JPH08510961A - スチールルールの曲げ方法および装置 - Google Patents
スチールルールの曲げ方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
金属ストリップの連続リール(1)を自動的に曲げるため、具体的には鋭い金属ストリップをスチールルールダイ(148)に曲げるための装置及び方法を提供する。ストリップの種々の位置でストリップを種々の曲げ加工をすること、及び所望の形状に近似させるため種々の大きさにすることを、後工程が与えれる。製造するために形状を含むデータが、金属ストリップの物理的性質に関するデーターも含むプログラムコンピューターと制御システムとに導入される。光学検出システム(160)が、全ての工程で製造される形状を検出するために使用し、且つ電気信号が検出システムから計算制御システムにフィードバックされ、種々のエラー、特に金属ストリップのスプリングバックによるこれらのエラーを補正する。
Description
【発明の詳細な説明】
スチールルールの曲げ方法および装置
発明の分野
本発明は、エッジ部が尖端化したストリップ金属で作られたスチールルールダ
イ(steel rule die)を製造するための完全にオートメ化された方法と装置であ
る。そのように製造されたダイは、二次元的曲げのシリーズとして創造された複
雑な形状を有しており、ルール材の長さに沿ってそれぞれの曲げ部は正確な角度
で、かつ正確な位置を有している。
そのプロセスは、捲回されたストリップと均一に捲き解くようにデザインされ
た独立型装置と、ストリップの前進および後退の動作を正確にトレースし、しか
もデジタル電気信号の形で位置的情報をもたらす運転および測定ユニットと、ス
トリップを要求されたように曲げる二次元的方向の曲げヘッドと、それが該曲げ
ヘッドから存在する如くダイの形状を正確に決定するビデオ位置感知ユニットと
、最終的サイズにダイ構成要素を切断するカットオフシェアーおよびノッチ(切
り込み)装置および最後に全操作を同期させるコンピューターおよび制御システ
ムを含むシステムを使用している。
分離したユニットの集まりが集積され、かつ最新のルールの捲回量の特殊な弾
性反応および一般化された弾性データの情報を有するデータバンクを含むプログ
ラム可能なコンピューターおよび制御システムによって該プロセスは制御される
。このデータは、材料のスプリングバック或いはヒシテリシスを考慮して各曲げ
の作製で求められる修正を予測するために使用される。
データバンクからの予測情報に加えて、ビデオ位置感知ユニット
がそれが作られた後で曲げの正確な形状を決定し、この情報を含んで電気的信号
をもたらし、かつコンピューターおよび制御システムに送り込む。このコンピュ
ーターおよび制御システムは、実際の形状と所望された形状の変化を計算し、そ
れに応じて次の曲げを修正する制御シグナルを出す。
背景
ススチールルールダイは、我々が当然のことと考えている多くの成形品の切断
に使用される。ダイによって切断される材料は、軟質金属および発泡材、皮革お
よび布地を貫通する強いプラスチックスから壊れ易いフィルム、紙および食物の
物品にまで及んでいる。ダイ切断のこの種の最終製品は、厚い発泡材クッション
、靴の部品、デカルコマニア、金属フォイルトレーおよびパン焼き器具を含んで
いる。
シート状に製造されることが出来る如何なる製品も本質的にスチールルールダ
イで切断させる。他の類似のダイの類型、例えばクリッカーは、ダイ材料は多少
異なるがスチールルールダイと同じような方法で作られる。
これらのダイスは、一方の端部を尖端化し、かつ皮革製品にハンマーで叩かれ
た重く幅広のストリップの鍛冶屋のダイから発展した。しかしながら、今日、ス
チールルールダイは専門化された産業になった。これらのダイの形状は、比較的
洗練され、しばしば可撓性で依然その尖端化したエッジを保持する特別に処理さ
れた鋼ストリップである薄いルール材から作られる。このダイは成形され、次い
で細長く溝についた合板或いは鋳造されたポリマーのような保持鋳型上に置かれ
る。鋼板が前記保持鋳型上にプレス圧を分布させるために追加される。
スチールルール産業は、現在年間で400万と600万ドルの間の収益を生む
ものと推定されている。1フィート当たり34セントと38セントの間の平均コ
ストでルール約122ミリオンフィートの年間生産量は、総額で約44万ドルに
もなる。生産されるスチールルールの総フィート数の少なくとも35%は、現在
使用されているダイで生産されている方法の結果としてスクラップになっている
ものと推定される。
成形されたスチールルールダイは、通常レーザー切断溝ないしは合板基盤にお
ける複雑に鋸で引かれた細長い溝の何方かに押しつけられ、そしてその溝に合う
よう成形される。ガイドとして溝を単純に使用する部品の直線化は、もしルール
の形状が細長い溝の形状に合致するように予備成形されていなければ稀にしか成
功しない。加えて、ダイフレーム内の剪断部の中心を維持する合板部品の特定平
面のために頻繁に使用される技術を提供する。その平面は、鋼ストリップに切断
に合致するノッチを伴っており、そのためにストリップは接触作用なしに平面を
学習する。
ダイは、特殊鋼の如何なる種類からも作られる。素材は、コイル状のストリッ
プに成形され、そしてストリップの一方のエッジ部が尖端化される。コイルは、
扱いにくいのでストリップが通常平らに切断された形で供給される。ダイは、こ
のストリップの1ないしそれ以上の薄片からなり、そして希望する形状によって
種々の鋭い角度で、或いは緩いカーブで曲げられるか、或いは真っ直ぐな薄片と
して使用される。スチールルールダイの使用は、反復性および本質的に同一の切
断形状を作る唯一の方法ではないが、そのような使用は最も低コストかつ一般的
方法の一つを構成する。
スチールルールダイは、要求された複雑な形状にエッジ部が尖端化された鋼ス
トリップを曲げることによって作られる。成形された
ストリップは、次いで素材を切り出すためのプレス或いは高馬力スタンピング機
によって供給される圧力を許容する裏板が取り付けられる。曲げは、時には手作
業で行われるか、或いは機械で行われる。製造方法にかかわらず、曲げを作るこ
とは、経験ある技術者の熟練度を要求する。何故なら、曲げられる鋼ストリップ
