(57)【要約】【課題】プレス加工に係る上型と下型の動的変形を絶対的に捉え、プレス成型品に成型不良が発生した場合の金型の修正に迅速に対応できるようにする。【解決手段】上型７および下型８に複数の測定ポイントを設定して、その各測定ポイントに加速度センサＳａ，Ｓｂを配置し、上型７と下型８の両者にプレス荷重を作用させたときの加速度センサＳａ，Ｓｂの出力（加速度信号）を数値解析装置１０に入力する。数値解析装置１０では、加速度信号を補正回路１５Ａに通して加速度センサＳａ，Ｓａの出力電圧変動による誤差を補正した後、その加速度信号を積分回路１５Ｂにより積分して速度信号を生成する。又、積分回路１５Ｂの出力を補正回路１５Ｃに通して数値解析上の誤差を補正した後、その速度信号を積分回路１５Ｄにより積分して変位信号を生成する。そして、その変位信号を数値化あるいはグラフ化して表示装置２０に表示する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス金型を構成する上型および下型のそれぞれに負荷状態での変形量を測定するための複数の測定ポイントを設定して、その各測定ポイントに加速度センサを配置し、前記上型と下型の両者にプレス荷重を作用させたときの前記加速度センサの出力に基づき、前記各測定ポイントの動的変位量を導出することを特徴とするプレス金型の動的変形測定法。
【請求項２】
上型および下型の各測定ポイントをプレス荷重方向に直角な面内に二次元的に設定すると共に、上型の各測定ポイントと下型の各測定ポイントとを個々に相対向する位置に設定することを特徴とする請求項１記載のプレス金型の動的変形測定法。
【請求項３】
上型および下型の各測定ポイントをプレス荷重方向に平行な面内で水平方向に並ぶ状態に設定すると共に、上型の各測定ポイントと下型の各測定ポイントとを個々に相対向する位置に設定することを特徴とする請求項１記載のプレス金型の動的変形測定法。
【請求項４】
加速度センサとして、直交する３軸方向の加速度を測定可能な３軸加速度センサを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプレス金型の動的変形測定法。
【請求項５】
プレス金型を構成する上型および下型のそれぞれに設定される複数の測定ポイントに配置される加速度センサと、前記上型および下型の両者にプレス荷重を作用させたときに前記加速度センサから出力される加速度信号を取り込んで該加速度信号に所定の信号処理を施す信号処理手段とを有し、その信号処理手段は取り込んだ加速度信号を演算加工して前記上型および下型の各測定ポイントの動的変位量に相当する変位信号を生成する演算処理部を備えると共に、前記信号処理手段には演算処理部により生成された変位信号を数値化あるいはグラフ化して表示する表示手段が接続されて成ることを特徴とするプレス金型の動的変形測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成型時に生ずる金型の動的変形を測定するための技術に係わり、特にメカニカルプレス装置のスライドに固定される上型とボルスタに固定される下型とについて、それらの絶対的な動的変形を測定できるようにした方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プレス装置として、クランクプレスやリンクプレスなどのメカニカルプレスをはじめ、油圧プレスに代表される液圧プレスが知られるが、それらプレス装置を用いて高品質のプレス成型品を生産するには、プレス装置自体の静的、動的精度も然る事ながら、金型の精度が極めて重要である。
【０００３】
しかし、高精度の金型を設計、製作することは極めて難しく、製作された金型が原因で偏肉や皴といった成型不良を発生することも多い。特に、プレス成型品に成型不良が発生する要因として、プレス荷重による金型の動的変形が挙げられるが、金型の動的変形を把握することは極めて困難である。
【０００４】
このため、所期のプレス成型品を得るまでには、これまでプレス成型品の不良箇所から金型の不良箇所を判断し、その修正を行ってはプレス加工を試行するという作業を数回繰り返しているが、これによれば金型ユーザに対する納期が遅延するだけでなく、金型の製造コストが嵩んでしまうという問題があった。
【０００５】
