(57)【要約】【課題】ＦＥＭ解析用の形状データを容易かつ短時間に作成し、工数を削減することができる形状データ作成方法を提供する。【解決手段】本発明の形状データ作成方法は、入力された解析対象物の設計形状データ（ステップＳ１）から、メッシュにより設計形状を表現するメッシュデータを作成する工程（ステップＳ２）と、前記メッシュを構成する複数の節点の中から、補正の対象とする補正対象節点を選択する工程（ステップＳ３）と、前記解析対象物の出来上がり形状を測定する工程（ステップＳ４）と、測定して得られた測定点の位置と、該測定点に対応する前記補正対象節点の位置との変位量を算出する工程（ステップＳ５、Ｓ６）と、算出した前記変位量に基づいて前記補正対象節点の位置を補正して、前記設計形状のメッシュデータから解析対象物の出来上がり形状のメッシュデータを作成する工程（ステップＳ７）とを含む。【選択図】            図２
2004272782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
解析対象物の設計形状データから、メッシュにより設計形状を表現するメッシュデータを作成する工程と、
前記メッシュを構成する複数の節点の中から、補正の対象とする補正対象節点を選択する工程と、
前記解析対象物の出来上がり形状を測定する工程と、
測定して得られた測定点の位置と、該測定点に対応する前記補正対象節点の位置との変位量を算出する工程と、
算出した前記変位量に基づいて前記補正対象節点の位置を補正して、前記設計形状のメッシュデータから解析対象物の出来上がり形状のメッシュデータを作成する工程と、
を含む形状データ作成方法。
【請求項２】
前記補正対象節点を選択する工程では、所定の節点密度を決定して、該節点密度に基づいて乱数で前記補正対象節点を選択することを特徴とする請求項１に記載の形状データ作成方法。
【請求項３】
前記補正対象節点を選択する工程では、メッシュデータ作成時に各節点に与えられた節点番号に基づいて、数個置きの節点番号の節点を補正対象節点として選択することを特徴とする請求項１に記載の形状データ作成方法。
【請求項４】
前記出来上がり形状を測定する工程では、前記補正対象節点に対応する位置について前記出来上がり形状を測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の形状データ作成方法。
【請求項５】
前記出来上がり形状を測定する工程の次に、
測定して得られた複数の測定点の中から、前記補正対象節点に対応する測定点を選択する工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の形状データ作成方法。
【請求項６】
解析対象物の設計形状データから、メッシュにより設計形状を表現するメッシュデータを作成するメッシュデータ作成装置と、
前記メッシュを構成する複数の節点の中から、補正の対象とする補正対象節点を選択する補正対象節点選択装置と、
前記解析対象物の出来上がり形状を測定する出来上がり形状測定装置と、
測定して得られた測定点の位置と、該測定点に対応する前記補正対象節点の位置との変位量を算出する変位量算出装置と、
算出した前記変位量に基づいて前記補正対象節点の位置を補正して、前記設計形状のメッシュデータから解析対象物の出来上がり形状のメッシュデータを作成する出来上がり形状作成手段と、
を含む形状データ作成システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、解析対象物の形状データの作成に関し、特に、ＦＥＭ解析に適した形状データを作成するための形状データ作成方法および形状データ作成システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
解析対象物の変形等を解析する方法として、一般的にＦＥＭ（有限要素法）解析が知られている。ＦＥＭ解析は、解析対象物を有限の大きさを有する要素（有限要素）で分割して取り扱う解析方法であり、有限要素を生成するために解析対象物の形状データを用いている。表面形状データとしては、ＣＡＤデータや、実際に解析対象物を測定して得られた点群データなどが考えられる。
【０００３】
