JP2000084620A - 曲面の形状比較方法 - Google Patents

曲面の形状比較方法

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JP2000084620A
JP2000084620A JP10257889A JP25788998A JP2000084620A JP 2000084620 A JP2000084620 A JP 2000084620A JP 10257889 A JP10257889 A JP 10257889A JP 25788998 A JP25788998 A JP 25788998A JP 2000084620 A JP2000084620 A JP 2000084620A
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curved surface
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deformation
points
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JP10257889A
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Masayuki Nakai
雅之 中井
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JFE Engineering Corp
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NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工方法や条件に即して曲面の形状の判断を
行うことにより、実際の作業に即した情報を提示できる
曲面の形状の比較方法を提供する。 【解決手段】 比較する2つ以上の曲面の形状を数値化
し、各曲面の数値あるいは各曲面の数値の差について、
成形可能な複数の形状の成分に分離することにより形状
の特性値を算出し、得られた形状の特性値を用いて曲面
の形状の比較を行う曲面の形状比較方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、金属板の曲げ加
工等における加工前後の曲面の形状を比較するための曲
面の形状比較方法に関する。
【0002】
【従来の技術】造船分野等では、鋼板にプレスあるいは
加熱等の熱変形を施して、曲面に成形する曲面成形加工
が行われている。特に、鋼板の一部の領域を加熱し、熱
変形を利用して曲面成形を行う加熱方式は、プレス加工
に比べて曲率等の自由度が大きいので、広くもちいられ
ている。この方式は、以前は人手により行われていた
が、作業に熟練を要することや作業効率等の観点から自
動化が図られている。
【0003】曲面成形加工においては、1回の加工では
最終形状が得られない場合、まず、ある形状に加工して
から、その次の形状に加工することがある。その場合、
2つの曲面の形状を比較して、加工方法を検討すること
になる。
【0004】曲面の形状の比較方法としては、一般的に
は2つの曲面の高さの差の2乗和が用いられる。ここ
で、曲面の高さの差は、代表点あるいはメッシュの交点
上で測定される。あるいは、2つの曲面を2次元フーリ
エ級数に展開して、その係数(フーリエ係数)の差の2
乗和が用いられることもある。
【0005】また、特開平10−58052号公報に
は、線状加熱による板の曲げ加工方法が提案されてい
る。この技術は、代表点の高さを特性値に変換して、線
状加熱の条件を決定する。具体的には、代表点の高さを
ベクトルajで表し、これに変換行列Pijを掛けて特性
値bjを求める。次いで、線状加熱する直線の位置、傾
き等を、この特性値bjの式を用いて決定し、線状加熱
を行う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の曲面の形状
の比較方法は、2つの曲面の数学的な意味での類似性あ
るいは差異を数値化するものである。従って、曲面を成
形するための観点から、即ち成形方法による分類等の観
点から、曲面の比較を行っている訳ではない。従って、
従来技術で類似の曲面と判定されても、必ずしもそれら
の曲面が同じ加工様式で加工可能とは言えない。
【0007】例えば、ロール曲げやプレス曲げでは、円
筒面やU字形状等の直線群からなる曲面しか実現できな
いので、仮に差異の小さい曲面であっても、直線群をも
たない曲面は加工できない。結局従来技術では、2つの
曲面について、一方から他方へ変形するための加工方法
や条件については、経験によるところが大きかったと言
える。
【0008】この発明は、加工方法や条件に即して曲面
の形状の判断を行うことにより、実際の作業に即した情
報を提示できる曲面の形状の比較方法を提供する。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、比較する2
つ以上の曲面の形状を数値化し、各曲面の数値あるいは
