JP2000122996A - ワーク成形面の形状不良評価方法 - Google Patents
ワーク成形面の形状不良評価方法Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/30—Computing systems specially adapted for manufacturing
Landscapes
- Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 成形シミュレーションや実測により得られた
ワーク形状データから皺や面歪等の形状不良を客観的か
つ定量的に表示すること。 【解決手段】 成形プロセスにおける成形面の形状不良
評価方法において、成形すべき目標である規準形状デー
タを与え、成形プロセスの数値解析シミュレーションに
より、予測される成形後のワーク成形面に関するワーク
形状データを求め、前記規準形状データから参照点を選
択し、前記参照点に対応した前記ワーク形状データ上の
目標点を求め、前記目標点の参照点からの逸脱量を求
め、前記逸脱量の変化率を求めることにより、成形面の
形状不良を評価する。
ワーク形状データから皺や面歪等の形状不良を客観的か
つ定量的に表示すること。 【解決手段】 成形プロセスにおける成形面の形状不良
評価方法において、成形すべき目標である規準形状デー
タを与え、成形プロセスの数値解析シミュレーションに
より、予測される成形後のワーク成形面に関するワーク
形状データを求め、前記規準形状データから参照点を選
択し、前記参照点に対応した前記ワーク形状データ上の
目標点を求め、前記目標点の参照点からの逸脱量を求
め、前記逸脱量の変化率を求めることにより、成形面の
形状不良を評価する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属薄板のプレス
成形を有限要素法によりシミュレーションし、この形状
データから、皺や面歪等の形状不良を定量的に評価する
形状不良評価方法に関する。
成形を有限要素法によりシミュレーションし、この形状
データから、皺や面歪等の形状不良を定量的に評価する
形状不良評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、成形シミュレーションの結果得ら
れるデータは製品の最終形状、応力分布、歪み分布など
のであり、例えば、破断の危険性は各部位の歪み状態と
成形限界線図（ＦＬＤ）との位置関係を比較することで
評価される。或いは、成形による板厚の減少を破断の危
険性と直接的に結びつけ、板厚分布または板厚歪み分布
を表す等値線図を用いて破断の危険性を評価することも
行われている。この方法は、破断危険部位と、そこでの
破断危険性が定量的に示されるとの長所を有している。
れるデータは製品の最終形状、応力分布、歪み分布など
のであり、例えば、破断の危険性は各部位の歪み状態と
成形限界線図（ＦＬＤ）との位置関係を比較することで
評価される。或いは、成形による板厚の減少を破断の危
険性と直接的に結びつけ、板厚分布または板厚歪み分布
を表す等値線図を用いて破断の危険性を評価することも
行われている。この方法は、破断危険部位と、そこでの
破断危険性が定量的に示されるとの長所を有している。
【０００３】一方、皺や面歪等の形状不具合に起因する
形状不良に対しては、例えば、特開平８−３３９３９６
号公報では、皺に対しても破断と同様に皺限界製図を用
いて局所的な応力状態から皺の危険性を判断している
が、実際の皺発生は周辺の応力分布に影響されるため、
この方法では皺の予測精度が低くなる。一般的には３次
元形状の製品表示物にポスト処理で陰影処理を施し、熟
練した作業者が目視により判断する方法が採られてい
る。
形状不良に対しては、例えば、特開平８−３３９３９６
号公報では、皺に対しても破断と同様に皺限界製図を用
いて局所的な応力状態から皺の危険性を判断している
が、実際の皺発生は周辺の応力分布に影響されるため、
この方法では皺の予測精度が低くなる。一般的には３次
元形状の製品表示物にポスト処理で陰影処理を施し、熟
練した作業者が目視により判断する方法が採られてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の陰影処理による
形状不良の評価では、３次元形状の製品に対する陰影が
光源の位置、製品の向きにより左右されるため、一般性
のある定量的評価となりがたい。また、陰影の強弱を作
業者が目視により判断するため客観的な評価は困難であ
った。より定量的かつ客観的な評価を行うには形状不良
の程度を定量化する必要がある。そうした方法として断
面の曲線の１次微分係数（急峻度）や、２次微分係数を
用いる方法も提案されているが、製品の形状が３次元で
あるため断面の選択の仕方が複数存在し、その選択に応
じて不具合の程度が一意的に定まらないとの問題があ
る。
形状不良の評価では、３次元形状の製品に対する陰影が
光源の位置、製品の向きにより左右されるため、一般性
のある定量的評価となりがたい。また、陰影の強弱を作
業者が目視により判断するため客観的な評価は困難であ
った。より定量的かつ客観的な評価を行うには形状不良
の程度を定量化する必要がある。そうした方法として断
面の曲線の１次微分係数（急峻度）や、２次微分係数を
用いる方法も提案されているが、製品の形状が３次元で
あるため断面の選択の仕方が複数存在し、その選択に応
じて不具合の程度が一意的に定まらないとの問題があ
る。
【０００５】その他の方法として、製品のある領域と取
り出し、その金型面への投影面積と製品上の実面積を比
較する方法も提案されているが、皺や面歪の形態が同じ
でも、抽出する領域の大きさに応じて評価が一意的に定
まらない。すなわち、従来の方法では複雑な３次元形状
