JP4583767B2

JP4583767B2 - 金型及び同金型に使用する歪みセンサユニット

Info

Publication number: JP4583767B2
Application number: JP2004010595A
Authority: JP
Inventors: 純一小山; 明楊
Original assignee: TAMA-TLO, LTD.; Amada Co Ltd
Current assignee: TAMA-TLO, LTD.; Amada Co Ltd
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2024-01-19
Also published as: JP2005199336A

Description

本発明は、ワークに、例えば折曲げ加工など適宜な成形加工を行うための金型及び同金型に使用する歪みセンサユニットに係り、さらに詳細には、ワークの成形加工時に金型における変形（歪み）を検出することのできる金型及びその歪みセンサユニットに関する。

従来、例えばプレスブレーキによって板状のワークの折曲げ加工を行う場合、ワークの折曲げ角度を時々刻々検出するために、プレスブレーキに折曲げ角度検出器が設けられるようになってきた。前記折曲げ角度検出器としては、例えば距離検出センサをダイの複数箇所に埋設し、上記各距離検出センサからワークまでの距離寸法を検出してワークの折曲げ角度を演算することが行われている。

また、ダイに歪みゲージ等のセンサを備えてワークの折曲げ加工時に水平分力と鉛直分力とを検出してワークの折曲げ角度を演算することも提案されている（特許文献１参照）。
特開平９−２９３４１号公報

前記特許文献１に記載の構成においては、ワークの折曲げ加工時に、ダイの肩部付近に設けたセンサによって水平方向の分力を検出すると共に鉛直方向の分力とを検出してワークの折曲げ角度を演算する構成であるから、ワークの折曲げ加工が進行するにしたがって、ワークとダイとの接触位置がダイの肩部の上部から次第に下側へ移動すると、前記センサとワークとの位置関係が変化すると共に肩部付近の歪み方向、大きさが変化して、水平方向の分力と鉛直方向の分力とを正確に検出することが難しくなることがあるなどの問題がある。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、板状のワーク（Ｗ）をＶ字形状に折曲げ加工を行うためのＶ字形状の曲げ溝（５）を備えた金型本体（３）を備え、この金型本体（３）の上面（３Ｕ）及び前記曲げ溝（５）の長手方向に対して垂直な平面内であって、前記曲げ溝（５）を形成した溝形成面（５Ｆ）と前記上面（３Ｕ）との間に、複数の歪みセンサ（９）を備えた歪みセンサユニット（１１）を埋設して備え、当該歪みセンサユニット（１１）は、一端部は前記上面（３Ｕ）側を指向し、他端部は前記溝形成面（５Ｆ）を指向し、かつ前記一端部より他端部が低い状態に斜めに配置してあることを特徴とするものである。

また、板状のワーク（Ｗ）をＶ字形状に折曲げ加工を行うためのＶ字形状の曲げ溝（５）を備えた金型本体（３）を備え、この金型本体（３）の上面（３Ｕ）及び金型本体（３）の長手方向に対して直交する方向の垂直平面内であって前記曲げ溝（５）の両側に、複数の歪みセンサ（９）を備えた歪みセンサユニット（１１）が前記上面（３Ｕ）に平行な状態にかつ対称的に埋設してあり、前記各歪みセンサユニット（１１）に備えた複数の歪みセンサ（９）は、前記曲げ溝（５）に近接した位置と曲げ溝（５）から離れた位置とに同一高さに配置してあることを特徴とするものである。

また、複数の歪みセンサを備えた歪みセンサユニットであって、外周面が円形状であるケース（１７）の軸心部に断面形状が非円形状である取付穴（１９）を備え、当該取付穴（１９）の内面に一体的に接合した接合面を互いに反対側に備えた基部材（１３）の前記両接合面の間にセンサ取付面（２１Ａ，２１Ｂ）を互いに反対側に備え、前記基部材（１３）の長手方向であって前記センサ取付面（２１Ａ，２１Ｂ）の複数箇所に歪みセンサ（９）を等間隔にかつ対称的に備えていることを特徴とするものである。

図１を参照するに、本発明の実施形態に係る金型１は、板状のワークＷの成形加工の一例としての折曲げ加工を行う金型であって、当該金型１における金型本体３には、ワークＷにＶ字形状の折曲げ加工を行うためのＶ字形状の曲げ溝５が備えられている。そして、前記ワークＷの折曲げ加工（成形加工）時に歪みを生じ易い歪み発生領域、すなわち金型本体３における前記曲げ溝５の肩部７に近接した位置の複数箇所には、歪みを検出するための歪みセンサ９が埋設されている。

