(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス成形品を製造する金型の金型形状データを作成する金型形状データ作成システムであって、
設計上のプレス成形品の設計形状データに基づいて、前記金型形状データを作成する金型形状データ作成部と、
成形後のプレス成形品のプレス成形後形状データを作成するプレス成形後形状データ作成部と、
前記プレス成形後形状データにおける所定の第１設定領域の形状を反映した第１形状データと、前記プレス成形後形状データにおける前記第１設定領域を含む当該第１設定領域よりも広い所定の第２設定領域の形状を前記第１形状データよりも粗く反映した第２形状データとを取得すると共に、前記第１形状データにおける前記第１設定領域の曲率及び前記第２形状データにおける前記第２設定領域の曲率を算出する曲率算出部と、
前記第１形状データの曲率と前記第２形状データの曲率とに基づいて曲率差を演算する曲率差演算部と、
前記曲率差に基づいて修正用形状の修正用形状データを作成する修正用形状データ作成部と、
前記修正用形状データに基づいて前記金型形状データを修正する金型形状データ修正部と、
を備える金型形状データ作成システム。
【請求項２】
前記プレス成形後形状データ作成部が、前記金型形状データ及び前記プレス成形品の製造に用いられるプレス条件を用いて成形シミュレーションを行い、前記プレス成形後形状データとしてのシミュレーション形状データを作成する請求項１に記載の金型形状データ作成システム。
【請求項３】
前記曲率差演算部が、互いに隣接する複数の前記第１設定領域からなる歪設定領域内における曲率差の最大値を用いて最大曲率差を演算し、
前記修正用形状データ作成部が、前記最大曲率差に基づいて前記修正用形状データを作成し、
前記金型形状データ修正部が、前記最大曲率差に基づいて作成された修正用形状データを用いて前記金型形状データの歪設定領域に対応するデータを修正する請求項１又は２に記載の金型形状データ作成システム。
【請求項４】
前記金型形状データが修正された領域において、前記修正用形状の曲率よりも小さい曲率を用いて前記修正用形状の外周を前記設計上のプレス成形品の形状に近似する表面形状データを作成する表面形状データ作成部を備え、
前記金型形状データ修正部が、前記表面形状データを用いて前記金型形状データを修正する請求項１から３のいずれか一項に記載の金型形状データ作成システム。
【請求項５】
前記金型形状データ修正部は、複数の歪設定領域からなる第３設定領域内における、設計後の金型形状データの高さと、修正後の金型形状データの高さとの差が、予め設定された値よりも大きい場合に、前記第３設定領域内における前記プレス成形後形状データの全体形状の曲率よりも小さい曲率を有する形状に基づいて前記金型形状データの前記第３設定領域に対応するデータを修正する請求項１から４のいずれか一項に記載の金型形状データ作成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形品を製造する際に用いられる金型の金型形状データを作成する金型形状データ作成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車体のボディーを構成する外板部品はプレス加工により成形されている。プレス加工により成形されたプレス成形品は、成形後の弾性回復等によりスプリングバックが発生し、成形精度の低下を招くことが知られている。そのため、部品図と同じ形状で作製されたプレス金型（金型）では、設計通りの成形品（プレス成形品）を成形することができない場合がある。このような問題を解決するための技術として、下記に出典を示す特許文献１及び２に記載のものがある。
【０００３】
特許文献１に記載される技術では、金型モデルにより板材モデルが下死点までプレスされた時の板材モデルに作用する板厚方向の応力分布を演算し、当該応力分布を反転させた反転応力分布に基づいて金型モデルを修正する。また、特許文献２に記載される技術では、金型の形状データに基づいて演算された当該金型の曲面の曲率と、金型を用いてプレス成形されたプレス成形品の形状データに基づいて演算された曲面の曲率との差分を演算し、当該差分に基づいて金型形状を修正する。
【０００４】
ここで、ドアパネルやルーフパネル等の意匠面においても、プレス成形時に面歪みが生じる。しかしながら、このような面歪みはハット形状部材に生じるような大きな変形ではなく、比較的小さなものである。このため、特許文献１や２に記載の技術を適用しても、設計通りの成形品を成形することは容易ではない。また、一旦、金型を作製した後にプレス成形を行い、当該プレス成形により成形されたプレス成形品の形状に基づき金型を修正することが考えられるが、このような金型の修正は、熟練した技術を習得している作業者に依存していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３３８２８号公報
【特許文献２】特開２００３−３４０５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記問題に鑑み、面歪のないプレス成形品を作製することが可能な金型の金型形状データを作成する金型形状データ作成システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための第１発明に係る金型形状データ作成システムの特徴は、プレス成形品を製造する金型の金型形状データを作成するために、設計上のプレス成形品の設計形状データに基づいて、前記金型形状データを作成する金型形状データ作成部と、成形後のプレス成形品のプレス成形後形状データを作成するプレス成形後形状データ作成部と、前記プレス成形後形状データにおける所定の第１設定領域の形状を反映した第１形状データと、前記プレス成形後形状データにおける前記第１設定領域を含む当該第１設定領域よりも広い所定の第２設定領域の形状を前記第１形状データよりも粗く反映した第２形状データとを取得すると共に、前記第１形状データにおける前記第１設定領域の曲率及び前記第２形状データにおける前記第２設定領域の曲率を算出する曲率算出部と、前記第１形状データの曲率と前記第２形状データの曲率とに基づいて曲率差を演算する曲率差演算部と、前記曲率差に基づいて修正用形状の修正用形状データを作成する修正用形状データ作成部と、前記修正用形状データに基づいて前記金型形状データを修正する金型形状データ修正部と、を備える点にある。
