JP2006040066A

JP2006040066A - Strain amount analyzer and its method

Info

Publication number: JP2006040066A
Application number: JP2004220849A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nagatsuma; 剛長妻
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2006-02-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simulate in a short time restoration operation of a robot without introducing a plurality of dedicated computers separately when the robot stops in an emergency. <P>SOLUTION: A strain amount analyzer extracts a clamp area on the basis of arrangement of a work model and a model of the clamp part (step S107), sets a mesh necessary for analyses by a finite element method so that the mesh included inside the extracted clamp area becomes more refined than the mesh of the part outside the area (steps S108 and S109), executes the finite element method, and obtains a strain amount (steps S110 and S111). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、歪み量解析装置およびその方法に関し、特に、クランプ手段によりクランプされたワークの歪み量を有限要素法により解析する歪み量解析装置およびその方法に関する。 The present invention relates to a strain amount analyzing apparatus and method, and more particularly to a strain amount analyzing apparatus and method for analyzing a strain amount of a workpiece clamped by a clamping unit by a finite element method.

有限要素法による解析のためには、解析対象物に対して複数の三角形要素または四角形要素などの有限要素からなるメッシュを設定する必要がある。従来からメッシュを自動的に発生するための種々の技術が知られており、その一例が特許文献１に開示されている。 For the analysis by the finite element method, it is necessary to set a mesh composed of a plurality of finite elements such as a triangular element or a quadrangular element for the object to be analyzed. Conventionally, various techniques for automatically generating a mesh are known, and an example thereof is disclosed in Patent Document 1.

有限要素法は様々な分野で有益に使用されている。たとえば、クランプ手段によってクランプされたワークの歪み量を有限要素法により解析する技術は、適切なクランプ手段を設計するために不可欠である。 The finite element method is beneficially used in various fields. For example, a technique for analyzing the strain amount of a workpiece clamped by the clamping means by a finite element method is indispensable for designing an appropriate clamping means.

しかしながら、クランプ手段によってクランプされたワークの歪み量を有限要素法により解析するために、ワーク全体に対して細かなメッシュを設定するのでは、高精度に歪み量を算出することができるものの、計算量が増加してコンピュータへの計算負荷が高まり、解析に要するために長時間が必要となる。一方、ワーク全体に対して粗いメッシュを設定するのでは、高精度に歪み量を算出することが難しくなる。
特開平６−２８４３２号公報 However, in order to analyze the amount of distortion of the workpiece clamped by the clamping means by the finite element method, setting a fine mesh for the entire workpiece can calculate the amount of distortion with high accuracy. The amount of computation increases and the computational load on the computer increases, and a long time is required for analysis. On the other hand, if a coarse mesh is set for the entire workpiece, it is difficult to calculate the distortion amount with high accuracy.
JP-A-6-28432

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、解析に伴う計算負荷を抑制して解析に要する時間を短縮しつつ、歪み量を高精度に算出することができる歪み量解析装置および方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems. Accordingly, an object of the present invention is to provide a strain amount analyzing apparatus and method capable of calculating a strain amount with high accuracy while suppressing a calculation load accompanying the analysis and shortening a time required for the analysis.

上記課題を解決するための手段は、以下のように構成される。 Means for solving the above-described problems are configured as follows.

（１）本発明の歪み量解析装置は、クランプ手段によりクランプされたワークの歪み量を有限要素法により解析する歪み量解析装置であって、前記ワークと前記クランプ手段の各３次元形状モデルの配置に基づいて、クランプ時に前記クランプ手段が前記ワークに当接する領域に対応するクランプ領域を抽出する抽出手段と、抽出された前記クランプ領域内に含まれるメッシュが当該領域外の部位のメッシュよりも細かくなるように、有限要素法による解析に必要なメッシュを設定する設定手段と、設定されたメッシュを用いて有限要素法解析を実行し、ワークの歪み量を算出する算出手段と、を有することを特徴とする。 (1) A strain amount analyzing apparatus according to the present invention is a strain amount analyzing apparatus for analyzing a strain amount of a work clamped by a clamp means by a finite element method, and each of the three-dimensional shape models of the work and the clamp means. Based on the arrangement, an extracting means for extracting a clamping area corresponding to an area where the clamping means abuts on the workpiece at the time of clamping, and a mesh included in the extracted clamping area is more than a mesh of a part outside the area. A setting means for setting a mesh necessary for the analysis by the finite element method so as to be fine, and a calculation means for executing a finite element method analysis using the set mesh and calculating a strain amount of the work It is characterized by.