に対して形状不具合を客観的定量的に表すことが困難で
あった。
り出し、その金型面への投影面積と製品上の実面積を比
較する方法も提案されているが、皺や面歪の形態が同じ
でも、抽出する領域の大きさに応じて評価が一意的に定
まらない。すなわち、従来の方法では複雑な３次元形状
に対して形状不具合を客観的定量的に表すことが困難で
あった。
【０００６】本発明は既述した従来技術の問題を解決す
ることを技術課題としており、成形シミュレーションに
より得られた製品形状データから皺や面歪等の複雑な３
次元形状の形状不良を客観的定量的に表示可能な形状不
良評価方法を提供することを目的としている。
ることを技術課題としており、成形シミュレーションに
より得られた製品形状データから皺や面歪等の複雑な３
次元形状の形状不良を客観的定量的に表示可能な形状不
良評価方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、成形プロセス
における成形面の形状不良評価方法において、成形すべ
き目標である規準形状データを与え、成形プロセスの数
値解析シミュレーションにより、予測される成形後のワ
ーク成形面に関するワーク形状データを求め、前記規準
形状データから参照点を選択し、前記参照点に対応した
前記ワーク形状データ上の目標点を求め、前記目標点の
参照点からの逸脱量を求め、前記逸脱量の変化率を求め
ることにより、成形面の形状不良を評価する方法を要旨
とする。
における成形面の形状不良評価方法において、成形すべ
き目標である規準形状データを与え、成形プロセスの数
値解析シミュレーションにより、予測される成形後のワ
ーク成形面に関するワーク形状データを求め、前記規準
形状データから参照点を選択し、前記参照点に対応した
前記ワーク形状データ上の目標点を求め、前記目標点の
参照点からの逸脱量を求め、前記逸脱量の変化率を求め
ることにより、成形面の形状不良を評価する方法を要旨
とする。
【０００８】本発明の他の特徴によれば、成形プロセス
における成形面の形状不良評価方法において、成形すべ
き目標である規準形状を与え、成形プロセスを実際に行
い、成形プロセスにより得られた成形面を測定すること
によりワーク形状データを求め、前記規準形状データか
ら参照点を選択し、前記参照点に対応した前記ワーク形
状データ上の目標点を求め、前記目標点の参照点からの
逸脱量を求め、前記逸脱量の変化率を求めることによ
り、成形面の形状不良を評価する方法が提供される。
における成形面の形状不良評価方法において、成形すべ
き目標である規準形状を与え、成形プロセスを実際に行
い、成形プロセスにより得られた成形面を測定すること
によりワーク形状データを求め、前記規準形状データか
ら参照点を選択し、前記参照点に対応した前記ワーク形
状データ上の目標点を求め、前記目標点の参照点からの
逸脱量を求め、前記逸脱量の変化率を求めることによ
り、成形面の形状不良を評価する方法が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】添付図面を参照して本発明の好ま
しい実施形態を説明する。なお、以下の記載では、一例
としてプレス成形に本発明を適用する場合について説明
するが、本発明はこれに限定されず、ワーク表面をある
基準面に一致させる成形プロセス、例えば、以下に説明
するプレス成形の他、ブロー成形やインジェクション成
形、モールド成形などの鋳造プロセスにも適用すること
ができる。更には、板材や配管を折り曲げるような成形
プロセスにも適用可能である。
しい実施形態を説明する。なお、以下の記載では、一例
としてプレス成形に本発明を適用する場合について説明
するが、本発明はこれに限定されず、ワーク表面をある
基準面に一致させる成形プロセス、例えば、以下に説明
するプレス成形の他、ブロー成形やインジェクション成
形、モールド成形などの鋳造プロセスにも適用すること
ができる。更には、板材や配管を折り曲げるような成形
プロセスにも適用可能である。
【００１０】先ず図２を参照すると、基準面が二点鎖線
にて、ワーク成形面が実線にて図示されている。基準面
は、板材のプレス成形や鋳造などの成形プロセスにより
ワークを成形すべき目標となる仮想上の面であり、例え
ば設計上のワーク表面または理想的に成形された場合の
ワークの表面である。本明細書では、基準面の形状を基
準形状と称する。これに対して、ワーク成形面は、有限
要素法等の数値解析方法による成形プロセスをシミュレ
ーションして得られたワークの成形面、または、試作品
として実際に成形されたワークの表面を実測して得られ
たワークの表面である。本明細書ではワーク成形面の形
状をワーク形状と称する。
にて、ワーク成形面が実線にて図示されている。基準面
は、板材のプレス成形や鋳造などの成形プロセスにより
ワークを成形すべき目標となる仮想上の面であり、例え
ば設計上のワーク表面または理想的に成形された場合の
ワークの表面である。本明細書では、基準面の形状を基
準形状と称する。これに対して、ワーク成形面は、有限
要素法等の数値解析方法による成形プロセスをシミュレ
ーションして得られたワークの成形面、または、試作品
として実際に成形されたワークの表面を実測して得られ
たワークの表面である。本明細書ではワーク成形面の形
状をワーク形状と称する。
【００１１】更に図２には、プレス成形におけるワーク
成形面の不具合の典型例として、成形面に発生する
「皺」（図２（ａ）においてＡで示す領域）と、「面
歪」（図２（ｂ）においてＢで示す領域）が示されてい
る。一般的に、ワーク成形面の不具合としての皺と面歪
は、皺は基準面からの逸脱量δが比較的大きく急激に生
じる領域であり、面歪は比較的小さく緩やかに生じる領
域と考えるられる。但し、ワーク成形面の比較的広い領
域が、基準面から全体的に緩やかに逸脱し、かつ、逸脱
