(57)【要約】【課題】  部品の形状に則した解析データから、シミュレーション後の構造体モデルの表面の状態を表す外表面データを容易に生成する表面データ生成方法、表面データ生成装置およびプログラムを提供する。【解決手段】  平面要素生成部１６は、複数の多面体要素によって構成される構造体モデルの表面に相当する平面要素を生成する。外表面・内表面データ分別部１７は、シミュレーションした結果を表す解析データから、前記平面要素の状態を表す外表面データを抽出する。色情報生成部１８は、構造体モデル２３に外力を加えたときに生じる変位量に応じた色を表す情報を前記抽出された外表面データに付与することによって表面データを生成する。【選択図】      図１
2007328642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体に物理的な作用を与えたときに前記構造体に生じる物理現象を、複数の多面体要素によって構成される構造体モデルを用いてシミュレーションした結果を表す解析データから、シミュレーション後の前記構造体モデルの表面の状態を表す外表面データを生成する表面データ生成方法であって、
前記解析データは、前記構造体モデルの節点にそれぞれ互いに異ならせて付与された番号を表す情報を有し、
各多面体要素の各平面毎に、各平面の頂点を構成する節点に付与された番号の総和を算出する総和算出工程と、
総和の等しい各平面のいずれか１つの平面の節点に付与された番号と、前記１つの平面を除く残余の平面の節点に付与された番号とが一致しない平面と、総和が一致しない平面とを選択し、選択した平面の外表面データを生成するデータ生成工程とを含むことを特徴とする表面データ生成方法。
【請求項２】
前記生成された外表面データに、外表面データと、シミュレーション前の構造体モデルを表す情報との偏差にそれぞれ対応する色を表す情報を付与することによって表面データを生成する色情報付与工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の表面データ生成方法。
【請求項３】
前記表面データに前記偏差に応じた順番を表す順番データを付与する順番情報付与工程をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の表面データ生成方法。
【請求項４】
構造体に物理的な作用を与えたときに前記構造体に生じる物理現象を、複数の多面体要素によって構成される構造体モデルを用いてシミュレーションした結果を表す解析データから、シミュレーション後の前記構造体モデルの表面の状態を表す外表面データを生成する表面データ生成装置であって、
前記解析データは、前記構造体モデルの節点にそれぞれ互いに異ならせて付与された番号を表す情報を有し、
各多面体要素の各平面毎に、各平面の頂点を構成する節点に付与された番号の総和を算出する総和算出手段と、
総和の等しい各平面のいずれか１つの平面の節点に付与された番号と、前記１つの平面を除く残余の平面の節点に付与された番号とが一致しない平面と、総和が一致しない平面とを選択し、選択した平面の外表面データを生成するデータ生成手段とを含むことを特徴とする表面データ生成装置。
【請求項５】
構造体に物理的な作用を与えたときに前記構造体に生じる物理現象を、複数の多面体要素によって構成される構造体モデルを用いてシミュレーションした結果を表す解析データから、シミュレーション後の前記構造体モデルの表面の状態を表す外表面データを生成する手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
前記解析データは、前記構造体モデルの節点にそれぞれ互いに異ならせて付与された番号を表す情報を有し、
コンピュータを、
各多面体要素の各平面毎に、各平面の頂点を構成する節点に付与された番号の総和を算出する総和算出手段と、
総和の等しい各平面のいずれか１つの平面の節点に付与された番号と、前記１つの平面を除く残余の平面の節点に付与された番号とが一致しない平面と、総和が一致しない平面とを選択し、選択した平面の外表面データを生成するデータ生成手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面データ生成方法、表面データ生成装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在では計算機支援設計（Computer Aided Design：略称ＣＡＤ）装置またはＣＡＤシステムを用いて、製品を三次元座標系において図形データとして定義し、設計している。
【０００３】
設計を行う製品の部品点数が多い場合には、まずＣＡＤシステムを用いて個別の部品毎に設計を行う。全ての部品の設計を終えると、ＣＡＤシステムを用いて全部品を組み立てる。次に組み立てた部品間において、貫通および衝突などの干渉チェックと、干渉までの余裕度を確認するクリアランスチェックとの検証作業を行う。検証作業は、検証機能を有するＣＡＤシステムまたは検証のみに特化した検証装置を用いて行われる。検証作業において干渉が発生する部品を発見すると、干渉している部品の修正を行って干渉を回避する。また検証作業において干渉までの余裕度が小さく、所定の部品間隔が得られていない部品を発見すると、適当な部品間隔が得られるように部品の修正を行う。部品の修正を行った後に、再度検証作業を行い、部品の干渉およびクリアランスチェックにおいて問題が生じなくなるまで部品の修正と検証作業とを繰り返し行う。
【０００４】
製品が実際に使用される状況においては、発熱および外力などによって部品が変形する場合がある。部品が変形すると、変形していない場合に比べて干渉状態および干渉までの余裕度などが異なってくる。したがって、製品を設計するときには、実際に製品が使用される状況において予想される部品の変形も考慮する必要がある。
【０００５】
部品の変形量の予測は、構造解析および熱応力解析などによって行われる。構造解析および熱応力解析などは、一般的にＣＡＤシステムを用いて生成したＣＡＤデータを有限要素に分割して、力および熱などの境界条件を付け加えた解析データに変換し、この解析データを基にして行われる。
【０００６】
たとえば２つの部品間で解析前と後との形状の干渉状態や干渉までの余裕度を検証するときには、実際の使用において両方の部品が変形する場合には、両部品ともに変形量の解析を行って検証作業を行う必要がある。また２つの部品のうちの一方の部品の剛性が極端に大きく剛体と考えてよい場合、または一方の部品の変形量が他方の部品の変形量に比べて微小な場合には、一方の部品の変形量の解析を行なわずに、他方の部品の変形量の解析のみを行なって検証作業を行ってもよい。この場合には一方の部品の変形量の解析を行う必要がなくなるので、解析時間の短縮を図ることができる。
