JP2020082136A - Machine tool - Google Patents

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Abstract

To provide a machine tool that can improve product manufacturing efficiency in a case of using a raw material that likely causes internal defect.SOLUTION: A machine tool 10 equipped with a cutting mechanism that cuts a raw material 102 comprises: the cutting mechanism 12 that has a non-destructive testing instrument 28 that detects internal defect of the raw material without destructing the material, a table 16 for holding the raw material 102 and a tool spindle 14 for holding a tool for cutting the raw material 102, which cuts and removes at least portion of the raw material 102 in order to repair the internal defect detected by the non-destructive testing instrument 28; a defect repairing instrument 30 that repairs the defect by supplementing materials to the cut and removed portion of the raw material 102 or stirring materials surrounding the cut and removed portion; and a control device 32 that controls driving of the non-destructive testing instrument 28, the cutting mechanism 12 and the defect repairing instrument 30.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書は、素材を切削加工する切削機構を備えた工作機械を開示する。 The present specification discloses a machine tool including a cutting mechanism for cutting a material.

切削機構を有した工作機械、いわゆる切削加工機では、素材を切削加工することで製品を製造する。ここで、こうした切削加工に用いられる素材の中には、内部欠陥を有するものがある。例えば、大型製品では、鋳物を素材として用いる場合が多いが、かかる鋳物では、その内部に鋳巣と呼ばれる空洞が生じやすいことが知られている。 In a machine tool having a cutting mechanism, that is, a so-called cutting machine, a product is manufactured by cutting a material. Here, some of the materials used for such cutting have internal defects. For example, castings are often used as a raw material for large products, but it is known that such castings are likely to have cavities called cavities inside.

鋳巣は、鋳物の内部に発生するため、外部から視認できない。そのため、鋳巣に気づかないまま切削加工してしまった後、加工面に鋳巣が現れて、鋳巣の存在に気づくことがあった。この場合、切削加工で得られた加工物は、製品としての基準を満たさないため、せっかくの切削加工が無駄となる。 Since the porosity occurs inside the casting, it cannot be visually recognized from the outside. Therefore, after cutting without recognizing the cavities, the cavities may appear on the processed surface and the presence of the cavities may be noticed. In this case, since the processed product obtained by the cutting process does not satisfy the standard as a product, the cutting process is wasted.

そこで、加工前に素材の内部欠陥を非破壊検査器等を用いて検査することが考えられる。しかし、この場合、素材の検査装置への搬送、検査装置での素材の検査、素材の検査装置から工作機械への搬送といった作業が必要となり、余計な工程、手間が生じていた。特に、鋳物は、大型製品で用いられることが多いが、かかる大型製品用の素材を、搬送することは、作業者にとって大きな負担であった。 Therefore, it is conceivable to inspect the internal defects of the material before processing by using a nondestructive inspection device or the like. However, in this case, operations such as transporting the material to the inspection device, inspecting the material by the inspection device, and transporting the material from the inspection device to the machine tool are required, resulting in extra steps and labor. In particular, castings are often used for large-sized products, but transporting the materials for such large-sized products has been a heavy burden on workers.

そこで、一部では、工作機械に、素材の内部欠陥を検出する検出装置を設けることが提案されている。例えば、特許文献1には、工作機械の一種である旋盤に、チルドロール(素材)における鋳造欠陥(鋳巣)の有無を検査する超音波探傷手段を設けることが開示されている。この旋盤では、超音波探傷手段により鋳造欠陥が検出されれば、当該鋳造欠陥の外壁にチョークでマーキングを施していた。かかる特許文献1の技術によれば、機械加工ライン上にて鋳造欠陥の検査が行なわれるので、加工と検査が簡単に切り替えられる。 Therefore, in some cases, it has been proposed to provide a machine tool with a detection device for detecting an internal defect in the material. For example, Patent Document 1 discloses that a lathe, which is a type of machine tool, is provided with ultrasonic flaw detection means for inspecting a chilled roll (material) for a casting defect (a cavity). In this lathe, when a casting defect is detected by ultrasonic flaw detection means, the outer wall of the casting defect is marked with chalk. According to the technique of Patent Document 1, since the casting defect is inspected on the machining line, the machining and the inspection can be easily switched.

特開昭61−175563号公報JP-A 61-175563 特開平6−710号公報JP-A-6-710 特開2008−151710号公報JP, 2008-151710, A

しかしながら、特許文献1では、内部欠陥の検出については、検討されているものの、検出された内部欠陥の修復については、十分に検討されていない。そのため、特許文献1の技術では、素材に内部欠陥が検出された場合には、当該素材を廃棄したり、当該欠陥を修復できる他の装置に搬送したりする必要があった。結果として、特許文献1では、鋳物のように内部欠陥が生じる可能性がある素材を切削加工して製品を製造する際の効率を十分に向上できなかった。 However, in Patent Document 1, although the detection of the internal defect is examined, the repair of the detected internal defect is not sufficiently examined. Therefore, in the technique of Patent Document 1, when an internal defect is detected in the material, the material needs to be discarded or transported to another device capable of repairing the defect. As a result, in Patent Document 1, it was not possible to sufficiently improve the efficiency in manufacturing a product by cutting a material that may cause internal defects such as a casting.

なお、特許文献2には、カップ型カッタを用いる工作機械に、ワークを非接触で測定する非接触測定装置を設けることで、ワークをチャックから外すことなく検査できるようにし、検査結果によっては、そのまま、カップ型カッタで修正加工を行う技術が開示されている。しかし、この特許文献2の技術は、あくまで、加工後のワーク表面の状態を検査して修正する技術であり、素材の内部欠陥に対応できる技術ではない。 In Patent Document 2, a machine tool that uses a cup-type cutter is provided with a non-contact measuring device that measures a workpiece in a non-contact manner, so that the workpiece can be inspected without removing it from the chuck. Depending on the inspection result, There is disclosed a technique for performing a correction process with a cup cutter as it is. However, the technique of Patent Document 2 is merely a technique for inspecting and correcting the state of the work surface after processing, and is not a technique capable of dealing with internal defects of the material.

また、特許文献3には、完成した鋳造製品を切削する工程と、切削した平面を非接触で三次元に計測する構成と、を繰り返し行なうことで鋳造製品の肉厚を検査する方法が開示されている。しかし、この特許文献3は、完成した製品を切削(破壊)して肉厚を検査するものであり、鋳造製品の内部欠陥を修復することはもちろんのこと、内部欠陥を検出することについてすら、開示されていない。 Further, Patent Document 3 discloses a method of inspecting the wall thickness of a cast product by repeatedly performing a step of cutting a completed cast product and a configuration of measuring a cut plane in three dimensions without contact. ing. However, in Patent Document 3, the finished product is cut (destructed) to inspect the wall thickness, and not only the internal defect of the cast product is repaired, but also the internal defect is detected. Not disclosed.

以上の通り、従来は、素材の内部欠陥の検出と修復を行なえる工作機械はなかった。結果として、内部欠陥が生じやすい素材を用いる場合の、製品製造効率を十分に向上できなかった。 As described above, conventionally, there has been no machine tool capable of detecting and repairing an internal defect in a material. As a result, it was not possible to sufficiently improve the product manufacturing efficiency when using a material that is likely to cause internal defects.

そこで、本明細書では、内部欠陥が生じやすい素材を用いる場合において、製品製造効率を向上できる工作機械を開示する。 In view of this, the present specification discloses a machine tool that can improve product manufacturing efficiency when a material that easily causes internal defects is used.

