状態融合外乱オブザーバを応用した軸統合型広帯域加工力推定による革新的プロセス監視

• 研究課題/領域番号: 15H03904
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生産工学・加工学
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 柿沼 康弘 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (70407146)
• 研究協力者: 山田 雄基 ; 小池 綾
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円); 2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2016年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円); 2015年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
• キーワード: プロセス監視 / 切削力推定 / 工作機械 / センサレス技術 / オブザーバ / 知能化

研究成果の概要

本研究では，ボールねじ駆動のNC工作機械における異常加工監視を実現するために，多慣性モデルに基づく状態融合外乱オブザーバによる切削力推定技術を提案した．更に，各軸から得られる推定加工力を3次元空間で統合することで高精度なプロセス監視が可能であることを実験的に明らかにした．具体的には，複数軸からの推定切削力に基づき工具摩耗，工具欠損，びびり振動を検知できる手法の開発に成功した．

研究成果

• [雑誌論文] Sensor-less on-line chatter detection in turning process based on phase monitoring using power factor theory (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamato Shuntaro、Hirano Takayuki、Yamada Yuki、Koike Ryo、Kakinuma Yasuhiro
  • 雑誌名: Precision Engineering 巻: 51 ページ: 103-116
  • DOI: 10.1016/j.precisioneng.2017.07.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mode decoupled and sensorless cutting force monitoring based on multi-encoder (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamada Yuki、Yamato Shuntaro、Kakinuma Yasuhiro
  • 雑誌名: International Journal of Advanced Manufacturing Technology 巻: 92 号: 9-12 ページ: 4081-4093
  • DOI: 10.1007/s00170-017-0427-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] センサレス切削力推定における誤差因子の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: YAMADA Yuki、KAKINUMA Yasuhiro
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 83 号: 851 ページ: 17-00098-17-00098
  • DOI: 10.1299/transjsme.17-00098
  • NAID: 130005863498
  • ISSN: 2187-9761
  • 査読あり
• [雑誌論文] 相対加速度を利用した帯域制限外乱/内乱相殺による振動抑制制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: YAMADA Yuki、KAKINUMA Yasuhiro
  • 雑誌名: 精密工学会誌 巻: 83 号: 11 ページ: 1041-1048
  • DOI: 10.2493/jjspe.83.1041
  • NAID: 130006855982
  • ISSN: 0912-0289, 1882-675X
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] センサレス切削力計測技術とその応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: (1)柿沼康弘
  • 雑誌名: 精密工学会誌 巻: 83 ページ: 210-213
  • NAID: 130005436037
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous tool posture and polishing force control of unknown curved surface using serial-parallel mechanism polishing machine (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuta Oba, Y. Kakinuma
  • 雑誌名: Precision Engineering 巻: 印刷中 ページ: 24-32
  • DOI: 10.1016/j.precisioneng.2017.01.006
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] センサレス切削力計測技術とその応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 柿沼康弘
  • 雑誌名: 精密工学会誌 巻: 83,3 ページ: 210-213
  • NAID: 130005436037
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sensorless cutting force estimation for full-closed controlled ball-screw-driven stage (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, Y. Kakinuma
  • 雑誌名: International Journal of Advanced Manufacturing Technology 巻: 87, 9 号: 9-12 ページ: 3337-3348
  • DOI: 10.1007/s00170-016-8710-5
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sensorless cutting force estimation in large scale ball-screw driven machine tool (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, Y. Kakinuma, T. Ito, J. Fujita, A. Tada, M. Sagara
  • 雑誌名: Applied Mechanics and Materials 巻: 806 ページ: 645-650
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Analysis of tool posture control method on curved surface using polishing machine with 5-axis serial-parallel mechanism (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Asaga, S. Yamato, Y. Kakinuma
  • 学会等名: 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
  • 国際学会
• [学会発表] Development of sensorless chatter detection method in ball screw drive system applying mode decoupling (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Sugiyama, Y. Yamada, S. Yamato, Y. Kakinuma
  • 学会等名: 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
  • 国際学会
• [学会発表] Phase shift monitoring based on mode-decoupled disturbance observer for chatter detection (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Yamato, Y. Yamada, T. Ito, H. Matsuzaki, Y. Kakinuma
  • 学会等名: The 9th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century
  • 国際学会
• [学会発表] Sensorless monitoring of cutting force variation with fractured tool under heavy cutting condition (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, Y. Kakinuma, T. Ito, J. Fujita, H. Matsuzaki
  • 学会等名: 2016 ASME Manufacturing Science and Engineering Conference
  • 発表場所: Virginia, United States
  • 年月日: 2016-06-27
  • 国際学会
• [学会発表] Sensorless monitoring of cutting force variation with fractured tool under heavy cutting condition (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, Y. Kakinuma
  • 学会等名: The 2016 Manufacturing Science and Engineering Conference, ASME MSEC2016
  • 発表場所: Blacksburg (USA)
  • 年月日: 2016-06-27
  • 国際学会
• [学会発表] Damping force-based cutting force monitoring in ball-screw-driven stage (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, Y. Kakinuma
  • 学会等名: euspen's 16th International Conference
  • 発表場所: Nottingham, United Kingdom
  • 年月日: 2016-05-30
  • 国際学会
• [学会発表] Damping force-based cutting force monitoring in ball-screw-driven stage (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, Y. Kakinuma
  • 学会等名: euspen 2016
  • 発表場所: Nottingham (UK)
  • 年月日: 2016-05-30
  • 国際学会
• [学会発表] Mode decoupled cutting force monitoring by applying multi encoder based disturbance observer (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, Y. Kakinuma
  • 学会等名: 49th CIRP Conference on Manufacturing Systems
  • 発表場所: Stuttgart, Germany
  • 年月日: 2016-05-25
  • 国際学会
• [学会発表] Mode decoupled cutting force monitoring by applying multi encoder based disturbance observer (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, Y. Kakinuma
  • 学会等名: 49th CIRP Conference on Manufacturing Systems (CIRP-CMS 2016)
  • 発表場所: Stuttgart (Germany)
  • 年月日: 2016-05-25
  • 国際学会
• [学会発表] Sensor-less chatter vibration monitoring by mechanical power factor (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hiirano, Y. Yamada, Y. Kakinuma
  • 学会等名: The 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century
  • 発表場所: 京都リサーチパーク（京都府・京都市）
  • 年月日: 2015-10-18
  • 国際学会
• [産業財産権] 状態推定装置，状態推定方法及びプログラム (2016)
  • 発明者名: 柿沼康弘，山田雄基，大和駿太郎
  • 権利者名: 柿沼康弘，山田雄基，大和駿太郎
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-229347
  • 出願年月日: 2016-11-25