量も微小な場合には、この領域は不具合と判定されない
場合がある。つまり、例えば、自動車用の薄板鋼板のプ
レス成形品など、ワークの使用目的によってはワーク成
形面の成形精度そのものよりも、むしろ見た目の仕上が
りが重視されるのである。そのために、逸脱量δが同じ
大きさであっても、δが急激に変化している領域は皺で
あったり、δが緩やかに変化している領域は面歪であっ
たり、或いは、実際には不具合ではなかったりするの
で、単にワーク成形面の基準面からの逸脱量δを求めも
不具合を判断することができない。
成形面の不具合の典型例として、成形面に発生する
「皺」（図２（ａ）においてＡで示す領域）と、「面
歪」（図２（ｂ）においてＢで示す領域）が示されてい
る。一般的に、ワーク成形面の不具合としての皺と面歪
は、皺は基準面からの逸脱量δが比較的大きく急激に生
じる領域であり、面歪は比較的小さく緩やかに生じる領
域と考えるられる。但し、ワーク成形面の比較的広い領
域が、基準面から全体的に緩やかに逸脱し、かつ、逸脱
量も微小な場合には、この領域は不具合と判定されない
場合がある。つまり、例えば、自動車用の薄板鋼板のプ
レス成形品など、ワークの使用目的によってはワーク成
形面の成形精度そのものよりも、むしろ見た目の仕上が
りが重視されるのである。そのために、逸脱量δが同じ
大きさであっても、δが急激に変化している領域は皺で
あったり、δが緩やかに変化している領域は面歪であっ
たり、或いは、実際には不具合ではなかったりするの
で、単にワーク成形面の基準面からの逸脱量δを求めも
不具合を判断することができない。
【００１２】既述したように、ワーク成形面の皺は逸脱
量δが比較的急激に変化している領域であり、面歪は比
較的緩やかに変化している領域である。逸脱量δが、更
に緩やかに変化している場合には不具合とはならない。
従って、逸脱量δの変化率またはδの一次微分を求める
ことにより、形状不良を判定することが可能となる。
量δが比較的急激に変化している領域であり、面歪は比
較的緩やかに変化している領域である。逸脱量δが、更
に緩やかに変化している場合には不具合とはならない。
従って、逸脱量δの変化率またはδの一次微分を求める
ことにより、形状不良を判定することが可能となる。
【００１３】そこで、本発明では、この逸脱量δの変化
率を不具合判定のパラメータとし、逸脱量δの変化率を
求めることにより成形面の形状不良を判定する。然しな
がら、逸脱量δの変化率を求めるとしても、曲面形状が
３次元であるために、変数である逸脱量δに対する定義
域の方向が複数存在し、定義域の方向を適切に選択する
必要がある。そこで、更に、本発明は、逸脱量δの変化
率を求めるために、定義域の方向を特に定めなくとも逸
脱量δの変化率を代表できる他の適当な変量により成形
品の形状不良検査を行う方法を提供する。
率を不具合判定のパラメータとし、逸脱量δの変化率を
求めることにより成形面の形状不良を判定する。然しな
がら、逸脱量δの変化率を求めるとしても、曲面形状が
３次元であるために、変数である逸脱量δに対する定義
域の方向が複数存在し、定義域の方向を適切に選択する
必要がある。そこで、更に、本発明は、逸脱量δの変化
率を求めるために、定義域の方向を特に定めなくとも逸
脱量δの変化率を代表できる他の適当な変量により成形
品の形状不良検査を行う方法を提供する。
【００１４】図１を参照すると、先ず、成形すべき目標
となる形状に関する基準形状データが入力され（ステッ
プＳ１０）、次いで、成形品のワーク形状データが入力
される（ステップＳ１２）。基準形状データは設計上ま
たは理想的に成形された場合の形状データまたは金型の
形状データであり、ＣＡＤ等により作成した形状データ
を用いることができる。ワーク形状データは、上述した
プレス成形や、ブロー成形、インジェクション成形、モ
ールド成形、或いは、板材や配管を折り曲げるような成
形プロセスに関して有限要素法を用いたシミュレーショ
ン結果の出力データとすることができる。
となる形状に関する基準形状データが入力され（ステッ
プＳ１０）、次いで、成形品のワーク形状データが入力
される（ステップＳ１２）。基準形状データは設計上ま
たは理想的に成形された場合の形状データまたは金型の
形状データであり、ＣＡＤ等により作成した形状データ
を用いることができる。ワーク形状データは、上述した
プレス成形や、ブロー成形、インジェクション成形、モ
ールド成形、或いは、板材や配管を折り曲げるような成
形プロセスに関して有限要素法を用いたシミュレーショ
ン結果の出力データとすることができる。
【００１５】図３を参照して、上記規準形状データおよ
び成形品の形状データを求める方法の一例をより詳細に
説明する。先ず、ＣＡＤ１００により作成した金型の形
状データが、金型モデリング部１０２において金型のモ
デル化つまりメッシュ化される。このメッシュ化された
金型の形状データが規準データ１０４として用いられ
る。
び成形品の形状データを求める方法の一例をより詳細に
説明する。先ず、ＣＡＤ１００により作成した金型の形
状データが、金型モデリング部１０２において金型のモ
デル化つまりメッシュ化される。このメッシュ化された
金型の形状データが規準データ１０４として用いられ
る。
【００１６】次いで、素材データ入力部１０６から、素
材データとして素材となる板材の素材形状データと、素
材の種類に関する材料データが入力される。この素材デ
ータ入力部１０６は、例えば、キーボードまたはＣＡＤ
とすることができる。素材形状データとしては板材の長
さ、幅、厚さ等の形状、寸法等の形状、寸法である。ま
た、材料データは、使用する板材の材料の種類、例え
ば、アルミニウムや鉄鋼といった素材の種類に関するデ
ータである。
材データとして素材となる板材の素材形状データと、素
材の種類に関する材料データが入力される。この素材デ
