多面体較正法による放電加工機上での三次元形状評価システムの開発

• Project/Area Number: 06750246
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Dynamics/Control
• Research Institution: Toyota Technological Institute
• Principal Investigator: 古谷 克司 豊田工業大学, 工学部, 講師 (00238685)
• Project Period (FY): 1994
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1994)
• Budget Amount: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1994: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 機上計測 / 形状評価 / 較正用基準立体 / 放電加工 / マニピュレータ / 三角形分割 / 三次元形状 / 相互相関

Research Abstract

放電加工におけるμmオーダの高精度加工を実現するためには、電極および工作物形状の時間的推移を正確に把握する必要がある。本研究では、これらを加工機から取り外すことなく、放電加工機上で自動的に三次元形状計測できる装置を開発するとともに、それを用いた三次元形状評価システムを開発することを目的とする。そのための計測法には、多面体を較正基準に用いた方式を用いた(この方式を多面体較正法と呼ぶことにする)。
本年度は以下のことを行った。
1.計測プローブ保持用アームの試作
計測プロセスを自動化するためには、プローブの姿勢を設計データに基づき制御する必要がある。そのため、自身の姿勢を検知可能なプローブ保持用アームを製作した。関節をボールジョイントとしたため、小型で3自由度を持つアームが試作できた。駆動源をアーム内に持たせず、NCテーブルの動きによりアームの姿勢を変更することにした。アームの姿勢は、関節内に配置したフォトトランジスタの出力より測定した。
フォトトランジスタによる姿勢の測定誤差は4度以内であった。本アームにプローブを取り付けて測定した結果、形状測定の結果の誤差は数μmであった。これより、本アームが多面体較正法に適用可能であることが明らかになった。
2.計測点群を用いた形状評価システムの開発
形状評価を行うための手順を以下に示す。
(1)計測点群に対してデロニ-分割を行い、評価対象となる形状を三角形要素を持つサーフェスモデルで表現する。
(2)基準形状と評価対象形状は任意の座標系に置かれている。そこで、これらの相互相関を計算することで、座標系を一致させる。
(3)対応する三角形要素を探索し、それらの面間距離を求める。
実際の放電加工プロセスに適用した結果、10μmオーダの分解能で電極と工作物の相対位置と形状誤差を得ることができた。