JP2019013976A - 鍛造プレス及びその故障予測方法 - Google Patents

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京治 中谷
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Abstract

【課題】新たに測定器具を設置することなくプレス本体の運転状況を把握し、的確に故障予測できるようにする。【解決手段】クランク軸を回転駆動してスライド1を昇降動作させるプレス本体10と、プレス本体10の運転状況を検出する複数のセンサと、複数のセンサの情報を元に運転状況を分析するプログラマブル・ロジック・コントローラ40と、分析された運転状況をグラフ表示するモニタ42とを設ける。プログラマブル・ロジック・コントローラ40が運転状況の変化についての情報を分析し、故障の予測をする。【選択図】図1

Description

本発明は、鍛造プレス及びその故障予測方法に関し、特に鍛造プレスのモニタリング技術に関する。
従来より、クランク軸を回転駆動してスライドを昇降動作させる機械式の鍛造プレスが知られている。このような鍛造プレスを使用しているうちに種々の異常が発生し、突然鍛造プレスが停止して生産がストップする場合がある。そのような場合、異常内容の解明のために測定器などを用意する必要があり、復旧までに時間がかかる。また、現地にて実機を確認しないと故障状態が解析できなかった。さらに、鍛造プレスの初期正常状態が不明確なため、故障原因の解明に時間がかかってしまう。
そこで例えば、特許文献1のように、産業機械の稼動状態を測定する測定手段と、この測定手段により測定されるデータを時系列的に連続する波形データとして記録する記録手段と、この記録された波形データを処理して図形表示する表示手段とを備えた産業機械のモニタ装置が知られている。
特開2000−210800号公報
しかしながら、特許文献1の発明は、故障が発生したときの故障診断を行うことができるが、その故障の予測までは想定していない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、新たに測定器具を設置することなくプレス本体の運転状況を把握し、的確に故障予測できるようにすることにある。
上記の目的を達成するために、この発明では、複数のセンサで得られた情報からプレス本体の運転状況をモニタリングするようにした。
具体的には、第1の発明の鍛造プレスは、
クランク軸を回転駆動してスライドを昇降動作させるプレス本体と、
上記プレス本体の運転状況を検出する複数のセンサと、
上記複数のセンサの情報を元に上記運転状況を分析するプログラマブル・ロジック・コントローラと、
上記分析された運転状況をグラフ表示するモニタとを備え、
上記プログラマブル・ロジック・コントローラは、上記運転状況の変化についての情報を分析し、故障の予測をする。
上記の構成によると、鍛造プレスは、プレス本体の運転状況を検出する複数のセンサを備えているので、最初に複数のセンサを備えていれば、新たに複数のセンサを設けなくても、モニタを見れば運転状況を容易に把握できる。そして、その運転状況の変化を監視することで、規則性等からプレス本体の故障予測を行える。また、故障に到った場合でも、測定結果を見直すことで異常箇所を容易に発見でき、すぐに修理を行って早期に運転再開を行える。
第2の発明では、第1の発明において、
上記プログラマブル・ロジック・コントローラは、上記プレス本体の初期正常状態を保存しておき、該初期正常状態と計測した上記運転状況とを比較して故障を予測する。
上記の構成によると、複数のセンサから得られた計測結果の初期正常状態からの変化をモニタで確認することで、過去の経験則も照らし合わせて故障の予測を行える。
第3の発明では、第1又は第2の発明において、
上記複数のセンサは、少なくとも
上記プレス本体に加わる荷重を図る荷重センサと、
上記プレス本体のプレス角度を検出するバリカムとを含み、
上記プログラマブル・ロジック・コントローラは、上記プレス角度と上記荷重センサの値との関係を監視し、該関係が範囲外にあるとき異常と判断する。
上記の構成によると、荷重の移り変わりを常時モニタリングすることにより、異常を発見して故障予防、製品精度管理、部品交換時期の予測などを行える。
