JP2006095598A - Apparatus, system and method for performing impact plastic working of metal structural body, and program and storage medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は自動車、船舶、橋梁、建設機械、建築構造物、海洋構造物、貯槽、ペンストック等に利用される金属構造体の衝撃塑性加工装置、システム、方法並びにそれらを実施するための処理ステップを格納したプログラム及び記憶媒体に関するものである。 The present invention relates to an impact plastic working apparatus, system and method for metal structures used in automobiles, ships, bridges, construction machines, building structures, offshore structures, storage tanks, penstocks, etc., and processing steps for carrying them out. Are related to a program and a storage medium.
鋼構造物に代表される金属構造体は素材である金属に切断・プレス・溶接・打抜きなど種々の加工が加えられ、加工された部位は主に構造的原因から疲労破壊などの起点になることが多い。このような部位の耐久性を向上させることを目的に、これまでショットピーニング、レーザーピーニング、ウォータージェットピーニング、ハンマピーニング、ニードルピーニング、ワイヤピーニング、超音波衝撃処理などの衝撃塑性加工方法が用いられてきている。 Metal structures represented by steel structures are subjected to various processing such as cutting, pressing, welding, and punching to the metal that is the raw material, and the processed part should be the starting point of fatigue failure mainly due to structural causes There are many. For the purpose of improving the durability of such parts, impact plastic processing methods such as shot peening, laser peening, water jet peening, hammer peening, needle peening, wire peening, and ultrasonic impact treatment have been used so far. ing.
金属構造体に塑性変形を与えるエネルギ媒体が装置から噴射して離れてしまうショットピーニング、レーザーピーニング、ウォーターピーニングを除くと、ハンマーピーニング、ニードルピーニング、ワイヤーピーニング、超音波衝撃処理の各方法は、装置内の振動体により励振された先端工具が金属構造体と衝突を繰り返す加工方法であるが、工具と金属構造体の処理開始前の接触状態が不適切な場合には先端工具の振動が金属構造体を塑性変形させるほど十分でないかあるいは不規則な場合が多く、効果的な衝撃塑性加工を安定して得る方法・装置の出現が切望されている。 Except for shot peening, laser peening, and water peening, in which an energy medium that plastically deforms a metal structure is ejected from the device, each method of hammer peening, needle peening, wire peening, and ultrasonic impact treatment This is a machining method in which the tip tool excited by the vibrating body repeatedly collides with the metal structure. However, if the contact state between the tool and the metal structure before the start of processing is inappropriate, the tip tool vibrates with the metal structure. There are many cases where the body is not enough or irregular enough to be plastically deformed, and there is an urgent need for the emergence of a method and apparatus for stably obtaining effective impact plastic working.
このような状況のもと、超音波衝撃処理においてはレーザー変位計などを用いて処理部の形状を測定する方法、金属表面の組織を観察する方法、硬さを測定する方法を備えて十分な超音波衝撃処理が施されていることを判定する疲労強度向上方法が特許文献1に開示されている。また超音波衝撃処理装置における超音波変換器からの電圧信号をもとに工具の振動を制御する方法が特許文献2に開示されている。
Under such circumstances, the ultrasonic impact treatment is sufficiently equipped with a method for measuring the shape of the processing portion using a laser displacement meter, a method for observing the structure of the metal surface, and a method for measuring the hardness. A fatigue strength improving method for determining that ultrasonic impact treatment has been performed is disclosed in
またさらに先端工具が金属構造体と衝突を繰り返す加工方法では無いが、レーザーピーニングにおいて閉じ込め媒質層の厚みを試験片の裏面から超音波変換器を用いて測定する工程と、閉じ込め媒質の流量およびノズル位置の再設定を行う工程と、レーザーピーニングの継続を判定する工程を含むレーザーピーニング方法が特許文献3に開示されている。 Furthermore, although the tip tool is not a processing method that repeatedly collides with the metal structure, the step of measuring the thickness of the confinement medium layer from the back of the test piece using an ultrasonic transducer in laser peening, the flow rate of the confinement medium and the nozzle Patent Document 3 discloses a laser peening method including a step of resetting a position and a step of determining continuation of laser peening.
また超高圧ウォーターピーニングにおいて加工物に十分な塑性変形を与えるためのノズルと加工物との距離を制御する手段を備えたピーニング方法および装置が特許文献4に示されている。また同じくウォータージェットピーニングにおいてノズルに取り付けた衝撃パルス検知センサもしくは水中音響検知センサからの出力に基づいてノズルの振動周波数特性を解析する手段と、この周波数特性と予め設定されている周波数特性最適値の偏差を求める手段と、周波数特性最適値になるようにノズルと加工面の距離もしくは水の噴射圧力を制御する手段とを有するウォータージェットピーニング装置が特許文献5に開示されている。 Further, Patent Document 4 discloses a peening method and apparatus provided with means for controlling the distance between a nozzle and a workpiece for imparting sufficient plastic deformation to the workpiece in ultra-high pressure water peening. Similarly, in the water jet peening, means for analyzing the vibration frequency characteristic of the nozzle based on the output from the shock pulse detection sensor or the underwater acoustic detection sensor attached to the nozzle, and the frequency characteristic and the preset frequency characteristic optimum value Patent Document 5 discloses a water jet peening apparatus having means for obtaining a deviation and means for controlling a distance between a nozzle and a processing surface or a water jet pressure so as to obtain an optimum frequency characteristic value.
以後本発明における衝撃塑性加工とは、ハンマーピーニング、ニードルピーニング、ワイヤーピーニング、超音波衝撃処理のように先端工具が加工物に繰返し衝突して塑性変形を与えるタイプの加工を意味し、ショットピーニング、レーザーピーニング、ウォーターピーニングのように加工物に接触する物体が噴射されて加工後に飛散してしまうものは含まない。
また超音波衝撃処理とは、超音波発生機から発生した数十KHzの超音波振動をピン等の先端工具を介して加工物に押し当てて、塑性変形を与えることにより表面形状の改善および残留応力の緩和・再配置等を行う処理である。
Hereinafter, the impact plastic processing in the present invention means a type of processing in which the tip tool repeatedly collides with a work piece such as hammer peening, needle peening, wire peening, ultrasonic impact treatment, and gives plastic deformation, shot peening, This does not include laser peening or water peening, in which objects that come into contact with the workpiece are ejected and scattered after processing.
Ultrasonic impact treatment is the improvement of surface shape and residual by applying plastic deformation by pressing ultrasonic vibrations of several tens of KHz generated from an ultrasonic generator against a workpiece via a tip or other tip tool. This is a process for stress relaxation / relocation.
従来技術のうち、特許文献1では超音波衝撃処理が施されていることを判定する方法が開示されているが、いずれも超音波衝撃処理の終了後、加工部に対して形状測定、組織観察などを行って塑性変形や圧縮残留応力の存在を確認する方法であり、先端工具の振動をオンラインで測定し、先端の位置や姿勢を制御する本発明の方法や装置とは異なる発明である。
Among the prior arts,
また特許文献2では超音波変換器からの電圧出力をもとに発振機へのフィードバックを行う制御方法が開示されているが、やはり先端工具の振動を測定して先端の位置や姿勢を制御する本発明の方法や装置とは異なる発明である。 Patent Document 2 discloses a control method for performing feedback to the oscillator based on the voltage output from the ultrasonic transducer. However, the vibration of the tip tool is also measured to control the position and posture of the tip. It is an invention different from the method and apparatus of the present invention.
またさらに特許文献3はレーザーピーニングにおける加工物の振動状態を加工物の裏面から超音波計測器により測定し、閉じ込め媒質の流量やノズル位置を制御する方法であるが、本発明は、加工物に塑性変形を与える先端工具の振動を測定して先端工具の位置や姿勢を制御しており、振動測定の対象やフィードバックする因子が異なる点でこれらは異なる発明である。 Further, Patent Document 3 is a method of measuring the vibration state of a workpiece in laser peening from the back surface of the workpiece with an ultrasonic measuring instrument, and controlling the flow rate of the confining medium and the nozzle position. The position and orientation of the tip tool are controlled by measuring the vibration of the tip tool that gives plastic deformation, and these are different inventions in that the object of vibration measurement and the factors to be fed back are different.
特許文献4では十分な塑性変形を与えているかどうかを測定および判定する方法についての具体的な記述が無いが、特許文献4および特許文献5ではいずれもウォータージェットピーニングに関する記述であり、特許文献5ではノズルの振動および/または周囲に存在する水中の振動を音響センサにより測定している。これに対して本発明は加工物と接触する先端工具の振動を、振動体を受けるばねと外装の間に設置した測定器で測定することにより衝撃塑性加工装置の位置や姿勢を制御しており、異なる発明である。 In Patent Document 4, there is no specific description about a method for measuring and determining whether or not sufficient plastic deformation is given. However, Patent Document 4 and Patent Document 5 both describe water jet peening. However, the vibration of the nozzle and / or the vibration in the water existing around the nozzle is measured by an acoustic sensor. In contrast, the present invention controls the position and orientation of the impact plastic working device by measuring the vibration of the tip tool in contact with the workpiece with a measuring device installed between the spring receiving the vibrating body and the exterior. Is a different invention.
本発明は、衝撃塑性加工の振動を安定して得るための装置、システム、方法、プログラムおよび記憶媒体を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an apparatus, a system, a method, a program, and a storage medium for stably obtaining vibration in impact plastic working.
上記課題を解決するために、本発明の要旨とするところは、
(1) 衝撃塑性加工を施す装置であって、
衝撃塑性加工を施す衝撃塑性加工手段と、前記衝撃塑性加工手段を所定の位置および姿勢に保持する保持手段と、前記衝撃塑性加工手段における先端工具の振動を測定する測定手段と、前記振動の周期を解析する解析手段と、前記周期の解析結果に基づいて前記衝撃塑性加工手段の先端工具の位置および姿勢を変更する制御手段を備えることを特徴とする金属構造体の衝撃塑性加工装置、
In order to solve the above problems, the gist of the present invention is as follows.
