2012 Fiscal Year Annual Research Report
周波数帯分離型位置-力ハイブリッド制御による能動安定化切削加工法の開発
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24686021
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
柿沼 康弘 慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (70407146)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 機械加工 / 切削加工 / 異常加工回避 / プロセス監視 / 力制御 / スピンドル制御 / ステージ制御 |
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| Research Abstract |
本研究では,工具と工作物間の相互作用により生じる異常加工を回避するために,周波数領域での位置-力ハイブリッド制御による能動的な異常加工回避技術の開発を行うことを目的としている.
平成24年度は当初の計画通り,
(1)サーボ情報のみを用いた外乱オブザーバによる異常加工検知技術の高応答化,
(2)異常加工の一つであるびびり振動を抑制するためのセンサレス力制御の高精度化・高速化
に取り組んだ.(1)に関して,高周波域で窓幅が狭くなるウェーブレット変換と,一定回転であることを利用したデジタルフィルタを考案し,これらを用いた異常加工検出手法を開発して,穴あけ加工の欠損検知を試みた.開発した異常検出手法は工具に生じた約1mm2の欠けを付加的なセンサなしで判別できることがわかった.工具系の周波数応答を予め測定することで,本提案手法はびびり振動の実時間検知技術としても利用することができる.(2)に関しては,高精度・高応答なセンサレス切削力およびトルク制御を行うためのボールねじ駆動ステージおよびスピンドルの開発を行った.高速処理が可能なFPGAを搭載した専用コントローラに,エンコーダーコントローラ間には双方向通信インタフェースを用いた.また,ボールねじ駆動ステージのセンサレス力制御を行うにあたり必要となる外力推定において,二慣性モデルに基づくセンサレス力推定法を提案し,その有効性を明らかにした.従来の1慣性系のモデルを用いた推定手法と比較して,高精度な推定が可能で,共振点付近でも外力推定が可能であることがわかった.実験によるセンサレス力制御の性能評価に関しては,平成25年度に行う計画である.
上記の研究成果は,国際誌2編,国際会議発表2件,国内学会発表1件で発表した.
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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
当初の計画通り,(1)サーボ情報のみを用いた外乱オブザーバによる異常加工検知技術の高応答化,(2)センサレス力制御の高精度化・高速化に関する研究を実施し,それぞれの成果も順調に得られている.(2)の研究において,力制御の性能評価のみ平成25年度に行うことにしたが,平成25年度に計画した研究の一部をすでに実施している.
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度は,開発した高速スピンドルの性能評価を行った後,(1)びびり振動周波数の抽出と閾値設定方法(2)周波数領域の位置-力ハイブリッド制御技術を開発して,びびり振動の抑制を試みる.
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
ボールねじ駆動ステージシステムにおいてサーボモータのロータリエンコーダ部に遅れがあり,この部分の改良費用にあてる.また,高速スピンドルにおけるびびり振動抽出において十分な性能が得られなければ,ホールセンサに加え,高速読み取り可能なロータリエンコーダを追加する計画である.
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