【０００８】
上記第１発明の特徴によれば、成形後のプレス成形品のプレス成形後形状データに基づいて取得された第１設定領域の曲率と、当該第１設定領域よりも広い第２設定領域の曲率とを用いて金型形状データを修正する修正用形状を作成するため、高技能者でなければ判別できないような歪みを修正することが可能な修正用形状を容易に作成できる。したがって、修正用形状データの作成に係る演算負荷を軽減することができるので、高性能な演算処理装置を必要とせず、面歪のないプレス成形品を作製することが可能な金型の金型形状データを作成することができる。
【０００９】
また、第２発明に係る金型形状データ作成システムの特徴は、前記プレス成形後形状データ作成部が、前記金型形状データ及び前記プレス成形品の製造に用いられるプレス条件を用いて成形シミュレーションを行い、前記プレス成形後形状データとしてのシミュレーション形状データを作成すると好適である。
【００１０】
上記第２発明の特徴によれば、プレス成形品の設計形状データと当該設計形状データを用いて生成された金型形状データとに基づきプレス成形後のプレス成形品のシミュレーション形状データを作成することができる。したがって、金型を作製して試し打ちをすることなく、面歪のないプレス成形品を作製するのに最適な金型の金型形状データを作成することができる。
【００１１】
また、第３発明に係る金型形状データ作成システムの特徴は、前記曲率差演算部が、互いに隣接する複数の前記第１設定領域からなる歪設定領域内における曲率差の最大値を用いて最大曲率差を演算し、前記修正用形状データ作成部が、前記最大曲率差に基づいて前記修正用形状データを作成し、前記金型形状データ修正部が、前記最大曲率差に基づいて作成された修正用形状データを用いて前記金型形状データの歪設定領域に対応するデータを修正する点にある。
【００１２】
上記第３発明の特徴によれば、最大曲率差を用いて修正用形状データを一義的に設定し、作成することができる。したがって、演算処理を簡素にすることができるので、高性能な演算処理装置を用いることなく、金型形状データを作成することができる。
【００１３】
また、第４発明に係る金型形状データ作成システムの特徴は、前記金型形状データが修正された領域において、前記修正用形状の曲率よりも小さい曲率を用いて前記修正用形状の外周を前記設計上のプレス成形品の形状に近似する表面形状データを作成する表面形状データ作成部を備え、前記金型形状データ修正部が、前記表面形状データを用いて前記金型形状データを修正する点にある。
【００１４】
上記第４発明の特徴によれば、修正用形状の曲率よりも小さい曲率を用いて最大曲率差を用いて作製された修正用形状の外周を修正するので、当該部分を人工的でない自然な形状で構成することができる。すなわち、修正用形状と金型形状（意匠）とを修正用形状の曲率よりも小さい曲率を用いて繋ぐため、修正用形状で修正された金型形状データを自然な流れを備えた形状データとすることができる。したがって、より歪が生じることのないプレス成形品を成形可能な金型形状データを作成することができる。
【００１５】
また、第５発明に係る金型形状データ作成システムの特徴は、前記金型形状データ修正部は、複数の歪設定領域からなる第３設定領域内における、設計後の金型形状データの高さと、修正後の金型形状データの高さとの差が、予め設定された値よりも大きい場合に、前記第３設定領域内における前記プレス成形後形状データの全体形状の曲率よりも小さい曲率を有する形状に基づいて前記金型形状データの前記第３設定領域に対応するデータを修正する点にある。
【００１６】
上記第５発明の特徴によれば、修正用形状により金型形状データを修正することにより、所期のプレス成形品の高さと大きな差異があった場合でも、比較的広い第３設定領域内におけるプレス成形後形状データの全体形状の曲率よりも小さい曲率を有する形状で前記高さを修正するので、当該部分を人工的でない自然な形状で全体の高さ調整を行うことができる。すなわち、金型形状データの修正を繰り返し行うことにより、初期の高さと大きな差が生じることがある。そこで、予め判定閾値となる値を設定しておき、設計後の金型形状データの高さと、修正後の金型形状データの高さとの差が、前記設定された値よりも大きくなった場合には全体の高さの調整を図ることができる。したがって、歪のない、且つ、設計通りのプレス成形品を成形することができる。しかも、小さな曲率を用いることで、意匠形状にならった自然な形状とすることができ、より歪の生じ得ない高さ調整を行うことが可能となる。このように、本特徴によれば、より歪が生じることのないプレス成形品を成形可能な金型形状データを作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】金型形状データ作成システムのブロック図である。
【図２】各種領域について説明する図である。
【図３】金型形状データ作成システムが行う処理について模式的に示した図である。
【図４】設計形状データから最適な金型形状データを作成する例について示す図である。