前記複数の歪みセンサ９は、歪みセンサユニット１１に備えられている。上記歪みセンサ９は、前記金型本体３の上面３Ｕ及び曲げ溝５の長手方向に対して垂直な平面内であって前記曲げ溝５を形成した溝形成面５Ｆと前記上面３Ｕとの間に斜めに配置してある。すなわち、前記歪みセンサユニット１１は、一端部は前記上面３Ｕ側を指向し、他端部は前記溝形成面５Ｆを指向し、かつ前記一端部より他端部が低くなるように、前記金型本体３内に斜めに埋設してある。

前記歪みセンサユニット１１は、図２に示すように、シリコン等の絶縁部材よりなる基板としての基部材１３の長手方向の複数箇所に前記歪みセンサ９を等間隔に備えている。上記各歪みセンサ９は、Ｘ方向、Ｙ方向の複数の抵抗１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄによってホイーストンブリッジに組み立ててある。

上記基部材１３は、被測定部に形成した取付穴に直接嵌入固定することも可能であるが、本実施形態においては、歪みセンサ９の保護を図るために、セラミックケース等のケース１７に形成した挿入孔としての取付穴１９内に嵌入固定して一体化してある。前記ケース１７の外周面は円形状であって、前記取付穴（挿入孔）１９は、断面形状が例えば多角形状などのごとき非円形状に形成してある。そして、前記基部材１３は、前記取付穴１９内に回転しないように一体的に嵌入固定してある。

すなわち、前記取付穴１９の断面形状は、本実施形態においては長方形状に形成してある。そして、前記基部材１３の断面形状は四角形状であって、前記取付穴１９の内面に一体的に接合した接合面を互いに反対側に備え、上記接合面の間に、前記歪みセンサ９を備えたセンサ取付面２１Ａ，２１Ｂを互いに反対側に備えた構成である。上記両センサ取付面２１Ａ，２１Ｂには前記各センサ９が対称的に配置してある。

上記一方のセンサ取付面２１Ａに備えた複数の各センサ９は、金型本体３のＸ軸方向の歪みを検出するためのものであり、他方のセンサ取付面２１Ｂに備えた複数のセンサ９は、金型本体３のＹ軸方向の歪みを検出するためのものである。この両センサ取付面２１Ａ，２１Ｂと前記取付穴１９の内面との間の間隙には樹脂が充填してあって、前記基部材１３は前記ケース１７に一体的に固定してある。なお、前記センサ９は、適宜一方のセンサ取付面に備えた構成でも良いものである。すなわち、Ｘ軸方向又はＹ軸方向の歪みのみを検出する構成でも良いものである。

前記構成のごとき歪みセンサユニット１１を、前記金型本体３に設けた取付穴内に嵌入固定して一体化すると、前記歪みセンサユニット１１に備えた複数の歪みセンサ９は、前記金型本体３の上面３Ｕに対して垂直な平面内であって、前記曲げ溝５に近接した位置と前記曲げ溝５から離れた位置の複数箇所に歪みセンサ９が配置される態様となるものである。

上記構成により、ワークＷの折曲げ加工時に、金型３に作用する歪みを歪みセンサ９によって検出することができるものである。

ところで、前記金型本体３における肩部７付近に配置した複数の歪みセンサ９の各位置Ｓ₁（Ｘ₁，Ｙ₁），Ｓ₂（Ｘ₂，Ｙ₂），Ｓ₃（Ｘ₃，Ｙ₃），Ｓ₄（Ｘ₄，Ｙ₄）をＳ_i（Ｘ_i，Ｙ_i）とし、曲げられたワークＷが金型本体３の肩部７に作用する力Ｆの位置をＦ（Ｘ，Ｙ）とし、かつ肩部７の半径をＲ、金型本体３の上面とワークＷとのなす角度をθとし、さらに、位置Ｆ（Ｘ，Ｙ）を通る垂直線と上記位置Ｆ（Ｘ，Ｙ）から各歪みセンサ９の各位置Ｓ₁〜Ｓ₄とを結ぶ線とのなす角度θ₁〜θ₄をθ_iとすると、距離による力とひずみ分布の関係方程式は次式で与えられる。

σ＝−（２Ｆ・Ｃｏｓ２θ_i）／（πｒ）（１）
ここで、ｒは力と要素を離れた距離である。力Ｆの作用点は、肩部７の円弧上にあるので、次式で与えられる。

（Ｘ−Ｘ₀）²＋（Ｙ−Ｙ₀）²＝Ｒ₀ ² （２）
接触点と各センサ−９との角度関係方程式は、次式で与えられる。

θ₁＝ｔａｎ^-1〔（Ｘ−Ｘ₀）／（Ｙ−Ｙ₀）〕（３）
θ_i＝ｔａｎ^-1〔（Ｘ−Ｘ_i）／（Ｙ−Ｙ_i）〕（４）
センサーから得たひずみ値（Ｅ_X，Ｅ_Y）と出力電圧の関係方程式は次式で与えられる。

