(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受本体に形成されるテーパ状の溝部に軸回転するコロを収容し、前記軸受本体と前記コロとが互いに嵌合し合うように構成された軸受の設計システムであって、
入力データから前記軸受の形状を特定する基本寸法を抽出する基本寸法抽出手段と、
前記基本寸法抽出手段で抽出した基本寸法に基づいて前記軸受を描画するための詳細寸法を算出する詳細寸法算出手段と、
前記詳細寸法算出部手段が算出した詳細寸法に基づいて前記軸受の基本画像を生成する基本画像生成手段と、
前記詳細寸法算出手段が算出した詳細寸法に沿った軸受の図形パターンを、前記軸受本体と前記コロとの寸法公差に基づき変形して実嵌合画像を生成する実嵌合画像描画手段と、
前記基本画像における前記コロの位置と、前記実嵌合画像における前記コロの位置とを比較し、両位置が一致するか否かに応じて前記入力データから抽出した基本寸法の良否を判定する判定手段と、
を有する軸受の設計システム。
【請求項２】
複数の前記軸受の図形パターンを記憶する図形パターンデータベースと、
前記入力された基本寸法に基づいて、前記図形パターンデータベースから図形パターンを読み出す読出手段と、を有し、
前記実嵌合画像描画手段は、前記読出手段で読み出した図形パターンに基づいて前記実嵌合画像を生成する、ことを特徴とする請求項１記載の軸受の設計システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予め定められた設計上のルールに基づいて、入力データに則した設計、製図を実行する図形処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＡＤシステムなどの図形処理システムでは、寸法算出プログラムに予め定められた設計上のルール（以下、「設計ルール」という」が組み込まれている。
【０００３】
寸法算出プログラムは、目的とする設計、製図画像に基づいて準備されており、例えば、軸受の設計の場合には、軸受寸法算出プログラムが適用される。
【０００４】
この軸受寸法算出プログラムにおいても、前記設計ルールが組み込まれており、基本設計寸法を入力することで、描画（基本画像）が実行される。
【０００５】
ところで、軸受の場合、固定側の軸受本体と回転側の回転体（例えば、コロ）との間の寸法公差が重要であり、これらが互いに嵌合し合って組み付けられるとき、コロが円滑に回転するか否かを、所謂あたり図（実嵌合画像）を作成して、判断するようにしている。
【０００６】
このため、設計者は、前記自動的に描画された基本画像から得られる詳細寸法に基づいて、寸法公差等を考慮しながら手動で寸法を演算して、あたり図を作成し、当該あたり図から必要なパラメータを読み取って、嵌合状態の適否を判断するようにしている。
【０００７】
なお、関連技術として、２種類以上の異なる観点から得られる解析、評価結果からの総合的な判断によって、製品の設計仕様値の最適化を可能とすることが提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
この特許文献１では、製品仕様、評価項目等を入力するデータ入力処理部、解析プログラム群を管理するプログラム格納制御部、解析プログラムを実行させ評価項目毎の解析結果を得る解析実行制御部、結果を格納管理する解析結果格納制御部、解析結果から評価式を最大にする設計値を求めるトレードオフ評価部を具備している。
【特許文献１】特開平５−４１４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のように、あたり図を手動で作成するためには、多大な労力が必要であり、寸法値等の手入力による、作業効率の低下、入力ミスが発生する可能性が高く、設計品質の低下を招いている。
【００１０】
また、上記特許文献１の技術では、２種類の異なる観点から、双方の妥協点（トレードオフのクロス点）を得るのみであり、互いに嵌合する部材間の設計上の位置と、実際の位置との差を得るものではない。
【００１１】
