(57)【要約】      （修正有）【課題】溶接による変形量を加味して組立品の形状を予測できるシミュレーション方法を提供する。【解決手段】複数のパネルを溶接接合してパネルサブアッセンブリーにする際のパネルサブアッセンブリーの形状を予測するシミュレーション方法であって、複数のパネルの実際の部品形状を算出しＳ１１０、複数のパネルの実際の形状から自重による変形分を除去した部品形状を算出しＳ１２０、複数のパネルをパネルサブアッセンブリーとする際に、複数のパネルを治具に拘束した場合の、複数のパネルの部品形状を算出しＳ１３０、複数のパネルをパネルサブアッセンブリーとして溶接接合した場合の、パネルサブアッセンブリーの形状を算出しＳ１４０、パネルサブアッセンブリーを治具から開放した場合の、パネルサブアッセンブリーの形状を算出するＳ１５０。【選択図】図２
2016024741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の部品を溶接接合して組立品にする際の該組立品の形状を予測するシミュレーション装置であって、
前記それぞれの部品の実際の形状を算出する部品形状算出手段と、
前記それぞれの部品の実際の形状から自重による変形分を除去した形状を算出する重力除去算出手段と、
前記それぞれの部品を前記組立品とする際に、前記それぞれの部品を治具に拘束した場合の、前記それぞれ部品の形状を算出する拘束状態算出手段と、
前記それぞれの部品を前記組立品として溶接接合した場合の、前記組立品の形状を算出する溶接変形算出手段と、
前記組立品を前記治具から開放した場合の、前記組立品の形状を算出する開放状態算出手段と、
を具備する、
シミュレーション装置。
【請求項２】
複数の部品を溶接接合して組立品にする際の該組立品の形状を予測するシミュレーション方法であって、
前記それぞれの部品の実際の形状を算出し、
前記それぞれの部品の実際の形状から自重による変形分を除去した形状を算出し、
前記それぞれの部品を前記組立品とする際に、前記それぞれの部品を治具に拘束した場合の、前記それぞれ部品の形状を算出し、
前記それぞれの部品を前記組立品として溶接接合した場合の、前記組立品の形状を算出し、
前記組立品を前記治具から開放した場合の、前記組立品の形状を算出する、
シミュレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シミュレーション装置及びシミュレーション方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
シミュレーション方法とは、何らかのシステムの挙動をコンピュータ等などによって模擬する方法として公知である。例えば、有限要素法解析モデルは、複数の部品からなる組立品の形状を予測する際のシミュレーション方法として使用されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
例えば自動車の製造工程において、サイドドアの組立品は、複数のパネルを溶接接合して組み立てられる。しかし、溶接時には溶接変形が生じるため、単にパネルの形状を表した図面のみから有限要素法解析モデルを用いて組立品の形状を予測することは困難である。
【０００４】
現状では、サイドドアの組立品の形状を予測する際には、実際にパネルを溶接し、溶接による変形量を測定又は解析している。そこで、溶接による変形量を加味して組立品の形状を予測できるシミュレーション方法が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０５８５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は、溶接による変形量を加味して組立品の形状を予測できるシミュレーション装置及びシミュレーション方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、複数の部品を溶接接合して組立品にする際の該組立品の形状を予測するシミュレーション装置であって、前記それぞれの部品の実際の形状を算出する部品形状算出手段と、前記それぞれの部品の実際の形状から自重による変形分を除去した形状を算出する重力除去算出手段と、前記それぞれの部品を前記組立品とする際に、前記それぞれの部品を治具に拘束した場合の、前記それぞれ部品の形状を算出する拘束状態算出手段と、前記それぞれの部品を前記組立品として溶接接合した場合の、前記組立品の形状を算出する溶接変形算出手段と、前記組立品を前記治具から開放した場合の、前記組立品の形状を算出する開放状態算出手段と、を具備するものである。
【０００９】
請求項２においては、複数の部品を溶接接合して組立品にする際の該組立品の形状を予測するシミュレーション方法であって、前記それぞれの部品の実際の形状を算出し、前記それぞれの部品の実際の形状から自重による変形分を除去した形状を算出し、前記それぞれの部品を前記組立品とする際に、前記それぞれの部品を治具に拘束した場合の、前記それぞれ部品の形状を算出し、前記それぞれの部品を前記組立品として溶接接合した場合の、前記組立品の形状を算出し、前記組立品を前記治具から開放した場合の、前記組立品の形状を算出するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のシミュレーション装置及びシミュレーション方法によれば、溶接による変形量を加味して組立品の形状を予測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】シミュレーション装置の構成を示すブロック図。
【図２】シミュレーション工程の流れを示すフロー図。
【図３】部品形状算出工程の流れを示す模式図。
【図４】重力除去算出工程の流れを示す模式図。
【図５】拘束状態算出工程の流れを示す模式図。
【図６】溶接変形算出工程の流れを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を用いて、シミュレーション装置１００について説明する。
なお、図１では、シミュレーション装置１００の構成をブロック図によって模式的に表している。
【００１３】
シミュレーション装置１００は、本発明のシミュレーション装置に係る実施形態である。シミュレーション装置１００は、複数の部品を溶接接合して組立品にする際の組立品の形状を予測する装置である。シミュレーション装置１００は、コンピュータ（計算機）５０と、３次元計測装置６０と、を具備している。