（２）本発明の歪み量解析方法は、クランプ手段によりクランプされたワークの歪み量を有限要素法により解析する歪み量解析方法であって、前記ワークと前記クランプ手段の各３次元形状モデルの配置に基づいて、クランプ時に前記クランプ手段がワークに当接する領域に対応するクランプ領域を抽出する段階と、抽出された前記クランプ領域内に含まれるメッシュが当該領域外の部位のメッシュよりも細かくなるように、有限要素法による解析に必要なメッシュを設定する段階と、設定されたメッシュを用いて有限要素法解析を実行し、ワークの歪み量を算出する段階と、を有することを特徴とする。 (2) The strain amount analyzing method of the present invention is a strain amount analyzing method for analyzing the strain amount of the work clamped by the clamp means by a finite element method, and each of the three-dimensional shape models of the work and the clamp means. Based on the arrangement, a step of extracting a clamping region corresponding to a region where the clamping means abuts on the workpiece during clamping, and a mesh included in the extracted clamping region becomes finer than a mesh of a part outside the region. And a step of setting a mesh necessary for the analysis by the finite element method, and a step of performing a finite element method analysis using the set mesh and calculating a distortion amount of the workpiece. .

本発明の歪み量解析装置およびその方法によれば、クランプ領域を抽出し、抽出されたクランプ領域内に含まれるメッシュが当該領域外の部位のメッシュよりも細かくなるように、有限要素法による解析に必要なメッシュを設定して有限要素法を実行するので、解析に伴う計算負荷を抑制して解析に要する時間を短縮しつつ、歪み量を高精度に算出することができる。 According to the strain amount analyzing apparatus and the method of the present invention, the clamp region is extracted, and the analysis by the finite element method is performed so that the mesh included in the extracted clamp region is finer than the mesh of the part outside the region. Since the finite element method is executed with the necessary mesh set, the amount of distortion can be calculated with high accuracy while suppressing the calculation load associated with the analysis and reducing the time required for the analysis.

（第１の実施の形態）
本実施の形態の歪み量解析装置は、クランプ部（クランプ手段）によってクランプされたワークの歪み量を有限要素法により解析する歪み量解析装置である。 (First embodiment)
The strain amount analyzing apparatus according to the present embodiment is a strain amount analyzing apparatus that analyzes the strain amount of a work clamped by a clamp unit (clamp means) by a finite element method.

生産ラインにおいて加工時に使用されるクランプ部の設計に関しては、ワークがクランプ部のクランプ力によって変形しないこと（歪み量が規定値以下に収まること）と、クランプとワークとが干渉しない機構であることとが前提となる。 Regarding the design of the clamp part used at the time of machining in the production line, the work should not be deformed by the clamp force of the clamp part (the amount of distortion should be less than the specified value), and the clamp should not interfere with the work. Is the premise.

ここで、本実施の形態の歪み量解析装置は、有限要素法による歪み量の算出と、クランプ部とワークとの干渉解析とを一台の装置で連続的に実行する装置である。 Here, the strain amount analyzing apparatus according to the present embodiment is a device that continuously executes the strain amount calculation by the finite element method and the interference analysis between the clamp portion and the workpiece with a single device.

図１は、本実施の形態の歪み量解析装置の概略構成を示すブロック図である。歪み量解析装置１は、パーソナルコンピュータおよびエンジニアリングワークステーションなどのコンピュータである。歪み量解析装置１は、プロセッサ１１、表示部１２、メモリ１３、操作部１４、およびハードディスク１５を備える。 FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a distortion amount analysis apparatus according to the present embodiment. The strain amount analyzing apparatus 1 is a computer such as a personal computer and an engineering workstation. The distortion amount analysis apparatus 1 includes a processor 11, a display unit 12, a memory 13, an operation unit 14, and a hard disk 15.

表示部１２は、ＣＲＴや液晶ディスプレイなどのディスプレイである。表示部１２は、ワーク、クランプ部、治具、および油圧シリンダなど各部の３次元形状モデル（以下、単に「モデル」と称する）を表示し、また、有限要素法による解析結果を表示する際に用いられる。 The display unit 12 is a display such as a CRT or a liquid crystal display. The display unit 12 displays a three-dimensional shape model (hereinafter simply referred to as “model”) of each part such as a workpiece, a clamp unit, a jig, and a hydraulic cylinder, and also displays an analysis result by a finite element method. Used.

メモリ１３は、各種のパラメータやデータを一時的に記憶するために用いられる。操作部１４は、キーボードやマウスなどのポインティングデバイスである。操作部１４は、利用者が指示を与えたり、各部のモデルを作成し、編集し、必要に応じて画面上で移動して位置を設定する際に用いられる。 The memory 13 is used for temporarily storing various parameters and data. The operation unit 14 is a pointing device such as a keyboard or a mouse. The operation unit 14 is used when a user gives an instruction, creates and edits a model of each unit, and moves on the screen as necessary to set the position.

