制御装置、制御方法、及び制御プログラム

2025.03.21

独自の測定技術（オプトソニック演算）の開発からデジタル庁認証取得への歩み-コア技術紹介編

2024.08.08 By 静岡大学

電気・電子工学

CONTENTS

技術概要
用途・応用
背景
課題
手段
効果
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技術概要

５軸加工機の位置姿勢制御装置で、加工位置データサンプリング点にパス移動方向に応じて法線方向の角度を傾けた入力点として単位球面上に曲線を生成し入力点に応じて加工位置データの各点に姿勢情報を出力する。

用途・応用

５軸加工機、3Dプリンタ、ロボットの姿勢制御

背景

従来、５軸加工機の制御に関する技術がある。近年、マイクロ・ナノテクノロジーの発
展により、ものづくりがより複雑化、高度化しており、工業用の５軸加工機の高精度化、
高効率化が強く望まれている。なお、ここでいう５軸加工機とは、ボールエンドミル等の
回転切削ツールにより除去・加工又は付加・加工を行う加工機、及びプリンタノズルを持
つ３Ｄプリンタを含む。

　例えば、回転軸の誤差を考慮した加工を実現することで、加工時間を短縮する技術があ
る（特許文献１参照）。この技術では、姿勢を移動する際における第１軸周りの回転角度
及び第２軸周りの回転角度を算出している。

　また、５軸加工機の回転軸の傾きや軸振れによる加工誤差を低減する技術がある（特許
文献２参照）。この技術では、工具の姿勢誤差を補正するための各回転軸の補正回転角度
を算出し、軸のまわりに、補正回転角度だけチルトテーブルを回転させて５軸制御を行っ
ている。

　また、ＮＣ加工機に対する工具角度や工具位置の急激な変化を抑制するＮＣデータを作
成する技術がある（特許文献３参照）。この技術では、工具先端位置の各点における前記
工具主軸方向ベクトルが前記第２回転軸と一致するか否か判断し、一致する場合は前記第
２回転軸と一致しない周辺の点における角度を取り出して曲線補間して当該点における角
度を作成する処理をしている。
【先行技術文献】
【特許文献】

【特許文献１】特開 2021-149466号公報
【特許文献２】特開 2012-164306号公報
【特許文献３】特開 2006-053789号公報

【非特許文献】

【非特許文献１】 S. Tajima, B. Sencer, “ Accurate real-time interpolation of 5-ax
is tool-paths with local corner smoothing,” International Journal of Machine T
ools and Manufacture, 142(2019) 1-15.
【非特許文献２】 Z. Yan, S. Schiller, G. Wilensky, N. Carr, S. Schaefer, κ -Curve
s: Interpolation at Local Maximum Curvature, TOG, 36(4), 129, 2017.

課題

もっとも、５軸加工機の工具の制御はその自由度の高さのために非常に複雑である。そ
のため、工具軸制御のためのＣＡＭやＮＣ（数値制御）ソフトウェアは高度な数学的手法
が必要となる。例えば、工具軸の回転を等速で行うために、球面線形補間を行うリアルタ
イム軌道生成アルゴリズムを用いて、並進及び回転工具運動の同期を補間する技術がある
（非特許文献１参照）。しかし、５軸加工機のソフトウェア開発に用いられている数学的
手法は加工精度及び加工効率の観点から十分に洗練されているとはいえなかった。特に制
御対象の工具先端の加工位置データ（ＣＬパス）とセットとなる姿勢データ（工具軸の角
度）の制御が適切に行えていない、という課題がある。そのため、加工面への回転パワー
の伝達が効率的でなく加工時間がかかり、加工精度も十分でない、という課題がある。

　本開示の課題は、精度よく、かつ、効率的な加工を可能とする制御装置、制御方法、及
び制御プログラムを提供することである。

手段

　本開示の制御装置は、５軸加工機における工具の位置姿勢制御において、単位球面上に
生成した曲線上の点の位置において方位角及び天頂角により姿勢を指定し、工具軸の姿勢
変化を連続的に制御するための姿勢データを出力する姿勢情報生成部を含む制御装置であ
って、前記姿勢情報生成部は、加工対象の形状から得られた工具先端中心の位置及び姿勢
による移動経路に関する加工位置データについて、前記加工位置データからサンプリング
した各点にパス移動方向に応じて法線方向の角度を傾けた入力点として単位球面上に曲線
を生成し、前記曲線における入力点に応じて前記加工位置データの各点に姿勢情報を追加
し、姿勢データとして出力する。