(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス工程の荷重変曲点を検出する方法であって、
プレス工程時に検出された、時間あるいは変位の関数としての荷重値を入力するステップと、
前記荷重値の傾きの変化量を算出するステップと、
算出された前記荷重値の傾きの変化量から荷重変曲点を検出するステップであって、第１の正のしきい値と前記第１のしきい値よりも小さい第２の正のしきい値を用い、前記荷重値の傾きの変化量が前記第１のしきい値及び前記第２のしきい値を超え、その後、前記荷重値の傾きの変化量が第２のしきい値を下回る時点を検出するまでの間に前記荷重値の傾きの変化量のピークホールドを行って最大値位置を保持し、前記第２のしきい値を下回る時点を検出したときに保持されている前記荷重値の傾きの変化量の最大値位置を前記荷重変曲点として検出するステップと、
を有することを特徴とするプレス工程の荷重変曲点検出方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記第２のしきい値は、前記第１のしきい値を基準として設定されることを特徴とするプレス工程の荷重変曲点検出方法。
【請求項３】
請求項１，２のいずれかに記載の方法において、さらに、
前記荷重変曲点が検出されない場合に、第３の負のしきい値を用い、前記荷重値の傾きの変化量が前記第３のしきい値を下回る時点を検出することで前記プレス工程の終了時点を検出するステップと、
を有することを特徴とするプレス工程の荷重変曲点検出方法。
【請求項４】
プレス工程の荷重変曲点を検出する装置であって、
プレス工程時に検出された、時間あるいは変位の関数としての荷重値を入力する手段と、
前記荷重値の傾きの変化量を演算する手段と、
算出された前記荷重値の傾きの変化量から荷重変曲点を検出する手段であって、第１の正のしきい値と前記第１のしきい値よりも小さい第２の正のしきい値を用い、前記荷重値の傾きの変化量が前記第１のしきい値及び前記第２のしきい値を超え、その後、前記荷重値の傾きの変化量が第２のしきい値を下回る時点を検出するまでの間に前記荷重値の傾きの変化量のピークホールドを行って最大値位置を保持し、前記第２のしきい値を下回る時点を検出したときに保持されている前記荷重値の傾きの変化量の最大値位置を前記荷重変曲点として検出する手段と、
を有することを特徴とするプレス工程の荷重変曲点検出装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、さらに、
前記時間あるいは変位の関数としての荷重値を表示するとともに、前記荷重値と同期させて前記荷重値の傾きの変化量を表示する手段と、
を有することを特徴とするプレス工程の荷重変曲点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプレス工程の検出方法及び装置に関し、特にプレス工程の荷重変曲点を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プレス工程において時間あるいは変位とともに変化する荷重を所定サンプリングタイミングでサンプリングし、サンプリング値が正常か異常かによりプレス工程が正常か異常かを判定する技術が知られている。プレス工程に限らず、ある物理量を検出し、検出値が正常か否かを判定する技術は周知である。一方、アルミニウム等の柔らかい材料や薄い材料のプレス・圧入を行う場合には、余分な荷重がかかると材料が破断することがあるため、荷重の変曲点付近の荷重でプレスを終了させる必要がある。
【０００３】
荷重変曲点の定義は、一般に測定期間中の荷重の変化が最大になった点であり、測定終了以前に変曲点を決定するためには荷重や変位の値が特定の値を超えた点を検出する必要がある。しかしながら、この方法ではプレス・圧入する条件毎に測定終了の荷重や変位の値を設定する必要が生じるが、値のマージンを大きくとると余分な荷重がかかってしまい、逆にマージンを小さくとると値のバラツキにより変曲点以前で測定終了となってしまう問題がある。