各曲面の数値の差について、成形可能な複数の形状の成
分に分離することにより形状の特性値を算出し、得られ
た形状の特性値を用いて曲面の形状の比較を行う曲面の
形状比較方法である。
【0010】この発明では、曲面の形状を表す数値とし
ては、曲面上に代表的な点の位置を複数点決めておき、
それらの点における基準面からの距離(高さ)を用いる
ことができる。これらの複数点の数値の組を以下、形状
ベクトルと呼ぶ。比較する2つ以上の曲面について、形
状ベクトルを測定し、それぞれ、あるいはベクトルの差
について、複数の形状の成分に分離する。
【0011】成形可能な複数の形状というのは、成形す
る方法や道具・手段により変形可能な代表的形状のこと
であり、例えば、曲げ、捩り等の基本的な変形モードと
言うこともできる。変形モードの数は、使用する変形様
式により適宜決定する。ここで、複数の形状の成分に分
離すると言うのは、形状ベクトルをこれらの変形モード
成分に分離することである。これは、変形モード成分を
ベクトルで表示しておくことにより、形状ベクトルとの
内積を求めることで、変形モード成分を抽出できる。
【0012】形状ベクトルが変形モード成分のベクトル
と直交すれば内積は0となり、全く別の形状と判断でき
る。両者が平行であれば内積は最大となり、同一の形状
と判断できる。このようにして、ある曲面の形状が、そ
の形状ベクトルについての内積の値により、どのような
変形モード成分から構成されているか判断できる。
【0013】このように、変形モード成分ごとの内積の
値を、その形状の特性値と考えれば、成形方法の観点か
ら曲面の形状について分類し評価することができる。例
えば、2つの曲面の形状の特性値が近い曲面は、それら
の形状が類似であり、一方から他方へ互いに変形し易い
と言える。また、2つの曲面の形状の特性値の差が、1
つの変形モード成分に収まれば、その変形モードで相互
に変形可能と判断できる。
【0014】なお、代表的形状(変形モード)として
は、互いに独立であることが望ましい。これは、変形モ
ード成分をベクトルで表示した際、これらのベクトルが
直交するように選ぶことができるからである。
【0015】
【発明の実施の形態】曲面の形状の数値化は、代表的な
点における曲面の基準面からの距離をajとし、曲面の形
状を数値ajで表すことによる。この数値ajを、適当な1
次変換により簡単な数値に変換し、njと表す。さらに、
代表的形状(変形モード)iにおける曲面の形状をnij
と表し、このnijをi行j列の成分とする行列Nを作
る。
【0016】任意の曲面Xについて測定された形状xj
に、この行列Nijを左側から掛ける。得られた結果をX
iと表す。 (Xi)=(nij)(xj) (1)
【0017】得られた結果Xi(形状特性ベクトル)
は、形状xjが加工モードiに近い場合、Xiの値が大き
くなり、直交する場合0となる。ここで直交するという
のは、曲面Xを表す形状ベクトル(xj)と加工モードi
による形状ベクトル(nj)が直交すると言うことである。
【0018】特に、各加工モードによる形状ベクトル(n
j)自体を互いに直交するように選んでおけば、形状特性
ベクトルXiの値が曲面Xの基底ベクトルによる展開係
数を表すことになる。
【0019】この形状特性ベクトルを、2つの曲面形状
X,Yについて算出して比較する。曲面形状X,Yの形
状ベクトル(xj),(yj)とすると、 (Xi)=(nij)(xj) (Yi)=(nij)(yj) (2) となる。
【0020】次に、評価量σ(X,Y)を次のように定義
する。 σ(X,Y)=Σi(Xi−Yi)2 (3) ここで、Σiは加工モードiについての総和を表す。例
えば、2つの曲面形状X,X’について、いずれが曲面
形状Yに近いかを判断するには、評価量σ(X,Y)とσ
(X’,Y)を算出し、 σ(X’,Y)<σ(X,Y) (4) であれば、X’の方がXよりYに近いと判断できる。
【0021】なお、以上の議論において、変換行列
(nij)の各行は無次元化あるいは正規化のため、それぞ
れ定数倍してもよい。また、評価量σ(X,Y)の定義式
においては、差の2乗和の代りに、差の絶対値の和でも
よく、数学でノルムと呼ばれるものであればよい。
【0022】また、2つの曲面形状X,Yそれぞれにつ
いて形状特性ベクトルを算出する代りに、双方の曲面形
状の差を先に算出してから変換行列(nij)で変換しても
よい。その場合、形状ベクトルの差をzjと表すと、曲
面形状X,Yの形状ベクトル(xj),(yj)により次のよ
うに表される。 zj=xj−yj (5)
【0023】この形状ベクトルの差について、形状特性
ベクトルを考えると次のようになる。 (Zi)=(nij)(zj) σ=Σii 2 (6)
【0024】同様に、曲面形状X’についても、曲面形
状Yとの差(z'j)から形状特性ベクトルを考える。 (Z'i)=(nij)(z'j) σ’=Σii 2 (7) ここで、σ’<σであれば、X’の方がXよりYに近い
と判断できる。
【0025】なお、このように曲面形状の差の変換結果
(Zi)について、各モード成分Ziを見ることにより、ど
の変形モードを用いるのがよいかがわかる。