本発明は上記事実を考慮し、互いに嵌合する部材間における基本画像と実嵌合画像とをそれぞれ自動作成すると共に、互いの比較並びに基本寸法の適否の判断までを自動化することで、入力ミスを回避して、作業効率の向上を図ることができる図形処理システムを得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、予め定められた設計上のルールに基づいて、入力データに則した設計、製図を実行する図形処理システムであって、前記入力データとして、互いに嵌合し合う複数の部材のそれぞれ形状を特定するための基本寸法を入力するデータ入力手段と、前記データ入力手段により入力されたデータで描画された基本画像から、それぞれ部材の詳細寸法を自動的に算出する詳細寸法算出手段と、互いに嵌合し合う部材間における寸法公差を考慮した実嵌合位置を演算する実嵌合位置演算手段と、前記基本画像に基づいて、前記実嵌合位置演算手段で演算された実嵌合位置へ実嵌合画像を描画する実嵌合画像描画手段と、前記基本画像と、実嵌合画像との相対位置関係に基づいて、前記入力データとして基本寸法の良否を判定する判定手段と、を有している。
【００１３】
本発明によれば、データ入力手段では、互いに嵌合し合う複数の部材のそれぞれ形状を特定するための基本寸法を入力する。次に、データ入力手段により入力されたデータで描画された基本画像から、それぞれ部材の詳細寸法を自動的に算出する（詳細寸法算出手段）。
【００１４】
ところで、互いに嵌合する部材間では、互いの寸法公差等により、相対位置関係が入力データに基づく描画位置（基本画像位置）とは異なる位置（実嵌合位置）となる場合がある。特に、嵌合後に相対回転させるためには、ある程度のマイナス寸法公差が必要であり、設計上の位置が適正ではない場合がある。
【００１５】
そこで、実嵌合位置演算手段では、互いに嵌合し合う部材間における寸法公差を考慮した実嵌合位置を演算し、次いで実嵌合画像描画手段において、前記基本画像に基づいて、前記実嵌合位置演算手段で演算された実嵌合位置へ実嵌合画像を描画する。
【００１６】
判定手段では、基本画像と、実嵌合画像との相対位置関係に基づいて、前記入力データとして基本寸法の良否を判定する。
【００１７】
上記を全て自動化することで、手作業による入力等のミスを回避して作業効率、並びに設計品質を向上することができる。
【００１８】
上記発明において、前記実嵌合位置演算手段が、予測し得る複数種類の互いに嵌合し合う部材における適正図形パターンを予め記憶する図形パターンデータベースと、前記入力データに基づいて特定された互いに嵌合し合う部材の基本寸法に基づいて、前記図形パターンデータベースから、適正図形パターンを読み出す図形パターン読出手段と、前記図形パターン読出手段によって読み出した図形パターンに対して、前記詳細寸法に基づいて変形する図形変形手段と、で構成されていることを特徴としている。
【００１９】
実嵌合位置演算手段では、入力データに基づいて特定された互いに嵌合し合う部材の基本寸法に基づいて、図形パターンデータベースから、適正図形パターンを読み出し、当該読み出した図形パターンに対して、前記詳細寸法に基づいて変形する。
【００２０】
互いに嵌合する部材において、基本画像と実嵌合画像との相対位置が変位する図形パターンは、ある程度特定できるため、予め予測し得る図形パターンをデータベース化して記憶しておけば、演算が容易となる。
【００２１】
また、上記発明において、前記互いに嵌合し合う部材が、テーパ状の溝部が形成された軸受本体と、前記溝部に収容されて軸回転するコロと、で構成された軸受であることを特徴としている。
【００２２】
互いに嵌合し合う部材の代表的な実施形態であり、軸受本体に形成されたテーパ状の溝部にコロを収容することで、コロが回転する軸受が挙げられる。このコロが溝部内でどれだけ沈むかは、基本寸法ではわからないため、実嵌合画像が必要となる。
【００２３】