通常、設計段階において解析対象物の表面形状はＣＡＤにより表現されているので、このＣＡＤデータを利用して有限要素を生成しＦＥＭ解析を行うことができれば、容易で時間もかからず好ましい。
【０００４】
しかし、実際に製造してできた解析対象物は、例えば、プレス成形されるものであればその製造段階においてスプリングバックが起こり、また、重力による変形等も起こりうるので、ＣＡＤデータで表されるＣＡＤ（設計）形状と出来上がり形状とは必ずしも一致しない。したがって、ＣＡＤデータに基づいてＦＥＭ解析を行ったのでは、出来上がり形状を解析したことにはならない場合があり、これでは、解析の精度にむらがでてしまい、高精度に解析したとはいえない。
【０００５】
そこで、高精度に解析する方法として、実際に製造した解析対象物の出来上がり形状を３次元測定装置により点群データとして測定し、これから有限要素（面データ）を生成して、ＦＥＭ解析する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１８３２２７号公報（詳細な説明の段落「００２３」、図１０等参照）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記方法では、ＦＥＭ解析を行う下準備として、解析対象物の形状をＦＥＭ解析に適した面データからなる形状データに変換する必要があり、これに多大な時間を要してしまう。
【０００８】
すなわち、下準備としては、まず連続体である解析対象物の表面形状を測定して、非連続な膨大な点データに変換しなくてはならず、この測定だけにかなりの時間を要してしまう。たとえば、１ｍ四方のパネルでは約１００万箇所程度を測定して点データに変換する必要がある。加えて、変換した膨大な点データから、面データを作成し、これらを合わせてＦＥＭ解析に適した形状データに修正する必要もある。
【０００９】
このように、出来上がり形状を点群データとして測定する方法では、高精度にＦＥＭ解析を実施できるものの、その下準備として解析用の形状データを作成するために、数日から数週間かかってしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＦＥＭ解析用の形状データを容易かつ短時間に作成し、工数を削減することができる形状データ作成方法および形状データ作成システムの提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の形状データ作成方法は、解析対象物の設計形状データから、メッシュにより設計形状を表現するメッシュデータを作成する工程と、前記メッシュを構成する複数の節点の中から、補正の対象とする補正対象節点を選択する工程と、前記解析対象物の出来上がり形状を測定する工程と、測定して得られた測定点の位置と、該測定点に対応する前記補正対象節点の位置との変位量を算出する工程と、算出した前記変位量に基づいて前記補正対象節点の位置を補正して、前記設計形状のメッシュデータから解析対象物の出来上がり形状のメッシュデータを作成する工程とを含む。
【００１２】
【発明の効果】
上記形状データ作成方法によれば、解析対象物の設計形状データを利用してメッシュデータを作成し、作成したメッシュデータの一部の補正対象節点について出来上がり形状との変位量を算出して、該変位量だけ補正対象節点の位置を補正して出来上がり形状のメッシュデータを得るので、スプリングバック等により変形した解析対象物のＦＥＭ用形状データを容易に作成することができる。
【００１３】
また、実際に出来上がり形状を測定して、測定結果のみからＦＥＭ解析用にメッシュデータを作成するのではないので、面データ等の作成やこの加工が必要なく、工数を低減することができる。
【００１４】
さらに、解析対象物の設計形状データを基に出来上がり形状のメッシュデータを作成するので、解析対象物を実際に測定して得られた点群データだけからでは厳密に再現不可能な形状的特徴についても、高精度に再現することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
（形状データシステムの構成）
図１は、本発明の形状データ作成システムの概略構成を示すブロック図である。
【００１７】
形状データ作成システム１は、解析対象物の設計形状（ＣＡＤ）データを用いて、解析対象物のＦＥＭ（有限要素法）解析用の形状データを作成するためのシステムである。
