プレス機の力を測定するには、ロードセルと呼ばれる特殊なセンサーを使用し、加えられる力の経路に配置します。プレス機はトン数で定格されることが多いですが、これは最大理論容量です。ロードセルは、操作中に加えられる実際の力をトン、ポンドフォース（lbf）、またはキロニュートン（kN）で表示されるリアルタイムの直接的な電子測定値を提供します。
プレス機のトン数定格はポテンシャルを示しますが、ワークピースに加えられる実際の力を確認するものではありません。真のプロセス制御と品質保証のためには、定格に頼ることから直接的な力測定の実施へと移行する必要があります。
力測定の原理
機械の定格と実際の出力の違いを理解することが、プレス加工アプリケーションの制御を習得するための最初のステップです。ここで正確な測定が極めて重要になります。
定格トン数から実際の力へ
プレス機は100トン定格であっても、実際に加えられる力は、油圧作動油の温度、シールの摩耗、摩擦、特定のジョブ設定などの要因によって影響を受ける可能性があります。
単に機械の定格を信頼するのは推測にすぎません。力を直接測定することで、その推測はすべてのサイクルで検証可能な事実に変わります。
ロードセルの役割
ロードセルは、機械的な力を測定可能な電気信号に変換するトランスデューサーです。プレス内部の巨大な力に耐えるように設計された、非常に耐久性があり、極めて正確なスケールだと考えてください。
力を加えるプレス機のコンポーネント間に配置されると、ワークピースに加えられる圧縮または張力を正確に測定します。
ひずみゲージロードセルの仕組み
最も一般的なタイプのロードセルは、ひずみゲージを使用します。これらは、ロードセル内の精密機械加工されたスチールまたはアルミニウムの本体に接着された、微小で高感度の箔です。
プレスが力を加えると、ロードセルの本体が微視的に変形します。このわずかな変形がひずみゲージを伸ばしたり圧縮したりし、それらの電気抵抗を変化させます。この抵抗の変化は加えられた力に正比例し、校正された読み取り値に変換されます。
プレス力の測定の主要な方法
プレス力を測定するには3つの主要な方法があり、それぞれに特有の用途と精度のレベルがあります。選択する方法は、継続的な監視が必要か、定期的なチェックが必要かによって異なります。
1. 統合ロードセル（インプロセス監視）
これは最も高度で正確な方法です。ロードセルは、ラム、ピットマンアーム、またはフレームタイロッドなど、プレス機械の一部として恒久的に設置されます。
このセットアップは、すべての単一機械サイクルに対してリアルタイムの力データを提供します。これにより、正確な制御、障害検出（例：部品の欠落）、品質保証のためのデータロギングが可能になります。
2. ポータブルロードセル（校正およびスポットチェック）
検証とトラブルシューティングのために、ポータブルなディスク状のロードセルが使用されます。このデバイスは、通常作業が行われるダイスペースに一時的に配置されます。
プレス機をさまざまな力レベルでサイクルさせ、ポータブルロードセルの読み取り値をプレス機の内部ゲージまたは設定と比較します。これは、プレス機を校正し、仕様どおりに動作していることを確認するための標準的な方法です。
3. 油圧によって間接的に測定する
油圧プレスでは、油圧シリンダー内の圧力を測定することにより、力を推定できます。公式は力 = 圧力 × 面積であり、「面積」は油圧ピストンの表面積です。
これはシンプルで安価ですが、精度は低くなります。これはツールに加えられる力を測定するのではなく、油圧システムによって生成される力を測定します。シリンダーシールやプレスガイドシステムにおける摩擦による力損失を考慮に入れることができません。
トレードオフの理解
測定戦略の選択には、精度の必要性とコストおよび実装の複雑さとのバランスを取る必要があります。単一の方法がすべての状況に最適であるわけではありません。
精度 対 コスト
統合ロードセルは最高の精度と再現性を提供しますが、初期投資が最も大きくなります。間接的な圧力測定は最も安価ですが、信頼性も最も低く、10%以上の誤差が生じる可能性があります。ポータブルロードセルは中間的な解決策を提供し、完全なシステム統合のコストなしに定期的な監査に対して高い精度を提供します。
直接測定 対 間接測定
ロードセルによる直接測定は常に優れています。これは作業点での力を測定するものであり、完成品の品質にとって重要な唯一の力です。
間接測定（油圧）は、この力を推測するだけであり、摩擦、温度変動、機械的摩耗による誤差の影響を受けやすく、深刻なプロセス上の問題を隠してしまう可能性があります。
校正は譲れない
すべての力測定機器、特にロードセルや圧力計は、時間の経過とともにずれが生じる可能性があります。既知のトレーサブルな標準に対して定期的に校正する必要があります。校正されていないセンサーは数値を返しますが、信頼できる情報を提供するわけではありません。
目的のための正しい選択
測定戦略は、一貫した部品品質の確保、機械の健全性の検証、または単なる基本的な動作の確認など、最終的な目標によって決定されるべきです。
- 主な焦点がプロセス品質と制御である場合： リアルタイムの100%インプロセス力監視のために、統合ロードセルシステムを使用します。
- 主な焦点が機械の検証または定期的な監査である場合： ポータブルロードセルシステムは、機器を校正するための最も実用的で費用対効果の高いツールです。
- 主な焦点が油圧プレスの基本的な動作チェックである場合： 油圧圧力を監視することで大まかな推定値を得ることはできますが、その大きな制限を認識しておく必要があります。
想定される定格から直接測定に移行することにより、製造プロセスに対する正確で実用的な制御が得られます。
概要表：
| 方法 | 精度 | 主な用途 | 重要な考慮事項 |
|---|---|---|---|
| 統合ロードセル | 最高 | リアルタイム、100%インプロセス監視 | プロセス制御と品質保証に最適 |
| ポータブルロードセル | 高 | 校正、スポットチェック、監査 | 定期的な機械検証に最適 |
| 油圧圧力 | 低い（推定値） | 基本的な動作チェック | 摩擦や摩耗エラーの影響を受けやすい |
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- リアルタイムの力監視による一貫した部品品質の確保。
- 正確な校正ツールによる機械の健全性と性能の検証。
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