は、鋼の弾性特性によるスプリングバックを起こしがちである。
塑性変形が永続する降伏点の前で弾性反応の範囲内で、曲げが行われる際に多
量のスプリングバックがある。経験を積んだ曲げ加工者は、スプリングバックの
量或いはスプリングバック(この用語はここでは互換性がある)を見積もらなけ
らばならないし、スプリングバックに合わせて適切な量でストリップをオーバー
ベンドしなければならない。
現在使用中の操作者がベースのシステムにおいては、操作者は、鋼ストリップ
のメモリーを予測しなければならないし、鋼メモリーがスプリングバックを起こ
した時に方向を変えてオーバーベンドしなければならないし、スプリングバック
は希望する最終形状を作り出すための正確な量である。「感覚」(feel)に
よるこのオーバーベンデングは、めったに完全にならない。些細な問題は、合板
の裏板支持材を当てストリップに溝切りを強いることで回復させることが出来る
が、複雑な形状に対するエラーの累積効果はダイを変形させるために、それ以上
溝に合致することはない。その結果、材料および労務的ロスが起こる。
このように、スチールルールダイを作るための手作業でのアプローチは、通常
比較的高賃金を求める非常に良く訓練されかつ経験のある操作者が必要である。
更に、スチールルールダイの手作業による生産に費やされる時間は膨大である。
自動曲げ機によるこのプロセスの自動化は、設計者にとって特に
難しい問題であった。この難しさは、ロット毎にスプリングバックメモリーが広
い範囲に渡る結果スチールルールの高い可変性によるものである。そのような曲
げ機は、使用される鋼ストリップのロット毎に基準化され、そして新しいスプリ
ングバックのアルゴリズムが各々およびロット毎に作られる。さらに複雑なプロ
セスは、ルールの特性が製造される鋼ストリップの単一のロット内で変化すると
いう事実である。
このように、比較的独立したスプリングバック変動があってもスチールルール
ダイ製造方法のニーズがあり、しかもこれ等の変動は制御可能であるため、曲げ
成形は非常に高い正確性を残している。現在まで、そのような方法は可能ではな
かった。
ダイ製造において追加的な複雑性がある。例えストリップ特性が機械によって
補償されたとしても、初期曲げの特性は同一位置で第二の曲げによって修正され
たストリップ曲げ特性と相違してしまう。この二次的な曲げ或いは曲げの修正は
、補償されなければならない。
このルール材曲げ方法において廃棄部を削減するニーズがある。ストリップ或
いはルールが短く、扱い易い長さで搬送されると大きな量の廃棄部が出て、各ス
トリップの頭部と尾端はしばしば切り捨てられる。予め切断されたストリップの
40%までが曲げで廃棄されるためストリップは部分的に使用されるか、或いは
廃棄物となる前部グリップ領域および後部グリップ領域のダイ製造が要求される
。上述したように、メモリーおよびスプリングバックもまた廃棄部を作る。或る
形を正確に再現する、或いは少なくとも複製物を作ることが可能な曲げプロセス
のニーズがあるが、曲げ加工において増えた工程はオリジ ナルな形の正確な複
製に近ずけることである。
現在、前述の問題は、効率的かつ正確なスチールルールダイの成
形を阻害し、かつその成形の自動化を阻害するという重要な課題を含む。したが
って、これらの問題を解決するための幾つかの試みが成された。
これらの試みの一つは、日本、大阪の(株)塚谷刃物製作所(Tsukatani Blad
e Manufacturing Co.LTD)によって製造されたBBS−101及び運搬具であ
る。この装置において、刃物材料の大量の特性記録が、この装置のコンピュータ
ーメモリーの中に蓄積されている。各装置は、必要とされる曲げ量の予想式を与
えるために収録されたデーターによって個別に調整されている。しかしながら、
必要とされる曲げ率や鋼の局部や個々のロットの特性が説明されていない。その
結果、刃物用ストリップ材料のスプリングバック変動量が記述されていないので
、曲げ精度はよくない。他の問題は曲げにおけるストリップの伸びや縮み、ジョ
ー(jaw)の滑りを含むことであり、また丸形グリップバーの周辺を滑るフィン
ガーを有する頭部形状によって曲げ半径が制限されぬことである。この特徴は近
接位置におかれた曲げ、円形グリップバーより小さい曲げ、或いはグリップバー
の半径の1.3倍以上大きい曲げを排除する。
この結果、この位置はより性格に必要とされる曲げの50〜60%だけしか形
成することができない。
他の試みは、Archer等の1986年12月9日の米国特許第4,627,25
5号によって開示されている。この特許は、スチールルールが曲げ頭部を介して
移動され、そしてルールが曲げ頭部の接触から離れた辞典を知らせるために電気
的接続が用いられ、かくして、ダイの所望形状の概略寸法が提供されるというシ
ステムを開示していない。
しかしながら、この装置は方法の工程において製造されるダイ形状を測定する
ための正確な手段を提供しない。さらにまた、この発
明は切断個所において曲げ頭部を引っ込めないので、最終ダイのトリミングが必
要となり過度のスクラップが発生する。
他の公知技術は、Graboysによる特許、すなわち位置合わせホールがルールダ
イを形成するのではなくカッター内の位置合わせのために用いられるスチールダ
イの位置合わせの方法を開示する特許を含む。カッター内の位置合わせはまた米
国特許第4,397,095号で示されているが、ダイを作る曲げの位置合わせ
又は心合わせでない。
他の特許、Whitecotton等の「スチールルールタイプの孔抜き及び打ち抜きダ
イを製造する方法」(米国特許第4,226,143号)は、この技術の現況を
表している。この方法は空隙を有するテープ屑で覆われたパンチダイ用素材に取
り付けられる。その結果、パンチ用素材の形状は正確に維持されるが、しかしこ
の方法は複合スチールルールダイの曲げ又は生成を表示してない。
公知の技術はまた、多くの線材曲げ装置を含む。これらの装置は、電気的/電
子的組み立て作業内(ストリップ曲げの多様な条件での共通点は少ない)で線材
両端の取り扱い方を計画しているか或いは線材形状の曲げ方を計画している。こ
れらは一般に最近の出願に応用できない。
発明の概要
本発明の全般的目的は原料の連続コイルからスチールルールダイを効率よく、
