(57)【要約】【課題】３次元製品設計装置において、定型化された固定治具に対象製品が搭載できるように製品設計を行えるようにすることである。【解決手段】３次元製品設計装置は、製品に対応する固定治具に関する治具データベースを備える。治具データベースの第１階層のデータ４０は、製品名称４２ごとに、固定治具に製品が取付けられる加工姿勢４４と治具名称４６とが関連付けて格納される。第２階層のデータ５０は、治具名称５２別に、その治具に取付けられる製品寸法５６と、基準面５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄの形状と位置、クランプ６０ａ，６０ｂｈ，６０ｃ，６０ｄの形状と位置が格納される。治具データベースから製品に対応する固定治具を検索キーとして当該固定治具に製品を固定するための基準面等のデータを検索し、それらのデータにより規定される空間を製品の設計可能空間として設定する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定治具によって固定された状態で後処理が行われる製品を設計する３次元製品設計装置であって、
固定治具に取り付け可能な製品の寸法と、固定治具に製品を固定するための基準面の形状及び位置と、固定治具に製品を固定するためのクランプ面の形状及び位置と、を当該固定治具に関連付けて格納する治具データベースと、
設計対象製品に対応する固定治具を特定し、前記治具データベースから前記特定された固定治具を検索キーとして、前記製品の寸法と、前記基準面の形状な及び位置と、クランプ面の形状及び位置と、を検索して取得する取得手段と、
前記製品の寸法と、前記基準面の形状及び位置と、前記クランプ面の形状及び位置と、によって規定される空間を製品の設計可能空間として設定する設計可能空間設定手段と、
を備え、前記設計可能空間の設定条件の下で製品を設計することを特徴とする３次元製品設計装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元製品設計装置において、
前記治具データベースは、固定治具に対応する後処理工具の移動空間軌跡を当該固定治具に関連付けて格納し、
前記取得手段は、前記特定された固定治具を検索キーとして、前記移動空間軌跡を検索して取得し、
前記設計可能空間設定手段は、前記製品の寸法と、前記基準面の形状及び位置と、前記クランプ面の形状及び位置と、前記移動空間軌跡と、によって規定される空間を製品の設計可能空間として設定することを特徴とする３次元製品設計装置。
【請求項３】
請求項２に記載の３次元製品設計装置において、
前記後処理工具は、加工工具または組立て工具であることを特徴とする３次元製品設計装置。
【請求項４】
固定治具によって固定された状態で後処理が行われる製品を設計する３次元製品設計方法であって、
固定治具に取り付け可能な製品の寸法と、固定治具に製品を固定するための基準面の形状及び位置と、固定治具に製品を固定するためのクランプ面の形状及び位置と、を当該固定治具に関連付けて格納する治具データベースから、設計対象製品に対応する固定治具を検索キーとして、前記製品の寸法と、前記基準面の形状な及び位置と、クランプ面の形状及び位置と、を検索して取得する取得工程と、
前記製品の寸法と、前記基準面の形状及び位置と、前記クランプ面の形状及び位置と、によって規定される空間を製品の設計可能空間として設定する設計可能空間設定工程と、
を備え、前記設計可能空間の設定条件の下で製品を設計することを特徴とする３次元製品設計方法。
【請求項５】
請求項４に記載の３次元製品設計装置において、
前記治具データベースには、固定治具に対応する後処理工具の移動空間軌跡を当該固定治具に関連付けて格納され、前記取得工程は、前記特定された固定治具を検索キーとして、前記移動空間軌跡を検索して取得し、
前記設計可能空間設定工程は、前記製品の寸法と、前記基準面の形状及び位置と、前記クランプ面の形状及び位置と、前記移動空間軌跡と、によって規定される空間を製品の設計可能空間として設定することを特徴とする３次元製品設計方法。
【請求項６】
請求項５に記載の３次元製品設計装置において、
前記後処理工具は、加工工具または組立て工具であることを特徴とする３次元製品設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元製品設計装置及び３次元製品設計方法に係り、より詳しくは、固定治具によって固定された状態で後処理が行われる製品を設計する３次元製品設計装置及び３次元製品設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製品設計を行う装置として、３次元の製品設計装置、いわゆる３次元ＣＡＤ装置が広く用いられる。３次元ＣＡＤ装置は、コンピュータにより設計の支援を行う装置であり、各種の支援ツールをもちいることで設計の効率化を図ることができる。
