(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-04
(45)【発行日】2024-01-15
(54)【発明の名称】転造圧監視装置および転造圧監視装置の作動プログラム
(51)【国際特許分類】
B21H 3/02 20060101AFI20240105BHJP
B23G 7/00 20060101ALI20240105BHJP
【ＦＩ】
B21H3/02
B23G7/00 Z
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020081453
(22)【出願日】2020-05-01
(65)【公開番号】P2021175576
(43)【公開日】2021-11-04
【審査請求日】2023-02-01
(73)【特許権者】
【識別番号】000004640
【氏名又は名称】日本発條株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 隆一
(72)【発明者】
【氏名】柴田 洋延
【審査官】石川 健一
(56)【参考文献】
【文献】特開２００１－２５９７７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２２３８１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－１３２３３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－２９０９９４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２１Ｈ ３／０２
Ｂ２３Ｇ ７／００
Ｂ２１Ｈ １／００
Ｂ２３Ｑ １５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
外縁の曲率半径が部分的に異なる断面形状をなす母材に転造処理を施した際の、該母材に加わる転造圧を監視する転造圧監視装置であって、転造時における圧力の検出情報を用いて転造圧の時間変化を示す転造圧波形を生成し、前記転造圧波形の周期、振幅および位相を推定し、推定した前記周期、前記振幅および前記位相に基づいて転造圧波形を補正する解析部と、
前記解析部によって補正された前記転造圧波形が、予め設定された転造圧の範囲内を推移しているか否かを判定する判定部と、
を備えることを特徴とする転造圧監視装置。
【請求項2】
前記解析部は、前記検出情報に基づいて生成される前記転造圧波形に高速フーリエ変換を施して周波数解析することによって周波数スペクトルを算出し、
前記周波数スペクトルに基づいて前記周期を推定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の転造圧監視装置。
【請求項3】
前記解析部は、前記検出情報に基づいて生成される前記転造圧波形を微分することによって得られる波形に基づいて前記周期を推定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の転造圧監視装置。
【請求項4】
前記解析部は、前記検出情報に基づいて生成される前記転造圧波形を二回微分することによって得られる波形に基づいて前記周期を推定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の転造圧監視装置。
【請求項5】
前記解析部は、前記検出情報に基づいて生成される前記転造圧波形に高速フーリエ変換を施して周波数解析することによって周波数スペクトルを算出し、
前記周波数スペクトルに基づいて前記振幅を推定する、
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の転造圧監視装置。
【請求項6】
前記解析部は、推定した周波数に基づいて前記転造圧波形を区切り、区切られた区間において抽出される最大値をもとに前記振幅を推定する、
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の転造圧監視装置。
【請求項7】
前記解析部は、前記転造圧波形を二回微分して得られる波形を、推定した周波数に基づいて区切り、区切られた区間において抽出される最大値をもとに前記振幅を推定する、
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の転造圧監視装置。
【請求項8】
前記解析部は、前記検出情報に基づいて生成される前記転造圧波形と、予め設定される基準ｓｉｎ波形とをフィッティングすることによって前記位相を推定する、
ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載の転造圧監視装置。
【請求項9】
前記解析部は、推定した周波数に基づいて前記転造圧波形を区切り、区切られた区間において振幅が最大となる時刻をもとに前記位相を推定する、
ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載の転造圧監視装置。
【請求項10】
前記解析部は、前記転造圧波形から、推定した前記周期、前記振幅および前記位相に基づいてｓｉｎ成分を減算する、
ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一つに記載の転造圧監視装置。
【請求項11】
外縁の曲率半径が部分的に異なる断面形状をなす母材に転造処理を施した際の、該母材に加わる転造圧を監視する転造圧監視装置に、転造時における圧力の検出情報を用いて転造圧の時間変化を示す転造圧波形を生成し、前記転造圧波形の周期、振幅および位相を推定し、推定した前記周期、前記振幅および前記位相に基づいて転造圧波形を補正し、
