JP2018077101A - 平面度算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定誤差を効果的に抑制しワークの加工面の平面度を精度よく算出できること。【解決手段】ワークの加工面の平面度を算出する平面度算出方法は、傾斜角度の異なる仮想の基準平面を、モンテカルロ法を用いて所定個数、生成するステップと、生成した基準平面毎に、該基準平面に平行な平面であって加工面の各測定点を通る平面を、それぞれ複数生成するステップと、基準平面毎に、生成した複数の平面の中から距離が最大となる２つの平面を選択し、該選択した２つの平面間の距離を平面度候補として夫々算出するステップと、算出した各平面度候補の中から最小の平面度候補を選択し、該選択した平面度候補をワークの加工面の平面度とするステップと、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、ワークの加工面の平面度を算出する平面度算出方法に関する。

ワークの加工面の各測定点の測定値より仮想の基準平面を生成し、各測定点の基準平面からの変位を算出し、算出した変位に基づいて加工面の平面度を算出する平面度算出方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３３０４３０号公報

上記平面度算出方法においては、基準平面からの各測定点の距離を測定し、この距離に基づいてワークの加工面の平面度を算出している。したがって、各測定点に対する測定誤差が平面度の算出に影響するため、この測定誤差を適切に抑制しないとワークの加工面の平面度を精度よく算出できない虞がある。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、測定誤差を効果的に抑制しワークの加工面の平面度を精度よく算出できる平面度算出方法を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
ワークの加工面の平面度を算出する平面度算出方法であって、
傾斜角度の異なる仮想の基準平面を、モンテカルロ法を用いて所定個数、生成するステップと、
前記生成した基準平面毎に、該基準平面に平行な平面であって前記加工面の各測定点を通る平面を、それぞれ複数生成するステップと、
前記基準平面毎に、生成した複数の平面の中から距離が最大となる２つの平面を選択し、該選択した２つの平面間の距離を平面度候補として夫々算出するステップと、
前記算出した各平面度候補の中から最小の平面度候補を選択し、該選択した平面度候補を前記ワークの加工面の平面度とするステップと、
を含む、
ことを特徴とする平面度算出方法
である。

本発明によれば、測定誤差を効果的に抑制しワークの加工面の平面度を精度よく算出できる平面度算出方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る平面度算出装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る平面度算出方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る平面度算出方法に基づき算出した平面度と、３次元測定器による実測値に基づいた平面度と、従来の平面度算出方法に基づき算出した平面度と、を比較した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る平面度算出装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係る平面度算出装置は、例えば、フライス加工、エンドミル加工などを行うワークの加工面の平面度を高精度に算出できる。平面度算出装置１は、記憶部２と、切削力を算出する切削力算出部３と、入力部４と、剛性解析を行う剛性解析部５と、平面度を算出する平面度算出部６と、を備えている。

なお、平面度算出装置１は、例えば、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、それぞれ、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ、メモリ、及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。

記憶部２は、例えば、メモリなどにより構成されている。記憶部２は、例えば、後述の加工条件情報、ワークのモデル情報、加工用ＣＡＥなどを記憶している。
切削力算出部３は、記憶部２に予め設定された加工条件情報（切削速度、刃送り量、加工時間など）と、ワークのモデル情報（ワークの形状情報、ワークの材質情報、加工面上の測定点の情報など）と、に基づいて、フライスなどの加工装置によりワークの加工面を切削する際の切削力を算出する。

なお、計測器（距離センサなど）により計測されたワークの加工面の測定点に対する測定値が、ワークのモデル情報として、切削力算出部３に入力部４を介して入力されてもよい。加工条件情報は、入力部４を介して切削力算出部３に入力されてもよい。入力部４は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、携帯端末（スマートフォン）などで構成されている。

ここで、フライスなどの加工装置がワークの加工面に対し切削加工を行った際に、その加工面は、実際には弾性変形する。このため、想定した加工装置の切削力よりも、実際の切削力は小さくなる。