【０００４】
特許文献１には、かしめ加工方法において、かしめ時に、ハウジングをかしめるパンチのストローク量とパンチにかけるかしめ荷重との関係を示す特性曲線の変曲点を検出し、この変曲点基準としてパンチのストローク量を一定とする定寸加工を行うことが記載されている。変曲点の検出方法として、かしめストロークとかしめ荷重を随時サンプリングし、あるサンプリング時における傾きと、その前後のサンプリングにおける傾きとの変化量を演算し、その演算結果が一定のしきい値を超えたときを変曲点とすること、あるいは、サンプリングした時の傾きの絶対値が所定のしきい値を超えたときを変曲点とすることが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、単に変化量が一定のしきい値を超えたことをもって変曲点とするのでは、変曲点を精度よく検出することができない。その理由は、荷重の変化量はノイズ等の影響により多様に変化し、単一のピーク値だけでなく複数のピーク値が近接して混在する場合も多いからである。
【０００７】
本発明の目的は、プレス（圧入を含む）工程において、荷重変曲点を高精度に検出し、これによりアルミニウム等の柔らかい材料や薄い材料のプレスを行う場合にも変曲点付近の荷重でプレスを確実に終了させることができる方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、プレス工程の荷重変曲点を検出する方法であって、プレス工程時に検出された、時間あるいは変位の関数としての荷重値を入力するステップと、前記荷重値の傾きの変化量を算出するステップと、算出された前記荷重値の傾きの変化量から荷重変曲点を検出するステップであって、第１の正のしきい値と前記第１のしきい値よりも小さい第２の正のしきい値を用い、前記荷重値の傾きの変化量が前記第１のしきい値及び前記第２のしきい値を超え、その後、前記荷重値の傾きの変化量が第２のしきい値を下回る時点を検出するまでの間に前記荷重値の傾きの変化量のピークホールドを行って最大値位置を保持し、前記第２のしきい値を下回る時点を検出したときに保持されている前記荷重値の傾きの変化量の最大値位置を前記荷重変曲点として検出するステップとを有する。本発明の１つの実施形態では、前記第２のしきい値は、前記第１のしきい値を基準として設定される。
【０００９】
また、本発明の他の実施形態では、さらに、前記荷重変曲点が検出されない場合に、第３の負のしきい値を用い、前記荷重値の傾きの変化量が前記第３のしきい値を下回る時点を検出することで前記プレス工程の終了時点を検出するステップとを有する。
【００１０】
また、本発明は、プレス工程の荷重変曲点を検出する装置であって、プレス工程時に検出された、時間あるいは変位の関数としての荷重値を入力する手段と、前記荷重値の傾きの変化量を演算する手段と、算出された前記荷重値の傾きの変化量から荷重変曲点を検出する手段であって、第１の正のしきい値と前記第１のしきい値よりも小さい第２の正のしきい値を用い、前記荷重値の傾きの変化量が前記第１のしきい値及び前記第２のしきい値を超え、その後、前記荷重値の傾きの変化量が第２のしきい値を下回る時点を検出するまでの間に前記荷重値の傾きの変化量のピークホールドを行って最大値位置を保持し、前記第２のしきい値を下回る時点を検出したときに保持されている前記荷重値の傾きの変化量の最大値位置を前記荷重変曲点として検出する手段とを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、荷重変曲点を高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態におけるプレス工程評価装置の構成図を示す。図１に示す装置１は、デジタル指示計としても機能し、プレス工程における荷重の変化あるいはプレス機の変位をグラフ表示あるいはデジタルの数値として視覚的に表示する。デジタル指示計は、プレス工程を制御するプレス工程制御機構に組み込まれ、プレス時の荷重を測定するひずみゲージ式トランスデューサからの荷重信号、または、プレス機の変位を測定する変位計（センサ）からの変位信号を入力する。
