(57)【要約】【課題】より正確に妥当性を検証できるＣＡＥの解析アルゴリズムの検証方法を提供する。【解決手段】ＣＡＥの解析アルゴリズム検証では、実測定対象物の表面に位置する測定点を含む１以上の点である実解析点の位置を三次元測定器で測定し（Ｓ１０）、実測定対象物に対して負荷を加えた際の実測定点における所定のパラメータの測定値である実測定値を測定する（Ｓ１２）。そして、測定対象物のＣＡＤデータに対して、実解析点に相当する位置に仮想解析点を設定する（Ｓ１４）。次に、ＣＡＤデータを元に、仮想解析点にメッシュの節点が位置するようにＦＥＭモデルを作成する（Ｓ１６）。そして、ＦＥＭモデルに対して仮想的に負荷を加えた場合の仮想測定点における所定のパラメータの値である仮想測定値を解析アルゴリズムに基づいて算出し（Ｓ２０）、得られた実測定値と仮想測定値とに基づいて解析アルゴリズムを検証する（Ｓ２２）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ上に仮想的に表現される測定対象物のメッシュモデルを元に、現実の測定対象物である実測定対象物に負荷を加えた場合の変化を解析するＣＡＥの解析アルゴリズム検証方法であって、
実測定対象物の表面に位置する測定点を含む１以上の点である実解析点の位置を三次元測定器で測定する実解析点取得工程と、
実測定対象物に対して負荷を加えた際の実測定点における所定のパラメータの測定値である実測定値を測定する実測定工程と、
測定対象物のＣＡＤデータに対して、実解析点に相当する位置に仮想解析点を設定する仮想解析点設定工程と、
ＣＡＤデータを元に、仮想解析点にメッシュの節点が位置するようにメッシュモデルデータを作成するメッシュモデル作成工程と、
メッシュモデルに対して仮想的に負荷を加えた場合の仮想測定点における所定のパラメータの値である仮想測定値を解析アルゴリズムに基づいて算出する仮想測定工程と、
を有し、得られた実測定値と仮想測定値とに基づいて解析アルゴリズムを検証することを特徴とするＣＡＥの解析アルゴリズム検証方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＡＥの解析アルゴリズム検証方法であって、
測定するパラメータが測定点における測定方向への歪み量である場合、
実解析点は、実測定点と、実測定点を測定方向に延長した実補助点とを有し、
仮想測定工程は、仮想測定点と仮想補助点とに基づいて測定方向を算出する測定方向算出工程を有することを特徴とするＣＡＥの解析アルゴリズム検証方法。
【請求項３】
請求項２に記載の解析アルゴリズム検証方法であって、
測定方向算出工程は、
仮想測定点と仮想補助点とを通る第１方向を求める工程と、
仮想測定点を通り、仮想測定点の位置する面に垂直な第２方向を求める工程と、
を有することを特徴とする解析アルゴリズム検証方法。
【請求項４】
請求項３に記載の解析アルゴリズム検証方法であって、
第２方向取得工程は、
仮想測定点の位置する面である測定面が曲面であるか平面であるかを判断する判断工程を有し、
曲面と判断した場合には、第１方向と反対方向かつ測定面上の点である仮想第２補助点を規定し、仮想測定点と仮想補助点と仮想第２補助点とを通る補助円弧を算出し、仮想測定点と補助円弧の中心点とを通る直線を第２方向として算出し、
平面と判断した場合には、第１方向と反対方向かつ測定面上の点である仮想第２補助点を規定し、仮想測定点と仮想補助点と仮想第２補助点とを通る平面に垂直かつ仮想測定点を通る直線を第２方向として算出することを特徴とする解析アルゴリズムの検証方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項の検証方法で検証された解析アルゴリズムを有するＣＡＥ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータ上に仮想的に表現される測定対象物のメッシュモデルに基づいて種々の解析を行うＣＡＥの解析アルゴリズム検証方法およびＣＡＥに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、実際に設計物を製作する前に、コンピュータ上で仮想的に設計物を作り、シミュレーションにより製作物のたわみや熱伝導性等の解析を行うＣＡＥが知られている。このＣＡＥによれば、実際に物を作ることなく、設計物について種々の解析が可能となるため、試作や実験回数を減らすことができる。そのため、設計の時間や手間、コスト等を大幅に短縮することができる。
【０００３】