ータ入力部１０６は、例えば、キーボードまたはＣＡＤ
とすることができる。素材形状データとしては板材の長
さ、幅、厚さ等の形状、寸法等の形状、寸法である。ま
た、材料データは、使用する板材の材料の種類、例え
ば、アルミニウムや鉄鋼といった素材の種類に関するデ
ータである。
【００１７】次いで、形状データは、板材形状モデリン
グ部１０８に送られ、入力された板材の形状データに基
づいて板材の形状のモデル化、つまりメッシュ化が行わ
れる。更に、材料データベース１１０において、入力さ
れた材料データに基づいて板材の弾性特性や塑性特性に
関するデータが参照される。この特性データは、板材特
性モデリング部１１２においてモデル化され、つまり、
特性の数式化や無次元化される。
グ部１０８に送られ、入力された板材の形状データに基
づいて板材の形状のモデル化、つまりメッシュ化が行わ
れる。更に、材料データベース１１０において、入力さ
れた材料データに基づいて板材の弾性特性や塑性特性に
関するデータが参照される。この特性データは、板材特
性モデリング部１１２においてモデル化され、つまり、
特性の数式化や無次元化される。
【００１８】次いで、金型モデリング部１０２において
メッシュ化された金型の形状データ、板材形状モデリン
グ部１０８においてメッシュ化された板材の形状データ
および板材特性モデリング部においてモデル化された板
材の物理的特性は、数値解析部１１４に送られ、ここ
で、例えば有限要素法等の数値解析手法を用いて、成型
後のワーク形状がシミュレーションされ、その形状デー
タがワーク形状データ１１６として用いられる。
メッシュ化された金型の形状データ、板材形状モデリン
グ部１０８においてメッシュ化された板材の形状データ
および板材特性モデリング部においてモデル化された板
材の物理的特性は、数値解析部１１４に送られ、ここ
で、例えば有限要素法等の数値解析手法を用いて、成型
後のワーク形状がシミュレーションされ、その形状デー
タがワーク形状データ１１６として用いられる。
【００１９】再び図１に戻って、メッシュ化された規準
形状データおよびワーク形状データの各々の要素データ
および節点座標データを特定するためのパラメータｉに
１が加えられる（ステップＳ１４）。なお、パラメータ
ｉは、このアルゴリズムの開始に際して図示しない初期
化サブルーチンにおいて、初期化され０（零）を入力し
ておくことができる。
形状データおよびワーク形状データの各々の要素データ
および節点座標データを特定するためのパラメータｉに
１が加えられる（ステップＳ１４）。なお、パラメータ
ｉは、このアルゴリズムの開始に際して図示しない初期
化サブルーチンにおいて、初期化され０（零）を入力し
ておくことができる。
【００２０】次いで、図２をも参照すると、上記パラメ
ータｉに基づき、規準形状データ上の参照点Ｐｉが選定
される（ステップＳ１６）。参照点Ｐｉの選定方法には
特段の制約はないが、例えば、メッシュ化された規準形
状データの各要素内の節点または積分点とすることがで
きる。次いで、規準形状データ上の参照点Ｐｉを通過す
る法線ベクトルｎｉが演算される（ステップＳ１８）。
法線ベクトルｎｉは、参照点Ｐｉの座標値と周辺の節点
情報からを容易に求めることができる。有限要素法プロ
グラムによっては各要素の法線ベクトルのデータを出力
可能なものある。
ータｉに基づき、規準形状データ上の参照点Ｐｉが選定
される（ステップＳ１６）。参照点Ｐｉの選定方法には
特段の制約はないが、例えば、メッシュ化された規準形
状データの各要素内の節点または積分点とすることがで
きる。次いで、規準形状データ上の参照点Ｐｉを通過す
る法線ベクトルｎｉが演算される（ステップＳ１８）。
法線ベクトルｎｉは、参照点Ｐｉの座標値と周辺の節点
情報からを容易に求めることができる。有限要素法プロ
グラムによっては各要素の法線ベクトルのデータを出力
可能なものある。
【００２１】次いで、選定された参照点Ｐｉに対応する
ワーク形状データ上の目標点Ｑｉが選定される（ステッ
プＳ２０）。目標点Ｑｉは、参照点Ｐｉに対して１対１
で対応するワーク形状データ上の点であり、本実施形態
では、参照点Ｐｉにおける接平面に対する法線ベクトル
ｎｉ（以下、単に参照点Ｐｉの法線ベクトルｎｉと記載
する）と、ワークデータにより規定される成形面との交
点として求められる。もっとも、参照点Ｑｉの法線ベク
トルｎｉとワークの成形面との交点が、一般的にメッシ
ュ化されたワーク形状データ上の節点や積分点に一致し
ないので、実際上は上記交点に最も近い節点または積分
点が選定されることとなる。次いで、目標点Ｑｉにおけ
る法線ベクトルｍｉが演算される（ステップＳ２２）。
ワーク形状データ上の目標点Ｑｉが選定される（ステッ
プＳ２０）。目標点Ｑｉは、参照点Ｐｉに対して１対１
で対応するワーク形状データ上の点であり、本実施形態
では、参照点Ｐｉにおける接平面に対する法線ベクトル
ｎｉ（以下、単に参照点Ｐｉの法線ベクトルｎｉと記載
する）と、ワークデータにより規定される成形面との交
点として求められる。もっとも、参照点Ｑｉの法線ベク
トルｎｉとワークの成形面との交点が、一般的にメッシ
ュ化されたワーク形状データ上の節点や積分点に一致し
ないので、実際上は上記交点に最も近い節点または積分
点が選定されることとなる。次いで、目標点Ｑｉにおけ
る法線ベクトルｍｉが演算される（ステップＳ２２）。
【００２２】ここで、ある平面の法線ベクトルは、一般
的に、その平面の傾きを示していると言える。従って、
参照点Ｐｉおよびその目標点Ｑｉにおける法線ベクトル
ｎｉ、ｍｉがなす角θが大きくなれば、それだけ参照点
Ｐｉ、目標点Ｑｉの近傍でδが大きく変化していると考
えられ、角度θはδの変化率を代表していると言える。
そこで、ステップＳ２４において、参照点Ｐｉと目標点
Ｑｉにおける法線ベクトルｎｉ、ｍｉの内積から両者間