これに対し、切削力算出部３は、例えば、切削によるワークの加工面の弾性変形を考慮して、上記算出した切削力を補正した、補正切削力を算出する。これにより、ワークの加工面の弾性変形を考慮したより高精度な切削力を算出できる。切削力算出部３は、算出した補正切削力を剛性解析部５に出力する。

剛性解析部５は、例えば、記憶部２の加工用ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）（シミュレータ）を用いて剛性解析を行い、切削力算出部３により算出された補正切削力でワークを加工した際に、加工面上の各測定点が面直方向で変位した変位位置（３次元座標など）を算出する。剛性解析部５は、算出した加工面上の各測定点の変位位置を平面度算出部６に出力する。

ところで、従来の平面度算出方法において、基準平面からの各測定点の距離を測定し、この距離に基づいてワークの加工面の平面度を算出している。したがって、各測定点に対する測定誤差が平面度の算出に影響するため、この測定誤差を適切に抑制しないとワークの加工面の平面度を精度よく算出できない虞がある。

これに対し、本実施形態に係る平面度加工方法においては、傾斜角度の異なる仮想の基準平面を、モンテカルロ法を用いて所定個数生成し、生成した基準平面毎に、該基準平面に平行な平面であって加工面の各測定点の変位位置を通る平面を、それぞれ複数生成し、基準平面毎に、生成した複数の平面の中から、距離が最大となる２つの平面を選択し、該選択した２つの平面間の距離を平面度候補として夫々算出し、算出した各平面度候補の中から最小の平面度候補を選択し、該選択した平面度候補をワークの加工面の平面度とする。

これにより、傾斜角度の異なる基準平面をモンテカルロ法を用いて複数生成し、これら基準平面に基づいてワークの加工面の平面度を算出することで、上述した測定誤差を効果的に抑制できる。したがって、ワークの加工面の平面度を精度よく算出できる。

平面度算出部６は、剛性解析部５からの変位位置に基づいて、変位した測定点（面うねり）を挟む平行２平面の距離が最小となるときの該２平面間の距離を、ワークの加工面の平面度として算出する。

ここで、上述の如く、「測定点を挟み、距離が最小となる平行２平面の距離」（いわゆる平面度）を理論式で導き出すのは非常に困難であることから、本実施形態においては、後述の如く、モンテカルロ法を用いて疑似的な平面度を算出している。すなわち、モンテカルロ法を用いて、傾斜角度をランダムに振った所定個数の基準平面を生成し、これら生成した基準面を用いることで最適なワークの加工面の平面度を算出している。

具体的には、平面度算出部６は、以下のようにワークの加工面の平面度を算出する。
まず、平面度算出部６は、例えば、僅かに傾斜角度の異なる仮想の基準平面を、モンテカルロ法を用いて所定個数（例えば、１万個）生成する。これにより、傾斜角度を僅かに振った所定個数の基準平面をランダムに生成できる。なお、所定個数は、例えば、計算時間、加工面のうねりなどを考慮して実験的に求めた値が記憶部２に予め設定されている。また、所定個数は、入力部４を介して、適宜、設定変更できる。

平面度算出部６は、生成した基準平面毎に、基準平面に平行な平面であって加工面の各測定点の変位位置を通る平面を、それぞれ複数生成する。平面度算出部６は、基準平面毎に、生成した複数の平面の中から距離が最大となる２つの平面を選択し、該選択した２つの平面間の距離を平面度の候補（以下、平面度候補）として夫々算出する。ここで、平面度算出部６は、所定個数の平面度候補を算出する。

平面度算出部６は、算出した各平面度候補の中から、最小の平面度候補を選択し、該選択した平面度候補をワークの加工面の平面度とする。平面度算出部６は、例えば、算出したワークの加工面の平面度を表示部に出力する。表示部は、平面度算出部６からのワークの加工面の平面度を表示画面上に表示する。表示部は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどである。

図２は、本実施形態に係る平面度算出方法のフローを示すフローチャートである。
切削力算出部３は、記憶部２に予め設定された加工条件情報と、ワークのモデル情報と、に基づいて、フライスなどによりワークの加工面を切削する際の切削力を算出する（ステップＳ１０１）。