経済的に、自動化のもとで造る手段を提供することである。
現状のではダイ製造工程で発生する大量の切り捨て量を削減することを本発明
の特定目的としている。また本発明の第2の特定の目的は、ダイ製造の正確な繰
り返し可能なる方法を提供するものであ
り、それは、ダイが造られるスチールルール原料ロットの差異からくる物理的差
異を補償し、かつ、機械製造時の不正確さを自然に補償するものである。
さらに、本発明はスチールダイ製作における繰り返しテストや補正技術が現状
では実施されているが、これらをなくすものである。
本発明は上記目的を繰り返し曲げ増量を付与し、ついで自動化のもとで、その
結果を検討し、その後累積誤差を補償するように、次の曲げ部を修正する応答曲
げ技術を使用することによって達成した。本発明の一つの方法は、単一曲げ工具
で、2次元のスチールルールの曲げをなし、これによって、設備コストと複雑化
を低減した。また、本発明の他の目的は、ストリップに沿って各種の切り込みを
許容でき、それらは曲げの近傍になるようにされ、除去可能とし、スクラップの
発生を極力減少せしめることである。
もう一つの他の特徴は、必要により留めコーナー部を製作することにある。
本発明に開示されたスチールルールの製造工程は、スチールルールストリップ
が、保持具に完全に把持されてる間に、ストリップの凸部に応力を負荷すること
によって、スチールルールストリップを変形するに使用する単一の小径マンドレ
ルからなる曲げ工具を使用するものである。
その単一マンドレルは、スチールルールストリップの他端に同芯的に、又は偏
心的にマンドレルを回転してマンドレルと保持工具の脱却を可能とする曲げシャ
フトおよび取り付け工具を有する。
このことによって、保持工具の一方向へのストリップの回転を単一マンドレル
によって可能とする。この方法を使用することによって、複雑な形状のダイは固
有の曲げシリーズとして製作されること
になる。このように、ダイは、ほぼ完全なる漸近曲線として半径が変化する形状
が可能となる。
更に、本発明によれば曲げ工具の出側にあるダイ位置での形状を検出する光学
的追従システムの装置を有する。
この光学的追従システムは、正確な位置および形状の情報からなる電気的信号
または、更にはディジタル信号を発生する演算に供される電気損号からなる。
また、本発明の特徴は、ストリップの長手方向に垂直な方向にダイを可動とし
て、ダイ深さ方向にストリップを切断可能とするか、または、その長さ方向にス
トリップを動かし、切り込みをオーバーラップさせることによる切断を変更して
幅方向に切断可能なる切り込みとする切断、切り込み装置を有する。
本発明の最後の特徴は、全工程の操作を同期させる主コンピューター制御シス
テム(以下CCSと呼称)である。先ず最初に、製作される形状を記述する情報
がCCSの中に供給される。
本システム操作の各工程中に、CCSは光学センサーからのディジタル信号を
読み取り、現状でのダイ形状の複雑な形状を計算し、これは曲げの累積の結果と
なるものである。
それから、CCSはダイの実形状と目的とする形状の差異を演算し、それによ
って次の曲げパラメータを演算する。最終的に、CCSは次の曲げを生ずるよう
に曲げ工具に命令信号を供給する。
上記のフィードバック工程は、最終曲げがなされるまで繰り返し実行される。
その後、曲げ工具は脱却され、スチールルールストリップは切断機で切断される
。この曲げ工具の脱却は、従来技術におけるよりも、より最終曲げに近い位置で
の切断を可能とする。
図面の説明
本発明のこれらの特徴とそれ以上の特徴は、好ましい実施態様を詳細に示した
付随の明細書と図面とを参照しさらに良く理解することができる。
図1は、送り機構の構成を示す。
図2は、ノッチ装置−カッター機構を示す。
図3Aと4Bは、ノッチカッターダイの詳細を示し、図3Aは、ノッチカッタ
ーダイの断面図を示し、かつ図3Bは、ダイの平面図である。
図4A、4B、4C、4D、4E及び4Fは、曲げ方法を示し、曲げとその次
の後工程を示し、スチールルールが供給ロールを通り抜け掴みジョーへと、かつ
曲げマンドレルを越して進む。図4Aは、曲げ方法の第一の工程を示し、図4B
は、第二の工程などを示す。
図5は、掴みジョー、曲げマンドレル、供給ロール及び関連部品を含む曲げ機
構の主要な電気−機械構成部を示す。
図6Aと6Bは、カッターノッチとベンダーの間の相互作用を示し、図6Bに
切断作業以前に如何にグリッパーを逸らすか、さらに、如何に切断作業をダイの
最終曲げの近くで実施することが可能かを示す。
図7は、全体の機構の機能図を示し、このシステムの種々の構成部分の間の相
互作用を示す。
図8Aと8Bは、このシステムのビデオ用部品及び光学用部品を示す。
好ましい実施態様の詳細な説明
本発明の好ましい実施態様は、スチールルールの貯蔵品を供給し、ノッチを刻
み、かつ屈曲し、これは一般にルールと呼ばれる。このルールは、一つの鋭い縁
部を有する。本発明の最も好ましい実施態
様は、ルール供給装置、ノッチ装置/カッターの3種の区画を含む。図7は、装
置のブロック図である。供給機は、スチールルールの投入コイル141と、補助
供給機構142とを含み、コイルからルールを取り出しかつ半円形の緩衝チャン
バー143を通って主駆動機構144へとルールを移動し、ノッチ装置/カッタ
ー145及びベンダー146によってルールの移動を制御する。全ての装置構成
部を相互作用させるコンピューター制御器の指示の下で、全ての装置構成部を作
用させ、規定した形状を有するダイ部分を製造する。制御器は、コンピューター
ディスクまたはある比較可能手段を介して、予めホストコンピューターに準備し
たCADファイル149から一般的に情報を受信する。CADファイルは、予め
作られた特定なダイ及び通常全てのダイに関する情報を全て有する。このCAD
ファイルは、ルール部分が挿入される基礎を準備するように、別の目的のために
も使用される。また、コンピューターは、各装置構成部内の戦略的な位置で種々
のセンサー(図示せず)から、入力チャンネル150に関する情報を受信する。
一般に、これらのセンサーは、スチールルールまたは装置の種々の移動部品の存
在を検出する金属の近接センサーまたは光学ビーム中断センサーである。コンピ
ューターは、出力チャンネル151を介して、装置構成部内に配置された種々の