この実嵌合画像を自動作成することで、コロが軸受本体で円滑に回転するか否かを、正確に判断することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明した如く本発明では、互いに嵌合する部材間における基本画像と実嵌合画像とをそれぞれ自動作成すると共に、互いの比較並びに基本寸法の適否の判断までを自動化することで、入力ミスを回避して、作業効率の向上を図ることができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、ＣＡＤシステム１０の概略構成図である。ＣＡＤシステム１０は、ハード構成的には、パソコン（パーソナルコンピュータ）とほぼ同一であり、入力部１２としてのキーボード１４、マウス１６がコントロール部１８に接続されており、このコントロール部１８に描画した画像を表示するモニタ２０が接続されている。なお、場合によっては、パソコンにＣＡＤシステムのソフトをインストールすることで，パソコンのハード構成がそのままＣＡＤシステムとなり得る。
【００２６】
また、ＣＡＤシステム１０には、図示は省略したが、基本形状をイメージデータとして読み取るスキャナや、構築した三次元モデル形状の画像をプリントアウトするＸ−Ｙプロッタ等が接続される場合もある。
【００２７】
本実施の形態のＣＡＤシステム１０は、特に、転がり軸受等の互いに嵌合し合う一対の部材の組立図を対象とした図面を作成し、実際の嵌合状態での適否を判断する機能を備えたシステムである。
【００２８】
図２は、ＣＡＤシステムの基本機能に加え、上記軸受の組付け時の状態を判別する機能を主体とした、コントロール部１８における制御について示した機能ブロック図である。
【００２９】
入力部１２は、基本寸法抽出部２２に接続されている。基本寸法抽出部２２では、入力部１２から入力されたデータから軸受５０（図３参照）の形状を特定するための必要最小限の基本寸法データ（外径、内径、幅寸法）を抽出する。
【００３０】
この基本寸法抽出部２２は、詳細寸法算出部２４が接続されている。基本寸法抽出部２２から詳細寸法算出部２４に、基本寸法データが送出されると、詳細寸法算出部２４では、設計ルールデータベース２６から所定の設計ルールを読み出し、軸受５０を描画するために必要な詳細な寸法が算出される。
【００３１】
詳細寸法算出部２４で算出された詳細寸法は、基本画像データ生成部２８、幾何的計算式パラメータ算出部３０、あたり図自動作成部３２のそれぞれに接続されている。
【００３２】
基本画像データ生成部２８では、詳細寸法算出部２４で算出された詳細寸法が入力されることで、基本画像データを生成する。生成された基本画像データは、表示制御部３４へ送出され、表示ドライバ３６を介してモニタ２０へ送出され、このモニタ２０に表示される。
【００３３】
一方、前記あたり図自動作成部３２に前記詳細寸法算出部２４から詳細寸法が入力されると、あたり図が自動作成される（詳細後述）。
【００３４】
このあたり図とは、図３に示される如く、軸受５０を構成するコロ５２が、実際に軸受本体５４の中央柱５４Ａに嵌合した場合の位置を特定する図である。軸受５０等は、互いに嵌合した状態で転がりが必要な製品であり、この転がりを円滑とするための特有の寸法公差を持っている。従って、基本画像としてのコロ５２の位置とは異なる位置となる場合がある。
【００３５】
より詳細には、図３に示される如く、コロ５２は、軸受本体５４の中央柱５４Ａに支持される構造となっており、鎖線で示した位置が基本画像としての実際のコロ５２の位置である。
【００３６】
一方、あたり図を作成したときのコロ５２の位置は、図３の実線で示される如く、鎖線の位置に対して沈みこんでいるのがわかる。
【００３７】
本実施の形態では、この基本画像のコロ５２の位置と、あたり図上のコロ５２の位置とを比較するパラメータとして、軸受本体５４の最外周円（図３の一点鎖線Ａ参照）からのコロ５２の外周までの落ち込み寸法ｘを用いている。以下、基本画像上の寸法ｘを寸法ｘｋ、あたり図上の寸法ｘを寸法ｘａとして区別する。
【００３８】
前記あたり図自動作成部３２には、あたり図自動作成用プログラム格納部３８が接続されている。
【００３９】
前記あたり図自動作成用プログラム格納部３８には、必要なデータが与えられると、パラメトリックに図形を変形させる一連の手順記述と、変形後の軸受性能パラメータ（寸法ｘａ）を自動的にＣＡＤ上で得ることができる記述が登録されている。