ハードディスク１５は、コンピュータプログラムおよび各種のデータを格納するものである。たとえば、ハードディスク１５は、ワーク、クランプ部、治具、および油圧シリンダなど各部のモデルを格納したり、油圧シリンダの諸元データを格納する。さらに、後述するようにメッシュを分割する際の細かさ（メッシュの緻密度）を示すデータ（以下、「分割基準」と称する）についてもハードディスク１５に格納されている。なお、本実施の形態とは異なり、ハードディスク１５に代えて、他の記録媒体を採用してもよいことはもちろんである。また、モデルは、利用者によるＣＡＤ設計によって新たに作られてもよい。 The hard disk 15 stores computer programs and various data. For example, the hard disk 15 stores models of each part such as a workpiece, a clamp part, a jig, and a hydraulic cylinder, and stores specification data of the hydraulic cylinder. Further, as will be described later, data indicating the fineness (mesh density) when the mesh is divided (hereinafter referred to as “division criterion”) is also stored in the hard disk 15. Of course, different from the present embodiment, other recording media may be used instead of the hard disk 15. The model may be newly created by CAD design by the user.

最後に、プロセッサ１１は、種々の演算と制御を実行するものであり、具体的にはＣＰＵである。プロセッサ１１は、ハードディスク１５に格納されているプログラムを実行することによって、種々の役割を担当している。具体的には、プロセッサ１１は、たとえば、モデル処理部（モデル処理手段）、干渉シミュレーション部（干渉シミュレーション手段）、基準メッシュ設定部（基準メッシュ設定手段）、クランプ領域抽出部（抽出手段）、メッシュ分割部（メッシュ分割手段）、ＦＥＭ解析部（算出手段）、および歪み量評価部（歪み量評価手段）として機能する。各部の詳細は、後述するフローチャートによって示されるので、詳しい説明を省略する。 Finally, the processor 11 executes various calculations and controls, and is specifically a CPU. The processor 11 is responsible for various roles by executing programs stored in the hard disk 15. Specifically, the processor 11 includes, for example, a model processing unit (model processing unit), an interference simulation unit (interference simulation unit), a reference mesh setting unit (reference mesh setting unit), a clamp region extraction unit (extraction unit), a mesh It functions as a dividing unit (mesh dividing unit), an FEM analyzing unit (calculating unit), and a distortion amount evaluating unit (distortion amount evaluating unit). Details of each part are shown in a flowchart described later, and thus detailed description thereof is omitted.

次に、本実施の形態における歪み量解析装置による解析対象となるワーク、クランプ部、クランプ治具、および油圧シリンダの関係について説明する。 Next, a description will be given of the relationship among the workpiece, the clamp unit, the clamp jig, and the hydraulic cylinder that are to be analyzed by the strain amount analysis apparatus in the present embodiment.

図２は、歪み量解析装置による解析対象となるワーク、クランプ部、クランプ治具、および油圧シリンダの関係の一例について示す模式図である。 FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a relationship among a workpiece, a clamp unit, a clamp jig, and a hydraulic cylinder that are to be analyzed by the strain amount analysis apparatus.

クランプ部２２は、クランプ治具２３に取り付けられており、油圧シリンダ２４によって駆動されるものである。クランプ部２２は、ワーク２１をクランプして、ワーク２１をクランプ治具２３に固定する。 The clamp portion 22 is attached to a clamp jig 23 and is driven by a hydraulic cylinder 24. The clamp unit 22 clamps the work 21 and fixes the work 21 to the clamp jig 23.

図３は、クランプ部２２の駆動の様子を示した模式図である。クランプ部２２の基部には、油圧シリンダ２４の軸が摺動自在に連結されている。油圧シリンダ２４がクランブ部２２の基部を押し上げると、クランプ部２２は支点を中心に回動し、クランプ部２２の端部がワークに当接される。 FIG. 3 is a schematic diagram illustrating how the clamp unit 22 is driven. The shaft of the hydraulic cylinder 24 is slidably connected to the base of the clamp portion 22. When the hydraulic cylinder 24 pushes up the base part of the clamp part 22, the clamp part 22 rotates around a fulcrum, and the end part of the clamp part 22 contacts the workpiece.

たとえば、油圧シリンダ２４がＦの力を加えると、クランプ部２２の端部は、１点あたり荷重ｆをワーク２１に加える。ワーク２１に加えられる荷重ｆは、油圧シリンダ２４の諸元データと、油圧シリンダ２４による力を伝える伝達経路（すなわち、クランプ部２２およびクランプ治具の構成）によって定まる。 For example, when the hydraulic cylinder 24 applies a force F, the end of the clamp portion 22 applies a load f to the workpiece 21 per point. The load f applied to the workpiece 21 is determined by the specification data of the hydraulic cylinder 24 and the transmission path (that is, the configuration of the clamp portion 22 and the clamp jig) that transmits the force by the hydraulic cylinder 24.