駆動素子である一般に空気シリンダー、デジタルストップモーターまたはデジタ
ルサーボモーターへと制御信号を送信する。機械を制御するために必要なソフト
ウエアーは、互いに連係できる商品の良く知られる種々のルーチンを有し、特別
必要な順序を実施する。示された構成物の配置は、好ましい順序であるが、別の
配置が明らかに可能であり、個々に種々の構成物を使用すること或いは他の組合
せを含む。
ルール供給機
好ましい供給機の実施態様は、図1を参照して説明できる。スチールルール材
料のコイルは、通常は長さを300フィートに制限しないが、適切なベースプレ
ート3上に回転可能に設けられた二つのフランジロール2に障害無く吊り下げら
れる。下方に巻き戻されるルールは、コイル歪を開放し、かつルールを水平進路
に向けるアッパーロール4その後オーバーロールを通過する。その後、ルールは
、一対の縁部ガイドロール6と、センサー7と、連係スプリング負荷圧力ロール
9を有する補助動力供給ロール8と、第2の一対の縁部ガイドロール10と、を
含む補助供給機構を通過する。縁部ガイドロールは、ルールを二つの寸法に規定
するが、ルールを実質的に直線に第3の寸法に自由に移動することができ、それ
によって、供給ロールは、必要に応じて容易に前後に移動することが可能である
。縁部ガイドロールは、別の危険を被るルールの鋭い縁部に触れない状態で、V
型溝を有するルールと嵌合する。その後、ルールは、外側歪開放ロール11と、
内側歪開放ロール12と、半円形保持壁13と、内側歪開放ロール14と、外側
歪開放ロール15と、を有する半円形の緩衝チャンバーを通過し、続いて先の進
路の上と反対方向に水平進路に沿って再度進行する。
ここでルールは、一対の縁部ガイドロール16と、センサー17と、デジタル
エコンダー21に連結する測定ロール18と、主駆動ロール19と、第2の一対
の縁部ガイドロール20を有する主駆動機構へと進む。この区画は補助供給機構
と同様であるが、幾つかの重要な点で異なる。後の段落でさらに詳細に説明する
ように、主駆動は、最高精度で前後に双方にルールを移動する必要がある。一方
供給駆動は、可能な限り多くの摩擦と初期負荷を開放するための、主駆動に係わ
る単なる従属装置である。主駆動モーター、好ましくは、デジタルストッパーま
たはデジタルサーボは、良好な角度分解
能と滑りなしにルールを駆動できる十分な出力を有する高性能モーターである。
このこなモーターは、良く知られた商品である。このモーターに加えて、高精度
運動測定装置、好ましくは測定ロール18によって駆動される高分解能回転デジ
タルエンコンダー21がある。エンコンダーは、駆動ロールの滑りまたは測定シ
ステムへのその他の外的因子に無関係にルールの実際の動きを検知する。主駆動
モーターとは逆に、補助供給モーター、好ましくはデジタル制御ストッパーまた
はサーボは、通常の精度だけでなく、コイルの荷重を解決するに十分な出力が必
要である。
主駆動装置の動きは、ある特定の処理サイクルの必要条件を満たすため制御コ
ンピュータにより指示される。一般に、この動きは間欠的であり、前進も後退も
するが、常に正味は前進である。一方、供給駆動装置は静止しているか、あるい
はもっとゆっくりした速度で前方へ移動する。これらの動きは、保持壁13からル
ールを引き離し、応力除去ローラー11、12、14及び15のみにより規定されるフリ
ーループ19の形状を保証する。このループが規定の最小寸法に達すると、それは
センサー23により検出されて、それにより補助供給モーターがループを大きくす
るため選ばれた量だけルールを前進させる。供給モーターの反応は、当該技術に
通じた者によりいろいろなやり方でプログラムすることができが、最終結果は、
最小のものよりも常に大きいループ寸法を維持することであって、保持壁13と接
触するのに十分大きく維持することではない。
保持壁13は、ルールのコイルを最初に装着する間だけ、装置のこの部分により
自動的にルールを案内する手段として、また保護シールドとして機能する。装着
処理の際、作業員はコイルをフランジ付きローラー2に配置し、そしてルールの
自由端をローラー4の下、ローラー5の上、エッジ案内ローラー6の溝を通し、
供給ローラー
9へ挿入する。補助供給モーターは、センサー7によりルールが検出されると電
圧を印加されてルールを保持壁13を回って前進させる。ルールの横の動きは、そ
れが保持壁13を回って移動するので不安定になりやすい。保持壁13の中間点の近
くに位置するスローピングサイドガイド24は、前端が通り過ぎる時にルールを中
央の位置へ戻し、そして同様のスローピングサイドガイド25は、ルールをほぼ中
央の線へ来させてそれがエッジ案内ローラー16のV溝に入るのを可能にする。主
駆動モーターは、ルールがセンサー17に達すると待機状態にされ、測定エンコー
ダがルールの動きを検出すると作動させられる。短時間の移行シーケンスの後に
、供給モーターは停止し、駆動モーターが公称量前進させて自由ループ19を形成
する。サイドガイド24と25の、そして保持壁13の寸法と位置は、装着が完了後に
ルールがそれらに触れないようなものである。センサー7はまた、コイルが使い
尽くされて数フィートのルールが利用可能であるに過ぎないという警報としても
働く。同様に、センサー17はルールの端を検出して主駆動装置を停止させる。
ルールの部分的に使用されたコイルを取り除いてそれを別のタイプのルールと
交換することが必要なこともある。これは、単に両方のモーターを何らかの都合
のよい速度で逆転させ、同時に作業員がコイルを手で巻き戻して、容易に達成さ
れる。任意的に、この作業を助けるためにフランジ付きローラー2の片方にトル
クモーターを取り付けることができよう。
ノッチャー/カッター
機械の第二の部分は、ルールにノッチを切り込みそしてルールを正確な長さに
切断することに当てられる。その作業は第2図を参照して一番よく理解すること
ができる。ノッチは、曲げる前にルールの選ばれた位置に切り込まれる。しかし
、長さに切断するのは最後
に行われる作業である。ルールは、最初に、所望の終点をカッターのところに配
置するため前方又は後方に動かさなくてはならない。しばしば、切り込みは最終
の曲げに接近していてもよい。これらの条件は、曲げ装置に隣接したカッターの