(1) An apparatus for impact plastic working,
Impact plastic working means for performing impact plastic working, holding means for holding the impact plastic working means in a predetermined position and posture, measuring means for measuring vibration of a tip tool in the impact plastic working means, and period of the vibration An impact plasticity processing apparatus for a metal structure, comprising: an analysis means for analyzing the position; and a control means for changing a position and posture of a tip tool of the impact plasticity processing means based on the analysis result of the period;
(2) 前記測定手段は、前記衝撃塑性加工手段内に取り付けられ、衝撃塑性加工を与える振動体と外装との間の変位、荷重、加速度の何れか1又は2以上を測定する機能を有することを特徴とする上記(1)記載の金属構造体の衝撃塑性加工装置、 (2) The measuring means is mounted in the impact plastic working means, and has a function of measuring any one or more of displacement, load, and acceleration between the vibrating body that gives the impact plastic working and the exterior. An impact plastic working apparatus for a metal structure according to the above (1),
(3) 前記測定手段は、前記衝撃塑性加工手段に供給される電圧、電流、空気圧、空気流量、前記衝撃塑性加工手段から返送される電圧、電流の何れか1又は2以上を測定する機能を有することを特徴とする上記(1)記載の金属構造体の衝撃塑性加工装置、 (3) The measuring means has a function of measuring any one or more of voltage, current, air pressure, air flow rate, voltage returned from the impact plastic working means, and current supplied to the impact plastic working means. An impact plastic working apparatus for a metal structure according to the above (1), characterized by comprising:
(4) 前記保持手段は、前記先端工具の位置を決める直交3座標および姿勢を決める3角度の何か1つ以上を保持する機能を有することを特徴とする上記(1)〜(3)の何れかに記載の金属構造体の衝撃塑性加工装置、 (4) In the above (1) to (3), the holding means has a function of holding at least one of three orthogonal coordinates that determine the position of the tip tool and three angles that determine the posture. An impact plastic working device for a metal structure according to any one of the above,
(5) 前記解析手段は、衝撃塑性加工を与える振動体と外装との間の変位、荷重、加速度の何れか1又は2以上に基づいて前記振動の周期を解析する機能を有することを特徴とする上記(1)、(2)、(4)の何れかに記載の金属構造体の衝撃塑性加工装置、 (5) The analysis means has a function of analyzing the period of the vibration based on any one or two or more of displacement, load, and acceleration between a vibrating body that gives impact plastic working and an exterior. (1), (2), the impact plastic working apparatus of the metal structure according to any one of (4),
(6) 前記解析手段は、衝撃塑性加工手段に供給される電圧、電流、空気圧、空気流量、衝撃塑性加工手段から返送される電圧、電流の何れか1又は2以上に基づいて前記振動の周期を解析する機能を有することを特徴とする上記(1)〜(4)の何れか1項に記載の金属構造体の衝撃塑性加工装置、 (6) The analysis means may determine the period of the vibration based on any one or more of voltage, current, air pressure, air flow, voltage returned from the impact plastic working means, and current supplied to the impact plastic working means. An impact plastic working apparatus for a metal structure according to any one of the above (1) to (4), which has a function of analyzing
(7) 前記制御手段は、先端工具の位置を決める直交3座標および姿勢を決める3角度の何れか1つ以上を予め設定した範囲内で制御する機能を有することを特徴とする上記(1)〜(6)の何れかに記載の金属構造体の衝撃塑性加工装置、 (7) The control unit has a function of controlling any one or more of three orthogonal coordinates for determining the position of the tip tool and three angles for determining the posture within a preset range. To (6) an impact plastic working apparatus for a metal structure according to any one of the above,
(8) 複数の装置が通信可能に接続されている衝撃塑性加工システムであって、前記複数の装置のうち少なくとも1つの装置は、上記(1)〜(7)の何れかに記載の衝撃塑性加工装置からなることを特徴とする金属構造体の衝撃塑性加工システム、 (8) An impact plastic working system in which a plurality of devices are communicably connected, and at least one of the plurality of devices is the impact plasticity described in any of (1) to (7) above. An impact plastic processing system for metal structures, characterized by comprising a processing device;
(9) コンピュータが衝撃塑性加工を制御する方法であって、
先端工具の初期位置、姿勢および移動条件をコンピュータに入力する入力ステップと、前記先端工具の位置および姿勢の変更許容範囲並びに振動周期許容範囲をコンピュータに入力する入力ステップと、前記先端工具の初期位置および姿勢となるように前記先端工具の初期位置および姿勢を保持して衝撃塑性加工を開始する処理開始ステップと、前記先端工具の位置及び姿勢の変更許容範囲に前記先端工具の位置および姿勢をコンピュータが制御する制御ステップと、前記先端工具の振動周期を計測する計測ステップと、前記振動周期許容範囲の入力に基づいて振動周期が許容範囲内かどうかをコンピュータが判定する判定ステップと、先端工具を移動させる移動ステップと、前記移動条件に基づいて次加工へ移行するかどうかをコンピュータが判定するステップと、衝撃塑性加工の終了ステップが終了させる終了ステップを含むことを特徴とする金属構造体の衝撃塑性加工方法、
(9) A method in which a computer controls impact plastic working,
An input step for inputting the initial position, posture and movement conditions of the tip tool to the computer, an input step for inputting the allowable change range and position of the tip tool and the vibration cycle allowable range to the computer, and the initial position of the tip tool A processing start step of starting impact plastic working while maintaining the initial position and posture of the tip tool so as to be in the posture, and the position and posture of the tip tool within the allowable change range of the position and posture of the tip tool A control step for controlling, a measuring step for measuring a vibration cycle of the tip tool, a determination step for determining whether the vibration cycle is within an allowable range based on an input of the allowable vibration cycle range, and a tip tool. The computer determines whether to move to the next process based on the moving condition and the moving condition. And but determining, impact plastic working method of the metal structure, characterized in that the end step of the impact plastic working comprises a termination step of terminating,
(10) 上記(1)〜(7)の何れかに記載の衝撃塑性加工装置の機能をコンピュータに実現させるためのプログラム、 (10) A program for causing a computer to realize the function of the impact plastic working device according to any one of (1) to (7),
(11) 上記(8)記載の衝撃塑性加システムの機能をコンピュータに実現させるためのプログラム、 (11) A program for causing a computer to realize the function of the impact plasticizing system described in (8) above,
(12) 上記(9)に記載の衝撃塑性加工方法の処理ステップをコンピュータに実現させるためのプログラム、 (12) A program for causing a computer to realize the processing steps of the impact plastic working method according to (9) above,
(13) 上記(10)〜(12)の何れかに記載のプログラムを記録したコンピュータに読み取り可能な、金属構造体の衝撃塑性加工に使用する記憶媒体、
にある。
(13) A storage medium used for impact plastic working of a metal structure, readable by a computer in which the program according to any one of (10) to (12) is recorded,
It is in.
本発明の方法、装置、システム、プログラムおよび記憶媒体は、金属構造体に衝撃塑性加工を施す際に、先端工具の振動を安定して得ることが可能であり、その工業的意味は大きい。 The method, apparatus, system, program, and storage medium of the present invention can stably obtain vibration of a tip tool when impact plastic working is performed on a metal structure, and its industrial significance is great.
以下に本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
本発明は、例えば図1に示すような衝撃塑性加工システム100に適用される。
<衝撃塑性加工システム100の全体構成>
本発明の形態の衝撃塑性加工システム100は図1に示すように、衝撃塑性加工装置112、振動を測定するための測定器120、測定器の出力信号を受信して周期を測定する周波数解析装置121、測定された周期と予め入力しておいた周期の適正範囲と比較して装置の位置および姿勢の継続もしくは変更信号を出す制御装置122、装置の位置および姿勢の制御信号を受ける衝撃塑性加工装置の保持機械125が配線を通じて接続された構成となっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The present invention is applied to, for example, an impact
<Overall configuration of impact
As shown in FIG. 1, an impact
先端工具の振動周期は加工状態によって異なるが、十分な衝撃塑性加工が行われているかどうかを判定できるパラメータである。すなわち周期が適正範囲を上回る場合には、先端工具が加工物から離れすぎて接触が不十分な場合、あるいは先端工具が加工物に安定して接触せず横滑りしてしまう場合などが考えられ、先端工具を加工物に近づける、あるいは移動方向と直角方向の角度を増やすあるいは減らす、あるいはこれらを組み合わせる、といった制御を行うことにより周期を適正範囲内に短くすることが可能となり、十分な衝撃塑性加工を行うことが出来る。 Although the vibration cycle of the tip tool varies depending on the machining state, it is a parameter that can determine whether or not sufficient impact plastic machining is performed. That is, if the cycle exceeds the appropriate range, the tip tool may be too far away from the workpiece and contact may be insufficient, or the tip tool may slip sideways without stably contacting the workpiece, etc. It is possible to shorten the cycle within the appropriate range by controlling the tip tool close to the workpiece, increasing or decreasing the angle in the direction perpendicular to the moving direction, or combining these, and sufficient impact plastic processing Can be done.
また先端工具の周期が適正範囲を下回る場合には、先端工具が加工物と振動子の間で固定されてしまい振動子の周期がそのまま先端工具の周期になっている場合が考えられ、そのような場合には例えば先端工具を加工物から遠ざける、あるいは移動方向と直角方向の先端工具の角度を増やすあるいは減らす、あるいはこれらの組み合わせの制御によりこの場合も周期を適正範囲内に長くすることが可能であり、同様に十分な衝撃塑性加工を行うことが出来る。 Also, if the tip tool cycle falls below the appropriate range, the tip tool may be fixed between the workpiece and the vibrator, and the vibrator cycle may be the tip tool cycle. In this case, for example, the tool can be moved away from the workpiece, or the angle of the tool can be increased or decreased in the direction perpendicular to the moving direction, or the combination can be controlled to increase the cycle within the appropriate range. Similarly, sufficient impact plastic working can be performed.