図４（Ａ）は、ワークに与えられる荷重の例を示している。一つのクランプ治具２３には、たとえば、４つのクランブ部２２が設けられており、各クランプ部２２によってワーク２１の角部に近い箇所がクランプされる。図４（Ｂ）は、ワーク２１への荷重条件および拘束条件の一例を示す。クランプ時にクランク部２２がワークに当接する領域（クランプ領域）とクランプ領域に加わる荷重の大きさによって荷重条件が定まり、クランプ治具２３とワーク２１との関係から拘束条件が定まる。 FIG. 4A shows an example of a load applied to the workpiece. For example, four clamp portions 22 are provided in one clamp jig 23, and a location near the corner of the workpiece 21 is clamped by each clamp portion 22. FIG. 4B shows an example of load conditions and constraint conditions for the workpiece 21. The load condition is determined by the region (clamp region) where the crank portion 22 abuts the workpiece during clamping and the magnitude of the load applied to the clamp region, and the constraint condition is determined by the relationship between the clamp jig 23 and the workpiece 21.

以上のようなワーク２１、クランプ部２２、クランプ治具２３、および油圧シリンダ２４は、３次元ＣＡＤデータとしてモデル化され、これらのモデルに基づいて本実施の形態の歪み量解析装置による処理が実行される。 The workpiece 21, the clamp unit 22, the clamp jig 23, and the hydraulic cylinder 24 as described above are modeled as three-dimensional CAD data, and processing by the strain amount analysis apparatus according to the present embodiment is executed based on these models. Is done.

以下、本実施の形態の歪み量解析装置による処理内容を説明する。図５は、本実施の形態の歪み量解析装置による処理内容の一例を示すフローチャートである。図５のフローチャートに示される処理手順は、コンピュータプログラムとしてハードディスク１５など記録媒体に格納されており、プロセッサ１１によって実行される。また、言い換えれば、図５は、本実施の形態の歪み量解析方法の各段階を示すものともいえる。 Hereinafter, the processing content by the distortion amount analysis apparatus of the present embodiment will be described. FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of processing contents performed by the distortion amount analysis apparatus according to the present embodiment. The processing procedure shown in the flowchart of FIG. 5 is stored as a computer program in a recording medium such as the hard disk 15 and is executed by the processor 11. In other words, FIG. 5 can also be said to show each stage of the distortion amount analysis method of the present embodiment.

ステップＳ１０１では、モデルが取得される。標準的なワーク２１、クランプ部２２、およびクランプ治具２３は、３次元ＣＡＤデータとしてモデル化されており、たとえば、ハードディスク１５内に格納されている。したがって、利用者の指示を受け付けて、該当するモデルが読み出される。また、他のＣＡＤ装置（不図示）からネットワーク（不図示）を通じて、標準的なモデルが取得されてもよい。また、歪み量解析装置１は、いわゆるＣＡＤ機能を有しているので、歪み量解析装置１１の操作部１４を通じて、利用者が新たにモデルを作成したり、編集したりすることもできる。 In step S101, a model is acquired. The standard workpiece 21, the clamp unit 22, and the clamp jig 23 are modeled as three-dimensional CAD data, and are stored in the hard disk 15, for example. Therefore, the user's instruction is accepted and the corresponding model is read out. In addition, a standard model may be acquired from another CAD device (not shown) through a network (not shown). Further, since the distortion amount analysis apparatus 1 has a so-called CAD function, the user can newly create or edit a model through the operation unit 14 of the distortion amount analysis apparatus 11.

次いで、ステップＳ１０２では、モデルの全体に対してメッシュが設定される。ステップＳ１０２の処理は、具体的には、ステップＳ１０１で取得されたモデルに対して所定の緻密度（以下、「第１緻密度」と称する）でメッシュを設定する処理に該当する。たとえば、メッシュを発生させるために、上述した先行特許文献に開示された種々の方法を採用することができる。第１緻密度に関するデータは、ユーザによって予め設定され、ハードディスクなどに格納しておくことができる。設定されるメッシュが比較的粗くなるように第１緻密度が設定されることが望ましい。 Next, in step S102, a mesh is set for the entire model. Specifically, the process of step S102 corresponds to a process of setting a mesh with a predetermined density (hereinafter referred to as “first density”) for the model acquired in step S101. For example, in order to generate a mesh, various methods disclosed in the above-described prior patent documents can be employed. Data relating to the first density can be preset by the user and stored in a hard disk or the like. It is desirable that the first density is set so that the set mesh is relatively coarse.