【００１４】
本実施形態では、説明を分かり易くするため、複数の部品をパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３とし、溶接接合による組立品を、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３を互いに溶接接合することにより得られたパネルサブアッセンブリーＷｓとする。
【００１５】
コンピュータ５０は、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の形状、或いは、パネルサブアッセンブリーＷｓの形状を有限要素法解析モデルデータとして入力し、記憶し、演算し、演算結果を出力し、演算結果に基づいて周辺装置を機能させるものである。３次元計測装置６０は、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の３次元形状を計測するものである。
【００１６】
シミュレーション装置１００のコンピュータ５０は、部品形状算出手段と、重力除去算出手段と、拘束状態算出手段と、溶接変形算出手段と、開放状態算出手段と、しての機能を有している。
【００１７】
コンピュータ５０は、部品形状算出手段として、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の重力下における実際の形状を算出する機能を有している。
【００１８】
コンピュータ５０は、重力除去算出手段として、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の前記重力下における実際の形状から、自重による変形分を除去した形状を算出する機能を有している。
【００１９】
コンピュータ５０は、拘束状態算出手段として、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３を溶接してパネルサブアッセンブリーＷｓとする際に、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３を溶接治具に拘束した場合のパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の形状を算出する機能を有している。
【００２０】
コンピュータ５０は、溶接変形算出手段として、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３をパネルサブアッセンブリーＷｓとして溶接接合した場合の、溶接治具に拘束された状態のパネルサブアッセンブリーＷｓの形状を算出する機能を有している。
【００２１】
コンピュータ５０は、開放状態算出手段として、パネルサブアッセンブリーＷｓを溶接治具から開放した場合のパネルサブアッセンブリーＷｓの形状を算出する機能を有している。
【００２２】
図２を用いて、シミュレーション工程Ｓ１００について説明する。
なお、図２では、シミュレーション工程Ｓ１００の流れをフローチャートによって表している。
【００２３】
シミュレーション工程Ｓ１００は、本発明のシミュレーション方法に係る実施形態である。シミュレーション工程Ｓ１００は、シミュレーション装置１００を用いて、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３を溶接接合してパネルサブアッセンブリーＷｓにする際のパネルサブアッセンブリーＷｓの形状を予測する工程である。
【００２４】
シミュレーション工程Ｓ１００は、部品形状算出工程Ｓ１１０と、重力除去算出工程Ｓ１２０と、拘束状態算出工程Ｓ１３０と、溶接変形算出工程Ｓ１４０と、開放状態算出工程Ｓ１５０と、を具備している。
【００２５】
部品形状算出工程Ｓ１１０は、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の重力下における実際の形状を算出する工程である。
【００２６】
重力除去算出工程Ｓ１２０は、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の前記重力下における実際の形状から、自重による変形分を除去した形状を算出する工程である。
【００２７】
拘束状態算出工程Ｓ１３０は、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３を溶接してパネルサブアッセンブリーＷｓとする際に、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３を溶接治具に拘束した場合のパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の形状を算出する工程である。
【００２８】
溶接変形算出工程Ｓ１４０は、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３をパネルサブアッセンブリーＷｓとして溶接接合した場合の、溶接治具に拘束された状態の溶接後のパネルサブアッセンブリーＷｓの形状を算出する工程である。
【００２９】
開放状態算出工程Ｓ１５０は、パネルサブアッセンブリーＷｓを溶接治具から開放した場合のパネルサブアッセンブリーＷｓの形状を算出する工程である。
【００３０】
図３を用いて、部品形状算出工程Ｓ１１０の流れについて説明する。
なお、図３では、部品形状算出工程Ｓ１１０の流れを模式的に表している。
【００３１】
部品形状算出工程Ｓ１１０では、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の形状を示した図面、及び３次元計測装置６０により計測したパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の３次元形状に基づいて、重力下におけるパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の実際の形状を算出する。これにより、プレス加工又は製品公差を加味したパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の形状を算出することができる。
【００３２】