本明細書で開示する工作機械は、素材を切削加工する切削機構を備えた工作機械であって、前記素材の内部欠陥を、当該素材を破壊することなく検出する非破壊検査器と、前記素材を保持するワーク保持装置と、前記素材を切削加工する工具を保持する工具保持装置と、を有する前記切削機構であって、前記非破壊検査器で検出された内部欠陥の修復のために前記素材の少なくとも一部を切削除去する切削機構と、前記素材のうち前記切削除去された箇所に材料を補填または前記切削除去された箇所周辺の材料を攪拌することで修復する欠陥修復器と、前記非破壊検査器と、前記切削機構と、前記欠陥修復器と、の駆動を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。 A machine tool disclosed in the present specification is a machine tool having a cutting mechanism for cutting a material, and a nondestructive inspection device for detecting an internal defect of the material without destroying the material, and the material. A workpiece holding device for holding a workpiece, and a tool holding device for holding a tool for cutting the material, wherein the material is for repairing an internal defect detected by the nondestructive inspection device. A cutting mechanism that cuts and removes at least a part of the material, a defect repair device that repairs the material by filling the material in the material that has been removed by cutting, or by agitating the material around the material that has been removed by cutting. A destructive inspection device, the cutting mechanism, and a control device that controls driving of the defect repair device are provided.

工作機械が、非破壊検査器と欠陥修復器とを備えるため、素材の内部欠陥の検査および修復と、切削機構を用いた製品加工と、が連続して行える。また、内部欠陥の修復に際しては、素材の付与箇所の切削除去が必要になるが、この切削除去に工作機械の切削機構を用いることができるため、効率的に内部欠陥を修復できる。結果として、内部欠陥が生じやすい素材を用いる場合において、製品製造効率を向上できる。 Since the machine tool includes the nondestructive inspection device and the defect repair device, the inspection and repair of the internal defect of the material and the product processing using the cutting mechanism can be continuously performed. In addition, when repairing an internal defect, it is necessary to remove the material by cutting it. However, since the cutting mechanism of the machine tool can be used for this cutting removal, the internal defect can be efficiently repaired. As a result, the product manufacturing efficiency can be improved when using a material that easily causes internal defects.

この場合、前記制御装置は、前記非破壊検査器による欠陥検出結果と、欠陥検出時における前記非破壊検査器の位置および姿勢と、を関連付けて欠陥情報として記憶してもよい。 In this case, the control device may store the defect detection result by the nondestructive inspection device and the position and orientation of the nondestructive inspection device at the time of defect detection as defect information in association with each other.

かかる構成とすることで、内部欠陥の位置およびサイズを把握でき、内部欠陥周辺の除去および内部欠陥の修復を効率的に行なうことができる。 With such a configuration, the position and size of the internal defect can be grasped, and removal of the periphery of the internal defect and repair of the internal defect can be efficiently performed.

また、この場合、前記制御装置は、センサを用いて前記素材を測定した測定結果または予め記憶された前記素材のCADデータに基づいて前記素材の外形情報を取得し、前記外形情報と前記欠陥情報とに基づいて欠陥修復のための前記切削機構および前記欠陥修復器の駆動プログラムを生成してもよい。 Further, in this case, the control device acquires the outer shape information of the material based on the measurement result of measuring the material using a sensor or the CAD data of the material stored in advance, and the outer shape information and the defect information are acquired. A drive program for the cutting mechanism and the defect repair device for defect repair may be generated based on

制御装置において、欠陥修復のための切削機構および欠陥修復器の駆動プログラムを生成することで、内部欠陥の修復等をより効率的に行なえる。 By generating a cutting mechanism for defect repair and a drive program for the defect repair device in the control device, the internal defects can be repaired more efficiently.

また、この場合、前記制御装置は、前記外形情報と前記欠陥情報と製品形状情報とに基づいて検出された前記内部欠陥それぞれについて修復の要否を判断し、修復が必要と判断された内部欠陥のみを、前記切削機構および前記欠陥修復器を用いて修復させてもよい。 Further, in this case, the control device determines whether or not each of the internal defects detected based on the outer shape information, the defect information, and the product shape information needs to be repaired, and the internal defect that is determined to be repaired. Only the cutting mechanism and the defect repair device may be repaired.

かかる構成とすることで、不要な内部欠陥については、除去、修復の作業が不要となるため、全体としての作業時間を短縮できる。 With such a configuration, the work of removing and repairing unnecessary internal defects becomes unnecessary, so that the working time as a whole can be shortened.

また、前記制御装置は、製品形状の前記素材における基準点をずらすことで前記内部欠陥が製品表面に露出することが防止できる場合は、当該内部欠陥を補修することなく、前記製品形状の基準点をずらして前記切削機構に製品加工を実行させてもよい。 Further, when the control device can prevent the internal defect from being exposed on the product surface by shifting the reference point of the material of the product shape, the reference point of the product shape without repairing the internal defect. The cutting mechanism may be caused to shift to perform product processing.

かかる構成とすることで、修復対象の内部欠陥を低減でき、除去、修復に要する時間を短縮でき、全体としての作業時間を短縮できる。 With such a configuration, it is possible to reduce internal defects to be repaired, shorten the time required for removal and repair, and shorten the overall work time.

また、さらに、加工室内に設けられ、関節接合された複数のアームを有するロボットを備え、前記非破壊検査器は、前記ロボットのエンドエフェクタとして前記ロボットに取り付けられていてもよい。 Furthermore, a robot having a plurality of articulated arms provided in the processing chamber may be further provided, and the nondestructive inspection device may be attached to the robot as an end effector of the robot.

かかる構成とすることで、より多様な位置から素材を検査できるため、内部欠陥をより確実に検出できる。 With such a configuration, the material can be inspected from various positions, so that the internal defect can be detected more reliably.

また、前記非破壊検査器は、超音波探傷機または放射線透過試験機であってもよい。かかる構成とすることで、素材に悪影響を与えることなく、内部欠陥を検出できる。 Further, the nondestructive inspection device may be an ultrasonic flaw detector or a radiation transmission tester. With this configuration, the internal defect can be detected without adversely affecting the material.

また、前記欠陥修復器は、積層造形機、溶接機、摩擦攪拌改質機の少なくとも一つを含んでもよい。かかる構成とすることで、除去箇所を確実に補修できる。 Further, the defect repairing device may include at least one of a layered modeling machine, a welding machine, and a friction stir reformer. With such a configuration, the removed portion can be reliably repaired.

また、前記工具保持装置は、転削用工具を回転保持する工具主軸を含み、前記欠陥修復器は、前記転削用工具の代わりに、前記工具主軸に取り付けられた攪拌用工具で、前記素材の摩擦攪拌改質を行なう摩擦攪拌改質機を含んでもよい。 Further, the tool holding device includes a tool spindle for rotating and holding a rolling tool, and the defect repair device is a stirring tool attached to the tool spindle instead of the rolling tool, and the material A friction stir reformer for performing the friction stir reforming may be included.

かかる構成とすることで、攪拌用工具を回転保持する装置を別途設ける必要がないため、工作機械全体の小型化、低コスト化が可能となる。 With such a configuration, it is not necessary to separately provide a device for rotating and holding the stirring tool, so that it is possible to reduce the size and cost of the entire machine tool.

本明細書で開示する工作機械によれば、内部欠陥が生じやすい素材を用いる場合において、製品製造効率を向上できる。 According to the machine tool disclosed in the present specification, product manufacturing efficiency can be improved when a material that easily causes internal defects is used.

工作機械の概略的な正面図である。It is a schematic front view of a machine tool. 工作機械の概略的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing a schematic structure of a machine tool. 素材の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a raw material. 図3Aの素材の切削除去する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the material of FIG. 3A is cut and removed. 図3Cの素材を修復する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the material of FIG. 3C is restored. 素材の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a raw material. 図4Aの素材の切削除去する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the material of FIG. 4A is cut and removed. 図4Cの素材を修復する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the material of FIG. 4C is restored. 素材の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a raw material. 図5Aの素材の切削除去する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the material of FIG. 5A is cut and removed. 図5Cの素材を修復する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the material of FIG. 5C is restored. 素材を検査、除去、修復する流れを示すフローチャートである。6 is a flowchart showing a flow of inspecting, removing, and repairing a material. 内部欠陥の評価の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of evaluation of an internal defect. 素材の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a raw material. 図8Aの素材において製品形状の基準点をずらした様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the reference point of the product shape was shifted in the material of FIG. 8A.