尚、プレス金型の動的変形を測定する方法として、渦電流センサを主とする非接触式変位センサを用い、金型の特定部位間の変位量を検出することが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４７３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
然しながら、特許文献１は、上型と下型のいずれかに変位センサを取り付け、上型と下型の相互における特定部分間の変位量（クリアランス）を検出するものであり、係る測定により得られる変位量は、上型と下型との間における相対的な変化量であるから、測定結果として得られる変位が、上型の動的変形によるものか下型の動的変形によるものかを判断し難い。
【０００８】
従って、特許文献１によれば、プレス成型品に成型不良が発生した場合でも、上型と下型のいずれを修正すべきか判断できない。
【０００９】
本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的はプレス加工に係る上型と下型の動的変形を絶対的に捉え、プレス成型品に成型不良が発生した場合の金型の修正に迅速に対応できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するため、プレス金型を構成する上型および下型のそれぞれに負荷状態での変形量を測定するための複数の測定ポイントを設定して、その各測定ポイントに加速度センサを配置し、前記上型と下型の両者にプレス荷重を作用させたときの前記加速度センサの出力に基づき、前記各測定ポイントの動的変位量を導出することを特徴とする。
【００１１】
更に、上記のような測定法において、上型および下型の各測定ポイントをプレス荷重方向に直角な面内に二次元的に設定すると共に、上型の各測定ポイントと下型の各測定ポイントとを個々に相対向する位置に設定することを特徴とする。
【００１２】
又、上型および下型の各測定ポイントをプレス荷重方向に平行な面内で水平方向に並ぶ状態に設定すると共に、上型の各測定ポイントと下型の各測定ポイントとを個々に相対向する位置に設定することを特徴とする。
【００１３】
加えて、加速度センサとして、直交する３軸方向の加速度を測定可能な３軸加速度センサを用いることを特徴とする。
【００１４】
一方、本発明は上記目的を達成するため、プレス金型を構成する上型および下型のそれぞれに設定される複数の測定ポイントに配置される加速度センサと、前記上型および下型の両者にプレス荷重を作用させたときに前記加速度センサから出力される加速度信号を取り込んで該加速度信号に所定の信号処理を施す信号処理手段とを有し、その信号処理手段は取り込んだ加速度信号を演算加工して前記上型および下型の各測定ポイントの動的変位量に相当する変位信号を生成する演算処理部を備えると共に、前記信号処理手段には演算処理部により生成された変位信号を数値化あるいはグラフ化して表示する表示手段が接続されて成ることを特徴とするプレス金型の動的変形測定システムを提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、プレス金型を構成する上型および下型のそれぞれに負荷状態での変形量を測定するための複数の測定ポイントを設定して、その各測定ポイントに加速度センサを配置し、上型と下型の両者にプレス荷重を作用させたときの加速度センサの出力に基づき、各測定ポイントの動的変位量を導出することから、上型と下型の変形を絶対量として測定できるので、成型不良が発生した場合に上型と下型のいずれに不備があるかが明確となる。
【００１６】
特に、上型の各測定ポイントと下型の各測定ポイントとを個々に相対向する位置に設定することから、上型と下型の相対向する測定ポイントにおける変位量の差から、両者間のクリアランスを求められる。
【００１７】
加えて、上型および下型の各測定ポイントをプレス荷重方向に直角な面内に二次元的に設定することから、上型および下型のそれぞれについて全体的な変形態様を把握することができる。
【００１８】
又、上型および下型の各測定ポイントをプレス荷重方向に平行な面内で水平方向に並ぶ状態に設定することから、その配列方向に沿う断面の変形態様を把握することができる。
【００１９】
