貫孔1132中，其所包含的元件如第二實施例所揭示，不再重複敘述。

進行沖壓作業時，滑座帶動上模110往下死點移動，首先，壓料件113會壓抵料帶200貼合下模板121的承載面1211，使設於壓料件113的傳遞件132'與料帶200接觸，接著，沖頭112對料帶200進行沖切，料帶200於沖切行程所發出的聲發射訊號將藉由傳遞件132'傳遞至聲發射感測器131'，聲發射感測器131'開始偵測聲發射訊號並傳送一訊號至處理單元140進行處理。

上述實施例是以一偵測模組130,130'偵測一沖頭112沖切料帶200所發出的聲發射訊號作為說明，惟本發明的應用並不以此為限，在其他應用上，亦可以一偵測模組130,130'偵測複數沖頭112沖切料帶200所發出的聲發射訊號，抑或以複數偵測模組130,130'偵測複數沖頭112沖切料帶200所發出的聲發射訊號。

另外，本發明提供一種沖切缺陷偵測方法，其步驟包括：

提供一可偵測聲發射訊號的沖壓裝置步驟：提供如上述之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置；

取得基準訊號步驟，包括：於沖頭與模穴尚未損耗時，以沖頭對一料帶進行沖切，偵測模組與料帶接觸，並偵測料帶於一次沖切行程所發出的聲發射訊號，並傳送一訊號至處理單元，記錄為基準訊號；

取得即時訊號步驟，包括：沖頭繼續對料帶進行沖切，偵測模組與料帶接觸，並偵測料帶於另一沖切行程所發出的聲發射訊號，並傳送另一訊號至處理單元，記錄為即時訊號；以及

訊號比對步驟，包括：將即時訊號與基準訊號進行比對，以判斷是否產生沖切缺陷。

本發明於沖頭與模穴尚未損耗時對料帶進行沖切，由偵測模組取得料帶於一次沖切行程所發出的聲發射訊號作為基準訊號，而在隨後的一沖切行程由偵測模組取得料帶所發出的聲發射訊號作為即時訊號，當即時訊號與即時訊號的比對差異超出一容許值時，即可知沖切成品已產生缺陷。

本發明具有下列功效：1.能線上偵測料帶在每個沖壓行程所發出的聲發射訊號。2.能藉由所測得的聲發射訊號進行沖壓成品品質分析。3.藉由料帶於沖切時的聲發射訊號分析得知沖頭、模穴的磨損情形，作為零件更換之依據。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用以限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

100‧‧‧沖壓模具

110‧‧‧上模

111‧‧‧上模板

112‧‧‧沖頭

113‧‧‧壓料件

1131‧‧‧壓抵面

120‧‧‧下模

121‧‧‧下模板

1211‧‧‧承載面

122‧‧‧模穴

130‧‧‧偵測模組

131‧‧‧聲發射感測器

140‧‧‧處理單元

200‧‧‧料帶

Claims (6)

1. 一種可偵測聲發射訊號的沖壓裝置，其包括：一上模，具有一上模板、一沖頭以及一壓料件，上述沖頭固設於上述上模板，上述壓料件連接於上述上模板；一下模，對應上述沖頭設有一模穴；一偵測模組，設置於上述上模或上述下模的至少一者，上述偵測模組包括一聲發射感測器；以及一處理單元，與上述聲發射感測器電性連接，以接收上述聲發射感測器所發出之一訊號；當上述沖頭對一料帶進行沖切時，上述壓料件壓抵上述料帶，使上述偵測模組與上述料帶接觸，以偵測上述料帶於沖切行程所發出的聲發射訊號；其中，上述偵測模組更包含與上述聲發射感測器連接的一傳遞件，當上述沖頭對上述料帶進行沖切時，上述傳遞件與上述料帶接觸；上述偵測模組更包含一彈性件，用以頂抵上述傳遞件，以吸收上述傳遞件與上述料帶接觸時的衝擊力；以及上述偵測模組更包含一螺合件，其中上述彈性件組設於上述傳遞件與上述螺合件之間，藉由旋轉調整上述螺合件以使上述彈性件頂抵上述傳遞件，使上述傳遞件與上述料帶接觸的另一端突出於上述下模板的承載面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置，其中，當上述沖頭對上述料帶進行沖切時， 上述聲發射感測器與上述料帶接觸。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置，其中，上述偵測模組更包含一彈性件，用以頂抵上述傳遞件，以吸收上述傳遞件與上述料帶接觸時的衝擊力。
4. 如申請專利範圍第1項所述之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置，其中，上述下模更包含一下模板，上述模穴設置於上述下模板，並與上述沖頭對應，上述偵測模組係裝設於上述下模板，並位於上述模穴的一側，當上述沖頭對上述料帶進行沖切時，上述壓料件壓抵上述料帶，上述偵測模組與上述料帶接觸。
5. 一種沖切缺陷偵測方法，其步驟包括：提供如申請專利範圍第1項所述之可偵測聲發射訊號的沖壓裝置；於上述沖頭與上述模穴尚未損耗時，以上述沖頭對一料帶進行沖切，上述偵測模組與上述料帶接觸，並偵測上述料帶於一次沖切行程所發出的聲發射訊號，並傳送一訊號至上述處理單元，記錄為基準訊號；上述沖頭對上述料帶進行另一沖切，上述偵測模組與上述料帶接觸，並偵測料帶於另一沖切行程所發出的聲發射訊號，並傳送另一訊號至上述處理單元，記錄為即時訊號；以及將即時訊號與基準訊號進行比對，以判斷是否產生沖切缺陷。
6. 如申請專利範圍第5項所述之沖切缺陷偵測方法，其中，當上述沖頭對上述料帶進行沖切時，上述聲發射感測器與上述料帶接觸。

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