【図５】設計形状データから最適な金型形状データを作成する例について示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本発明に係る金型形状データ作成システム１００は、プレス成形品を製造するのに用いられる金型の金型形状データを作成することが可能である。ここで、一般的に、金型を用いてプレス成形品を製造した場合には、プレス成形品の形状、素材の形状、材料（素材）の特性、プレス条件等により、金型通り（設計通り）のプレス成形品（設計通りの形状を有するプレス成形品）を構成することは容易ではない。すなわち、プレス成形品の所定の位置に面歪みが生じることがある。
【００１９】
本金型形状データ作成システム１００は、プレス成形品に上述の面歪みが生じないように、プレス成形品の設計上の形状（設計形状）を基にシミュレーションを行い、金型形状データを作成することが可能に構成されている。したがって、本金型形状データ作成システム１００によれば、金型を作製して試し打ちをすることなく、また、実際にプレス成形をすることなく、設計通りの形状を有するプレス成形品を適切に製造することが可能な金型の金型形状データを作成することができる。本実施形態では、プレス成形品が車両のドアパネルであり、金型形状データ作成システム１００が車両のドアパネルを製造する際に用いられる金型を作製する場合の例について説明する。
【００２０】
１．金型形状データ作成システムの構成
図１には、このような金型形状データ作成システム１００の概略構成を模式的に示したブロック図が示される。金型形状データ作成システム１００は、設計形状データ入力部１１、素材形状データ入力部１２、材料特性データ入力部１３、プレスデータ入力部１４、金型形状データ作成部２１、金型形状データ記憶部２２、プレス成形後形状データ作成部２３、歪領域設定部２４、曲率算出部３１、曲率差演算部３２、修正用形状データ作成部３３、表面形状データ作成部３４、金型形状データ修正部３５、高低差演算部３６の各機能部を備えて構成される。このような各機能部を有する金型形状データ作成システム１００は、ＣＰＵを中核部材として金型形状データの作成に関する種々の動作を行うための機能部をハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。
【００２１】
設計形状データ入力部１１は、設計上のプレス成形品の設計形状データが入力される。本実施形態では、プレス成形品とは車両のドアパネルである。設計上のプレス成形品とは、プレス成形品の設計値（設計上のサイズ）である。設計形状データとは、このような設計段階におけるプレス成形品の形状を示すデータである。このような設計形状データは、例えば設計者により設計され所定の許容誤差を有して一義的に定められる。したがって、設計形状データ入力部１１は、設計段階におけるドアパネルの形状を示すデータが入力される。設計形状データ入力部１１に入力された設計形状データは、後述する金型形状データ作成部２１に伝達される。
【００２２】
素材形状データ入力部１２は、ドアパネルを製造する際に用いられる素材の形状を示すデータが入力される。素材の形状を示すデータとは、プレス成形前の材料の形状である。具体的には、材料の大きさ、寸法、厚さ等が相当する。したがって、素材形状データ入力部１２は、ドアパネルを製造する際に用いられる材料の大きさ、寸法、厚さ等が入力される。素材形状データ入力部１２に入力されたデータは、後述するプレス成形後形状データ作成部２３に伝達される。
【００２３】
材料特性データ入力部１３は、ドアパネルを製造する際に用いられる素材の材料特性を示すデータが入力される。素材の材料特性を示すデータとは、プレス成形前の材料の特性を示すデータである。具体的には、材料の種類、硬度等が相当する。したがって、材料特性データ入力部１３は、ドアパネルを製造する際に用いられる材料の種類、硬度等が入力される。材料特性データ入力部１３に入力されたデータは、後述するプレス成形後形状データ作成部２３に伝達される。
【００２４】
プレスデータ入力部１４は、素材をプレスする際の諸条件を示すデータが入力される。プレスする際の諸条件とは、プレスする際の圧力、金型の移動速度、環境温度等を示すデータが相当する。したがって、プレスデータ入力部１４は、ドアパネルを製造する際に用いられる素材をプレスする際の圧力、金型の移動速度、環境温度等を示すデータが入力される。プレスデータ入力部１４に入力されたデータは、後述するプレス成形後形状データ作成部２３に伝達される。
【００２５】
金型形状データ作成部２１は、設計上のプレス成形品の設計形状データに基づいて、金型形状データを作成する。設計上のプレス成形品の設計形状データは、上述の設計形状データ入力部１１から伝達される。金型形状データとは、ドアパネルをプレス成形して製造する際に用いられる金型の形状を示すデータである。金型形状データ作成部２１は、設計形状データで規定されるドアパネルの外面に沿って金型の成形面を構成する。したがって、プレス成形前の素材を当該金型の成形面に当接してプレスすることにより、プレス成形品を製造することが可能となる。金型形状データ作成部２１により作成された金型形状データは、後述する金型形状データ記憶部２２に記憶される。
【００２６】
金型形状データ記憶部２２は、金型形状データを記憶する。上述のように金型形状データは、金型形状データ作成部２１により作成される。また、金型形状データ記憶部２２に記憶されている金型形状データは、後述する金型形状データ修正部３５により修正可能に構成され、後述する高低差演算部３６に伝達可能に構成されている。
【００２７】