の角度θｉが演算される。
的に、その平面の傾きを示していると言える。従って、
参照点Ｐｉおよびその目標点Ｑｉにおける法線ベクトル
ｎｉ、ｍｉがなす角θが大きくなれば、それだけ参照点
Ｐｉ、目標点Ｑｉの近傍でδが大きく変化していると考
えられ、角度θはδの変化率を代表していると言える。
そこで、ステップＳ２４において、参照点Ｐｉと目標点
Ｑｉにおける法線ベクトルｎｉ、ｍｉの内積から両者間
の角度θｉが演算される。
【００２３】実際上、本発明者らが鋭意研究を行った結
果、目視により観測される皺や面歪等の形状不良は、前
述のようにして求めた２つの法線ベクトルｎｉ、ｍｉが
なす角度θと強い相関関係があることが見出された。こ
れは、定性的には、陰影処理で形状不良が評価されてい
るように、光の反射の乱れがその原因であり、表面の角
度の乱れに相当するθが光の反射の乱れを起こし、外観
不領して観測されるためであると考えられる。そこで、
本発明では、法線ベクトルｎ、ｍの内積で定義されるθ
を形状不良の評価指標として用いる。
果、目視により観測される皺や面歪等の形状不良は、前
述のようにして求めた２つの法線ベクトルｎｉ、ｍｉが
なす角度θと強い相関関係があることが見出された。こ
れは、定性的には、陰影処理で形状不良が評価されてい
るように、光の反射の乱れがその原因であり、表面の角
度の乱れに相当するθが光の反射の乱れを起こし、外観
不領して観測されるためであると考えられる。そこで、
本発明では、法線ベクトルｎ、ｍの内積で定義されるθ
を形状不良の評価指標として用いる。
【００２４】但し、目視で感じる形状不良の程度は、評
価する人によってはθと比例関係にないこともある。そ
こで、本発明の形状不良評価方法を使用する者の管理基
準の設定に応じて、形状不良評価指数Ｆをθの関数ｆ
（θ）にて定義する（ステップＳ２６）。形状不良評価
指数Ｆは、形状不良評価の基準となる指数であり、形状
不良評価指数Ｆの値を過去の実績や経験から得られた所
定値または閾値と比較することにより、目標点Ｑｉに皺
や面歪みが発生して形状不良となると判断することがで
きる。或いは、後述するように、形状不良評価指数Ｆの
値に基づいて色分け表示し等高線図を形成することも可
能である。
価する人によってはθと比例関係にないこともある。そ
こで、本発明の形状不良評価方法を使用する者の管理基
準の設定に応じて、形状不良評価指数Ｆをθの関数ｆ
（θ）にて定義する（ステップＳ２６）。形状不良評価
指数Ｆは、形状不良評価の基準となる指数であり、形状
不良評価指数Ｆの値を過去の実績や経験から得られた所
定値または閾値と比較することにより、目標点Ｑｉに皺
や面歪みが発生して形状不良となると判断することがで
きる。或いは、後述するように、形状不良評価指数Ｆの
値に基づいて色分け表示し等高線図を形成することも可
能である。
【００２５】次いで、全ての参照点Ｐｉおよび目標点Ｑ
ｉについて、上記の処理を行ったか否かを判断し（ステ
ップＳ２８）、全ての全ての参照点Ｐｉおよび目標点Ｑ
ｉについて処理が終わっていない場合（ステップＳ２８
においてnoの場合）には、ステップＳ１４に戻る。全て
の参照点Ｐｉおよび目標点Ｑｉについて処理が終わって
いる場合（ステップＳ２８においてyes の場合）には、
処理を終了して、全ての参照点Ｐｉおよび目標点Ｑｉに
ついてデータをハードディスクや光磁気ディスク等の適
当なデータ格納手段に格納する。
ｉについて、上記の処理を行ったか否かを判断し（ステ
ップＳ２８）、全ての全ての参照点Ｐｉおよび目標点Ｑ
ｉについて処理が終わっていない場合（ステップＳ２８
においてnoの場合）には、ステップＳ１４に戻る。全て
の参照点Ｐｉおよび目標点Ｑｉについて処理が終わって
いる場合（ステップＳ２８においてyes の場合）には、
処理を終了して、全ての参照点Ｐｉおよび目標点Ｑｉに
ついてデータをハードディスクや光磁気ディスク等の適
当なデータ格納手段に格納する。
【００２６】ｆ（θ）については、皺や面歪は概して
θ、ｓｉｎθ、ｔａｎθとの相関関係が強いので、ｆ
（θ）は、θ、ｓｉｎθまたはｔａｎθに比例する項、
若しくは、何れかの巾乗に比例する項を含む関数とする
ことができる。特にｆ（θ）＝θ、Ｆ（θ）＝ｓｉｎ
θ、Ｆ（θ）＝ｔａｎθが簡単で取扱がよく、かつ、陰
影処理表示物の目視判定結果とよい一致を示す。なお、
一般的にθは０≦θ≦π／２の範囲で求めれば充分であ
るが、使用する関数Ｆ（θ）に応じてその範囲を適宜に
選択可能であることは言うまでもない。
θ、ｓｉｎθ、ｔａｎθとの相関関係が強いので、ｆ
（θ）は、θ、ｓｉｎθまたはｔａｎθに比例する項、
若しくは、何れかの巾乗に比例する項を含む関数とする
ことができる。特にｆ（θ）＝θ、Ｆ（θ）＝ｓｉｎ
θ、Ｆ（θ）＝ｔａｎθが簡単で取扱がよく、かつ、陰
影処理表示物の目視判定結果とよい一致を示す。なお、
一般的にθは０≦θ≦π／２の範囲で求めれば充分であ
るが、使用する関数Ｆ（θ）に応じてその範囲を適宜に
選択可能であることは言うまでもない。
【００２７】全ての参照点Ｐｉおよび目標点Ｑｉについ
てＦの値を、参照点Ｐｉおよび目標点Ｑｉの各々の座標
値と共にＣＡＤソフトウエアの入力ファイルの形式で格
納する。これをＣＡＤ／可視化ソフトウエアで等値線図
あるは等値面図として表示することで、形状不良の程度
と分布を可視化することができる。
てＦの値を、参照点Ｐｉおよび目標点Ｑｉの各々の座標
値と共にＣＡＤソフトウエアの入力ファイルの形式で格
納する。これをＣＡＤ／可視化ソフトウエアで等値線図
あるは等値面図として表示することで、形状不良の程度
と分布を可視化することができる。
【００２８】図３を参照すると、プレス成形プロセスを
有限要素法にてシミュレーションして得られた予測され
る成形品の表面形状が図示されている。４４０ＭＰａ級
の項強度鋼板の材料パラメータを用いて図３に示すよう
