(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元ＣＡＤを使用して、製作する部品のソリッドモデルを作成する工程と、
前記ソリッドモデルに対してＣＡＥ解析を行う工程と、
前記ソリッドモデルを元にして部品のテストロット品を製作する工程と、
製作したテストロット品の形状を三次元形状測定する工程と、
前記三次元形状測定に基づいて第２のソリッドモデルを作成する工程と、
前記第２のソリッドモデルに対してＣＡＥ解析を行う工程と、
前記２つのＣＡＥ解析の結果として、該２つのＣＡＥ解析の解析値の差を表示する工程と、
を含む部品の機能品質検査方法。
【請求項２】
前記解析値の差を色の濃淡で表示する、請求項１記載の機能品質検査方法。
【請求項３】
前記ＣＡＥ解析は、強度解析、応力解析、固有値解析である、請求項１記載の機能品質検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品の品質検査手法に関し、より詳細には製作した部品の形状のみならず機能まで検査する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータ技術の飛躍的な発展に伴い、機械設計にはＣＡＥ（Computer Aided Engineering）による解析技術が盛んに使用されている。例えば、本願発明者らによる特開２００２−９２０４２号公報は、ソリッドモデルを利用した製品の開発フローを効率化する製品設計方法を開示している。この方法によれば、設計の段階において詳細形状を盛り込んだソリッドモデルを作成し、このモデルに対してＣＡＥ解析を行い諸機能の検査をするので、ＣＡＥ解析のためだけのラフモデルを三次元ＣＡＤ上に作成する必要が無く、工程の削減につながり、ひいては開発期間の短縮及びコストの低下につなげられるとしている。
【０００３】
また、近年、製作した部品の三次元形状をコンピュータ内部にモデル化するための三次元形状測定装置が登場し、部品の形状検査に大きな成果を上げている。三次元形状測定装置を用いた形状検査手法としては、例えば特開２０００−２３５５９４号公報がある。この発明は、設計寸法値と測定寸法値とを照合して得られる測定寸法値それぞれの合否を視覚的に表示することのできるＣＡＤシステム及び検査方法を提供しており、合否に応じて寸法値の色を変えて表示するので、設計者は簡単に寸法の不具合を発見することができるとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来から三次元形状測定装置とＣＡＤシステムを連係させた形状検査は行われていた。しかし、製作した部品の表面形状が設計通りであっても、製作工程で適切な加工が行われないとその部品に必要な機能が得られないことがある。例えば、自動車部品のトランスミッションケースのように、鋳造品に加工を施して完成する複雑な形状を持つ部品では、軸心や端面の加工時に部品を保持する軸心が傾いてしまうことがある。
【０００５】
このような不具合はテストロット品の製作時点ではわからず、テストロット品を実機に組み立てて行う強度テスト等により初めて発見されるので、再びテストロット品の製作工程から始めなければならず、開発期間の長期化を招いていた。
【０００６】
上記課題に鑑みて、本発明は、テストロット品の形状を三次元データ化し、この三次元データを元にしたソリッドモデルに対してＣＡＥ解析を実行し、設計時のＣＡＥ解析結果と比較することにより、機能の差を容易に捉え、対処方法の推定を容易にすることで開発の短縮化を図る、部品の機能品質検査方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、三次元形状測定装置による測定で得られた部品の三次元形状データをソリッドモデル化し、ＣＡＥ解析により応力値、剛性値、固有値等の設計上必要とされる機能値を検査する方法である。
【０００８】
本発明の一実施形態は、三次元ＣＡＤを使用して、製作する部品のソリッドモデルを作成する工程と、前記ソリッドモデルに対してＣＡＥ解析を行う工程と、前記ソリッドモデルを元にして部品のテストロット品を製作する工程と、製作したテストロット品の形状を三次元形状測定する工程と、前記三次元形状測定に基づいて第２のソリッドモデルを作成する工程と、前記第２のソリッドモデルに対してＣＡＥ解析を行う工程と、前記２つのＣＡＥ解析の結果を比較表示する工程を含む。
【０００９】
この形態によれば、設計時のソリッドモデルとテストロット品の三次元形状データから作成したソリッドモデルのＣＡＥ解析結果を比較表示することで、部品の表面形状のみならず機能品質も評価することができ、高い品質保証が実現する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態である機能品質検査方法の実施に適合したシステムの全体構成である。
【００１１】
