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活用・導入事例

切削加工におけるハイスピードカメラ
活用・導入事例

このページでは、切削加工においてスーパースローモーション撮影を可能にするハイスピードカメラの導入時例や、ハイスピードカメラの導入によって解決できる問題点などを詳しく解説しています。ハイスピードカメラ導入の参考としてご活用ください。

切削加工における撮影のポイント

高速で回転するドリルなどを利用して金属を削ったり、穴を開けたりする切削加工において、問題発生の瞬間を肉眼で捉えることは困難です。そのためハイスピードカメラによるスーパースローモーション撮影によって、トラブルの原因を可視化して検証することは有効です。

ただし、切削加工では切りくずなどが発生して飛散するため、撮影時にはそれらが画角を遮らないよう調整したり、カメラが傷ついたりしないよう注意しなければなりません。また、切削油を使用すると加工ポイントが見えない場合もあります。

ハイスピードカメラで解決できること

例えば金属板に穴を開ける加工において、穴の中心点が微妙にずれていたり、穴のサイズが微妙に異なっていたりする場合、ドリルが正確に動作せずブレてしまっている可能性があります。あるいは加工マシンに取り付けた工具が破損した時、どのような原因やタイミングで破損が生じたのかスーパースローモーション動画だからこそ撮影できる場合もあるでしょう。

その他、ドリルの回転速度（回転数）によってどのような違いが発生しているか確認することも可能です。

導入・活用事例

ドリル加工×ハイスピードカメラ（フォトロン）

※引用元：フォトロンYouTube
（https://youtu.be/0jeeqlWidVg）

加工対象の金属素材（20mm角）に関して、ドリルによる穴あけ加工を高速撮影によってスーパースローモーション映像（シャッタースピード：10万分の1秒、フレームレート：12,800fps）として記録した事例です。

カラーカメラを利用することで鮮明な動画が撮影されました。回転数10,000rpmのドリルが人間の目でも十分に確認できる状態として撮影されており、加工によって発生している金属屑の状態や周囲への飛び散り方まで正確に確認することができます。

ドリルの回転数の比較×ハイスピードカメラ（フォトロン）

※引用元：フォトロンYouTube
（https://youtu.be/oBNG8moHZkM）

ドリルを使った切削加工において、ドリルの回転速度を変更することで、加工にどのような違いが生じているのかハイスピードカメラによるスーパースローモーション撮影で比較検証している事例です。

一方のドリルは5000rpmの回転速度となっており、もう一方は1万rpmの回転速度になっていることがポイントです。両者の撮影速度を調節して同じ速度のドリル回転映像を取得することで、穴あけ加工における差違や影響を明確化しています。

エンドミルと切削動力計との同期×ハイスピードカメラ（フォトロン）

※引用元：フォトロンYouTube
（https://youtu.be/lp20efd6gK8）

軸方向へ推進して円形の穴を加工するドリルに対して、エンドミルは軸に直交する方向に穴を開けたり、表面を平滑化したりするために用いられる加工機です。エンドミルの回転と、切削動力計の波形を同期させ、その様子をハイスピードカメラによって撮影した事例となります。

切削動力計の波形の変化と、実際に素材が加工されている様子を同時に観察することで、波形がどのような状態を示していたのか具体的に確認することができるようになります。

工具の振動の画像解析×ハイスピードカメラ（フォトロン）

※引用元：フォトロンYouTube
（https://youtu.be/GgNZm3vcjpg）

ドリルによって切削加工を行っている状況をハイスピードカメラによってスーパースローモーション撮影し、さらに振動計を活用して工具の振動の様子をアナログ波形によって記録、それぞれを比較検討した事例です。

波形を確認することでドリルの先端がブレて位置がずれていることが確認されていると同時に、実際にドリルがブレている様子を視認することで問題の発生状況を具体的に観察することができました。これによりパラメータの再設定などが可能になります。

DIC解析による材料の変位観察×ハイスピードカメラ（フォトロン）

※引用元：フォトロンYouTube
（https://youtu.be/XEFaHe-rQK8）

穴開け加工時における材料の変形を、ハイスピードカメラを活用したDIC解析（歪み解析）によって分析している事例です。

ドリル加工を行っている素材において、加工面の反対側から穴あけ加工を高速撮影することによって、素材の表面に生じる歪みの状態を解析しています。これにより、ドリルの回転速度や工具の最適化を検証したり、切削加工が素材に与えるダメージや影響などを分析したりすることができるようになります。

切削加工で利用できるハイスピードカメラ

FASTCAM Nova Sシリーズ

高速・高解像度撮影が可能

FASTCAM Nova Sシリーズのなかでも最上位モデルのFASTCAM Nova S20は、100万画素で20,000コマ/秒の撮影が可能な高速・高解像度撮影性能を有しています。具体的には1024×992ピクセルで20,000コマ/秒、512×512ピクセルだと62,500コマ/秒で撮影が可能。最高撮影速度は110万コマ/秒を実現しています。

さらに、感度もモノクロISO64,000、カラーISO16,000と高く、切削・燃焼・溶接などさまざまな分野で活用できるハイスピードカメラです。

持ち運びしやすい小型軽量密閉筐体

FASTCAM Nova Sシリーズには比較的新しい設計技術が採用されており、サイズは120.0mm×120.0mm×217.2mm、重さは3.3kgと、小型軽量のモデルです。FASTCAM Nova Sシリーズを開発しているフォトロンの従来モデルと比較した場合、体積マイナス60％、質量はマイナス70％を実現しています。持ち運びがしやすく、セッティングも容易に行えるのが特徴です。

新しく改良した低ノイズ・高感度センサーを搭載

製造元のフォトロンは画像処理に特化したハードウェアとソフトウェアを開発している会社で、高速CMOSセンサーに定評があるとのこと。FASTCAM Nova Sシリーズに搭載されているセンサーは従来の高速CMOSセンサーを新たに改良したもので、低ノイズかつ超高感度性能を実現。これまでは難しかった暗部の撮影も可能となっており、エンジン燃焼や流体、DIC（ひずみ解析）などの撮影に適しています。

超高速データ保存に対応

専用SSDのFAST Drive 4TBに対応しており、超高速でデータ保存ができます。従来のFASTCAM SA1.1のギガビットイーサネット保存と比べ、データ転送速度は約10倍。これまで10分かかっていた待ち時間を1分に短縮でき、高速撮影にかかる作業の効率化を図れます。

また、10ギガビットイーサネットを使用することで、撮影後のデータ転送速度の大幅な短縮も実現。「撮影後のデータ保存時間を短縮したい」「決まった時間内でより多く撮影したい」というニーズに応えられるハイスピードカメラです。

遠隔操作が可能

FASTCAM Nova Sシリーズでは、一般的なハイスピードカメラで採用されているGタイプFマウント、Cマウントといったレンズマウントのほかに、EFマウントをオプションで追加できます。EFマウントは一眼レフカメラにも採用されているレンズで、絞りとフォーカスをコントロールPCから遠隔操作できるのが特徴です。

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