第4の発明では、第1から第3のいずれか1つの発明において、
上記複数のセンサは、少なくとも上記プレス本体のダイハイトを検出する変位センサを含み、
上記プログラマブル・ロジック・コントローラは、上記変位センサの値が、予め設定された範囲外にあるとき異常と判断する。
上記の構成によると、常時モニタリングすることにより、製品精度管理上重要なダイハイトの管理を容易且つ確実に行って異常を発見し、故障を予防できる。
第5の発明では、第1から第4のいずれか1つの発明において、
上記複数のセンサは、少なくとも
上記プレス本体のプレス角度を検出するバリカムと、
上記プレス本体の下ノックアウト装置の位置を検出する変位センサと、
上記プレス本体の上ノックアウト装置の位置を検出する変位センサとを含み、
上記プログラマブル・ロジック・コントローラは、上記プレス角度と、上記プレス本体の下ノックアウト装置の位置及び上ノックアウト装置の位置との関係を監視し、該関係が予め設定された範囲外にあるとき異常と判断する。
上記の構成によると、常時モニタリングすることにより、製品精度管理上重要なプレス角度と上下ノックアウト装置の位置の管理を容易且つ確実に行って異常を発見し、故障を予防できると共に製品精度を保つことができる。
第6の発明では、第1から第5のいずれか1つの発明において、
上記複数のセンサは、上記プレス本体のクラッチの圧力を検出するクラッチ圧センサ、該クラッチを駆動する作動油の圧力を検出するクラッチタンク圧センサ、上記プレス本体のブレーキの弛み圧を検出するブレーキ弛み圧センサ、該ブレーキの冷却水の圧力を検出するブレーキタンク圧センサ、該ブレーキの冷却水の流量を検出するブレーキ冷却水流量センサ、上記プレス本体に供給される高圧エアの圧力を検出するエアブロー圧力センサ、上記プレス本体の各部温度を検出する測温抵抗体、金型を潤滑する潤滑油の流量を検出する金型潤滑流量センサ、上記プレス本体に供給される材料の温度を検出する材料温度センサからなる群から選択され、
上記プログラマブル・ロジック・コントローラは、上記選択された複数のセンサで得られた情報の推移から故障の予測をする。
上記の構成によると、予め設けたセンサからの情報を得て常時モニタリングを行え、故障予防、製品精度管理、部品交換時期の予測等を行える。
第7の発明では、第1から第6のいずれか1つの発明において、
公衆無線通信回線を通じて上記プログラマブル・ロジック・コントローラをネットワークに接続する無線通信装置を備え、
上記ネットワークに接続された保守端末から少なくとも上記プレス本体の故障予測及び製品精度管理を行うように構成されている。
上記の構成によると、遠隔地からプレス本体のモニタリングを行って故障予防、製品精度管理、部品交換時期の予測などを行える。
第8の発明では、
クランク軸を回転駆動してスライドを昇降動作させるプレス本体と、該プレス本体の運転状況を検出する複数のセンサと、該複数のセンサの情報を元に上記運転状況を分析するプログラマブル・ロジック・コントローラと、上記分析された運転状況をグラフ表示するモニタとを準備する準備工程と、
上記プレス本体の初期正常状態を上記複数のセンサを情報を元に上記プログラマブル・ロジック・コントローラが分析し、保存する初期状態保存工程と、
上記プレス本体の運転中の上記複数のセンサを情報を元に上記プログラマブル・ロジック・コントローラが分析し、運転状況の変化を上記モニタに表示する運転状況表示工程と、
上記初期正常状態と計測した上記運転状況とを比較して故障を予測する故障予測工程とを含む構成とする。
上記の構成によると、最初に鍛造プレスにプレス本体の運転状況を検出する複数のセンサを設けておけば、新たに複数のセンサを設けなくても、モニタを見れば運転状況を容易に把握できる。そして、複数のセンサから得られた計測結果の初期正常状態からの変化をモニタで確認することで、過去の経験則も照らし合わせて故障の予測を行える。また、故障に到った場合でも、モニタを利用して測定結果を見直すことで異常箇所を容易に発見でき、すぐに修理を行って早期に運転再開を行える。
以上説明したように、本発明によれば、プレス本体の運転状況を検出する複数のセンサを設け、プログラマブル・ロジック・コントローラが運転状況の変化についての情報を分析し、故障の予測をするようにしたことにより、新たに測定器具を設置することなくプレス本体の運転状況を把握し、的確に故障予測できる。