以下、図面を参照して工作機械10の構成について説明する。図1は、工作機械10の構成を示す概略正面図である。また、図2は、工作機械10の構成を示すブロック図である。この工作機械10は、素材102を、指定の製品形状に切削加工して、製品を製造する切削加工機である。以下では、工作機械10を、転削加工を行うマシニングセンタ、特に、大型製品の加工に適した門形マシニングセンタとして説明する。ただし、本明細書で開示する技術は、切削機構を有するのであれば、マシニングセンタに限らず他の工作機械に適用されてもよい。したがって、本明細書で開示する技術は、マシニングセンタの他、旋削加工を行う旋盤や、研削加工を行う研削盤、およびこれらを組み合わせた複合加工機などに適用されてもよい。 Hereinafter, the configuration of the machine tool 10 will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic front view showing the configuration of the machine tool 10. Further, FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the machine tool 10. The machine tool 10 is a cutting machine that manufactures a product by cutting the material 102 into a specified product shape. In the following, the machine tool 10 will be described as a machining center that performs rolling machining, in particular, as a portal machining center suitable for machining large-sized products. However, the technique disclosed in the present specification may be applied to other machine tools as well as a machining center as long as it has a cutting mechanism. Therefore, the technology disclosed in this specification may be applied to a lathe for performing turning, a grinder for performing grinding, and a combined machining machine in which these are combined, in addition to a machining center.

工作機械10には、素材102を切削加工する切削機構12が設けられている。切削機構12は、素材102を保持するテーブル16と、工具100を保持する工具主軸14と、を有している。工具主軸14は、工具保持装置として機能するもので、転削用工具100を回転保持する。この工具主軸14は、ラム18により昇降自在に保持されており、ラム18は、サドル20により保持されている。サドル20は、水平方向(Y方向)に延びるクロスレール22に沿って移動可能であり、クロスレール22は、コラム23に沿って昇降自在となっている。テーブル16は、ワーク保持装置として機能するもので、素材102が載置、固定される。このテーブル16は、地面に固定設置されたベッド17で支えられており、水平方向(X方向)に移動可能となっている。 The machine tool 10 is provided with a cutting mechanism 12 for cutting the material 102. The cutting mechanism 12 includes a table 16 that holds the material 102, and a tool spindle 14 that holds the tool 100. The tool spindle 14 functions as a tool holding device and holds the rolling tool 100 in rotation. The tool spindle 14 is held by a ram 18 so as to be movable up and down, and the ram 18 is held by a saddle 20. The saddle 20 is movable along a cross rail 22 extending in the horizontal direction (Y direction), and the cross rail 22 is vertically movable along a column 23. The table 16 functions as a work holding device, on which the material 102 is placed and fixed. The table 16 is supported by a bed 17 fixedly installed on the ground and movable in the horizontal direction (X direction).

製品を加工する際には、工具100を高速回転させながら、素材102に対して相対移動させることで、素材102を切削加工する。ここで、素材102、特に、大型製品で用いる素材102の中には、内部欠陥を有するものが知られている。例えば、大型製品では、鋳物を素材102として用いることが多い。しかし、この鋳物は、その製造過程で、内部に空洞、いわゆる、鋳巣が生じることがある。かかる鋳巣は、外部からは視認できないため、製品加工前に認識できないことが多い。そのため、鋳巣に気づかないまま切削加工してしまった後、加工面に鋳巣が現れて、鋳巣の存在に気づくことがあった。この場合、加工されたものは製品としての基準を満たさないため、せっかくの切削加工が無駄となる。 When processing a product, the material 102 is cut by rotating the tool 100 at a high speed and moving the tool 100 relative to the material 102. Here, it is known that the material 102, particularly the material 102 used in a large-sized product, has an internal defect. For example, in a large product, a casting is often used as the material 102. However, this casting may have voids inside, so-called cavities, during the manufacturing process. Since such a porosity cannot be visually recognized from the outside, it often cannot be recognized before the product is processed. Therefore, after cutting without recognizing the cavities, the cavities may appear on the processed surface and the presence of the cavities may be noticed. In this case, since the processed product does not satisfy the standard as a product, the cutting work is wasted.

そこで、従来から、加工前に素材102の内部欠陥を検査することが考えられる。しかし、従来、内部欠陥を検出する欠陥検査装置(例えば非破壊検査器)は、工作機械10の外部に設けられていたため、内部欠陥の有無を検査するためには、素材102の欠陥検査装置への搬送、欠陥検査装置での素材102の検査、素材102の欠陥検査装置から工作機械10への搬送といった作業が必要となり、余計な工程、手間が生じていた。特に、鋳物は、大型製品で用いられることが多いが、かかる大型製品用の素材102を、搬送することは、作業者にとって大きな負担であった。そのため、従来は、複数の素材102全てについて欠陥検査を行なわず、一部だけを抜き取り検査することが多かった。しかし、内部欠陥(鋳巣)の発生箇所や形状は、固体によって違うため、抜き取り検査では、上述したような問題を防止できなかった。また、従来では、検査によって、無視できない内部欠陥が見つかった場合には、その素材102を廃棄するしかなく、素材102の無駄が生じていた。結果として、従来では、内部欠陥が生じる可能性がある素材(例えば鋳物等)を用いて製品を製造する際の生産効率が低かった。 Therefore, conventionally, it is considered to inspect the internal defect of the material 102 before processing. However, conventionally, a defect inspection device (for example, a nondestructive inspection device) that detects an internal defect has been provided outside the machine tool 10. Therefore, in order to inspect whether there is an internal defect, a defect inspection device for the material 102 is used. And the inspection of the material 102 by the defect inspection apparatus, and the operation of transferring the material 102 from the defect inspection apparatus to the machine tool 10, resulting in extra steps and troubles. In particular, castings are often used for large-sized products, and transporting the material 102 for such large-sized products has been a heavy burden on the operator. Therefore, conventionally, it is often the case that a part of a plurality of materials 102 is not inspected for defects but is inspected by sampling. However, since the locations and shapes of internal defects (cast holes) differ depending on the solid, the sampling inspection cannot prevent the above-mentioned problems. Further, conventionally, when an internal defect that cannot be ignored is found by inspection, the material 102 must be discarded, and the material 102 is wasted. As a result, conventionally, the production efficiency when manufacturing a product using a material (for example, a casting) that may cause internal defects was low.

そこで、本明細書で開示する工作機械10では、製品の生産効率をより向上するために、切削機構12に加えて、更に、内部欠陥を検出する非破壊検査器28と、内部欠陥を修復する欠陥修復器30と、を設けている。 Therefore, in the machine tool 10 disclosed in this specification, in order to further improve the production efficiency of products, in addition to the cutting mechanism 12, a nondestructive inspection device 28 for detecting an internal defect and an internal defect are repaired. The defect repair device 30 is provided.

非破壊検査器28は、素材102の内部にある欠陥、例えば、鋳巣を検出するものである。かかる非破壊検査器28としては、例えば、超音波探傷機や放射線透過試験機を用いることができる。こうした非破壊検査器28は、移動機構24に取り付けられている。移動機構24は、非破壊検査器28の位置および姿勢を変更するもので、本例では、互いに関節接合された複数のアームを有した多関節型のロボット26である。非破壊検査器28は、このロボット26のエンドエフェクタとして、アームの端部に取り付けられている。このように、非破壊検査器28をロボット26に取り付けることで、非破壊検査器28の位置および姿勢を自由に変更でき、素材102を様々な位置および向きから検査することができる。さらに、本例では、このロボット26を、工具主軸14に設置している。かかる構成とすることで、ロボット26、ひいては、非破壊検査器28の可動範囲を広げることができ、より様々な位置から欠陥を検出できる。 The nondestructive inspection device 28 detects a defect inside the material 102, for example, a porosity. As the nondestructive inspection device 28, for example, an ultrasonic flaw detector or a radiation transmission tester can be used. The nondestructive inspection device 28 is attached to the moving mechanism 24. The moving mechanism 24 changes the position and posture of the nondestructive inspection device 28, and is a multi-joint type robot 26 having a plurality of arms jointed to each other in this example. The nondestructive inspection device 28 is attached to the end of the arm as an end effector of the robot 26. As described above, by attaching the nondestructive inspection device 28 to the robot 26, the position and orientation of the nondestructive inspection device 28 can be freely changed, and the material 102 can be inspected from various positions and orientations. Further, in this example, the robot 26 is installed on the tool spindle 14. With such a configuration, the movable range of the robot 26, and thus the nondestructive inspection device 28, can be expanded, and defects can be detected from various positions.

