省エネルギと精密加工を両立する低熱負荷加工システムの構築

Research Project

Project/Area Number	21K14056
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	森幸太郎京都大学, 工学研究科, 特定助教 (70869130)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000) Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords	工作機械 / 熱変位 / 冷却 / 省エネルギ
Outline of Research at the Start	これまでの機械加工工場では，室温を基準温度一定に制御することが一般的であった．工作機械の稼働状況に合わせて空調を調節することで，エネルギ消費を削減できると考えられる．一方で，同時に熱変位を考慮する必要がある．そこで，本研究では，工作機械自体に生じる熱変位ではなくワークに転写される加工誤差を考慮する．そして，実用上許容される範囲に熱変位を抑制しつつ，空調設定を調節することで消費電力を削減できる機械加工システムを提案する．
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，実用上許容される範囲に熱変位を抑制しつつこれまでは過剰に抑制されていた熱変位に対して実用上許容される範囲を明らかにし，空調設定を調節することで消費電力を削減できる機械加工システムの構築を目指している．本研究の取り組みは，① 熱変位モデルの構築・② 熱負荷モデルの構築である．② 熱負荷モデルの構築については，これまでに概ねの目途がたっている．そこで，本年度は① 熱変位モデルの構築に主に取り組んだ．具体的には，温度変化により生じた熱変位から，実際にワークの加工誤差に転写される量を予測するためのモデルの構築に取り組んでいる．加工誤差を予測するためには熱変位の空間的把握が必要だとこれまでにわかった．そこで，熱変位の空間的把握を実現するため，複数の魚眼カメラを３次元再構成することで，熱変位の３次元分布を測定する方法の構築を目指している．昨年に引き続き，測定法の確立を行った．ターゲットに用いる高輝度マーカーを新たに開発した．マーカーを高輝度化することで，撮像時の輝度分布がモデル分布に近くなり，位置同定の精度が改善されることがわかった．実機での実験とシミュレーションにより構築した測定法の，測定精度・安定性などについて検討した．その結果，構築した測定法により，熱変位などの相対変位をミクロンオーダーの精度で測定することができるとわかった．要求される測定範囲を実現するには，画像上でレンズ周縁部にあたる測定点でレンズ収差などから生じる測定誤差を改善する必要がある．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 熱変位測定法の目途がたったため．
Strategy for Future Research Activity	上述のとおり，測定誤差の改善が必要なため取り組む．また，熱変位・熱負荷の両モデルを統合し，最終的なシステムの構築に取り組む