本発明の実施形態に係る鍛造プレスの構成の概要を示す図である。 プレス本体及び各種センサの概要を示す図である。 複数のセンサのそれぞれについてまとめた図である。 モニタのスライドモーション線図を示す画面例を示す図である。 モニタの温度表示グラフの画面例を示す図である。 モニタの荷重・エネルギー表示の画面例を示す図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図2は本発明の実施形態に係る鍛造プレス11を示し、この鍛造プレス11は、機械式の熱間鍛造プレスよりなるプレス本体10を備えている。例えばプレス本体10は、金型(図示省略)が取り付けられるスライド1とボルスタ2とがフレーム3内の上下に対向するように設けられている。また、プレス本体10は、回転駆動されるクランク軸4にコンロッド5で連結されたスライド1が昇降動作するように構成されている。そして、メインモータ6でベルト7によって回転駆動されるフライホイール8が、クランク軸4の一端側にクラッチ9を介して接続されている。クランク軸4には、クランク軸4の回転を止めてスライド1を停止させるブレーキ装置12が取り付けられている。このプレス本体10は、メインモータ6でフライホイール8を一定速度で回転駆動し、クラッチ9を入りとして、フライホイール8の回転をクランク軸4に伝達することによってスライド1を昇降させて鍛造するように構成されている。
プレス本体10は、運転状況を検出する複数のセンサを備えている。これら複数のセンサについては後述する。プレス本体10は、複数のセンサの情報を元に運転状況を分析するプログラマブル・ロジック・コントローラとしてのPLC40を備えている。このPLC40は、モニタとしてのモニタリングPC42に接続され、このモニタリングPC42のモニタでPLC40で分析された運転状況をグラフ表示可能に構成されている。
プレス本体10は、公衆無線通信回線を通じてPLC40をネットワーク45に接続する無線通信装置43を備えている。そして、インターネット回線44等を通じてネットワーク45に接続された保守端末46から少なくともプレス本体10の故障予測及び製品精度管理を行うように構成されていている。
そして、図2に示すように、複数のセンサとしては種々のものが考えられる。本実施形態では、例えば、図3に列挙されている。例えば、複数のセンサは、プレス本体10に加わる荷重を図る歪みゲージ等よりなる荷重センサ20を含む。歪みゲージは、プレス本体10の必要箇所に貼り付けられており、例えば、図1に示すように、荷重センサ20の値は荷重計20aで収集され、PLC40に送られるようになっている。荷重センサ20は複数設けてもよい。そして、プレス本体10は、そのプレス角度を検出するバリカム21を備えている。
複数のセンサは、プレス本体10のブレーキ装置12の弛み圧を検出するブレーキ弛み圧センサ22、プレス本体10のクラッチ9の圧力を検出するクラッチ圧センサ23、クラッチ9を駆動する作動油の圧力を検出するクラッチタンク圧センサ24、ブレーキ装置12の冷却水の圧力を検出するブレーキタンク圧センサ25、ブレーキ装置の冷却水の流量を検出するブレーキ冷却水流量センサ26、プレス本体10の各部温度を検出する測温抵抗体29、金型を潤滑する潤滑油の流量を検出する金型潤滑流量センサ30、プレス本体10に供給される高圧エアの圧力を検出するエアブロー圧力センサ31、プレス本体10に供給される材料の温度を検出する材料温度センサ32とを含むことができる。これらのセンサは全て設ける必要はなく、必要に応じて適切に選択すればよい。
また、複数のセンサは、プレス本体10のダイハイトを検出するダイハイト変位センサ33を含む。さらに、複数のセンサは、プレス本体10の下ノックアウト装置の位置(BKO位置)を検出するBKO位置変位センサ27と、上ノックアウト装置の位置(SKO位置)を検出するSKO位置変位センサ28とを備えている。
なお、図3に示すように、複数のセンサは、生産量をカウントする光線式センサ34を含んでもよく、クラッチ動作時間の測定のためのクラッチ入信号35、ブレーキ動作時間測定用のブレーキ入信号36がPLC40に入力されるようにしてもよい。