なお、ロボット26に取り付けられるエンドエフェクタは、適宜、交換されてもよい。したがって、素材102の内部欠陥を検査する際には、ロボット26にエンドエフェクタとして非破壊検査器28を装着し、素材102の外形形状を測定する際には、ロボット26にエンドエフェクタとして、接触式または非接触式の三次元測定器を装着するようにしてもよい。 The end effector attached to the robot 26 may be replaced as appropriate. Therefore, when inspecting the internal defect of the material 102, the non-destructive inspection device 28 is mounted on the robot 26 as an end effector, and when measuring the outer shape of the material 102, the robot 26 is contact-type as an end effector. Alternatively, a non-contact type three-dimensional measuring device may be attached.

また、本例では、非破壊検査器28を、移動機構24、具体的には、ロボット26に取り付けているが、素材102の内部欠陥を検出できるのであれば、非破壊検査器28は、位置および姿勢が固定でもよい。 In addition, in this example, the nondestructive inspection device 28 is attached to the moving mechanism 24, specifically, the robot 26. However, if the internal defect of the material 102 can be detected, the nondestructive inspection device 28 is positioned. The posture may be fixed.

欠陥修復器30は、切削機構12を協働して、内部欠陥箇所を修復する。すなわち、後に詳説するが、制御装置32は、非破壊検査器28により素材102の内部に看過できない欠陥が見つかった場合、内部欠陥の発生箇所周辺を、切削機構12により切削除去する。欠陥修復器30は、この切削除去された箇所に材料を補填、または、切削除去された箇所周辺の材料を攪拌することで修復する。かかる欠陥修復器30としては、例えば、材料を層状に積み重ねて成形する積層造形機、材料を溶融して接合させる溶接機、母材に高速回転させた攪拌用ツールを押し付けることで周辺の材料を攪拌する摩擦攪拌改質器などを用いることができる。 The defect repair device 30 cooperates with the cutting mechanism 12 to repair an internal defect portion. That is, as will be described in detail later, when the nondestructive inspection device 28 finds a defect that cannot be overlooked inside the material 102, the control device 32 causes the cutting mechanism 12 to cut and remove the periphery of the location where the internal defect occurs. The defect repairing device 30 repairs by filling the material at the cut and removed portion or stirring the material around the cut and removed portion. Examples of the defect repairing device 30 include a layering machine for stacking and forming materials in layers, a welding machine for melting and joining the materials, and a peripheral material by pressing a stirring tool rotated at a high speed on the base material. A friction stir reformer that stirs can be used.

欠陥修復器30は、素材102に対して移動可能に設けられている。例えば、欠陥修復器30は、工具主軸14とは独立して移動できる移動体29に取り付けられてもよい。また、別の形態として、欠陥修復器30は、工具100に代わって工具主軸14に取り付けられてもよい。 The defect repair device 30 is provided so as to be movable with respect to the material 102. For example, the defect repair device 30 may be attached to a moving body 29 that can move independently of the tool spindle 14. As another form, the defect repair device 30 may be attached to the tool spindle 14 instead of the tool 100.

制御装置32は、各種演算を行なうCPUと、各種プログラムやデータを記憶するメモリ36と、を有したコンピュータである。この制御装置32は、さらに、通信機能を有しており、他の装置との間で各種データ、例えば、加工プログラム(NCプログラム)等を授受できる。この制御装置32は、例えば、工具100や素材102の位置を随時演算する数値制御装置を含んでもよい。また、制御装置32は、単一の装置でもよいし、複数の演算装置を組み合わせて構成されてもよい。 The control device 32 is a computer including a CPU that performs various calculations and a memory 36 that stores various programs and data. The control device 32 further has a communication function, and can exchange various data such as a machining program (NC program) with other devices. The control device 32 may include, for example, a numerical control device that constantly calculates the positions of the tool 100 and the material 102. Further, the control device 32 may be a single device or may be configured by combining a plurality of arithmetic devices.

制御装置32は、製品形状を得るために、切削機構12で素材102を切削加工する際に、テーブル16や工具主軸14の駆動を制御する。また、制御装置32は、後述するように、素材102の内部欠陥の検出、除去、修復を行なうために、非破壊検査器28、切削機構12、欠陥修復器30の駆動制御も行なう。この欠陥の検出、除去、修復に関わるデータの授受について図2を参照して説明する。なお、以下では、切削機構12による切削加工のうち、素材102から内部欠陥を除去するための切削加工を「除去加工」と呼び、素材102から製品形状を生成するための切削加工を「製品加工」と呼び、両者を区別する。 The control device 32 controls the drive of the table 16 and the tool spindle 14 when the material 102 is cut by the cutting mechanism 12 in order to obtain the product shape. Further, as will be described later, the control device 32 also controls the drive of the nondestructive inspection device 28, the cutting mechanism 12, and the defect repair device 30 in order to detect, remove, and repair the internal defect of the material 102. The exchange of data relating to the detection, removal, and repair of this defect will be described with reference to FIG. In the following, among the cutting processes by the cutting mechanism 12, the cutting process for removing internal defects from the material 102 is referred to as “removal process”, and the cutting process for generating a product shape from the material 102 is referred to as “product processing”. To distinguish between the two.

制御装置32には、予め、製品加工プログラムが入力される。製品加工プログラムは、製品加工を行う際の工具100および素材102の移動軌跡等を含むNCプログラムである。また、制御装置32には、製品形状を示す製品CADデータも予め入力される。この製品加工プログラムや製品CADデータは、外部機器で予め生成され、制御装置32に入力される。 A product processing program is input to the control device 32 in advance. The product processing program is an NC program including the movement loci of the tool 100 and the material 102 when processing the product. Further, product CAD data indicating a product shape is also input to the control device 32 in advance. The product processing program and the product CAD data are generated in advance by an external device and input to the control device 32.

また、制御装置32は、内部欠陥の検出に先立って、素材102の外形を示す外形情報40を取得する。制御装置32は、この外形情報40を、例えば、素材102の形状を示すCADデータを読み込むことで取得してもよい。また、別の形態として、制御装置32は、工作機械10に設けられた外形センサ38での検出結果に基づいて、外形情報40を取得してもよい。外形センサ38は、素材102の外形を検出できるのであれば特に限定されない。したがって、外形センサ38は、接触して物体の外形を計測するタッチプローブ式の三次元測定機でもよいし、レーザや超音波を利用して非接触で物体の外形を計測する非接触式の三次元測定機でもよい。 Further, the control device 32 acquires the outer shape information 40 indicating the outer shape of the material 102 prior to the detection of the internal defect. The control device 32 may acquire the outer shape information 40, for example, by reading CAD data indicating the shape of the material 102. As another form, the control device 32 may acquire the outer shape information 40 based on the detection result of the outer shape sensor 38 provided in the machine tool 10. The outer shape sensor 38 is not particularly limited as long as it can detect the outer shape of the material 102. Therefore, the outer shape sensor 38 may be a touch probe type three-dimensional measuring machine that contacts and measures the outer shape of the object, or a non-contact type tertiary that measures the outer shape of the object in a non-contact manner using laser or ultrasonic waves. It may be a former measuring machine.