に有限要素法によりシミュレーションを行ったところ、
陰影処理によると、フランジ部のａ点近傍とその対称位
置に皺が発生していることがわかっった。ここに対応す
る金型表面形状は平坦な矩形突起である。なお、このシ
ミュレーションでのポンチの下死点は成形高さを４０ｍ
ｍとなる点である。
有限要素法にてシミュレーションして得られた予測され
る成形品の表面形状が図示されている。４４０ＭＰａ級
の項強度鋼板の材料パラメータを用いて図３に示すよう
に有限要素法によりシミュレーションを行ったところ、
陰影処理によると、フランジ部のａ点近傍とその対称位
置に皺が発生していることがわかっった。ここに対応す
る金型表面形状は平坦な矩形突起である。なお、このシ
ミュレーションでのポンチの下死点は成形高さを４０ｍ
ｍとなる点である。
【００２９】この解析対称領域は要素数９００、節点数
９６１に分割されている。この形状データは形状不良定
量化プログラムを実行する際に入力されう。このプログ
ラムによる処理の結果、先ず、要素ｉの積分点Ｐｉの座
標値と法線ベクトルｎｉが求められる。ここで、ｉは要
素の番号であり１から９００の整数である。積分点は各
要素毎に１点ずつである。
９６１に分割されている。この形状データは形状不良定
量化プログラムを実行する際に入力されう。このプログ
ラムによる処理の結果、先ず、要素ｉの積分点Ｐｉの座
標値と法線ベクトルｎｉが求められる。ここで、ｉは要
素の番号であり１から９００の整数である。積分点は各
要素毎に１点ずつである。
【００３０】フランジ上の皺が発生していない部位で
は、ｍｉの成分は（０，０，１）に略等しい値を示し
た。ここで、Ｚ方向はポンチの移動方向と平行であり、
ダイス面フランジ部の法線方向と一致する。但し、Ａで
示す部位の近傍では、位置によりｍｉが（０，０，１）
と異なる成分を有している。
は、ｍｉの成分は（０，０，１）に略等しい値を示し
た。ここで、Ｚ方向はポンチの移動方向と平行であり、
ダイス面フランジ部の法線方向と一致する。但し、Ａで
示す部位の近傍では、位置によりｍｉが（０，０，１）
と異なる成分を有している。
【００３１】次に、この形状不良定量化プログラムは各
ワーク形状データ上の目標点Ｐｉに対応する基準形状デ
ータ上の参照点Ｑｉを求める。この実施形態では引張り
強さ２９０ＭＰａ、ｒ値２．２、延び５０％の軟鋼板の
材料パラメータを用いて解析した結果を基準形状として
用いた。
ワーク形状データ上の目標点Ｐｉに対応する基準形状デ
ータ上の参照点Ｑｉを求める。この実施形態では引張り
強さ２９０ＭＰａ、ｒ値２．２、延び５０％の軟鋼板の
材料パラメータを用いて解析した結果を基準形状として
用いた。
【００３２】更に、基準形状上の点Ｑｉでの法線ベクト
ルｍｉを求める、この基準形状ではＡ点近傍を含むフラ
ンジ部は平坦でｍｉの成分は（０，０，１）に等しい。
次に点Ｐｉ毎にｎｉとＭｉの内積を藻血目ル。ｎｉ・ｍ
ｉ＝１すなわちθｉ＝０を外れる点がＡ点近傍にのみ生
じる。
ルｍｉを求める、この基準形状ではＡ点近傍を含むフラ
ンジ部は平坦でｍｉの成分は（０，０，１）に等しい。
次に点Ｐｉ毎にｎｉとＭｉの内積を藻血目ル。ｎｉ・ｍ
ｉ＝１すなわちθｉ＝０を外れる点がＡ点近傍にのみ生
じる。
【００３３】図４は、上述のようにして得たθｉの値を
含むＣＡＤデータを作製し、ＣＡＤソフトウェアを用い
て作製した等値線図である。対称性から１／４部分のみ
に対して計算を行った。図３のＡ点に相当する位置の近
傍でθｉが高いを値を示しているが、これは陰影法によ
り皺発生と判断された部位に相当する。
含むＣＡＤデータを作製し、ＣＡＤソフトウェアを用い
て作製した等値線図である。対称性から１／４部分のみ
に対して計算を行った。図３のＡ点に相当する位置の近
傍でθｉが高いを値を示しているが、これは陰影法によ
り皺発生と判断された部位に相当する。
【００３４】表１に成形高さが３０ｍｍ、３４ｍｍ、４
０ｍｍのときの皺発生判定結果を陰影法により目視判定
した場合と、本発明実施形態を用いた場合との比較結果
を示す。本発明を用いた場合の評価値は領域内の評価値
の最大値を示している。評価値は関数Ｆ（θ）＝θ、Ｆ
（θ）＝ｓｉｎθ、Ｆ（θ）＝ｔａｎθおよびＦ（θ）
＝ｃｏｓθについて示されている。陰影法での皺判定
は、熟練度の異なる３人の判定者Ａ〜Ｃが行った。
０ｍｍのときの皺発生判定結果を陰影法により目視判定
した場合と、本発明実施形態を用いた場合との比較結果
を示す。本発明を用いた場合の評価値は領域内の評価値
の最大値を示している。評価値は関数Ｆ（θ）＝θ、Ｆ
（θ）＝ｓｉｎθ、Ｆ（θ）＝ｔａｎθおよびＦ（θ）
＝ｃｏｓθについて示されている。陰影法での皺判定
は、熟練度の異なる３人の判定者Ａ〜Ｃが行った。
【表１】
【００３５】表１に示すように、成形高さ３４ｍｍで
は、もっと熟練した判定者Ａのみが皺の発生を見出して
いる。一方、本発明による評価では成形高さ３０ｍｍで
は発生していない皺が、成形高さが高くなるにつれて大
きくなる様子が再現されている。特に、成形高さ３４ｍ
ｍの場合の微妙な皺に対しては、評価関数としてＦ
（θ）＝θ、Ｆ（θ）＝ｓｉｎθおよびＦ（θ）＝ｔａ
ｎθが有効であることが分かる。
は、もっと熟練した判定者Ａのみが皺の発生を見出して
いる。一方、本発明による評価では成形高さ３０ｍｍで
は発生していない皺が、成形高さが高くなるにつれて大
きくなる様子が再現されている。特に、成形高さ３４ｍ
ｍの場合の微妙な皺に対しては、評価関数としてＦ
（θ）＝θ、Ｆ（θ）＝ｓｉｎθおよびＦ（θ）＝ｔａ
ｎθが有効であることが分かる。
【００３６】添付図面を参照して本発明の好ましい実施
形態を説明したが、本発明がこの実施形態に限定され
ず、種々の変形と改良が可能であることは当業者の当然
とするところである。例えば、既述の実施形態では、参