次いで、本実施形態におけるPLC40の作動について説明する。
まず、準備工程として、PLC40、各種センサ、モニタリングPC42等が設けられた鍛造プレス11を準備する。さらに鍛造プレス11に無線通信装置43を設けるが、これは必須ではない。
次いで、初期状態保存工程において、プレス本体10の初期正常状態を複数のセンサを情報を元にPLC40が分析し、保存しておく。
次いで、運転状況表示工程において、プレス本体10の運転中の複数のセンサを情報を元にPLC40が分析し、運転状況の変化をモニタリングPC42に表示する。例えば、図4〜図6に示される。
そして、故障予測工程において、PLC40は、初期正常状態と計測した運転状況とを比較して故障を予測する。例えば、故障が予測されるような場合には、モニタリングPC42にその旨を表示する。このようにPLC40は、プレス本体10の初期正常状態を保存しておき、この初期正常状態と計測した運転状況とを比較して故障を予測する。
例えば、図6に示された荷重センサ20の値が、各プレス角度に対応して設定された範囲外にあるとき、PLC40は、異常と判断する。また、荷重センサ20のピーク値を予め設定しておき、その値を超えたら異常と判断する。このように本実施形態では、荷重の移り変わりを常時モニタリングすることにより、故障予防、製品精度管理、部品交換時期の予測などを行える。
図4に示すように、ブレーキ弛み圧センサ22からの信号については、ブレーキ開放信号から弛み圧の立ち上がりまでの時間を監視し、予め設定した設定幅になければ異常と判断する。また、ブレーキ閉信号から弛み圧の立ち下がりまでの時間を監視し、予め設定した設定幅になければ異常と判断する。
クラッチ圧センサ23については、クラッチON信号からON圧の立ち上がりまでを監視し、予め設定した設定幅になければ異常と判断する。また、クラッチOFF信号からON圧の立ち下がりまでを監視し、予め設定した設定幅になければ異常と判断する。
クラッチタンク圧センサ24については、圧力推移を監視し、設定圧以上でなければ異常と判断する。
ブレーキタンク圧センサ25についても、圧力推移を監視し、設定圧以上でなければ異常と判断する。
ブレーキ冷却水流量センサ26については、流量推移を監視し、設定量以上でなければ異常と判断する。
PLC40は、図4及び図6に示す、バリカム21の値と、BKO位置変位センサ27及びSKO位置変位センサ28の値とを監視し、この関係が予め設定された範囲外にあるとき異常と判断する。本実施形態では、常時モニタリングすることにより、製品精度管理上も重要なプレス角度と上下ノックアウト装置の位置の管理を容易且つ確実に行って故障の予防、製品精度管理等を行える。
またPLC40は、図5に例示するように、測温抵抗体29からの信号を受け、各温度の推移をモニタリングPC42に表示させ、絶対温度と温度勾配を監視し、設定幅になければ異常と判断する。
またPLC40は、金型潤滑流量センサ30から送られてくる信号を元に潤滑油の流量を監視し、設定幅になければ異常と判断する。
またPLC40は、エアブロー圧力センサ31からのエアブロー圧力の値を受け、モニタリングPC42にその値を表示し、設定幅になければ異常と判断する。
また、PLC40は、材料温度センサ32からの値を受け、材料温度を監視し、設定幅になければ異常と判断する。
モニタ画面は図示しないが、PLC40は、ダイハイト変位センサ33の値が、予め設定された範囲外にあるとき異常と判断する。このように、常時ダイハイトをモニタリングすることにより、製品精度管理上重要なダイハイトの管理を容易且つ確実に行える。
なお、PLC40は、光線式センサ34からの信号を受け、生産量を監視し、モニタリングPC42に表示できるようにしてもよい。その生産量の推移から故障を予測することもできる。また、PLC40は、クラッチ入信号35やブレーキ入信号36を受け、クラッチ動作時間や、ブレーキ動作時間を監視し、異常がないか判断する。
このように、PLC40は、選択された複数のセンサで得られた情報の推移から運転状況の変化についての情報を分析し、異常があった場合、そのまま運転を続けると故障につながると判断した場合には、自動停止したり、警告を発したりするようにしてもよい。
