JP6913476B2

JP6913476B2 - プレスブレーキ及び曲げ形状補正方法

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Publication number: JP6913476B2
Application number: JP2017023147A
Authority: JP
Inventors: 隆浩柴田
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2017-02-10
Filing date: 2017-02-10
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2037-02-10
Also published as: JP2018126784A

Description

本発明は、ワークが複雑に曲げ加工されて、ワークの平面によってワークの曲げ角度を検出できない場合でも、ワークを所望の形状に曲げ加工することができるプレスブレーキ及び曲げ形状補正方法に関する。

金属の板材であるワークを曲げ加工するプレスブレーキは、パンチを装着する上部テーブルと、ダイを装着する下部テーブルとを備える。プレスブレーキは、上部テーブルを下部テーブルへと下降させて、ダイの上に配置されたワークをパンチとダイとで挟んで折り曲げる。

プレスブレーキによる曲げ加工においては、例えば、レーザ発光部と撮像部とを有するレーザ式角度センサを用いてワークの曲げ角度が検出される。レーザ発光部は所定の角度に曲げられたワークの平面に線状のレーザ光を照射し、撮像部はレーザ光が照射されたワークを撮像することによってワークの曲げ角度を検出することができる（特許文献１参照）。

特開２０１４−１２２８５号公報

しかしながら、ワークを複数の箇所で鈍角に曲げて所望の曲面形状に近付けるＦＲ曲げを行う場合、線状のレーザ光を照射できる平面が存在しないことが多く、従来のレーザ式角度センサを用いてワークの曲げ角度を検出することができない。ＦＲ曲げに限らず、ワークが複雑に曲げ加工される場合には、従来のレーザ式角度センサを用いてワークの曲げ角度を検出することができないので、ワークを所望の形状に曲げ加工することが困難である。

本発明は、ワークが複雑に曲げ加工される場合であっても、ワークを所望の形状に曲げ加工することができるプレスブレーキ及び曲げ形状補正方法を提供することを目的とする。

本発明は、パンチを保持するための上部テーブルと、ダイを保持するための下部テーブルと、ワークが前記パンチと前記ダイとで挟まれて曲げ加工されるときに、前記ワークの曲げ加工の進行によって前記ワークが送られる方向に沿った所定の測定範囲に複数本のレーザ光を照射し、前記測定範囲で反射したレーザ光を、前記ワークの形状に対応する距離データとして受光する２次元レーザ変位センサと、前記ワークが新たに曲げ加工される前の前記測定範囲の位置によって決まる前記ワークの形状と、前記ワークが前記パンチと前記ダイとで挟まれて新たに曲げ加工されて前記測定範囲が変位して、変位した前記測定範囲の位置によって決まる前記ワークの目標形状との間に存在する空間的な領域である幾何偏差が、前記ワークの新たな曲げ加工の開始に伴って順に小さくなっていくときに、前記２次元レーザ変位センサが受光する距離データに基づいて前記幾何偏差を算出し、前記幾何偏差が閾値より小さくなるまで、前記パンチを前記ダイの方向へと下降させるストロークを算出して前記パンチを下降させて、前記ワークを曲げ加工するよう制御する制御装置とを備えるプレスブレーキを提供する。

本発明は、ワークをパンチとダイとで挟んで複数の箇所で曲げるときに、前記ワークの曲げ加工の進行によって前記ワークが送られる方向に沿った所定の測定範囲に、２次元レーザ変位センサによって複数本のレーザ光を照射し、前記測定範囲で反射したレーザ光を、前記２次元レーザ変位センサによって、前記ワークの形状に対応する距離データとして受光し、前記ワークが新たに曲げ加工される前の前記測定範囲の位置によって決まる前記ワークの形状と、前記ワークが前記パンチと前記ダイとで挟まれて新たに曲げ加工されて前記測定範囲が変位して、変位した前記測定範囲の位置によって決まる前記ワークの目標形状との間に存在する空間的な領域である幾何偏差が、前記ワークの新たな曲げ加工の開始に伴って順に小さくなっていくときに、制御装置が、前記２次元レーザ変位センサが受光する距離データに基づいて前記幾何偏差を算出し、前記制御装置が、前記幾何偏差が閾値より小さくなるまで、前記パンチを前記ダイの方向へと下降させるストロークを算出して前記パンチを下降させて、前記ワークを曲げ加工するよう制御する曲げ形状補正方法を提供する。