補正された前記転造圧波形が、予め設定された転造圧の範囲内を推移しているか否かを判定する、
ことを実行させることを特徴とする転造圧監視装置の作動プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、転造圧監視装置および転造圧監視装置の作動プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、雄ねじの製造において、ねじ山は、転造加工によって形成される。転造加工は、一対のダイスによって雄ねじの母材を挟み込み、押圧しながら母材を送ることによって、母材の表面に凹凸形状を形成する（例えば、特許文献１を参照）。転造加工では、転造時に母材に加わる圧力（以下、単に「転造圧」ともいう）を測定することによって、母材にねじ山が適切に形成されたか否かを判定している。転造工程では、母材が一対のダイスに挟み込まれる直前から、一対のダイスから離脱するまでの間、基準位置からの通過時間に対する転造圧が定期的に測定される。転造の成否は、基準位置からの通過時間と、その際の許容範囲（最大転造圧および最小転造圧）との関係が予め設定されており、得られた転造圧が許容範囲から外れているか否かによって判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００４－２９０９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、ねじを製造するための母材として、断面が、外縁の曲率が一様な真円とは異なる、外縁の曲率半径が部分的に異なる形状をなす異形の母材を用いる場合がある。母材の形状が変わると、転造圧の時間変化も変わるが、特許文献１では、母材の形状による転造圧の変化については考慮されていなかった。
【0005】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、母材の形状によらず、転造圧を適切に判定することができる転造圧監視装置および転造圧監視装置の作動プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る転造圧監視装置は、外縁の曲率半径が部分的に異なる断面形状をなす母材に転造処理を施した際の、該母材に加わる転造圧を監視する転造圧監視装置であって、転造時における圧力の検出情報を用いて転造圧の時間変化を示す転造圧波形を生成し、前記転造圧波形の周期、振幅および位相を推定し、推定した前記周期、前記振幅および前記位相に基づいて転造圧波形を補正する解析部と、前記解析部によって補正された前記転造圧波形が、予め設定された転造圧の範囲内を推移しているか否かを判定する判定部と、を備えることを特徴とする。
【0007】
また、本発明に係る転造圧監視装置は、上記発明において、前記解析部は、前記検出情報に基づいて生成される前記転造圧波形に高速フーリエ変換を施して周波数解析することによって周波数スペクトルを算出し、前記周波数スペクトルに基づいて前記周期を推定することを特徴とする。
【0008】
また、本発明に係る転造圧監視装置は、上記発明において、前記解析部は、前記検出情報に基づいて生成される前記転造圧波形を微分することによって得られる波形に基づいて前記周期を推定することを特徴とする。
【0009】
また、本発明に係る転造圧監視装置は、上記発明において、前記解析部は、前記検出情報に基づいて生成される前記転造圧波形を二回微分することによって得られる波形に基づいて前記周期を推定することを特徴とする。
【0010】
また、本発明に係る転造圧監視装置は、上記発明において、前記解析部は、前記検出情報に基づいて生成される前記転造圧波形に高速フーリエ変換を施して周波数解析することによって周波数スペクトルを算出し、前記周波数スペクトルに基づいて前記振幅を推定することを特徴とする。
【0011】
また、本発明に係る転造圧監視装置は、上記発明において、前記解析部は、推定した周波数に基づいて前記転造圧波形を区切り、区切られた区間において抽出される最大値をもとに前記振幅を推定することを特徴とする。
【0012】
また、本発明に係る転造圧監視装置は、上記発明において、前記解析部は、前記転造圧波形を二回微分して得られる波形を、推定した周波数に基づいて区切り、区切られた区間において抽出される最大値をもとに前記振幅を推定することを特徴とする。
【0013】
また、本発明に係る転造圧監視装置は、上記発明において、前記解析部は、前記検出情報に基づいて生成される前記転造圧波形と、予め設定される基準ｓｉｎ波形とをフィッティングすることによって前記位相を推定することを特徴とする。
【0014】
また、本発明に係る転造圧監視装置は、上記発明において、前記解析部は、推定した周波数に基づいて前記転造圧波形を区切り、区切られた区間において振幅が最大となる時刻をもとに前記位相を推定することを特徴とする。
【0015】
また、本発明に係る転造圧監視装置は、上記発明において、前記解析部は、前記転造圧波形から、推定した前記周期、前記振幅および前記位相に基づいてｓｉｎ成分を減算することを特徴とする。
【0016】