制御装置32は、得られた外形情報40に基づいて、非破壊検査器28の移動ルートを決定する。すなわち、素材102の内部欠陥を検出するためには、移動機構24を駆動して、非破壊検査器28を様々な位置および姿勢に変化させる必要がある。制御装置32は、非破壊検査器28やロボット26が素材102と干渉することなく、非破壊検査器28が素材102の全範囲について欠陥検出でき得る、移動ルートを外形情報40に基づいて算出する。 The control device 32 determines the movement route of the nondestructive inspection device 28 based on the obtained outer shape information 40. That is, in order to detect the internal defect of the material 102, it is necessary to drive the moving mechanism 24 and change the nondestructive inspection device 28 to various positions and postures. The control device 32 calculates, based on the outer shape information 40, a movement route that allows the nondestructive inspection device 28 to detect defects in the entire range of the material 102 without the nondestructive inspection device 28 or the robot 26 interfering with the material 102. ..

ロボット26(移動機構24)には、各アームの移動量(回転量)を検出するセンサ39が設けられている。このセンサ39の検出値は、随時、制御装置32に送られる。制御装置32は、これらの検出値に基づいて、現時点での非破壊検査器28の位置および姿勢を算出する。 The robot 26 (moving mechanism 24) is provided with a sensor 39 that detects the moving amount (rotating amount) of each arm. The detection value of the sensor 39 is sent to the control device 32 at any time. The controller 32 calculates the current position and orientation of the nondestructive inspection device 28 based on these detected values.

また、非破壊検査器28での検出結果も、制御装置32に送られる。制御装置32は、この欠陥検出結果と、欠陥検出時の非破壊検査器28の位置および姿勢と、を関連付けて欠陥情報42として記憶する。 The detection result of the nondestructive inspection device 28 is also sent to the control device 32. The control device 32 stores the defect information 42 in association with the defect detection result and the position and orientation of the nondestructive inspection device 28 at the time of defect detection.

内部欠陥を除去および修復する際、制御装置32は、得られた欠陥情報42および外形情報40に基づいて、除去用加工プログラムP1および修復用加工プログラムP2を生成する。除去用加工プログラムP1は、内部欠陥周辺を除去するために必要な切削機構12の駆動プログラム(NCプログラム)である。また、修復用加工プログラムP2は、除去箇所を修復するために必要な欠陥修復器30の駆動プログラムである。切削機構12および欠陥修復器30が、これらのプログラムP1,P2に従い駆動することで、素材102の内部欠陥が除去、修復される。 When removing and repairing the internal defect, the control device 32 generates a removal machining program P1 and a repair machining program P2 based on the obtained defect information 42 and outer shape information 40. The removal processing program P1 is a drive program (NC program) of the cutting mechanism 12 necessary for removing the periphery of the internal defect. The repair processing program P2 is a drive program for the defect repair device 30 necessary to repair the removed portion. By driving the cutting mechanism 12 and the defect repair device 30 according to these programs P1 and P2, internal defects of the material 102 are removed and repaired.

次に、素材102の内部欠陥104の検査、除去、修復の様子について図3〜図5を参照して説明する。図3Aは、内部に、四つの内部欠陥104a〜104dを有した素材102のイメージ図である。図3Aにおいて二点鎖線は、製品外形を示している。図3Aの例では、素材102の内部には、製品と重複しない位置にある内部欠陥104aと、製品表面と重複する位置にある内部欠陥104bと、製品の内部に位置する小さな内部欠陥104cと、製品の内部に位置する大きな内部欠陥104dと、が存在する。 Next, how to inspect, remove, and repair the internal defect 104 of the material 102 will be described with reference to FIGS. FIG. 3A is an image view of the material 102 having four internal defects 104a to 104d inside. In FIG. 3A, the chain double-dashed line indicates the product outline. In the example of FIG. 3A, inside the material 102, internal defects 104a that do not overlap the product, internal defects 104b that overlap the product surface, and small internal defects 104c that are internal to the product, There are large internal defects 104d located inside the product.

こうした内部欠陥のうち、製品と重複しない位置にある内部欠陥104aは、放置しておいても、製品加工の過程で除去されるため、問題ない。また、製品の内部に位置する欠陥のうち、小さな内部欠陥104cも、製品の品質に大きな悪影響を及ぼさないため、放置しておいても問題ない。一方、製品表面と重複する内部欠陥104bは、製品が形成されると外部に露出し、製品としての価値を著しく低下させる。また、製品の内部であっても、大きな内部欠陥104dは、製品の強度を低下させるおそれがある。 Of these internal defects, the internal defect 104a at a position that does not overlap with the product does not pose a problem because it is removed in the process of processing the product even if left alone. Further, among the defects located inside the product, the small internal defect 104c does not have a large adverse effect on the quality of the product, so that there is no problem in leaving it. On the other hand, the internal defect 104b overlapping with the surface of the product is exposed to the outside when the product is formed, and significantly reduces the value as the product. Even inside the product, the large internal defect 104d may reduce the strength of the product.

ただし、こうした内部欠陥104a〜104dは、いずれも、素材102の内部に隠れているため、目視できない。そこで、本例では、製品加工に先立って、こうした内部欠陥104の有無を、検出し、必要に応じて修復する。具体的には、制御装置32は、ロボット26および非破壊検査器28を駆動して、内部欠陥104の位置およびサイズを検出する。続いて、制御装置32は、検出された内部欠陥104を評価し、修復の要否を判断する。この判断基準としては、種々考えられるが、例えば、製品の外表面と重複する内部欠陥104b、および、製品の内部かつ基準以上の大きさの内部欠陥104dを、修復対象として判断するようにしてもよい。 However, since all of these internal defects 104a to 104d are hidden inside the material 102, they cannot be visually observed. Therefore, in this example, the presence or absence of such an internal defect 104 is detected and repaired as necessary prior to processing the product. Specifically, the control device 32 drives the robot 26 and the nondestructive inspection device 28 to detect the position and size of the internal defect 104. Subsequently, the control device 32 evaluates the detected internal defect 104 and determines whether or not the repair is necessary. There are various conceivable judgment criteria. For example, an internal defect 104b that overlaps the outer surface of the product and an internal defect 104d that is inside the product and has a size larger than the standard are determined to be repaired. Good.

修復対象の内部欠陥104が特定できれば、制御装置32は、切削機構12を駆動して、当該修復対象の内部欠陥104を切削除去する。本例では、内部欠陥104bと内部欠陥104dとが修復対象となるため、図3Bに示すように、内部欠陥104b,104dを除去できる高さ位置まで素材102を切削除去する。 When the internal defect 104 to be repaired can be identified, the control device 32 drives the cutting mechanism 12 to cut and remove the internal defect 104 to be repaired. In this example, since the internal defects 104b and 104d are to be repaired, the material 102 is cut and removed to a height position where the internal defects 104b and 104d can be removed as shown in FIG. 3B.

修復対象の内部欠陥104b,104dが除去できれば、続いて、制御装置32は、欠陥修復器30を駆動して、切削除去した箇所を修復する。図3の例では、欠陥修復器30として積層造形機50を用いる。積層造形機50は、切削除去した箇所に材料を積層していくことで、除去箇所を修復する。なお、このとき、切削除去した箇所全てに材料を補填する必要はなく、図3Cに示すように、製品形成に必要な箇所にのみ、材料を補填すればよい。 If the internal defects 104b and 104d to be repaired can be removed, subsequently, the control device 32 drives the defect repair device 30 to repair the cut and removed portion. In the example of FIG. 3, a layered modeling machine 50 is used as the defect repair device 30. The additive manufacturing machine 50 restores the removed portion by stacking the material on the removed portion. At this time, it is not necessary to fill the material in all the cut and removed portions, and it is sufficient to fill the material only in the portions necessary for product formation as shown in FIG. 3C.