本発明のプレスブレーキ及び曲げ形状補正方法によれば、ワークが複雑に曲げ加工される場合であっても、ワークを所望の形状に曲げ加工することができる。

一実施形態のプレスブレーキの概略的な全体構成を示す斜視図である。２次元レーザ変位センサがダイ及びワークにレーザ光を照射している状態を示す斜視図である。２次元レーザ変位センサがダイ及びワークにレーザ光を照射している状態を示す側面図である。第１実施形態においてワークの形状を測定する測定領域を示す図である。第１実施形態によるワークの加工の全体的な処理を示すフローチャートである。第１実施形態による２次元レーザ変位センサによる形状測定及びストローク補正の処理の詳細を示すフローチャートである。第１実施形態によるストローク補正を説明するための図である。第１実施形態においてＮＣ装置が保存するデータを示す図である。第１実施形態における初回角度補正量の算出及び設定の処理を説明するための特性図である。第２実施形態で用いる幾何偏差を説明するための図である。第２実施形態による２次元レーザ変位センサによる形状測定及びストローク補正の処理の詳細を示すフローチャートである。第２実施形態において幾何偏差が順に小さくなるようにストロークが補正されている状態を示す図である。

以下、一実施形態のプレスブレーキ及び曲げ形状補正方法について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を用いて、各実施形態のプレスブレーキの概略的な構成を説明する。

図１に示すように、プレスブレーキは、上部テーブル１０と、下部テーブル２０とを備える。上部テーブル１０は、左右に設けた油圧シリンダ１１Ｌ及び１１Ｒによって、上下動するように構成されている。上部テーブル１０には上部金型ホルダ１２が取り付けられ、下部テーブル２０には下部金型ホルダ２２が取り付けられている。上部金型ホルダ１２にはパンチＴｐが装着され、下部金型ホルダ２２にはダイＴｄが装着されている。

金属の板材であるワークＷは、ダイＴｄ上に配置されている。上部テーブル１０を下降させると、ワークＷはパンチＴｐとダイＴｄとによって挟まれて折り曲げられる。図１は、ワークＷの曲げ加工が完了し、上部テーブル１０が上昇した状態を示している。

下部テーブル２０の手前側には、２次元レーザ変位センサ３０が装着されている。図１ではダイＴｄに隠れて見えないが、下部テーブル２０の奥側にも、手前側の２次元レーザ変位センサ３０と対向するように、２次元レーザ変位センサ３０が装着されている。例えば株式会社キーエンスより発売されているインラインプロファイル測定器ＬＪ−Ｖ７０００Ｓシリーズを２次元レーザ変位センサ３０として用いることができる。

一対の２次元レーザ変位センサ３０は、下部テーブル２０に設けられた左右方向に伸びるレール２３に沿って移動自在となっている。一対の２次元レーザ変位センサ３０は、下部金型ホルダ２２に保持されたダイＴｄを前後方向から挟むよう位置している。

図２に示すように、２次元レーザ変位センサ３０は、概略的には、ダイＴｄ及びワークＷに複数本のレーザ光を一列に配列させた状態で照射するレーザ発光部３１と、ダイＴｄまたはワークＷで反射したレーザ光を、ワークＷの形状に対応する変位データ（距離データ）として受光するレーザ受光部３２とを有する。レーザ発光部３１は、ダイＴｄの側面に対して傾斜した角度で一列のレーザ光を照射する。レーザ受光部３２は、レーザ光を集光する集光レンズ３２１と、２次元のレーザ光受光面を有する撮像素子３２２とを有する。撮像素子３２２は、例えばCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）である。