プレス成形後形状データ作成部２３は、金型形状データ及びプレス成形品の製造に用いられるプレス条件を用いて成形シミュレーションを行い、成形後のプレス成形品のプレス成形後形状データとしてのシミュレーション形状データを作成する。金型形状データは、金型形状データ記憶部２２に記憶されているものが用いられる。プレス成形品の製造に用いられるプレス条件とは、ドアパネルの製造に用いられるプレス条件であり、上述の素材形状データや材料特性データやプレスデータが相当する。これらのデータは、夫々、素材形状データ入力部１２、材料特性データ入力部１３、プレスデータ入力部１４から伝達される。プレス成形後形状データ作成部２３は、これらのデータを用いて成形シミュレーションを行う。成形シミュレーションは公知の手法を用いることが可能である。成形シミュレーションにより、成形後のプレス成形品の形状を示すシミュレーション形状データが作成される。本実施形態では、シミュレーション形状データは本発明に係るプレス成形後形状データに相当する。このシミュレーション形状データは、後述する曲率算出部３１に伝達される。
【００２８】
曲率算出部３１は、シミュレーション形状データにおける所定の第１設定領域ｓの形状を細かく（詳細に）反映した第１形状データと、シミュレーション形状データにおける第１設定領域ｓを含む当該第１設定領域ｓよりも広い所定の第２設定領域ｔの形状を第１形状データよりも粗く反映した第２形状データとを取得する。シミュレーション形状データは、プレス成形後形状データ作成部２３から伝達される。第１設定領域ｓとは、３次元データであるシミュレーション形状データの断面を所定の長さからなる２次元データで切り出し、当該２次元データを所定長さで区切った領域である。図２は、本実施形態で用いられる領域について理解を容易にするために示した図であり、当該所定の第１設定領域は符号ｓを付して示される。第１形状データは、このような第１設定領域ｓの形状を反映したデータが相当する。第２設定領域ｔとは、３次元データであるシミュレーション形状データの断面を２次元データで切り出し、第１設定領域ｓを含み当該第１設定領域ｓよりも広い範囲で規定された領域である。このような第２設定領域ｔは、図２において符号ｔを付して示される。第２形状データにおける第２設定領域ｔの形状は、第１形状データよりも粗く反映される。すなわち、第１形状データにおける第１設定領域ｓでは例えば１０ｍｍ毎に形状を細かく反映したとすると、第２形状データにおける第２設定領域ｔでは１０ｍｍよりも広い、例えば１００ｍｍ毎に形状が粗く反映される。そして、曲率算出部３１は、このような第１形状データにおける第１設定領域ｓの曲率及び第２形状データにおける第２設定領域ｔの曲率を算出する。
【００２９】
曲率は、公知の方法を用いて算出することが可能である。その一例を以下に示す。まず、算出対象の形状に対応した点群をサンプルポイントとし、この複数のサンプルポイントのうち、３点以上のサンプルポイントを設定する。そして、中央付近を頂点とした点群付近を通過する２次曲線を近似曲線として適用し、適用された近似曲線のサンプルポイントの中央部での曲率に基づいて曲率を算出する。この近似曲線は２次曲線であることから、係数の値の増減により複数のサンプルポイントと一致する位置又は近似する位置を通過する形状が設定される。また、この２次曲線とは２次微分可能な関数として捉えることも可能である。もちろん、近似曲線として２次曲線以外のもの、例えば３次関数以上の高次関数曲線や、サインカーブや、双曲線等を用いることも可能である。
【００３０】
また、曲率を求めるには、近似曲線のサンプルポイント中央部（頂点付近）での湾曲の程度から直接、取得することも可能である。例えば近似曲線の湾曲の程度を数値化してテーブルとして保存しておき、湾曲の程度に基づいてテーブルから曲率を取得することにより求めることも可能である。曲率は、このような各種の方法を用いて算出することができる。もちろん、他の方法を用いて算出することも当然に可能である。算出された曲率は、後述する曲率差演算部３２に伝達される。
【００３１】
曲率差演算部３２は、第１形状データの曲率と第２形状データの曲率とに基づいて曲率差を演算する。曲率は上述の曲率算出部３１により第１設定領域ｓ及び第２設定領域ｔ毎に算出され、伝達される。曲率差演算部３２は、第１形状データから算出された第１設定領域ｓの曲率及び第２形状データから算出された第２設定領域ｔの曲率から２つの曲率の差、すなわち曲率差を演算する。ここで、曲率差は、第１形状データと第２形状データとの形状の相違を示す指標となる。したがって、曲率差がゼロである場合には、両データは相違がないことになり、第１形状データと第２形状データとが一致している、或いは平行状態にあることになる。例えば、第１形状データから算出された曲率が１／８０００であり、第２形状データから算出された曲率が１／１２０００であるとすると、曲率差は１／２４０００となる。曲率差演算部３２により求められた曲率差は、後述する修正用形状データ作成部３３に伝達される。
【００３２】
ここで、本実施形態では、曲率差演算部３２は、互いに隣接する複数の第１設定領域ｓからなる歪設定領域Ｄ内における曲率差の最大値を選択して最大曲率差を設定する。歪設定領域Ｄは、互いに隣接する複数の第１設定領域ｓからなり、図２において符号Ｄを付して示される。歪設定領域Ｄとは、歪が生じうる任意の範囲である。この範囲は、歪領域設定部２４に記憶・算出された範囲であり、例えば公知の歪算出手段を用いて歪が生じうる任意の範囲を予め算出しておき、歪が生じうる任意の範囲として設定しておくことが可能である。また、この範囲は、経験的に歪が生じうる範囲をデータベース化しておき記憶させておくことも可能である。なお、この範囲は、上述のように第１設定領域ｓを複数含み、第２設定領域ｔより小さな範囲である。したがって、歪設定領域Ｄには、複数の所定の領域ｓが含まれ、この第１設定領域ｓの夫々の曲率は曲率算出部３１により算出される。曲率差演算部３２は、曲率算出部３１により算出された第１形状データにおける第１設定領域ｓ毎の曲率と、曲率算出部３１により算出された第２形状データの曲率の歪設定領域Ｄ内における曲率差の最大値を求めることにより最大曲率差を演算する。この最大曲率差は、複数の歪設定領域Ｄ毎に夫々算出される。曲率差演算部３２は、この最大曲率差を、後述する修正用形状データ作成部３３に伝達する。