【０００３】
３次元ＣＡＤ装置を用いて製品の設計を行い、その設計図に従って製品を製作する。簡単な製品の場合はそのまま完成品となる場合もあるが、一般的には、その製品に対して何らかの後処理が予定されていることが多い。
【０００４】
例えば、車両用エンジンを構成するシリンダブロックは、まず型によって外形を形作り、その後精度を要する箇所に機械加工が施される。この場合は、後処理である機械加工を念頭において、エンジンブロックの型成形品の設計が行われる。そして、その設計に従って型成形品が製作されると、その型成形品を固定治具に固定し、機械加工設備を用いて精密な穴開けや、面加工等が行われる。このような製品に予定される後処理としては、機械加工処理のほかに、製品に付属部品を組付ける等の組付け処理等がある。
【０００５】
このような場合、製品の設計図に基づいた加工図面等により、その製品の後処理のために製品を固定する固定治具が設計され、準備される。勿論、この固定治具の設計に、３次元ＣＡＤ装置を用いることができ、その際に製品設計のデータを用いた支援を受けることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、固定治具の設計及び準備は、その製品の設計図に基づいて個別に行われる。したがって、新しい製品が設計されるたびに、その製品にあわせた個別の固定治具の設計、製作等が必要となり、固定治具の種類が増加する一方である。また、そのための工数が増加し、コスト高につながる。
【０００７】
このように、従来技術の３次元ＣＡＤ装置においては、製品の設計の支援を行うことができ、またその固定治具の設計の支援も行うことができるが、それらが個別に行われており、製品の後処理のために必要な固定治具の増加を抑えるための支援を行うことができなかった。
【０００８】
本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、製品の後処理のために必要な固定治具の増加を防ぐことができる３次元製品設計装置及び３次元製品設計方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る３次元製品設計装置は、固定治具によって固定された状態で後処理が行われる製品を設計する３次元製品設計装置であって、固定治具に取り付け可能な製品の寸法と、固定治具に製品を固定するための基準面の形状及び位置と、固定治具に製品を固定するためのクランプ面の形状及び位置と、を当該固定治具に関連付けて格納する治具データベースと、設計対象製品に対応する固定治具を特定し、前記治具データベースから前記特定された固定治具を検索キーとして、前記製品の寸法と、前記基準面の形状な及び位置と、クランプ面の形状及び位置と、を検索して取得する取得手段と、前記製品の寸法と、前記基準面の形状及び位置と、前記クランプ面の形状及び位置と、によって規定される空間を製品の設計可能空間として設定する設計可能空間設定手段と、を備え、前記設計可能空間の設定条件の下で製品を設計することを特徴とする。
【００１０】
上記構成により、３次元製品設計装置は、製品に対応する固定治具のデータベースを備える。そして、製品設計に際し、製品に対応する固定治具のデータにより規定される空間を、製品の設計可能空間として設定する。したがって、このように設定された設計可能空間が、製品設計の前提条件となり、その条件の下で製品が設計されるので、その製品の後処理に必要な固定治具は、固定治具データベースに登録格納された定型的な固定治具を用いることができる。すなわち、製品の設計ごとに個別に固定治具を設計準備することなく、製品の後処理のために必要な固定治具の増加を防ぐことができる。
【００１１】
また、前記治具データベースは、固定治具に対応する後処理工具の移動空間軌跡を当該固定治具に関連付けて格納し、前記取得手段は、前記特定された固定治具を検索キーとして、前記移動空間軌跡を検索して取得し、前記設計可能空間設定手段は、前記製品の寸法と、前記基準面の形状及び位置と、前記クランプ面の形状及び位置と、前記移動空間軌跡と、によって規定される空間を製品の設計可能空間として設定することが好ましい。
【００１２】
上記構成により、固定治具に対応する後処理工具の移動空間軌跡をさらに取得し、これにより規定される空間を設計可能空間の条件に加える。したがって、製品設計において、固定治具に対応した後処理工具の移動軌跡に製品の外形が干渉することを防ぐ設計を行うことができる。
【００１３】