図３に示すように、２次元レーザ変位センサ３０、ダイＴｄ及びワークＷを側面側から見ると、幅方向のｘ軸と、２次元レーザ変位センサ３０からダイＴｄまたはワークＷまでに距離方向であるｚ軸との２次元の領域がワークＷの形状の変化をレーザ光により検出する領域となる。矩形状の撮像素子３２２の一辺の方向がｘ軸である。なお、図１〜図３においては、ワークＷを鋭角に曲げた状態を示している。

図１において、ＮＣ装置５０は、プレスブレーキ全体の動作を制御する。ＮＣ装置５０は、２次元レーザ変位センサ３０によるワークＷの形状の測定結果に基づいて、プレスブレーキによるワークＷの加工を制御する。ＮＣ装置５０には、ＣＡＤ（Computer Aided Design）またはＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）として機能するコンピュータ機器４０が接続されている。ＣＡＤとして機能するコンピュータ機器と、ＣＡＭとして機能するコンピュータ機器とが別々に設けられていてもよい。

＜第１実施形態＞
第１実施形態として、Ｒ測定法を用いて、ワークＷの曲げ角度を補正しながらワークＷを所望の曲面形状に近付けるＦＲ曲げを行うプレスブレーキの動作を説明する。

図４は、ワークＷを複数の箇所で鈍角に曲げて所望の曲面形状に近付けるＦＲ曲げを行っている状態を示している。図４において、ハッチングを付した領域は、ダイＴｄ及びワークＷへと照射され反射するレーザ光の領域を示している。図４において、ｔ１〜ｔ１０はワークＷを鈍角に曲げる曲げ位置、Ｒｗはレーザ受光部３２が受光したレーザ光に基づいてワークＷの形状を測定する測定領域を示している。

図５において、コンピュータ機器４０のＣＡＤは、ステップＳ１にて、ワークＷの板厚、材質、加工形状を設定する。コンピュータ機器４０のＣＡＭまたはＮＣ装置５０は、ステップＳ２にて、加工に使用する金型（パンチＴｐ及びダイＴｄ）と加工順序を設定する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ３にて、各工程のワーク形状を算出する。

ＮＣ装置５０は、ステップＳ４にて、各工程の測定範囲Ｒｗを決定する。測定範囲Ｒｗとは、図４に示すように、ワークＷのＦＲ曲げが施される範囲である。ＮＣ装置５０は、ステップＳ５にて、曲げ位置ｔ１〜ｔ１０それぞれにおけるストロークを算出し、ステップＳ６にてワークＷの加工を開始する。ストロークとは、上部テーブル１０（パンチＴｐ）の下部テーブル２０（ダイＴｄ）方向への下降量である。

ＮＣ装置５０は、ステップＳ７にて、ワークＷの曲げ加工時に、２次元レーザ変位センサ３０によってワークＷの形状を測定し、必要に応じてストロークを補正する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ８にて、ワークＷの加工を終了させる。ＮＣ装置５０は、ステップＳ９にて、初回角度補正量を算出してＮＣ装置５０に設定する。

ＮＣ装置５０は、ステップＳ１０にて、次工程のＦＲ曲げの加工があるか否かを判定する。次工程のＦＲ曲げの加工があれば（YES）、ＮＣ装置５０は処理をステップＳ６に戻し、ステップＳ７〜Ｓ１０を繰り返す。次工程のＦＲ曲げの加工がなければ（NO）、ＮＣ装置５０は処理を終了させる。

図５のステップＳ７の詳細を、図６及び図７を用いて説明する。図７において、θｔをＦＲ曲げにおける目標曲げ角度、θｐｉをｉ区間加工後の予測の最終曲げ角度とする。Δθｐｉをｉ区間加工後の予測の最終曲げ角度補正量、θＲｉをｉ区間加工後の残りの角度とする。Δθｃｉをｉ区間加工後に計算された次区間のための１回の曲げ角度補正量、θｉを途中のｉ区間で計測した後述するＲｉより算出された曲げ角度、θｉ０ｒを途中のｉ区間で計測したＲｉより算出された１回の曲げ角度とする。θｉ０をｉ区間における１回の曲げ角度、Δθｉ０をｉ区間で算出された１回の曲げ角度補正量とする。