更に、本発明に係るシステムによれば、加速度センサから出力される加速度信号を取り込んで該加速度信号に所定の信号処理を施す信号処理手段を有し、その信号処理手段が加速度信号を演算加工して上型および下型の各測定ポイントの動的変位量に相当する変位信号を生成する演算処理部を備えることから、高精度の測定結果を迅速に得ることができ、しかも信号処理手段には演算処理部により生成された変位信号を数値化あるいはグラフ化して表示する表示手段が接続されることから、表示された測定結果を金型の修正に反映させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明を詳しく説明する。先ず、図１によりプレス装置の構成を概説すれば、１は装置の基礎を成すベッドであり、その上方にはコラム２を介してクラウン３が設けられる。クラウン３内にはプレス荷重を発生する加圧駆動部４が設けられ、この加圧駆動部４によりスライド５の昇降運動が行われる構成とされる。又、ベッド１の上面にはスライド５に対向してボルスタ６が設けられる。そして、スライド５の底面部にプレス金型を構成する上型７が固定され、ボルスタ６の上面部には上型７に対向する位置で下型８が固定される。
【００２１】
ここで、本発明は以上のようなプレス装置に取り付けた金型（上型７および下型８）によるプレス成型時に、金型各部に発生する加速度を計測し、その加速度から金型各部の動的変位量を求め、その結果として得られる金型の動的変形量を当該金型の修正データとして利用できるようにしようとするものである。
【００２２】
尚、プレス装置は、メカニカルプレスでも液圧プレスでもよいが、液圧プレスでは計測すべき加速度が小さく、高精度の測定結果を得難いので、測定結果の信頼性を上げる点からするとプレス動作が高速で行われるメカニカルプレスを用いることが好ましい。
【００２３】
次に、図２はプレス金型の取付部分を示す。図２から明らかなように、スライド５には上型７を固定すべきＴ字形の凹溝５Ａが複数条形成され、その凹溝５Ａを利用して上型７がスライド５に対しボルト／ナットで堅固に締結されるようになっている。又、ボルスタ６にも下型８を固定すべきＴ字形の凹溝６Ａが複数条形成され、その凹溝６Ａを利用して下型８がボルスタ６に対しボルト／ナットで堅固に締結されるようになっている。
【００２４】
特に、上型７には下型８とのプレス成型時における加速度を計測すべき複数の測定ポイントが設定され、その各測定ポイントに加速度センサＳａが配置される。尚、本例において、加速度センサＳａを配置する測定ポイントは、スライド５に対する取付面側の凹部７Ａ内に設定される。
【００２５】
又、下型８にも上型７とのプレス成型時における加速度を計測すべき複数の測定ポイントが設定され、その各測定ポイントに上型の加速度センサＳａと相対向する位置で加速度センサＳｂが配置される。尚、本例において、加速度センサＳｂを配置する測定ポイントは、ボルスタ６に対する取付面側の凹部８Ａ内に設定される。
【００２６】
更に、本例によれば、プレス金型のほか、スライド５とボルスタ６にもプレス成型時の加速度を計測すべき複数の測定ポイントが設定され、その各設定ポイントに加速度センサＳｃ，Ｓｄが配置される。尚、スライドの加速度センサＳｃとボルスタの加速度センサＳｄは、凹溝５Ａ，６Ａ内にあって相対向する位置に配置される。
【００２７】
図３は、上型と下型における加速度センサの配置例を示した平面概略図である。図３で明らかなように、上型７と下型８における加速度センサＳａ，Ｓｂの配置位置（各測定ポイント）は、それぞれプレス荷重方向（図示面直角方向であって上型７および下型８の対向方向）に直角な面内（上型７および下型８の部位を通る任意の水平面であって一平面に限らない）に二次元的に設定され、且つプレス荷重方向に平行な面内（上型７および下型８の部位を通る鉛直面内）で水平方向に並ぶ状態（図示例において、縦３列、横３列）に設定される。特に、上型７と下型８では互いの加速度センサＳａ，Ｓｂが個々に上下方向（プレス荷重方向）で相対向するような位置に測定ポイントが設定される。
【００２８】
尚、加速度センサＳｃを配置するスライド５の測定ポイントと、加速度センサＳｄを配置するボルスタ６の測定ポイントも、それぞれプレス荷重方向に直角な面内に二次元的に、且つプレス荷重方向に平行な面内で水平方向に並ぶ状態に設定され、しかもプレス荷重方向で両者の各測定ポイントが個々に相対向するような位置に設定される。
【００２９】
ここに、プレス装置のスライド５とボルスタ６に上型７と下型８を相対向して固定し、その状態で上型７および下型８にプレス荷重（プレス成型による動荷重）を作用させて実際にプレス成型を行い、この際に加速度センサＳａ〜Ｓｄから出力される信号（加速度信号）を数値解析することにより、上型７および下型８のみならずスライド５とボルスタ６の各部位（各測定ポイント）における動的変位量を個別に導出することができる。
