(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス機の鋼板入側および鋼板出側に設置された２本のメインシリンダで昇降するパンチビームと、
上記パンチビームの下方に配設された２本のリストライクシリンダと、
上記それぞれのリストライクシリンダとリンクアームによって連結し、上記パンチビームの両側に対向して配設されたブレーキガータに支持された２本のブレーキロールによって鋼板をＵ字形状にプレス成形するＵ形プレス成形機における異常検出方法であって、
上記２本のメインシリンダに設置された変位センサで測定したメインシリンダの鋼板長手方向のストローク差、
上記ブレーキガータの鋼板長さ方向の両端部側に設置された開度センサで測定したブレーキガータの鋼板長手方向の開度差、および、
上記リンクアームに設置された応力センサで測定したリンクアームに掛かる応力、
のうちのいずれか１以上の値が予め定めた閾値以上となったときに、異常と判定するＵ形プレス成形機の異常検出方法。
【請求項２】
プレス機の鋼板入側および鋼板出側に設置された２本のメインシリンダで昇降するパンチビームと、
上記パンチビームの下方に配設された２本のリストライクシリンダと、
上記それぞれのリストライクシリンダとリンクアームによって連結し、上記パンチビームの両側に対向して配設されたブレーキガータに支持された２本のブレーキロールによって鋼板をＵ字形状にプレス成形するＵ形プレス成形機における異常検出装置であって、
上記２本のメインシリンダのストロークを測定する変位センサと、
上記両側面のブレーキガータの鋼板長さ方向の両端部側の開度を測定する開度センサと、
上記リンクアームに掛かる応力を測定する応力センサを備え、
上記変位センサで測定したメインシリンダの鋼板長手方向のストローク差、
上記開度センサで測定したブレーキガータの鋼板長手方向の開度差、および、
上記応力センサで測定したリンクアームに掛かる応力、
のうちのいずれか１以上の値が予め定めた閾値以上となったときに、異常と判定するＵ形プレス成形機の異常検出装置。
【請求項３】
異常と判定したときに、異常警報を発することを特徴とする請求項２に記載のＵ形プレス成形機の異常検出装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の異常検出装置で異常を検知したときは、Ｕ形プレス成形機にかかる負荷を軽減するプレス操業に切り換える、または、プレス成形機の補修を行うことを特徴とするＵ形プレス成形方法。
【請求項５】
請求項２または３に記載の異常検出装置を備えたことを特徴とするＵ形プレス成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板からＵＯＥ鋼管を製造する際に、鋼板をＵ字型にプレス成形するカイザータイプのＵ形プレス成形機における異常検出方法、異常検出装置と、上記方法、装置に基くＵ形プレス成形方法、上記Ｕ形プレス成形機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＵＯＥ鋼管は、主として、石油や天然ガスを輸送するラインパイプや、建築材料用、海洋構造物の鋼管等に使用されている。上記ＵＯＥ鋼管は、通常、鋼管の素材となる鋼板端部にクリンピングプレスで曲げ加工を施した後、Ｕ形にプレス加工し、Ｏ形に成形して素管とし、突合せ部を溶接した後、拡管して真円度を高める方法で製造されている。
【０００３】
上記のＵ形にプレス成形する装置には、大別してカイザータイプとバーソンタイプがある（例えば、特許文献１参照）が、上記カイザータイプのＵ形プレス成形機は、図１に示すように、素材となる鋼板１を上方よりプレスするメインシリンダ２と、該メインシリンダと接続し、プレス成形時に鋼板と直接接触する金型３ａを下端部に着脱可能に取り付けたパンチビーム３と、上記素材鋼板を下方から支持するリトラクトシリンダ４と、上記素材鋼板を両側面から拘束する２つのブレーキロール５と、上記ブレーキロールを支持する２つのブレーキガータ６とで構成されている。上記リトラクトシリンダとブレーキガータは、リンクアーム７によって連結されており、リトラクトシリンダの昇降に伴って、２つのブレーキガータ間の開度を拡縮する構造となっている。
