情報技術活用による生産現場支援に関する研究（平成22年度研究概要）
１．実施内容
本研究は、生産システムの安全に着目し、多軸加工機の段取りミスに起因する衝突防止を目的とする「多軸加工機向け衝突防止手法の研究」と、生産システム構築効率化と品質向上を目指す「シミュレーションによる生産システム構築効率化と品質向上の研究」との２つのサブテーマから成ります。
それぞれの研究実施内容は次の通りです。
多軸加工機向け衝突防止手法の研究
NC工作機械において、段取りミスなどにより、早送りなどの高速移動中に工具と、素材や治具とが衝突すると、高価な主軸を破損させることがあるため、その防止方法が求められております。
従来の衝突防止方式としては、シミュレーションソフトによる干渉チェックのほか、最新工作機械に搭載された衝突防止機能などがあります。しかし、いずれの方式も事前に作成したモデルで検証を行うため、現場の段取りミスの検証まではできません。
そこで、段取り直後、素材・治具の形状を3Dレーザスキャナで実測し、その実測情報、加工用NCプログラム、NCの状態などを照合することで、段取りミスによる衝突予知も可能な衝突防止手法を提案し、前進研究において、三軸立型マシニングセンタ向けの「シミュレータ連携型工作機械内衝突チェックシステム(参照：図１)」を開発しました。本システムは、企業からの要望により、実用化研究会を組織し、実工場への試験導入など、実用化を進めております。
また、この一方で、三軸加工機のみならず、多軸加工機向けの衝突防止システムに対する要望が非常に多く、本研究で取り上げることに致しました。
本研究では、平成22年度に、本システムの基本構想、本システムを実現するための基本処理方式の検討、および基本処理方式の開発を行いました。特に、基本処理方式の開発では、3Dレーザスキャナで計測した点群データを、素材、治具、および工作機械構造物などの識別分離する方式である3D構造識別管理手法を開発しました。
本研究は、平成23年度の研究テーマである「異メーカ・新旧多軸加工機向け衝突防止手法に関する研究」に引き継ぎ、平成22年度の研究成果をもとに、多軸加工機向けの工作機械内衝突防止システムの試作開発を行い、多軸加工機の安全な運用に対するご要望にお応えします。
図１ ベースとなる三軸立形マシンニングセンタ向け衝突防止システムの設置・運用例
シミュレーションによる生産システム構築効率化と品質向上の研究
平成22年度のシミュレーションによる生産システム構築効率化と品質向上の研究では、ものづくりの品質向上において普及が期待されているものの、構築・運用に課題があるロボットとカメラを利用する外観視覚検査を対象としました。本研究では、外観視覚検査の自動化構築の課題を整理し、課題を解決するロボットとカメラを利用する外観検査向け設備シミュレーションの基本システムやその実装法を提案し、基礎実験によりその有効性を確認しました。整理したロボットとカメラを利用する外観視覚検査自動化構築の課題を以下に記します。
- 外観検査構築に際して、現場での作業時間が長期化。全体の作業時間の80%
- 現場で視覚処置、ロボット動作、検査処理の調整作業が必要。同時並列的、繰り返し調整
- 稼動開始後に検査プログラムの修正・追加頻発
- 検査項目（キズなど）の検査プログラムの修正・追加
- 変種変量生産での新規製品投入による検査プログラムの追加
そこで、本研究では、オフライン（仮想環境）でカメラの焦点距離や撮像タイミングの決定、ロボット動作の生成、および、視覚検査プログラムの事前評価を実施する外観検査向け設備シミュレーションを提案しました。提案する設備シミュレーションを利用して、以下の活動の実現を目指しています。
- 1製品や設備の三次元CADデータを用いて、CGを利用する仮想空間内でロボットを動作させ、それに同期して仮想カメラが背景画像や照明の濃淡などを考慮して検査点を撮像する。（製品、設備がない状況で検査画像を取得）
- 2撮像した画像を実空間で使う画像処理システムへ自動転送し、製品や設備がない状況で検査プログラムを作成する。（製品、設備がない状況で検査プログラムを作成）
- 3製造用準標準ネットワークミドルウェア(ORiN)を活用して仮想空間と実デバイス（例：PLC）を融合し、実際の撮像タイミングで仮想空間内の検査点を撮像する。（製品、設備がない状況で設備制御プログラムを作成）
平成22年度は、特に、上記１、２の活動を実現する外観検査向け設備シミュレーションを開発しました。具体的には、仮想環境での寸法検査を実現するキャリブレーション手法を提案し，ブロックゲージを対象とするケーススタディによって，提案した仮想環境でのキャリブレーション手法の有効性を確認しました．提案する外観検査向け設備シミュレーションにより、現場での調整時間が短縮化でき、課題解決に寄与でき、産業界での外観視覚検査の自動化の普及に貢献できると考えています。
図２ 提案する外観検査向け設備シミュレーションの概要
３．本事業により作成した印刷物等
(1)報告書
<KSK-GH22-1>情報技術活用による生産現場支援に関する研究(平成23年3月)(7.21MB)
(2)外部発表（学会、協会、商業誌など）
| No | 論文発表 | 論文名 | 発表者 | 発表先 | 年月日 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | (査読論文) | A Study of the Dispatching Order System to Support Module Structured Production System for the Demand Synchronized Production | 日比野浩典他 | Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, Vol.4,No.2, 2010, p504-515. | H22.4 |