【００３３】
修正用形状データ作成部３３は、曲率差に基づいて修正用形状の修正用形状データを作成する。特に本実施形態では、修正用形状データ作成部３３は、最大曲率差に基づいて修正用形状データを作成する。最大曲率差は、上述の曲率差演算部３２により演算される。修正用形状データ作成部３３は、このような最大曲率差の逆数を曲率半径とする修正用形状を求め、当該修正用形状を示す修正用形状データを作成する。
【００３４】
このように、本実施形態に係る修正用形状データ作成部３３は、歪設定領域Ｄ内に含まれる曲率差のうち、最大の曲率差（最大曲率差）の逆数を曲率半径とする修正用形状の修正用形状データを作成する。したがって、本実施形態では、歪設定領域Ｄの修正用形状は、最大の曲率差に基づく１つの曲率差により作成される。例えば、歪設定領域Ｄにおける第１形状データから算出された曲率が１／８０００であり、第２形状データから算出された曲率が１／１２０００であるとすると、曲率差は１／２４０００となる。この１／２４０００が当該歪設定領域Ｄにおける最大値を示すとき修正用形状データ作成部３３は、２４０００Ｒ（逆数）を曲率半径とする修正用形状の修正用形状データを作成する。
【００３５】
修正用形状データ作成部３３においては、当該修正用形状データ作成部３３に入力される最大曲率差の値を反転させた反転値を算出して、この反転値に基づいて修正用形状データを作成する。具体的には、例えば、上に凸側をプラス側に設定し、下に凸側をマイナス側に設定するとする。係る場合、例えば、第１形状データから算出された曲率（１／８０００）と第２形状データから算出された曲率（１／１２０００）が共に上に凸の値の場合には、最大曲率差が（＋１／２４０００）として入力されるため、その凹凸の方向を反転させた反転値（−１／２４０００，相殺する下に凸側への値）を算出して、この反転値に基づいて修正用形状データを作成する。また、例えば、第１形状データから算出された曲率が下に凸の値（−１／８０００）で第２形状データから算出された曲率が上に凸の値（１／１２０００）の場合には、最大曲率差が−１／４８００として入力されるため、その凹凸の方向を反転させた反転値（＋１／４８００，相殺する上に凸側への値）を算出し、この反転値に基づいて修正用形状データを作成する。
【００３６】
表面形状データ作成部３４は、金型形状データが修正された領域及びその周囲において、修正用形状の曲率よりも小さい曲率を用いて修正用形状の外周を設計上のプレス成形品の形状に近似する表面形状データを作成する。金型形状データが修正された領域とは、上述の曲率差がゼロでなく、修正用形状データ作成部３３により修正用形状データが作成された歪設定領域Ｄである。なお、詳細は後述するが、修正用形状データが作成された歪設定領域Ｄは、当該修正用形状データを用いて金型形状データが修正される。修正用形状の曲率よりも小さい曲率とは、修正された歪設定領域Ｄにおける修正用形状よりも平坦度の高い曲率である。したがって、表面形状データ作成部３４は、修正用形状の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する形状で設計上のプレス成形品の形状に近似する表面形状データを作成する。より具体的には、修正用形状の曲率半径が４０００Ｒである場合には、修正用形状の外周を４０００Ｒよりも大きい曲率半径、例えば２００００Ｒ〜３００００Ｒ程度の曲率半径を有する形状で近似すると好適である。表面形状データ作成部３４により作成された表面形状データは、後述する金型形状データ修正部３５に伝達される。
【００３７】
金型形状データ修正部３５は、修正用形状データに基づいて金型形状データを修正する。修正用形状データは、上述の修正用形状データ作成部３３から伝達される。金型形状データは、金型形状データ記憶部２２に記憶されている。また、本実施形態では上述のように、最大曲率差を用いて修正用形状が作成される。したがって、金型形状データ修正部３５は、最大曲率差に基づいて作成された修正用形状データ作成部３３から伝達される修正用形状データを用いて金型形状データ記憶部２２に記憶されている金型形状データの歪設定領域Ｄに対応するデータを修正する。
【００３８】
このように本実施形態では、金型形状データの修正は歪設定領域Ｄ毎に行われる。複数の歪設定領域Ｄに係る全領域について処理が終了しても、面歪みが残存する可能性がある。また、修正により面歪が生じる領域がある。更には、修正された金型形状データを用いて成形シミュレーションを行った場合に、新たな面歪みが発生する可能性もある。したがって、金型形状データ作成システム１００は、成形シミュレーションを行った後、曲率差が所定の閾値内におさまるまで繰り替えし行われる。
【００３９】
また、金型形状データ修正部３５は、表面形状データを用いて金型形状データを修正する。表面形状データは、上述の表面形状データ作成部３４から伝達される。このように表面形状データを用いて金型形状データを修正することにより、上述の修正用形状データを用いて修正された領域と、当該当該修正用形状データを用いて修正された領域に隣接する領域との境界を滑らかにすることができる。
【００４０】