出口側がルール切断材を複雑な二次元形状に曲げるのを妨害するのを避けるため
できる限り広々としているべきことを要求する。カッターは狭くて且つ浅くなく
てはならない。この要件の結果として、パンチと反対に剪断装置が本発明の好ま
しい態様になる。雌型ダイ31は剛性のベース32に取り付けられ、そしてこれは、
ノッチをつける作業又は切断作業を選択するためモーター48によりルールに関し
て横方向に移動可能なスライド33のキャリジに取り付けられる。はめ合いパンチ
(mating punch)34は、ベース32上の軸受け36の周りを回転可能なアーム35の下
面に取り付けられる。やはりベース32上に位置する軸受け38の周りを回転可能な
別のアーム37は、リンク39によりアーム35に連結される。この二重レバーの構成
は、アーム37の外側端部にかけられる力を減少させて申し分のない角度をなおも
保ちながら剪断機を運転する実質的な機械的利点をもたらす。ボールネジ42のナ
ット41がアーム37の端部に旋回可能に結合される。ボールネジ42のための支持軸
受け43は、ベース32に旋回可能に取り付けたプレート44に取り付けられる。剪断
機は、モータートルクの必要条件をなお更に低下させるために選ばれたタイミン
グベルトとプーリー41によりボールネジ42につながれたモーター46、好ましくは
ディジタルステッパーあるいはディジタルサーボにより、作動される。レバー、
ボールネジそしてプーリーのこの組み合わせは、トルクを小さなステッパーによ
り容易に供給されるレベルまで低下させる。
ダイ31のキャビティー(第3A図の断面図に示す)には、上方レベル50と下方
レベル51があり、境界の傾斜領域58は切断位置に示さ
れたルール52の切断端の傾斜に合致して、これによりそれを切断端に沿ってしっ
かり支持する。ダイ31の上面図である第3B図に図示したように、ダイキャビテ
ィー53も、ルールの断面形状に合った斜め継ぎ端部57を持ちそしてこの切断され
た端部がルールのもう一つのものの側面と隣合って、切断パターンの隙間なしに
T字形のパターンを形成するのを可能にする切断片を得るために、境界領域で外
側へ且つ下向きに傾斜する。ここで使用する斜め継ぎとは、全幅にまたがる角の
ある切り口と対比してルールの一端が突き出していることを意味する。剪断装置
をノッチ加工の位置に対して横に移動させる場合には、ルールはダイ31の上方レ
ベル50の位置54にある。ここで、パンチ34が下がってルールの端部で剪断作用を
開始し、ルールを横切って、最後の作用がパンチング作用としてノッチを切るキ
ャビティーの端部55まで前進する。滑らかなモーター駆動の動きと、通常のパン
チング速度と比べて相対的にゆっくりした切断速度のために、ノッチ加工も切断
も比較的静かで、衝撃振動がない。
キャビティー53の下方レベル51はルールを少し越えて延び、そのためキャビテ
ィーの端部56では切断は行われない。パンチ57の突き出したタブ57は、いつでも
キャビティー53のこの部分に達して、パンチが降下する時にそれを案内する。こ
の特徴は、パンチとダイの初期の位置合わせを比較的簡単にし、そしてパンチと
ダイの干渉の危険を実質的になくす。
第2図に示されたスライド33は、剪断装置を設備の制御装置により規定された
任意の位置へ移動させるために、好ましくは、ディジタルステッパーモーター又
はディジタルサーボモーター48によって駆動される。この特徴は、キャビティー
の傾斜領域から離れて切断作業を行って斜め継ぎの切断片よりもむしろ真っ直ぐ
な切断片を製造するのを可能にする。制御された動作は、ノッチの深さを選ばれ
た任意の値に調節することも可能にする。その上、ノッチの幅は、キャビテー53
の幅により規定される最低値からルール又はダイのどちらかを適当に動かして多
数のノッチ加工操作を行うことによる任意のより大きな値まで、いろいろに変え
ることができる。上述の全ては、コンピュータ制御のみによって達成され、どの
ような機械的調整も必要としない。
ベンダー(曲げ装置)
装置の最終部分は、ルールを曲げるための機械である。曲げ工程に用いられる
原理は、図4に示されている。図4Aは、第1の曲げの前の状態を示す。ルール
101は、クランプ装置を通り抜ける。このクランプ装置は、剛性サポート10
4の近傍の不動バー103と、(好ましくはシリンダである)アクチュエータ1
06によって駆動される可動バー105とを含んで成る。アクチュエータ106
の作動時には、可動バー105は、不動バー103に対してルール101を確実
にクランプするように押圧される。アクチュエータ106の非作動時には、ルー
ル101は、フィード機構のメインドライブ組立体によってバー103及び10
5の間で自由に移動可能である。ルール101の全幅を横断するように延びるベ
ンディング工具108は、その回転軸線がクランプ機構の出口開口と略一致する
ように回動可能に取り付けられている。(好ましくは適当な形状の棒材から成る
)ベンディング工具108は、公称最短寸法で出口開口109から平行に離設さ
れており、ルール101を押圧しながら円弧110に沿って回転して、図4Bに
示す位置111まで所定量だけ変形させ得るようになっている。次いで、ベンデ
ィング工具108は、最初の位置に向かって逆転し、ルール101は、図4Cに
示すように位置111から位置112にスプリングバックする。次いで、アクチ
ュエータ106が解除され、ルール101は、図4D
に示すように位置113まで前進することができる。図4A〜4Dによって示さ
れるステップのシーケンスが幾度か繰り返されると、ルール101は、公称寸法
だけ各々が分離された一連の小さな曲げ部分を含むような図4Eに示された形状
を有することになる。この形状は、各曲げ角度及びその間の寸法の適切な選定に
より所定精度内で任意半径の略円形形状を有するように形成され得る。更に、前
記角度及び寸法のパラメータがステップ毎に変化するならば、異なる半径の複合
的カーブを形成することが可能である。
図4Cに示すように、曲げられたルールは、ベンディング工具から離れると幾
分スプリングバックする傾向にある。このスプリングバックの量は、ルール材料
の特性や、前記曲げ角度及びベンディング機構の寸法に依存する。このスプリン
グバックを全般的に補償するために、オーバーベンディング工程が用いられ得る