Ｖ＝Ｃ・（Ｅ_X−Ｅ_Y）（５）
ここに、Ｖは出力電圧、Ｃはゲージ係数である。

以上の方程式を連立して解けば、力Ｆの作用点Ｆ（Ｘ，Ｙ）の情報を知ることができる。ただし、摩擦力の影響を考慮する場合は二つ以上のセンサーが必要となる。すなわち、センサーが二つ以上あれば、力Ｆと金型本体３の上面とワークとの間の角度θを求めることが可能であり、ワークＷの折曲げ角度を求めることができるものである。

前記構成より明らかなように、Ｖ字形状の曲げ溝５を備えた金型本体３における肩部７付近の複数個所に歪みセンサ９が埋設してあることにより、ワークＷの加工時における肩部７付近の歪みの大きさは勿論のこと、歪み分布をも検出することができ、ワークＷの折曲げ加工の進行に伴う歪み分布の変化をも時々刻々検出することができるものである。そして、ワークＷの折曲げ角度と歪み分布の変化との関係を、例えば実験的に把握することができ、歪み分布を検出することによりワークの折曲げ角度を正確に検出することができるものである。また、金型の歪みを検出することができることにより、前記金型を用いてコイニング加工を行うときに、金型が破断寸前の状態にあることを検知可能であり、金型が破断することを未然に防止できるものである。

図４は第２の実施形態を示すもので、この実施形態においては、金型本体３の上面３Ｕ及び金型本体３の長手方向（図４において紙面に垂直な方向）に対して直交する方向の垂直平面内で、かつ前記上面３Ｕに平行な状態に歪みセンサユニット１１を対称的に埋設した構成を示すものである。

この構成においても前述と同様の効果を奏し得るものである。

なお、前記説明においては、ワークの折曲げ加工を行うダイに歪みセンサユニットを埋設した場合について説明したが、上記歪みセンサユニットは種々の金型に対して埋設することが可能なものである。

本発明の第１の実施形態に係る金型の断面説明図である。歪みセンサユニットの断面説明図である。複数の歪みセンサと力とワークの角度との関係を示す説明図である。第２の実施形態に係る金型の断面説明図である。

符号の説明

１…金型
３…金型本体
３Ｕ…上面
５…曲げ溝
５Ｆ…溝形成面
７…肩部
９…歪みセンサ
１１…歪みセンサユニット
１３…基部材
１７…ケース
１９…取付穴
２１Ａ，Ｂ…センサ取付面

Claims

板状のワーク（Ｗ）をＶ字形状に折曲げ加工を行うためのＶ字形状の曲げ溝（５）を備えた金型本体（３）を備え、この金型本体（３）の上面（３Ｕ）及び前記曲げ溝（５）の長手方向に対して垂直な平面内であって、前記曲げ溝（５）を形成した溝形成面（５Ｆ）と前記上面（３Ｕ）との間に、複数の歪みセンサ（９）を備えた歪みセンサユニット（１１）を埋設して備え、当該歪みセンサユニット（１１）は、一端部は前記上面（３Ｕ）側を指向し、他端部は前記溝形成面（５Ｆ）を指向し、かつ前記一端部より他端部が低い状態に斜めに配置してあることを特徴とする金型。
板状のワーク（Ｗ）をＶ字形状に折曲げ加工を行うためのＶ字形状の曲げ溝（５）を備えた金型本体（３）を備え、この金型本体（３）の上面（３Ｕ）及び金型本体（３）の長手方向に対して直交する方向の垂直平面内であって前記曲げ溝（５）の両側に、複数の歪みセンサ（９）を備えた歪みセンサユニット（１１）が前記上面（３Ｕ）に平行な状態にかつ対称的に埋設してあり、前記各歪みセンサユニット（１１）に備えた複数の歪みセンサ（９）は、前記曲げ溝（５）に近接した位置と曲げ溝（５）から離れた位置とに同一高さに配置してあることを特徴とする金型。
複数の歪みセンサを備えた歪みセンサユニットであって、外周面が円形状であるケース（１７）の軸心部に断面形状が非円形状である取付穴（１９）を備え、当該取付穴（１９）の内面に一体的に接合した接合面を互いに反対側に備えた基部材（１３）の前記両接合面の間にセンサ取付面（２１Ａ，２１Ｂ）を互いに反対側に備え、前記基部材（１３）の長手方向であって前記センサ取付面（２１Ａ，２１Ｂ）の複数箇所に歪みセンサ（９）を等間隔にかつ対称的に備えていることを特徴とする歪みセンサユニット。