| Project/Area Number |
22K14160
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
大和 駿太郎 京都大学, 工学研究科, 特定助教 (00908486)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 送り速度計画 / 時間依存プロセス / FJP / CAM / 基底関数 / 逆問題 / 3次元自由形状創成 / CNC / 送り速度スケジューリング |
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| Outline of Research at the Start |
レーザや流体ジェットを援用した近年の先進的な加工技術の多くは「時間依存プロセス」であり，非時間依存プロセスである切削加工とは本質的に大きく異なる．この点を強く認識し，時間依存プロセスのための新しい原理に基づく生産支援システム及び学術的な枠組みを早急に構築していく必要がある．本研究では，特に流体ジェット研磨（FJP）を対象とし，時間依存プロセスのための新たな工程設計アルゴリズムを提案するとともに，CAM-CNC統合型FJPシステム構築する．これにより，目標形状入力から機械がリアルタイムに時間依存プロセスの工程設計・制御を行い，精密形状を直接創成する革新的知能化システムを実現する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
FJPプロセスにおいて，最終的な研磨形状は，プロセス影響関数（PIF：単位時間当たりの材料除去フットプリント）と，各工具パス点での滞留時間密度（＝送り速度の逆数）の畳み込み積分によって決定される．そのため，研磨形状を精密に制御するには，同定したPIFに基づき逆畳み込み積分（＝逆問題）を解いて送り速度を計画することが必要である．昨年度は，機械軸制約を考慮した低計算負荷かつ精緻な送り速度計画法の開発に取り組んだ．
本年度は，昨年度構築した送り速度計画アルゴリズムを組み込み実装可能なFJPテストスタンドの構築を行った．構築したテストスタンドは並進3軸+回転3軸を有する6軸加工機であり，EtherCATプロトコルによって同期制御される．テストスタンドはオープンCNC装置によって制御されるため，制御系の自由な構築が可能である．流体ジェット用のポンプには縦型モーノポンプを用いることで流量脈動を抑えるとともに，研磨砥粒の沈殿を防ぐ．また，ポンプは吐出圧力のPID制御によって圧力制御される．Al203やSiCなどの研磨スラリーを用いて最大2MPa程度で連続運転が可能である．装置には圧力センサに加えて温度センサや濃度センサ，FJP加工力測定用の力センサなどが組み込まれ，FJPプロセスのモニタリングが可能となっている．実装には至っていないが，オープンCNCにはアナログ・デジタル入出力モジュールも備わっており，各種センサデータを制御系にフィードバックすることも可能である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
最終的なCAM-CNC統合ダイレクトFJPシステムの実現に向けて，その基盤となる高速かつ精緻な送り速度計画手法の開発と，フレキシブルなFJPシステムの構築に至っている．そのため，順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までは1つの直線パスを設計する2次元問題，あるいはそれに帰着可能な3次元形状問題を中心に提案する送り速度計画法の検証を行ってきたが，すでに3次元自由形状創成への理論拡張は済んでおり，その有効性をシミュレーションベースで確認している．最終年度である令和6年度は，構築した送り速度計画法とFJPテストベンチを用いて，実際の3次元マイクロパターン形状の高精度創成に取り組む．
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