【００１８】
形状データ作成システム１は、メッシュデータ作成装置１０と、メッシュデータ作成装置１０に接続された補正対象節点選択装置２０と、出来上がり形状測定装置３０と、該出来上がり形状測定装置３０に接続された測定点選択装置４０と、補正対象節点選択装置２０および測定点選択装置４０の双方に接続された変位量算出装置５０と、該変位量算出装置５０に接続された出来上がり形状作成装置６０とから構成されている。
【００１９】
（形状データ作成システムの作用）
上記各装置の動作について、形状データ作成システム１全体の処理の流れと共に説明する。
【００２０】
図２は形状データ作成システム１の処理の流れを示すフローチャート、図３はメッシュにより表現された設計形状を示す図である。
【００２１】
まず、メッシュデータ作成装置１０に、解析対象物の設計形状データが入力される（ステップＳ１）。解析対象物の設計形状データとは、予めＣＡＤにより作成されたデータであり、解析対象物の理想的な形状を表している。
【００２２】
次に、メッシュデータ作成装置１０は、入力された設計形状データから、メッシュにより該設計形状を表現する設計メッシュデータを作成する（ステップＳ２）。ここで作成される設計メッシュデータとは、図３に示すように格子状に設計形状を表現するデータであり、その作成時に、格子を構成する複数の節点ごとに節点番号と座標の情報が与えられる。設計メッシュデータは、それらの情報も含めて出来上がり形状作成装置６０および補正対象節点選択装置２０に送信される。
【００２３】
補正対象節点選択装置２０は、受信した設計メッシュデータを用いて、複数の節点の中から補正の対象とする補正対象節点（図４参照）を選択する（ステップＳ３）。補正対象節点を選択する手法としては、所定の節点密度を決定して、該節点密度に基づいて乱数により選択する手法がある。
【００２４】
たとえば、自動車のサイドアウターパネルについては、設計形状と出来上がり形状の差が微小で局部的に変形することはないので、高密度に補正対象節点を設ける必要がなく、設計メッシュデータが節点密度６７点／ｃｍ２で作成されているなら、それよりも小さい節点密度０．０５〜０．００５点／ｃｍ２程度でランダムに節点を選択することができる。補正対象節点を選択する際の適切な節点密度については後述する。
【００２５】
次に、出来上がり形状測定装置３０は、実際に製造されて出来上がった部品（解析対象物）の出来上がり形状を測定する（ステップＳ４）。出来上がり形状測定装置３０は、たとえば、ＣＣＤカメラにより写真撮影する非接触式測定装置であり、設計メッシュデータと同様に６７点／ｃｍ２程度の点密度で各測定点の座標を測定する。
【００２６】
測定点選択装置４０は、測定して得られた複数の測定点の中から、ステップＳ３で選択された補正対象節点に対応する測定点を選択する（ステップＳ５）。補正対象節点に最も近いものを対応する測定点として選択し、選択した測定点の座標の情報が変位量算出装置５０に送信される。
【００２７】
変位量算出装置５０は、補正対象節点選択装置２０から受信した補正対象節点の節点番号および座標の情報と、測定点選択装置４０から受信した測定点の座標の情報とに基づいて、相互に対応する補正対象節点から測定点までの変位量を算出する（ステップＳ６）。算出された変位量は、補正対象節点の節点番号と共に出来上がり形状作成装置６０に送信される。
【００２８】
出来上がり形状作成手段は、受信した節点番号および変位量の情報に基づいて、設計メッシュデータの節点を変位量に従って補正し、解析対象物の出来上がり形状のメッシュデータ（以下、出来上がりメッシュデータという）を作成する（ステップＳ７）。ここで、補正前の設計メッシュデータは、補正対象節点よりも多くの節点を含む詳細な形状のデータであり、出来上がり形状作成装置６０が受信した節点番号の節点を補正すると、周囲の補正対象節点以外の節点もつられて変位する。したがって、メッシュデータ作成装置１０で作成した設計メッシュデータと同じ節点密度（たとえば、６７点／ｃｍ２）で、詳細な出来上がりメッシュデータを作成することができる。
【００２９】
出来上がりメッシュデータは、ＦＥＭ解析用形状データとして出力される。
【００３０】
（補正対象節点選択時の節点密度）