照点Ｐｉの法線ベクトルｎｉと形状データ上の製品形状
との交点を目標点Ｑｉとして求めたが、本発明はこれに
限定されない。例えば、成形面が比較的単純な形状をし
ている場合には、基準形状を与えた後、規準形状上の点
Ｑｉに対応する製品形状上の対応する点Ｐｉを次のよう
にして求めることができる。先ず、点Ｐｉを通り金型の
移動方向に平行な直線を仮定する。この直線と基準形状
の表面との交点をＱｉする。すなわち、簡単のためＺ座
標軸が金型の移動方向平行となるような座標形を考える
と、Ｘ座標値とＹ座標値が点Ｐｉと同じ点が基準形状表
面上に求めることができる。この点を目標点Ｑｉとする
ことができる。この例は、Ｚ軸に垂直な方向に形成され
る皺や歪は無視できると仮定される場合に、簡易な表面
評価方法として用いることができる。
形態を説明したが、本発明がこの実施形態に限定され
ず、種々の変形と改良が可能であることは当業者の当然
とするところである。例えば、既述の実施形態では、参
照点Ｐｉの法線ベクトルｎｉと形状データ上の製品形状
との交点を目標点Ｑｉとして求めたが、本発明はこれに
限定されない。例えば、成形面が比較的単純な形状をし
ている場合には、基準形状を与えた後、規準形状上の点
Ｑｉに対応する製品形状上の対応する点Ｐｉを次のよう
にして求めることができる。先ず、点Ｐｉを通り金型の
移動方向に平行な直線を仮定する。この直線と基準形状
の表面との交点をＱｉする。すなわち、簡単のためＺ座
標軸が金型の移動方向平行となるような座標形を考える
と、Ｘ座標値とＹ座標値が点Ｐｉと同じ点が基準形状表
面上に求めることができる。この点を目標点Ｑｉとする
ことができる。この例は、Ｚ軸に垂直な方向に形成され
る皺や歪は無視できると仮定される場合に、簡易な表面
評価方法として用いることができる。
【００３７】また、既述の実施形態では、ワーク形状デ
ータは、有限要素法による数値解析により予測されるプ
レス成形後のワークの形状をメッシュ化することにより
与えたが、例えば、実際に金型を製作してプレス成形を
行い、その結果得られたワークの成形面を実測、メッシ
ュ化することによりワーク形状データを与えても良い。
数値解析に基づくシミュレーションによりワーク形状デ
ータを与える場合には、形状不良を予測することなり、
ワークの成形面を実測する場合には、実際のワークの形
状不良をオペレータに代わって測定もしくは評価するす
ることなる。更には、有限要素解析以外の数値解析方法
を用いてもよいことは言うまでもない。
ータは、有限要素法による数値解析により予測されるプ
レス成形後のワークの形状をメッシュ化することにより
与えたが、例えば、実際に金型を製作してプレス成形を
行い、その結果得られたワークの成形面を実測、メッシ
ュ化することによりワーク形状データを与えても良い。
数値解析に基づくシミュレーションによりワーク形状デ
ータを与える場合には、形状不良を予測することなり、
ワークの成形面を実測する場合には、実際のワークの形
状不良をオペレータに代わって測定もしくは評価するす
ることなる。更には、有限要素解析以外の数値解析方法
を用いてもよいことは言うまでもない。
【００３８】更に、既述の実施形態では、一例としてプ
レス成形に本発明を適用する場合について説明したが、
本発明はこれに限定されず、例えば、ブロー成形やイン
ジェクション成形、モールド成形などの鋳造プロセスに
も適用することができる。更には、板材や配管を折り曲
げるような成形プロセスにも適用可能である。要は、ワ
ークの表面をある基準面に一致させる成形プロセスであ
れば、本発明を適用することができる。
レス成形に本発明を適用する場合について説明したが、
本発明はこれに限定されず、例えば、ブロー成形やイン
ジェクション成形、モールド成形などの鋳造プロセスに
も適用することができる。更には、板材や配管を折り曲
げるような成形プロセスにも適用可能である。要は、ワ
ークの表面をある基準面に一致させる成形プロセスであ
れば、本発明を適用することができる。
【図１】本発明実施形態による形状不良評価方法のフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図２】本発明の方法を説明するための概念図である。
【図３】基準形状データおよびワーク形状データを作成
するための装置の略示ブロック図である。
するための装置の略示ブロック図である。
【図４】本発明実施形態により成形品の有限要素法によ
るシミュレーション結果を示す図である。
るシミュレーション結果を示す図である。
【図５】本発明実施形態により得られた形状不良評価指
数に基づく等値線図の一例である。
数に基づく等値線図の一例である。
１００…ＣＡＤ １０２…金型モデリング部 １０６…素材形状データ入力部 １０８…板材モデリング部 １１０…材料データベース １１２…材料特性モデリング部 １１４…数値解析部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 亨 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 4E063 AA01 BA20 LA07 LA20 5B046 AA05 JA07 5B049 AA02 BB07 CC24 EE03 EE41
Claims (13)
- 【請求項１】 成形プロセスにおけるワーク成形面の形
状不良評価方法において、 成形すべき目標である規準形状データを与え、 成形プロセスの数値解析シミュレーションにより、予測
される成形後のワーク成形面に関するワーク形状データ
を求め、 前記規準形状データから参照点を選択し、 前記参照点に対応した前記ワーク形状データ上の目標点
を求め、 前記目標点の参照点からの逸脱量を求め、 前記逸脱量の変化率を求めることにより、成形面の形状
不良を評価する方法。 - 【請求項２】 前記ワーク形状データは、有限要素法を