また、前記後処理工具は、加工工具または組立て工具であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る３次元製品設計方法は、固定治具によって固定された状態で後処理が行われる製品を設計する３次元製品設計方法であって、固定治具に取り付け可能な製品の寸法と、固定治具に製品を固定するための基準面の形状及び位置と、固定治具に製品を固定するためのクランプ面の形状及び位置と、を当該固定治具に関連付けて格納する治具データベースから、設計対象製品に対応する固定治具を検索キーとして、前記製品の寸法と、前記基準面の形状な及び位置と、クランプ面の形状及び位置と、を検索して取得する取得工程と、前記製品の寸法と、前記基準面の形状及び位置と、前記クランプ面の形状及び位置と、によって規定される空間を製品の設計可能空間として設定する設計可能空間設定工程と、を備え、前記設計可能空間の設定条件の下で製品を設計することを特徴とする。
【００１５】
また、前記治具データベースには、固定治具に対応する後処理工具の移動空間軌跡を当該固定治具に関連付けて格納され、前記取得工程は、前記特定された固定治具を検索キーとして、前記移動空間軌跡を検索して取得し、前記設計可能空間設定工程は、前記製品の寸法と、前記基準面の形状及び位置と、前記クランプ面の形状及び位置と、前記移動空間軌跡と、によって規定される空間を製品の設計可能空間として設定することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。なお、説明は、製品として車両用エンジンのシリンダブロックについて行うが、他の製品、例えばシリンダヘッドやカムシャフト等であってもよく、あるいは車両用製品以外の製品であって、固定治具により固定されて後処理が行われる製品であってもよい。
【００１７】
図１は、３次元製品設計装置１０のブロック図である。３次元製品設計装置１０は、一般的なコンピュータで構成することができ、また、いわゆる３次元ＣＡＤ装置に本実施の形態の構成要素を備えさせることによって構成できる。
【００１８】
３次元製品設計装置１０は、ＣＰＵ１２と、キーボードやマウスあるいはディジタイザ等の製品設計データを入力する入力部１４と、モニタやプロッタ等の製品設計結果を出力する出力部１６と、製品に対応する固定治具に関する治具データベース１８を格納する外部記憶装置２０とを備え、これらは内部バスにより相互に接続される。
【００１９】
ＣＰＵ１２は、治具データベース１８から製品に対応する固定治具を検索キーとして当該固定治具に製品を固定するための基準面等のデータを検索し取得する基準面等データ取得部３０と、当該固定治具に対応する後処理工具の移動空間軌跡を検索し取得する工具軌跡データ取得部３２と、取得された基準面等のデータと移動空間軌跡のデータにより規定される空間を製品の設計可能空間として設定する設計可能空間設定部３４と、設計可能空間の設定条件の下で製品を設計する製品設計部３６とを有する。設計可能空間については後述する。
【００２０】
外部記憶装置２０に記憶される治具データベース１８は、製品に対応する固定治具に関するデータを、固定治具の識別子を検索キーとして格納したものである。固定治具に関するデータとしては４種類ある。第１に固定治具に取り付け可能な製品の寸法、第２に固定治具に製品を固定するための基準面の形状及び位置、第３に固定治具に製品を固定するためのクランプ面の形状及び位置、第４に固定治具に対応する後処理工具の移動空間軌跡である。この他に、固定治具に関連し、
製品設計において設計領域を規定するデータ、例えば組み付けられる付属部品の形状等のデータ等を格納することもできる。
【００２１】
図２に、治具データベースのデータ構造の一例を示す。この例では、治具データベース１８は、階層構造のデータ構造を有し、製品名称−治具名称−治具構成図の順に各データを検索できる構造となっている。
【００２２】
図２において、第１階層のデータ４０は、製品名称４２ごとに、固定治具に製品が取付けられる加工姿勢４４と治具名称４６とが関連付けられた表形式で格納される。ここで、製品名称４２とは、当該固定治具が対応できる製品の名称で、対応できる製品が複数の場合はその集合が表示される。
【００２３】
例えば、製品名称が「シリンダブロック  Ｖ６−８  ３リットル」の場合、その表に示される固定治具が対応できる製品は、排気量３リットルＶ型６気筒ガソリンエンジン用のシリンダブロックと、排気量３リットルＶ型８気筒ガソリンエンジン用のシリンダブロックであることを示す。同様に、製品名称「シリンダブロック  Ｌ４−６  ２リットル」は、その固定治具が固定できる製品が、排気量２リットルＨ型ガソリンエンジンで、４気筒エンジン用のシリンダブロックと、６気筒エンジン用のシリンダブロックであることを示す。このように、固定治具はできるだけ種類を少なく抑えるために定型化される。
【００２４】