【００３０】
以下、係る測定法について説明すれば、先ず所定の設計データに基づいて製作された上型７および下型８に、上記の如く負荷状態（プレス荷重による動的負荷状態）での変形量を測定するための複数の測定ポイントを設定し、その各測定ポイントにそれぞれ加速度センサＳａ，Ｓｂを配置した後、加速度センサＳｃを配置したスライド５に対して上型７を固定すると共に、加速度センサＳｄを配置したボルスタ６に上型７と対向する状態で下型８を固定する。
【００３１】
この状態で、下型８上に図示せぬブランクを導入し、次いでスライド５を降下させて上型７および下型８にブランクを介して所定のプレス荷重を作用させながらブランクのプレス成型を行う。そして、このとき各加速度センサＳａ〜Ｓｄから出力される加速度信号を数値解析用の電気回路に入力し、その加速度信号を時間積分（好ましくは積分前に加速度センサの出力に含まれる電圧変動による誤差を補正）して各測定ポイントにおける経時的な速度信号を生成する。
【００３２】
その後、その速度信号を時間積分（好ましくは先の積分による数値解析上の誤差を予め補正）して各測定ポイントの動的変位量に相当する経時的な変位信号を生成し、これを数値化あるいはグラフ化することにより、スライド５、ボルスタ６、上型７、および下型８、における各測定ポイントの絶対的な動的変位量を知ることができる。特に、各測定ポイントにおける動的変位量を総合して、スライド５、ボルスタ６、上型７、および下型８における全体の動的変形態様が判る上、上型７および下型８における相対向する測定ポイントの動的変位量の差から、その両者間に如何ほどのクリアランスが発生したかを知ることができる。
【００３３】
従って、係る測定結果に基づいて上型７あるいは下型８の不良箇所を適切に修正（変位量が大きい箇所の補強など）し、一回乃至は少数回の修正で不良要因を解消して高品質のプレス成型品を量産するのに供することができる。
【００３４】
図４は、係る測定に用いるシステムの構成例を示したブロック線図である。図４のように、係る測定システムは上記加速度センサＳａ〜Ｓｄ、その出力（加速度信号）に所定の信号処理を施す信号処理手段としての数値解析装置１０（パソコン本体など）、及び数値解析装置１０に接続されるプリンタや液晶パネルといった表示装置２０（表示手段）などから構成される。
【００３５】
ここで、数値解析装置１０は、増幅器１１およびＡ／Ｄ変換器１２を介して各加速度センサＳａ〜Ｓｄと導電接続される記憶部１３，１４を有し、各加速度センサＳａ〜Ｓｄからアナログ信号として出力された加速度信号が所定のサンプリング間隔（例えば１ｍｓ）毎に増幅器１１により増幅されつつＡ／Ｄ変換器１２によりデジタル変換されて記憶部１３に格納されるようになっている。特に、係る加速度信号は各加速度センサＳａ〜Ｓｄを配置した測定ポイントに対応付けした状態で記憶部１３の各領域に格納される。例えば、上型７に配置した複数の加速度センサＳａの出力は、測定ポイント毎にａ1（ａ11，ａ12，・・ａ1n）、ａ2（ａ21，ａ22，・・ａ2n）、・・とされ、それらがブロック単位で記憶部の各領域に割り当てられるようになっている。
【００３６】
尚、このような加速度信号のサンプリングは、例えば上型７が下死点から上死点に復帰するまで行われ、サンプリング時間内における各加速度センサＳａ〜Ｓｄの最終の加速度信号（ａ1n，ａ2n，・・ｄmn）は、静止点信号として記憶部１４にも格納される。
【００３７】
又、数値解析装置１０は、記憶部１３に取り込んだ加速度信号を演算加工して各測定ポイントの動的変位量に相当する変位信号を生成するための演算処理部１５を備える。
【００３８】
係る演算処理部１５は、記憶部１３に格納された加速度信号を記憶部１４の静止点信号に基づいて補正する第１の補正回路１５Ａと、この補正回路１５Ａにより補正された加速度信号を時間積分して速度信号を生成する第１の積分回路１５Ｂと、この積分回路１５Ｂで生成された速度信号を前記静止点信号に基づいて補正する第２の補正回路１５Ｃと、この補正回路１５Ｃで補正された速度信号を時間積分して加速度センサＳａ〜Ｓｄを配置した上記各測定ポイントの動的変位量に相当する変位信号を生成する第２の積分回路１５Ｄと、を備える。
【００３９】