【００１３】
本実施形態の装置１は、入出力インタフェースＩ／Ｆ１０、メモリ１２、表示装置１４、ＣＰＵ１６、ＲＯＭ１８及びＲＡＭ２０を有して構成される。
【００１４】
入出力インタフェースＩ／Ｆ１０は、トランスデューサからの荷重信号、または変位計からの変位信号を入力する。
【００１５】
ＣＰＵ１６は、ＲＯＭ１８に記憶されたプログラムに従い、ＲＡＭ２０をワーキングメモリとして用いて入力した荷重信号をデジタル信号に変換し、さらに所定のタイミングでデジタル信号の値（荷重値）をホールドしてメモリ１２に格納する。
【００１６】
また、ＣＰＵ１６は、順次取得した荷重値を時間あるいは変位の関数として表示装置１４に表示する。時間あるいは変位の関数としての荷重値は、荷重プロファイルと呼ばれる。表示装置１４は液晶モニタあるいは有機ＥＬモニタで構成される。
【００１７】
図２に、表示装置１４に表示される荷重プロファイル１５の一例を示す。横軸Ｘは時間あるいは変位であり、縦軸Ｙは荷重値である。荷重プロファイル１５は、Ｘ−Ｙ座標系における曲線として示される。ユーザは、この荷重プロファイル１５を視認することで、プレス工程の状況を把握することができる。
【００１８】
さらに、ＣＰＵ１６は、荷重プロファイル１５に加え、荷重の傾きの変化量を算出してＲＡＭ２０に順次格納するとともに表示装置１４に表示する。荷重の傾きの変化量は、あるサンプリング時における荷重の傾きと、その前後のサンプリングにおける荷重の傾きとの変化量であり、荷重プロファイルの２階微分値である。そして、ＣＰＵ１６は、順次算出してＲＡＭ２０に格納した荷重の傾きの変化量１７をしきい値と比較することで、荷重の変曲点を検出する。但し、本実施形態では、ＣＰＵ１６は荷重の傾きの変化量を単一のしきい値と比較するのではなく、複数のしきい値と比較することで荷重変曲点を検出する。
【００１９】
図３に、表示装置１４に荷重プロファイル１５と荷重の傾きの変化量１７とが同期して並列表示された状態を示す。荷重プロファイル１５の上部に、この荷重プロファイル１５と同期して荷重の傾きの変化量１７が表示される。荷重プロファイル１５において、区間ｔ０は金型と材料が接触していない区間であり、荷重の傾きも０である。区間ｔ１は金型と材料が接触し材料が変形している区間であり、荷重の傾きはある有限の値となる。時間ｄ０において荷重の傾きの変化量もある有限の値となり、ピークａが出現する。区間ｔ２は金型と材料が接触し材料の変形が終了しているが荷重は増加し続けている区間である。時間ｄ１において材料の変形が終了するため傾きが変化する。この時間ｄ１における傾きの変化点が変曲点であり、傾きの変化としてピークｂが出現する。区間ｔ３はプレス機の荷重が設定値に達して一定の値になる区間であり、傾きは０である。時間ｄ２において有限の傾きから傾き０に変化するため、負のピークｃが出現する。
【００２０】
このように、荷重の変化量１７にはピークａ、ｂ、ｃが出現することになり、これら封数のピークから変曲点に相当するピークｂのみを検出すればよい。図３から分かるように、ピークｂは正のピークであって比較的大きな振幅を有しているから、傾きの変化量１７を正のしきい値と比較し、しきい値を超えた部分を荷重変曲点として検出することが考えられる。しかしながら、傾きの変化量１７には種々のノイズが混入しており、ピークｂについても単一のピーク波形ではなく複数のピークが混在した複雑な波形となることは少なくない。荷重変曲点を検出する目的は、既述したようにアルミニウム等の柔らかい材料や薄い材料のプレス・圧入を行う場合において、余分な荷重がかかると材料が破断することがあるため、荷重の変曲点付近の荷重でプレスを終了させる必要があることから正確に変曲点を検出するためであり、単に傾きの変化量１７と単一のしきい値とを大小比較したのでは複数のピーク状波形の場合に正確に真の荷重変曲点を検出することができない。
