刃先近傍の切りくず温度分布のモニタリングによる各種の工具摩耗状態の同時把握

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K03788
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分18020:加工学および生産工学関連
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 篠塚 淳 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30282841)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 切削 / 工具摩耗 / 切りくず / 温度 / AI画像認識

研究成果の概要

生成直後の切りくず裏面の温度分布画像のみから，すくい面，逃げ面，主切れ刃側の境界摩耗，コーナー摩耗，副切れ刃側の境界摩耗の５種の摩耗量を，AI技術を使って同時に推定するシステムを構築した．工具ホルダーやコーナー半径を種々に変えて切りくず裏面の温度分布を赤外線サーモグラフィーカメラで動画撮影し，その各フレーム画像を入力データとした．推定精度はすくい面摩耗は7ミクロン程度であったが，他４種は数十マイクロン程度であった．ヒートマップ分析より，すくい面摩耗は，切りくず裏面の全体的な温度では無く，明らかに，生成直後の切りくずの両端部，特に副切れ刃側の温度分布を見て摩耗量を推定していることが分かった．

自由記述の分野

切削加工

研究成果の学術的意義や社会的意義

旋削工具刃先の各所の工具摩耗の発達状況は，AI技術を使えば，生成直後の切りくず裏面の温度分布を計測するだけで同時に推定できる可能性があることが分かった．なお，本研究は全て乾式で実施したが，MQL程度で，大きな水溜まりや水滴等が発生しない状況であればサーモグラフィーカメラで切りくず裏面の温度分布は計測できる．AIの推定精度をより向上させれば，ヒートマップ等の分析により，各種の工具摩耗が切りくず裏面の何処の温度分布にどの様に影響を与えているのかをより明らかにすることができ，得られる知見は，摩耗がある工具での工具刃先近傍の被削材材料の変形場を知る一助となり，より詳細な切削機構の解明に繋がると考える．