また、上述の説明では、修復対象の内部欠陥104と同じ高さ位置の材料を全て切削除去しているが、内部欠陥104の周辺箇所のみを切削除去してもよい。すなわち、図4Aに示すように、製品表面に内部欠陥104が存在する場合、図4Bに示すように、当該内部欠陥104の周辺のみを切削除去してもよい。また、欠陥修復器30として、溶接機52を用いてもよい。この場合、図4Cに示すように、切削除去された箇所は、溶接機52により肉盛り溶接されることで修復される。 Further, in the above description, all the material at the same height position as the internal defect 104 to be repaired is cut and removed, but only the peripheral portion of the internal defect 104 may be cut and removed. That is, when the internal defect 104 is present on the surface of the product as shown in FIG. 4A, only the periphery of the internal defect 104 may be cut and removed as shown in FIG. 4B. A welder 52 may be used as the defect repair device 30. In this case, as shown in FIG. 4C, the portion removed by cutting is repaired by overlay welding by the welding machine 52.

また、欠陥修復器30として、図5に示すように、摩擦攪拌改質器54を用いてもよい。摩擦攪拌改質器54は、素材の表面材料を、攪拌して改質するものである。具体的には、摩擦攪拌改質器54は、先端にプローブ55aと呼ばれる小突起を有する円柱状の攪拌用工具55を、高速回転させながら素材表面に押し付け、プローブ55aを材料中に圧入する。素材102は、プローブ55aの側面および攪拌用工具55の肩部下面との摩擦熱により加熱されて塑性変形抵抗を失い、攪拌用工具55の回転に引きずられる形で材料流動を起こし、攪拌される。摩擦攪拌改質で内部欠陥104を修復する場合には、図5Bに示すように、プローブ55aが内部欠陥104箇所に到達できるように、内部欠陥104の真上まで材料を切削除去する。その後、図5Cに示すように、攪拌用工具55を高速回転させつつ、内部欠陥104周辺に攪拌用工具55を押し当てて、内部欠陥104周辺の材料を攪拌する。 Further, as the defect repairing device 30, a friction stir reformer 54 may be used as shown in FIG. The friction stir reformer 54 stirs and reforms the surface material of the raw material. Specifically, the friction stir reformer 54 presses a cylindrical stirring tool 55 having a small projection called a probe 55a at the tip against the material surface while rotating at high speed, and presses the probe 55a into the material. The raw material 102 is heated by frictional heat between the side surface of the probe 55a and the lower surface of the shoulder portion of the stirring tool 55, loses plastic deformation resistance, causes material flow in a form dragged by rotation of the stirring tool 55, and is stirred. .. When the internal defect 104 is repaired by friction stir reforming, as shown in FIG. 5B, the material is cut and removed right above the internal defect 104 so that the probe 55a can reach the position of the internal defect 104. After that, as shown in FIG. 5C, the stirring tool 55 is rotated at a high speed, and the stirring tool 55 is pressed against the periphery of the internal defect 104 to stir the material around the internal defect 104.

なお、摩擦攪拌改質器54は、工具主軸14と独立して設けられてもよいが、工具主軸14を利用するものでもよい。すなわち、上述の説明から明らかな通り、攪拌用工具55の保持装置は、当該攪拌用工具55を高速回転できるとともに、素材材料の塑性変形抵抗に耐えられる程度の高い剛性を有することが求められる。このような保持装置は、大型で高価になりやすいが、工具主軸14は、こうした条件を満たしている。そのため、工具主軸14に、転削用工具100に替えて、攪拌用工具55を取り付けて、摩擦攪拌改質を行なうようにすれば、摩擦攪拌改質用の工具保持装置を別途設ける必要がなく、スペースやコストを低減できる。 The friction stir reformer 54 may be provided independently of the tool spindle 14, but may utilize the tool spindle 14. That is, as is clear from the above description, the holding device for the stirring tool 55 is required to have high rigidity that can rotate the stirring tool 55 at high speed and can withstand the plastic deformation resistance of the raw material. Although such a holding device is large and tends to be expensive, the tool spindle 14 satisfies these conditions. Therefore, if the stirring tool 55 is attached to the tool spindle 14 instead of the rolling tool 100 to perform friction stir reforming, it is not necessary to separately provide a tool holding device for friction stir reforming. The space and cost can be reduced.

次に、内部欠陥104の修復の流れについて図6、図7を参照して説明する。図6は、内部欠陥104の修復の流れを示すフローチャートであり、図7は、欠陥の評価処理の流れを示すフローチャートである。 Next, a flow of repairing the internal defect 104 will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a flowchart showing the flow of repairing the internal defect 104, and FIG. 7 is a flowchart showing the flow of defect evaluation processing.

制御装置32は、製品加工の開始前に、図6に示す処理を実行する。具体的には、制御装置32は、まず、製品加工前の素材102の外形を示す外形情報40を取得する(S10)。この外形情報40は、予めCADデータとして取得してもよいし、外形センサでの検出結果に基づいて算出してもよい。 The control device 32 executes the process shown in FIG. 6 before starting the product processing. Specifically, the control device 32 first acquires the outer shape information 40 indicating the outer shape of the material 102 before product processing (S10). The outer shape information 40 may be acquired in advance as CAD data, or may be calculated based on the detection result of the outer shape sensor.

次に、制御装置32は、得られた外形情報40に基づいて、非破壊検査器28の移動ルートを算出する(S12)。すなわち、非破壊検査器28およびロボット26を、素材102に干渉させることなく、素材102全体を非破壊検査器28で検査できる移動ルートを求める。移動ルートが得られれば、内部欠陥104の検査を行なう(S14)。具体的には、制御装置32は、非破壊検査器28を、移動ルートに従い移動させて、素材102表面に近接させつつ、非破壊検査器28から検出信号(超音波、放射線、レーダーなど)を送受させる。非破壊検査器28による検出結果は、随時、制御装置32に送られる。制御装置32は、この検出の際、ロボット26から送られる移動量(各アームの回転量)に基づいて、非破壊検査器28の位置(検出位置)を随時、算出する。制御装置32は、この得られた検出結果と、検出位置と、を対応付けた情報を欠陥情報として記憶する(S16)。 Next, the control device 32 calculates the movement route of the nondestructive inspection device 28 based on the obtained outer shape information 40 (S12). That is, a movement route that allows the nondestructive inspection device 28 and the robot 26 to inspect the entire material 102 with the nondestructive inspection device 28 without interfering with the material 102 is obtained. When the movement route is obtained, the internal defect 104 is inspected (S14). Specifically, the control device 32 moves the nondestructive inspection device 28 according to the movement route to bring the detection signal (ultrasonic wave, radiation, radar, etc.) from the nondestructive inspection device 28 close to the surface of the material 102. Send and receive. The detection result of the nondestructive inspection device 28 is sent to the control device 32 at any time. At the time of this detection, the control device 32 calculates the position (detection position) of the nondestructive inspection device 28 at any time based on the movement amount (rotation amount of each arm) sent from the robot 26. The control device 32 stores, as defect information, information in which the obtained detection result and the detection position are associated with each other (S16).

欠陥情報が得られれば、続いて、制御装置32は、各内部欠陥104について、修復が必要か否か、評価する(S18)。この内部欠陥104の評価のために、制御装置32は、まず、製品CADデータと、外形情報40と、欠陥情報42と、を読み込む(図7、S30)。そして、欠陥情報42から内部欠陥104の位置およびサイズを求める。素材102に欠陥がある場合、制御装置32は、一つの内部欠陥104が、製品と重複する位置にあるか否かを判断する(S34)。すなわち、制御装置32は、外形情報40と製品CADデータとに基づいて、素材102のうち製品となる範囲を特定する。また、制御装置32は、外形情報と欠陥情報42とに基づいて、内部欠陥104の素材102に対する位置を特定する。制御装置32は、この特定された位置が、製品となる範囲と重複しているか否かを判断する。 When the defect information is obtained, subsequently, the control device 32 evaluates whether each internal defect 104 needs to be repaired (S18). To evaluate the internal defect 104, the control device 32 first reads the product CAD data, the outer shape information 40, and the defect information 42 (FIG. 7, S30). Then, the position and size of the internal defect 104 are obtained from the defect information 42. When the material 102 has a defect, the control device 32 determines whether or not one internal defect 104 is in a position overlapping with the product (S34). That is, the control device 32 specifies the range of the material 102 that becomes the product, based on the outer shape information 40 and the product CAD data. Further, the control device 32 identifies the position of the internal defect 104 with respect to the material 102 based on the outer shape information and the defect information 42. The control device 32 determines whether the specified position overlaps with the product range.