このＣＡＥで高精度の解析を行うためには、解析アルゴリズムが適切に設定されていなければならない。したがって、従来から、解析アルゴリズムの妥当性を判断するための検証が行われている。解析アルゴリズムの検証は、次のように行われている。まず、現実の測定対象物に所定の負荷を加えた際の所定のパラメータ、例えば、歪みや温度などを、現実の測定対象物で測定する。次に、現実の測定条件と同じ条件で、ＣＡＥ上で解析アルゴリズムに基づいてシミュレーションを行い、所定のパラメータを算出する。そして、現実の測定値とＣＡＥで算出された測定値とを比較し、その差異量などから解析アルゴリズムの検証を行う。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５８９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来では、この所定のパラメータの現実での測定点や測定方向についての正確な情報がＣＡＥに伝達できていなかった。すなわち、現実での測定点や測定方向についての情報は、目視で読み取り、それをＣＡＥに反映させていた。したがって、現実での測定点や測定方向と、ＣＡＥでの測定点や測定方向には、ズレが生じていた。そのため、現実の測定値とＣＡＥでの測定値との差異が、解析アルゴリズムによるものか、測定点や方向のズレによるものかを判断できず、正確な解析アルゴリズムの検証を行うことができなかった。また、目視で読み取った情報を手動でＣＡＥに入力するため、解析アルゴリズムの検証に手間がかかっていた。
【０００６】
そこで、本発明では、より正確に解析アルゴリズムの妥当性を検証できる検証方法、および、より高精度で解析できるＣＡＥを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＣＡＥの解析アルゴリズム検証方法は、コンピュータ上に仮想的に表現される測定対象物のメッシュモデルを元に、現実の測定対象物である実測定対象物に負荷を加えた場合の変化を解析するＣＡＥの解析アルゴリズム検証方法であって、実測定対象物の表面に位置する測定点を含む１以上の点である実解析点の位置を三次元測定器で測定する実解析点取得工程と、実測定対象物に対して負荷を加えた際の実測定点における所定のパラメータの測定値である実測定値を測定する実測定工程と、測定対象物のＣＡＤデータに対して、実解析点に相当する位置に仮想解析点を設定する仮想解析点設定工程と、ＣＡＤデータを元に、仮想解析点にメッシュの節点が位置するようにメッシュモデルデータを作成するメッシュモデル作成工程と、メッシュモデルに対して仮想的に負荷を加えた場合の仮想測定点における所定のパラメータの値である仮想測定値を解析アルゴリズムに基づいて算出する仮想測定工程と、を有し、得られた実測定値と仮想測定値とに基づいて解析アルゴリズムを検証することを特徴とする。
【０００８】
測定するパラメータが測定点における測定方向への歪み量である場合、実解析点は、実測定点と、実測定点を測定方向に延長した実補助点とを有し、仮想測定工程は、仮想測定点と仮想補助点とに基づいて測定方向を算出する測定方向算出工程を有する。好適な態様では、測定方向算出工程は、仮想測定点と仮想補助点とを通る第１方向を求める工程と、仮想測定点を通り、仮想測定点の位置する面に垂直な第２方向を求める工程と、を有する。より、好適な態様では、第２方向取得工程は、仮想測定点の位置する面である測定面が曲面であるか平面であるかを判断する判断工程を有し、曲面と判断した場合には、第１方向と反対方向かつ測定面上の点である仮想第２補助点を規定し、仮想測定点と仮想補助点と仮想第２補助点とを通る補助円弧を算出し、仮想測定点と補助円弧の中心点とを通る直線を第２方向として算出し、平面と判断した場合には、第１方向と反対方向かつ測定面上の点である仮想第２補助点を規定し、仮想測定点と仮想補助点と仮想第２補助点とを通る平面に垂直かつ仮想測定点を通る直線を第２方向として算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、より正確に解析アルゴリズムの妥当性を検証することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態であるＣＡＥの解析アルゴリズム検証方法について図面を参照して説明する。以下では、特に、測定対象物に対して所定の力を加えた際の各所の歪み量を解析するための解析アルゴリズム検証方法について説明する。ただし、適宜、実測定値の測定方法や取得する測定点などを変更することにより、他のパラメータの解析アルゴリズムも検証できる。