また、本発明に係る転造圧監視装置の作動プログラムは、外縁の曲率半径が部分的に異なる断面形状をなす母材に転造処理を施した際の、該母材に加わる転造圧を監視する転造圧監視装置に、転造時における圧力の検出情報を用いて転造圧の時間変化を示す転造圧波形を生成し、前記転造圧波形の周期、振幅および位相を推定し、推定した前記周期、前記振幅および前記位相に基づいて転造圧波形を補正し、補正された前記転造圧波形が、予め設定された転造圧の範囲内を推移しているか否かを判定することを実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、母材の形状によらず、転造圧を適切に判定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。なお、図面は模式的なものであって、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合があり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる場合がある。
【0020】
（実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態において製造される雄ねじの構成の一例を示す側面図である。図１に示す雄ねじ１は、ボルト（雄ねじの一種）である。雄ねじ１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）合金からなる母材を用いて形成される。雄ねじ１は、円柱状をなす軸部２と、軸部２の軸線方向（図１の左右方向）の一端に設けられる頭部３と、軸部２と頭部３との境界をなす首部４とを備える。軸部２は、表面にねじ山２１が形成されたねじ部２２を有する。なお、頭部３の形状（六角トリム型）はあくまでも一例に過ぎず、その他の形状（六角フランジ型、なべ型、皿型、トラス型、平型等）を有していても構わない。なお、軸部２の軸線方向において隣り合うねじ山２１間には、ねじ谷２３が形成される。頭部３は必ずしも必要ではなく、頭部を有さない植込みボルト（例えば、ＪＩＳ規格：JIS B 1173）でも構わない。
図１は、本発明の一実施の形態において製造される雄ねじの構成の一例を示す側面図である。図１に示す雄ねじ１は、ボルト（雄ねじの一種）である。雄ねじ１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）合金からなる母材を用いて形成される。雄ねじ１は、円柱状をなす軸部２と、軸部２の軸線方向（図１の左右方向）の一端に設けられる頭部３と、軸部２と頭部３との境界をなす首部４とを備える。軸部２は、表面にねじ山２１が形成されたねじ部２２を有する。なお、頭部３の形状（六角トリム型）はあくまでも一例に過ぎず、その他の形状（六角フランジ型、なべ型、皿型、トラス型、平型等）を有していても構わない。なお、軸部２の軸線方向において隣り合うねじ山２１間には、ねじ谷２３が形成される。頭部３は必ずしも必要ではなく、頭部を有さない植込みボルト（例えば、ＪＩＳ規格：JIS B 1173）でも構わない。
【0021】
雄ねじ１は、棒状の母材に加工等を施すことによって成形される。図２は、本発明の一実施の形態に係る雄ねじの製造方法について説明するフローチャートである。図３は、本発明の一実施の形態に係る雄ねじの製造方法について説明する図である。
【0022】
まず、棒状の母材を用意する（図３の（ａ）参照）。母材としては、断面が真円をなすものや、部分的に曲率半径が異なるもの、矩形や三角形等の角形をなすものがある。本実施の形態では、長手方向と直交する平面で切断した断面のなす外縁が、部分的に曲率半径が異なる形状をなす母材１００を例に説明する。図４は、図３に示す矢視Ａ方向からみた母材端面の平面図である。例えば、図４に示すように、母材１００は、断面のなす外縁の形状が、同じ曲率半径の三つの曲線からなる曲線群であって、組間で曲率半径が互いに異なる二組の曲線群の各曲線を交互に繋げた、部分的に曲率半径が異なる外縁形状をなす。
【0023】
母材１００にヘッダー処理を施す（ステップＳ１０１）。このヘッダー処理では、母材１００を金型で挟み込んで加圧する。ヘッダー処理によって、母材１００の一端が押し潰されて、ねじ部２２を除く軸部２に相当する軸部１０２、頭部３および首部４に相当する頭部１０３および首部１０４を有する第１成形物１１０が作製される（図３の（ｂ）参照）。
【0024】
その後、第１成形物１１０にローリング処理（転造処理）を施す（ステップＳ１０２）。このローリング処理では、ねじ山２１に対応する凹凸が形成された一対のダイスによって第１成形物を挟み込んで加圧し、第１成形物１１０を回転させつつ、一方のダイスを他方のダイスに対して移動させることによって、ねじ山２１およびねじ谷２３に相当するねじ山１０６およびねじ谷１０８が形成される。転造処理によって、ねじ山１０６およびねじ谷１０８からなるねじ部１０７が形成された軸部１０５を有する第２成形物１２０が得られる。
【0025】
転造処理後、第２成形物１２０に熱処理を施す（ステップＳ１０３）。熱処理では、第２成形物１２０を高温下で処理して溶体化（溶体化処理）した後、時効処理を施す。溶体化処理における設定温度は、例えば５００℃～５７０℃に設定され、時効処理における設定温度は、例えば１４０℃～２００℃に設定される。熱処理によって、成形物の硬度が高くなる。
転造処理時、転造の成否を判定する判定処理が、後述する転造圧監視装置によって実施される。
転造処理時、転造の成否を判定する判定処理が、後述する転造圧監視装置によって実施される。
【0026】
その後、熱処理後の第２成形物１２０に表面処理を施す（ステップＳ１０４）。表面処理では、第２成形物１２０に防錆のための表面処理を施す。表面処理によって、図１に示す雄ねじ１が作製される。
【0027】
上述した流れで雄ねじ１が作製される。なお、ステップＳ１０２の転造処理よりも前にステップＳ１０３の熱処理を行ってもよい。
【0028】