Ｓｉを途中のｉ区間でのストローク、Ｐを曲げ線の間隔すなわち１回ごとの曲げ間隔、ＮをＦＲ曲げ回数、Ｎｉをｉ区間の加工終了時点でのＦＲ曲げ回数、Ｒｉを途中のｉ区間での外側の測定Ｒ値（曲面の曲率半径）とする。なお、円弧の曲率半径は、反射したレーザ光の変位データに基づく形状の曲率から計算される。図７において、黒丸は曲げ線を示す。

図６において、ＮＣ装置５０は、ステップＳ７１にて、式（１）により、目標曲げ角度θｔとｉ区間の１回の曲げ角度補正量Δθｉ０とＦＲ曲げ回数Ｎから、ｉ区間における１回の曲げ角度θｉ０を算出する。
θｉ０＝（θｔ／Ｎ）＋Δθｉ０ …（１）

ＮＣ装置５０は、ステップＳ７２にて、式（２）により、曲げ角度θｉ０を目標角度として、ｉ区間のストロークＳｉを算出する。
Ｓｉ＝ｆ（θｉ０） …（２）

ＮＣ装置５０は、ステップＳ７３にて、ｉ区間をストロークＳｉで加工するようプレスブレーキを制御する。

ＮＣ装置５０は、ステップＳ７４にて、２次元レーザ変位センサ３０によるＲ値の測定によって曲げ角度を予測する。具体的には、次のとおりである。

ＮＣ装置５０は、中立軸係数を０．５と仮定して、式（３）により、ｉ区間を加工後に測定したＲｉを用いて曲げ角度θｉを求める。式（３）において、１区間目の場合、Ｎ（ｉ−１）は０であり、ｔはワークＷの板厚である。

そして、ＮＣ装置５０は、式（４）により、式（３）により算出されたθｉに基づき、ｉ区間で計測したＲｉより算出された１回の曲げ角度θｉ０ｒを算出する。

次に、ＮＣ装置５０は、ステップＳ７５にて、演算により次区間の補正角度を算出する。具体的には、次のとおりである。

ＮＣ装置５０は、式（５）により、ｉ区間を加工後の残りの角度を算出する。

ＮＣ装置５０は、式（６）により、ｉ区間を加工後の予測の最終曲げ角度を算出する。
θｐｉ＝θｉ０ｒ・（Ｎ−Ｎｉ） …（６）

ＮＣ装置５０は、式（７）により、ｉ区間を加工後の角度補正量を算出する。
Δθｐｉ＝−（θｐｉ−θＲｉ） …（７）

ＮＣ装置５０は、式（８）により、ｉ区間を加工後に計算された次区間のための１回の曲げ角度補正量を算出する。

そして、ＮＣ装置５０は、式（９）により、次区間の角度補正量を算出する。

ＮＣ装置５０は、ステップＳ７６にて、最終曲げ区間であるか否かを判定する。ＮＣ装置５０は、最終曲げ区間であれば（YES）、処理を図５のステップＳ８に移行させ、最終曲げ区間でなければ（NO）、処理をステップＳ７１に戻す。

図５に戻り、ＮＣ装置５０は、ステップＳ８にて、加工を終了させ、ステップＳ９にて、初回角度補正量を算出してＮＣ装置５０に設定する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ１０にて、次工程の加工があるか否かを判定する。ＮＣ装置５０は、次工程の加工があれば（YES）、処理をステップＳ６に戻し、次工程の加工がなければ（NO）、処理を終了させる。

ＮＣ装置５０は、次のようにして、次回工程の初回角度補正量を算出すればよい。ＮＣ装置５０は、全ての区間における曲げ角度補正量Δθｉ０と測定Ｒ値Ｒｉとの関係をデータとして保存する。図８に示すように、ＮＣ装置５０が保存するデータは、各区間の曲げ角度補正量Δθｉ０と、その結果得られたＲ値Ｒとの関係を示す。