ステップＳ１０３では、設計指示に基づいてクランプ部２２のモデルおよびクランプ治具２３のモデルが編集される。具体的には、この状態では、各モデルの形状を修正することができ、ワーク２１のモデルの配置を修正することもできる。なお、通常は、操作部１４を通じて利用者から設計内容が指示がなされる。しかしながら、後述する干渉解析や有限要素法解析の結果に応じて、ワークのモデルに対するクランプ治具２３のモデルの位置を所定の方向へ一定量ずつ移動することを内容とする自動的な設計を実行することもできる。 In step S103, the model of the clamp unit 22 and the model of the clamp jig 23 are edited based on the design instruction. Specifically, in this state, the shape of each model can be corrected, and the arrangement of the model of the workpiece 21 can also be corrected. Normally, design contents are instructed by the user through the operation unit 14. However, in accordance with the results of interference analysis and finite element method analysis, which will be described later, automatic design is executed that includes moving the position of the clamping jig 23 model relative to the workpiece model by a certain amount in a predetermined direction. You can also

次いで、ステップＳ１０４では、油圧シリンダ２４のモデルが配置される。たとえば、利用者は、採用する油圧シリンダのモデルを複数種類の油圧シリンダ２４のモデルのうちから操作部１４を通じて適宜に指定できる。この結果、画面上に指定された油圧シリンダ２４のモデルが配置される。なお、油圧シリンダ２４のモデルの種類別に油圧シリンダ２４の諸元データが関連づけられている。ここで、油圧シリンダ２４の諸元データには、油圧シリンダ２４によって与えられる荷重Ｆが含まれている。したがって、油圧シリンダ２４のモデルが配置されることによって、油圧シリンダ２４の種類が特定され、油圧シリンダ２４によって与えられる荷重Ｆが設定されることとなる。 Next, in step S104, a model of the hydraulic cylinder 24 is arranged. For example, the user can appropriately designate the model of the hydraulic cylinder to be adopted through the operation unit 14 from among a plurality of models of the hydraulic cylinder 24. As a result, the designated model of the hydraulic cylinder 24 is arranged on the screen. The specification data of the hydraulic cylinder 24 are associated with each type of model of the hydraulic cylinder 24. Here, the specification data of the hydraulic cylinder 24 includes a load F applied by the hydraulic cylinder 24. Therefore, by arranging the model of the hydraulic cylinder 24, the type of the hydraulic cylinder 24 is specified, and the load F applied by the hydraulic cylinder 24 is set.

ステップＳ１０５では、干渉解析が実行される。図６にワーク２１とクランプ部２２とが干渉状態となる例を示している。ステップＳ１０５では、ワーク２１のモデルに対してクランプ部２２のモデルを仮想的に駆動して干渉の有無が判断される。たとえば、クランプ部２２のモデルにおいて支点の位置が設定されているので、この支点を中心としてクランプ部２２のモデルが所定角度にわたって回転するように座標変換する。座標変換後の状態で、クランプ部２２のモデルの座標とクランプ部２２のモデルが重なるか否かを判別することによって、干渉の有無が判断される。なお、ステップＳ１０２で設定されたメッシュの節点の座標を利用して、クランプ部２２のモデルの座標とクランプ部２２のモデルが重なるか否かを判断することもできる。 In step S105, interference analysis is performed. FIG. 6 shows an example in which the workpiece 21 and the clamp portion 22 are in an interference state. In step S105, the model of the clamp unit 22 is virtually driven with respect to the model of the workpiece 21, and the presence or absence of interference is determined. For example, since the position of the fulcrum is set in the model of the clamp unit 22, the coordinate conversion is performed so that the model of the clamp unit 22 rotates over a predetermined angle around the fulcrum. Whether or not there is interference is determined by determining whether or not the coordinates of the model of the clamp unit 22 and the model of the clamp unit 22 overlap in the state after the coordinate conversion. Note that it is also possible to determine whether or not the coordinates of the model of the clamp unit 22 and the model of the clamp unit 22 overlap using the coordinates of the nodes of the mesh set in step S102.

続いて、干渉があると判断される場合には（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、ステップＳ１０３に戻る。具体的には、干渉がある旨を表示部１２に表示して利用者へ知らせ、利用者からの指示に基づいて、ステップＳ１０３における設計変更が実施されてもよいし、ワークのモデルに対するクランプ治具２３のモデルの位置を所定の方向へ一定量ずつ移動するといった自動的な設計変更がなされてもよい。 Subsequently, when it is determined that there is interference (step S106: YES), the process returns to step S103. Specifically, the fact that there is interference is displayed on the display unit 12 to notify the user, and the design change in step S103 may be performed based on the instruction from the user, or the clamp process for the workpiece model may be performed. An automatic design change such as moving the position of the model of the tool 23 by a predetermined amount in a predetermined direction may be made.