【００１１】
図１に、解析アルゴリズム検証方法に用いられる検証システム１０の全体構成のブロック図を示す。検証システム１０は、現実の測定対象物である実測定対象物を測定するための実測定ユニット１２と、ＣＡＤデータを取り扱うＣＡＤ１４、ＦＥＭモデルに基づいて解析を行うＣＡＥ１６とから構成されている。
【００１２】
実測定ユニット１２は、測定対象物の各所での歪み量を取得する実測定値取得部１７と、測定点などの位置情報を取得するための三次元測定器２０とに大別される。実測定値取得部１７は、測定対象物に貼り付けられる歪みゲージ１８と歪みゲージ１８から出力される電気信号に基づいて歪み量を算出するデータ処理部２２とから構成されている。これにより、測定対象物に対して所定の力を加えた際の測定点の歪み量が取得される。取得された歪み量は、実測定値４０として後述するＣＡＥ１６に出力される。
【００１３】
また、三次元測定器２０は、測定対象物を撮像するためのＣＣＤカメラ２４、撮像された画像データに対して画像処理を施す画像処理部２６、画像処理結果から測定点などの位置情報、すなわち、座標値を算出する位置算出部２８とから構成されている。算出された位置情報３６は、ＣＡＤ１４に出力される。
【００１４】
ＣＡＤ１４は、ＣＡＤデータを取り扱うことができ、少なくとも、ＣＡＤデータをＦＥＭモデルデータに変換できるＦＥＭ変換部３０を備えている。ここで、ＦＥＭとは、有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）であり、物体を有限個のある大きさを持つ要素の集まりと考えて計算する方法である。この有限要素法では、物体を単純な形状の物体に切り分けて計算していく。したがって、このＦＥＭでは、物体を単純な形状で切り分けたＦＥＭモデルデータを用いる。変換されたＦＥＭモデルデータ３８は、ＣＡＥ１６に出力される。
【００１５】
ＣＡＥ１６は、測定対象物に負荷を与えた際の変化を、ＦＥＭモデルデータ３８に対してシミュレーションを行うことにより解析するものである。これは、解析アルゴリズム３２に基づいて行われる。本実施の形態では、ＦＥＭモデルデータに対して所定の力を加えた場合の測定点における歪み量を仮想測定値として、シミュレーションにより算出する。そして、この仮想測定値と実測定値４０とを比較することにより、解析アルゴリズム３２の検証を行う。
【００１６】
次に、この検証システム１０を用いての解析アルゴリズム検証方法の流れについて説明する。図２、図３に検証のフローチャートを示す。
【００１７】
解析アルゴリズムを検証する場合、後述する測定点や補助点といった実解析点の位置情報を取得する（Ｓ１０）。また、実際に、実測定対象物に対して、所定の力を加え、その際の測定点における歪み量（変位量）である実測定値を取得する（Ｓ１２）。
【００１８】
これについて、図４を用いて説明する。図４は、実解析点の位置情報および実測定値を取得する際の様子を概略的に示した図である。このとき、予め、実測定対象物４２の歪み量を測定したい部分に、歪みゲージ１８を貼り付けておく。また、ＣＣＤカメラ２４は、歪みゲージ１８の貼着位置を撮像できる位置に設けられている。
【００１９】
歪みゲージ１８には、予め、図５に示すように、座標値取得のためのマーク（黒丸）が２つ記されている。これは、測定点４４を示すマークと、補助点を示すマークである。測定点は、実際に歪み量を測定する点である。また、補助点４６は、歪み量の測定方向を算出するために補助的に設けられる点である。補助点４６は、測定点４４を測定方向Ｖに延長した点である。以下では、現実の測定対象物４２での測定点４４および補助点４６を実測定点、実補助点といい、この２つの点をあわせて実解析点と呼ぶ。
【００２０】
このようなマークの付された歪みゲージ１８が貼着された実測定対象物４２をＣＣＤカメラ２４で撮像する。撮像により得られる画像は、画像処理部２６に送られ、所定の画像処理がなされる。そして、位置算出部２８にて、歪みゲージ１８に付けられたマークの座標値が算出される。この座標値がそれぞれ、実測定点４４、実補助点４６の座標値として取得される。
【００２１】
実測定点４４、実補助点４６の位置情報が得られれば、次に、図示しない加圧器などにより、実測定対象物４２に対して所定の力を加える。そして、その力を加えた際の、歪み量を歪みゲージ１８で検出する。ここで、取得される歪み量は、測定点４４における測定方向Ｖについての歪み量である。検出された歪み量は、データ処理部２２に送られ、どの測定点４４での測定値であるかという情報とともに記録される。