用いた数値解析シミュレーションにより求められる請求
項１に記載の方法。 - 【請求項３】 成形プロセスにおけるワーク成形面の形
状不良評価方法において、 成形すべき目標である規準形状を与え、 成形プロセスを実際に行い、成形プロセスにより得られ
た成形面を測定することによりワーク形状データを求
め、 前記規準形状データから参照点を選択し、 前記参照点に対応した前記ワーク形状データ上の目標点
を求め、 前記目標点の参照点からの逸脱量を求め、 前記逸脱量の変化率を求めることにより、成形面の形状
不良を評価する方法。 - 【請求項４】 前記規準形状データはＣＡＤデータによ
り与えられられる請求項１から３の何れか１項に記載の
方法。 - 【請求項５】 前記逸脱量の変化率は、前記参照点およ
び目標点における各々の接平面の傾きの相違により求る
請求項１から３の何れか１項に記載の方法。 - 【請求項６】 前記接平面の傾きの相違は、前記参照点
および目標点の各々における接平面の法線ベクトルを求
め、前記法線ベクトルのなす角度から求められる請求項
５に記載の方法。 - 【請求項７】 更に、前記法線ベクトルのなす角度に比
例した関数値を求め、前記関数値を形状不良の評価指数
とする請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 更に、前記法線ベクトルのなす角度の正
弦値に比例した関数値を求め、前記関数値を形状不良の
評価指数とする請求項６に記載の方法。 - 【請求項９】 更に、前記法線ベクトルのなす角度の正
接値に比例した関数値を求め、前記関数値を形状不良の
評価指数とする請求項６に記載の方法。 - 【請求項１０】 更に、前記関数値に基づき等高線図を
描画することを含む請求項７から９の何れか１項に記載
の方法。 - 【請求項１１】 更に、前記関数値に基づき等値線図を
描画することを含む請求項７から９の何れか１項に記載
の方法。 - 【請求項１２】 前記参照点および目標点は、基準形状
データおよびワーク形状データ上の積分点である請求項
１から１１の何れか１項に記載の形状不良評価方法。 - 【請求項１３】 前記参照点および目標点は、基準形状
データおよびワーク形状データ上の節点である請求項１
から１１の何れか１項に記載の形状不良評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28951398A JP2000122996A (ja) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | ワーク成形面の形状不良評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28951398A JP2000122996A (ja) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | ワーク成形面の形状不良評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000122996A true JP2000122996A (ja) | 2000-04-28 |
Family
ID=17744250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28951398A Pending JP2000122996A (ja) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | ワーク成形面の形状不良評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000122996A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005315838A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-11-10 | Nitto Denko Corp | 表面形状測定装置および表面形状測定方法 |
| JP2008186309A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-08-14 | Jfe Steel Kk | プレス成形品の面ひずみ予測・評価方法 |
| JP2009255106A (ja) * | 2008-04-14 | 2009-11-05 | Nippon Steel Corp | プレス成形方法 |
| JP2014097520A (ja) * | 2012-11-14 | 2014-05-29 | Honda Motor Co Ltd | 成形シミュレーションシステム |
| CN112602009A (zh) * | 2018-09-28 | 2021-04-02 | 豪雅镜片泰国有限公司 | 曲面形状评估方法、眼镜镜片的制造方法以及眼镜镜片 |
| CN114004804A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-02-01 | 上汽大众汽车有限公司 | 表面质量评价方法、装置和计算机可读介质 |
| CN115204609A (zh) * | 2022-06-20 | 2022-10-18 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 数控加工工艺程编质量评价方法、装置、设备及介质 |
-
1998
- 1998-10-12 JP JP28951398A patent/JP2000122996A/ja active Pending
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