JP2021171828A

JP2021171828A - 平面度算出方法

Info

Publication number: JP2021171828A
Application number: JP2020074527A
Authority: JP
Inventors: 顕吉田; Akira Yoshida
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2021-11-01

Abstract

【課題】ワークの平面度を高精度に算出できること。【解決手段】平面度算出方法において、ワークの加工条件情報と加工前のワーク加工面の各測定点の面高さの情報を含むワークモデルとに基づいて、ワーク加工面の切削力を算出し、切削力に基づきワークを加工した際にワーク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、変位位置に、ワークからクランプを解放したときのワーク加工面の面高さ変形量を補正値として加算することで補正変位位置を算出し、傾斜角度の異なる仮想の基準平面を所定個数生成し、基準平面毎に基準平面に平行な平面であってワーク加工面の各測定点の補正変位位置を通る平面を生成し、基準平面毎に、複数の平面の中から２つの平面を選択し、２つの平面間の距離を平面度候補として算出し、各平面度候補の中から１つの平面度候補を選択し、ワーク加工面の平面度とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ワーク加工面の平面度を算出する平面度算出方法に関する。

ワークの加工条件とワークモデルとに基づいて、ワーク加工面を切削する際のワーク加工面の弾性変形を考慮して切削力を算出し、算出した切削力に基づいて、ワーク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２０１８−０７７１０１号公報

ところで、上述の平面度算出方法においては、ワークをクランプにより固定した際のワークの変形や加工前のワークモデルのバラツキの影響で、上記平面度の精度が低下する虞がある。

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、ワークの平面度を高精度に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、
ワークの加工条件情報と、加工前のワーク加工面の各測定点の面高さの情報を含むワークモデルと、に基づいて、前記ワーク加工面を切削する際の切削力を算出するステップと、
前記算出された切削力に基づいて、前記ワークを加工した際に前記ワーク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するステップと、
前記算出した変位位置に、前記ワークから該ワークを固定するクランプを解放したときの前記ワーク加工面の面高さ変形量を補正値として加算することで、補正変位位置を算出するステップと、
傾斜角度の異なる仮想の基準平面を所定個数、生成し、該生成した基準平面毎に、基準平面に平行な平面であって前記ワーク加工面の各測定点の補正変位位置を通る平面を、それぞれ複数生成するステップと、
前記基準平面毎に、前記生成した複数の平面の中から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、該算出した各平面度候補の中から、１つの平面度候補を選択し、該選択した平面度候補をワーク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、ワークの平面度を高精度に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。ワークをクランプにより固定し解放した際のワーク加工面の面高さ変形量を示す図である。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。

以下、図面を参照して本発明の実施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１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、図１に示す如く、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの内部メモリと、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＤＤ（Solid State Drive）などのストレージデバイスと、ディスプレイなどの周辺機器を接続するための入出力Ｉ／Ｆと、装置外部の機器と通信を行う通信Ｉ／Ｆと、を備えた通常のコンピュータのハードウェア構成を有する。

平面度算出装置１は、例えば、プロセッサが内部メモリを利用しながら、ストレージデバイスや内部メモリなどに格納されたプログラムを実行することで、上述の各機能的な構成要素を実現することができる。

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、後述のワークの加工条件情報、ワークモデル、加工用ＣＡＥなどを記憶している。なお、これら情報は、切削力算出部３に直接的に入力部４を介して入力されてもよく、予め切削力算出部３に設定されていてもよい。

切削力算出部３は、記憶部２に記憶されたワークの加工条件情報と、ワークモデルと、に基づいて、フライスなどの加工装置によりワーク加工面を切削する際の切削力を算出する。加工条件情報は、切削速度、刃送り量、加工時間などの情報を含む。ワークモデルは、ワークの形状、ワークの材質、ワーク加工面上の各測定点の面高さなどの情報を含む。

ここで、通常、ＣＡＤなどを使用してワークモデルが生成される。このワークモデルは、理想的な形状（切削面が綺麗な面）で構成されている。一方、実際のワークは鋳造品であるため、鋳造から冷却の過程で変形が生じており、上記理想的な形状のワークモデルとは形状が異なる。この形状の相違が、後述の平面度の算出に影響を与え得る。

これに対し、本実施形態において、計測器（距離センサなど）により計測された加工前のワーク加工面の各測定点の面高さの情報を含む、ワークモデルが、切削力算出部３に入力部４を介して入力される。これにより、加工前のワーク加工面の面高さのバラツキを考慮して、高精度に切削力を算出でき、後述のワークの平面度を高精度に算出できる。