加工姿勢４４は、製品を６面体と考えたときに、その６個の面のそれぞれを後処理対象面として、機械加工等の後処理が施しやすい姿勢で固定治具に固定するときの各姿勢である。例えば、６面体の各面を面１，２，・・・６としたときに、面１が固定治具の正面（後処理工具が対向する面）を向くように固定するときを姿勢１として定義できる。図２に示すように、各加工姿勢ごとに固定治具が準備される。
【００２５】
図２において、治具データベース１８の第２階層のデータ５０は、治具名称５２別に、その治具の概略図５４が格納される。概略図５４には、治具に取付けられる製品寸法を示す空間（幅×奥行×高さ）５６と、４個の基準面５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄの形状と位置、４個のクランプ６０ａ，６０ｂｈ，６０ｃ，６０ｄの形状と位置が含まれる。各基準面、各クランプは、製品を安定して固定できるように、例えば図に示すように、対称の対として配置することができる。これらの具体的な座標等の３次元データは、例えば第３階層に格納することができる。
【００２６】
図３は、固定治具７０の基準面７２及びクランプ７６の例を示す図である。基準面７２には基準ピン７４が設けられる。固定治具７０に取付けられる製品７８の設計例を破線で示した。すなわち、製品７８には、固定治具７０の基準面７２に対応して側面８０が設けられ、また、基準ピン７４に対応して位置決め穴８２が設けられる。図で示す矢印の方向に付勢されるクランプ７６に対応して、製品７８に上面８４が設けられる。
【００２７】
このように、治具データベースには、製品に対応する固定治具の基準面の形状と位置、クランプの形状と位置の情報が３次元データとして格納されるので、製品の設計に際し、これらのデータを検索し取得して、それに基づき、製品の設計可能空間を設定することができる。
【００２８】
ここでいう製品の設計可能空間とは、その製品に対応する固定治具に、その製品が搭載できるように設計する際に用いられる設計空間をいう。すなわち、固定治具の基準面やクランプに関する部分は設計を拘束する空間であるので、その部分は設計の前提条件として設計の自由度を制限し、それ以外の空間を設計の自由度がもたせられる空間とできる。このように、設計空間の領域を制約領域と自由領域とに分けて規定して、設計可能空間を設定する。この設計可能空間の設定条件の下で製品設計を進めることで、定型化された固定治具に製品が搭載できるように、製品の形状の設計を行うことができる。したがって、ここでいう設計可能空間とは、固定治具にその製品が搭載できるために、３次元製品設計装置において設定される仮想的な設計空間ということもできる。
【００２９】
また、第２階層あるいは別の階層に、その固定治具に対応する後処理工具の移動空間軌跡をさらに加えて格納することもできる。
【００３０】
図４から図６は、他の固定治具について、製品の固定状態と後処理工具の移動軌跡の例を示す図である。図４は、固定治具９０の概略図で、基準面に設けられる基準ピンに相当するものとして、シリンダブロックのボアの穴に対応する基準柱９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄが設けられている。クランプ９４ａ，９４ｂ，９４ｃも設けられている。
【００３１】
図５は、固定治具９０に製品９６が固定された状態を示す図である。製品９６は、４個のボア９８ａ，９８ｂ，９８ｃ，９８ｄを有するシリンダブロックで、ボアを基準柱に合わせ、クランプ９４等により固定治具９０に固定される。すなわち、この固定治具９０に対応する製品９６の設計においては、ボアの形状と位置が基準柱の形状と位置により制約され、また、外形がクランプの形状と位置に制限され、これらに規定されて設計可能空間が設定される。
【００３２】
図６は、固定治具９０に固定された製品９６に対する後処理工具の移動軌跡の様子を示す図である。図６に示す矢印に垂直な面が、後処理面、例えば穴あけ加工面に対応する。この矢印の方向に、後処理工具１００ａ〜１００ｊが移動し、加工軌跡が図のように示される。各後処理工具は、それぞれの後処理タイミングで移動するが、図６ではそれら時間差のある各移動軌跡を重畳して示してある。治具データベースにおいて、各移動軌跡ごとにデータの階層を分けることもできる。
【００３３】
このように、固定治具の種類をできるだけ少なく抑えるために、各固定治具は、その加工姿勢における複数の後処理において共通に用いられるように定型化される。
【００３４】
後処理工具としては、製品自体に対する穴あけ加工や面加工等の機械加工処理を行う機械加工工具の他に、製品に付属部品を搬送し保持する搬送処理や付属部品を製品にネジ止め等する取付け処理等の組付け工具等を含むことができる。
【００３５】
後処理工具の移動軌跡を製品設計に考慮するときは、固定治具９０に対応する後処理工具の移動軌跡の空間に干渉しないように製品９６の外形の設計が制約を受け、先ほどの基準面及びクランプによる制限とあわせ、これらに規定されて設計可能空間が設定される。