【００２１】
例えば、荷重変曲点に対応する真のピークの直前にノイズとしてのピークが存在する場合を想定する。傾きの変化量１７をしきい値と大小比較して荷重変曲点を検出する処理では、直前のノイズピークを荷重変曲点として誤検出してしまい、このタイミングでプレスを終了してしまうおそれがある。この場合、荷重変曲点を経ることなくプレスが終了してしまうことから、プレス工程としては正常に終了せず異常となってしまう。
【００２２】
そこで、本実施形態では、図４に示すように複数のしきい値、具体的には第１のしきい値Ｌ１と第２のしきい値Ｌ２を用いて荷重変曲点を検出する。図４は、図３におけるピークｂの一部拡大図であり、複数のピークが生じていることを示す。第１しきい値Ｌ１と第２しきい値Ｌ２の大小関係は、Ｌ１＞Ｌ２である。以下の判定基準で荷重変曲点を検出する。
（１）第１のしきい値Ｌ１を超えたらピークホールドを行い、最大値位置を保持する。
（２）傾きの変化量１７が一旦、しきい値Ｌ１を下回り再度超えた場合、最大値位置をクリアし再びピークホールドを行う。
（３）第２のしきい値Ｌ２を超えた状態から下回ったときに保持されている最大位置を荷重変曲点として確定する。
【００２３】
図４に即して説明すると、まず傾きの変化量１７が第１のしきい値Ｌ１を超えた時点（時間）ｄ３でピークホールドを開始し、Ｌ１を下回った時点（時間）ｄ３’で最大位置Ｐ３を記憶する。次に、第１のしきい値Ｌ１を下回り、再度第１のしきい値Ｌ１を超えた時点（時間）ｄ４で最大位置Ｐ３をクリアし、再びピークホールドを開始して、Ｌ１を下回った時点（時間）ｄ４’で最大位置Ｐ４を記憶する。次に、第２のしきい値Ｌ２を超えた状態から下回った時点（時間）ｄ５において荷重変曲点を確定し、最大位置Ｐ４を荷重変曲点位置として検出する。なお、時間ｄ３’の時点で最大位置Ｐ３を荷重変曲点位置として確定してもよいが、荷重変曲点を検出したときにプレス工程を終了させることを考慮し、より確実性を担保するために時間ｄ５の時点で最大位置Ｐ４を荷重変曲点位置として確定している。
【００２４】
なお、第２のしきい値Ｌ２は、第１のしきい値Ｌ１と独立に設定することもできるが、第１のしきい値Ｌ１を超えた変化量最大値Ｌ１Ｐと関連付けて動的に設定することもできる。すなわち、ΔＴｈを所定量として、Ｌ２＝Ｌ１Ｐ−ΔＴｈと設定してもよい。図４には、Ｌ１Ｐ−ΔＴｈとして設定される第２のしきい値Ｌ２’を併せて示す。Ｌ２’を用いる場合、上記の（３）は、
（３）’第１のしきい値Ｌ１を超えて保持されている変化量の最大値Ｌ１ＰからΔＴｈだけ下回ったときに保持されている最大位置を荷重変曲点として確定する。
と言い換えることもできる。このとき、時間ｄ６の時点でＰ４が荷重変曲点位置として確定される。（３）あるいは（３）’のいずれを用いるかは、プレス工程の性質に応じて適宜切り替えて決定することができる。ピークが単調に増加・減少することが期待できる場合には（３）を用い、期待できない場合には（３）’を用いる場合等である。ΔＴｈの大きさを調整し、変動が大きいほどΔＴｈを大きく設定することで、ピークの変動分を吸収して荷重変曲点位置を確定することができる。なお、（３）’はピークが単調に増加・減少するときのみ、第１しきい値Ｌ１と第２しきい値Ｌ２の大小関係がＬ１＜Ｌ２であっても、Ｌ１Ｐ＞Ｌ２の条件を満たしていれば、正しく変曲点を確定することができる。
【００２５】