【０００７】
解析データは、対象となる部品のＣＡＤデータを肉厚方向にも微小な有限要素に分割しているので、解析データは、ＣＡＤデータに比べて莫大な情報を含んでいる。この解析データを用いて干渉およびクリアランスチェックを行うと、非常に多くの時間を費やすことになる。
【０００８】
従来の技術では、解析データから部品の表面の平面要素のデータを抽出して、光造形用データ（Stereo Lithography：略称ＳＴＬ）またはＳＴＬデータを生成し、このＳＴＬデータを用いて干渉およびクリアランスチェックを行っている（たとえば特許文献１参照）。干渉およびクリアランスチェックは、部品の表面と表面との間隔を問題とするので、部品の内部のデータを含む解析データを用いる必要がない。この部品の内部のデータを省いたＳＴＬデータを用いることによって、多くの時間を費やすことなく変形情報を含んだ部品に基づいて干渉およびクリアランスチェックを行うことができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１６０８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の技術では、解析データから部品の表面の平面要素のデータを抽出するための処理量が多いので、部品の内部のデータを省いたＳＴＬデータを作成するために多くの時間を要するという問題がある。
【００１１】
図１０（１）は、４個の節点４１を含む四面体要素を模式的に表す図であり、図１０（２）は、１０個の節点４１を含む四面体要素を模式的に示す図である。図１１（１）は、６個の節点４１を含む五面体要素を模式的に示す図であり、図１１（２）は、１５個の節点４１を含む五面体要素を模式的に示す図である。図１２（１）は、８個の節点４１を含む六面体要素を模式的に示す図であり、図１２（１）は、２０個の節点４１を含む六面体要素を模式的に示す図である。解析対象の部品をメッシュに分割するときには、たとえば図１０〜１２に示す多面体要素を用いることができる。このように複数の形状の多面体要素を使用することができるにも拘わらず、従来の技術では解析で使用する要素を８個の節点を含む六面体に限定している。したがって、部品の形状に則して部品をメッシュに分割することができず、部品に則した解析をすることができない場合が生じる。
【００１２】
したがって本発明の目的は、部品の形状に則した解析データから、シミュレーション後の構造体モデルの表面の状態を表す外表面データを容易に生成する表面データ生成方法、表面データ生成装置およびプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、構造体に物理的な作用を与えたときに前記構造体に生じる物理現象を、複数の多面体要素によって構成される構造体モデルを用いてシミュレーションした結果を表す解析データから、シミュレーション後の前記構造体モデルの表面の状態を表す外表面データを生成する表面データ生成方法であって、
前記解析データは、前記構造体モデルの節点にそれぞれ互いに異ならせて付与された番号を表す情報を有し、
各多面体要素の各平面毎に、各平面の頂点を構成する節点に付与された番号の総和を算出する総和算出工程と、
総和の等しい各平面のいずれか１つの平面の節点に付与された番号と、前記１つの平面を除く残余の平面の節点に付与された番号とが一致しない平面と、総和が一致しない平面とを選択し、選択した平面の外表面データを生成するデータ生成工程とを含むことを特徴とする表面データ生成方法である。
【００１４】
また本発明は、前記生成された外表面データに、外表面データと、シミュレーション前の構造体モデルを表す情報との偏差にそれぞれ対応する色を表す情報を付与することによって表面データを生成する色情報付与工程をさらに含むことを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記表面データに前記偏差に応じた順番を表す順番データを付与する順番情報付与工程をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、構造体に物理的な作用を与えたときに前記構造体に生じる物理現象を、複数の多面体要素によって構成される構造体モデルを用いてシミュレーションした結果を表す解析データから、シミュレーション後の前記構造体モデルの表面の状態を表す外表面データを生成する表面データ生成装置であって、
前記解析データは、前記構造体モデルの節点にそれぞれ互いに異ならせて付与された番号を表す情報を有し、
各多面体要素の各平面毎に、各平面の頂点を構成する節点に付与された番号の総和を算出する総和算出手段と、
総和の等しい各平面のいずれか１つの平面の節点に付与された番号と、前記１つの平面を除く残余の平面の節点に付与された番号とが一致しない平面と、総和が一致しない平面とを選択し、選択した平面の外表面データを生成するデータ生成手段とを含むことを特徴とする表面データ生成装置である。
【００１７】
また本発明は、構造体に物理的な作用を与えたときに前記構造体に生じる物理現象を、複数の多面体要素によって構成される構造体モデルを用いてシミュレーションした結果を表す解析データから、シミュレーション後の前記構造体モデルの表面の状態を表す外表面データを生成する手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
前記解析データは、前記構造体モデルの節点にそれぞれ互いに異ならせて付与された番号を表す情報を有し、
コンピュータを、
各多面体要素の各平面毎に、各平面の頂点を構成する節点に付与された番号の総和を算出する総和算出手段と、