<衝撃塑性加工装置112の構成および動作の概要>
衝撃塑性加工装置112は、空気圧、超音波などをエネルギ源とするハンマーピーニング装置、ワイヤーピーニング装置、ニードルピーニング装置、超音波衝撃処理装置などであり、電源及び制御装置111と衝撃塑性加工装置本体110から構成され、さらに本体110は電源及び制御装置111からの電気および制御信号により、振動体104が振動し、振動伝達部103を介して先端工具102に振動が伝わり、加工物130に衝撃荷重を与える。
<Outline of configuration and operation of impact
The impact
この衝撃加工装置110は外装105において保持機械125の保持部124により保持され、その先端は目的の位置および姿勢にくるようになっている。この先端工具102の振動は直接測定することは困難であるが、衝撃塑性加工装置内の振動系103、104と外装105をつなぐばね106の振動として伝わることを見出し、衝撃塑性加工装置の外装105との間に振動を測定する測定器120を配置することにより先端工具の振動状況を測定することが可能となる。
The
<振動測定器120の構成および動作の概要>
振動測定器120は衝撃塑性加工装置内の振動系103、104と外装105との間の振動が測定できれば特に規定すべきものではなく、振動系と外装の間の変位を測定する測定器であっても、振動系と外装の間にばねを介してばねに生じる荷重、ばねと外装との変位、又はばねが伸び縮みする際の加速度を測定する測定器であっても差し支え無い。またここで測定対象とする先端工具102の振動とは、衝撃塑性加工装置の振動系103、104から発振される振動そのものではなく、発振された振動を加工部130に与えようと接触した結果、加工物130と振動系103の間で衝突しながら往復する先端工具102の振動を意味する。特に超音波衝撃処理の場合には、本体の振動体は数十kHzの周波数で連続的に振動しているが、先端工具は離散的なインパルスの振動が主になって加工部に塑性変形を与えるため、この振動を安定して発生させることが十分な衝撃塑性加工のために重要である。
<Outline of configuration and operation of
The
<周期解析装置121の構成および動作の概要>
振動測定器120の出力信号は振動の周期を解析する解析装置121に転送される。周期解析装置121における周期の決定方法は特に規定するものではなく、予め定めた計測時間のデータをもとに、予め設定したレベルを信号がクロスする周期を求める方法や、信号の時系列データを周波数解析して主要な周波数から周期を求める方法であっても差し支え無い。
<Outline of configuration and operation of
The output signal of the
なお、ここで振動の周期とは、先端工具102が塑性変形を与えるために加工物130に衝突してから次の衝突までの時間のことであり、先端工具102が加工物130に衝突する際には先端工具102が振動系103から離れているためその瞬間を検知することは困難であるが、先端工具102が加工物103に衝突した反動で跳ね返り、次に振動系103に戻って衝突したときの衝撃が振動系103を介してばね106に伝わるため、ばね106が伸びていた状態から縮むときに生じる変位、あるいはばね106が縮むことにより発生する荷重、あるいはばね106が縮む運動の際に生じる加速度を測定することにより、衝突の有無およびその時間間隔、すなわち振動周期を検出することが可能となる。
Here, the period of vibration is the time from when the
したがって荷重、変位、加速度のいずれか1以上の時系列データについて、例えば荷重であれば5kgf、変位であれば0.5mm、加速度であれば500m/s等の数値を予め入力しておき、その値を超えた時から再びその値を超える時までの時間を振動の周期として求めることが出来る。また荷重、変位、加速度の時系列データを市販のFFTアナライザー等に入力し、その結果算出される周波数成分のうち、振幅の最も大きな周波数成分を選び、その周波数の逆数をとって振動周期としてもよい。求められた周期データは衝撃塑性加工装置の先端工具の位置および姿勢を制御するために制御装置122に転送される。
Therefore, for time series data of one or more of load, displacement, and acceleration, enter a numerical value such as 5 kgf for load, 0.5 mm for displacement, 500 m / s for acceleration, and so on. The time from when the value is exceeded to when the value is exceeded again can be obtained as the period of vibration. Also, load, displacement, and acceleration time series data is input to a commercially available FFT analyzer, etc., and the frequency component with the largest amplitude is selected from the calculated frequency components, and the reciprocal of that frequency is taken as the vibration period. Good. The obtained periodic data is transferred to the
<位置姿勢制御装置122の構成および動作の概要>
保持機械125の位置姿勢を制御する装置122では、予め入力された周期の許容範囲と比較され、衝撃塑性加工装置の現在の位置および姿勢を継続あるいは変更するための信号が保持機械125の制御部123に転送される。制御方法の例としては、周期が許容範囲より長い場合には、先端工具が加工物から離れ過ぎている、あるいは先端工具と加工物の接触角度が不適切で横滑りするなどの現象が考えられるため、[1]先端工具を加工物に近づける、[2]先端工具の位置はそのままで移動方向と直角方向の角度を増減させる、[3][1]と[2]を併用するなどが考えられる。また周期が許容範囲より短い場合には、先端工具が振動子と加工物の間に挟まって振動子と一体となって振動子の周期で振動している現象が考えられるため、[4]先端工具を遠ざける、[5]先端工具の位置はそのままで移動方向と直角方向の角度を増減させる、[6][4]と[5]を併用するなどの制御が考えられる。これらの制御信号が位置姿勢制御装置122から、保持機械の制御部123に転送される。
<Outline of configuration and operation of position and
In the
位置および姿勢を決めるためのパラメータは、空間の位置を決める直交する3座標X、Y、Zおよび姿勢を決めるための各座標との角度θx、θy、θz等であり、これらのパラメータについて予め設定しておいた範囲内で少なくとも一つ以上のパラメータの数値を変更することにより制御する。また振動周期が許容範囲内になった場合には、例えば連続した溶接ビードなど加工物130の処理すべき加工部に沿って加工しながら移動するように制御する。またさらに、例えば溶接部が途中で折れ曲がっているなどのために次ステップの移動条件に移る場合には、まず次ステップのスタート地点で初期位置および初期姿勢の状態で振動周期を測定し、許容範囲より長い場合には先端工具を加工物に近づけるか角度を変化させる制御を行い、また許容範囲より短い場合には先端工具を遠ざけるか角度を変化させる制御を周期が許容範囲に収まるまで繰返し行った後、加工物に沿った次ステップの移動を開始するように制御する。なお位置および姿勢を決めるにはこの周期解析装置121および位置および姿勢を制御する装置122の機能は一つの解析・制御装置で実行しても差し支え無い。
The parameters for determining the position and orientation are the three orthogonal coordinates X, Y, Z that determine the position of the space, and the angles θx, θy, θz with each coordinate for determining the orientation, etc., and these parameters are set in advance. Control is performed by changing the numerical value of at least one parameter within a predetermined range. Further, when the vibration period falls within the allowable range, for example, control is performed such that the workpiece moves while being processed along a processing portion to be processed of the
<保持機械125の構成および動作の概要>
位置および姿勢を制御する装置122から転送された先端工具を加工部に近づける・遠ざける、あるいは角度を変えるなどの信号は制御部123で受信され、保持部124などを動かして衝撃塑性加工装置110の先端工具の加工物との距離または先端工具の角度が変更される。その結果として先端工具102の振動周期が変化し、その変化した周期を許容範囲と比較して、許容範囲より長い場合には例えば先端工具を加工物に近づけるあるいは移動方向と垂直な面内で角度を変える信号が出され、許容範囲より短い場合には例えば先端工具を加工物から遠ざけるあるいは移動方向と直角な面内で角度を変える等の信号が出されて、これらの信号に従い制御部が先端工具の位置および姿勢が再度調整され、適切な振動周期が得られるまで続けられる。
<Outline of configuration and operation of holding
Signals such as approaching or moving away the tip tool transferred from the
振動周期が許容範囲内に収まった場合には位置姿勢制御装置122からの信号により処理すべき加工部に沿って衝撃塑性加工装置の先端工具を移動させる。次ステップの移動条件に移る際にも、先端工具の振動周期が許容範囲に収まるまで位置姿勢制御装置122からの信号により位置および姿勢を変更し、その後次ステップの移動条件に従って移動する。
When the vibration period falls within the allowable range, the tip tool of the impact plastic working device is moved along the working portion to be processed by the signal from the position and
なお本発明の構成例においては、振動周期を許容範囲に収めることを目的として位置姿勢制御装置122から衝撃塑性加工装置の電源・制御装置112へ振動状態を変化させる制御信号を送信する制御形態については特に触れていないが、このような制御形態が重複する場合でも本発明の効果を阻害するものではない。
また本発明は、例えば図5に示すような別の衝撃塑性加工システム101に適用される。
In the configuration example of the present invention, a control mode for transmitting a control signal for changing the vibration state from the position /
The present invention is applied to another impact
<衝撃塑性加工システム101の全体構成>
本発明の別の形態である衝撃塑性加工システム101は図5に示すように、衝撃塑性加工装置112、衝撃塑性加工装置112の電源・制御装置111から衝撃塑性加工装置本体110に供給される電圧、電流、空気圧、空気流量、衝撃塑性加工装置本体110から返送される電圧、電流のいずれか1または2以上の周期を測定して解析する電気・空気測定・周期解析装置131、測定された周期と予め入力しておいた周期の適正範囲と比較して装置の位置および姿勢の継続又は変更の信号を出す制御装置122、装置の位置および姿勢の制御信号を受ける衝撃塑性加工装置の保持機械125が配線を通じて接続された構成となっている。
<Overall configuration of impact
As shown in FIG. 5, an impact
先端工具の振動周期は加工状態によって異なるが、十分な衝撃塑性加工が行われているかどうかを判定できるパラメータであるが、先端工具の振動周期は、衝撃塑性加工装置本体に供給される電圧、電流、空気圧、空気流量、衝撃塑性加工装置本体110から返送される電圧、電流の何れか1又は2以上の変動周期と相関のあることを見出した。
Although the vibration cycle of the tip tool varies depending on the machining state, it is a parameter that can be used to determine whether or not sufficient impact plastic processing is being performed, but the vibration cycle of the tip tool is the voltage and current supplied to the impact plastic processing device body. It has been found that there is a correlation with one or two or more fluctuation periods of air pressure, air flow rate, voltage returned from the impact plastic working apparatus
すなわち衝撃塑性加工装置本体に供給される電圧、電流、空気圧、空気流量、衝撃塑性加工装置本体110から返送される電圧、電流の何れか1又は2以上の変動周期が適正範囲を下回る場合には、先端工具の振動周期が適正範囲よりも長いことを意味し、先端工具が加工物から離れすぎて接触が不十分な場合、あるいは先端工具が加工物に安定して接触せず横滑りしてしまう場合などが考えられ、この対策として、先端工具を加工物に近づける、先端工具の移動方向と直角方向の角度を増やす若しくは減らす、又はこれらを組み合わせる、といった制御を行うことにより振動周期を適正範囲内に短くすることが可能となり、十分な衝撃塑性加工を行うことが出来る。