以上説明したように、本実施形態では、予め設けたセンサからの情報を得て常時モニタリングを行え、故障予防、製品精度管理、部品交換時期の予測を行える。
さらに本実施形態では、鍛造プレス11は、プレス本体10の運転状況を検出する複数のセンサを備えているので、新たに複数のセンサを設けなくても、モニタリングPC42を見れば運転状況を容易に把握できる。そして、その運転状況の変化を監視することで、例えば異常発生の規則性等からプレス本体10の故障予測を行える。また、故障に到った場合でも、測定結果を見直すことで異常箇所を容易に発見でき、すぐに修理を行って早期に運転再開を行える。
本実施形態では、複数のセンサから得られた計測結果の初期正常状態からの変化をモニタリングPC42で確認することで、過去の経験則も照らし合わせて効率的且つ確実に故障の予測を行うことができる。
しかも、無線通信装置43を用いた場合には、インターネット回線44等を通じてネットワーク45に接続された保守端末46からプレス本体10のモニタリングを行って、現地に行かなくても、故障予防、製品精度管理、部品交換時期の予測などを行うことができる。
また、モニタリングPC42を管理者が目視で確認し、初期正常状態を含めた各数値の移り変わりからPLC40が故障予測する前に故障予防をしたり、部品交換をしたりしてもよい。
そして、万一故障が発生しても、PLC40が各センサのデータを記憶しているので、それを解析することで、容易且つ迅速に故障の原因を追及できる。しかも、そのデータを利用してさらに正確な故障予防を行えるようにしてもよい。
したがって、本実施形態に係る鍛造プレス11によると、プレス本体10の運転状況を検出する複数のセンサを設け、PLC40が運転状況の変化についての情報を分析し、故障の予測をするようにしたことにより、新たに測定器具を設置することなくプレス本体10の運転状況を把握し、的確に故障予測できる。
(その他の実施形態)
本発明は、実施形態について、以下のような構成としてもよい。
すなわち、上記実施形態では、プレス本体10が予め各種センサ等を備えている例について説明したが、既存のプレス本体に各種センサ等を設けてもよい。一度、複数のセンサ等を設けていれば、新たに測定機器を設けることなく故障予防、製品精度管理、部品交換時期の予測などを行うことができる。
上記実施形態では、無線通信装置43を設けて遠隔地でも故障予測等を行えるようにしているが、この無線通信装置43等は必ずしも必要ではなく、無線通信装置43を介することなく、ネットワーク45によって鍛造プレス11と離れた管理室で管理できるようにしてもよいし、複数の鍛造プレス11を同時に管理できるようにしてもよい。さらには、ネットワーク45等につながずに鍛造プレス11単体で管理できるようにしてもよい。
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。
1 スライド
2 ボルスタ
3 フレーム
4 クランク軸
5 コンロッド
6 メインモータ
7 ベルト
8 フライホイール
9 クラッチ
10 プレス本体
11 鍛造プレス
12 ブレーキ装置
20 荷重センサ
20a 荷重計
21 バリカム
22 ブレーキ弛み圧センサ
23 クラッチ圧センサ
24 クラッチタンク圧センサ
25 ブレーキタンク圧センサ
26 ブレーキ冷却水流量センサ
27 BKO位置変位センサ
28 SKO位置変位センサ
29 測温抵抗体
30 金型潤滑流量センサ
31 エアブロー圧力センサ
32 材料温度センサ
33 ダイハイト変位センサ
34 光線式センサ
35 クラッチ入信号
36 ブレーキ入信号
40 PLC(プログラマブル・ロジック・コントローラ)
42 モニタリングPC(モニタ)
43 無線通信装置
44 インターネット回線
45 ネットワーク
46 保守端末

Claims (8)

  1. クランク軸を回転駆動してスライドを昇降動作させるプレス本体と、
    上記プレス本体の運転状況を検出する複数のセンサと、
    上記複数のセンサの情報を元に上記運転状況を分析するプログラマブル・ロジック・コントローラと、
    上記分析された運転状況をグラフ表示するモニタとを備え、
    上記プログラマブル・ロジック・コントローラは、上記運転状況の変化についての情報を分析し、故障の予測をする
    ことを特徴とする鍛造プレス。