【００３６】
上述の治具データベースのデータ構造は例示であって、これ以外のデータ構造、例えば階層構造を２層あるいは３層以外の階層としてもよく、また、設計可能空間そのものの３次元データを格納する階層を設けてもよい。
【００３７】
上記構成の作用について、図７のフローチャートを用いて説明する。製品設計を行うときは、まず製品仕様が確認（Ｓ１０）され、３次元製品設計装置１０の入力部１４から製品設計に必要な諸元等のデータが入力される。例えば、製品が「Ｖ６排気量３リットルのガソリンエンジン用シリンダブロック」の場合は、製品名称であるシリンダブロックとともにＶ６排気量３リットルといった製品仕様や主要諸元が入力される。
【００３８】
つぎに、その製品に対応する固定治具の特定（Ｓ１２）が行われる。具体的には、治具データベース１８を検索し、上記の例では「Ｖ６排気量３リットルのガソリンエンジン用シリンダブロック」に対応する固定治具を取得する。図２の例を用いると、この場合の固定治具として、治具名称「６０１−６０６」の組が特定される。
【００３９】
固定治具が特定されると、基準面等のデータを取得する（Ｓ１４）。具体的には、ＣＰＵ１２の基準面等データ取得部３０が、治具名称を検索キーとして治具データベース１８を検索し、上の例では治具名称「６０１」等の概略図のデータを取得する。さらに進んで、その治具に取付け可能な製品の寸法や、各基準面の形状及び位置、各クランプの形状及び位置の３次元データを取得する。
【００４０】
また、工具軌跡データを取得する（Ｓ１６）。具体的には、工具軌跡データ取得部３２が、治具名称を検索キーとして治具データベース１８を検索し、その固定治具に対応する後処理工具の移動軌跡の３次元データを取得する。
【００４１】
次に設計可能空間を設定する（Ｓ１８）。具体的には、設計可能空間設定部３４が、Ｓ３０及びＳ３２の工程で取得された基準面等のデータ及び工具軌跡データに規定される空間から設計可能空間を設定する。上記のように、設計可能空間とは、固定治具にその製品が搭載できるために３次元製品設計装置において設定される仮想的な設計空間である。治具データベース１８が、設計可能空間の３次元データを格納しているときは、Ｓ３０及びＳ３２の工程を省略して直接設計可能空間の３次元データを検索し取得して、これを用いてもよい。
【００４２】
この設計可能空間の設定条件の下で、具体的な製品の形状設計等を行い（Ｓ２０）、結果を出力する（Ｓ２２）。
【００４３】
このようにして、治具データベースに定型化して登録された固定治具群に対象製品が搭載できるように、製品の形状の設計を進めてゆくことができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に係る３次元製品設計装置及び３次元製品設計方法によれば、定型化された固定治具に対象製品を搭載できるように製品の設計を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態における３次元製品設計装置のブロック図である。
【図２】本発明に係る実施の形態における治具データベースのデータ構造の一例を示す図である。
【図３】固定治具の基準面及びクランプの例を示す図である
【図４】固定治具の概略図である。
【図５】固定治具に製品が固定された状態を示す図である。
【図６】固定治具に固定された製品に対する後処理工具の移動軌跡の様子を示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態における３次元製品設計方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１０  ３次元製品設計装置、１２  ＣＰＵ、１８  治具データベース、３０  基準面等データ取得部、３２  工具軌跡データ取得部、３４  設計可能空間設定部、３６  製品設計部、４０  第１階層のデータ、４２  製品名称、４６，５２治具名称、５０  第２階層のデータ、５６  製品寸法、５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ，７２  基準面、６０ａ，６０ｂｈ，６０ｃ，６０ｄ，７６，９４ａ，９４ｂ，９４ｃ  クランプ、７０，９０  固定治具、７８，９６  製品、１００ａ  後処理工具。
【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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【図６】
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【図７】
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