。この目的のために、全ての角度、材料、及び工具に関するスプリングバックを
測定したデータの表を予め準備しておくことが好ましい。この準備により、完全
ではないが、スプリングバックのエラーを低減することができる。
図5には、本発明の斬新な特徴が示されている。ベンディング工具108用の
回転組立体114と、回転用モータ115と、不動バー103と、可動バー10
5は、横スライド116に取り付けられており、横スライド116は、(空気シ
リンダで構成され得る)適当なアクチュエータ117によって回転軸線に平行に
移動可能である。残りのベンディング要素は、メインフレームに剛性取着されて
おり、図5には、分かり易くするために図示していない。アクチュエータ117
の作動時には、両バー103及び105とベンディング工具108は、退いてル
ール101から完全に非係合状態となる。この退いた位置において、アクチュエ
ータ117が解除されてベン
ディング機構がルール101に再度係合する場合に、ベンディング工具108は
、ルール101の反対側に位置するような図4Fに示した位置118まで、ルー
ル101に関係しないように、回転することができる。尚、クランプバー103
及び105とベンディング工具108は、一端が開放されており、引き出すこと
ができる。これらは、ベンディング位置にある場合に、不動部材104によって
支持される。尚また、不動部材104及びアクチュエータ106は、複雑なルー
ル形状のためのベンディング動作を阻害しないように、ベンディング平面の外側
に配置される。 本発明の別の斬新な特徴は、ベンディング工程のモニター及び
その精度改善のためのインフォメーションのフィードバックを行うために、イメ
ージ分析を用いることである。フィードバックの原理は、公知であり、産業全般
にわたって広く使用されている。実際、このような処理は、動作出力の慎重な測
定と、この測定値と所定出力値との比較と、将来的誤差の低減のために動作を変
更するような誤差の利用等を伴う。適切な適用により、フィードバックは、劇的
に特性を向上させる。
図8Aは、最終的な曲げの近傍における曲げの原理のイメージを得るために用
いた、ベンダーの好適な光学システムを示している。ビデオカメラ160は、構
造的な便宜のためにミラー162が介装され、その光学軸線161がベンディン
グ工具の軸線に平行になるように構成される。通常カメラは、ルールのカッティ
ングエッジ163の平面に焦点が合うように構成される。ルールは、光源166
によってベンディング機構の回転軸165の軸方向開口164を通してシルエッ
ト背部から照らされる。光源と開口164との間に配設した拡散スクリーン16
7は、照明を改善するために用いることが好ましい。図8Bの点線による矩形部
分168は、カメラの視野を示している。軸方向開口164は、明るい背景とし
て見え、その
中においては、クランプ170の出口のルール部分169がハイコントラスの暗
いストライプとして見える。このハイコントラスなイメージは、イメージ処理に
よって貴重なインフォメーションを引き出すのに役立つ。イメージの境界は、ル
ール本体の縁部であって、カッティングエッジ163ではない。カッティングエ
ッジ163は、特に鋭利な曲げに基づき僅かに異なる形状を有することができる
。本体形状は、ダイスベースの対応スロットに挿入されねばならないことから、
正確には必要なインフォメーションである。
リングライト171若しくは等価物による前側照明は、カッティングエッジ1
63の近傍の傾斜したルール側部を照らすために、後側照明とは別にあるいはそ
れと共に使用され得る。これにより、正確なカッティングエッジ形状がイメージ
から抽出され得る。
また、ルールを間接的に見たり他の特徴を向上させるために、別の照明やカメ
ラを用いることもできる。
ビデオカメラによって得られたイメージは、デジタル化され、制御コンピュー
タのメモリ内に格納される。この種のイメージ取り込み及びデジタル化は、成熟
した技術であり、X線のイメージ強化や空中写真等を含むような様々の分野で常
用されている。また、それは集積回路の製造におけるエッジ検出のためにも用い
られている。本発明においてイメージ取り込み及びデジタル化のために用いられ
る電気的なサブシステムは、ニューハンプシャー州のデューラム(Durham)のカ
レント・テクノロジー社(Current Technology,Inc)によって製造されたFF
−2フィーチャーファインダー(FF-2 Feature Finder)であるか、あるいは、
ミズーリ州のセントルイスのカテナリー・システム社(Catenary Systems,Inc
)によって製造されたウインドウズV3.0用ビクターイメージ処理ライブラリ
(Victor Image Processing Library for Windows,V3.0)と同社製造の
IDL−16フレーム・グラバー(IDL-16 frame grabber)とである。これらの
システムは、本発明に必要な解決策や再現性を提供する。
上記商品に加えて、本明細書で述べたデジタル化されたイメージを処理するた
めの公知のコンピュータ・アルゴリズムのライブラリが多く存在する。公知形状
から僅かな誤差を測定するだけなので、当面の作業は非常に簡単である。先ず、
デジタル化されたイメージは、背景信号や他の無関係なデータから引き離される
ように処理される。次いで、クリーンなイメージは、ルールのセンターラインで
ある円滑な最適カーブのXY座標を得るために分析される。次いで、このデータ
は、所定形状のための対応したデータと共に、検出誤差を補償するためのベンデ
ィング処理の次のステップの直線移動及び曲げ角度に関する正確な数値を得るた
めに分析される。このフィードバック処理により、ルール材料及び機械動作にお
ける不可避的な統計学的な総ての変化が実質的に克服され、これにより、殆ど完
全な曲げパターンを形成することが可能である。
また、図5に関連して記載した非係合工程は、図6に示した本発明の別の斬新
な特徴を提供する。図6Aは、測定ローラ18と、メイン駆動ローラ19と、カ
ッティング組立体120と、ベンディング組立体121とを含む完全なシステム
の本質的要素、特定の曲げパターンの完了後の配置を示している。ベンディング
機構がルールから非係合状態となった場合、メイン駆動ローラ19は、図6Bに