図５に、他のプレス工程における荷重プロファイル１５と傾きの変化量１７を示す。荷重変曲点が２つ存在する場合である。この場合、傾きの変化量１７にはピークａ、ｂ、ｃ、ｄが出現する。検出すべきピークは、１番目の荷重変曲点と２番目の荷重変曲点であり、ピークｂ、ｄである。ピークｂは上記の（１）〜（３）の基準で検出することができる。ピークｄは、ピークｂが検出された場合に、その次に検出されたピークとして確定できる。ピークｄのレベルが小さくピークａと同程度の場合、ピークｄのレベルが第１のしきい値Ｌ１を超えない場合もあり得る。したがって、この場合には、ピークｂが検出された場合、第１のしきい値Ｌ１のレベルを下げてピークｄを検出するようにしてもよい。第１のしきい値Ｌ１を下げる場合、第２のしきい値Ｌ２あるいはＬ２’も同時に下げることは言うまでもない。あるいは、第１のしきい値Ｌ１を当初より十分低い値に設定しておき、プレス開始から所定時間経過した後に大小比較を開始することで、ピークａを検出から除外するようにしてもよい。
【００２６】
一方、プレス工程に何らかの異常が生じ、荷重変曲点が検出できない事態も生じ得る。この場合、本実施形態では荷重変曲点を検出してプレス工程を終了させるため、いつまでもプレス工程が終了しない事態が想定される。もちろん、プレス開始からの経過時間によりプレス工程を強制的に終了させることも考えられるが、より早期に終了できれば好ましい。そこで、図６に示すように、傾きの変化量１７のピークｃに着目し、このピークｃを検出してプレス工程を終了するようにする。ピークｃは負のピークであり、負のしきい値Ｌ３を設定してこれを下回ったか否かを判定することでピークｃを検出できる。ピークｂやピークｄを検出できず荷重変曲点を確定できない場合であって、ピークｃを検出した場合に、速やかにプレス工程を終了させればよい。要するに、ピークｃは、荷重変曲点を検出できない場合にプレス工程を迅速に終了させるためのトリガとして利用することが可能である。
【００２７】
図７に、さらに他の荷重プロファイル１５と傾きの変化量１７を示す。荷重プロファイル１５が区間ｔ１において極大値と極小値を有する場合である。この場合、極大値と極小値に対応して傾きの変化量１７にもピークｅ、ｆが出現する。したがって、全部でピークａ、ｅ、ｆ、ｂ、ｃが出現する。この場合にも、上記の（１）〜（３）あるいは（３）’の規則を用いてピークｂを検出して荷重変曲点を確定してプレス工程を終了することができ、荷重変曲点を確定できない場合にはピークｃでプレス工程を終了することができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、荷重変曲点を検出できない場合にピークｃを検出しているが、荷重変曲点を検出できたか否かによらず、あるいは変曲点検出とは無関係に、ピークｃのみを検出することも可能である。荷重変曲点検出と並行してピークｃの検出を行い、ピークｃが検出された場合であって未だプレス工程が続行されている場合に一律にプレス工程を終了させてもよい。ピークｃを検出してプレス工程を終了させることで、装置外部から停止信号を受けることなくプレス工程を終了させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態の構成図である。
【図２】荷重プロファイル説明図である。
【図３】荷重プロファイルと傾きの変化量の対応関係を示す説明図である。
【図４】ピークｂの検出説明図である。
【図５】他の荷重プロファイルと傾きの変化量の対応関係を示す説明図である。
【図６】ピークｃの検出説明図である。
【図７】他の荷重プロファイルと傾きの変化量の対応関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  プレス工程評価装置、１４  表示装置、１５  荷重プロファイル、１６  ＣＰＵ、１７  傾きの変化量。
【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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