総和の等しい各平面のいずれか１つの平面の節点に付与された番号と、前記１つの平面を除く残余の平面の節点に付与された番号とが一致しない平面と、総和が一致しない平面とを選択し、選択した平面の外表面データを生成するデータ生成手段として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、総和算出工程において各多面体要素の各平面の頂点を構成する節点に付与された番号の総和を算出する。相互に隣接する２つの多面体要素は、互いに節点を共有する平面を有する。この互いに節点を共有する平面は、構造体モデルの表面に相当せず、構造体モデルの内部に位置する。節点を共有する平面の節点の番号の総和は、互いに等しい。ただし互いに節点を共有していなくても平面の頂点を構成する節点の総和が互いに等しい場合があるので、平面を構成する節点の番号の総和が等しいからといって、互いに節点を共有している平面であるとは判断することができない。したがって節点の総和が等しい平面同士は、互いに節点を共有し、構造体モデルの内部に位置する可能性があると判断することができる。このように節点の番号の総和を算出することによって、構造体モデルの内部に位置する可能性のある平面を抽出することができる。また少なくとも平面の頂点を構成する節点の番号の総和が、他の平面の頂点を構成する節点の総和のいずれとも異なる場合には、節点を共有する平面が存在しないので、この平面は、構造体モデルの表面に相当する。データ生成工程では、互いに節点を共有する可能性のある平面同士の節点の番号のみを比較することによって、構造体モデルの表面に相当する平面を抽出している。
【００１９】
従来の技術では、各多面体要素の各平面のうちから２つの平面を重複なく選択して、選択した平面同士の節点番号を比較することによって構造体モデルの表面に相当する平面を抽出している。つまり全ての平面の数と同数のｍ（記号ｍは、自然数）個の中から、２個を選択する場合の数（ｍＣ２）だけの平面の組合せを比較している。これに比べて本発明では、平面の頂点を構成する節点の総和を予め算出することによって、節点の番号を比較すべき平面を予め抽出することができるので、節点の番号を比較する数が少なくなり、構造体モデルの表面を抽出する処理の量を少なくすることができる。これによって外表面データを生成するために要する処理の量が少なくなり、短時間で外表面データを生成することができる。
【００２０】
また構造体モデルを構成する要素は、六面体要素に限定されないので、モデルに則した構造体モデルを用いてシミュレーションを行った解析データから平面データを生成することができる。
【００２１】
また本発明によれば、データ生成工程において、解析データから構造体モデルの表面の状態を表す外表面データを抽出する。外表面データは、構造体モデルの内部の情報を含まないので、解析データに比べて情報量が少ない。色情報付与工程では、情報量の少ない外表面データに基づいて表面データが生成されるので、解析データに基づいて表面データを生成する場合に比べて表面データの情報量が少なくなる。干渉チェックをする場合には構造体モデルの内部の情報は不必要なので、構造体モデルの内部の情報が省かれた表面データを用いても、干渉チェックを行うことができる。この表面データを表示装置を用いて可視表示する場合には、表示すべきデータの情報量が少ないので表示装置の処理に要する負担を低減することができる。
【００２２】
また色情報付与工程では、外表面データに偏差に応じた色情報が付与されるので、色情報を有する平面データを表示装置を用いて可視表示する場合には、構造体モデルのどの部位がどの程度変位したかを視覚的に容易に把握することができる。
【００２３】
また本発明によれば、順番情報付与工程において、表面データに偏差に応じた順番を表す順番データが付与される。これによってこの表面データを表示装置を用いて可視表示する場合には、物理的な作用を与えたときの構造体モデルの表面の各部位の変化の相対的な程度を容易に把握することができる。
【００２４】
また本発明によれば、総和算出手段は、各多面体要素の各平面の頂点を構成する節点に付与された番号の総和を算出する。相互に隣接する２つの多面体要素は、互いに節点を共有する平面を有する。この互いに節点を共有する平面は、構造体モデルの表面に相当せず、構造体モデルの内部に位置する。節点を共有する平面の節点の番号の総和は、互いに等しい。ただし互いに節点を共有していなくても平面の頂点を構成する節点の総和が互いに等しい場合があるので、平面を構成する節点の番号の総和が等しいからといって、互いに節点を共有している平面であるとは判断することができない。したがって節点の総和が等しい平面同士は、互いに節点を共有し、構造体モデルの内部に位置する可能性があると判断することができる。このように節点の番号の総和を算出することによって、構造体モデルの内部に位置する可能性のある平面を抽出することができる。また少なくとも平面の頂点を構成する節点の番号の総和が、他の平面の頂点を構成する節点の総和のいずれとも異なる場合には、節点を共有する平面が存在しないので、この平面は、構造体モデルの表面に相当する。データ生成手段は、互いに節点を共有する可能性のある平面同士の節点の番号のみを比較することによって、構造体モデルの表面に相当する平面を抽出している。これによって前述したように従来の技術に比べて短時間で外表面データを生成することができる。
【００２５】
また構造体モデルを構成する要素は、従来の技術のように六面体要素に限定されないので、モデルに則した構造体モデルを用いてシミュレーションを行った解析データから平面データを生成することができる。
【００２６】
また本発明によれば、コンピュータを総和算出手段と、データ生成手段として機能させることができる。これによって汎用のコンピュータを用いて前述した表面データ生成装置を容易に実現することができ、前述した表面データ生成装置と同様の効果を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の実施の一形態の表面データ生成装置２１を表す機能ブロック図である。表面データ生成装置２１は、本実施の形態ではパーソナルコンピュータによって実現される。
【００２８】
パーソナルコンピュータは、演算処理装置と、入力装置１２と、出力装置１３と、記憶装置１４とを含んで構成される。演算処理装置は、中央処理装置（Central Processing 
Unit：略称ＣＰＵ）によって実現される。演算処理装置は、記憶装置１４に記憶されたプログラムを読込んで実行することによって、入力装置１２と、出力装置１３と、記憶装置１４とを制御する。入力装置１２は、キーボードおよびマウスなどによって実現される。演算処理装置は、作業者が入力装置１２を操作することによって、この操作に対応する処理を行う。出力装置１３は、陰極線管（Cathode Ray Tube：略称ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display：略称ＬＣＤ）およびプリンタなどによって実現される。出力装置１３は、演算処理装置の制御に基づいて、記憶装置１４に記憶される演算結果などを可視表示する。記憶装置１４は、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random