具体的には、まず、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の正寸メッシュをコンピュータ５０に入力する。なお、正寸メッシュとは、それぞれの形状を示した図面から得られるパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の形状のメッシュである。また、メッシュとは、３次元形状を有限要素法解析モデルデータとして表現した解析に必要なモデル（分割した要素）である。
【００３３】
次に、３次元計測装置６０によって、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の３次元形状を計測し、計測したパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の実測点群をコンピュータ５０に入力する。なお、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３は、それぞれ、受け部１２０・・１２０によって複数箇所を支持された状態で、３次元計測装置６０によって形状が計測されるものとする（図４（Ａ）参照）。
【００３４】
次に、図３に示すように、入力されたパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の実測点群（図３において「×」で示す点群）に沿うように、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の正寸メッシュの各節点（図３において「○」で示す点）を移動して、実形状メッシュを作成する。このようにして得られた実形状メッシュを、重力下におけるパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の実際の形状として用いる。
【００３５】
図４を用いて、重力除去算出工程Ｓ１２０の流れについて説明する。
なお、図４では、重力除去算出工程Ｓ１２０の流れを模式的に表している。
【００３６】
重力除去算出工程Ｓ１２０では、部品形状算出工程Ｓ１１０にて作成された実形状メッシュについて、自重による変形分を除去した状態の形状を算出する。
【００３７】
図４（Ａ）に示すように、重力除去算出工程Ｓ１２０では、例えばパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３がそれぞれ部品形状算出工程Ｓ１１０と同様に受け部１２０・・・によって支持されているものとする。このとき、例えばパネルＷ１には、受け部１２０・・・から自重による反力Ｒ１が作用している。
【００３８】
図４（Ｂ）に示すように、重力除去算出工程Ｓ１２０では、パネルＷ１における受け部１２０・・・により支持された部分に、受け部１２０からの反力Ｒ１の方向とは逆向きに反力Ｒ１を作用させて、無重力状態と仮想し、パネルＷ１に作用する力がつり合う形状を計算してメッシュを作成する。このようにして作成したメッシュを、自重による変形分を除去した状態の形状として用いる。なお、パネルＷ２、Ｗ３についても同様とする。
【００３９】
図５を用いて、拘束状態算出工程Ｓ１３０の流れについて説明する。
なお、図５では、拘束状態算出工程Ｓ１３０の流れを模式的に表している。
【００４０】
拘束状態算出工程Ｓ１３０では、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３を溶接してパネルサブアッセンブリーＷｓとする際に、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３を溶接治具により拘束した場合のパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の形状を算出する。拘束状態算出工程Ｓ１３０では、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３が溶接前のパネルサブアッセンブリーＷｓとしてクランプ１３１・・１３１に把持されるとともに、受け部１３２・１３２に下方から支持されているものと仮想する。
【００４１】
このとき、溶接前のパネルサブアッセンブリーＷｓのクランプ１３１・・１３１に把持されている部分は、上下の両方向（表裏側）の変位が拘束されていると仮想して、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３に作用する力のつり合い位置を計算して、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３に作用する力がつり合った状態となるパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の形状のメッシュを作成する。
【００４２】
また、溶接前のパネルサブアッセンブリーＷｓの受け部１３２・１３２に支持されている部分は、上下の一方向（裏側）の変位が拘束されていると仮想して、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３に作用する力のつり合い位置を計算して、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３に作用する力がつり合った状態となるパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の形状のメッシュを作成する。
【００４３】
図６を用いて、溶接変形算出工程Ｓ１４０の流れについて説明する。
なお、図６では、溶接変形算出工程Ｓ１４０の流れを模式的に表している。
【００４４】
溶接変形算出工程Ｓ１４０では、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３をパネルサブアッセンブリーＷｓとして溶接接合した後のパネルサブアッセンブリーＷｓの形状を算出する。なお、本実施形態では、溶接ガンを用いてスポット溶接によってパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３を互いに接合するものと仮想する。
【００４５】
図６（Ａ）に示すように、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３をパネルサブアッセンブリーＷｓとして溶接接合する際には、まず、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３を互いに間隙を設けて重ね合せる。なお、以下では、説明を分かり易くするため、要素からなるパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３を薄板として表している。