【００２２】
なお、図においては、歪みゲージ１８は、一つだけ貼着しているが、実際には、より多数の歪みゲージ１８を貼着する。また、本実施の形態では、画像を利用した非接触三次元測定器を用いて位置情報を取得しているが、実測定点および実補助点の位置情報を取得できれば、他の測定器であってもよい。
【００２３】
再び、図２に戻り、解析アルゴリズムの検証の流れについて説明する。実解析点の位置情報および実測定値を取得すれば、次に、測定対象物のＣＡＤデータに仮想解析点を設定する（Ｓ１４）。これは、実測ユニットで取得された実測定点および実補助点の座標値を基に、測定対象物のＣＡＤデータの実測定点、実補助点に相当する位置に仮想的な点である仮想測定点と仮想補助点、すなわち、仮想解析点を設定する。これは、通常のＣＡＤの機能により実現できる。このように、三次元測定器で取得した実解析点の座標値に基づいて仮想解析点を設定するため、正確な位置に仮想解析点を設定できる。
【００２４】
そして、仮想解析点の設定をすれば、その仮想解析点に節点が位置するように、ＣＡＤデータをＦＥＭモデルデータに変換する（Ｓ１６）。ここで、ＦＥＭモデルデータとは、種々の形状を単純な形状、例えば、四角形や三角形に分割して表現したものである。ＦＥＭモデルデータでは、種々の形状が四角メッシュや三角メッシュで表現される。このようなＦＥＭモデルデータに変換するのは、ＣＡＤデータのままでは、情報量が多すぎ、後で行う、種々のシミュレータに計算時間がかかりすぎるためである。
【００２５】
図６に変換されたＦＥＭモデルを示す。本実施の形態では、図６に示すように、仮想測定対象物５２を三角メッシュで表わす。また、仮想測定点５４および仮想補助点５６は、メッシュの節点に位置するように変換される。
【００２６】
ここで、仮想解析点５４，５６を節点に位置するように変換する理由について説明する。ＣＡＥでは、情報量削減のため、ＦＥＭモデルの節点位置での状態のみを算出するため、節点以外の位置での解析結果を得ることはできないからである。ところで、従来では、ＦＥＭモデルに変換後に、仮想解析点を配置していた。したがって、実解析点に相当する位置に節点が無い場合は、その近傍の節点に仮想解析点を配置していた。そのため、実解析点と、仮想解析点との間に位置ずれが生じるなどの問題があった。しかし、本実施の形態では、仮想解析点を配置し、その後、仮想解析点に節点が位置するようにＦＥＭモデルに変換しているため、位置ずれなどの問題が生じない。
【００２７】
ＦＥＭモデルデータに変換すれば、次に、測定点を原点とした局所座標系を設定する（Ｓ１８）。これについて、図３のフローチャート、および、図７，図８を用いて詳説する。図７は、仮想測定点５４周辺のＦＥＭモデルの拡大図であり、図８は、局所座標系算出の概念図である。
【００２８】
局所座標系は、上述したように、仮想測定点５４を原点とした座標系であり、測定値をより取り扱いやすくするための座標系である。
【００２９】
初めに、仮想測定点５４と仮想補助点５６とを通る直線を第１方向Ｖ１として算出する（Ｓ２６）。これは、通常のＣＡＥの機能を用いることにより容易に算出することができる。本実施の形態では、この第１方向Ｖ１が、歪み量の測定方向となり、また、局所座標系のＸ（または、Ｙ，Ｚ）軸方向となる。ここで、この歪み量の測定方向は、実測定で用いられた歪みゲージを基準として決まる方向である。したがって、この測定方向は、三次元測定器の持つ座標系からは算出することができない。しかし、本実施の形態では、測定点を測定方向に延長した補助点の位置情報も取得し、これをＦＥＭモデルに反映させているため、正確な測定方向を得ることができる。
【００３０】
次に仮想測定点５４を通り、仮想測定点５４の位置する面に垂直な方向を第２方向Ｖ２として算出する。これは、次の手順で算出される。まず、仮想測定点５４の位置する面が平面であるか、曲面であるかを判断する（Ｓ２７）。平面の場合は、そのまま、その平面に垂直かつ仮想測定点５４を通る直線を第２方向Ｖ２として設定する（Ｓ２９）。
【００３１】
曲面の場合は、第１方向Ｖ１を仮想補助点５６とは反対方向に延長した位置近傍にある節点に仮想第２補助点５８を設定する（Ｓ２８）。そして、仮想測定点５４、仮想補助点５６、仮想第２補助点５８の３点を通る補助円弧６０を作成する（Ｓ３０）。次に、この補助円弧６０の中心点を求める（Ｓ３２）。そして、この中心点と仮想測定点５４とを通る直線を第２方向Ｖ２として設定する（Ｓ３４）。この第２方向Ｖ２が局所座標系のＹ（または、Ｘ，Ｚ）軸方向となる。