次に、上記ステップＳ３において、補正対象節点を選択する際の適切な節点密度について説明する。なお、節点密度は、補正対象節点を選択するピッチ、すなわち、補正対象節点を選択する間隔で決めることもできるので、以下では、補正対象節点の適切な節点密度として、補正対象節点を選択する適切なピッチを定める手法を例示する。
【００３１】
図４は補正対象節点を２０ｍｍ、４０ｍｍ、８０ｍｍピッチでそれぞれ選択した様子を示す図、図５は補正対象節点を２０ｍｍピッチで選択したときの（Ａ）設計形状からの変位量、および（Ｂ）その誤差を示す図、図６は補正対象節点を４０ｍｍピッチで設定したときの（Ａ）設計形状からの変位量、および（Ｂ）その誤差を示す図、図７は補正対象節点を８０ｍｍピッチで設定したときの（Ａ）設計形状からの変位量、および（Ｂ）その誤差を示す図である。
【００３２】
図４では、上から順に、メッシュデータ作成装置１０により設計形状データに基づいて作成されたメッシュデータ上に２０ｍｍピッチ（間隔）、４０ｍｍピッチ、８０ｍｍピッチで補正対象節点を選択している様子を斜視図で示している。なお、２０ｍｍピッチについては参考のために側面図も示している。
【００３３】
ピッチが大きくなるほど、選択される補正対象節点間の距離は長くなり、選択される補正対象節点の節点密度は小さくなる。なお、図４ではメッシュデータの長さ方向についてピッチを変え、幅方向については等間隔で補正対象節点を選択しているが、幅方向についてもピッチを変えて節点を選択してもよい。
【００３４】
各ピッチ（２０ｍｍ、４０ｍｍ、８０ｍｍ）で補正対象節点を選択した後、図２に示すステップＳ７の工程まで終了し、出来上がりメッシュデータを作成して、これを実際の解析対象物のメッシュデータ（以下、実メッシュデータという）と比較する。その結果は、図５〜図７に示すとおりである。なお、実メッシュデータは、実際に製造してスプリングバックした解析対象物を非接触式測定装置または接触式測定装置により測定して予め作成している。
【００３５】
図５〜図７において、（Ａ）では、縦軸に、設計形状のメッシュデータ（以下、設計メッシュデータという）を基準として、設計メッシュデータから出来上がりメッシュデータへの変位量および設計メッシュデータから実メッシュデータへの変位量を示し、横軸に、節点番号を示している。また、（Ｂ）では、縦軸に、実メッシュデータの変位量に対する、出来上がりメッシュデータと実メッシュデータとの変位量の誤差の割合を示し、横軸に節点番号を示している。なお、設計メッシュデータは、スプリングバック等を起こしていない設計上の形状を表すデータであり、たとえば、解析対象物がプレス加工で製造される場合には、プレスの金型の形状から設計メッシュデータを作成することができる。
【００３６】
以下、図５から順に検討する。
【００３７】
図５（Ａ）を参照すると、出来上がりメッシュデータおよび実メッシュデータは、共に、設計メッシュデータからの変位量が同じくらいで、ほとんど差がない。したがって、図５（Ｂ）を参照しても、実メッシュデータの変位量に対する、出来上がりメッシュデータと実メッシュデータとの変位量の誤差の割合は低く、最も誤差の割合が大きい節点番号１５１付近においても３％にも達していない。
【００３８】
図６（Ａ）を参照すると、出来上がりメッシュデータおよび実メッシュデータは、設計メッシュデータからの変位量が節点番号１５１付近および節点番号２１１付近で若干の差が見られる。それでも、図６（Ｂ）を参照すると、実メッシュデータの変位量に対する、出来上がりメッシュデータと実メッシュデータとの変位量の誤差の割合は低く、最も誤差の割合が大きい節点番号１５１付近においても３％にも達していない。
【００３９】
図７（Ａ）を参照すると、出来上がりメッシュデータおよび実メッシュデータは、設計メッシュデータからの変位量が節点番号１５１付近および節点番号２０１付近で比較的大きな差が見られる。そして、図７（Ｂ）を参照すると、実メッシュデータの変位量に対する、出来上がりメッシュデータと実メッシュデータとの変位量の誤差の割合も高く、最も誤差の割合が大きい節点番号２０１付近では、８％付近にまで達している。
【００４０】