高低差演算部３６は、複数の歪設定領域Ｄからなる第３設定領域ｕ（図２参照）内における、設計後の金型形状データの高さと、修正後の金型形状データの高さとの差を演算する。設計後の金型形状データの高さとは、設計上の金型形状の高さである。修正後の金型形状の高さとは、金型形状データ修正部３５により修正された金型形状の高さである。高さは、第３設定領域ｕの平均高さとすることも可能であるし、第３設定領域ｕ内の中央部の高さやその周囲部の高さとすることも可能である。或いは、第３設定領域ｕにおいて設定された複数のポイント毎の高さとすることも可能である。高低差演算部３６は、このような設計上の金型形状データ（設計上の金型形状）の高さと、成形シミュレーションを行って得られた修正後の金型形状データ（修正後の金型形状）の高さとの差を演算する。この演算結果は、金型形状データ修正部３５に伝達される。
【００４１】
金型形状データ修正部３５は、高低差演算部３６から伝達される設計上の金型形状データの高さと、成形シミュレーションを行って得られた修正後の金型形状データの高さとの差が、予め設定された値よりも大きい場合に、第３設定領域ｕ内におけるシミュレーション形状データの全体形状の曲率よりも小さい曲率を有する形状に基づいて金型形状データの第３設定領域ｕに対応するデータを修正する。予め設定された値とは、判定閾値であり「０より大きい」とすることも可能であるし、「数ｍｍ」として具体的数値で設定することも可能である。金型形状データ修正部３５は、前記差の最大値が予め設定された値よりも大きい場合に、当該第３設定領域ｕ全体の高さを低くすべく金型形状データを修正する。この修正は、高さの差を含む領域を設定し、このように設定された領域において、例えば最大曲率差よりも十分に小さな値で高さを低くするように行われる。
【００４２】
本金型形状データ作成システム１００は、このような一連の処理を行って金型を作成する前に当該金型で成形されるプレス成形品の形状をシミュレーションし、当該シミュレーション結果と設計上のプレス成形品の形状とを比較して金型の形状を決定する。このため、金型を作製する前に金型の完成度を高めることができるので、金型を作製し直す必要が無い。したがって、金型評価のためのプレス成形も行う必要が無いので、製造コストを低減することができる。
【００４３】
２．金型形状データ作成システムの処理
図３は、本金型形状データ作成システム１００の処理について模式的に示した図である。設計形状データ入力部１１には、設計上のプレス成形品の形状を示す設計形状データが入力される（＃０１）。素材形状データ入力部１２には、プレス成形に用いられる素材の形状を示す素材形状データが入力される（＃０２）。材料特性データ入力部１３には、プレス成形に用いられる素材の特性を示す材料特性データが入力される（＃０３）。プレスデータ入力部１４には、プレス成形に係る諸条件（プレスデータ）が入力される（＃０４）。
【００４４】
金型形状データ作成部２１では、設計形状データを用いて金型形状データが作成される（＃０５）。プレス成形後形状データ作成部２３では、金型形状データ、素材形状データ、材料特性データ、及びプレスデータを用いて成形シミュレーションが行われる（＃０６）。当該成形シミュレーションによりシミュレーション形状データが作成される（＃０７）。曲率算出部３１では、シミュレーション形状データを用いて第１設定領域ｓ及び第２設定領域ｔの曲率が算出される（＃０８）。これにより、第１形状データに係る曲率データ及び第２形状データに係る曲率データが作成される（＃０９、＃１０）。
【００４５】
曲率差演算部３２では、第１形状データに係る曲率データ及び第２形状データに係る曲率データを用いて曲率差が演算される（＃１１）。修正用形状データ作成部３３では、曲率差に基づいて修正用形状データが作成される（＃１２）。金型形状データ修正部３５は、修正用形状データを用いて歪設定領域Ｄ毎に金型形状データを修正する（＃１３）。
【００４６】
また、表面形状データ作成部３４では、修正用形状の外周の形状を設計上のプレス成形品の形状に近似すべく表面形状データが作成される（＃１４）。金型形状データ修正部３５は、表面形状データを用いて修正用形状の外周を設計上のプレス成形品の形状に近似するよう金型形状データを修正する（＃１５）。このような金型形状データの修正は、曲率差演算部３２により演算される曲率差が所定の閾値内におさまるまで繰り替えし行われる。曲率差が所定の範囲内におさまると、高低差演算部３６により、第３設定領域ｕにおける、設計後の金型形状データの高さと、修正後の金型形状データの高さとの差が演算され、高低差修正用データが作成される（＃１６）。金型形状データ修正部３５は、高低差をなくすよう高低差修正用データを用いて金型形状データを修正する（＃１７）。このようにして、本金型形状データ作成システム１００は、設計上のプレス成形品と同等なプレス成形品の製造が可能な金型の金型形状データを作成することができる。
【００４７】
３．修正用形状データ及び表面形状データを用いた金型形状データの修正
次に、金型形状データの修正について図を用いて説明する。図４は設計形状に対し、成形シミュレーションにより得られたプレス成形品の表面に歪が形成された場合の金型形状データの修正について示した図である。（ａ）には、設計上のドアパネル（プレス成形品）の設計形状データの一部が示される。この設計形状データは３次元データであり、当該３次元データの所定の位置で切り出して作成した２次元データが（ｂ）に示される。ここで、（ｂ）に示されるデータはドアパネルの外面形状を示すデータであり、上に凸の形状を有する。
【００４８】
（ｃ）には、（ｂ）に示される設計形状データから作成された金型形状データ１が示される。また、当該金型形状データ１を用いて成形シミュレーションにより得られたプレス成形後の形状データ２も示される。ここで、表面には例えば左方の破線で囲まれた円内に示されるように歪が形成される。
