2014 Fiscal Year Research-status Report
切削による迅速試作を志向した機械加工インタフェイスの開発
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26420042
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
森重 功一 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (90303015)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 機械加工 / 工作機械 / インタフェイス / 力覚呈示装置 / CAM / CAD / 5軸制御加工 / 工具経路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、作業者が機械の複雑な特性などを意識することなく、工作機械を容易に操作できるように、作業者と工作機械の間を取り持つインタフェイス機能を開発することを目的としている。初年度となる平成26年度は、主に5軸制御加工用のインタフェイスに注力し、入力経路を補正する機能や干渉回避機能などを開発した。
提案する加工システムは、作業者が操作する各種デバイスの動きを、工作機械の動きに反映させるものである。操作時の手ぶれなどの影響によってデバイスの動きがばらつくと、工作機械の動きも不連続となり、加工結果に悪影響を及ぼす恐れがある。そこで、入力経路のばらつきを補正し、最適な動作に修正する機能について検討した。まず、入力経路を線要素に分割して、各区間が直線であるか曲線であるかを判定し、直線または3次スプライン曲線による近似を行う。この過程において、デバイスを動かす方向や操作する時の速さを基準として用いることにより、従来よりも精度の高い修正が可能となった。入力したデバイスの軌跡をNC プログラムとして出力し、NC プログラムによって工作機械がどのように動くか再現することができるシミュレーション・ソフトウェアを利用して、工作機械がどのような動作をするか確認したところ、修正によって加工精度が向上することが確認され、開発した機能の有効性を確認することができた。
また、工作物の目標形状と工具の干渉、および加工によって変化する除去形状とシャンクおよびホルダーなどの工具の切削不可能な部分との干渉を同時に防止するために、物理演算エンジンを用いた干渉防止機能を実装した。実装した機能を用いて工具経路を生成し、加工シミュレーションを行った結果、複雑な形状に対しても工具干渉や過切削のない経路が生成できることを確認し、作業者が干渉回避を意識することなく、干渉のない工具経路を生成できるようになった。
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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
本年度に開発した経路補正機能と干渉回避機能は、システムの基盤となる技術であり、第一に実装しなければならない機能と考えていたものである。2名の大学院生の修論テーマとして各機能を担当させてプログラムの開発を進めた結果、これまでの手法と比較して、大きく性能向上させるための手法を考案し、プログラムとしてシステムに実装できたことは、計画に基づいた着実な成果として評価できると考えている。
しかしながら、トレードオフの関係にある処理速度と分解能の問題に関しては、どちらも不十分であると判断せざるを得ない。当初の予定に基づいて、おおまかな方向性は確定することができたが、プログラムとしては試作レベルの段階であり、今後も細部にわたる改良を継続する余地があると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初は、多軸・複合化が進むことに伴い、接操作することが難しくなった工作機械に対して、従来のハンドルやボタンなどに替わるインタフェイス機能を開発することを目的として研究を進めてきた。しかしながら、目的達成のためには不可欠であると考えていたCNCや工作機械のメーカーとの協力体制を確立することが難航している。これまでは、主に5軸制御マシニングセンタなどによる複雑な制御が必要となる機械加工を対象として研究を進めてきたが、今後はCAMソフトウェアの入力用インタフェイスや、高度な制御を必要としない旋盤による加工などを対象にしたインタフェイスなど、独立して発信できる力覚援用の可能性について検討しなければならないと考えている。
特に、5軸制御加工用CAM ソフトウェアの入力インタフェイスとして利用することについては、作業時間の増大が問題となりつつある作業設計の省力化などに、大きく寄与できると考えており、既に基本的なシステムについて検討を始め、いくつかの加工に対する有効性を示すことができている。今後は、CAMソフトウェアを使用して仕事をしている作業者に対して、実際に操作を体験していていただきながら意見を収集する機会を得るために、展示会などへの出展についても検討していく予定である。
また、旋盤加工用のインタフェイスについても、外周削りや中ぐり加工などの基本的な加工に対応したシステムが完成しており、算出されたNCプログラムを用いて実際に加工することが可能であるなど、有用性を示すことができている。今後は、現行のCAMソフトウェアや対話式プログラミングシステムでは対応できないような複雑な旋削にも対応できるように機能を拡張することによって、より付加価値の高いシステムを目指したい。
以上のように、これまでに開発してきたシステムを構成している要素技術を流用するだけでも、大きな成果が期待できると考えている。
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| Causes of Carryover |
およそ30万円の次年度使用額が生じたが，これは発表に適した国際会議がなく，そのための旅費や参加登録費の執行がなかったためである．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
翌年度分として請求した助成金は，今年開催される国際会議に参加するための費用として流用したい．
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