尚、記憶部１４に格納される静止点信号は、上型７および下型８が静止した無負荷状態での加速度信号であって本来的に零値であるべきところ、その値が加速度センサの出力電圧の変動により零点から乖離するために、第１の補正回路１５Ａでは静止点信号を上型７および下型８にプレス荷重が作用してからの時間に比例する誤差量として捉え、係る静止点信号に基づき各加速度信号をサンプリングした時点での誤差量を割り出し、記憶部１３より読み出した加速度信号からそのサンプリング時点における誤差量を補正値として減算するという処理を行う。
【００４０】
又、第２の補正回路１５Ｃでは、積分回路１５Ｂによる数値解析上の誤差をなくすために、積分回路１５Ｂで生成された速度信号から静止点信号に基づく積分定数分を時間に比例して減算するという処理を行う。
【００４１】
しかして、以上のような演算処理部１５により生成された変位信号は、作図処理部１６を介して表示装置２０に出力される。
【００４２】
図５は、測定結果として表示装置２０に表示されるグラフの一例を示す。尚、図５では下型８の各測定ポイントにおける動的変位量を表している。この図で明らかなように、本例に係る測定では、実際のプレス成型時において下型８にプレス荷重を作用させてから約０．１８秒後に各測定ポイントの変位量が最大になっていることが判る。特に、係る変位量は下型７自体の絶対量として示されるので、上型７などと対比せずして下型８の動的変形を把握し、修正すべき箇所を容易に見出すことができる。尚、本測定によれば、上型７やボルスタ６においても、それらに設定した各測定ポイントにおいて動的変位が生じていることが認められたが、最大変位量が生ずる時間はいずれも同一であった。
【００４３】
図６は、上型７および下型８の動的変形態様を対比して示したグラフである。尚、図６では上型７および下型８における相対向する位置での同列上の測定ポイント（図示例において上型７および下型８の中央部分に並ぶ測定ポイント）の最大変位量を示している。そして、図６のように、上型７と下型８の相対向する位置での変位量を対比して示すことにより、その両者間で如何ほどのクリアランスが生じているか把握することができ、しかもクリアランスが許容範囲を超えている場合、変位量の大きさから上型７と下型８のいずれを修正すべきか即座に判断することができる。
【００４４】
尚、表示装置２０は、図５〜図６のように上型７や下型８における各測定ポイントの動的変位量をグラフ化して表示することに限らず、これを測定ポイント毎に数値化して表示するようにしてもよい。
【００４５】
又、本例では、加速度センサＳａ〜Ｓｄとして、プレス荷重方向（Ｚ軸方向）の加速度を計測する１軸加速度センサを用いたが、これに水平方向における直交２軸方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）を加えた３軸方向の加速度を測定可能な３軸加速度センサを用いてもよく、これによれば、より精密な測定を行うことができる。例えば、図７は３軸加速度センサを用いて下型８のＸ−Ｚ平面（鉛直面）における動的変形をグラフ化したものであり、これによれば下型８が鉛直面内でもプレス加工時に挙動して僅かながらも変形していることが認められる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】プレス装置の構成例を示す概略図
【図２】上型と下型の取付状態を示す説明図
【図３】加速度センサの配置例として上型（１）と下型（２）を平面的に示した説明図
【図４】本発明に係る測定システムの構成例を示すブロック線図
【図５】測定結果を示すグラフ（下型各部の経時的な動的変位）
【図６】測定結果を示すグラフ（上型と下型における同一断面の動的変形）
【図７】測定結果を示すグラフ（３軸加速度センサにより計測した下型の鉛直面内における動的変形）
【符号の説明】
【００４７】
５  スライド
６  ボルスタ
７  上型
８  下型
１０  数値解析装置（信号処理手段）
１１  増幅器
１２  Ａ／Ｄ変換器
１５  演算処理部
１５Ａ  第１の補正回路
１５Ｂ  第１の積分回路
１５Ｃ  第２の補正回路
１５Ｄ  第２の積分回路
２０  表示装置（表示手段）
【図１】
2007155335.tif 000003
【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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