【００４０】
従って、あたり図自動作成部３２では、詳細寸法算出部２４から詳細寸法が入力されると、あたり図自動作成用プログラム格納部３８に格納されたプログラムを起動して、予め予測し得るあたり図の基本図形パターンを図形パターンデータベース４０から該当する基本図形パターンを読出し、所定の記述手順に従いあたり図が自動作成される。
【００４１】
また、あたり図自動作成部３２で作成されたあたり図は、あたり図画像パラメータ読出部４２において、前記軸受性能パラメータ（寸法ｘａ）を読み出す
一方、前記幾何的パラメータ算出部３０では、詳細寸法算出部２４から詳細寸法が入力されると、幾何的計算式格納部４４から幾何的計算式を読み出し、基本画像データに基づく寸法ｘｋを（１）式に従い算出する（なお、条件として、Ｚ＞Ｄ２）。
【００４２】
ｘｋ＝Ｄ１−（（Ｗ／２＋Ｒ／２）／sinθ＋（Ｒ／２））・・・（１）
但し、ｘｋ、θ、Ｗ／２、Ｒ／２、Ｄ１、Ｄ２、Ｚは図４（Ａ）に示す寸法に基づく
ここで、Ｚ≦Ｄ２の場合は、図４（Ｂ）に示される寸法に対応して、以下の（２）乃至（７）式によって、ｘｋを算出する。
【００４３】
θ４＝cos（（Ｙ／２）／（Ｒ／２））・・・（２）
Ｌ１＝tanθ４×（Ｙ／２）          ・・・（３）
θ１＝cos（Ｄ２／Ｄ３）            ・・・（４）
θ３＝θ１−θ２                   ・・・（５）
Ｌ２＝（Ｙ／２）／tanθ２          ・・・（６）
ｘｋ＝Ｄ１−Ｌ１−Ｌ２             ・・・（７）
但し、ｘｋ、θ１、θ２、θ３、θ４、Ｙ／２、Ｒ／２、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、図４（Ｂ）に示す寸法に基づく。
【００４４】
前記幾何的計算式パラメータ算出部３０で算出された寸法ｘｋと、あたり図画像パラメータ読出部４２で読み出された寸法ｘａとは、それぞれ比較判定部４６へ送出され、一致度合いを判定する。
【００４５】
本実施の形態では、完全一致のときのみ入力データが適正であると判定し、それ以外（不一致）の場合は、入力データが不適正であると判定するようにしている。なお、所定の誤差を考慮して、適否の判定を行うようにしてもよい。
【００４６】
比較判定部４６は、判定結果画像データ生成部４８に接続されており、判定結果を表示するために予め設定された表形式のフォーマットデータ上に判定結果が重畳されるようになっている。
【００４７】
判定結果画像データ生成部４８では、生成された判定結果画像データを表示制御部３４へ送出することで、表示ドライバ３６を介してモニタ２０上に判定結果情報が表示されるようになっている。
【００４８】
以下に本実施の形態の作用を説明する。
【００４９】
図５は、軸受５０の図面作成時に入力される基本寸法データの適否を判断するための判定手順を示す制御フローチャートである。
【００５０】
ステップ１００では、データ入力画面（図６（Ａ)参照）をモニタ２０に表示し、ステップ１０２へ移行する。ステップ１０２では、データが入力されたか否かが判断され、否定判定の場合はステップ１０４へ移行して基本寸法データの適否の判断を中止するか否かが判断される。
【００５１】
ステップ４０４で否定判定された場合は、ステップ１０２へ戻り、データの入力を待つ。また、ステップ１０４で肯定判定された場合には、このルーチンは終了する。
【００５２】
ステップ１０２で肯定判定、すなわちデータが入力されると、入力されたデータに基づいて基本寸法を抽出する（ステップ１０６）。
【００５３】
次のステップ１０８では、設計ルールデータベース２６から設計ルールを読出し、次いでステップ１１０で詳細寸法を算出する。本実施の形態では、設計ルールデータベース２６から転がり軸受用の設計ルールが読み出され、必要な詳細寸法を算出することになる。
【００５４】
次のステップ１１２では、基本画像データを生成し、次いでステップ１１４へ移行して、この基本画像データに基づいてモニタ２０に基本画像を表示してステップ１１６へ移行する。