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。

また、フライスなどの加工装置がワーク加工面に対し切削加工を行う際に、そのワーク加工面は、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、本実施形態において、切削力算出部３は、例えば、切削によるワーク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、ワーク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。

ここで、フライスなどの加工装置がワーク加工面に対し切削加工を行う際に、ワークをクランプにより固定する必要がある。このクランプの固定により、ワーク加工面が変形し、後述の平面度の算出に影響を与え得る。図２は、ワークをクランプにより固定し解放した際のワーク加工面の面高さ変形量を示す図である。図２に示すように、クランプの解放時にワーク加工面の面高さが変化していることが分かる。

これに対し、本実施形態において、剛性解析部５は、クランプの固定によるワーク加工面の面高さの変形量を考慮して、上記算出した変位位置を補正した補正変位位置を算出する。これにより、クランプの固定によるワーク加工面の変形をも考慮したより高精度な変位位置を算出でき、後述のワークの平面度をより高精度に算出できる。

剛性解析部５は、上記算出した変位位置に補正値を加算することで、補正変位位置を算出する。補正値は、クランプからワークを解放したときのワーク加工面の面高さ変形量である。例えば、実際にクランプからワークを解放したときのワーク加工面の面高さ変形量が計測され、その計測値の平均値などが上記補正値として設定されている。剛性解析部５は、算出したワーク加工面上の各測定点の補正変位位置を平面度算出部６に出力する。

平面度算出部６は、剛性解析部５からの補正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、ワーク加工面の平面度として算出する。

ここで、「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、ワーク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ワーク加工面の各測定点の補正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。

上述のように、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加工面の平面度を算出することで、測定誤差を効果的に抑制できる。したがって、ワーク加工面の平面度を精度よく算出できる。

図３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、ワークの加工条件情報と、加工前のワーク加工面の各測定点の面高さの情報を含むワークモデルと、に基づいて、フライスなどによりワーク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、ワーク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する（ステップＳ１０３）。

剛性解析部５は、上記算出した変位位置に、クランプからワークを解放したときのワーク加工面の面高さ変形量を補正値として加算することで、補正変位位置を算出する（ステップＳ１０４）。剛性解析部５は、算出した補正変位位置を平面度算出部６に出力する。

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Ｓ１０５）。

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ワーク加工面の各測定点の補正変位位置を通る平面を、それぞれ複数生成する（ステップＳ１０６）。

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Ｓ１０７）。

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加工面の平面度とし、出力する（ステップＳ１０８）。

以上、本実施形態に係る平面度加工方法においては、ワークの加工条件情報と、加工前のワーク加工面の各測定点の面高さの情報を含むワークモデルと、に基づいて、ワーク加工面を切削する際の切削力を算出する。これにより、加工前のワーク加工面の面高さのバラツキを考慮して、高精度に切削力を算出できる。

さらに、ワークを加工した際にワーク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た後、その変位位置に、クランプからワークを解放したときのワーク加工面の面高さ変形量を補正値として加算することで、補正変位位置を算出する。これにより、クランプの固定によるワーク加工面の変形をも考慮したより高精度な変位位置を算出できる。すなわち、上記高精度な切削力及び変位位置を用いて、ワークの平面度をより高精度に算出できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

上記実施形態において、ワーク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、プロセッサ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。

なお、上述した各実施形態の平面度算出装置１を構成する各部は、プログラムにより実現するだけでなく、その一部または全部を、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの専用のハードウェアにより実現することもできる。

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

ワークの加工条件情報と、加工前のワーク加工面の各測定点の面高さの情報を含むワークモデルと、に基づいて、前記ワーク加工面を切削する際の切削力を算出するステップと、
前記算出された切削力に基づいて、前記ワークを加工した際に前記ワーク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するステップと、
前記算出した変位位置に、前記ワークから該ワークを固定するクランプを解放したときの前記ワーク加工面の面高さ変形量を補正値として加算することで、補正変位位置を算出するステップと、
傾斜角度の異なる仮想の基準平面を所定個数、生成し、該生成した基準平面毎に、基準平面に平行な平面であって前記ワーク加工面の各測定点の補正変位位置を通る平面を、それぞれ複数生成するステップと、
前記基準平面毎に、前記生成した複数の平面の中から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、該算出した各平面度候補の中から、１つの平面度候補を選択し、該選択した平面度候補をワーク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。