干渉が解消されている状態では（ステップＳ１０６：ＮＯ）、引き続いて、ステップＳ１０７以下の処理に進む。ステップＳ１０７では、図７に示されるとおり、ワーク２１のモデルとクランブ部２２のモデルの配置に基づいて、クランプ時にクランブ部２２がワーク２１に当接する領域に対応するクランプ領域Ｓが抽出される。そして、クランプ領域Ｓ内に含まれるメッシュの要素が選択される。具体的には、ステップＳ１０２で設定されたメッシュの節点の座標から、クランプ部２０１がかかる要素が選択される。すなわち、クランプ領域Ｓに少しでも重なる有限要素は、クランプ領域Ｓ内のメッシュとされる。 In a state where the interference has been eliminated (step S106: NO), the process proceeds to the processing after step S107. In step S107, as shown in FIG. 7, based on the arrangement of the model of the workpiece 21 and the model of the clamping unit 22, the clamping region S corresponding to the region where the clamping unit 22 contacts the workpiece 21 during clamping is extracted. Then, a mesh element included in the clamp region S is selected. Specifically, the element to be clamped 201 is selected from the coordinates of the nodes of the mesh set in step S102. That is, a finite element that overlaps the clamp region S even a little is a mesh in the clamp region S.

次いで、ステップＳ１０８では、所定の分割基準にしたがってクランプ領域Ｓ内に含まれるメッシュが分割される。なお、分割基準は、たとえば、利用者によって予め設定されてハードディスク１５に格納されている。この結果、クランプ領域Ｓ内では、上記の第１緻密度よりも細かい第２値密度でメッシュが設定されることとなる。 Next, in step S108, the mesh included in the clamp area S is divided according to a predetermined division criterion. Note that the division criterion is preset by the user and stored in the hard disk 15, for example. As a result, in the clamp area S, the mesh is set with a second value density smaller than the first density.

言い換えれば、ステップＳ１０２およびステップＳ１０８では、抽出されたクランプ領域Ｓ内に含まれるメッシュが当該領域外の部位のメッシュよりも細かくなるように、有限要素法による解析に必要なメッシュを設定する処理である。 In other words, in step S102 and step S108, a process of setting a mesh necessary for the analysis by the finite element method so that the mesh included in the extracted clamp region S is finer than the mesh of the part outside the region. is there.

図８は、クランプ領域Ｓ内のメッシュを分割する処理を示す図である。図８（Ａ）は、ステップＳ１０２でメッシュが設定されたままの状態を示している。次いで、図８（Ｂ）に示されるように、クランプ領域Ｓが抽出さる。そして、最終的に、図８（Ｃ）に示されるとおり、クランプ領域Ｓ内のメッシュが分割される。 FIG. 8 is a diagram illustrating a process of dividing the mesh in the clamp area S. FIG. 8A shows a state where the mesh is still set in step S102. Next, as shown in FIG. 8B, the clamp region S is extracted. Finally, as shown in FIG. 8C, the mesh in the clamp region S is divided.

次いで、ステップＳ１０９では、ステップＳ１０１からステップＳ１０４で得られるワーク２１、クランプ部２２、クランプ治具２３、および油圧シリンダ２４の各３次元モデルの形状および配置の情報と、ステップＳ１０４で得られる油圧シリンダの諸元データと、ステップＳ１０７で抽出されたクランプ領域Ｓの範囲とに基づいて、有限要素法解析の解析条件（荷重条件）が自動的に設定される。 Next, in step S109, information on the shape and arrangement of each three-dimensional model of the workpiece 21, the clamp unit 22, the clamp jig 23, and the hydraulic cylinder 24 obtained in steps S101 to S104, and the hydraulic cylinder obtained in step S104. The analysis conditions (load conditions) for the finite element method analysis are automatically set based on the specifications data and the range of the clamp region S extracted in step S107.

そして、ステップＳ１１０では、設定されたメッシュを用いて有限要素法解析が実行され、ワークの歪み量が算出される。なお、有限要素法解析自体は、抽出されたクランプ領域Ｓ内に含まれるメッシュが当該領域外の部位のメッシュよりも細かくなるようにメッシュが設定されている点と、干渉解析に用いられる３次元形状データを直接的に利用して同一の装置内で有限要素法解析の解析条件が自動設定される点を除いて、たとえば、有限要素法入門（三好敏郎著培風館）や非線形有限要素法（日本塑性加工学会編コロナ社）などに記載されている一般的な有限要素法解析と同様であるので、詳しい説明は省略する。 In step S110, the finite element method analysis is executed using the set mesh, and the amount of distortion of the workpiece is calculated. It should be noted that the finite element method analysis itself includes a point that the mesh is set so that the mesh included in the extracted clamp region S is finer than the mesh of the part outside the region, and the three-dimensional used for interference analysis. Except for the fact that the analysis conditions for finite element method analysis are automatically set in the same device using shape data directly, for example, an introduction to the finite element method (by Toshiro Miyoshi) and the nonlinear finite element method (Japan) Since it is the same as the general finite element method analysis described in the Japan Society for Technology of Plasticity (Corona), detailed description is omitted.