三次元形状測定装置１０は、レーザ光を部品１６に照射してその反射光から部品の表面までの距離を計測するラインスキャナ１２と、ラインスキャナ１４の姿勢情報を取り込む姿勢計測器１４と、双方に接続される点群データ作成部１８から構成される。点群データ作成部１８は、ラインスキャナ１２から送られる距離情報と姿勢計測器１４から送られる姿勢情報から、部品１６の表面上の測定点を三次元座標で表す点群データを計算する。三次元形状測定装置１０は、上記のようなレーザ方式でなくプローブを部品に当接して表面形状を計測するものでも良い。
【００１２】
点群データは、不要な点の削除等の処理を行う前処理部２０を経て、サーフェスデータ作成部２２へ送られる。サーフェスデータ作成部２２は、点群データからサーフェスを作成し、三次元ＣＡＤシステム３０へ送る。
【００１３】
ＣＡＤシステム３０は、具体的には中央処理装置、大容量記憶装置、入力装置、ディスプレイ装置等から構成されるが、図１では、フェースデータ作成部２４、ボリューム作成部２６、及びソリッドデータ作成部２８からなる各機能ブロックにより表している。サーフェスデータ作成部２２から送られたサーフェスは、これら各部によって順に処理を施され、ソリッドへと変換されることで、部品１６の三次元モデルが作成される。
【００１４】
ここで、部品の三次元形状測定に基づいてＣＡＥ解析の適用可能なソリッドモデルを作成する方法について、図３のフローチャートを参照して簡単に説明する。なお、この方法については、本願発明者らによる特願２００２−１５０９４５号「三次元モデル作成方法及びシステム」に詳細に記載されている。
【００１５】
まず、三次元形状測定装置１８を用いて、部品の表面形状の測定を行う（Ｓ８０）。本実施形態では、部品１６を塗装するようにラインスキャナ１２を手動で動かして、表面形状の点群データを取得する。この方式は、一方向からレーザ光を部品に照射する方式に比べて、部品の三次元形状をよりよく表現できるという利点がある。部品が大きなものである場合は、姿勢変更が極力少なくなるように効率的な測定姿勢を考えて測定する。
【００１６】
取得された点群データは前処理部２０に送られ、位置合わせ、複数方向からのデータの統合、床面等の不要な点群データの削除といった前処理を施される（Ｓ８１）。
【００１７】
一般に、この点群データは部品が比較的簡単な形状であっても数十万点以上のデータ量となるので、ＣＡＤシステム３０に直接取り込むことができない。そこで、サーフェスデータ作成部２２により、前処理済みの点群データからサーフェスが作成される（Ｓ８２）。点群データからサーフェスを作成するには種々の方法がある。本実施形態では、点群データに含まれているノイズを除去し、計算時間を短縮するために適宜データの間引きを行った後、ポリゴン化を実行する。そして、不良ポリゴンの削除、平滑化、穴埋め、エッジの修正等の修正を施し、ポリゴンの特徴線を抽出し、さらにサーフェスで表現できるように面の構成を整える。そして、それぞれの面に対しグリッドを作成し、グリッドを元にサーフェスを作成する。以上の一連の処理は、既知のサーフェス自動生成ソフトウェアを用いて行うことができる。サーフェスのデータは、ベジエ曲面、ＮＵＲＢＳ曲面等の数学的表現で保持される。
【００１８】
続いて、サーフェスから閉じたフェースを作成する（Ｓ８３）。作成したフェースからボリュームを作成し（Ｓ８４）、ボリュームからソリッドを作成して（Ｓ８５）、ソリッドモデルが作成される。
【００１９】
このように点群データからソリッドモデルを作成するほかに、ユーザは、三次元ＣＡＤシステム３０を対話的に操作することによって、平面図等により設計された部品をソリッドモデル化することもできる。この過程は、任意の方法によって行うことができる。
【００２０】
図１に戻り、ＣＡＥシステム３２は、ＣＡＤシステム３０により作成されたソリッドモデルをメッシュ分割するプリプロセッサと、有限要素法等により解析計算を行うソルバと、計算結果の図表化等の後処理工程を行うポストプロセッサから構成される。当業者には周知のように、ソリッドモデルに対するＣＡＥ解析は、トランスミッションケースのような複雑な形状のモデルについても略自動で行うことができる。ＣＡＥシステム３２は、具体的には中央処理装置、大容量記憶装置、入力装置、ディスプレイ装置等から構成される。これらの構成要素はＣＡＤシステム３０と別個であっても共通であっても良い。
【００２１】
次に図２のフローチャートを参照して、本発明による機能品質検査方法を説明する。
【００２２】
設計者は、まずＣＡＤシステム３０を使用して、製作する部品の設計図面としてソリッドモデル（以下「設計時のソリッドモデル」と呼ぶ）を作成する（Ｓ６０）。続いて、ＣＡＥシステム３２を使用してこのソリッドモデルに対して強度解析、応力解析、固有値解析等のＣＡＥ解析を行う（Ｓ６１）。ＣＡＥ解析の結果、強度や振動特性等について所望の機能を有していることを確認すると、設計時のソリッドモデルを元にして部品の鋳造型として金型を製作し、金型を使用して製作された鋳造品に機械加工を施して、部品のテストロット品を製作する（Ｓ６２）。鋳造型は金型に限らず砂型でも良い。
【００２３】