【００４９】
（ｄ）は、（ｃ）における破線円内の第１形状データにおける第１設定領域ｓの曲率及び第２形状データにおける第２設定領域ｔの曲率を示す図である。そして、例えば第２形状データにおける曲率を基準にして、第１形状データとの曲率差を演算する。ここで、第１形状データの曲率Ｒ１を−１／８０００とし、第２形状データの曲率Ｒ２を１／１２０００とすると、その曲率差は−１／４８００となる。そして、この曲率差が図示しない歪設定領域Ｄにおける最大値を示すとき、この−１／４８００（最大曲率差）に基づいて修正用形状データを算出する。
【００５０】
（ｅ）に示されるように、金型形状データの歪設定領域Ｄに対応する位置に、最大曲率差は−１／４８００を反転させた反転値１／４８００を算出して、この反転値の逆数を曲率半径とする修正用形状データ４が付与される。そして、修正用形状データの外周５を１／３００００〜１／２０００００程度の曲率Ｒ４を有する形状（表面形状データ作成部３４により作成）で金型形状データを修正する。このように、成形シミュレーションにより金型形状データを修正することで、歪のないプレス成形品を製造することが可能となる。
【００５１】
次に、高さの修正について図を用いて説明する。図５は、第３設定領域ｕの高さを低くする修正について示した図である。（ａ）には、設計形状データの一部が示される。この設計形状データは符号６１を付して示される。また、この設計形状データ６１に基づき作成された金型形状データは符号６２を付して示される。当該金型形状データ６２を用いて成形シミュレーションにより得られたシミュレーション形状データも示される。このシミュレーション形状データは符号６３を付して示される。シミュレーション形状データで示されるように、表面には複数の凹凸が形成される。
【００５２】
（ｂ）には、（ａ）に示されるシミュレーション形状データ６３に含まれる凹凸をなくすよう修正した後の金型形状データのシミュレーション形状データが示される。この修正後のシミュレーション形状データには符号６３’が付されて示される。（ｂ）に示されるように、第３設定領域ｕにおけるシミュレーション形状データ６３’の高さが、金型形状データ６２’の高さも高くなっている。
【００５３】
金型形状データ６２の高さと修正後の金型形状データのシミュレーション形状データ６３’の高さと差の最大値ＭＡＸが、予め設定された値よりも大きくなると、（ｃ）に示されるように第３設定領域ｕにおける金型形状データ又はシミュレーション形状データ６３’の曲率よりも大きな曲率を有する形状で、金型形状データが修正される。このように修正された金型形状データが、符号６２’’を付して示される。このようにして、金型形状データの高さが修正される。なお、この金型形状データの高さの修正は、例えば前述した大きな曲率の反転値を用いることで高さを修正することができる。
【００５４】
このように本金型形状データ作成システム１００によれば、プレス成形品の設計形状データと当該設計形状データを用いて生成された金型形状データとに基づきプレス成形後のプレス成形品のシミュレーション形状データを作成し、当該シミュレーション形状データと設計形状データとを用いて金型形状データを修正する修正用形状を作成するため、修正用形状を容易に作成できる。したがって、修正用形状データの作成に係る演算負荷を軽減することができるので、高性能な演算処理装置が必要としない。
また、シミュレーション形状データに基づくプレス成形品の形状を設計形状データに近づけることにより所期のプレス成形品を成形可能な金型形状データを作成するので、本金型形状データシステム１００によれば金型を作製して試し打ちをすることなく、面歪みのない設計通りの形状を備えたプレス成形品を作製するのに最適な金型の金型形状データを作成することができる。
【００５５】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、曲率を説明する際、具体的に数値を挙げて説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。上記数値は、単なる例示であり、他の数値であっても本金型形状データ作成システム１００により金型形状データを作成することは当然に可能である。
【００５６】
上記実施形態では、金型形状データ修正部３５が、最大曲率差に基づいて作成された修正用形状データを用いて金型形状データの歪設定領域Ｄに対応するデータを修正するとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。修正用形状データ作成部３３が所定の第１設定領域ｓ毎に修正用形状データを作成し、金型形状データ修正部３５が所定の第１設定領域ｓ毎にデータを修正することも当然に可能である。
【００５７】
上記実施形態では、金型形状データ修正部３５が、金型形状データが修正された領域において、修正用形状の曲率よりも小さい曲率を用いて修正用形状の外周を設計上のプレス成形品の形状に近似する表面形状データを用いて修正するとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。修正用形状の外周を設計上のプレス成形品の形状に近似しない構成とすることも当然に可能である。
【００５８】
上記実施形態では、金型形状データ修正部３５は、第３設定領域ｕ内における、設計後の金型形状データの高さと、修正後の金型形状データの高さとの差が、予め設定された値よりも大きい場合に、金型形状データを修正するとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。第３設定領域ｕ内における、設計後の金型形状データの高さと、修正後の金型形状データの高さとの差が、予め設定された値よりも大きくても、金型形状データを修正しない構成とすることも当然に可能である。