続いて、転造処理時に実施する判定処理について、説明する。図５は、本発明の一実施の形態に係る転造圧監視装置の概略構成、および、ローリング処理の概要を説明する図である。転造処理では、ねじ部を形成するためのパターンを有する一対のダイス（固定側ダイス２０１および移動側ダイス２０２）を用いる。具体的には、固定側ダイス２０１に沿って第１成形物１１０を移動させ、該固定側ダイス２０１と移動側ダイス２０２とによって第１成形物１１０を挟み込んで押圧しながら固定側ダイス２０１の一方から他方に移動させる。この際、第１成形物１１０は、長手軸のまわりに自転しながら移動する。
【0029】
ここで、固定側ダイス２０１には、第１成形物１１０が通過する側と反対側の表面に、転造圧を検出する検出センサ２０３が設けられる。検出センサ２０３は、例えば圧力センサを用いて構成され、固定側ダイス２０１に加わる荷重を定期的に検出する。検出センサ２０３は、圧力に応じた検出値を、転造圧監視装置１０に出力する。
【0030】
図６は、図５に示す転造圧監視装置の機能構成を示すブロック図である。図５および図６に示す転造圧監視装置１０は、検出情報取得部１１と、解析部１２と、判定部１３と、入力部１４と、出力部１５と、記憶部１６と、制御部１７とを有する。
【0031】
検出情報取得部１１は、検出センサ２０３と通信可能に接続される。検出情報取得部１１は、取得した検出センサ２０３からの検出値を含む検出情報を、制御部１７に出力する。検出情報取得部１１は、通信インタフェースを用いて構成される。
【0032】
解析部１２は、検出情報取得部１１が取得した検出情報を用いて、転造圧の解析を行う。
【0033】
判定部１３は、解析部１２によって解析された転造圧に関する情報を用いて、監視対象の第１成形物１１０の転造の成否を判定する。
【0034】
入力部１４は、転造圧監視装置１０の動作に関する各種信号の入力を受け付ける。入力部１４は、キーボード、マウス、スイッチ、タッチパネル等を用いて構成される。
【0035】
出力部１５は、制御部１７の制御のもと、画像を表示させたり、音や光を出力させたりする。出力部１５は、ディスプレイ（例えば図５に示すディスプレイ１０ａ）や、スピーカー、光源等を用いて構成される。
【0036】
記憶部１６は、制御部１７が各種動作を実行するためのプログラム（例えば後述する転造圧を監視するためのプログラム）や、転造の判定処理に関する閾値（許容範囲）等を記憶する。記憶部１６は、揮発性メモリや不揮発性メモリを用いて構成されるか、またはそれらを組み合わせて構成される。例えば、記憶部１６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を用いて構成される。
【0037】
制御部１７は、転造圧監視装置１０の各構成部品の動作処理を制御する。制御部１７は、例えば、検出情報取得部１１が検出センサ２０３から検出情報を取得した際に、解析部１２に転造圧の解析を実施させ、判定部に転造の成否を判定させる。また、制御部１７は、判定部１３の判定結果に基づいて、出力部１５に判定結果に関する出力動作を実施させる。
【0038】
解析部１２、判定部１３および制御部１７は、それぞれ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサや、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の機能を実行する各種演算回路等のプロセッサを用いて構成される。
【0039】
続いて、転造処理時の転造圧監視処理について、図７～図１７を参照して説明する。図７は、断面が真円の母材に転造処理を施した際の転造圧の時間変化の一例を示す図である。図７は、断面が真円の母材をダイス間に導入し、転造処理をした際の転造圧波形を示す。横軸は時間、縦軸は転造圧を示す。また、図８～図１２は、転造処理時の第１成形物および移動側ダイスの動きを説明する図である。以下、図５に示す一対のダイス（固定側ダイス２０１および移動側ダイス２０２）に第１成形物１１０を導入した場合を例として説明する。断面が真円の母材では、母材に対する加圧位置によらず、一定の圧力（転造圧）が加わるため、転造圧は各期間において線形に変化する。
【0040】
転造圧がゼロの期間Ｔ1は、第１成形物が固定側ダイスと移動側ダイスによって挟まれる前の状態である。この状態では、図８に示すように、第１成形物１１０の軸部１０２が固定側ダイス２０１に配置され、移動側ダイス２０２とは接触していない。
【0041】
転造圧がゼロから増大する期間Ｔ2は、第１成形物が移動側ダイスとの接触を開始し、該移動側ダイスからの荷重が増大する状態である。この状態では、図９に示すように、軸部１０２が移動側ダイス２０２との接触し、固定側ダイス２０１とによって挟まれる。
【0042】
転造圧が最大値を維持する期間Ｔ3は、第１成形物が移動側ダイスと固定側ダイスとに挟まれて転造される状態である。この状態では、図１０に示すように、軸部１０２が、固定側ダイス２０１と移動側ダイス２０２とに挟まれて回転しながら移動する。
【0043】
転造圧が最大値からゼロに減少する期間Ｔ4は、第１成形物と移動側ダイスとが徐々に離れていく状態である。この状態では、図１１に示すように、軸部１０２が、固定側ダイス２０１と移動側ダイス２０２とに挟まれて回転しながら移動側ダイス２０２から離れていく。
【0044】
転造圧が再びゼロを維持する期間Ｔ5は、第１成形物が移動側ダイスから完全に離れた状態である。この状態では、図１２に示すように、転造処理によって形成された軸部１０５が移動側ダイス２０２から完全に離れる。
【0045】