Access Memory）によって実現される。記憶装置１４は、プログラムおよび演算処理装置によって演算された演算結果などを記憶する。図１には、表面データ生成装置２１に加えて、入力装置１２、記憶装置１４および出力装置１３も図示されている。
【００２９】
表面データ生成装置２１は、演算処理装置が記憶装置１４に記憶されたプログラムを実行することによって実現される解析データ読込み部１５と、平面要素生成部１６と、総和算出手段およびデータ生成手段に相当する外表面・内表面データ分別部（以下、表面データ分別部という）１７と、色情報付与手段に相当する色情報生成部１８と、表面データソート部１９と、表面データ出力部２０とを含んで構成される。
【００３０】
解析データ読込み部１５は、記憶装置１４に記憶された解析データを読込む。解析データは、たとえば干渉およびクリアランスチェックをすべき部品に物理的な作用を与えたときにこの部品に生じる物理現象をシミュレーションした結果を表す。このシミュレーションは、演算処理装置が、記憶装置１４に記憶されたプログラムを実行することによって、たとえば有限要素法に基づいて行われる構造解析および熱応力解析などである。
【００３１】
図２は、構造体モデル２３を模式的に示す図である。構造体モデル２３は、たとえば干渉チェックをすべき部品を模擬したものである。本実施の形態では、理解の容易のために図２に示す単純な形状の構造体モデル２３を用いて表面データ生成装置２１の処理を説明する。本実施の形態では、図２に示す形状の構造体モデル２３に外力Ｆを与えたときに構造体モデル２３に生じる変位をシミュレーションした結果を表す解析データに基づいて、表面データ生成装置２１は、表面データを生成する。
【００３２】
構造体モデル２３は、解析すべき部品の形状をメッシュに分割するときの複数の節点２６から成る。本実施の形態では構造体モデル２３は、それぞれ互いに重複しない番号が付与された第１番〜第１０番の節点２６から成る。各節点２６は、それぞれ３次元座標系における座標値によって特定される。表１に、構造体モデル２３を構成する各節点２６の３次元座標系における座標値を示す。
【００３３】
【表１】
2007328642.tif 000003
【００３４】
構造体モデル２３は、各節点を頂点とする複数の多面体要素（Element）によって構成され、本実施の形態では、第１要素２４と、第２要素２５とによって構成される。多面体要素は、構造体モデル２３をメッシュに分割したときの最小の単位である。第１要素２４は、６個の節点を含む五面体要素から成る。第２要素２５は、８個の節点を含む六面体要素から成る。
【００３５】
図３は、第１要素２４を模式的に示す図である。図４は、第２要素２５を模式的に示す図である。第１要素２４は、第１番〜第６番の節点２６を含む五面体要素から成る。第２要素２５は、第１番、第３番、第４番、第６番〜第１０番の節点２６を含む六面体要素から成る。図２に示すように、第１要素２４の第１番、第３番、第４番、第６番の節点２６は、第２要素２５の第１番、第３番、第４番、第６番の節点２６と節点を共有する。すなわち第１要素２４の第１番、第３番、第４番、第６番の節点２６を頂点とする平面は、第２要素２５の第１番、第３番、第４番、第６番の節点２６を頂点とする平面と平面を共有する。表２に第１要素２４および第２要素２５を構成する節点２６の番号を示す。
【００３６】
【表２】
2007328642.tif 000004
【００３７】
各多面体要素を表す多面体要素データは、表１に示す各要素を構成する節点２６の３次元座標系における座標値と、表２に示す各要素を構成する節点の番号から構成される。すなわち表１と表２とから、第１要素２４および第２要素２５が特定される。多面体要素データは、前述した解析データの一部であって、記憶装置１４に記憶されている。
【００３８】
解析データは、本実施の形態では第７番〜第１０番の節点２６の移動を拘束した条件で、５番目の節点２６に−Ｙ方向に外力Ｆを与えたときの構造解析を有限要素法を用いて行った結果を表す。表面データ生成装置２１は、この解析データに基づいて、平面データを生成する。図２において移動を拘束した第７番〜第１０番の節点２６を、三角印で示している。表３に、解析結果を表す解析データの一部を示す。
【００３９】
【表３】
2007328642.tif 000005
【００４０】
節点変位量は、表１に示す各節点２６の位置、すなわちシミュレーション前の各節点２６の位置からのＹ方向の偏差を表す。以後、構造体モデル２３に加わる外力Ｆの向きは−Ｙ方向なので、各節点２６のＸ方向およびＺ方向の変位量はＹ方向の変位量に比べて微小であると仮定して、各節点２６のＹ方向の変位についてのみ考慮する。
【００４１】
構造解析を行なった結果を表す解析データは、記憶装置１４に記憶されている。解析データ読込み部１５は、作業者が入力装置１２を操作することによって指定される解析データを記憶装置１４から読込む。解析データ読込み部１５は、読込んだ解析データを平面要素生成部１６に与える。
【００４２】
平面要素生成部１６は、解析データに含まれる多面体要素データに基づいて平面要素を識別するとともに、解析データに基づいて各平面要素に対して変位量の平均値を付与した平面要素データを生成する。以後、解析データに平面要素データを加えたデータを解析データと記載する場合がある。
【００４３】
図５は、平面要素生成部１６が平面要素データを生成する処理を表すフローチャートである。解析データ読込み部１５から平面要素生成部１６に解析データが与えられると、ステップａ０からステップａ１に移行する。
【００４４】
ステップａ１では、平面要素生成部１６は、解析データ読込み部１５から与えられる解析データに含まれる多面体要素データのうちから、一度も読込んでいない多面体要素を表す多面体要素データを読込んでステップａ２に移行する。ステップａ２では、平面要素生成部１６は、ステップａ１において読込んだ多面体要素データが表す多面体要素のタイプを判別する。具体的には表２に示されるデータに基づいて、ステップａ１において読込んだ多面体要素データが、四面体要素であるのか、五面体要素であるのか、または六面体用素であるのかを判別する。次にステップａ３に移行する。
【００４５】
ステップａ３では、平面要素生成部１６は、ステップａ１において読込んだ多面体要素データを構成する節点２６を頂点として、多面体要素を三角形または四角形の平面要素に分割し、多面体要素の各表面に相当する平面要素に平面番号をそれぞれ重複しないように割当てる。たとえば図３に示す第１要素２４の第１番〜第３番の節点２６を頂点とする平面要素に平面１を対応させ、第４番〜第５番の節点２６を頂点とする平面要素に平面２を対応させ、第２番、第５番、第６番および第３番の節点２６を頂点とする平面要素に平面５を対応させて、解析データに平面番号を付与する。次にステップａ４に移行する。
