こちらに共通ヘッダが追加されます。

生産システムデザイン研究室

教員

  • 青山 栄一 (教授) Eiichi AOYAMA
    Researcher Database

    研究分野: 先進加工技術の開発と評価 研究室: YM-521
    TEL: 0774-65-6506 FAX: 0774-65-6829
    研究室のHP: http://www1.doshisha.ac.jp/~eaoyama/
    E-mail: eaoyama
  • 廣垣 俊樹 (教授) Toshiki HIROGAKI
    Researcher Database

    研究分野: 自動化・自律化に基づく設計・生産システム 研究室: YM-503
    TEL: 0774-65-6503 FAX: 0774-65-6503
    研究室のHP: http://www1.doshisha.ac.jp/~eaoyama/
    E-mail: thirogak
生産システムデザイン研究室web siteへ

研究内容

本研究室は,自動化とデジタル技術をベースにデザイン設計・試作からCNC工作機械・産業用ロボット・メカトロニクス・サステイナブル生産システム・プロセス解明まで,広い視野で取り組む「デジタルものづくりシステム」の研究を目指している.コンピュータを援用した人間工学に基づく設計法,設計図を具現化するための工作機械のNC制御技術も考慮した新しいCAMの開発,自律型のAGV搬送や産業用ロボット,データマイニングの生産工学への応用,ITを支える携帯情報端末機器のマイクロ加工法,さらにLCAを導入した地球環境を考慮した技術など新しいものづくり技術に関する研究に取り組んでいる.

 

1.自動メカトロニクス技術によるCAD/CAM/CNC工作機械や
    産業用ロボットの統合システム

例)工作機械の運動制御を考慮したマイクロドリル用CAMシステムの開発


携帯情報端末機器に使用されているプリント基板には数万のマイクロ穴加工が必要とされている.回路上の穴配置パターンの特徴を抽出する手法と工作機械の運動制御を考慮した最適化問題モデルにより,工具経路および加工条件が決定できるプリント基板マイクロ穴あけ用CAMを構築する.

 

図1 巡回セールスマン問題を応用した最適工具経路の決定法

 

例)自律分散協調型のロボット搬送支援技術の開発

 

人間の身の回りある交通システムなどの自律分散協調的な知識を自動搬送車(AGV)ロボットに適用し,賢いロボット搬送がデジタルものづくりを支援する技術の開発を試みている.

 

図2 マシニングセルとロボット搬送の統合システム

図3 実験に使用する移動ロボットの例

例)リバースエンジニアリング統合CAD/CAM技術の開発

 

ロボット視覚ビジョンからステレオ照度差法などにより3次元モチーフ化し,CADとCAMを統合して3軸制御または5軸制御マシニングセンタによる形状創成を行うシステムの開発.

 

照度差ステレオ法 モチーフ画像 創成された実形状
図4 照度差ステレオビジョンからの形状創成例

例)3軸制御・5軸制御マシニングセンタにおける工具経路と形状創成論

 

自由曲面を創成するためのCAMとして,3軸制御または5軸制御(並進3軸+回転2軸)工作機械の同期制御軸CL(Cutter Location)決定法に関する研究

 

       

 

 

図5 5軸制御マシニングセンタとその制御軸の例

 

例)ヒト型双腕ロボットや小型多機能工作機械に支援されたものづくり技術

 

ヒトの自律性・冗長性・多機能性をものづくりにデジタル化して導入する手法,機械の小型化・多機能化をベースにした地球環境やLCAを考慮したサステイナブル生産システムの構築に取り組んでいる.図6は双腕ロボットによる作業プレートの操り動作法の開発の例である.図7はレーザ熱源を用いた熱処理機能を有する小型5軸制御多機能マシニングセルの開発例である。

 

 

図6 双腕ロボットによる作業プレートの操り動作

図6 双腕ロボットによる作業プレートの操り動作

図7 レーザ熱処理機能や多軸制御機能を有する小型多機能マシニングセル

図7 レーザ熱処理機能や多軸制御機能を有する小型多機能マシニングセル

 

例)データマイニングに支援されたものづくりシステム

 

膨大な量のデータから価値ある情報を抽出するための数学的なデータマイニングの手法やナレッジマネージメントの手法を加工現象の解明に適用,過去や現在モニタリングされ蓄積された情報から新たな改善に取り組む方法に取り組んでいる(図8).データマイニングの出力として、顔の表情の違いは見分けやすいので、平均的顔の中に特異な顔があればすぐ見つかるヒトの顔認知特性を用いた加工条件の顔グラフ化(図9)の出力例を示す.