転造処理の成否は、処理中の転造圧が許容範囲内であるか否かによって判定される。解析部１２は、検出センサ２０３から取得した検出値に基づいて、転造圧を算出する。その後、判定部１３によって転造圧が適切な値であるか否かが判定される。
【0046】
図１３は、転造圧の許容範囲について説明する図である。許容範囲は、理論的な転造圧波形（例えば図７参照）に対して上限値と下限値とが設定される。例えば、図１３に示すように、処理時間に対する上限値を示す上限値波形ＬHと、処理時間に対する下限値を示す下限値波形ＬLとが設定される。判定部１３は、各時刻において測定された転造圧が、上限値と下限値との間を推移している否かを判定する。判定部１３によって転造圧が不適切な値になっていると判定した場合、制御部１７は、出力部１５に、転造圧が異常値となっている旨を報知する。この際、出力部１５は、画像表示、光、音等の少なくとも一つによって、異常値である旨を報知する。なお、制御部１７は、正常と判定された場合、出力部１７に、その判定結果を表現する出力を行わせてもよい。
【0047】
ここで、外縁の曲率半径が部分的に異なる断面形状をなす母材（以下、異形母材ということがある）を転造する場合の転造圧の処理について説明する。断面が真円とは異なる場合、測定された転造圧の時間変化におけるｓｉｎ成分を低減することによって、真円において使用される判定用の許容範囲（図１３参照）を共用することができる。ｓｉｎ成分の低減には、母材に対する転造圧の周期（周波数）、振幅および位相の情報が必要である。母材の転造圧の周期（周波数）、振幅および位相に基づいて、得られた転造圧を減算することによって、疑似的に真円の転造圧波形を生成し、この転造圧波形と許容範囲とを比較することによって転造処理の成否が判定される。
【0048】
図１４は、断面が真円とは異なる形状の母材を転造して得られる転造圧のｓｉｎ波形成分の一例を示す図である。例えば、一対のダイスによって母材を挟み込んで一様な荷重を加えながら、自転する母材を移動させた場合に、転造圧が図１４に示す周期性を有する母材について考える。図１４に示すｓｉｎ波形成分は、周期が０．３６０秒（≒２．７７８Ｈｚ）、振幅が０．０５である。
【0049】
図１５は、図７に示す真円の転造圧波形と、図１４に示すｓｉｎ波形とを合成した合成波形を示す図である。図１４に示す異形母材のｓｉｎ波形と、真円の転造圧波形とを合成すると、図１５に示す合成波形を得る。図１４に示すｓｉｎ波形を示す母材を使用して転造処理を実施した場合、実測値に基づいて生成される転造圧波形は、理論的には、図１５に示す合成波形となる。なお、本実施の形態では、図１４に示すｓｉｎ波形成分を有する異形母材の理想的な転造圧波形が不明であり、当該異形母材のｓｉｎ波形と、真円の母材の転造圧波形とを合成した合成波形を、異形母材の理想的な転造圧波形とする例について説明するが、製造前試験等によって当該異形母材を転造して得た転造圧波形を、当該異形母材の理想的な転造圧波形としてもよい。
【0050】
まず、母材の転造圧の周期（周波数）の推定について説明する。図１６は、図１４に示す転造圧波形に高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）を施して周波数解析することによって得られる周波数スペクトルを示す図である。図１５に示す合成波形にＦＦＴを施すと、図１６に示す周波数スペクトルが得られる。図１６の横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は強度を示す。この場合の強度はその周波数における振幅に相当する。図１６に示すように、ある波形にＦＦＴを施すと、その波形において支配的な周波数成分を推定することができる。図１６に示す周波数スペクトルでは、２．７７８Ｈｚ辺りの強度が高くなっていることが分かる。これは、この母材のｓｉｎ波形の周期に相当する。このように、母材の転造圧波形にＦＦＴを施すことによって、その母材の周波数を推定できる。
【0051】
続いて、母材の転造圧の振幅の推定について説明する。図１６に示す周波数スペクトルの強度をデータ点数／２の値で割ると、振幅値に近い値が得られる。例えば、図１６に示す周波数スペクトルが４０９６のデータ点数でＦＦＴを施した結果である場合、４０９６／２＝２０４８となる。ｓｉｎ波形の２．７７８Ｈｚ付近の強度である１０２．９８３を２０４８で割ると、およそ０．０５となる。このように、合成波形にＦＦＴを施して得られるスペクトルから、振幅を算出することができる。
【0052】
次に、母材の転造圧の位相の推定について説明する。図１７は、ｓｉｎ波形成分の位相推定について説明する図である。なお、図１７に示す転造圧波形Ｓ1は、実測値に基づいて生成される波形の一例であり、説明のために、図１５に示す合成波形の位相を９０°だけ進めたものである。解析部１２は、上述したようにして推定された周波数と振幅とを用いて、実測値に基づく転造圧波形Ｓ1と、フィッティング用のｓｉｎ波形Ｓ2とのフィッティングを行う。
【0053】
ここで、フィッティング用のｓｉｎ波形Ｓ2は、時刻をｔ、周期をｆ、振幅をＡ、位相をφとして、下式（１）で表現することができる。
ｆ（ｔ）＝Ａ・ｓｉｎ（２πｆｔ－φ） ・・・（１）
解析部１２は、上式（１）を用いて転造圧波形とフィッティング用のｓｉｎ波形との差（残差二乗和）が最小となる位相を求めることによって、位相を推定する。
ｆ（ｔ）＝Ａ・ｓｉｎ（２πｆｔ－φ） ・・・（１）
解析部１２は、上式（１）を用いて転造圧波形とフィッティング用のｓｉｎ波形との差（残差二乗和）が最小となる位相を求めることによって、位相を推定する。
【0054】