【００４６】
ステップａ４では、平面要素生成部１６は、ステップａ３において生成した各平面要素の節点の平均値を算出する。すなわち各平面の頂点を構成する節点２６の変位量の総和を算出し、算出した総和を、各平面の頂点の数で除すことによって、平面要素の節点２６の変位量の平均値を算出する。たとえば平面１の場合には、表３に示すデータに基づいて、第１番目の節点２６の変位量（−０．５）と、第２番目の節点２６の変位量（−２．０）と、第３番目の節点２６の変位量（−０．５）とを加算し、加算した値（−３．０）を平面１の頂点の数（３）で除算することによって、平面１の変位量の平均値を算出する。各平面を構成する節点２６の変位量の平均値を算出すると、ステップａ５に移行する。ステップａ５では、平面要素生成部１６は、全ての多面体要素の平面を構成する節点２６の変位量の平均値を算出したかを判断する。すなわちステップａ１において構造体モデル２３を構成する全ての多面体要素に対応する多面体要素データを読込んだかを確認し、まだ読込んでいない多面体要素データがあればステップａ１に移行し、ステップａ１からステップａ４の処理を繰返す。平面要素生成部１６がステップａ１において構造体モデル２３を構成する全ての多面体要素に対応する多面体要素データを読込んだと判断すると、ステップａ６に移行し、平面要素データを生成する処理を終了する。
【００４７】
平面要素生成部１６は、生成した平面要素データを加えた解析データを表面データ分別部１７に与える。図５のフローチャートが表す処理を行うことによって生成される平面要素データを表４に示す。
【００４８】
【表４】
2007328642.tif 000006
【００４９】
表面データ分別部１７は、平面要素生成部１６から与えられる解析データに基づいて、外表面と内表面とを分別する。表面データ分別部１７は、総和算出工程およびデータ生成工程に相当する処理を行う。外表面と内表面とを以下に定義する。外表面とは、構造体モデル２３の表面に相当する各多面体要素の平面要素を意味する。内表面とは、各多面体要素の平面要素のうちの、外表面を除く残余の平面要素を意味する。図２に示す構造体モデル２３の外表面と内表面とについて具体的に説明する。構造体モデル２３は、第１要素２４と第２要素２５とから構成される。ここで、前述したように第１要素２４の第１番、第３番、第４番および第６番の節点２６は、第２要素２５の第１番、第３番、第４番および第６番の節点２６と節点を共有する。すなわち図２に示す第１要素２４の平面３は、図３に示す第２要素２５の平面８と平面を共有する。このように他の多面体要素の平面と表面を共有するする表面は、構造体モデル２３の外表面とはなりえないので、内表面と定義される。また第１要素２４および第２要素２５の平面１〜１１のうちの平面３および平面８を除く残余の平面１、２、４〜７、９〜１１は、それぞれ他の平面と平面を共有しないので、構造体モデル２３の表面に相当し、外表面と定義される。
【００５０】
図６は、表面データ分別部１７が外表面と内表面とを分別する処理を表すフローチャートである。平面要素生成部１６から表面データ分別部１７に解析データが与えられると、ステップｂ０からステップｂ１に移行する。
【００５１】
ステップｂ１では、表面データ分別部１７は、平面要素の頂点を構成する節点２６の番号を積算した総和番号を平面要素毎に算出し、ステップb２に移行する。ステップｂ２では、表面データ分別部１７は、ステップｂ１において算出した各平面要素の節点２６の総和に基づいて、平面要素データを各平面要素を算出した総和番号の小さい順に並び替える。複数の平面要素の総和番号が同じであれば、それぞれ同じ総和番号のグループに属する平面要素として識別し、各平面要素に対してそれぞれ識別子を付与する。具体的には、同じ総和番号のグループの平面要素に対して、それぞれ該当平面要素１、該当平面要素２、該当平面要素Ｚ（記号Ｚは、２以上の自然数を表す）を表す識別子を付与する。また他の全ての平面と総和番号が異なる平面に対しては、該当平面要素１を表す識別子を付与する。たとえば図２に示す構造体モデル２３では、平面３の頂点を構成する節点２６の総和番号と、平面８の頂点を構成する節点２６の総和番号とがそれぞれ１４であって互いに等しいので、平面３に該当平面要素１を表す識別子を付与し、平面８に該当平面要素２を表す識別子を付与する。表５に、ステップｂ２において並び替えた解析データの一部を示す。次にステップｂ３に移行する。
【００５２】
【表５】
2007328642.tif 000007
【００５３】
ステップｂ３では、表面データ分別部１７は、ステップｂ１において算出した総和番号のうちの最小値を変数「ＭＩＮ」に代入し、最大値を変数「ＭＡＸ」に代入する。具体的には、表５に示すように、変数「ＭＩＮ」に最小値６を代入し、変数「ＭＡＸ」に最大値３４を代入する。次にステップｂ４に移行する。ステップｂ４では、表面データ分別部１７は、変数「Ｍ」に変数「ＭＩＮ」に代入された数値を代入し、変数「Ｍ」を初期化してステップｂ５に移行する。ステップｂ５では、表面データ分別部１７が変数「Ｍ」が変数「ＭＡＸ」以下かを判断する。ステップｂ５において、変数「Ｍ」が変数「ＭＡＸ」よりも大きければ全ての総和番号の平面要素に対して外表面と内表面とを分別したと判断して、ステップｂ６に移行して外表面と内表面とを分別する処理を終了する。ステップｂ５において変数「Ｍ」が変数「ＭＡＸ」以下であれば、表面データ分別部１７は、外表面と内表面とを分別していない平面要素が存在すると判断してステップｂ７に移行する。
【００５４】
ステップｂ７では、表面データ分別部１７は、総和番号が「Ｍ」の平面要素が２面以上あるかを判断し、複数の平面があると判断するとステップｂ８に移行し、複数の平面がないと判断するとステップｂ１９に移行する。表５に示すように、本実施の形態では、総和番号が１４のグループにのみ複数の平面が属している。具体的には総和番号が１４のグループには、平面３と平面８との２つの平面が属している。したがって、本実施の形態では変数「Ｍ」が１４のときにのみステップｂ８に移行し、それ以外はステップｂ１９に移行する。ステップｂ８では、表面データ分別部１７は、外表面か内表面かを判別するために比較すべき平面要素の数を変数「Ｘ」に代入する。具体的には総和番号が変数「Ｍ」に属する平面の数を変数「Ｘ」に代入する。本実施の形態では、総和番号が１４のグループに、２つの平面が属しているので、変数「Ｍ」が１４のときに、変数「Ｘ」に２を代入する。次にステップｂ９に移行する。