【０００４】
図２は、上記図１のＡ−Ａ´断面を示したものであり、メインシリンダ２が伸長することによって、メインシリンダの下端に接続されたパンチビーム３が下降して素材鋼板１の幅中央部を押し下げる。パンチビーム３で鋼板を押し下げていくと、鋼板１はリトラクトシリンダ４に接触し、リトラクトシリンダを押し下げる。リトラクトシリンダ４は、リンクアーム７によってブレーキガータ６と連結しているため、リトラクトシリンダ４が下降すると、ブレーキガータ６はラインセンタ側に引き寄せられる。その結果、鋼板１は、パンチビーム３と両側面のブレーキロール５によって３点曲げを受け、Ｕ字形状に成形される。
【０００５】
ＵＯＥ鋼管の素材となる鋼板は長尺であるため、該鋼板をＵ形に成形するパンチビームやブレーキロールは、鋼板以上の長さを有している。そのため、パンチビームに接続するメインシリンダや、ブレーキロールを支持するブレーキガータと連結しているリトラクトシリンダは、それぞれパンチビームやブレーキガータの長さ方向（鋼板長さ方向）の両端部側に２本配設されているのが普通である。図１に示したＵ形プレス成形機では、素材となる鋼板は、パンチビームの長さ方向の一方の側から搬入され、Ｕ形に成形された後、反対方向の側に搬出される。そこで、本発明では、説明の都合上、各２本配設されたメインシリンダおよびリトラクトシリンダを、入側メインシリンダおよび出側メインシリンダ、入側リトラクトシリンダおよび出側リトラクトシリンダと称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２４６５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、石油やガス輸送用のパイプラインは、遠距離輸送を可能とするため、高圧で輸送する傾向にある。また、油田やガス田の開発が進み、寒冷地帯や深海底など、過酷な環境下で輸送するケースが増加している。さらに、建築用や鋼構造物用の鋼管には、巨大地震対策として、耐震性にも優れることが要求されるようになってきている。このような事情から、近年、ＵＯＥ鋼管は、高強度化や厚肉化が進行しており、Ｕ形プレス成形機に掛かる負荷も増大しつつある。そのため、鋼板長手方向のパンチビームの傾斜異常や、ブレーキガータの鋼板長さ方向の開度異常に起因する過大負荷によって、Ｕ形プレス成形機が損傷を受ける頻度が増加する傾向にある。
【０００８】
しかし、パンチビームとパンチビームの両側面に配設されたブレーキロールによって鋼板を３点曲げしてＵ字形状に成形するカイザータイプのＵ形プレス成形機では、従来、パンチビームについては、初期傾斜制御、すなわち、プレス開始前にパンチビームがあらかじめ定めた閾値以上に傾いていた場合に、鋼板長手方向に配置されているメインシリンダの動作量を調整するなどして鋼板長手方向のパンチビームの傾斜を制御することしか行われておらず、ブレーキロールを支持するブレーキガータについては、初期位置の設定のみで、プレス中の開度制御は行われていないため、Ｕ形プレス成形機の異常を早期に検知するのは難しい。
【０００９】
また、鋼管の高強度化や厚肉化が進行している昨今では、鋼管の製造範囲が多岐に亘るため、Ｕ形プレス成形機に掛かる負荷は、鋼板の強度や厚み、長さなどの変化によって広範囲に変化するため、それらに対応して成形条件を切り換える必要があるが、パンチビームの傾斜制御やブレーキガータの初期位置設定のみでは対応することができない。
【００１０】
本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｕ形プレス成形機の異常を早期に検知し、Ｕ形プレス成形機の損傷を防止するとともに、Ｕ形プレス成形機に掛かる負荷状況に応じで、プレス成形条件の変更を可能とするＵ形プレス成形機における異常検出方法、異常検出装置と上記方法、装置に基くＵ形プレス成形方法ならびに上記Ｕ形プレス成形機を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意検討を重ねた。その結果、パンチビームの傾斜制御、ブレーキガータの初期位置設定に加えて、メインシリンダの鋼板長手方向（入側メインシリンダと出側メインシリンダ）のストローク差、ブレーキガータの鋼板長手方向（鋼板の入側−出側方向）の開度差および、リンクアームに掛かる応力をプレスの全過程において常時測定し、それらのうちのいずれか１以上の値が予め定めた所定の閾値以上となったときに異常と判定することが有効であることを見出し、本発明を開発するに至ったものである。