解析部１２は、上述したようにして推定した周波数、振幅および位相を用いて、実測値に基づく転造圧波形（例えば図１７に示す転造圧波形Ｓ1）から、ｓｉｎ波形成分を低減する。解析部１２は、転造圧の時間変化から、位相を揃えて、振幅を減算することによって、ｓｉｎ成分を低減する。具体的には、解析部１２は、推定した周波数、振幅および位相を用いてｓｉｎ波形を生成する。この際に生成されるｓｉｎ波形のデータは、時間（測定間隔）およびデータ数を、実際に測定した転造圧波形の時間およびデータ数と同じにする。解析部１２は、実測値に基づく転造圧波形の各時間のデータ点（転造圧）に対し、生成したｓｉｎ波形の対応する時間の値を引き算することによってｓｉｎ成分を低減する。転造圧波形からｓｉｎ波形成分を低減すると、断面形状に起因する転造圧波形の揺らぎが除去され、理論的には、図７に示す、断面が真円をなす母材の場合と同様の転造圧波形を得ることができる。
【0055】
図１８は、ｓｉｎ波形成分を低減後の転造圧波形を示す図である。ｓｉｎ波形成分が低減された転造圧波形ＬSは、転造処理が適切に実施されている場合、上限値波形ＬHと下限値波形ＬLとの間を推移する。この転造圧波形が、上限値を超えるか、下限値を下回るかを、検出センサが検出した測定時刻ごとに判定部１３が判定することによって、転造処理の成否を判定することができる。制御部１７は、判定部１３の判定結果に応じて、出力部１５に判定結果を出力させる。
【0056】
以上説明した本発明の実施の形態によれば、断面形状に対応する周波数、振幅、位相に応じて転造圧波形を補正することによって、断面形状に起因する転造圧波形の揺らぎを除去した転造圧波形を生成し、この波形に基づいて転造処理の成否を判定するようにしたので、母材の形状によらず、転造圧を適切に判定することができることができる。例えば、転造圧波形のｓｉｎ成分を低減せずに許容範囲を設定する場合、ｓｉｎ波形の時間変化は、母材の個体差や、ダイス間に投入する母材の位置によって変わる可能性があるため、仮に母材の種類ごとに共通の許容範囲を設定したとしても、その時刻で取りうる最大振幅に設定する必要があり、許容範囲が不要に大きくなる。本実施の形態では、周期、振幅および位相を推定してｓｉｎ成分を減算することによって、断面形状に起因する転造圧波形の揺らぎを除去することができ、その結果、許容範囲を必要以上に大きくすることなく設定しても、適切に転造圧の判定を実施することができる。
【0057】
なお、実施の形態では、合成波形にＦＦＴを施して周波数および振幅を推定する例について説明したが、母材を用いて事前に製造テストを行って、該テストの結果から周波数および振幅を予め指定するようにしてもよい。使用する母材の断面形状が同じであれば、得られる転造圧波形やスペクトルも同じものとなる。したがって、同じ形状の母材についてはｓｉｎ波形、振幅は同じになると考えられる。
【0058】
（変形例１）
次に、上述した実施の形態の変形例１について、図１９を参照して説明する。変形例１では、転造圧波形のｓｉｎ成分の周波数の推定の他の例について説明する。上述した実施の形態では、周波数解析を行って転造圧波形の周波数を推定する例について説明したが、変形例１では、転造圧波形を微分することによって周波数を推定する。図１９は、図１５に示す合成波形を微分して得られる波形を示す図である。図１９の横軸は時間、縦軸は振幅の変化量を示す。図１５に示す合成波形を微分すると、ｓｉｎ成分がｃｏｓ成分として残った波形が得られる。この際、ｓｉｎ成分以外の成分は一次関数的に推移する場合は定数成分に変化する。ここで、微分によって得られる波形は、転造圧がピーク値を示す際にゼロに近付くため、ゼロ付近の時刻を抽出して、その間隔から周波数を推定することができる。なお、時間的に隣り合う時刻は、半周期となるため、時間を２倍にするか、周波数を１／２周期にするかのどちらかとする必要がある。このことから、解析部１２は、実測値に基づく転造圧波形を微分することによって、転造圧波形のｓｉｎ成分の周波数を推定することができる。
次に、上述した実施の形態の変形例１について、図１９を参照して説明する。変形例１では、転造圧波形のｓｉｎ成分の周波数の推定の他の例について説明する。上述した実施の形態では、周波数解析を行って転造圧波形の周波数を推定する例について説明したが、変形例１では、転造圧波形を微分することによって周波数を推定する。図１９は、図１５に示す合成波形を微分して得られる波形を示す図である。図１９の横軸は時間、縦軸は振幅の変化量を示す。図１５に示す合成波形を微分すると、ｓｉｎ成分がｃｏｓ成分として残った波形が得られる。この際、ｓｉｎ成分以外の成分は一次関数的に推移する場合は定数成分に変化する。ここで、微分によって得られる波形は、転造圧がピーク値を示す際にゼロに近付くため、ゼロ付近の時刻を抽出して、その間隔から周波数を推定することができる。なお、時間的に隣り合う時刻は、半周期となるため、時間を２倍にするか、周波数を１／２周期にするかのどちらかとする必要がある。このことから、解析部１２は、実測値に基づく転造圧波形を微分することによって、転造圧波形のｓｉｎ成分の周波数を推定することができる。
【0059】
（変形例２）
次に、上述した実施の形態の変形例２について、図２０を参照して説明する。変形例２では、転造圧波形のｓｉｎ成分の周波数の推定の他の例について説明する。図２０は、図１９に示す波形をさらに微分して得られる波形を示す図である。図２０の横軸は時間、縦軸は変化量を示す。ここで、転造圧波形の二回微分することによって、ｓｉｎ成分を再抽出した波形となる。解析部１２は、変形例１と同様に、解析部１２は、ゼロ付近の時刻を抽出して、その間隔から周波数を推定することができる。