切削力算出部３は、切削によるワークの加工面の弾性変形を考慮して、上記算出した切削力を補正した補正切削力を算出し、剛性解析部５に出力する（ステップＳ１０２）。
剛性解析部５は、記憶部２の加工用ＣＡＥを用いて剛性解析を行い、切削力算出部３により算出された補正切削力でワークを加工した際に、加工面上の各測定点が面直方向で変位した変位位置を算出し、平面度算出部６に出力する（ステップＳ１０３）。

平面度算出部６は、僅かに傾斜角度の異なる仮想の基準平面を、モンテカルロ法を用いて所定個数、生成する（ステップＳ１０４）。
平面度算出部６は、生成した基準平面毎に、基準平面に平行な平面であって加工面の各測定点の変位位置を通る平面を、それぞれ複数生成する（ステップＳ１０５）。

平面度算出部６は、基準平面毎に、生成した複数の平面の中から距離が最大となる２つの平面を選択し、該選択した２つの平面間の距離を平面度候補として夫々算出する（ステップＳ１０６）。

平面度算出部６は、算出した各平面度候補の中から、最小の平面度候補を選択し、該選択した平面度候補をワークの加工面の平面度とし、出力する（ステップＳ１０７）。

図３は、本実施形態に係る平面度算出方法に基づき算出した平面度と、３次元測定器による実測値に基づいた平面度と、従来の平面度算出方法に基づき算出した平面度と、を比較した図である。図３に示すように、本実施形態に係る平面度算出方法に基づき算出した平面度は、３次元測定器による実測値（ＴＰ＃４、ＴＰ＃５、ＴＰ＃８）に基づき算出した平面度の平均値と比較して、その差が１０％程度であり、小さいことが分かる。一方で、従来の平面度算出方法に基づき算出した平面度と、実測値（ＴＰ＃４、ＴＰ＃５、ＴＰ＃８）に基づき算出した平面度の平均値との差は大きく、本実施形態に係る平面度算出方法により、ワークの加工面の平面度を精度よく算出できることが分かる。

以上、本実施形態に係る平面度加工方法においては、平面度算出部６は、傾斜角度の異なる仮想の基準平面を、モンテカルロ法を用いて所定個数生成する。平面度算出部６は、生成した基準平面毎に、該基準平面に平行な平面であって加工面の各測定点の変位位置を通る平面を、それぞれ複数生成する。平面度算出部６は、基準平面毎に、生成した複数の平面の中から、距離が最大となる２つの平面を選択し、該選択した２つの平面間の距離を平面度候補として夫々算出する。平面度算出部６は、算出した各平面度候補の中から最小の平面度候補を選択し、該選択した平面度候補をワークの加工面の平面度とする。

これにより、傾斜角度の異なる基準平面をモンテカルロ法を用いて複数生成し、これら基準平面に基づいてワークの加工面の平面度を算出することで、測定誤差を適切に抑制できる。したがって、ワークの加工面の平面度を精度よく算出できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
上記実施形態において、平面度算出装置１は、切削力算出部３および剛性解析部５を有しない構成であってもよい。この場合、例えば、加工面上の各測定点の変位位置は、入力部４などを介して平面度算出装置１に入力されてもよい。

本発明は、例えば、図３に示す処理を、ＣＰＵにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。

プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１ 平面度算出装置、２ 記憶部、３ 切削力算出部、４ 入力部、５ 剛性解析部、６ 平面度算出部

Claims (1)

1. ワークの加工面の平面度を算出する平面度算出方法であって、
   傾斜角度の異なる仮想の基準平面を、モンテカルロ法を用いて所定個数、生成するステップと、
   前記生成した基準平面毎に、該基準平面に平行な平面であって前記加工面の各測定点を通る平面を、それぞれ複数生成するステップと、
   前記基準平面毎に、生成した複数の平面の中から距離が最大となる２つの平面を選択し、該選択した２つの平面間の距離を平面度候補として夫々算出するステップと、
   前記算出した各平面度候補の中から最小の平面度候補を選択し、該選択した平面度候補を前記ワークの加工面の平面度とするステップと、
   を含む、
   ことを特徴とする平面度算出方法。

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