 

 

図8 データマイニングに支援されたものづくりシステム

図8 データマイニングに支援されたものづくりシステム

図9 例えばフェース分析を用いた知識発見のものづくり技術への応用

図9 例えばフェース分析を用いた知識発見のものづくり技術への応用

 

2.デジタル伝統技能とナノテクノロジーと地球環境負荷・サステイナブル生産システム

例)5節閉リンクロボットを用いた砥石と加工物の相対運動の制御による加工表面の創生法

 

スーパーフィニッシィングにおいて,砥石と加工物の相対運動を定圧で制御することと超砥粒砥石を組み合わせることで,仕上げ面表面に創生される表面幾何形状の制御に取り組んでいる.またLCAによる環境負荷の解析も行っている.

 

図10 5節閉リンクマイクロロボットによるスーパーフィニッシュ

図10 5節閉リンクマイクロロボットによるスーパーフィニッシュ

 

例)魔鏡面に学ぶ表面トボグラフィの考案


CNC工作機械の制御技術を用いて伝統技能である魔鏡面の創成に取り組んでいる.

例)マシニングセンタを用いたマイクロ竹繊維の抽出CAMシステム


CAMによりエンドミル加工後の切くず形状を制御し、高品質で均一なマイクロ竹繊維の抽出を行っている.本研究は資源の生長から製品化・製品の廃棄まで製品ライフサイクルをLCA解析で評価しながら,次世代のサステイナブル生産システムを目指すものである.

 

図11 サステイナブル生産システム

図11 サステイナブル生産システム

 

3.動力伝達用歯車の最適設計・生産管理手法

例)人間工学に基づく自動車用トランスミッションギヤの設計法

自動車や建設機械などそれぞれの機械系でオペレータが受ける音環境が異なる.そこで音環境を決定する各要素音と人間聴覚系処理モデルに基づくオペレータの聴感を考慮し,単に低騒音を目的とするのではなく,オペレータの快適性を目的関数とした歯車の設計法に取り組んでいる.

 

図12 人間工学を応用した自動車用トランスミッションの設計法

図12 人間工学を応用した自動車用トランスミッションの設計法

図13 対象とするFF車トランスミッションの断面と遊星歯車

図13 対象とするFF車トランスミッションの断面と遊星歯車

図14 対象とする自動車用トランスミッション各機械要素レイアウト

図14 対象とする自動車用トランスミッション各機械要素レイアウト

 

例)赤外線ビジョンに基づく低騒音歯車の生産管理手法

ハイブリッド車などの複雑な動力伝達分配システムにおいて、従来人間が目視検査で管理していたまがりばかさ歯車の歯当たりを,歯車の歯のかみあいの際に発生する微小な発熱を赤外線サーモフラフィ画像で高精度に効率的にモニターする手法に取り組んでいる.

 

図15 赤外線サーモグラフィによる歯当たりモニター

図15 赤外線サーモグラフィによる歯当たりモニター

図16 直交軸系動力伝達ギヤの実験装置

図16 直交軸系動力伝達ギヤの実験装置

 

例)FRP歯車の設計システムの構築

 

食品機械などで潤滑油レスのクリーンな環境で使用可能な歯車伝達機構が求められている.そこで潤滑レスで使用可能な種々のFRP材料を歯車に利用する場合の材料評価法から歯車諸元の決定までの設計システムの構築に取り組んでいる.

 

図17 FRP歯車の破壊モードの観察

図17 FRP歯車の破壊モードの観察

図18 歯車の振動性能評価装置および強度評価装置

図18 歯車の振動性能評価装置
および強度評価装置

 

4.プリント基板のマイクロ加工と回路の信頼性

例)超高速エヤスピンドルを用いたマイクロドリル加工技術

 

携帯情報端末機器の小型化・高機能化や電気自動車社会を具現化する市場ニーズに応えるため,プリント基板のマイクロ加工にも高度な加工技術が要求されてきている.特に超高速で回転するマイクロドリルの加工現象を赤外線サーモグラフィ等でモニターする技術などに取り組んでいる.

 

図19 25万回転スピンドル搭載の高速高精度CNCドリルマシン

図20 赤外線サーモグラフィを用いたマイクロドリル温度のモニター

 

例)炭酸ガスレーザを用いたバイアホールの形成現象のシミュレーション解析

プリント基板の絶縁層と回路パターンである銅箔層で炭酸ガスレーザの吸収率が異なる.そこでレーザ照射により絶縁層のみを除去し回路パターンである銅箔で穴を止めるマイクロ加工法に取り組んでいる.除去される絶縁層には樹脂,ガラス繊維に代表される無機物,さらにアラミド繊維に代表される有機繊維などが含まれる複合材である.そのために現象が複雑となる.そこでレーザ照射時の除去現象のシミュレーションに取り組んでいる.

 

図21 プリント基板の回路形成におけるマイクロマシニング技術

図22 レーザ加工時の穴底銅回路の温度シュミレーション

 

例)加工穴品質と電気回路の信頼性評価

プリント基板の加工穴品質は穴に形成された電気回路の信頼性で決定される.そこで加工穴周辺の回路に発生する熱応力やイオンマイグレーションに着目した穴品質の評価方法に取り組んでいる.

 

図23 多層プリント基板のマイクロ加工穴と回路パターン