判断の結果、内部欠陥104が、製品と重複している場合には、修復不要と判断する(S42)。一方、内部欠陥104が、製品と重複している場合、制御装置32は、続いて、当該内部欠陥104が、製品表面と重複しているか否かを判断する(S36)。製品表面と重複している場合には、当該内部欠陥104は、製品加工することで、外部に露出することになる。そのため、内部欠陥104の大きさに関わらず、修復必要と判断する(S40)。一方、内部欠陥104が、製品と重複しているものの、製品表面とは重複していない場合、すなわち、内部欠陥104が製品の内部に位置する場合、制御装置32は、当該内部欠陥104のサイズを、予め規定された許容値と比較する(S38)。この許容値は、製品に求められる強度基準や重量基準等に基づいて決定することができる。 As a result of the determination, when the internal defect 104 overlaps with the product, it is determined that the repair is unnecessary (S42). On the other hand, when the internal defect 104 overlaps with the product, the control device 32 subsequently determines whether the internal defect 104 overlaps with the product surface (S36). When it overlaps with the product surface, the internal defect 104 is exposed to the outside by processing the product. Therefore, it is determined that repair is necessary regardless of the size of the internal defect 104 (S40). On the other hand, when the internal defect 104 overlaps with the product but does not overlap with the product surface, that is, when the internal defect 104 is located inside the product, the control device 32 controls the size of the internal defect 104. Is compared with a predetermined allowable value (S38). This allowable value can be determined based on a strength standard, a weight standard, etc. required for the product.

比較の結果、内部欠陥104のサイズが許容値を超えている場合、制御装置32は、当該内部欠陥104が、製品の内部であっても、修復が必要と判断する(S40)。一方、内部欠陥104のサイズが許容値以下の場合には、当該内部欠陥104は、製品の外部に露出しないため、修復不要と判断する(S42)。一つの内部欠陥104についての評価が完了すれば、次の内部欠陥104を同様の手順で評価する。全ての内部欠陥104についての評価が完了すれば、ステップS20(図6)に進む。 As a result of the comparison, when the size of the internal defect 104 exceeds the allowable value, the control device 32 determines that the internal defect 104 needs to be repaired even if the internal defect 104 is inside the product (S40). On the other hand, when the size of the internal defect 104 is equal to or smaller than the allowable value, the internal defect 104 is not exposed to the outside of the product, and thus it is determined that repair is unnecessary (S42). When the evaluation of one internal defect 104 is completed, the next internal defect 104 is evaluated by the same procedure. When all the internal defects 104 have been evaluated, the process proceeds to step S20 (FIG. 6).

ステップS20において、制御装置32は、除去用加工プログラムP1と修復用加工プログラムP2を生成する。除去用加工プログラムP1は、修復が必要な内部欠陥104を除去するために必要な切削機構の加工プログラム(NCプログラム)である。また、修復用加工プログラムP2は、除去箇所を修復するために必要な欠陥修復器30の駆動プログラムである。 In step S20, the control device 32 generates a removal machining program P1 and a repair machining program P2. The removal machining program P1 is a machining program (NC program) required for removing the internal defect 104 that needs to be repaired. The repair processing program P2 is a drive program for the defect repair device 30 necessary to repair the removed portion.

二つの加工プログラムP1,P2が生成できれば、制御装置32は、除去用加工プログラムP1に基づいて切削機構を駆動し、内部欠陥104の周辺を切削除去させる(S22)。続いて、制御装置32は、修復用プログラムP2に基づいて欠陥修復器30を駆動し、除去箇所に材料を補填、または、除去箇所周辺を攪拌して内部欠陥104を修復する(S24)。 If the two machining programs P1 and P2 can be generated, the control device 32 drives the cutting mechanism based on the machining program P1 for removal to cause the periphery of the internal defect 104 to be cut and removed (S22). Subsequently, the control device 32 drives the defect repair device 30 based on the repair program P2 to repair the internal defect 104 by filling the material in the removed portion or stirring the periphery of the removed portion (S24).

以上の手順で内部欠陥104の修復処理は、完了となる。そして、一つの素材102について内部欠陥104の修復ができれば、制御装置32は、そのまま、当該素材102に対して製品加工を施して、製品を製造する。 The repair process of the internal defect 104 is completed by the above procedure. Then, if the internal defect 104 of one material 102 can be repaired, the control device 32 directly processes the material 102 to manufacture a product.

つまり、本例によれば、素材102の内部欠陥104の検出、除去、修復と、製品加工と、を同じ工作機械10内で連続して行える。その結果、素材102を途中で搬送する必要がなく、作業を簡易化できる。また、本例によれば、無視できない内部欠陥104が存在する場合には、その場で、内部欠陥104を除去、修復する。その結果、内部欠陥104が存在した素材102も、有効に利用でき、素材102の廃棄を効果的に抑制できる。 That is, according to this example, the internal defect 104 of the material 102 can be detected, removed, and repaired, and the product processing can be continuously performed in the same machine tool 10. As a result, it is not necessary to convey the material 102 on the way, and the work can be simplified. Further, according to this example, when the internal defect 104 that cannot be ignored exists, the internal defect 104 is removed and repaired on the spot. As a result, the material 102 having the internal defect 104 can be effectively used, and the disposal of the material 102 can be effectively suppressed.

なお、これまで説明した構成は、一例であり、少なくとも、素材の内部欠陥の箇所を検出する非破壊検査器と、内部欠陥の少なくとも周辺を切削除去する切削機構と、切削除去された箇所を修復する欠陥修復器と、を有するのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、上述載の例では、非破壊検査器28を移動可能としているが、一箇所で素材102全体を検査できるのであれば、非破壊検査器28を移動させる移動機構24はなくてもよい。また、移動機構24は、ロボット26に限らず、他の機構、例えば、直動移動機構などでもよい。 The configuration described so far is an example, and at least a non-destructive inspection device that detects a location of an internal defect of the material, a cutting mechanism that removes and removes at least the periphery of the internal defect, and a location that has been removed by cutting is repaired. And other defect repairing device, the other configurations may be appropriately changed. For example, in the above-described example, the nondestructive inspection device 28 is movable, but if the entire material 102 can be inspected at one place, the movement mechanism 24 for moving the nondestructive inspection device 28 may be omitted. The moving mechanism 24 is not limited to the robot 26, and may be another mechanism such as a linear movement mechanism.

また、本例では、検出された内部欠陥104の修復の要否を、内部欠陥104のサイズおよび製品に対する位置に基づいて決定しているが、他の基準に基づいて判断してもよい。例えば、内部欠陥104のサイズに関わらず、製品と重複する内部欠陥104は、全て、修復対象と判断してもよい。また、別の形態として、一定以上のサイズの内部欠陥104は、その位置に関わらず、全て修復対象と判断してもよい。 Further, in the present example, the necessity of repairing the detected internal defect 104 is determined based on the size of the internal defect 104 and the position with respect to the product, but it may be determined based on other criteria. For example, regardless of the size of the internal defects 104, all the internal defects 104 that overlap with the product may be determined to be repair targets. As another form, all the internal defects 104 having a certain size or more may be determined to be repaired regardless of their positions.