That is, when the fluctuation period of any one or more of the voltage, current, air pressure, air flow rate, voltage returned from the impact plastic processing apparatus
また衝撃塑性加工装置本体に供給される電圧、電流、空気圧、空気流量、衝撃塑性加工装置本体110から返送される電圧、電流の何れか1又は2以上の変動周期が適正範囲を上回る場合には、先端工具の振動周期が適正範囲よりも短いことを意味し、先端工具が加工物と振動子の間で固定されてしまい振動子の周期がそのまま先端工具の周期になっている場合が考えられ、そのような場合には例えば先端工具を加工物から遠ざける、先端工具の移動方向と直角方向の先端工具の角度を増やす若しくは減らす、又はこれらの組み合わせの制御によりこの場合も振動周期を適正範囲内に長くすることが可能であり、同様に十分な衝撃塑性加工を行うことが出来る。
When the fluctuation period of one or more of the voltage, current, air pressure, air flow, voltage, current, and current supplied from the impact plastic processing device
<衝撃塑性加工装置112の構成および動作の概要>
衝撃塑性加工装置112は、図1の衝撃塑性加工システム100の衝撃塑性加工装置112と同じであり、繰り返しを避けるため説明を省略する。
<Outline of configuration and operation of impact
The impact
<電気・空気測定・周期解析装置131の構成および動作の概要>
衝撃塑性加工装置112の電源・制御装置111から衝撃塑性加工装置112に供給される電気・空気などのエネルギーは、電気・空気測定・周期解析装置131を通るため、供給される電圧、電流、空気圧、空気流量、返送される電圧、電流の何れか1又は2以上が電気・空気測定・周期解析装置131で測定される。電気・空気測定・周期解析装置131における周期の決定方法は特に規定するものではなく、予め定めた計測時間のデータをもとに、予め設定したレベルを信号がクロスする時間を求めることにより周期を求める方法や、信号の時系列データを周波数解析して主要な周波数から周期を求める方法であっても差し支え無い。
<Outline of configuration and operation of electrical / air measurement /
Energy such as electricity and air supplied from the power supply /
なお、ここでいう周期とは供給電圧や電流の周期、供給している空気の圧力や流量の変動周期、供給を中断している際に返送される電圧や電流の周期のことであり、これらの周期は衝撃塑性加工装置112の適正な動作と密接に関係しており、供給電圧や電流の周期、供給空気の圧力や流量の変動周期、供給を中断している際に返送される電圧や電流の周期を測定することにより、先端工具102が加工物130に繰り返し衝突しているかどうかおよびその時間間隔、すなわち先端工具の振動周期を検出することが可能となる。
The period here means the period of supply voltage and current, the fluctuation period of the pressure and flow rate of the air being supplied, and the period of voltage and current returned when the supply is interrupted. This cycle is closely related to the proper operation of the impact
したがって供給電圧や電流の周期、供給空気の圧力や流量の変動周期、供給を中断している際に返送される電圧や電流の周期のいずれか1以上の時系列データについて、例えば電圧の周期であれば100V、電流であれば1A、空気圧であれば5kgf/cm2等の数値を予め入力しておき、その値を超えた時から再びその値を超える時までの時間を振動の周期として求めることが出来る。さらに電圧、電流については、供給電圧、供給電流のみならず、電気によって励起される振動体104の振動が逆に電圧および/または電流を返送するため、これらの返送電圧および/または返送電流の周期を測定することにより、衝撃塑性加工装置112の正常な動作、ひいては先端工具102の振動周期を検出することが可能となる。
求められた変動周期データは衝撃塑性加工装置の先端工具の位置および姿勢を制御するために制御装置122に転送される。
Therefore, for one or more time-series data of the supply voltage or current cycle, the supply air pressure or flow rate fluctuation cycle, or the voltage or current cycle returned when the supply is interrupted, for example, the voltage cycle If there is a value of 100V, 1A for current, 5kgf / cm 2 for air pressure, etc., the time from when the value is exceeded to when the value is exceeded is obtained as the period of vibration. I can do it. Further, regarding the voltage and current, since not only the supply voltage and supply current but also the vibration of the vibrating
The obtained fluctuation cycle data is transferred to the
<位置姿勢制御装置122の構成および動作の概要>
保持機械125の位置姿勢を制御する装置122では、予め入力された周期の許容範囲と比較され、衝撃塑性加工装置の現在の位置および姿勢を継続又は変更するための信号が保持機械125の制御部123に転送される。位置姿勢制御装置122は、図1の衝撃塑性加工システム100の位置姿勢制御装置122と同じであり、繰り返しを避けるため説明を省略する。なお位置および姿勢を決めるにはこの電気・空気測定・周期解析装置131、並びに位置および姿勢を制御する装置122の機能は一つの解析・制御装置で実行しても差し支え無い。
<Outline of configuration and operation of position and
In the
<保持機械125の構成および動作の概要>
保持機械125は、図1の衝撃塑性加工システム100の保持機械125と同じであり、繰り返しを避けるため説明を省略する。
<Outline of configuration and operation of holding
The holding
なお本発明の構成例においては、振動周期を許容範囲に収めることを目的として位置姿勢制御装置122から衝撃塑性加工装置の電源・制御装置112へ振動状態を変化させる制御信号を送信する制御形態については特に触れていないが、このような制御形態が重複する場合でも本発明の効果を阻害するものではない。
In the configuration example of the present invention, a control mode for transmitting a control signal for changing the vibration state from the position /
<衝撃塑性加工システム100の全体動作>
図2は、本衝撃塑性加工システム100の全体動作をフローチャートで示したものである。
まず、衝撃塑性加工装置112の先端工具102の初期位置、初期姿勢を位置・姿勢制御装置122に設定する。この時、加工物130の加工すべき位置の情報に合わせて工具の移動条件も設定する。先端工具の位置の条件設定については保持機械の制御種類によって異なるが、例えばNC制御機械のように直交座標での加工部の位置のX、Y、Z、およびX軸、Y軸、Z軸とのなす角θx、θy、θzを具体的に入力することにより先端工具をその位置に移動するタイプの保持機械であれば、機械の原点を基準にしたX、Y、Z、角θx、θy、θzの値をX=Y=Z=0、θx=θz=45°、θy=90°のように設定する。
<Overall operation of impact
FIG. 2 is a flowchart showing the overall operation of the impact
First, the initial position and initial posture of the
またその移動方向、例えばY方向、および移動速度を10cm/分のように入力する。またティーチングロボットのような場合には具体的な座標数値を与える代わりに加工すべき位置および姿勢に先端工具を予め動かしてその位置および姿勢および移動方向、ならびに次ステップの位置および姿勢および移動方向を覚えこませ、移動速度を別途入力することによって初期位置・姿勢および移動条件を入力する場合も考えられる。 In addition, the moving direction, for example, the Y direction and the moving speed are input as 10 cm / min. In the case of a teaching robot, instead of giving specific coordinate values, the tip tool is moved in advance to the position and posture to be processed, and the position, posture and moving direction, and the position, posture and moving direction of the next step are set. It is also conceivable that the initial position / posture and the moving condition are input by inputting the moving speed separately.
次に先端工具の振動周期の許容範囲、ならびに位置および姿勢を決める座標および角度のパラメータの変更範囲を同じく位置・姿勢制御装置122に設定する。振動周期の許容範囲は衝撃塑性加工装置112の出力や加工物130の大きさ等に依存し、同様の装置および加工物で実施した適切な加工時の振動周期の測定結果を元に決定することが望ましいが、一例としてハンマーピーニングの場合には0.003〜0.03秒、超音波衝撃処理の場合には0.0002〜0.005秒のように設定する。
Next, the allowable range of the vibration cycle of the tip tool and the change range of the coordinate and angle parameters that determine the position and orientation are set in the position /
また先端工具の位置および姿勢のパラメータの変更範囲についても、衝撃塑性加工装置内のばね106の定数や加工物130の剛性などに大きく依存するため、同様の装置および加工物で実施した適切な加工時の振動周期の測定結果を元に決定することが望ましいが、例えば位置X、Y、Zの変更範囲を±5mm、角θx、θy、θzの変更範囲を±10°のように設定する。
In addition, the change range of the parameters for the position and orientation of the tip tool depends greatly on the constant of the
次に衝撃塑性加工装置112のうち電源・制御装置111が起動して衝撃塑性加工装置本体110の振動体104が振動を開始し、振動伝達部103を通じて先端工具102が振動を開始する。
引き続いて、上記の初期位置および姿勢の設定値、すなわちX=Y=Z=0、θx=θz=45°、θy=90°、に基づいて位置・姿勢制御装置122より保持機械125の制御部123に信号が伝達され、保持機械125が先端工具102の位置および姿勢を初期設定の状態に移動させる。このとき先端工具102が加工物130と接触を開始する。
Next, in the impact
Subsequently, the control unit of the holding
次に衝撃塑性加工装置本体110内に設置された振動測定器120により先端工具102の振動が測定され、測定器の測定結果は振動周期解析装置121に転送される。振動周期解析装置121では振動測定器の測定結果を元に振動周期が求められる。
Next, the vibration of the
さらに求められた振動周期は位置・姿勢制御装置122において振動周期の許容範囲と比較され、その偏差に応じて位置・姿勢を決める座標および角度パラメータの一つ以上が選択され、許容範囲で変更するように保持機械125の制御部123に信号が転送される。具体的には、振動周期が許容範囲より大きい場合には加工部に工具先端を近づけるように制御するため、工具先端と加工物との距離を近づけるように例えば許容範囲±5mmの範囲内でX、Y、Zを1mmずつ減らす信号が転送される。また角度を変える制御も考えられ、例えば工具の移動方向をY方向とすると、Y方向と垂直な面内の角度θxを許容範囲の±10°の範囲内で2°ずつ変化させる信号が転送される。
Further, the obtained vibration cycle is compared with the allowable range of the vibration cycle in the position /
振動周期が許容範囲より小さい場合には、先端工具と加工物の距離を遠ざけるように例えば許容範囲±5mmの範囲でX、Y、Zを1mmずつ増やす信号や、Y方向と垂直な面内の角度θxを許容範囲の±10°の範囲内で2°ずつ変化させる信号が順次あるいは組合せて転送される。 If the vibration cycle is smaller than the allowable range, for example, a signal to increase X, Y, Z by 1 mm within the allowable range ± 5 mm or to increase the distance between the tip tool and the workpiece, or in a plane perpendicular to the Y direction. Signals that change the angle θx by 2 ° within the allowable range of ± 10 ° are transferred sequentially or in combination.