【００４６】
図６（Ｂ）に示すように、次に、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の打点部に、溶接ガンによるパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３に対する押圧力である強制力を加えるものと仮想する。具体的には、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３に対して一方向（図６（Ｂ）においてはパネルＷ１側）から強制力Ｆを作用させ、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３を互いの間隙が０となるように溶接ガンの固定側（図６（Ｂ）においてはパネルＷ３側）に寄せる。
【００４７】
この場合、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３は強制力Ｆが作用することにより変形するが、この変形に伴ってパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３に作用する力がつり合った状態となるパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の形状のメッシュを作成する。
【００４８】
図６（Ｃ）に示すように、次に、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の打点部にて溶接ガンによる通電を行い、前記打点部におけるパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３を互いに溶接して結合させて、パネルサブアッセンブリーＷｓを構成するものと仮想する。
【００４９】
そして、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の打点部を剛体（図中濃網掛け部分）として、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３に作用する力がつり合った状態となるパネルサブアッセンブリーＷｓの形状（具体的にはパネルサブアッセンブリーＷｓを構成するパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の形状）のメッシュを作成する。なお、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の変形箇所における降伏領域を超えた領域は、塑性変形したものとして扱うものとする。
【００５０】
図６（Ｄ）に示すように、次に、パネルサブアッセンブリーＷｓを構成するパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の打点部に作用させた溶接ガンによる強制力Ｆを除去するものと仮想する。
【００５１】
具体的には、前記打点部を剛体としたままで、一方向からの強制力Ｆを除去した際の、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３に作用する力がつり合った状態となるパネルサブアッセンブリーＷｓの形状（具体的にはパネルサブアッセンブリーＷｓを構成するパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の形状）のメッシュを作成する。
【００５２】
開放状態算出工程Ｓ１５０の流れについて説明する。
開放状態算出工程Ｓ１５０では、パネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３が溶接接合されたパネルサブアッセンブリーＷｓを溶接治具から開放した場合のパネルサブアッセンブリーＷｓの形状を算出する。
【００５３】
具体的には、拘束状態算出工程Ｓ１３０にて拘束したパネルサブアッセンブリーＷｓの拘束状態を解除し、パネルサブアッセンブリーＷｓに作用する力がつり合がつり合った状態となるパネルサブアッセンブリーＷｓの形状（具体的にはパネルサブアッセンブリーＷｓを構成するパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の形状）のメッシュを作成する。
【００５４】
シミュレーション装置１００及びシミュレーション工程Ｓ１００の効果について説明する。
シミュレーション装置１００及びシミュレーション工程Ｓ１００によれば、溶接によるパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３の変形量を加味してパネルサブアッセンブリーＷｓの形状を予測できる。
【００５５】
なお、本実施形態のシミュレーション工程Ｓ１００の開放状態算出工程Ｓ１５０にて形状が算出されたパネルサブアッセンブリーＷｓのパネルＷ１、Ｗ２、Ｗ３に内在する残留応力を求め、求めた残留応力を、例えばパネルサブアッセンブリーＷｓに他のパネルを溶接する次の溶接工程において、パネルサブアッセンブリーＷｓと他のパネルとを溶接して構成される組立品の形状をシミュレーションする場合に利用できる。
【符号の説明】
【００５６】
５０        コンピュータ
６０        ３次元計測装置
１００      シミュレーション装置
１２０      受け部
１３１      クランプ
１３２      受け部
Ｓ１００    シミュレーション工程
Ｓ１１０    部品形状算出工程
Ｓ１２０    重力除去算出工程
Ｓ１３０    拘束状態算出工程
Ｓ１４０    溶接変形算出工程
Ｓ１５０    開放状態算出工程
Ｗ１        パネル
Ｗ２        パネル
Ｗ３        パネル
Ｗｓ        パネルサブアッセンブリー
【図１】
2016024741.tif 000003
【図２】
2016024741.tif 000004
【図３】
2016024741.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2016024741.tif 000008