以上のような検討結果に基づいて、たとえば、実メッシュデータの変位量に対する出来上がりメッシュデータの誤差が５％以下を許容誤差とすれば、２０ｍｍ、４０ｍｍピッチで補正対象節点を選択する場合は許容範囲内であり、８０ｍｍピッチで補正対象節点を選択する場合は許容範囲外である。したがって、この場合、少なくとも補正対象節点を４０ｍｍピッチで選択したときの節点密度以上を、適切な節点密度とし、該適切な節点密度で補正対象節点を選択すれば、所望の精度で出来上がりメッシュデータを作成できる。
【００４１】
以上、本実施例を通じて説明してきたように、形状データ作成システム１は、解析対象物の設計形状データを利用して設計メッシュデータを作成し、作成したメッシュデータの一部の補正対象節点について出来上がり形状との変位量を算出して、該変位量だけ補正対象節点の位置を補正して出来上がりメッシュデータを得るので、スプリングバック等により変形した解析対象物のＦＥＭ用形状データを容易に作成することができる。
【００４２】
また、実際に出来上がり形状を測定してその測定結果のみからＦＥＭ解析用に出来上がりメッシュデータを作成するのではないので、面データ等の作成や加工が必要なく、工数を低減することができる。
【００４３】
さらに、解析対象物の設計形状データを利用して、これを基に出来上がりメッシュデータを作成するので、解析対象物を実際に測定して得られた点群データだけからでは厳密に再現不可能な形状的特徴についても、高精度に再現することができる。
【００４４】
なお、ステップＳ３においては、補正対象節点を選択する手法として、所定の節点密度を決定して乱数により選択していたが、他にも、節点の節点番号に基づいて、番号を数個置きに選択する手法がある。何個置きに選択するかについては、設計メッシュデータの節点密度を勘案して、それよりも小さい節点密度となるように決定することができる。
【００４５】
このように補正対象節点を設計メッシュデータの節点密度より小さい節点密度に選択するのは、設計メッシュデータ自体が高い節点密度の節点により構成されており細かい形状が再現できるので、その一部だけを選択して後で補正しても、つられて周囲の部分も変形し出来上がり形状と一致するからである。
【００４６】
ステップＳ３では、節点密度により単純に乱数または数個置きに補正対象節点を選択するので、解析対象物の形状に沿って節点の粗密等を特に指示する必要もなく、選択の全過程を単純なプログラムで自動化することができる。
【００４７】
また、ステップＳ４において、出来上がり形状測定装置３０として、非接触式測定装置を用いていたが、測定センサにより逐次測定する接触式測定装置を用いることもできる。この場合、補正対象節点に対応する位置についてのみ解析対象物を測定することができ、これによって、多数の節点から補正対象節点に対応する節点を選択するステップＳ５を省略することができる。したがって、測定点数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の形状データ作成システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】形状データ作成システムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】メッシュにより表現された設計形状を示す図である。
【図４】補正対象節点を２０ｍｍ、４０ｍｍ、８０ｍｍピッチでそれぞれ選択した様子を示す図である。
【図５】補正対象節点を２０ｍｍピッチで選択したときの（Ａ）設計形状からの変位量、および（Ｂ）その誤差を示す図である。
【図６】補正対象節点を４０ｍｍピッチで選択したときの（Ａ）設計形状からの変位量、および（Ｂ）その誤差を示す図である。
【図７】補正対象節点を８０ｍｍピッチで選択したときの（Ａ）設計形状からの変位量、および（Ｂ）その誤差を示す図である。
【符号の説明】
形状データ作成システム…１、
メッシュデータ作成装置…１０、
補正対象節点選択装置…２０、
出来上がり形状測定装置…３０、
測定点選択装置…４０、
変位量算出装置…５０、
出来上がり形状作成装置…６０。
【図１】
2004272782.tif 000003
【図２】
2004272782.tif 000004
【図３】
2004272782.tif 000005
【図４】
2004272782.tif 000006
【図５】
2004272782.tif 000007
【図６】
2004272782.tif 000008
【図７】
2004272782.tif 000009