【0026】
【実施例】次に、曲面上の代表的な点として、長方形の
4つの頂点、4辺の中点、中央の計9点をとった場合の
1例を説明する。ここで、数値化する点の数を増やせ
ば、複雑な形状を数値化することが可能であるが、その
後の計算処理も複雑となる。これら9点でも、2次曲面
等の単純な形状であれば、曲面の形状を数値化するには
十分である。
【0027】上記の曲面の形状を数値化する点(測定
点)を、図1に示す。図中の数字はこれらの点の番号j
を示す。曲面の形状としては、定盤等の基準面からの距
離を用いる。これらの点における曲面の基準面からの距
離を、aj:a1〜a9とする。代表的形状(変形モード)の
例としては、図2に示すような5つの変形モードを用い
て説明する。
【0028】ここで、各変形モードについて説明する
と、モード1はX軸方向の曲げ変形、モード2はY軸方
向の曲げ変形、モード3は対角線方向の曲げ変形(ねじ
れ)、モード4はX軸方向の傾き、モード5はY軸方向
の傾きをそれぞれ表している。実用上用いられる形状
は、これらの特性値でほぼ表現できるので、曲面の形状
を数値化することが可能である。
【0029】まず、これらの変形モードによる曲面の形
状の数値a1〜a9を、適当な1次変換により簡単な数値に
変換し、n1〜n9と表す。例えば、変形モード1〜5(i=
1〜5)に対して、 (nj)=(1, -2, 1, 1, -2, 1, 1, -2, 1),i=1 (nj)=(1, 1, 1, -2, -2, -2, 1, 1, 1),i=2 (nj)=(1, 0, -1, 0, 0, 0, -1, 0, 1),i=3 (nj)=(-1, 0, 1, -1, 0, 1, -1, 0, 1),i=4 (nj)=(-1, -1, -1, 0, 0, 0, 1, 1, 1),i=5 (8) とする。なお、この例では、(nj)は互いに直交してい
る。
【0030】これらの(nj)を行とする行列(nij)が、変
換行列となり、行列を書き下すと、次のようになる。
【0031】
【数1】
【0032】形状比較の例として、次の3つの形状X,
X’,Yを考える。これらは、それぞれ、中央部が凸の
形状、モード1に属する形状、平板であり、代表点での
高さは次のようになる。 X: (0, 0, 0, 0,√6, 0, 0, 0, 0) 中央部が凸 X’: (1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1) モード1 Y: (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0) 平板
【0033】これらに数1の変換行列(nij)を掛けて、
式(2)を用いて形状特性ベクトルを求めると、 (Xi)=(-2√6, -2√6, 0, 0, 0) (X’i)=(6, 0, 0, 0, 0) (Yi)=(0, 0, 0, 0, 0) となる。
【0034】これらの形状特性ベクトルを用いて、式
(3)を用いて評価量σ(X,Y)を算出すると、 σ(X,Y)=48, σ(X’,Y)=36 となり、X’の方がXよりYに近いと判断できる。従来
の方法である高さの差の2乗和を比較すると、XとY、
X’とYではいずれも6となり、差が無いことになる。
【0035】また、形状特性ベクトルの成分(変形モー
ドの成分i)を見ると、形状Xは第1および第2成分が
0でないので、形状Y(平板)から成形するには、モー
ド1およびモード2の2つの変形モードが必要であるこ
とがわかる。同様に、形状X’は第1成分のみが0でな
いので、成形するにはモード1のみでよいことがわか
る。
【0036】
【発明の効果】この発明では、曲面の形状を数値化しそ
れを複数の特性値に変換することにより、曲面形状の比
較を容易に行うことが可能となる。従って、この発明
は、加工方法や条件に即して曲面の形状の判断ができる
ので、実際の作業に即した情報を提示できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】曲面の形状を数値化する点(測定点)の位置を
示す図である。
【図2】変形モードによる曲面の形状を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 比較する2つ以上の曲面の形状を数値化
    し、各曲面の数値あるいは各曲面の数値の差について、
    成形可能な複数の形状の成分に分離することにより形状
    の特性値を算出し、得られた形状の特性値を用いて曲面
    の形状の比較を行う曲面の形状比較方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7301647B2 (en) 2002-01-31 2007-11-27 Fujitsu Limited Method for regulating shape of floatation surface of slider floating above record carrier
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