【００５５】
ステップ１１６では、幾何的計算式格納部４４から幾何的計算式を読出し、ステップ１１８へ移行して、詳細寸法に基づいて幾何的計算式を用いて比較のためのパラメータｘｋを算出する（式（１）或いは式（２）乃至式（７）に基づく）。
【００５６】
次のステップ１２０では、あたり図自動作成プログラム格納部３８からあたり図自動作成プログラムを読み出して起動し、次いでステップ１２２で図形パターンデータベース４０から図形パターンを読出して、あたり図を自動作成すると共に、ステップ１２４で当該あたり図から、比較のためのパラメータｘａを抽出して、ステップ１２６へ移行する。
【００５７】
ステップ１２６では、幾何的計算式パタメータｘｋと、あたり図画像パラメータｘａとが比較され、ｘｋ＝ｘａの場合はステップ１２８へ移行して、入力された基本寸法が適正であることを示す信号（ＯＫ信号）を判定結果画像データ生成部４８へ出力して、ステップ１３２へ移行する。また、ｘｋ≠ｘａの場合はステップ１３０へ移行して、入力された基本寸法が不適正であることを示す信号（ＮＧ信号）を判定結果画像データ生成部４８へ出力して、ステップ１３２へ移行する。
【００５８】
ステップ１３２では、入力されるＯＫ／ＮＧ信号に基づいて判定結果画像データを生成し、次いでステップ１３４へ移行して、生成された判定結果画像（図６（Ｂ）参照）をモニタ２０へ表示する。
【００５９】
以上説明したように本実施の形態では、基本寸法が入力されたときに、この基本寸法から算出される詳細寸法に基づいて、軸受５０を構成する一対の部材の相対位置関係を、幾何的計算式で求める第１の取得手順と、あたり図を自動作成してこのあたり図から寸法を抽出する第２の取得手順と、を実行し、同じ位置の寸法（パラメータｘｋ、ｘａ）を比較し、これらが一致した場合には、基本寸法が適正であり、不一致の場合は基本寸法が不適正である判定を行うようにした。あたり図を自動作成することができるため、作業効率が向上すると共に、入力ミスを軽減することができる。このため、設計品質の向上にもつながる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施の形態に係るＣＡＤシステムの概略図である。
【図２】ＣＡＤシステムの基本機能、軸受の組付け時の状態を判別する機能を主体とした、コントロール部における制御について示した機能ブロック図である。
【図３】軸受の一部を示す正面図である。
【図４】軸受の詳細寸法を示す正面図であり、(Ａ)は寸法Ｚ＞寸法Ｄ２時、（Ｂ）は寸法Ｚ≦寸法Ｄ２時を示す。
【図５】軸受図面作成時に入力される基本寸法データの適否を判断するための判定手順を示す制御フローチャートである。
【図６】（Ａ）はモニタに表示されるデータ入力画面、（Ｂ）モニタに表示される判定結果画面である。
【符号の説明】
【００６１】
１０      ＣＡＤシステム（三次元モデル製品形状自動構築システム）
１２    入力部（データ入力手段）
１４    キーボード（データ入力手段）
１６    マウス（データ入力手段）
１８    コントロール部
２０    モニタ
２２    基本寸法抽出部
２４    詳細寸法算出部（詳細寸法算出手段）
２６    設計ルールデータベース
２８    基本画像データ生成部
３０    幾何的計算式パラメータ算出部
３２    あたり図自動作成部（実嵌合位置演算手段）
３４    表示制御部（実嵌合画像描画手段）
３６    表示ドライバ
３８    あたり図自動作成用プログラム格納部
４０    図形パターンデータベース
４２    あたり図画像パラメータ読出部
４４    幾何的計算式格納部
４６    比較判定部（判定手段）
４８    判定結果画像データ生成部
５０    軸受
５２    コロ
５４    軸受本体
５４Ａ    中央柱
【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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