【００５５】
ステップｂ９では、表面データ分別部１７は、変数「ｉ」に数値１を代入して変数「ｉ」を初期化し、ステップｂ１０に移行する。ステップｂ１０では、表面データ分別部１７は、変数「ｉ」が変数「Ｘ」未満かを判断する。ステップｂ１０において変数「ｉ」が変数「Ｘ」以上の場合には、総和番号が変数「Ｍ」のグループに属する平面の全てについて、内表面か外表面かを判別したと判断して、ステップｂ１９に移行する。ステップｂ１９では、表面データ分別部１７は、変数「Ｍ」に数値１を加算した値を変数「Ｍ」に代入し、ステップｂ５に移行して、総和番号が「Ｍ」の平面に対して内表面か外表面かを判断する処理を繰返す。ステップｂ１０において変数「ｉ」が変数「Ｘ」未満であれば、ステップｂ１１に移行する。
【００５６】
ステップｂ１１では、総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｉ」の平面が内表面と判別されているかを判断し、総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｉ」を既に内表面と判断している場合には、総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｉ」が内表面か否かを再度調べる無駄な処理を省くためにステップｂ１２に移行する。ステップｂ１２では、表面データ分別部１７は、変数「ｉ」に数値１を加算した値を変数「ｉ」に代入し、ステップｂ１０に移行する。ステップｂ１１において総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｉ」がまだ内表面と判断されていない場合にはステップｂ１３に移行する。ステップｂ１３では、表面データ分別部１７は、変数「ｊ」に変数「ｉ」と数値１とを加算した値を代入し、ステップｂ１４に移行する。ステップｂ１４では、表面データ分別部１７は、変数「ｊ」が変数「Ｘ」以下であるかを判断し、変数「Ｘ」よりも大きければ総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｉ」については内表面か否かの判断を完了したと判断して、ステップｂ１２に移行する。すなわち総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｉ」を外表面と判断する。ステップｂ１４において、変数「ｊ」が変数「Ｘ」以下であれば、ステップｂ１５に移行する。
【００５７】
ステップｂ１５では、表面データ分別部１７は、総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｊ」が内表面と判別されているかを判断し、総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｊ」が既に内表面と判断されている場合には、総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｊ」が内表面か否かを再度調べる無駄な処理を省くためにステップｂ１６に移行する。ステップｂ１６では、変数「ｊ」に数値１を加算した値を変数「ｊ」に代入し、ステップｂ１４に移行する。ステップｂ１５において総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｊ」がまだ内表面と判断されていない場合にはステップｂ１７に移行する。
【００５８】
ステップｂ１７では、表面データ分別部１７は、総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｉ」の頂点を構成する節点２６と総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｊ」の頂点を構成する節点２６とが一致するかを判断し、少なくとも１つの頂点が一致しなければ総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｉ」と総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｊ」とは平面を共有しないと判断してステップｂ１６に移行する。当該平面要素「ｉ」の節点２６と、当該平面要素「ｊ」の節点２６とが一致するか否かは、各平面要素の節点２６を番号順にソートして調べる。総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｉ」の頂点を構成する節点２６と総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｊ」の頂点を構成する節点２６とが一致する場合には、総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｉ」と総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｊ」とは面を共有し、内表面であると判断してステップｂ１８に移行する。ステップｂ１８では、総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｉ」の頂点を構成する節点２６の番号および総和番号が「Ｍ」の当該平面要素「ｊ」の頂点を構成する節点２６の番号に、内表面であることを示す数値０を代入し、ステップｂ１２に移行する。
【００５９】
表面データ分別部１７は、内表面と外表面とを分別する処理を行うことによって、解析データから、構造体モデル２３の外表面に相当する外表面のシミュレーション結果を表す外表面データを抽出する。表６に、抽出した外表面データの一部を示す。
【００６０】
【表６】
2007328642.tif 000008
【００６１】