次いで、ステップＳ１１１では、ステップＳ１１０で算出されたワーク２１の歪み量と所定の基準値とが比較される。たとえば、所定の基準値は、予め利用者によって設定されてハードディスク１５に格納されている。算出された歪み量が所定の基準値を超えている場合には（ステップＳ１１１：ＮＯ）、ステップＳ１０３に戻る。具体的には、歪み量が基準値を超えた旨を表示部１２に表示して利用者へ知らせ、利用者からの指示に基づいて、ステップＳ１０３における設計変更が実施してもよいし、ワークのモデルに対するクランプ治具２３のモデルの位置を所定の方向へ一定量ずつ移動し、適切なクランプ位置を自動的に検討してもよい。一方、算出された歪み量が所定の基準値以下である場合には、適切なクランプが可能であるとして、ステップＳ１１２に進む。 Next, in step S111, the distortion amount of the workpiece 21 calculated in step S110 is compared with a predetermined reference value. For example, the predetermined reference value is set in advance by the user and stored in the hard disk 15. When the calculated distortion amount exceeds a predetermined reference value (step S111: NO), the process returns to step S103. Specifically, the fact that the distortion amount exceeds the reference value is displayed on the display unit 12 to notify the user, and the design change in step S103 may be performed based on an instruction from the user, The model position of the clamp jig 23 relative to the model may be moved by a certain amount in a predetermined direction, and an appropriate clamp position may be automatically examined. On the other hand, if the calculated distortion amount is equal to or less than the predetermined reference value, it is determined that appropriate clamping is possible, and the process proceeds to step S112.

ステップＳ１１２では、ステップＳ１１６で干渉が無いことが確認され、さらに、ステップＳ１１１で、クランプによる歪み量が所定の基準値以下であることが確認された状態の各データが設備仕様として出力されて、処理が完了する。 In step S112, it is confirmed that there is no interference in step S116. Further, in step S111, each data in a state in which it is confirmed that the amount of distortion due to clamping is equal to or less than a predetermined reference value is output as equipment specifications. Processing is complete.

以上のように、ステップＳ１０１、ステップＳ１０３、およびステップＳ１０４は、プロセッサ１１のモデル処理部としての機能に対応し、ステップＳ１０２は、プロセッサ１１の基準メッシュ設定部としての機能に対応する。また、ステップＳ１０５およびステップＳ１０６は、プロセッサ１１の干渉シミュレーションとしての機能に対応し、ステップＳ１０７は、プロセッサ１１のクランプ領域抽出部としての機能に対応する。ステップＳ１０８は、ＣＰＵのメッシュ分割部としての機能に対応する。ステップＳ１０９およびステップＳ１１０は、プロセッサ１１のＦＥＭ解析部としての機能に対応する。また、ステップＳ１１１は、ＣＰＵの歪み量評価部としての機能に対応する。 As described above, step S101, step S103, and step S104 correspond to the function of the processor 11 as the model processing unit, and step S102 corresponds to the function of the processor 11 as the reference mesh setting unit. Steps S105 and S106 correspond to the function of the processor 11 as an interference simulation, and step S107 corresponds to the function of the processor 11 as a clamp area extraction unit. Step S108 corresponds to the function of the CPU as a mesh division unit. Step S109 and step S110 correspond to the function of the processor 11 as an FEM analysis unit. Step S111 corresponds to a function as a distortion amount evaluation unit of the CPU.

以上のように、本実施の形態の歪み量解析装置１について説明したが、本実施の形態の歪み量解析装置によれば、以下のような効果が得られる。 As described above, the distortion amount analysis apparatus 1 of the present embodiment has been described. However, according to the distortion amount analysis apparatus of the present embodiment, the following effects can be obtained.

クランプ領域Ｓを抽出し、抽出されたクランプ領域Ｓ内に含まれるメッシュが当該領域外の部位のメッシュよりも細かくなるように有限要素法による解析に必要なメッシュを設定して有限要素法を実行するので、解析に伴う計算負荷を抑制して解析に要する時間を短縮しつつ、歪み量を高精度に算出することができる。 The clamp area S is extracted, and the finite element method is executed by setting a mesh necessary for the analysis by the finite element method so that the mesh included in the extracted clamp area S is finer than the mesh of the part outside the area. Therefore, it is possible to calculate the distortion amount with high accuracy while suppressing the calculation load accompanying the analysis and reducing the time required for the analysis.

