| 研究課題/領域番号 |
23560122
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
茨木 創一 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80335190)
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| キーワード | 工作機械 / 運動精度 / 測定 / 画像認識 / R-test |
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| 研究概要 |
本研究の目的は，工作機械が自ら，自分自身の精度，及び加工物を含む加工環境をキャリブレーション（較正）し，それを最適に補正するという，工作機械の「自己最適化」という考え方を提案し，それを多軸加工機に適用する方法論を構築することである．
初年度はCCDカメラを用いた画像撮影を基礎として，工作機械の2次元運動精度を自律的に測定する方法を構築し，その測定性能を確認するための実証実験を主に行った．本年度は，対象とする工作機械を多軸工作機械に拡張し，その運動精度を自律的に測定する方法として，R-testと呼ぶ新しい測定法を構築した．日本の工作機械メーカは，より付加価値の高い，マシニングセンタ型の5軸加工機や，旋盤型複合加工機に主力を移しつつある．このような機械では，旋回2軸の運動精度が，工作機械の加工精度の支配要因となるため，工作機械自体が旋回2軸の運動精度を「自己最適化」するための測定法を構築することを目的とした．
R-testとは，主軸に基準球を取り付け，その3次元変位をテーブルに固定した3つの変位センサで連続測定するもので，主軸・テーブル間の相対変位を高能率に，自動的に測定できる長所がある．従来のR-test装置は接触式の変位センサを用いるのに対し，よりセットアップが容易で，安全で，より自動化に適している非接触式のR-test装置を試作した．3つのレーザ変位計を用いて，測定誤差などの要因を補正した上で，R-test測定を行うためのアルゴリズムを構築し，測定性能を確認するための実験を行った．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は，レーザ変位計を用いて非接触式のR-test装置という，新しい測定器を試作し，その測定性能を確認するための実験を行った．接触式の変位計を用いる場合と比べて，球位置の変位を測定するためのアルゴリズムはより複雑になるが，新しいアルゴリズムを提案し，ソフトウェア開発を行った．
R-test測定の結果を用いて，工作機械の旋回軸の「誤差マップ」を作成する方法論を構築し，測定・診断を行うソフトウェアの開発に取り組んだ．R-testを用いた「自己最適化」のひとつの適用例として，工作機械を連続運転するとき，定期的にR-test測定サイクルを実施することで，熱変形が工作機械の運動にどのような影響を及ぼすかを，工作機械の「誤差マップ」の変化という形で表現できることを，実験により示した．
R-test測定を基礎とした旋回軸の運動誤差の「自己最適化」の方法論自体は構築でき，その効果の基本的な実験的な検証も行うことができた．ただし，これまではテーブル側に旋回2軸を持つ構造の5軸加工機（本研究室の既存設備）に対象を限定していた．機械の構造が変わると，それに応じて測定法や，診断のアルゴリズム等を変えねばならず，方法論の一般化が必要とされる．
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| 今後の研究の推進方策 |
多軸加工機の旋回軸は，組み立て誤差の低減が難しい場合が多いことや，運動精度の測定法が確立されていないことが原因で，直進軸と比べて運動誤差が大きいことが多い．旋回軸の運動誤差が，工具・ワークの相対変位に及ぼす影響は，旋回中心軸からの距離に比例して大きくなる場合が多いので，多くの多軸加工機で支配的な誤差要因となる．工作機械の「自己最適化」という考え方の適用が実用的に必要とされるのは，このような多軸加工機であると考える．次年度の研究の目的は，特にR-test測定を中心として，多軸加工機の旋回軸の運動精度を「自己最適化」するための方法論を完成し，かつそれを実用化するためのソフトウェア環境を構築すること，とする．
次年度の目標は以下の通りである．
1. R-test測定を基礎とした「自己最適化」を行うソフトウェアを開発する．これまでの研究成果をもとに，測定の実施，測定データの収集，誤差マップの構築，誤差原因の診断，誤差補正を行うためのデータの出力，を行うことがソフトウェアの主な機能である．
2.「自己最適化」の対象とする工作機械の対象を拡張し，検証実験を行う．これまでは，テーブル側に旋回2軸を持つ多軸加工機を対象として研究を行ってきたが，主軸側に旋回軸を持つ多軸加工機，旋盤型の複合加工機など，他の構造の工作機械にも拡張する．それぞれに適用な可能なソフトウェアを開発し，検証実験を行う．
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| 次年度の研究費の使用計画 |
主に，R-test測定を基礎とした「自己最適化」を行うソフトウェアを開発と，その実験による検証のために研究費を使用する計画である．
また，これまでの研究成果を，国内・国外の学会で発表することや，論文誌への投稿を予定している．
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