示したように、パターン122の最終の曲げ部分の近傍で切断可能なように、ル
ールを後方に移動させて、パターン122をカッティング組立体120に接近さ
せる。この特徴により、独立した手動動作としてルール端部をトリミングする工
程における不都合を回避することができる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.スチールルールを一連の曲げによって所定形状に成形する方法であって、 下記の工程、 (a)スチールルールの一部分が掴み装置の出口側から突き出すように制御手 段で制御して、該スチールルールを該掴み装置で掴む掴み工程、 (b)該制御手段で制御しつつ、偏向手段を用いて、該一部分を該制御手段に よる算出量だけ偏向させることによって、少なくともスプリングバックを考慮し て、該スチールルールが該出口側から突き出している掴み箇所で所望の曲げを行 う工程、 (c)該制御手段を用いて、該曲げ箇所での該スチールルールのプロフィルを 光学的に解析することにより、該曲げの実際量を求める工程、 (d)該スチールルールを該掴み装置から解放する工程、 (e)該スチールルールを前進させる前進工程、 (f)該スチールルールを該掴み装置で再び掴む再掴み工程、および (g)該制御手段で制御しつつ、偏向手段を用いて、該一部分を該制御手段に よる第二の算出量だけ偏向させることによって、少なくともスプリングバックお よび該所望量と該実際量との計算偏差を考慮して、上記前進工程および再掴み工 程の後に該スチールルールが該出口側から突き出している第二の掴み箇所で、第 二の所望量の次の曲げを行う工程、 を含む方法。 2.請求項1記載の方法において、上記掴み工程の前に、更に下記の工程、 上記スチールルールのコイルを供給機構に装着する工程、および 該制御手段で制御しつつ、該供給手段によって該コイルから該スチールルール を該掴み装置に供給する工程 を含む方法。 3.請求項1記載の方法において、上記掴み工程の前に、該スチールルールに 関する弾性データを該制御手段に入力する工程であって、該制御手段は該入力さ れた弾性データに少なくとも部分的に基づいて該算出量および該第二の算出量を 算出する工程、 を更に含む方法。 4.請求項1記載の方法において、上記掴み工程の前に、該所定形状に関する 形状情報を該制御手段に入力する工程であって、該制御手段は該入力された形状 情報に少なくとも部分的に基づいて該算出量および該第二の算出量を算出する工 程、 を更に含む方法。 5.請求項1記載の方法において、該工程(g)の後に、該スチールルールが 該所定形状になるまで工程(c)から工程(g)までを繰り返す工程(h)を更に 含む方法。 6.請求項5記載の方法において、該工程(h)の後に、該スチールルールを 最後の曲げ箇所で切断する工程を更に含む方法。 7.請求項6記載の方法において、該切断する工程が、下記の工程、 該スチールルールの進路から該偏向手段および該掴み装置を引き抜く工程、お よび 切断すべき箇所が、該スチールルールの前進方法に関して該偏向手段および該 掴み装置よりも上流にあるカッターの切断位置に来るまで、該スチールルールを 後退させる工程、 を含む方法。 8.請求項7記載の方法において、該掴み工程の前に、該制御手段で制御しつ つ該カッターを用いて該スチールルールに切り込みを入れる工程を更に含む方法 。 9.スチールルールダイを製造する方法において、ストリップを機械に供給す るストリップ供給手段の作動が下記順序で、 (a)用いるスチールルールを記述する弾性情報を計算・制御ユニットに入力 する段階、 (b)作製すべき所望形状を代表する情報を該計算・制御ユニットに入力する 段階、 (c)該計算・制御ユニットにおいて、スチール弾性情報および形状情報を計 算に考慮するプログラムを用いて、次の曲げを行うべき位置、該次の曲げの角度 、および該次の曲げの方向を計算する段階、 (d)該スチール・ストリップの進行全体にわたって該スチール・ストリップ 上に点を正確に位置づける線型エンコード変位を与える線型変位エンコード手段 を通して、駆動手段により該スチール・ストリップを前進させる段階、 (e)該スチールルールが入る入口側と該スチール・ストリップが出る出口側 のある掴み手段で該スチール・ストリップをしっかりと掴むことにより、該スチ ール・ストリップを該第二の曲げ位置で掴む段階、 (f)該掴み手段にの該出口側で、該計算・制御ユニットにより算出された量 および方向に、曲げ手段により該スチール・ストリップを曲げる段階、 (g)該掴み手段の該出口側で、光学測定手段を用いて、該スチールルールを 観測することにより、該スチールルールの形状を代表する電気信号を生成する段 階、 (h)該電気信号を該計算・制御ユニットにフィードバックする段階、 (i)該計算・制御ユニットにおいて、該電気信号、該スチール弾性情報、お よび該形状情報を考慮して、次の曲げの箇所、変位および方向を算出する段階、 (j)該ダイが完全に成形されるまで、上記(d)の操作を繰り返す段階、 (k)該曲げ手段および該掴み手段を該スチールルールから抜き出す段階、 (m)該スチールルールを該切断位置まで移動させる段階、および (l)該計算・制御ユニットにより算出した最後の位置で、ダイ切断手段によ り該スチールルールを切断する段階 を含む方法。 10.請求項9記載の方法において、下記順序の各工程、 (a)該ダイ成形過程中に切り込み手段を通して該スチールルールを供給する 工程、 (b)該計算・制御手段により、該切り込み・切断手段を制御する工程、およ び (c)該計算・制御手段により算出された該最後の位置で該ダイを切断する工 程、 を更に含む方法。 11.請求項10記載の方法において、該スチール・ストリップを制御可能に 長手方向に移動させることにより、該形成される切り込みの幅を、多数重複切り 込み操作により変化させる工程を更に含む方法。 12.請求項10記載の方法において、該スチール・ストリップ の長手軸に垂直な方向に、該切り込み・切断手段を制御可能に移動させて該スチ ール・ストリップに切り込みを入れることにより、該切り込みの深さを変化させ る工程を更に含む方法。 13.請求項9記載の方法において、ディジタルロータリーエンコーダの軸に 取り付けられたローラーにより該位置をエンコードする工程を更に含む方法。 