【００１２】
すなわち、本発明は、メインシリンダで昇降するパンチビームと、上記パンチビームの下方に配設されたリストライクシリンダと、上記リストライクシリンダとリンクアームによって連結したブレーキガータに支持された２本のブレーキロールによって鋼板をＵ字形状にプレス成形するＵ形プレス成形機における異常検出方法であって、上記メインシリンダに設置された変位センサで測定したメインシリンダの鋼板長手方向のストローク差、上記ブレーキガータに設置された開度センサで測定したブレーキガータの鋼板長手方向の開度差、および、上記リンクアームに設置された応力センサで測定したリンクアームに掛かる応力、のうちのいずれか１以上の値が予め定めた閾値以上となったときに、異常と判定するＵ形プレス成形機の異常検出方法である。
【００１３】
また、本発明は、メインシリンダで昇降するパンチビームと、上記パンチビームの下方に配設されたリストライクシリンダと、上記リストライクシリンダとリンクアームによって連結したブレーキガータに支持された２本のブレーキロールによって鋼板をＵ字形状にプレス成形するＵ形プレス成形機における異常検出装置であって、上記メインシリンダのストロークを測定する変位センサと、上記両側面のブレーキガータの開度を測定する開度センサと、上記リンクアームに掛かる応力を測定する応力センサを備え、上記変位センサで測定したメインシリンダの鋼板長手方向のストローク差、上記開度センサで測定したブレーキガータの鋼板長手方向の開度差、および、上記応力センサで測定したリンクアームに掛かる応力、のうちのいずれか１以上の値が予め定めた閾値以上となったときに、異常と判定するＵ形プレス成形機の異常検出装置である。
【００１４】
本発明の上記Ｕ形プレス成形機の異常検出装置は、異常と判定したときに、異常警報を発することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記の異常検出装置で異常を検知したときは、Ｕ形プレス成形機にかかる負荷を軽減するプレス操業に切り換える、または、プレス成形機の補修を行うことを特徴とするＵ形プレス成形方法である。
【００１６】
また、本発明は、上記の異常検出装置を備えたことを特徴とするＵ形プレス成形機である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、Ｕ形プレス成形機の異常を早期に検知し、Ｕ形プレス成形機の損傷を防止することができる他、プレス成形条件の低負荷操業への切り換えやプレス成形機の修理実施の選択を速やかに行うことができる。したがって、本発明によれば、Ｕ形プレス成形機の損傷に起因した稼働停止時間を低減し、稼働率を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】カイザータイプのＵ形プレス成形機の構造を説明する図である。
【図２】カイザータイプのＵ形プレス成形機の成形メカニズムを説明する図である。
【図３】パンチビームの傾斜異常を説明する図である。
【図４】ブレーキガータの開度異常を説明する図である。
【図５】パンチビームの傾斜異常、ブレーキガータの開度異常によって引き起こされるＵ形プレス成形機の損傷を説明する図である。
【図６】Ｕ形プレス成形機に設置する各種センサの位置を説明する図である。
【図７】パンチビームの傾斜異常を測定した一例を示す図である。
【図８】ブレーキガータの開度異常を測定した一例を示す図である。
【図９】リンクアームに掛かる応力を測定した一例を示す図である。
【図１０】本発明の異常判定処理フローの一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