| 2 | (査読論文) | Module Structured Production System for Demand Oriented Production System | 日比野浩典他 | 国際会議FAIM | H22.7 |
| 3 | (特許出願) | 特願2010-161496 マスク画像作成システム | 日比野浩典他 | 特許庁 | H22.7 |
| 4 | (査読論文) | 需要同期生産における生産量予測方法の提案 | 日比野浩典他 | 日本機械学会論文集 C編 Vol.75 No. 754 P1-8. | H22.9 |
| 5 | (特許出願) | 特願2010-207929視覚検査装置の評価システム | 日比野浩典他 | 特許庁 | H22.9 |
| 6 | (査読論文) | Simulation Model Driven Manufacturing to Support Engineering Process and Operate Manufacturing Cell | 日比野浩典 | 国際会議APMS | H22.10 |
| 7 | (PCT国際特許出願) | PCT/JP2010/068977 工具衝突防止システム及び工具衝突防止方法 | 木村利明 | 特許庁 | H22.10.26 |
| 8 | (新聞発表) | 工作機械のネットワーク化 | 木村利明 日比野浩典 |
日刊工業新聞（第２部） | H22.10.28 |
| 9 | (PCT国際特許出願) | PCT/JP2011/050034 工具衝突防止システム及び工具衝突防止方法 | 木村利明 | 特許庁 | H23.1.5 |
| 10 | (特許化) | 特許第4689356号 動作状況管理システム及びプログラム(特願2005-166736） | 木村利明 | 特許庁 | H23.2.25 |
(3)口頭発表・展示会など
| No | 口頭発表 | 発表題名 | 発表者 | 発表先 | 年月日 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | (口頭発表) | 標準技術活用による工作機械の情報システム化 | 木村利明 | 社団法人日本技術士会 機械部会例会 | H22.5.14 |
| 2 | (研究成果のユーザへの試験導入) | 非接触式加工前ワーク計測システム | 木村利明 | 大手工作機械メーカ様 | H22.7.5～9.28 |
| 3 | (口頭発表) | 標準技術活用による異メーカ・異種・新旧機器の情報化 －企業間連携ソリューションビジネスの可能性－ | 木村利明他 | 電気学会 | H22.5.27 |
| 4 | (口頭発表) | マルチメディアコラボレーションによるリモートメンテナンスシステムの構築（第5報）多視点画像リンクシステムの開発 | 木村利明他 | 精密工学会2010年度秋季大会学術講演会 | H22.9.27 |
| 5 | (展示会) | シミュレータ連携型工作機械内衝突チェックシステム | 木村利明 | 第25回国際工作機械見本市（JIMTOF2010） | H22.10.28～11.2 |
| 6 | (展示会) | 非接触式加工前ワーク計測システム | 木村利明 | 第25回国際工作機械見本市（JIMTOF2010） | H22.10.28～11.2 |
| 7 | (口頭発表) | 「ORiNを使ったアプリケーションの紹介」～シミュレータ連携型工作機械内衝突チェックシステム | 木村利明他 | （社）日本工作機械工業会 工作機械関連のソフトウェア・ワークショップ | H22.11.1 |
| 8 | (口頭発表) | ORiN活用事例紹介（シミュレータ連携型工作機械内衝突チェックシステム） | 木村利明他 | ORiN協議会 ORiNミーティング | H22.11.1 |
| 9 | (口頭発表) | ORiN活用事例紹介（非接触加工前ワーク形状計測システム） | 木村利明他 | ORiN協議会 ORiNミーティング | H22.11.1 |
| 10 | (研究成果のユーザへの試験導入) | 非接触式加工前ワーク計測システム | 木村利明他 | 大手自動車メーカ様 | H22.12.20～12.21 |
| 11 | (口頭発表) | ORiNの活動状況と今後の方向性 | 木村利明他 | 第11回計測自動制御学会 システムインテグレーション部門 講演会 | H22.12.24 |
| 12 | (口頭発表) | ORiNを活用したO&Mサポートシステム（第2報）多視点画像リンクシステムの開発 | 木村利明他 | 第11回計測自動制御学会 システムインテグレーション部門 講演会 | H22.12.24 |
| 13 | (講習会・主催・講演) | 工作機械の情報システム化 | 木村利明 | 標準技術活用ビジネス小研究会主催 工作機械の簡単ＩＴ化セミナー | H23.1.20 |
| 14 | (講習会・主催・講演) | 工作機械内衝突チェックシステム | 木村利明他 | 標準技術活用ビジネス小研究会主催 工作機械の簡単ＩＴ化セミナー | H23.1.20 |
| 15 | (講習会・主催・講演) | NC装置の通信環境設定実習＆FOCAS 1/2 プロバイダの設定実習 | 木村利明 | 標準技術活用ビジネス小研究会主催 大手自動車メーカ様向け 工作機械のＩＴ化セミナー | H23.2.22 |
| 16 | (講習会・主催・講演) | PLCの通信環境設定実習＆MXComponentプロバイダの設定実習 | 木村利明他 | 標準技術活用ビジネス小研究会主催 大手自動車メーカ様向け 工作機械のＩＴ化セミナー | H23.2.22 |
| 17 | (講習会・主催・講演) | アプリケーションプログラミング実習 | 木村利明他 | 標準技術活用ビジネス小研究会主催 大手自動車メーカ様向け 工作機械のＩＴ化セミナー | H23.2.22 |