【００５９】
また、第３設定領域ｕ内における、設計後の金型形状データの高さと、修正後の金型形状データの高さとの差が、予め設定された値よりも小さい場合には、上記第３設定領域ｕ内におけるシミュレーション形状データの全体形状の曲率よりも小さい曲率を有する形状でなく、当該第３設定領域ｕ内におけるシミュレーション形状データの全体の形状の曲率に基づいて金型形状データの第３設定領域ｕに対応するデータを修正することも可能である。係る場合でも、適切に金型形状データを修正することができる。
【００６０】
上記実施形態では、プレス成形品として自動車のドアパネルを例に挙げ、当該ドアパネルの金型形状データの作成について説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。他のプレス成形品の金型形状データを作成することも当然に可能である。
【００６１】
上記実施形態では、金型形状データの修正について図を用いて説明する際、プレス成形品の形状が上に凸の形状であり、当該形状に対して生じた凹凸を修正するとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。本金型形状データ作成システム１００によれば、プレス成形品の形状が下に凸の形状であり、当該形状に対して生じた凹凸を修正することも当然に可能である。
【００６２】
上記実施形態では、曲率差演算部３２が互いに隣接する複数の第１設定領域ｓからなる歪設定領域Ｄ内における曲率差の最大値を選択して最大曲率差を設定し、修正用形状データ作成部３３が最大曲率差に基づいて修正用形状データを作成し、金型形状データ修正部３５が最大曲率差に基づいて作成された修正用形状データを用いて金型形状データの歪設定領域Ｄに対応するデータを修正するとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。修正用形状データ作成部３３が歪設定領域Ｄ内における曲率の平均値に基づいて修正用形状データを作成し、金型形状データ修正部３５が曲率の平均値に基づいて作成された修正用形状データを用いて金型形状データの歪設定領域Ｄに対応するデータを修正する構成とすることも当然に可能である。このような構成であっても、修正用形状データを一義的に設定し、作成することができる。したがって、演算処理を簡素にすることができるので、高性能な演算処理装置を用いることなく、金型形状データを作成することができる。
【００６３】
上記実施形態では、プレス成形後形状データ作成部２３が、金型形状データ及びプレス成形品の製造に用いられるプレス条件を用いて成形シミュレーションを行い、プレス成形後形状データとしてのシミュレーション形状データを作成するとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、プレス成形後形状データ作成部２３が、金型を用いて製造したプレス成形品の外面形状認識や外面形状測定等を行い、プレス成形品から読み取ったプレス成形後のプレス成形品の実プレス成形後形状データを作成する構成とすることも当然に可能である。
【００６４】
ここで、金型を用いて製造したプレス成形品とは、実際に金型を用いてプレス成形した製品である。このような製品の実プレス成型後形状データの作成は、例えば以下のように行うことができる。例えば、プレス成形した製品において、前後方向をＸ軸方向とし、上下方向をＹ軸方向とし、幅方向をＺとする。プレス成形後形状データ作成部２３は、図示しない画像取得ユニットにより取得された３次元画像からプレス成形した製品の表面形状を示す点群（Ｚ座標値・高さ値を示す点の集まり）を設定ピッチのＸ−Ｙ平面上の格子点上の点群に変換することで３次元データを生成する。そして、プレス成形した製品の前後方向をＸ軸方向に設定し、上下方向をＹ軸方向に設定し、幅方向（製品の厚さ方向）をＺ軸方向に設定し、３次元画像データ値から３次元データ値を生成する。尚、３次元データにおける点群とは、プレス成形した製品の表面に存在する仮想点であり、３次元座標で位置が特定されるものを指す。
【００６５】
このように生成される３次元データは、数ｍｍ未満の設定ピッチのＸ−Ｙ平面を基準にして高さ値がＺ座標として表されるデータ構造を有する。この変換を行う際には取得した点群が存在しない領域における高さ値を求める処理が必要となるが、この処理として、例えば、バイリニア法や、ニアレストネイバー法のように隣接する点群の高さ値を反映させた高さ値を補間処理により新たに作り出すことが可能である。これらの処理が行われることにより、Ｘ−Ｙ平面を基準にしてＺ方向で高さ値が示される単純なデータ構造の３次元データが生成される。プレス成形後形状データ作成部２３は、このようにして製造したプレス成形品の外面形状認識を行い、実プレス成形後形状データを作成することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、プレス成形品を製造する際に用いられる金型の金型形状データを作成する金型形状データ作成システムに利用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
２１：金型形状データ作成部
２３：プレス成形後形状データ作成部
３１：曲率算出部
３２：曲率差演算部
３３：修正用形状データ作成部
３５：金型形状データ修正部
３４：表面形状データ作成部
１００：金型形状データ作成システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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