カイザータイプのＵ形プレス成形機（以降、単に「プレス成形機」ともいう）に起こり得る異常には、大別して、パンチビームの傾斜異常と、ブレーキガータ（ブレーキロール）の開度異常がある。
図３は、パンチビームの傾斜異常を説明する図であり、図３（ａ）のようにプレス成形中の入側および出側のメインシリンダのストロークが同じで、パンチビームが鋼板長さ方向で均一に下降する場合、すなわち、入側メインシリンダと出側シリンダのストロークが同じである場合には、鋼板に掛かるプレス荷重は真下を向いているが、図３（ｂ）のように、プレス成形中に、入側および出側のメインシリンダのストロークに差が生じると、パンチビームが鋼板長さ方向で均一に下降せずに傾斜を起こす。上記のようなパンチビームの傾斜が起こると、鋼板に掛かるプレス荷重は真下を向かず、プレス成形機に対して、鋼板長さ方向に向いたスラスト力が発生するため、パンチビームの下方に設置された２つのリトラクトシリンダのうちの一方に偏荷重がかかるだけでなく、１本のリトラクトシリンダ内でも、偏荷重がかかるようになる。その結果、図５に示した（ａ）、（ｂ）のように、リトラクトシリンダの上部に設置されたボルスターが破損したり、リトラクトシリンダの圧漏れを起こしたりする。
【００２０】
また、図４は、ブレーキガータ（ブレーキロール）の開度異常を説明する図であり、図４（ａ）のように、ブレーキガータの開度が正常、すなわち、ブレーキガータの開度が鋼板長さ方向で同じであれば、プレス中におけるブレーキガータ（ブレーキロール）に対するプレス反力は、鋼板長さ方向に対して直角方向の力のみであるが、図４（ｂ）に示したように、ブレーキガータの開度に鋼板長さ方向で差が生じると、鋼板長さ方向に対して直角方向とは異なる方向の分力が発生する。そのため、リトラクトシリンダとブレーキガータを連結するリンクアームや、ブレーキガータの初期位置を変更するスクリュー軸に対して曲げ応力が掛かるようになり、図５に示した（ｃ）、（ｄ）のように、リンクアームやスクリュー軸の疲労破壊や折損を引き起こす。さらに、上記のようなブレーキガータの開度異常が生じると、入側と出側の成形荷重にも違いが生じるため、パンチビームの傾斜異常をも引き起こすことになる。
【００２１】
したがって、上記のような異常が生じると、鋼板を精度よくプレス成形することができなくなって鋼管の製造可能範囲が狭くなるだけでなく、プレス成形機に異常な荷重が働くようになるため、プレス成形機の損傷を招き、ＵＯＥ鋼管の製造に多大な影響を引き起こすことになる。
【００２２】
そこで、本発明は、Ｕ形プレス成形機の異常を早期に検知し、プレス成形機の損傷を防止するため、従来技術のパンチビームの初期傾斜制御、ブレーキガータの初期位置設定に加えて、プレス中における入側、出側のメインシリンダのストローク差、ブレーキガータの鋼板長手方向の開度差およびリンクアームに掛かる応力を常時測定し、それらのうちのいずれか１以上の値が予め定めた所定の閾値となったときに異常と判定することとした。
【００２３】
まず、プレス中におけるパンチビームの傾斜異常の検知手段について説明する。
パンチビームの傾斜異常は、図６（ａ）に示したように、入側および出側２本のメインシリンダに、シリンダ軸のストローク（変位）を測定する変位センサを設置してプレス中におけるメインシリンダのストロークを常時測定し、上記入側および出側メインシリンダのストロークの差が、予め定めた所定の閾値を超えたときに、傾斜異常が発生したと判定する。なお、図６（ｂ）には、変位センサとして、差動トランス型の変位計を、鉄心を固定側（シリンダ本体）に、差動トランス（コイル）を可動側（シリンダロッド）にして設置した例を示した。
【００２４】