ＮＣ装置５０は、図９に示すように、データの近似式と目標のＲ値とにより、次回工程の初期角度補正量を求めることができる。

以上のように、第１実施形態においては、ＮＣ装置５０は、２次元レーザ変位センサ３０が受光した変位データに基づいてワークＷの形状を測定する。そして、ＮＣ装置５０は、ワークＷの測定形状と予め設定されたワークＷの目標形状との差が小さくなるように、パンチＴｐをダイＴｄの方向へと下降させるストロークを補正して、ワークＷを曲げ加工するよう制御する。第１実施形態によれば、ワークＷが複雑に曲げ加工される場合であっても、ワークＷを所望の形状に曲げ加工することができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態として、ＦＲ曲げに限らず、ワークＷが複雑に曲げ加工される場合に用いることができる幾何偏差測定法を用いて、ワークＷを所望の形状に加工することができるプレスブレーキの動作を説明する。

第２実施形態においては、図４における第１実施形態による測定領域Ｒｗよりも広い、ハッチングを付したレーザ光の領域のｘ軸である幅方向のほぼ全体のワークＷの範囲を幾何形状の測定範囲とする。

図１０は、ワークＷが曲げ位置ｔ１〜ｔ３で曲げ加工され、さらに曲げ位置ｔ４で曲げ加工されようとしている状態を示している。図１０において、破線で示す扇形の範囲は測定範囲を示している。パンチＴｐを矢印で示すように下降させてワークＷを曲げ位置ｔ４で曲げると、ワークＷは曲げ位置ｔ４を回転中心として回転して想像線である二点鎖線で示す位置へと変位する。二点鎖線で示す位置のワークＷが目標形状である。

実線で示す曲げ位置ｔ４での曲げ加工前のワークＷと目標形状のワークＷとのハッチングを付して示す領域が幾何偏差である。厳密には、幾何偏差とは、実際のワークＷの面と目標形状のワークＷの面との間に存在する空間的な領域である。

第２実施形態においては、図５のステップＳ７の詳細は図６の代わりに図１１に示す処理が用いられる。なお、第２実施形態においては、図５のステップＳ９は不要である。

図１１において、ＮＣ装置５０は、ステップＳ２７１にて、２次元レーザ変位センサ３０によってワークＷの形状を測定する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ２７２にて、ステップＳ２７１にて測定した測定形状と目標形状との幾何偏差を算出する。幾何偏差をｅ（ｔ）とする。ここでのｔは時刻である。

ＮＣ装置５０は、ステップＳ２７３にて、幾何偏差ｅ（ｔ）が所定の閾値より小さいか否かを判定する。閾値は０に近い小さな値とする。幾何偏差ｅ（ｔ）が閾値より小さければ（YES）、ワークＷが目標形状に加工されたということであるので、ＮＣ装置５０は、処理を図５のステップＳ８に移行させる。幾何偏差ｅ（ｔ）が閾値より小さくなければ（NO）、ＮＣ装置５０は、処理をステップＳ２７４に移行させる。

ＮＣ装置５０は、ステップＳ２７４にて、幾何偏差ｅ（ｔ）に基づいてストロークｕ（ｔ）を算出する。加工の計算モデルにより、式（１０）に示すように、ストロークｕ（ｔ）から幾何偏差ｅ（ｔ）を求めることができる。式（１１）より、幾何偏差ｅ（ｔ）からストロークｕ（ｔ）を求めることができる。式（１１）におけるＫはゲインである。

ｅ（ｔ）＝Ｇ（ｕ（ｔ）） …（１０）
ｕ（ｔ）＝Ｆ（Ｋ，ｅ（ｔ）） …（１１）

ＮＣ装置５０は、ステップＳ２７５にて、パンチＴｐをストローク位置に位置決めして、処理をステップＳ２７１に戻してステップＳ２７１以降を繰り返す。

図１２の（ａ）〜（ｃ）は、図１１に示す処理によって、実線で示すワークＷの測定形状が二点鎖線で示す目標形状へと順に近付いていき、幾何偏差ｅ（ｔ）が順に小さくなっていく状態を概念的に示している。