この信号の通りに保持機械125は先端工具102の位置および姿勢を変更する。このような先端工具102の位置および姿勢の変更、先端工具の振動測定、振動周期の解析、振動周期の許容範囲との比較ならびに位置および姿勢の再変更のループは、振動周期が許容範囲外である限り続けられる。
The holding
振動周期が許容範囲内に収まると、先端工具102は振動しながら加工部130の処理すべき部分に沿って移動を開始する。移動が終了すると、次に処理すべき加工部がある場合には先端工具102を次の処理部の初期位置および初期姿勢に移動する信号が位置・姿勢制御装置122より出され、同様に振動測定器102による先端工具の振動測定、周期解析装置121による振動周期の解析、位置・姿勢制御装置122による振動周期の許容範囲との比較ならびに位置および姿勢の再変更のループが、その振動周期が許容範囲内に収まるまで繰り返されたのち、先端工具が振動しながら次の処理部を処理する。処理すべき加工部がすべて処理された時点で衝撃塑性加工装置の振動が停止し、本発明のシステムが動作を終了する。
When the vibration cycle falls within the allowable range, the
また本発明のシステムは1組の振動周期解析装置および位置姿勢制御装置により、複数組の衝撃塑性加工装置、振動測定器、保持機械を制御することが可能である。
上述のように本発明によれば、金属構造体の衝撃塑性加工処理において先端工具の振動周期を測定することにより、適切な衝撃塑性加工位置および姿勢に制御することが出来る。
In addition, the system of the present invention can control a plurality of sets of impact plastic working devices, vibration measuring devices, and holding machines by using a single set of vibration period analysis device and position and orientation control device.
As described above, according to the present invention, by measuring the vibration period of the tip tool in the impact plastic processing of the metal structure, it is possible to control the position and orientation of the impact plastic processing appropriately.
<衝撃塑性加工システム101の全体動作>
本衝撃塑性加工システム101の全体動作は、図5に示す衝撃塑性加工システム100と同じであるが、先端工具の振動許容範囲の設定、先端工具振動測定、振動周期解析のみが異なる。他のフローは繰り返しを避けるため説明を省略する。
<Overall operation of impact
The overall operation of the impact
先端工具の振動許容範囲の設定フローにおいては、先端工具の振動周期を検出するための供給電圧・供給電流、供給空気圧・供給空気流量、返送電圧・返送電流の何れか1又は2以上の変動周期の許容範囲、ならびに位置および姿勢を決める座標および角度のパラメータの変更範囲を同じく位置・姿勢制御装置122に設定する。供給電圧・供給電流、返送電圧・返送電流、供給空気圧・供給空気流量の何れか1又は2以上の変動周期の許容範囲は衝撃塑性加工装置112の出力や加工物130の大きさ等に依存し、同様の装置および加工物で実施した適切な加工時において供給電圧・供給電流、返送電圧・返送電流、供給空気圧・供給空気流量の何れか1又は2以上の変動周期および工具先端の振動周期を測定し、これらの関係を予め求めておいて適切な範囲を決定することが望ましいが、一例としてハンマーピーニングの場合には供給空気圧の変動周期として0.003〜0.03秒、超音波衝撃処理の供給電圧の場合には0.01ミリ秒〜0.1ミリ秒のように設定する。
In the flow of setting the allowable vibration range of the tip tool, one or more fluctuation cycles of supply voltage / supply current, supply air pressure / supply air flow rate, return voltage / return current for detecting the vibration cycle of the tip tool Are set in the position /
先端工具振動測定フローでは、衝撃塑性加工装置本体110に供給される電圧、電流、返送される電圧、電流、供給される空気圧、空気流量の何れか1又は2以上が電気・空気測定・周期解析装置131により測定され、同装置内でこれらの値の変動周期が解析される。
In the tip tool vibration measurement flow, one or more of the voltage, current, return voltage, current, supplied air pressure, and air flow rate supplied to the impact plastic processing device
さらに求められた変動周期は位置・姿勢制御装置122において変動周期の許容範囲と比較され、その偏差に応じて位置・姿勢を決める座標および角度パラメータの一つ以上が選択され、許容範囲で変更するように保持機械125の制御部123に信号が転送される。
Further, the obtained fluctuation cycle is compared with the allowable range of the fluctuation cycle in the position /
また本発明のシステムは1つの位置姿勢制御装置により、複数組の衝撃塑性加工装置、電気・空気測定・周期解析装置、保持機械を制御することが可能である。 The system of the present invention can control a plurality of sets of impact plastic working devices, electrical / air measurement / periodic analysis devices, and holding machines with a single position and orientation control device.
上述のように本発明によれば、金属構造体の衝撃塑性加工処理において振動体のエネルギーである電気の供給電圧、供給電流、返送電圧、返送電流、供給空気圧、供給空気流量のいずれか1つ以上の変動周期を測定することにより、先端工具の振動周期を適正範囲に保つことができ、その結果適切な衝撃塑性加工位置および姿勢に制御することが出来る。 As described above, according to the present invention, any one of the electric supply voltage, supply current, return voltage, return current, supply air pressure, and supply air flow rate, which is the energy of the vibrating body in the impact plastic processing of the metal structure, is provided. By measuring the above fluctuation cycle, the vibration cycle of the tip tool can be maintained in an appropriate range, and as a result, it can be controlled to an appropriate impact plastic working position and posture.
また、本発明の目的は、本実施形態の測定器、解析装置、制御装置の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が本実施の機能を実現することとなり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。 Another object of the present invention is to supply a storage medium storing software program codes for realizing the functions of the measuring instrument, analysis apparatus, and control apparatus of the present embodiment to the system or apparatus, and the system or apparatus is a storage medium. Needless to say, this can also be achieved by reading and executing the program code stored in. In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the function of the present embodiment, and the storage medium storing the program code constitutes the present invention.
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、ROM、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CR−RW、磁気テープ、不揮発性のメモリーカード、DVD等を用いることができる。 As a storage medium for supplying the program code, ROM, flexible disk, hard disk, optical disk, magneto-optical disk, CD-ROM, CR-RW, magnetic tape, nonvolatile memory card, DVD or the like can be used.
耐久性が問題となる自動車部品を簡略化した図3に示す部分モデル試験体について振動測定器を有する本発明を適用した。部分モデル試験体は縦300mm、横150mm、高さ30mmの鋼製部材の上面にコの字形断面の付加物(縦、横、高さとも70mm)がアーク溶接により取り付けられている。コの字形断面の付加物に荷重が加わった場合にその止端から疲労亀裂が発生する可能性が高く、従ってコの字形を形成する三辺の外側の隅肉溶接について衝撃塑性加工を施した。
The present invention having a vibration measuring instrument was applied to the partial model test body shown in FIG. 3 in which the automobile parts in which durability is a problem are simplified. In the partial model specimen, an appendage with a U-shaped cross section (70 mm in length, width, and height) is attached to the upper surface of a
衝撃塑性加工方法にはハンマーピーニングおよび超音波衝撃処理の2種類を用い、ハンマーピーニングは直径18mmの先端工具を用いて空気圧6kgf/cm2の条件で、超音波衝撃処理は直径3.5mmの先端工具を用いて振動子の周波数27kHzの条件で振動を付与した。ハンマーピーニング装置および超音波衝撃処理装置の中には外装とばねとの間に先端工具の振動を測定するため、応答周波数が数Hz〜数十kHzの加速度センサを振動測定器として取り付けた。この加速度センサの出力から10秒間をサンプリングし、周波数分析機能を有する振動周期解析装置を用いてパワースペクトル(周波数と振幅の2乗の関係)を求め、この中から振幅の最も大きな周波数を抽出してその逆数の周期を求め、周期を発信する回路およびプログラムを振動周波数解析装置であるコンピュータに組み込んだ。 Two types of impact plastic processing are used: hammer peening and ultrasonic impact treatment. Hammer peening uses a tip tool with a diameter of 18 mm and a pneumatic pressure of 6 kgf / cm 2. Ultrasonic impact treatment uses a tip tool with a diameter of 3.5 mm. Was used to apply vibration under the condition of a vibrator frequency of 27 kHz. In the hammer peening apparatus and the ultrasonic impact treatment apparatus, an acceleration sensor having a response frequency of several Hz to several tens of kHz was attached as a vibration measuring instrument in order to measure the vibration of the tip tool between the exterior and the spring. Sampling for 10 seconds from the output of this acceleration sensor, using a vibration period analyzer with a frequency analysis function to determine the power spectrum (relationship between frequency and square of amplitude), and extracting the frequency with the largest amplitude from this Then, a cycle of the reciprocal number was obtained, and a circuit and a program for transmitting the cycle were incorporated into a computer which is a vibration frequency analyzer.
次に発信された周期を受信し、予め入力した周期の許容範囲内かどうか判定したのち、以下の制御をするソフトウェアを組み込んだコンピュータを位置・姿勢制御装置とした。
すなわち、振動周期が許容範囲より長ければ[1]まず先端工具を現在よりもAmmだけ加工物に近づけるように信号を出す、[2]周期が未だ許容範囲より長ければ移動方向と垂直な面内の角度をB°ずつ増やしていく信号を角度の許容範囲まで出す、[3]それでも許容範囲より長ければ移動方向と垂直な面内の角度をB°ずつ減らしていく信号を許容範囲まで出す、[4]再び[1]に戻りさらに加工物に近づけて[2]および[3]の制御を行うことを、先端工具の位置の許容範囲まで行う。
Next, after receiving the transmitted cycle and determining whether it is within the allowable range of the cycle inputted in advance, a computer incorporating software for performing the following control is defined as a position / posture control device.
That is, if the vibration period is longer than the allowable range [1] First, a signal is issued so that the tip tool is closer to the workpiece by Amm than the current one. [2] If the period is still longer than the allowable range, the in-plane direction is perpendicular to the moving direction. A signal that increases the angle of B by B ° is given to the allowable range of angle. [3] If the signal is still longer than the allowable range, a signal that decreases the angle in the plane perpendicular to the moving direction by B ° is given to the allowable range. [4] Return to [1] again and move closer to the workpiece to perform the control of [2] and [3] to the allowable range of the position of the tip tool.
逆に周期が許容範囲より短ければ[1]まず先端工具を現在よりもAmmだけ加工物に遠ざけるように信号を出す、[2]周期が未だ許容範囲より短ければ移動方向と垂直な面内の角度をB°ずつ増やしていく信号を角度の許容範囲まで出す、[3]それでも許容範囲より短ければ移動方向と垂直な面内の角度をB°ずつ減らしていく信号を許容範囲まで出す、[4]再び[1]に戻り加工物より遠ざけて[2]および[3]の制御を行うことを、先端工具の位置の許容範囲まで行う。 Conversely, if the period is shorter than the allowable range [1] First, a signal is sent to move the tip tool away from the workpiece by A mm from the present, [2] If the period is still shorter than the allowable range, it is in a plane perpendicular to the moving direction. A signal for increasing the angle by B ° is given to the allowable range of the angle. [3] If the signal is still shorter than the allowable range, a signal for decreasing the angle in the plane perpendicular to the moving direction by B ° is given to the allowable range. 4] Return to [1] again and move away from the work piece and perform the controls [2] and [3] to the allowable range of the position of the tip tool.