次に、三次元形状測定装置１０を用いて部品のテストロット品の形状を測定し（Ｓ６３）、ソリッドモデルを作成する（Ｓ６４）。Ｓ６０で作成した設計時のソリッドモデルと区別するために、Ｓ６４で作成したソリッドモデルを以下では「部品ベースのソリッドモデル」と呼ぶ。
【００２４】
この部品ベースのソリッドモデルに対し、ＣＡＥシステム３２を用いて強度解析、応力解析、固有値解析等のＣＡＥ解析を行う（Ｓ６５）。ＣＡＥ解析結果は、ＣＡＥシステム３２のディスプレイ上にステップＳ６１で行ったＣＡＥ解析結果と並べて表示することができる。設計者は、２つの解析結果を比較して、所望の機能が発揮されているかを検査する（Ｓ６６）。
【００２５】
ＣＡＥシステム３２のディスプレイ上に表示されるＣＡＥ解析結果の比較の一例を図４に示す。図４において、上段はトランスミッションケースの設計時（Ｓ６０）のソリッドモデル(a)とそのモデルに対する応力解析（Ｓ６１）の結果(b)であり、下段はそのテストロット品について作成した（Ｓ６４）部品ベースのソリッドモデル(c)とそのモデルに対する応力解析（Ｓ６５）の結果(d)を示している。(b)と(d)はコンター図であり、色の濃淡によって応力の大きさを表現している。
【００２６】
まず設計時のソリッドモデル(a)と部品ベースのソリッドモデル(c)を比較すると、形状に違いはほとんど見られない。それに対し、応力解析結果のコンター図である(b)と(d)を比較すると、濃淡の様子が大きく異なっていることがわかる。これは、加工の際の軸心のずれ等によって、トランスミッションケースの各部における荷重条件が異なってしまったためと考えられ、従って機能検査は不合格となる。このような部品の製作過程から生じる不具合は、従来の部品表面の形状検査のみで把握することは不可能である。
【００２７】
なお、２つのＣＡＥ解析結果を並べて表示する代わりに、部品の同一の位置での解析値の差を色の濃淡で表示するようにしても良い。
【００２８】
以上述べたように、設計時のソリッドモデルと部品ベースのソリッドモデルのＣＡＥ解析結果を比較する機能検査によって、製作過程から生じる不具合等も検査することができる。
【００２９】
図３に戻り、ステップＳ６６の機能検査が不合格の場合、部品製作のプロセス、例えば機械加工の見直しを行い、再度テストロット品の形状の作り込みを行う（Ｓ６２）。そして、再びそのテストロット品の三次元形状を測定し、上述のＣＡＥ解析を実行し、機能検査を行う（Ｓ６３〜Ｓ６６）。このように微細な修正を行った場合でも、再度製作したテストロット品の三次元形状の測定結果からＣＡＥ解析を行うことで、修正による機能の改善の効果を容易に確認できる。
【００３０】
ステップＳ６６の機能検査で所望の機能が得られた場合は、確認テスト用の部品を製作し（Ｓ６７）、この部品を用いて最終的な確認テストを行う（Ｓ６８）。この確認テストは、実機に部品を組み上げた状態での耐久試験であり、長期に亘る信頼性の確認を行うものである。確認テストで問題が無いことが確認された後、本格的な部品製作（量産）が行われる（Ｓ６９）。
【００３１】
本発明の機能品質検査方法によれば、従来は部品を組み立ててからしか行えなかった機能品質検査を中間段階で実行し、テストロット品の修正にフィードバックさせることができる。これは、従来の二次元製図や三次元ＣＡＤシステムを用いた設計とは異なる新しい設計手法であると言える。また、従来の形状検査の代わりに本発明による機能検査を採用することによって、より高度な品質保証が可能になる。
【００３２】
以上本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ＣＡＥ解析は図４に示したような応力解析に限らず、他の任意の解析による機能検査を行うことができる。また、部品の種類についても、ＣＡＤによりソリッドモデルが作成可能であれば限定されない。
【００３３】
【発明の効果】
この形態によれば、設計時のソリッドモデルとテストロット品の三次元形状データから作成したソリッドモデルのＣＡＥ解析結果を比較することで、部品の表面形状のみならず機能品質も評価することができ、高い品質保証が実現される。さらに、各部品を組み立てることなく、部品単位での機能品質検査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の機能品質検査方法の使用に適合したシステムの概略構成図である。
【図２】本発明を利用した部品開発プロセスを示すフローチャートである。
【図３】ソリッドモデル作成方法を説明するフローチャートである。
【図４】ＣＡＥ解析結果の比較の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０        三次元形状測定装置
１６        部品
１８        前処理部
２０        サーフェスデータ作成部
３０        ＣＡＤシステム
３２        ＣＡＥシステム
【図１】
0004007857.tif 000002
【図２】
0004007857.tif 000003
【図３】
0004007857.tif 000004
【図４】
0004007857.tif 000005