次に、上述した実施の形態の変形例２について、図２０を参照して説明する。変形例２では、転造圧波形のｓｉｎ成分の周波数の推定の他の例について説明する。図２０は、図１９に示す波形をさらに微分して得られる波形を示す図である。図２０の横軸は時間、縦軸は変化量を示す。ここで、転造圧波形の二回微分することによって、ｓｉｎ成分を再抽出した波形となる。解析部１２は、変形例１と同様に、解析部１２は、ゼロ付近の時刻を抽出して、その間隔から周波数を推定することができる。
【0060】
（変形例３）
次に、上述した実施の形態の変形例３について、図２１を参照して説明する。変形例３では、転造圧波形のｓｉｎ成分の振幅の推定の他の例について説明する。上述した実施の形態では、周波数解析を行って転造圧波形の振幅を推定する例について説明したが、変形例３では、推定された周期（周波数）から振幅を推定する。図２１は、本発明の変形例３に係る転造圧波形の振幅の推定を説明するための図である。図２１に示す波形は、図１５に示す転造圧波形（合成波形）と同等の波形である。解析部１２は、得られた転造圧波形から推定した周波数をもとに、転造圧波形の横軸を区切る。例えば、解析部１２は、推定した周波数に基づいて、転圧波形の一部を、区間Ｔ11、Ｔ12として区切る。解析部１２は、区間の最大値を抽出して、その転造圧波形の振幅とする。例えば、解析部１２は、区間Ｔ11、Ｔ12との最大値Ｐ11、Ｐ12を抽出する。この際、解析部１２は、複数の区間に区切った場合、代表の区間を設定して、その区間の最大値を抽出してもよいし、各区間の最大値から代表値を算出してもよい。代表値は、最大値、最小値、平均値および最頻値のうちのいずれかとする。このようにして、解析部１２は、推定された周期で区切った区間から、転造圧波形の振幅を推定することができる。
次に、上述した実施の形態の変形例３について、図２１を参照して説明する。変形例３では、転造圧波形のｓｉｎ成分の振幅の推定の他の例について説明する。上述した実施の形態では、周波数解析を行って転造圧波形の振幅を推定する例について説明したが、変形例３では、推定された周期（周波数）から振幅を推定する。図２１は、本発明の変形例３に係る転造圧波形の振幅の推定を説明するための図である。図２１に示す波形は、図１５に示す転造圧波形（合成波形）と同等の波形である。解析部１２は、得られた転造圧波形から推定した周波数をもとに、転造圧波形の横軸を区切る。例えば、解析部１２は、推定した周波数に基づいて、転圧波形の一部を、区間Ｔ11、Ｔ12として区切る。解析部１２は、区間の最大値を抽出して、その転造圧波形の振幅とする。例えば、解析部１２は、区間Ｔ11、Ｔ12との最大値Ｐ11、Ｐ12を抽出する。この際、解析部１２は、複数の区間に区切った場合、代表の区間を設定して、その区間の最大値を抽出してもよいし、各区間の最大値から代表値を算出してもよい。代表値は、最大値、最小値、平均値および最頻値のうちのいずれかとする。このようにして、解析部１２は、推定された周期で区切った区間から、転造圧波形の振幅を推定することができる。
【0061】
（変形例４）
次に、上述した実施の形態の変形例４について、図２２を参照して説明する。変形例４は、転造圧波形のｓｉｎ成分の振幅の推定の他の例について説明する。変形例４は、転造圧波形を二回微分した波形から振幅を推定する。図２２は、本発明の変形例４に係る転造圧波形の振幅の推定を説明するための図である。図２２に示す波形は、図２０に示す二回微分後の波形と同等の波形である。解析部１２は、推定した周波数をもとに、転造圧波形を二回微分して得られた波形の横軸を区切る。例えば、解析部１２は、推定した周波数に基づいて、二回微分後の波形の一部を、区間Ｔ21、Ｔ22として区切る。解析部１２は、区間の最大値を抽出して、その転造圧波形の振幅とする。例えば、解析部１２は、区間Ｔ21、Ｔ22との最大値Ｐ21、Ｐ22を抽出する。この際、解析部１２は、複数の区間に区切った場合、代表の区間を設定して、その区間の最大値を抽出してもよいし、各区間の最大値から代表値を算出してもよい。代表値は、変形例３と同様である。このようにして、解析部１２は、推定された周期で区切った区間から、転造圧波形の振幅を推定することができる。ここで、上述した変形例３のような一回微分の波形では、区間によってはｓｉｎ成分以外の成分を含んで相対的に高い値となる場合があるが、本変形例４のように二回微分した場合はｓｉｎ成分のみとして振幅を推定することが可能である。
次に、上述した実施の形態の変形例４について、図２２を参照して説明する。変形例４は、転造圧波形のｓｉｎ成分の振幅の推定の他の例について説明する。変形例４は、転造圧波形を二回微分した波形から振幅を推定する。図２２は、本発明の変形例４に係る転造圧波形の振幅の推定を説明するための図である。図２２に示す波形は、図２０に示す二回微分後の波形と同等の波形である。解析部１２は、推定した周波数をもとに、転造圧波形を二回微分して得られた波形の横軸を区切る。例えば、解析部１２は、推定した周波数に基づいて、二回微分後の波形の一部を、区間Ｔ21、Ｔ22として区切る。解析部１２は、区間の最大値を抽出して、その転造圧波形の振幅とする。例えば、解析部１２は、区間Ｔ21、Ｔ22との最大値Ｐ21、Ｐ22を抽出する。この際、解析部１２は、複数の区間に区切った場合、代表の区間を設定して、その区間の最大値を抽出してもよいし、各区間の最大値から代表値を算出してもよい。代表値は、変形例３と同様である。このようにして、解析部１２は、推定された周期で区切った区間から、転造圧波形の振幅を推定することができる。ここで、上述した変形例３のような一回微分の波形では、区間によってはｓｉｎ成分以外の成分を含んで相対的に高い値となる場合があるが、本変形例４のように二回微分した場合はｓｉｎ成分のみとして振幅を推定することが可能である。