周期の許容範囲は、ハンマーピーニングに対しては0.003〜0.03秒、超音波衝撃処理の場合には0.0002〜0.005秒とした。また位置および姿勢を示す座標および角度のパラメータは直交座標X、Y、Z、およびそれぞれの軸とのなす角θx、θy、θzを選択し、これらのパラメータの変動許容範囲は、ハンマーピーニングについては直交座標X、Y、Zについて±10mm、角θx、θy、θzについて±15°、超音波衝撃処理については直交座標X、Y、Zについて±5mm、角θx、θy、θzについて±10°とした。 The allowable range of the period was 0.003 to 0.03 seconds for hammer peening and 0.0002 to 0.005 seconds for ultrasonic impact treatment. In addition, coordinates and angle parameters indicating position and orientation are selected from Cartesian coordinates X, Y, Z, and angles θx, θy, θz formed by the respective axes. ± 10mm for Cartesian coordinates X, Y, Z, ± 15 ° for angles θx, θy, θz, ± 5mm for Cartesian coordinates X, Y, Z, ± 10 ° for angles θx, θy, θz did.
制御ピッチAおよびBはハンマーピーニングの直交座標についてはA=2mm、角度についてはB=3°、超音波衝撃処理の直交座標についてはA=1mm、角度についてはB=2°とした。また先端工具の移動条件は図4に示す位置を処理するための条件を入力した。まず初期の移動方向はY方向とし、初期位置はコの字溶接部の溶接始端とし、初期姿勢はθx=θz=45°、θy=90°とし、これらを予め位置・姿勢制御装置であるコンピュータにインプットした。さらに工具移動条件として、最初の移動方向であるY方向に70mmだけ10cm/秒の速度で移動したのち、次にθx=90°、θy=θz=45°の初期姿勢で-X方向に向かって76mmだけ10cm/秒の速度で移動し、最後にθx=135°、θy=90°、θz=45°の初期姿勢で-Y方向に向かって70mmだけ10cm/秒の速度で移動する条件を入力した。 The control pitches A and B were set to A = 2 mm for the hammer peening orthogonal coordinate, B = 3 ° for the angle, A = 1 mm for the orthogonal coordinate for ultrasonic impact treatment, and B = 2 ° for the angle. Further, as a moving condition of the tip tool, a condition for processing the position shown in FIG. 4 was input. First, the initial moving direction is the Y direction, the initial position is the welding start end of the U-shaped weld, the initial posture is θx = θz = 45 °, θy = 90 °, and these are computers that are position / posture control devices in advance Was input. Furthermore, as a tool movement condition, after moving at a speed of 10 cm / sec by 70 mm in the Y direction, which is the first moving direction, then toward the -X direction with an initial posture of θx = 90 ° and θy = θz = 45 ° Move at a speed of 10cm / sec by 76mm, and finally enter the condition to move at a speed of 10cm / sec by 70mm in the -Y direction in the initial posture of θx = 135 °, θy = 90 °, θz = 45 ° did.
また、コンピュータと超音波衝撃処理装置の電源はケーブルにて接続し、これら超音波衝撃処理装置の振動開始・停止の命令が伝わるように工夫した。 In addition, the power source of the computer and the ultrasonic shock treatment device was connected by a cable, and the device was designed to transmit the vibration start / stop command of these ultrasonic shock treatment devices.
保持機械については、NC機械を用いて位置・姿勢制御装置であるコンピュータからの制御信号を受けて動くようになっており、ハンマーピーニング装置および超音波衝撃処理装置の外装を保持するようホルダーを取り付けた。 The holding machine is designed to move in response to a control signal from a computer, which is a position / posture control device, using an NC machine, and a holder is attached to hold the exterior of the hammer peening device and the ultrasonic impact treatment device. It was.
これら加工物である部分モデル試験体、衝撃塑性加工装置であるハンマーピーニングおよび超音波衝撃処理装置、振動測定器である加速度センサ、振動周期解析装置、位置・姿勢制御装置であるコンピュータ、保持機械であるNC機械を準備して通信可能なように接続した。 These models are partial model specimens, impact plastic processing devices such as hammer peening and ultrasonic impact processing devices, vibration measuring devices such as acceleration sensors, vibration period analysis devices, position / posture control devices, computers, and holding machines. An NC machine was prepared and connected for communication.
続いて動作状況をハンマーピーニングの場合について述べる。本システムを起動すべく、まずハンマーピーニングの電源が投入されて振動が開始され、続いて位置・姿勢制御装置からの信号が発信され、保持機械が初期位置・姿勢に制御された。初期位置および姿勢では先端工具が加工物からやや離れ気味であったため十分な塑性加工が与えられず、したがって振幅の最も大きな周波数は1〜5Hzの範囲にあったため、振動周期は0.2〜1秒と長かった。このため、先端工具の座標X、Y、Zをいずれも2mm近づけたが、さらに周期が改善されなかったため角度を許容範囲内の±15°まで各ピッチで周期を調べたが改善されなかった。結局、先端工具を6mm近づけた状態で周波数が100Hz、すなわち振動周期が0.01秒まで短くなったため、工具をY方向に70mmだけ移動した。 Next, the operation situation will be described in the case of hammer peening. In order to start this system, the hammer peening power was first turned on to start vibration, and then a signal from the position / posture control device was transmitted to control the holding machine to the initial position / posture. In the initial position and posture, the tip tool was slightly separated from the workpiece, so that sufficient plastic working was not given. Therefore, the frequency with the largest amplitude was in the range of 1 to 5 Hz, and the vibration period was 0.2 to 1 second. It was long. For this reason, although the coordinates X, Y, and Z of the tip tool were all close to 2 mm, the period was not improved, so the period was examined at each pitch to ± 15 ° within the allowable range, but it was not improved. Eventually, with the tip tool approaching 6 mm, the frequency was reduced to 100 Hz, that is, the vibration period was shortened to 0.01 seconds, so the tool was moved by 70 mm in the Y direction.
第二ステップでも初期位置・姿勢で周波数が1〜2Hzの範囲、すなわち振動周期が0.5〜1秒と長かったため、先端工具の座標X、Y、Zを10mm近づけた状態で周波数が約70Hz、すなわち振動周期が0.015秒まで短くなった。これにより先端工具の移動が始まり、溶接線に沿って76mmの処理を行った。 Even in the second step, the frequency ranged from 1 to 2 Hz at the initial position / posture, that is, the vibration cycle was as long as 0.5 to 1 second. Therefore, the frequency was about 70 Hz with the X, Y and Z coordinates of the tip tool approaching 10 mm. The vibration period was shortened to 0.015 seconds. As a result, the movement of the tip tool started, and processing of 76 mm was performed along the weld line.
さらに第三ステップでも先端工具の座標を10mm近づけたところで周波数が50Hz、すなわち振動周期が0.02秒まで短くなったため先端工具の移動が始まり、溶接線に沿って70mmの処理を行い、コの字形溶接部の処理が終了した。溶接線全線に渡り良好な衝撃塑性加工部が得られた。 Furthermore, in the third step, when the coordinates of the tip tool are brought closer to 10 mm, the frequency is reduced to 50 Hz, that is, the vibration period is shortened to 0.02 seconds, so the tip tool starts to move, and 70 mm along the welding line is processed, and U-shaped welding is performed. Processing has been completed. Good impact plastic working parts were obtained over the entire weld line.
次に超音波衝撃処理の場合については、ハンマーピーニングと同じく、本システムを起動すべく、まず超音波衝撃処理の電源が投入されて振動が開始され、続いて位置・姿勢制御装置からの信号が発信され、保持機械が初期位置・姿勢に制御された。初期位置および姿勢では先端工具が加工物に近すぎたため工具先端が振動する余裕が無く、周波数は20kHzとなり、したがって振動周期は超音波振動の周期に近い0.00005秒と非常に短かった。このため、先端工具の座標X、Y、Zをいずれも1mm遠ざけたが、さらに周期が改善されなかったので角度を許容範囲内の±10°まで各ピッチで周期を調べたが改善されなかった。結局先端工具を3mm遠ざけた状態で周波数が1000Hzまで下がり、すなわち振動周期が0.001秒まで長くなったため、工具移動を開始し、Y方向に70mmだけ移動した。 Next, in the case of ultrasonic impact processing, as with hammer peening, in order to activate this system, the ultrasonic impact processing power is first turned on to start vibration, and then a signal from the position / posture control device is sent. The holding machine was controlled to the initial position and posture. At the initial position and posture, the tool tip was too close to the workpiece, so there was no room for the tool tip to vibrate, and the frequency was 20 kHz. Therefore, the vibration cycle was very short, 0.00005 seconds, which is close to the ultrasonic vibration cycle. For this reason, the X, Y, and Z coordinates of the tip tool were all moved away by 1 mm, but since the cycle was not improved further, the cycle was examined at each pitch to ± 10 ° within the allowable range, but it was not improved. . Eventually, with the tip tool moved 3 mm away, the frequency dropped to 1000 Hz, that is, the vibration period increased to 0.001 seconds, so the tool movement started and moved by 70 mm in the Y direction.
第二ステップでも初期位置・姿勢で周波数が約13kHz、すなわち振動周期が0.00006秒と非常に短かったため、先端工具の座標X、Y、Zを3mm遠ざけた結果、周波数は700Hzまで下がり、振動周期が0.0015秒まで長くなり、先端工具の移動が始まり、溶接線に沿って76mmの処理を行った。 Even in the second step, the frequency was about 13kHz at the initial position / posture, that is, the vibration cycle was very short, 0.00006 seconds.As a result of moving the coordinates X, Y, Z of the tip tool 3mm away, the frequency dropped to 700Hz and the vibration cycle was It became longer to 0.0015 seconds, and the movement of the tip tool started, and processing of 76 mm was performed along the weld line.
第三ステップでは先端工具が加工物から離れ気味になったため逆に周波数は10Hzと低く、すなわち周期は0.01秒と長くなり、工具先端を3mm近づけた結果、周波数は1000Hzまで上がり、すなわち振動周期は0.001秒まで短くなり工具移動が始まって70mmの溶接部処理が終了した。いずれの処理部分も良好な衝撃塑性加工が得られた。
このように本発明により良好な衝撃塑性加工処理を安定して得ること出来た。
In the third step, since the tip tool has moved away from the workpiece, the frequency is low as 10 Hz, that is, the period is as long as 0.01 seconds, and as a result of bringing the tool tip close to 3 mm, the frequency is increased to 1000 Hz, that is, the vibration period is Shortening to 0.001 seconds, tool movement started and 70mm weld processing was completed. Good impact plastic working was obtained in all the treated parts.