図７（ｂ）は、図７（ａ）に示したように、２回のプレスで鋼板をＵ形にプレス成形する際、プレス中の全過程にわたって入側および出側２本メインシリンダのストロークを変位センサで測定した結果の一例を示したものでる。この例では、１回目のプレスでは、入側、出側のメインシリンダのストロークに大きな差は検出されていないが、１回目のプレス終了から２回目のプレスに移行する間の待機位置に移動した段階で約５０ｍｍのストローク差が生じており、その後の２回目のプレス途中では、最大７８ｍｍものストローク差が発生している。しかし、１回目のプレス、２回目のプレスとも、最もシリンダが伸長した位置（パンチビームが最も下降した位置）では、両者のストロークに大きな違いは生じていない。このことは、パンチビームが最も下降した位置での傾斜測定のみでは、上記のようなプレス中におけるパンチビームの傾斜異常を検知できないこと、したがって、パンチビームの傾斜異常を確実に検知するためには、メインシリンダのストロークの常時測定が必要であることを示している。
【００２５】
ここで、上記シリンダ軸のストローク（変位）を測定する変位センサとしては、特別なものである必要はなく、図６（ｂ）に示した、差動トランス型変位計の他、渦流センサによる変位計や静電容量方式の変位計等を用いることができる。
なお、上記変位センサの設置位置は、図６に示したようなメインシリンダに限定されるものではなく、例えば、プレス作業に支障を来さない限り、パンチビーム自体に設置してもよい。
【００２６】
次に、プレス中におけるブレーキガータの開度異常の検知手段について説明する。
ブレーキガータの開度異常を検知する手段としては、図６に示したように、パンチビームの両側に配設された２つのブレーキガータの鋼板長さ方向の両端部側（入側側および出側側）に、開度（距離）を測定する開度センサを設置し、プレス中における入側および出側のブレーキガータの開度（距離）を常時測定し、プレス中における入側および出側の開度差が、予め定めた所定の閾値を超えたときに、開度異常が発生したと判定する。
【００２７】
図８は、図７と同様、２回のプレスで鋼板をＵ形にプレス成形するときのブレーキガータの開度差の測定例を示したものであり、図８（ａ）は、ブレーキガータの開度差がプレスの全過程で３ｍｍ以下となっている正常例を、また、図８（ｂ）は、ブレーキガータの開度に異常があり（出側の開度＞入側の開度）、プレスの全過程において１７ｍｍとなっている例を示したものである。
【００２８】
ここで、上記ブレーキガータの開度センサとしては、前述した差動トランス型変位計の他、渦流センサによる変位計や市販のレーザ距離計等を用いることができる。なお、図６（ｃ）には、変位センサとして、差動トランス型の変位計を、鉄心を固定側（プレス成形機本体側）に、差動トランス（コイル）を可動側（ブレーキガータ下部）にして設置した例を示した。
また、開度センサの設置位置は、図６にように、ブレーキガータのメインシリンダ近傍に限定されるものではなく、例えば、ブレーキガータの両端等に設置してもよい。
【００２９】
ところで、上記のようなブレーキガータの開度異常が起こると、図４に示したように、ブレーキガータに加わるプレス反力によって、リンクアームやスクリュー軸に曲げ応力が加わるようになる。しかし、前述したブレーキガータの開度センサでは、リンクアーム等に加わる応力（引張応力＋曲げ応力）の絶対値を測定することはできない。そこで、上記ブレーキガータの開度センサに加えて、リンクアームの側面に応力センサを設置し、リンクアームに掛かる応力を測定し、上記応力が、予め定めた所定の閾値を超えたときには、開度異常が発生したと判定する。
【００３０】
図９は、図８と同様、２回のプレスで鋼板をＵ形にプレス成形した時の、ブレーキガータの開度が正常時と異常時のときのリンクアームに掛かる応力を測定した結果の一例を示したものであり、開度異常時にリンクアームに掛かる応力のピーク値は、正常時のプレス反力に加えて曲げ応力が加わるため、正常時の約１．５倍に達していることがわかる。このような過大な応力を繰り返し受けると、リンクアームが折損したり、疲労破壊を起こしたりする。
【００３１】
なお、リンクアームに掛かる応力の測定は、上記した開度異常の判定に有効であるだけでなく、ＵＯＥ鋼管の高強度化、厚肉化によるプレス成形機の損傷防止にも有効である。すなわち、昨今のＵＯＥ鋼管の素材となる鋼板の高強度化、厚肉化に伴い、プレス成形機に掛かる荷重も増大しているが、リンクアームに掛かる応力を測定し、上記応力が所定の閾値以上となったときには、例えば、１回プレスから２回プレスにしたり、プレス速度を低減したりする低負荷操業に切り換え、プレス成形機に掛かる負荷を低減することで、プレス成形機の損傷防止ることができる。さらに、上記プレス成形方法を採用することで、プレス成形機に掛かる負荷を推定することができるので、成形可能範囲の拡大にも有効である。