色情報生成部１８は、表面データ分別部１７が分別した外表面データをＣＡＤシステムを用いて出力装置１３に可視表示したときに、変位量の大きさを容易に把握することができるように、変位量の大きさに応じてそれぞれ異なる色を割付ける。色情報生成部１８は、色情報付与工程に相当する処理を行う。本実施の形態では変位量を大きさに応じて４段階で表示する。割付けられる色の数は、予め作業者が入力装置１２を操作することによって入力され、記憶装置１４に記憶されている。具体的には、各平面要素の節点２６の変位量の平均値の最大値以上の値と、各平面の節点２６の変位量の平均値の最小値以下の値との間の範囲を割付ける色の数で等分し、等分されたそれぞれの範囲内にある平面要素に色テーブル番号を付与する。表６に示す外表面データでは、平面要素を構成する節点２６の変位量の平均値の最大値は、平面１０の０であり、節点２６の変位量の最小値は、平面２の−１．６６７である。たとえば最大値以上の値として０を選択し、最小値以下の値として−２を選択し、この最大値と最小値との間の範囲を４等分すると、色テーブル１は、平均値ｎが０≧ｎ＞−０．５の範囲となり、色テーブル２は、平均値ｎが−０．５≧ｎ＞−１．０の範囲となり、色テーブル３は、平均値ｎが−１．０≧ｎ−１．５の範囲となり、色テーブル４は、平均値ｎが−１．５≧ｎ≧−２．０の範囲となる。表７に色テーブルの番号と、平面要素を構成する節点２６の平均値の範囲との関係を表す。
【００６２】
【表７】
2007328642.tif 000009
【００６３】
色情報生成部１８は、表７に示す関係に基づいて、各色テーブルに属する平面要素にそれぞれ色テーブルを表す色情報を付与して表面データを生成する。色情報生成部１８は、色テーブルを表す色情報を付与した表面データを表面データソート部１９に与える。表８に各色テーブルに属する平面要素と、この平面要素の節点２６の変位量の平均値との対応関係を表す。
【００６４】
【表８】
2007328642.tif 000010
【００６５】
表面データソート部１９は、色情報生成部１８から与えられた外表面データを、色テーブルの番号順にソートすることによって、偏差すなわち変位量に応じた順番を表す順番データを外表面データに付与する。表面データソート部１９は、順番情報付与工程に相当する処理を行う。本実施の形態では、表面データソート部１９は、節点の変位量の平均値が大きい順に外表面データをソートすることによって、外表面データを、色テーブルの番号順にソートする。表面データソート部１９は、ソートした外表面データを表面データ出力部２０に与える。表９は、表８に示す外表面データの一部を、色テーブルの番号順にソートした外表面データの一部を示す。
【００６６】
【表９】
2007328642.tif 000011
【００６７】
表面データ出力部２０は、表面データソート部１９から与えられる表面データを、使用するＣＡＤシステムに対応するファイル形式のファイルに変換して、このファイルを記憶装置１４に与える。
【００６８】
図７は、表面データ出力部２０が変換したファイルに含まれるデータの構造を示す。図７に示すの各平面の節点情報には、構造体モデル２３に外力Ｆを加えたときの各節点２６の三次元座標系における座標値が含まれる。
【００６９】
記憶装置１４は、表面データ出力部２０から与えられるファイルを記憶する。作業者が入力装置１２を操作することによって、記憶装置１４に記憶されたファイルを指定すると、出力装置１３は、指定されたファイルに基づいて、色テーブル番号に対応した色を表面に着色した構造体モデル２３を可視表示する。
【００７０】
以上説明した本実施の形態の表面データ生成装置２１では、解析データから構造体モデルの表面に相当する外表面のシミュレーション結果を表す外表面データを抽出する。外表面データは、構造体モデル２３の内部の情報を含まないので、解析データに比べて情報量が少ない。表面データ生成装置２１は、情報量の少ない外表面データに基づいて表面データを生成するので、解析データに基づいて表面データを生成する場合に比べて表面データの情報量が少なくなる。干渉チェックをする場合には構造体モデル２３の内部の情報は不必要なので、構造体モデル２３の内部の情報が省かれた表面データを用いても、干渉チェックを行うことができる。この表面データを出力装置１３を用いて可視表示する場合には、表示すべきデータの情報量が少ないので表示装置の処理に要する負担を低減することができる。
【００７１】
また表面データ生成装置２１の色情報生成部１８は、外表面データに偏差に応じた色情報を付与するので、色情報を有する平面データを出力装置１３を用いて可視表示する場合には、構造体モデル２３のどの部位がどの程度変位したかを視覚的に容易に把握することができる。これによってたとえば部品に物理的な作用を与えたときの部品の物理的な変化の解析を容易に行うことができ、修正すべき部品の部位を容易に把握することができる。
【００７２】
また構造体モデル２３を構成する要素は、従来の技術のように六面体要素に限定されないので、モデルに則した構造体モデルを用いてシミュレーションを行った解析データから平面データを生成することができる。
【００７３】
また表面データ生成装置２１の表面データソート部１９は、表面データに偏差に応じた順番を表す順番データを付与する。これによってこの表面データを出力装置１３を用いて可視表示する場合には、物理的な作用を与えたときの構造体モデルの表面の各部位の変化の相対的な程度を容易に把握することができる。
【００７４】
また表面データ生成装置２１の表面データ分別部１７は、各多面体要素の各平面の頂点を構成する節点２６に付与された番号の総和を算出する。相互に隣接する２つの多面体要素は、互いに節点２６を共有する平面を有する。この互いに節点２６を共有する平面は、構造体モデル２３の表面に相当せず、構造体モデル２３の内部に位置する。節点２６を共有する平面の節点２６の番号の総和は、互いに等しい。ただし互いに節点２６を共有していなくても平面の頂点を構成する節点の総和が互いに等しい場合があるので、平面を構成する節点２６の番号の総和が等しいからといって、互いに節点２６を共有している平面であるとは判断することができない。したがって節点２６の総和が等しい平面同士は、互いに節点２６を共有し、構造体モデル２３の内部に位置する可能性があると判断することができる。このように節点２６の番号の総和を算出することによって、構造体モデル２３の内部に位置する可能性のある平面を抽出することができる。また少なくとも平面を構成する節点２６の番号の総和が、他の節点２６の総和のいずれとも異なる場合には、節点２６を共有する平面が存在しないので、この平面は、構造体モデル２３の表面に相当する。表面データ分別部１７は、互いに節点２６を共有する可能性のある平面同士の節点２６の番号のみを比較することによって、構造体モデル２３の表面に相当する平面を抽出している。したがって、全ての平面の組合せの平面同士の節点２６の番号を比較する場合に比べて、比較する節点２６の数が少なくなり、構造体モデル２３の表面に相当する平面を抽出するために要する時間を短縮することができる。
【００７５】