Thus, a good impact plastic working process could be stably obtained by the present invention.
実施例1と同じ図3の試験体について、供給及び返送の電気・空気測定・周期測定装置を有する本発明を適用した。衝撃塑性加工は、実施例1と同じくコの字形を形成する三辺の外側の隅肉溶接について施した。 The present invention having the supply / return electricity / air measurement / period measurement device was applied to the test body of FIG. The impact plastic working was performed on the fillet weld on the outside of the three sides forming the U-shape as in Example 1.
衝撃塑性加工方法にはハンマーピーニングおよび超音波衝撃処理の2種類を用い、ハンマーピーニングは直径18mmの先端工具を用いて供給空気圧6kgf/cm2の条件で、超音波衝撃処理は直径3.5mmの先端工具を用いて振動子の周波数27kHzの条件で振動を付与した。ハンマーピーニング装置本体および超音波衝撃処理装置本体とこれらの電源・制御装置との間に、ハンマーピーニングの場合には空気圧測定・周期解析装置を、超音波衝撃処理の場合には、電圧測定・周期解析装置を連結した。空気圧測定・周期解析装置では、供給空気圧を圧力センサが5秒間のサンプリングを行い、周波数分析機能を有する周期解析装置を用いてパワースペクトル(周波数と振幅の2乗の関係)を求め、この中から振幅の最も大きな周波数を抽出してその逆数の周期を求め、周期を発信する回路およびプログラムを空気圧測定・周期解析装置であるコンピュータに組み込んだ。また超音波衝撃処理における返送電圧の測定・周期解析装置では、発信電圧の合間に0.1ミリ秒の発信停止期間を設け、この間の返送電圧を測定する回路を組み込み、その電圧の周期を求め、周期を発信する回路およびプログラムを電圧測定・周期解析装置であるコンピュータに組み込んだ。 Two types of impact plastic processing are used: hammer peening and ultrasonic impact treatment. Hammer peening is performed using a tip tool with a diameter of 18 mm and a supply air pressure of 6 kgf / cm 2. Ultrasonic impact treatment is performed with a tip with a diameter of 3.5 mm. Using a tool, vibration was applied under the condition of a vibrator frequency of 27 kHz. In the case of hammer peening, an air pressure measurement / period analysis device is used between the hammer peening device main body and the ultrasonic shock treatment device main body and these power supply / control devices. The analysis device was connected. In the air pressure measurement / periodic analysis device, the pressure sensor samples the supplied air pressure for 5 seconds, and the power spectrum (relationship between frequency and square of amplitude) is obtained using a periodic analysis device with a frequency analysis function. The frequency with the largest amplitude was extracted to obtain the reciprocal period, and the circuit and program for transmitting the period were incorporated into a computer which is an air pressure measurement / period analysis device. Also, the return voltage measurement / period analysis device in ultrasonic shock processing provides a transmission stop period of 0.1 ms between transmission voltages, incorporates a circuit to measure the return voltage during this period, finds the period of the voltage, A circuit and a program for transmitting the signal are incorporated into a computer which is a voltage measurement / period analysis device.
次に発信された変動周期を受信し、予め入力した変動周期の許容範囲内かどうか判定したのち、以下の制御をするソフトウェアを組み込んだコンピュータを位置・姿勢制御装置とした。 Next, after receiving the transmitted fluctuation cycle and determining whether it is within the allowable range of the fluctuation cycle inputted in advance, a computer incorporating software for performing the following control was used as the position / posture control device.
すなわち、変動周期が許容範囲より短ければ[1]まず先端工具を現在よりもAmmだけ加工物に近づけるように信号を出す、[2]周期が未だ許容範囲より短ければ移動方向と垂直な面内の角度をB°ずつ増やしていく信号を角度の許容範囲まで出す、[3]それでも許容範囲より短ければ移動方向と垂直な面内の角度をB°ずつ減らしていく信号を許容範囲まで出す、[4]再び[1]に戻りさらに加工物に近づけて[2]および[3]の制御を行うことを、先端工具の位置の許容範囲まで行う。 That is, if the fluctuation period is shorter than the allowable range [1] First, a signal is issued so that the tip tool is closer to the workpiece by A mm than the current one. A signal that increases the angle of B by B ° is output to the allowable range of angles. [3] If the signal is still shorter than the allowable range, a signal that decreases the angle in the plane perpendicular to the moving direction by B ° is output to the allowable range. [4] Return to [1] again and move closer to the workpiece to perform the control of [2] and [3] to the allowable range of the position of the tip tool.
逆に変動周期が許容範囲より長ければ[1]まず先端工具を現在よりもAmmだけ加工物に遠ざけるように信号を出す、[2]周期が未だ許容範囲より長ければ移動方向と垂直な面内の角度をB°ずつ増やしていく信号を角度の許容範囲まで出す、[3]それでも許容範囲より長ければ移動方向と垂直な面内の角度をB°ずつ減らしていく信号を許容範囲まで出す、[4]再び[1]に戻り加工物より遠ざけて[2]および[3]の制御を行うことを、先端工具の位置の許容範囲まで行う。 On the contrary, if the fluctuation period is longer than the allowable range, [1] First, a signal is sent to move the tip tool away from the workpiece by A mm from the current time. [2] If the period is still longer than the allowable range, in-plane perpendicular to the moving direction A signal that increases the angle of B by B ° is given to the allowable range of angle. [3] If the signal is still longer than the allowable range, a signal that decreases the angle in the plane perpendicular to the moving direction by B ° is given to the allowable range. [4] Return to [1] again and move away from the work piece and perform the controls [2] and [3] to the allowable range of the position of the tip tool.
変動周期の許容範囲は、ハンマーピーニングにおける供給空気圧に対しては0.003〜0.05秒、超音波衝撃処理における返送電圧の場合には0.038ミリ秒〜0.05ミリ秒とした。また位置および姿勢を示す座標および角度のパラメータは直交座標X、Y、Z、およびそれぞれの軸とのなす角θx、θy、θzを選択し、これらのパラメータの変動許容範囲は、ハンマーピーニングについては直交座標X、Y、Zについて±10mm、角θx、θy、θzについて±15°、超音波衝撃処理については直交座標X、Y、Zについて±5mm、角θx、θy、θzについて±10°とした。 The allowable range of the fluctuation period was 0.003 to 0.05 seconds for the supply air pressure in hammer peening, and 0.038 to 0.05 milliseconds for the return voltage in the ultrasonic impact treatment. In addition, coordinates and angle parameters indicating position and orientation are selected from Cartesian coordinates X, Y, Z, and angles θx, θy, θz formed by the respective axes. ± 10mm for Cartesian coordinates X, Y, Z, ± 15 ° for angles θx, θy, θz, ± 5mm for Cartesian coordinates X, Y, Z, ± 10 ° for angles θx, θy, θz did.
制御ピッチAおよびBはハンマーピーニングの直交座標についてはA=2mm、角度についてはB=3°、超音波衝撃処理の直交座標についてはA=1mm、角度についてはB=2°とした。また先端工具の移動条件は図4に示す位置を処理するための条件を入力した。まず初期の移動方向はY方向とし、初期位置はコの字溶接部の溶接始端とし、初期姿勢はθx=θz=45°、θy=90°とし、これらを予め位置・姿勢制御装置であるコンピュータにインプットした。さらに工具移動条件として、最初の移動方向であるY方向に70mmだけ10cm/秒の速度で移動したのち、次にθx=90°、θy=θz=45°の初期姿勢で-X方向に向かって76mmだけ10cm/秒の速度で移動し、最後にθx=135°、θy=90°、θz=45°の初期姿勢で-Y方向に向かって70mmだけ10cm/秒の速度で移動する条件を入力した。
また、コンピュータと超音波衝撃処理装置の電源はケーブルにて接続し、これら超音波衝撃処理装置の振動開始・停止の命令が伝わるように工夫した。
The control pitches A and B were set to A = 2 mm for the hammer peening orthogonal coordinate, B = 3 ° for the angle, A = 1 mm for the orthogonal coordinate for ultrasonic impact treatment, and B = 2 ° for the angle. Further, as a moving condition of the tip tool, a condition for processing the position shown in FIG. 4 was input. First, the initial moving direction is the Y direction, the initial position is the welding start end of the U-shaped weld, the initial posture is θx = θz = 45 °, θy = 90 °, and these are computers that are position / posture control devices in advance Was input. Furthermore, as a tool movement condition, after moving at a speed of 10 cm / sec by 70 mm in the Y direction, which is the first moving direction, then toward the -X direction with an initial posture of θx = 90 ° and θy = θz = 45 ° Move at a speed of 10cm / sec by 76mm, and finally enter the condition to move at a speed of 10cm / sec by 70mm in the -Y direction in the initial posture of θx = 135 °, θy = 90 °, θz = 45 ° did.
In addition, the power source of the computer and the ultrasonic shock treatment device was connected by a cable, and the device was designed to transmit the vibration start / stop command of these ultrasonic shock treatment devices.
保持機械については、NC機械を用いて位置・姿勢制御装置であるコンピュータからの制御信号を受けて動くようになっており、ハンマーピーニング装置および超音波衝撃処理装置の外装を保持するようホルダーを取り付けた。 The holding machine is designed to move in response to a control signal from a computer, which is a position / posture control device, using an NC machine, and a holder is attached to hold the exterior of the hammer peening device and the ultrasonic impact treatment device. It was.
これら加工物である部分モデル試験体、衝撃塑性加工装置であるハンマーピーニングおよび超音波衝撃処理装置、空気圧・周期解析装置または電圧・周期解析装置、位置・姿勢制御装置であるコンピュータ、保持機械であるNC機械を準備して通信可能なように接続した。 These are part model specimens that are workpieces, hammer peening and ultrasonic impact treatment devices that are impact plastic processing devices, pneumatic / periodic analysis devices or voltage / periodic analysis devices, computers that are position / posture control devices, and holding machines. An NC machine was prepared and connected for communication.