【００３２】
そして、以上で求められた第１方向Ｖ１、第２方向Ｖ２を基に局所座標系を設定する。このような、局所座標系を設定することにより、測定値をより取り扱いやすくなる。また、本実施の形態では、測定方向を１方向のみとしているが、２方向や３方向について歪み量を取得する場合には、この局所座標系があることにより、より、測定値を取り扱いやすくなる。
【００３３】
局所座標系が設定されれば、ＦＥＭモデルデータに対して、シミュレーションを行い、仮想測定値を取得する（Ｓ２０）。すなわち、ＦＥＭモデルデータに対して、所定の力を加えたときの、仮想測定点５４での測定方向への歪み量を解析アルゴリズムに基づいて算出する。ここで、用いられる解析アルゴリズムは、検証対象のアルゴリズムである。得られた仮想的な歪み量は、仮想測定値として取得される。
【００３４】
そして、このシミュレーションにより得られた仮想測定値と実際に実測定対象物を測定して得られた実測定値とを比較して解析アルゴリズムの検証を行う（Ｓ２２）。すなわち、実測定値と仮想測定値との差異が小さい、または、無い場合は、使用された解析アルゴリズムは、精度が高く、妥当なものと判断できる（Ｓ２３）。一方、差異量が大きい場合は、解析アルゴリズムに何らかの問題があると判断できる。その場合は、差異量が小さくなるように、解析アルゴリズムを修正し（Ｓ２４）、再度、シミュレーションを行い、その妥当性を検証する。
【００３５】
ここで、上述したように、仮想測定点は実測定点に相当する位置に設けられている。また、その仮想測定点にメッシュの節点が位置するように変換されている。つまり、実測値と仮想測定値は、ほぼ同じ位置での値といえる。また、測定方向を算出するために、補助点を設けることにより、測定方向を正確に算出することができる。したがって、実測定値と仮想測定値との間に差異がある場合は、それは、位置ずれや測定方向の違いによるものではなく、解析アルゴリズムの違いによるものと判断できる。そのため、より、正確に解析アルゴリズムの妥当性を判断することができる。また、本実施の形態では、従来、目視で判断していた測定値の座標値取得や、手動で設定していた座標系設定について一定のルールを定めているため、その工程のほとんどを自動化することができる。これにより、より、簡易に解析アルゴリズムの検証を行うことができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、解析対象を歪み量としているが、他のパラメータ、変位量や温度などであってもよい。温度のような方向性のないパラメータの場合には、補助点を設定しなくてもよい。また、局所座標系の設定もしなくてよい。また、本実施の形態では、ＦＥＭモデルデータに変換後にＣＡＥで測定方向の算出や局所座標系の設定を行っているが、ＣＡＤデータの段階で、ＣＡＤで行ってもよい。この場合は、ＣＡＤが有している種々の機能を用いることができるため、補助円弧などを設定しなくても、直接、測定点の位置する面に垂直な直線を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態である解析アルゴリズム検証方法に用いられる検証システムの構成を示すブロック図である。
【図２】解析アルゴリズム検証の流れを示すフローチャートである。
【図３】局所座標系設定の流れを示すフローチャートである。
【図４】実測定ユニットを概略的に示した図である。
【図５】実測定対象物の斜視図である。
【図６】ＦＥＭモデルを示す図である。
【図７】図６の一部拡大図である。
【図８】局所座標系算出を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  検証システム、１２  実測定ユニット、１４  ＣＡＤ、１６  ＣＡＥ、１７  実測定値取得部、１８  歪みゲージ、２０  三次元測定器、３２  解析アルゴリズム、４０  実測定値、４２  実測定対象物、４４  実測定点、４６  実補助点、５２  仮想測定対象物、５４  仮想測定点、５６  仮想補助点、５８  仮想第２補助点、６０  補助円弧。
【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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【図８】
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