14.請求項9記載の方法において、該スチール・ストリップ表面に機械的に 接近して該スチール・ストリップを保持するジョーであって、130°以上の曲 げを可能にするようにテーパが付いているジョーにより掴む工程を更に含む方法 。 15.請求項14記載の方法において、マンドレル駆動手段により駆動される マンドレルにより曲げを行う工程であって、該マンドレルを抜き出した後、該掴 み手段の出口端の直近で軸の周りに同心回転させ、次に再び挿入して、該マンド レルが該金属ルールの片側に位置できるように行う曲げ工程を更に含む方法。 16.請求項15記載の方法において、該掴み・曲げ手段を該スチールルール の近傍から抜き出すことができることにより、該掴み・曲げ手段と干渉せずに該 切断手段を適用できるようにした方法。 17.請求項14記載の方法において、マンドレル駆動手段により駆動される マンドレルにより曲げを行う工程であって、該マンドレルを抜き出した後、該掴 み手段の出口端の直近で軸の周りに偏心回転させ、次に再び挿入して、該マンド レルが該金属ルールの片側に位置できるように行う曲げ工程を更に含む方法。 18.請求項17記載の方法において、該掴み・曲げ手段を該スチールルール の近傍から抜き出すことができることにより、該掴み・曲げ手段と干渉せずに該 切断手段を適用できるようにした方法。 19.請求項9記載の方法において、該光学手段がビデオ検知手段を含む方法 。 20.スチールルールを一連の曲げによって所定形状に成形する装置であって 、 該装置の作動を制御する制御手段、 該スチールルールの一部分が掴み装置の出口側から突き出すように制御手段で 制御して、該スチールルールを掴む掴み手段、 該制御手段で制御しつつ、該一部分を算出量だけ偏向させる手段、および 該一部分を観測するように配置され、該スチールルールに施された実際の曲げ を示す第一の信号を生成し該制御手段に供給する光学手段を含み、 該制御手段は該第一の信号に応答するものであり、且つ直前の曲げの所望量と 、該第一の信号によって示される直前の曲げの実際量との偏差に少なくとも部分 的に基づいて、第一の曲げの後に、該算出量を算出する制御手段である装置。 21.請求項20記載の装置において、制御手段の制御下にあり、該スチール ルールのコイルから該スチールルールを該掴み手段に供給する供給機構を更に含 む装置。 22.請求項20記載の装置において、該スチールルールの弾性データを該制 御手段に入力する手段を更に含み、該入力された弾性データに少なくとも部分的 に基づいて該算出量を該制御手段が算出する装置。 23.請求項20記載の装置において、該所定形状に関する形状情報を該制御 手段に入力する手段を更に含み、該入力された形状情報に少なくとも部分的に基 づいて該算出量を該制御手段が算出する 装置。 24.請求項20記載の装置において、該制御手段の制御下にあり、該スチー ルルールの前進方向に関して該偏向手段および該掴み手段より上流に配置され、 最後の曲げ以降の位置で該スチールルールを切断する切断手段を更に含む装置。 25.請求項20記載の装置において、 該スチールルールの進路から該偏向手段および該掴み手段を抜き出す手段、お よび 該スチールルールを切断すべき位置まで後退させる手段 を更に含む装置。 26.請求項24記載の装置において、該切断手段は、該制御手段の制御下で 該スチールルールに切り込みを入れる手段でもある装置。 27.スチールルールのストック材がリール状に用意される、スチールルール の曲げ装置であって、 (a)該スチールルールのストック材を供給するための装着手段、 (b)該スチールルールを該装置内を前進させる駆動手段、 (c)該スチールルールの進行全体にわたって該スチールルール上に点を正確 に位置づける信号を与える線型変位エンコード手段、 (d)該装置の作動全体を制御し且つ同期させるプログラム可能な計算・制御 システム、 (e)用いているスチールルールを記述する弾性情報を該計算・制御ユニット に入力する手段、 (f)作製すべき所望形状を代表する情報を該計算・制御ユニットに入力する 手段、 (g)該計算・制御システムを制御するためのプログラム、 (h)該スチールルールを掴む入口側および出口側がある、該スチールルール をしっかりと掴む掴み手段、 (i)該掴み手段の該出口側で該スチールルールを曲げる曲げ手段、 (j)該掴み手段の出口側で該スチールルールを観測して、該スチールルール の形状を代表する電気信号を生成するための光学測定・変換手段、 (k)該電気信号を該計算・制御ユニットにフィードバックする手段、および (l)該スチールルールを切断する手段 を含む装置。 28.請求項27記載の装置において、該切断手段がダイ切断手段を含む装置 。 29.請求項28記載の装置において、 (a)切り込み形成手段、および (b)該切り込み・切断手段を制御するプログラム可能な計算手段を更に含む 装置。 30.請求項29記載の装置において、該切り込み・切断手段がダイを含み、 該ダイにより形成された切り込みの形状が該ダイ内での該スチールルールの位置 変位に依存する装置。 31.請求項30記載の装置において、該ルールの切断端が留め継ぎ端になる ように該ダイがテーパ付き断面を有する装置。 32.請求項28記載の装置において、該線型変位エンコード手段が、ディジ タルロータリーエンコーダの軸に取り付けられたローラーから成る装置。 33.請求項28記載の装置において、該掴み手段が、130°以上の曲げを 可能にするようにテーパが付いてジョーを含む装置。 34.請求項28記載の装置において、該曲げ手段はマンドレル駆動手段によ り駆動されるマンドレルの形であって、該マンドレルを該掴み手段の出口端の直 近で軸の周りに同心回転させることにより、該マンドレルが該金属ルールの片側 に位置できるようにした装置。 35.請求項28記載の装置において、マンドレル駆動手段により駆動される マンドレルの形の曲げ手段を更に含み、該マンドレルを該掴み手段の出口端の直 近で軸の周りに同心回転させることにより、該マンドレルが該金属ルールの片側 に位置できるようにした装置。 36.請求項28記載の装置において、該光学手段がビデオ検知手段を含む装 置。
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