本実施の形態の表面データ生成装置２１の表面データソート部１９は、色情報生成部１８から与えられた外表面データを、色テーブルの番号順にソートして表面データを生成したが、外表面データを色テーブルの番号順にソートせずに表面データを生成してもよい。図８は、外表面データをソートせずに生成した表面データを、表面データ出力部２０によって変換したファイルに含まれるデータの構造を示す。
【００７６】
また本実施の形態の表面データ生成装置２１の平面要素生成部１６は、図５に示すステップａ３において多面体要素を三角形または四角形の平面要素に分割するとしたけれども、四角形の平面要素をさらに２つの三角形の平面要素に分割してもよい。これによって全ての外表面を三角形の平面要素によって構成することができ、出力装置１３に三角形の平面によって構成される構造体モデル２３の表面を表示することができる。
【００７７】
また本実施の形態の表面データ生成装置２１は、構造解析によって得られた解析データに基づいて表面データを生成したが、構造解析に限らず熱応力解析などによって得られた形跡データに基づいて表面データを生成してもよい。これによって、熱応力解析の解析データから構造体モデル２３の表面の状態を表す表面データを短時間で生成することができる。
【実施例】
【００７８】
携帯電話機のキャビネットに外力を加えたときのシミュレーション結果に、本発明の表面データ生成方法を適用して表面データを生成した。
【００７９】
図９は、携帯電話機のキャビネット３１を示す斜視図である。キャビネット３１は、キャビネット本体３２と、このキャビネット本体３２の端部から延びるヒンジ部３３とを含んで構成される。キャビネット本体３２は、液晶表示パネルなどを収容する。キャビネット本体３２は、ヒンジ部３３を介してテンキーなどが収容される他のキャビネット本体と開閉可能に接続される。
【００８０】
本実施例では、ヒンジ部３３の移動を拘束した条件で、キャビネット本体３２に外力Ｆを加えたときのキャビネット３１の各部の変位量のシミュレーションを行った。解析に用いた装置は、ＤＥＬＬ社のＤＥＬＬ  ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ（Ｒ）６５０であり、解析に用いたソフトウェアは、ＳＡＳＩＰ社のＡＮＳＹＳ（Ｒ）  Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ（以下、ＡＮＳＹＳという）である。まずＡＮＳＹＳを用いてキャビネット３１を１０個の節点を含む四面体の微小要素で分割した。四面体要素の数は、２１０３９となり、節点の数は、４１６４３となった。分割して生成したキャビネット３１を模擬する構造体モデルを用いて、外力Ｆを加えたときの構造解析を行ない、変形前の構造体モデルの形状を表す情報と、変形後の構造体モデルの形状を表す情報とを解析データとして記憶装置１４に記憶した。
【００８１】
解析データに基づいて、表面データ生成装置２１を用いて外表面データを生成した。外表面データを生成するために要した時間は、１秒未満であった。
【００８２】
比較例として、特許文献１に記載された従来の技術を用いて、解析データから外表面データを生成した。従来の技術では、全ての多面体要素の平面から重複しないように２つの平面を選択し、選択した平面を構成する節点が一致するかを判断することによって、内表面か外表面かを判断する。したがって平面の数をｍ（記号ｍは、自然数を表す）とすると、ｍ個の中から２個を取出す組合せの数（ｍＣ２）だけ平面を構成する節点が一致するか否かを比較する必要が生じる。このように従来の技術では、比較すべき節点の数が本実施の形態の表面データ生成装置２１を用いるよりも多いので、外表面データを生成するために１５２秒を要した。表１０に外表面データを生成した結果を示す。
【００８３】
【表１０】
2007328642.tif 000012
【００８４】
表１０に示すように、実施例では、節点番号を比較する回数は、１，３５９，５３０回であり、比較例では、節点番号を比較する回数は、１，０６９，５５７，５９３回であり、従来の技術の方が、約８００倍も節点番号を比較している。このように実施例では、節点番号を比較する数が比較例に比べて少ないので、外表面データを生成するために要する時間を比較例に比べて大幅に短縮することができた。また本実施例では、外表面データに色情報を付与するのに対して、従来技術では色情報を付与する方法が記載されておらず、色情報を付与することができない。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の一形態の表面データ生成装置２１を表す機能ブロック図である。
【図２】構造体モデル２３を模式的に示す図である。
【図３】第１要素２４を模式的に示す図である。
【図４】第２要素２５を模式的に示す図である。
【図５】平面要素生成部１６が平面要素データを生成する処理を表すフローチャートである。
【図６】表面データ分別部１７が外表面と内表面とを分別する処理を表すフローチャートである。
【図７】表面データ出力部２０が変換したファイルに含まれるデータの構造を示す。
【図８】外表面データをソートせずに生成した表面データを、表面データ出力部２０によって変換したファイルに含まれるデータの構造を示す。
【図９】携帯電話機のキャビネット３１を示す斜視図である。
【図１０】四面体要素を模式的に表す図である。
【図１１】五面体要素を模式的に示す図である。
【図１２】六面体要素を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１２  入力装置
１３  出力装置
１４  記憶装置
１５  解析データ読込み部
１６  平面要素生成部
１７  内表面・外表面データ分別部
１８  色情報生成部
１９  表面データソート部
２０  表面データ出力部
２１  表面データ生成装置
２３  構造体モデル
２４  第１要素
２５  第２要素
２６  節点
【図１】
2007328642.tif 000013
【図２】
2007328642.tif 000014
【図３】
2007328642.tif 000015
【図４】
2007328642.tif 000016
【図５】
2007328642.tif 000017
【図６】
2007328642.tif 000018
【図７】
2007328642.tif 000019
【図８】
2007328642.tif 000020
【図９】
2007328642.tif 000021
【図１０】
2007328642.tif 000022
【図１１】
2007328642.tif 000023
【図１２】
2007328642.tif 000024