【００３２】
ここで、上記応力センサとしては、特別なものである必要はなく、市販の歪ゲージ等を用いることができる。
なお、応力センサの設置位置としては、上記リンクアームに代えて、あるいは、リンクアームに加えてスクリュー軸に設置してもよい。
【００３３】
次に、Ｕ形プレス成形機の異常検出方法あるいは異常検出装置における異常判定の処理フローについて、図１０を用いて説明する。
（ステップ１）
Ｕ形プレス成形機に、メインシリンダにストロークを測定する変位センサと、ブレーキガータの開度を測定する開度センサと、リンクアームに掛かる応力を測定する応力センサを設置し、プレス中における２本のメインシリンダのストローク差、ブレーキガータの鋼板長手方向の開度差およびリンクアームに掛かる応力を常時測定し、その測定結果を機側のＰＣに集約する。
（ステップ２）
上記集約したデータのうち、リンクアームに掛かる応力の最大値を求め、該値と予め定めた基準値（閾値）と対比し、基準値未満の値であれば正常と判定してプレス成形を継続し、基準値以上の値であれば、応力異常と判定する。これとともに、応力異常警報を、プレス成形機のオペレータおよび／またはプレス成形機のメンテナンス部門に発することにしてもよい。
（ステップ３）
次いで、上記異常と判定したプレスにおけるメインシリンダにストローク差およびブレーキガータの開度差の最大値を求め、それらの値を予め定めたそれぞれの基準値（閾値）と対比し、いずれも基準値未満であれば正常としてプレス成形を継続し、上記のいずれか１以上の値が基準値以上であれば、異常と判定するとともに、傾斜異常警報および／または開度異常警報を、プレス成形機のオペレータおよび／またはプレス成形機のメンテナンス部門に発する。
（ステップ４）
次いで、上記ステップ３で応力異常と判定した場合には、異常のレベルに応じて以下の処置を講ずる。例えば、異常のレベルが小さく、プレス成形の精度に及ぼす影響が小さいと判断される場合には、プレス成形条件を、１回プレスから２回プレスに切り換えたり、プレス速度を下げたりして、プレス成形機に掛かる荷重を低減した低負荷操業に切り換える。一方、異常のレベルが大きく、プレス操業を継続することが困難であると判断した場合には、プレス操業を中断し、プレス成形機の補修を行う。
【００３４】
異常警報が発せられたときに、上記ステップ４のように対応することで、パンチビームの傾斜異常やブレーキガータの開度異常によるプレス成形機の損傷を効果的に防止することが可能となる。さらに、パンチビームの傾斜異常やブレーキガータの開度異常がない場合でも、リンクアームに掛かる応力を所定の閾値以下に低減する低負荷操業を採用することで、成形可能範囲を拡大することが可能となる。
【００３５】
なお、上記異常判定の処理フローは、本発明の実施形態の一例であり、上記例に限定されるものではない。例えば、図１０のフローに示したパンチビームの傾斜やブレーキガータの開度の異常判定を、リンクアームの応力異常判定より先に行ってよいし、パンチビームの傾斜、ブレーキガータの開度差、リンクアームの応力の異常判定を同時に行ってもよい。また、パンチビームの傾斜と、ブレーキガータの開度差の異常判定を別のステップで行ってもよい。
【００３６】
ここで、上記異常判定に用いる閾値は、パンチビームの傾斜の異常判定の閾値や、ブレーキガータの開度差の異常判定の閾値、リンクアームの応力の異常判定の閾値は、プレス成形機の設備仕様に基いて、疲労限界などを考慮した計算を実施することにより設定するのが好ましい。
【符号の説明】
【００３７】
１：素材鋼板
２：メインシリンダ
３：パンチビーム
３ａ：金型
４：リトラクトシリンダ（サドル）
５：ブレーキロール
６：ブレーキガータ
７：リンクアーム
８：スクリュー軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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