  2. 請求項1に記載の鍛造プレスにおいて、
    上記プログラマブル・ロジック・コントローラは、上記プレス本体の初期正常状態を保存しておき、該初期正常状態と計測した上記運転状況とを比較して故障を予測する
    ことを特徴とする鍛造プレス。
  3. 請求項1又は2に記載の鍛造プレスにおいて、
    上記複数のセンサは、少なくとも
    上記プレス本体に加わる荷重を図る荷重センサと、
    上記プレス本体のプレス角度を検出するバリカムとを含み、
    上記プログラマブル・ロジック・コントローラは、上記プレス角度と上記荷重センサの値との関係を監視し、該関係が範囲外にあるとき異常と判断する
    ことを特徴とする鍛造プレス。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1つに記載の鍛造プレスにおいて、
    上記複数のセンサは、少なくとも上記プレス本体のダイハイトを検出する変位センサを含み、
    上記プログラマブル・ロジック・コントローラは、上記変位センサの値が、予め設定された範囲外にあるとき異常と判断する
    ことを特徴とする鍛造プレス。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1つに記載の鍛造プレスにおいて、
    上記複数のセンサは、少なくとも
    上記プレス本体のプレス角度を検出するバリカムと、
    上記プレス本体の下ノックアウト装置の位置を検出する変位センサと、
    上記プレス本体の上ノックアウト装置の位置を検出する変位センサとを含み、
    上記プログラマブル・ロジック・コントローラは、上記プレス角度と、上記プレス本体の下ノックアウト装置の位置及び上ノックアウト装置の位置との関係を監視し、該関係が予め設定された範囲外にあるとき異常と判断する
    ことを特徴とする鍛造プレス。
  6. 請求項1乃至5のいずれか1つに記載の鍛造プレスにおいて、
    上記複数のセンサは、上記プレス本体のクラッチの圧力を検出するクラッチ圧センサ、該クラッチを駆動する作動油の圧力を検出するクラッチタンク圧センサ、上記プレス本体のブレーキの弛み圧を検出するブレーキ弛み圧センサ、該ブレーキの冷却水の圧力を検出するブレーキタンク圧センサ、該ブレーキの冷却水の流量を検出するブレーキ冷却水流量センサ、上記プレス本体に供給される高圧エアの圧力を検出するエアブロー圧力センサ、上記プレス本体の各部温度を検出する測温抵抗体、金型を潤滑する潤滑油の流量を検出する金型潤滑流量センサ、上記プレス本体に供給される材料の温度を検出する材料温度センサからなる群から選択され、
    上記プログラマブル・ロジック・コントローラは、上記選択された複数のセンサで得られた情報の推移から故障の予測をする
    ことを特徴とする鍛造プレス。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1つに記載の鍛造プレスにおいて、
    公衆無線通信回線を通じて上記プログラマブル・ロジック・コントローラをネットワークに接続する無線通信装置を備え、
    上記ネットワークに接続された保守端末から少なくとも上記プレス本体の故障予測及び製品精度管を行うように構成されている
    ことを特徴とする鍛造プレス。
  8. クランク軸を回転駆動してスライドを昇降動作させるプレス本体と、該プレス本体の運転状況を検出する複数のセンサと、該複数のセンサの情報を元に上記運転状況を分析するプログラマブル・ロジック・コントローラと、上記分析された運転状況をグラフ表示するモニタとを準備する準備工程と、
    上記プレス本体の初期正常状態を上記複数のセンサを情報を元に上記プログラマブル・ロジック・コントローラが分析し、保存する初期状態保存工程と、
    上記プレス本体の運転中の上記複数のセンサを情報を元に上記プログラマブル・ロジック・コントローラが分析し、運転状況の変化を上記モニタに表示する運転状況表示工程と、
    上記初期正常状態と計測した上記運転状況とを比較して故障を予測する故障予測工程とを含む
    ことを特徴とする鍛造プレスの故障予測方法。
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