続いて動作状況をハンマーピーニングの場合について述べる。本システムを起動すべく、まずハンマーピーニングの電源が投入されて振動が開始され、続いて位置・姿勢制御装置からの信号が発信され、保持機械が初期位置・姿勢に制御された。初期位置および姿勢では先端工具が加工物からやや離れ気味であったため十分な塑性加工が与えられず、したがって供給空気圧変動における振幅の最も大きな周波数は2〜5Hzの範囲にあったため、変動周期は0.2〜0.5秒と長かった。このため、先端工具の座標X、Y、Zをいずれも2mm近づけたが、さらに変動周期が改善されなかったため角度を許容範囲内の±15°まで各ピッチで周期を調べたが改善されなかった。次に先端工具を4mm近づけた状態で供給空気圧の周波数が40Hz、すなわち変動周期が0.025秒まで短くなったため、工具をY方向に70mmだけ移動した。 Next, the operation situation will be described in the case of hammer peening. In order to start this system, the hammer peening power was first turned on to start vibration, and then a signal from the position / posture control device was transmitted to control the holding machine to the initial position / posture. In the initial position and orientation, the tip tool was slightly separated from the workpiece, so that sufficient plastic working was not given.Therefore, the largest frequency in the supply air pressure fluctuation was in the range of 2 to 5 Hz, so the fluctuation period was 0.2 It was as long as ~ 0.5 seconds. For this reason, the coordinates X, Y and Z of the tip tool were all close to 2 mm, but the fluctuation period was not improved, so the period was examined at each pitch to ± 15 ° within the allowable range, but it was not improved. . Next, with the tip tool approaching 4 mm, the supply air pressure frequency was 40 Hz, that is, the fluctuation period was shortened to 0.025 seconds, so the tool was moved by 70 mm in the Y direction.
第二ステップでも初期位置・姿勢で周波数が1〜4Hzの範囲、すなわち変動周期が0.25〜1秒と長かったため、先端工具の座標X、Y、Zを6mm近づけた状態で周波数が約50Hz、すなわち振動周期が0.02秒まで短くなった。これにより先端工具の移動が始まり、溶接線に沿って76mmの処理を行った。 Even in the second step, the frequency ranged from 1 to 4 Hz at the initial position / posture, that is, the fluctuation cycle was as long as 0.25 to 1 second, so the frequency was about 50 Hz with the X, Y and Z coordinates of the tip tool approaching 6 mm The vibration period has been shortened to 0.02 seconds. As a result, the movement of the tip tool started, and processing of 76 mm was performed along the weld line.
さらに第三ステップでも先端工具の座標を6mm近づけたところで供給空気圧の変動周波数が20Hz、すなわち変動周期が0.05秒まで短くなったため先端工具の移動が始まり、溶接線に沿って70mmの処理を行い、コの字形溶接部の処理が終了した。溶接線全線に渡り良好な衝撃塑性加工部が得られた。 Furthermore, in the third step, when the tip tool coordinate is brought closer to 6 mm, the supply air pressure fluctuation frequency is 20 Hz, that is, the fluctuation cycle has been shortened to 0.05 seconds, so the tip tool starts moving, and 70 mm is processed along the weld line. Processing of the U-shaped weld has been completed. Good impact plastic working parts were obtained over the entire weld line.
次に超音波衝撃処理の場合については、ハンマーピーニングと同じく、本システムを起動すべく、まず超音波衝撃処理の電源が投入されて振動が開始され、続いて位置・姿勢制御装置からの信号が発信され、保持機械が初期位置・姿勢に制御された。初期位置および姿勢では先端工具が加工物に近すぎたため工具先端が振動する余裕が無く、返送電圧は小さく、その周波数は200〜500Hzとなり、したがって変動周期は非常に長く2〜5ミリ秒であった。このため、先端工具の座標X、Y、Zをいずれも1mm遠ざけたが、さらに周期が改善されなかったので角度を許容範囲内の±10°まで各ピッチで周期を調べたが改善されなかった。先端工具を2mm遠ざけた状態で周波数が26000Hzまで上がり、すなわち返送伝達周期が0.0385ミリ秒まで短くなったため、工具移動を開始し、Y方向に70mmだけ移動した。 Next, in the case of ultrasonic impact processing, as with hammer peening, in order to activate this system, the ultrasonic impact processing power is first turned on to start vibration, and then a signal from the position / posture control device is sent. The holding machine was controlled to the initial position and posture. At the initial position and orientation, the tool tip was too close to the workpiece, so there was no room for the tool tip to vibrate, the return voltage was small, and the frequency was 200-500 Hz, so the fluctuation period was very long, 2-5 ms. It was. For this reason, the X, Y, and Z coordinates of the tip tool were all moved away by 1 mm, but since the cycle was not improved further, the cycle was examined at each pitch to ± 10 ° within the allowable range, but it was not improved. . With the tip tool moved 2 mm away, the frequency increased to 26000 Hz, that is, the return transmission cycle was shortened to 0.0385 milliseconds, so the tool movement was started and moved 70 mm in the Y direction.
第二ステップでも初期位置・姿勢で周波数が約1kHz、すなわち変動周期が1ミリ秒と非常に長かったため、先端工具の座標X、Y、Zを2mm遠ざけた結果、周波数は25500Hzまで上がり、変動周期が0.00392ミリ秒まで短くなり、先端工具の移動が始まり、溶接線に沿って76mmの処理を行った。 Even in the second step, the frequency was about 1 kHz at the initial position / posture, that is, the fluctuation cycle was very long, 1 millisecond.As a result of moving the X, Y, and Z coordinates of the tip tool 2 mm away, the frequency increased to 25500 Hz, and the fluctuation cycle Was shortened to 0.00392 milliseconds, the tip tool began to move, and 76 mm was processed along the weld line.
第三ステップでは先端工具が加工物から離れ気味になったため逆に周波数は27.5kHzと高く、すなわち周期は0.0036ミリ秒と短くなり、工具先端を3mm近づけた結果、返送電圧の周波数は25500Hzまで下がり、すなわち振動周期は0.00392秒まで長くなり工具移動が始まって70mmの溶接部処理が終了した。いずれの処理部分も良好な衝撃塑性加工が得られた。このように本発明により良好な衝撃塑性加工処理を安定して得ること出来た。 In the third step, the tip tool is slightly disengaged from the work piece, so the frequency is as high as 27.5 kHz, that is, the period is shortened to 0.0036 milliseconds, and the tool tip is moved closer to 3 mm, resulting in a frequency of return voltage of 25500 Hz. In other words, the vibration period was increased to 0.00392 seconds, the tool movement started, and the 70 mm weld processing was completed. Good impact plastic working was obtained in all the treated parts. Thus, a good impact plastic working process could be stably obtained by the present invention.
100 衝撃塑性加工システム
102 先端工具
103 振動伝達部
104 振動体
105 外装
106 ばね
110 衝撃塑性加工装置本体
111 衝撃塑性加工装置の電源・制御装置
112 衝撃塑性加工装置
120 振動測定器
121 振動周期解析装置
122 位置・姿勢制御装置
123 保持機械の制御部
124 保持機械の保持部
125 保持機械
130 加工物
131 電気・空気測定・周期解析装置
100 impact plastic working system
102 Tip tool
103 Vibration transmitter
104 vibrator
105 Exterior
106 spring
110 Impact plastic processing equipment
111 Power supply and control equipment for impact plastic processing equipment
112 Impact plastic processing equipment
120 Vibration measuring instrument
121 Vibration period analyzer
122 Position / Attitude control device
123 Control unit of holding machine
124 Holding part of holding machine
125 holding machine
130 Workpiece
131 Electrical / Air Measurement / Period Analyzer
Claims (13)
衝撃塑性加工を施す衝撃塑性加工手段と、前記衝撃塑性加工手段を所定の位置および姿勢に保持する保持手段と、前記衝撃塑性加工手段における先端工具の振動を測定する測定手段と、前記振動の周期を解析する解析手段と、前記周期の解析結果に基づいて前記先端工具の位置および姿勢を変更する制御手段を備えることを特徴とする金属構造体の衝撃塑性加工装置。 An apparatus for impact plastic working,
Impact plastic working means for performing impact plastic working, holding means for holding the impact plastic working means in a predetermined position and posture, measuring means for measuring vibration of a tip tool in the impact plastic working means, and period of the vibration An impact plasticity processing apparatus for a metal structure, comprising: an analysis means for analyzing the position and a control means for changing the position and orientation of the tip tool based on the analysis result of the period.
前記装置のうち少なくとも1つの装置は、請求項1〜7の何れか1項に記載の衝撃塑性加工装置からなることを特徴とする金属構造体の衝撃塑性加工システム。 An impact plastic working system in which a plurality of devices are communicably connected,
At least one device among the devices comprises the impact plastic working device according to any one of claims 1 to 7, wherein the impact plastic working system for a metal structure is provided.
先端工具の初期位置、姿勢および移動条件をコンピュータに入力する入力ステップと、前記先端工具の位置および姿勢の変更許容範囲並びに振動周期許容範囲をコンピュータに入力する入力ステップと、前記先端工具の初期位置および姿勢となるように前記先端工具の初期位置および姿勢を保持して衝撃塑性加工を開始する処理開始ステップと、前記先端工具の位置および姿勢の変更許容範囲に前記先端工具の位置および姿勢をコンピュータが制御する制御ステップと、前記先端工具の振動周期を計測する計測ステップと、前記振動周期許容範囲の入力に基づいて振動周期が許容範囲内かどうかをコンピュータが判定する判定ステップと、先端工具を移動させる移動ステップと、前記移動条件に基づいて次加工へ移行するかどうかをコンピュータが判定するステップと、衝撃塑性加工をコンピュータが終了させる終了ステップを含むことを特徴とする金属構造体の衝撃塑性加工方法。 A method for a computer to control impact plastic processing,
An input step for inputting the initial position, posture and movement conditions of the tip tool to the computer, an input step for inputting the allowable change range and position of the tip tool and the vibration cycle allowable range to the computer, and the initial position of the tip tool A processing start step of starting impact plastic working while maintaining the initial position and posture of the tip tool so as to be in the posture, and the position and posture of the tip tool within the allowable change range of the position and posture of the tip tool A control step for controlling, a measuring step for measuring a vibration cycle of the tip tool, a determination step for determining whether the vibration cycle is within an allowable range based on an input of the allowable vibration cycle range, and a tip tool. The computer determines whether or not to move to the next machining based on the moving condition and the moving condition. Motor and is determining the impact plastic working method of the metal structure impact plastic working computer comprising a termination step of terminating.
A storage medium used for impact plastic working of a metal structure, which can be read by a computer in which the program according to any one of claims 10 to 12 is recorded.
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