超音波オンザマシン形状測定によるウォータジェット高精度3次元形状創成

• 研究課題/領域番号: 11750095
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械工作・生産工学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 割澤 伸一 東工大, 精密工学研究所, 助手 (20262321)
• 研究期間 (年度): 1999 – 2000
• 研究課題ステータス: 完了 (2000年度)
• 配分額: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円); 2000年度: 500千円 (直接経費: 500千円); 1999年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
• キーワード: ウォータジェット加工 / 3次元形状創成 / オンザマシン形状情報帰還 / 超音波形状測定

研究概要

本研究は、ウォータジェット内に超音波を伝播させた形状測定機能を実現し、そこで得られた形状情報をフィードバックすることによってウォータジェット加工の3次元形状創成の高精度化を図ることを目的としている。具体的には、加工に利用されるウォータジェットを超音波の伝搬媒体として利用して形状測定機能を付加させる手法を提案し、ウォータジェットに加工機能と形状測定機能とを同時に持たせることと、オンザマシンで形状情報を帰還させることによって、加工動作及び加工条件の自動決定機能を実現し、ウォータジェット加工の高精度3次元形状測定機能を実現することを大きな目的とするものである。本年度は初年度であることから、まず、ウォータジェット加工の特徴を考慮した3次元形状創成法の提案を行った。具体的には、直交する3軸方向及び2軸周り回転方向の位置決めが可能なウォータジェット加工システムを試作した。この5軸位置決めシステムを用いてウォータジェットと工作物の相対運動、圧力、並びに送り速度を巧みに組み合わせることによって、施削加工機能、フライス加工機構、エンドミル加工機能、ドリル加工機能、研削加工機能、面取り加工機能、バリ取り機能の各加工機能が実現可能となっている。特に、従来の工具とは異なるウォータジェットの柔な性質、流体としての形状連続性、並びに噴流内に存在する砥粒分布を巧みに利用することによって、機械部品の角部丸め加工が容易に実現可能となった。この形状創成法を利用すれば機械部品角部を連続曲面で構成可能となるので、機械部品角部での応力集中の回避やシリンダなどの気密性の向上が期待される。次に、加工に利用されているウォータジェットを超音波の伝搬媒体とすることを念頭に置いた、超音波形状測定の手法と信号処理について検討を行った。