幾何偏差ｅ（ｔ）を用いる代わりに、測定形状と目標形状との角度偏差ｅａ（ｔ）を用いてもよい。加工の計算モデルにより、式（１２）に示すように、ストロークｕ（ｔ）から角度偏差ｅａ（ｔ）を求めることができる。式（１３）より、角度偏差ｅａ（ｔ）からストロークｕ（ｔ）を求めることができる。

ｅａ（ｔ）＝Ｇ（ｕ（ｔ）） …（１２）
ｕ（ｔ）＝Ｆ（Ｋ，ｅａ（ｔ）） …（１３）

以上のように、第２実施形態においても、ＮＣ装置５０は、２次元レーザ変位センサ３０が受光した変位データに基づいてワークＷの形状を測定する。そして、ＮＣ装置５０は、ワークＷの測定形状と予め設定されたワークＷの目標形状との差が小さくなるように、パンチＴｐをダイＴｄの方向へと下降させるストロークを補正して、ワークＷを曲げ加工するよう制御する。第２実施形態によれば、ワークＷが複雑に曲げ加工される場合であっても、ワークＷを所望の形状に曲げ加工することができる。

本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。ＮＣ装置５０は、ワークＷの形状を測定し、ストロークを補正してワークＷを曲げ加工するよう制御する制御装置の一例である。

１０上部テーブル
２０下部テーブル
３０２次元レーザ変位センサ
５０ＮＣ装置（制御装置）
Ｔｄダイ
Ｔｐパンチ
Ｗワーク

Claims

パンチを保持するための上部テーブルと、
ダイを保持するための下部テーブルと、
ワークが前記パンチと前記ダイとで挟まれて曲げ加工されるときに、前記ワークの曲げ加工の進行によって前記ワークが送られる方向に沿った所定の測定範囲に複数本のレーザ光を照射し、前記測定範囲で反射したレーザ光を、前記ワークの形状に対応する距離データとして受光する２次元レーザ変位センサと、
前記ワークが新たに曲げ加工される前の前記測定範囲の位置によって決まる前記ワークの形状と、前記ワークが前記パンチと前記ダイとで挟まれて新たに曲げ加工されて前記測定範囲が変位して、変位した前記測定範囲の位置によって決まる前記ワークの目標形状との間に存在する空間的な領域である幾何偏差が、前記ワークの新たな曲げ加工の開始に伴って順に小さくなっていくときに、前記２次元レーザ変位センサが受光する距離データに基づいて前記幾何偏差を算出し、前記幾何偏差が閾値より小さくなるまで、前記パンチを前記ダイの方向へと下降させるストロークを算出して前記パンチを下降させて、前記ワークを曲げ加工するよう制御する制御装置と、
を備えるプレスブレーキ。
ワークをパンチとダイとで挟んで複数の箇所で曲げるときに、前記ワークの曲げ加工の進行によって前記ワークが送られる方向に沿った所定の測定範囲に、２次元レーザ変位センサによって複数本のレーザ光を照射し、
前記測定範囲で反射したレーザ光を、前記２次元レーザ変位センサによって、前記ワークの形状に対応する距離データとして受光し、
前記ワークが新たに曲げ加工される前の前記測定範囲の位置によって決まる前記ワークの形状と、前記ワークが前記パンチと前記ダイとで挟まれて新たに曲げ加工されて前記測定範囲が変位して、変位した前記測定範囲の位置によって決まる前記ワークの目標形状との間に存在する空間的な領域である幾何偏差が、前記ワークの新たな曲げ加工の開始に伴って順に小さくなっていくときに、制御装置が、前記２次元レーザ変位センサが受光する距離データに基づいて前記幾何偏差を算出し、
前記制御装置が、前記幾何偏差が閾値より小さくなるまで、前記パンチを前記ダイの方向へと下降させるストロークを算出して前記パンチを下降させて、前記ワークを曲げ加工するよう制御する
曲げ形状補正方法。