迅速試作のための力覚援用 による機械加工インタフェース の開発 国立大学法人電気通信大学 大学院 情報理工学研究科 機械知能システム学専攻 准教授 森重功一 複合加工機 Mazak INTEGREX 300Ⅳ 旋盤・ミル 共用主軸 第１主軸 第２主軸 下刃物台 複合加工機による加工事例 複雑な多方向加工ワークも治具レスで1工程削りだし加工 工作機械の加工動作 CNC工作機械 » NCデータの計算 ⇒ CAMの利用 3軸加工 » 工具中心などの位置情報 ⇒ 容易 MDI，対話型インターフェイス 5軸加工 一つの加工点に対して工具姿勢は無限 » 最適な工具姿勢を一つだけ求める ⇒ 困難 » 工具や機械の干渉，加工精度，機械の動き » CAMによる処理が前提 タービンブレード用5軸加工機能 （a） （b） （a）荒加工 （b）仕上げ加工 （c）付け根部加工 （c） 独OPEN MIND社 マルチブレード用5軸加工機能 インペラー形状認識 ハブ仕上加工 インペラー荒加工 フィレット加工 翼面仕上ポイント加工 翼エッジ加工 独OPEN MIND社 チューブ形状用5軸加工機能 （a） （b） （a）スパイラル荒加工 （b）スパイラル仕上加工 （c）削り残り部加工 （c） 独OPEN MIND社 従来技術とその問題点 CAMなどのソフトウェアは，人のやりたいこと をプログラムにしたもの ⇒ プログラムしたことしか出てこない 人のやりたいことを全てプログラム？ 多種多様なパラメータを総合的に扱えるのか？ » 人工知能？ » CAMのためだけの作業が必要 ピボット点，ガイドカーブ，ガイドサーフェス » 製品とはまったく関係ない作業 » 新技術の特徴・従来技術との比較 一品もの（試作品，金型）の加工 複雑な量産品の加工 データ量大 最適化の必要性 CAMを使った事前計算による 動作データで加工 加工方法が明確 切削量が少ない 工作機械の 操作インターフェイスで 直接加工 NC工作機械操作インターフェイス 汎用フライスのハンドル CNCの操作パネル 曲線や曲面の 加工は困難 Haptic Device（HD） • 仮想オブジェクトの6自由度操作 • 力覚（復元力，摩擦力など）の呈示 PHANToM Omni HDと仮想工具の同期 システム運用の様子（予想） Display Tool Work piece Haptic device Operator システム概要 CNC Control Board 5-axis controlled machining tool NCデータ Ethernet Tool path Haptic Device PC for HD 開発の第一段階 基本機能の実装 ① 加工状況の描画 ② 切削感覚の呈示 ③ 工具干渉の検出と回避 ④ 作業を補助する機能 スクエアエンドミル加工の描画 工具経路生成における透視機能 様々な表示方法を併用 して，作業を補助 ① ワイヤフレーム ② ３面図 ケーススタディ（１） スクエアエンドミルによる加工 作業時間：4分 ボールエンドミルによる加工 作業時間：3分 ケーススタディ（２） 実験形状 R5 R2 経路生成 R5 初期状態 加工結果 R2 経路生成中 終了 工具経路生成時の試行錯誤的な作業 一般的なCAMにより生成した工具経路 目標とする形状の断面 加工パターン① 加工パターン② つぼ形状加工の様子 新しい加工インタフェースとして 想定される用途 迅速試作（ラピッド・プロトタイピング） 航空・宇宙分野で必要とされるような 複雑な形をした部品の加工 工作機械操作インタフェースへの展開 アート・ファブリケーションへの利用 ●一品生産 ●荒加工の時点から工具 経路の生成が難しい 製作時間 ： 400時間（40日） 工程数 ： 200工程 使用CAM： ＮｅｏＳｏｌｉｄ 株式会社入曽精密 アルミのバラ 外形： 直径100mm×高さ145mm，加工時間： 60時間 今後の展望 一品ものの荒加工や追加工に有用 仮想空間に様々な情報を展開 » 視覚 と 力覚 工具経路とするためのデータの最適化 » 直線や低次の曲線に大胆に置換する Nintendo Wii のような操作感覚？ 実用化に向けた課題 CAMソフトウェアとしての利用については， 可能なところまで開発済み． 工作機械操作インタフェースとしての利用を 考えた場合，現状のブラックボックス化された CNC装置を利用するだけでは十分な機能を 実装することができない．CNCメーカーとの 共同開発が不可欠である． 企業への期待 CAMソフトウェア用のインタフェースとしても， 有用であると考えている． 独自の機械加工技術を開発する意欲のある 企業との共同研究を希望． 航空宇宙分野および医療分野向けの仕事を 手がけている企業に対して，本技術の導入は 有効と思われる． お問い合わせ先（必須） 電気通信大学 産学連携コーディネーター ＴＥＬ ＦＡＸ e-mail 今田 智勝 ０４２ － ４４３ － 5724 ０４２ － ４４３ － ５７２６ imada＠sangaku.uec.ac.jp 森重研究室 公開情報 研究室Webコンテンツ http://www.ims.mce.uec.ac.jp/ 動画公開（YouTube） http://jp.youtube.com/mshigelab Facebookページ https://www.facebook.com/morishigelab ご相談は遠慮なく E-mailで [email protected]
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