また、別の形態として、内部欠陥104を製品の基準点変更で対処できるか否かに基づいて、修復の要否を判断してもよい。すなわち、図8Aに示すように、製品表面に内部欠陥104が存在する場合でも、図8Bに示すように、製品形状の素材102に対する基準点を変更すれば、当該内部欠陥104を、製品の外側に位置させることが出来る場合がある。かかる場合には、内部欠陥104を除去、修復するのではなく、製品形状の素材102に対する基準点を変更するようにしてもよい。すなわち、素材102に修復されることなく残存した内部欠陥104がある場合には、製品表面に、残存した内部欠陥104が露出しないように、製品形状の基準点を変更してもよい。かかる構成とすることで、内部欠陥104を除去、修復が不要となるため、これらの時間分だけリードタイムを短縮できる。 As another form, the necessity of repair may be determined based on whether the internal defect 104 can be dealt with by changing the reference point of the product. That is, even if there is an internal defect 104 on the surface of the product as shown in FIG. 8A, if the reference point for the material 102 of the product shape is changed as shown in FIG. In some cases it can be located in. In such a case, instead of removing and repairing the internal defect 104, the reference point for the material 102 of the product shape may be changed. That is, when the material 102 has an internal defect 104 remaining without being repaired, the reference point of the product shape may be changed so that the residual internal defect 104 is not exposed on the product surface. With such a configuration, the internal defect 104 does not need to be removed or repaired, so that the lead time can be shortened by these times.

また、上述の説明では、切削機構12として、転削加工を行う機構のみを例示したが、切削機構12は、素材102の一部を除去できるのであれば、旋削加工や研削加工用の切削機構でもよい。また、欠陥修復器30は、欠陥を修復できるのであれば、積層造形機や、溶接機、摩擦攪拌改質器以外の形態でもよい。 Further, in the above description, only the mechanism that performs the rolling process is illustrated as the cutting mechanism 12, but the cutting mechanism 12 can be used for the turning process and the grinding process as long as a part of the material 102 can be removed. But it is okay. Further, the defect repairing device 30 may be in a form other than the additive manufacturing machine, the welding machine, and the friction stir reformer as long as the defect can be repaired.

10 工作機械、12 切削機構、14 工具主軸、16 テーブル、17 ベッド、18 ラム、20 サドル、22 クロスレール、23 コラム、24 移動機構、26 ロボット、28 非破壊検査器、29 移動体、30 欠陥修復器、32 制御装置、36 メモリ、38 外形センサ、40 外形情報、42 欠陥情報、50 積層造形機、52 溶接機、54 摩擦攪拌改質器、55 攪拌用工具、55a プローブ、100 転削用工具、102 素材、104 内部欠陥。 10 machine tools, 12 cutting mechanisms, 14 tool spindles, 16 tables, 17 beds, 18 rams, 20 saddles, 22 cross rails, 23 columns, 24 moving mechanisms, 26 robots, 28 non-destructive inspectors, 29 moving bodies, 30 defects Repair device, 32 control device, 36 memory, 38 outline sensor, 40 outline information, 42 defect information, 50 additive manufacturing machine, 52 welder, 54 friction stir reformer, 55 stirring tool, 55a probe, 100 for cutting Tool, 102 Material, 104 Internal defect.

Claims (9)

素材を切削加工する切削機構を備えた工作機械であって、
前記素材の内部欠陥を、当該素材を破壊することなく検出する非破壊検査器と、
前記素材を保持するワーク保持装置と、前記素材を切削加工する工具を保持する工具保持装置と、を有する前記切削機構であって、前記非破壊検査器で検出された内部欠陥の修復のために前記素材の少なくとも一部を切削除去する切削機構と、
前記素材のうち前記切削除去された箇所に材料を補填または前記切削除去された箇所周辺の材料を攪拌することで修復する欠陥修復器と、
前記非破壊検査器と、前記切削機構と、前記欠陥修復器と、の駆動を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする工作機械。
A machine tool having a cutting mechanism for cutting a material,
A nondestructive inspection device for detecting an internal defect of the material without destroying the material,
A work holding device for holding the material, and a tool holding device for holding a tool for cutting the material, the cutting mechanism for repairing an internal defect detected by the nondestructive inspection device. A cutting mechanism for cutting and removing at least a part of the material,
A defect repair device that repairs the material by filling the material in the portion removed by cutting or stirring the material around the portion removed by cutting, of the material,
A control device that controls driving of the nondestructive inspection device, the cutting mechanism, and the defect repair device;
A machine tool comprising:
請求項1に記載の工作機械であって、
前記制御装置は、前記非破壊検査器による欠陥検出結果と、欠陥検出時における前記非破壊検査器の位置および姿勢と、を関連付けて欠陥情報として記憶する、
ことを特徴とする工作機械。
The machine tool according to claim 1,
The control device associates a defect detection result by the non-destructive inspection device and a position and orientation of the non-destructive inspection device at the time of defect detection and stores them as defect information.
A machine tool characterized by that.
請求項2に記載の工作機械であって、
前記制御装置は、センサを用いて前記素材を測定した測定結果または予め記憶された前記素材のCADデータに基づいて前記素材の外形情報を取得し、前記外形情報と前記欠陥情報とに基づいて欠陥修復のための前記切削機構および前記欠陥修復器の駆動プログラムを生成する、
ことを特徴とする工作機械。
The machine tool according to claim 2, wherein
The control device acquires outer shape information of the material based on a measurement result of measuring the material using a sensor or CAD data of the material stored in advance, and detects a defect based on the outer shape information and the defect information. Generating a drive program for the cutting mechanism and the defect repair device for repair,
A machine tool characterized by that.
請求項3に記載の工作機械であって、
前記制御装置は、前記外形情報と前記欠陥情報と製品形状情報とに基づいて検出された前記内部欠陥それぞれについて修復の要否を判断し、修復が必要と判断された内部欠陥のみを、前記切削機構および前記欠陥修復器を用いて修復させる、ことを特徴とする工作機械。
The machine tool according to claim 3,
The control device determines whether or not each of the internal defects detected based on the outer shape information, the defect information, and the product shape information is required to be repaired, and only the internal defects determined to be repaired are subjected to the cutting. A machine tool which is repaired using a mechanism and the defect repair device.
請求項1から4のいずれか1項に記載の工作機械であって、
前記制御装置は、製品形状の前記素材における基準点をずらすことで前記内部欠陥が製品表面に露出することが防止できる場合は、当該内部欠陥を補修することなく、前記製品形状の基準点をずらして前記切削機構に製品加工を実行させる、ことを特徴とする工作機械。
The machine tool according to any one of claims 1 to 4,
The control device shifts the reference point of the product shape without repairing the internal defect when the internal defect can be prevented from being exposed on the product surface by shifting the reference point of the material of the product shape. A machine tool characterized by causing the cutting mechanism to perform product processing.
請求項2から5のいずれか1項に記載の工作機械であって、さらに、
加工室内に設けられ、関節接合された複数のアームを有するロボットを備え、
前記非破壊検査器は、前記ロボットのエンドエフェクタとして前記ロボットに取り付けられている、
ことを特徴とする工作機械。
The machine tool according to any one of claims 2 to 5, further comprising:
A robot provided with a plurality of articulated arms provided in the processing chamber,
The nondestructive inspection device is attached to the robot as an end effector of the robot,
A machine tool characterized by that.
請求項1から6のいずれか1項に記載の工作機械であって、
前記非破壊検査器は、超音波探傷機または放射線透過試験機である、ことを特徴とする工作機械。
The machine tool according to any one of claims 1 to 6,
The machine tool, wherein the nondestructive inspection device is an ultrasonic flaw detector or a radiation transmission tester.
請求項1から7のいずれか1項に記載の工作機械であって、
前記欠陥修復器は、積層造形機、溶接機、摩擦攪拌改質機の少なくとも一つを含む、ことを特徴とする工作機械。
The machine tool according to any one of claims 1 to 7,
The machine tool, wherein the defect repairing device includes at least one of an additive manufacturing machine, a welding machine, and a friction stir reformer.
請求項8に記載の工作機械であって、
前記工具保持装置は、転削用工具を回転保持する工具主軸を含み、
前記欠陥修復器は、前記転削用工具の代わりに、前記工具主軸に取り付けられた攪拌用工具で、前記素材の摩擦攪拌改質を行なう摩擦攪拌改質機を含む、
ことを特徴とする工作機械。
The machine tool according to claim 8,
The tool holding device includes a tool spindle that holds a rolling tool in rotation,
The defect repair device includes a friction stir reformer for performing friction stir reforming of the material with a stirring tool attached to the tool spindle instead of the rolling tool.
A machine tool characterized by that.
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