【0062】
（変形例５）
次に、上述した実施の形態の変形例５について、図２３を参照して説明する。変形例５では、転造圧波形のｓｉｎ成分の位相の推定の他の例について説明する。上述した実施の形態では、周波数解析を行って転造圧波形の振幅を推定する例について説明したが、変形例５では、推定された周期（周波数）から振幅を推定する。図２３は、本発明の変形例５に係る転造圧波形の位相の推定を説明するための図である。なお、図２３に示す転造圧波形Ｓ1と、フィッティング用のｓｉｎ波形Ｓ2とは、図１７と同様である。解析部１２は、ｓｉｎ波形Ｓ2を転造圧波形Ｓ1に重ねて、最も一致度が高くなるｓｉｎ波形Ｓ2´を求める。このように、波形からフィッティングさせることによって、転造圧波形の位相を推定してもよい。
次に、上述した実施の形態の変形例５について、図２３を参照して説明する。変形例５では、転造圧波形のｓｉｎ成分の位相の推定の他の例について説明する。上述した実施の形態では、周波数解析を行って転造圧波形の振幅を推定する例について説明したが、変形例５では、推定された周期（周波数）から振幅を推定する。図２３は、本発明の変形例５に係る転造圧波形の位相の推定を説明するための図である。なお、図２３に示す転造圧波形Ｓ1と、フィッティング用のｓｉｎ波形Ｓ2とは、図１７と同様である。解析部１２は、ｓｉｎ波形Ｓ2を転造圧波形Ｓ1に重ねて、最も一致度が高くなるｓｉｎ波形Ｓ2´を求める。このように、波形からフィッティングさせることによって、転造圧波形の位相を推定してもよい。
【0063】
（変形例６）
次に、上述した実施の形態の変形例６について、図２４を参照して説明する。変形例６では、転造圧波形のｓｉｎ成分の位相の推定の他の例について説明する。上述した実施の形態では、周波数解析を行って転造圧波形の振幅を推定する例について説明したが、変形例６では、推定された周期（周波数）から位相を推定する。図２４は、本発明の変形例６に係る転造圧波形の位相の推定を説明するための図である。図２４に示す波形は、図１５に示す転造圧波形（合成波形）と同等の波形である。解析部１２は、得られた転造圧波形から推定した周波数をもとに、転造圧波形の横軸を区切る。例えば、解析部１２は、推定した周波数に基づいて、転圧波形の一部を、区間Ｔ31、Ｔ32として区切る。解析部１２は、区間の最大値を抽出して、その時刻から位相を推定する。例えば、解析部１２は、区間Ｔ31、Ｔ32との最大値Ｐ31、Ｐ32を抽出する。この際、解析部１２は、例えば、最大値Ｐ31の時刻を抽出し、その時刻から転造圧波形の位相を推定する。なお、抽出される時刻から求められる時間は、１／４周期となるため、時間を４倍にするか、周波数を１／４周期にするかのどちらかとする必要がある。このことから、解析部１２は、実測値に基づく転造圧波形を周波数に基づいて時間を区切り、区切った区間から最大値に対応する時刻を抽出することによって、転造圧波形のｓｉｎ成分の位相を推定することができる。
次に、上述した実施の形態の変形例６について、図２４を参照して説明する。変形例６では、転造圧波形のｓｉｎ成分の位相の推定の他の例について説明する。上述した実施の形態では、周波数解析を行って転造圧波形の振幅を推定する例について説明したが、変形例６では、推定された周期（周波数）から位相を推定する。図２４は、本発明の変形例６に係る転造圧波形の位相の推定を説明するための図である。図２４に示す波形は、図１５に示す転造圧波形（合成波形）と同等の波形である。解析部１２は、得られた転造圧波形から推定した周波数をもとに、転造圧波形の横軸を区切る。例えば、解析部１２は、推定した周波数に基づいて、転圧波形の一部を、区間Ｔ31、Ｔ32として区切る。解析部１２は、区間の最大値を抽出して、その時刻から位相を推定する。例えば、解析部１２は、区間Ｔ31、Ｔ32との最大値Ｐ31、Ｐ32を抽出する。この際、解析部１２は、例えば、最大値Ｐ31の時刻を抽出し、その時刻から転造圧波形の位相を推定する。なお、抽出される時刻から求められる時間は、１／４周期となるため、時間を４倍にするか、周波数を１／４周期にするかのどちらかとする必要がある。このことから、解析部１２は、実測値に基づく転造圧波形を周波数に基づいて時間を区切り、区切った区間から最大値に対応する時刻を抽出することによって、転造圧波形のｓｉｎ成分の位相を推定することができる。
【0064】
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、転造処理を施して製造する製品に対して適用可能である。
【0065】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。
【0066】
以上説明したように、本発明に係る転造圧監視装置および転造圧監視装置の作動プログラムは、母材の形状によらず、転造圧を適切に判定するのに好適である。
【符号の説明】
【0067】
１ 雄ねじ
２ 軸部
３ 頭部
４ 首部
１０ 転造圧監視装置
１１ 検出情報取得部
１２ 解析部
１３ 判定部
１４ 入力部
１５ 出力部
１６ 記憶部
１７ 制御部
２１ ねじ山
２２ ねじ部
２３ ねじ谷
２０１ 固定側ダイス
２０２ 移動側ダイス
２０３ 検出センサ
２ 軸部
３ 頭部
４ 首部
１０ 転造圧監視装置
１１ 検出情報取得部
１２ 解析部
１３ 判定部
１４ 入力部
１５ 出力部
１６ 記憶部
１７ 制御部
２１ ねじ山
２２ ねじ部
２３ ねじ谷
２０１ 固定側ダイス
２０２ 移動側ダイス
２０３ 検出センサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】