同一の３次元形状データに基づいて、クランプ部２２とワーク２１との干渉解析と、有限要素法による歪み量の算出とを一台の装置において同時に実行できるので、処理のやり直しを防止して、作業時間の短縮化を図ることができる。すなわち、有限要素法によって歪み量が規定値以内となる適切なクランプ条件を得ている場合に、その後の別途の装置での干渉解析で不成立が判明したり、逆に、干渉が生じないクランプ部２２が設計された場合に、その後の別途の装置での有限要素法による解析によって歪み量が規定値以内に収まらないことが判明するといった状況の発生を防止することができる。 Based on the same three-dimensional shape data, the interference analysis between the clamp part 22 and the workpiece 21 and the calculation of the strain amount by the finite element method can be executed simultaneously in one apparatus, so that the re-processing is prevented, The working time can be shortened. In other words, when an appropriate clamping condition in which the amount of strain is within the specified value is obtained by the finite element method, the clamping section where the failure is found by subsequent interference analysis with a separate device, or conversely, no interference occurs. When 22 is designed, it is possible to prevent the occurrence of a situation in which it becomes clear that the amount of distortion does not fall within the specified value by subsequent analysis by a finite element method using a separate device.

ステップＳ１０１〜ステップＳ１０３で所得された３次元形状データ（ＣＡＤデータ）に基づいてクランプ領域Ｓが抽出できるため、クランプ領域Ｓ内でのメッシュの分割を自動的に実行することができる。したがって、メッシュ修正工数が削減でき、解析精度も向上する。 Since the clamp area S can be extracted based on the three-dimensional shape data (CAD data) obtained in steps S101 to S103, mesh division in the clamp area S can be automatically executed. Therefore, the number of mesh correction steps can be reduced, and the analysis accuracy can be improved.

ステップＳ１０１からステップＳ１０４で得られるワーク２１、クランプ部２２、クランプ治具２３、および油圧シリンダ２４の各３次元モデルの形状および配置の情報と、ステップＳ１０４で得られる油圧シリンダの諸元データと、ステップＳ１０７で抽出されたクランプ領域Ｓの範囲とに基づいて、クランプ領域Ｓに関して油圧シリンダ２４からクランプ治具２３やクランプ部２２の機構を介してワーク２１にかかる荷重を自動計算することができるので、有限要素法解析の解析条件（荷重条件）が自動的に設定できる。 Information on the shape and arrangement of each three-dimensional model of the workpiece 21, the clamp unit 22, the clamp jig 23, and the hydraulic cylinder 24 obtained in steps S101 to S104, and specification data of the hydraulic cylinder obtained in step S104, Based on the range of the clamp area S extracted in step S107, the load applied to the work 21 from the hydraulic cylinder 24 via the clamp jig 23 and the mechanism of the clamp portion 22 can be automatically calculated for the clamp area S. Analysis conditions (load conditions) for finite element analysis can be automatically set.

以上のように、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は、これらの場合に制限されるものではなく、当業者によって種々の変形、省略、追加が可能である。 As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to these cases, and various modifications, omissions, and additions can be made by those skilled in the art.

たとえば、上述した例では、干渉解析（ステップＳ１０４）の前に、ステップＳ１０２において、モデルの全体にメッシュが設定される。しかしながら、干渉解析時（ステップＳ１０４）には、必ずしもメッシュを設定しておく必要がない。たとえば、ステップＳ１０２の処理を省略し、ステップＳ１０７において、抽出された前記クランプ領域Ｓ内に含まれるメッシュが当該領域外の部位のメッシュよりも細かくなるように、有限要素法による解析に必要なメッシュを設定してもよい。 For example, in the above-described example, a mesh is set for the entire model in step S102 before the interference analysis (step S104). However, at the time of interference analysis (step S104), it is not always necessary to set a mesh. For example, the processing in step S102 is omitted, and in step S107, the mesh necessary for the analysis by the finite element method is performed so that the mesh included in the extracted clamping region S is finer than the mesh of the part outside the region. May be set.

また、上述した例では、プロセッサ１１がプログラムを実行することによって、モデル処理部、干渉シミュレーション部、基準メッシュ設定部、クランプ領域抽出部、メッシュ分割部、ＦＥＭ解析部、および歪み量評価部として機能する場合を例にとって説明したが、論理集積回路などハードウェアを用いてこれらの各部の一部分を構成することもできる。 In the above-described example, the processor 11 executes a program to function as a model processing unit, an interference simulation unit, a reference mesh setting unit, a clamp region extraction unit, a mesh division unit, an FEM analysis unit, and a distortion amount evaluation unit. However, it is also possible to configure a part of each part using hardware such as a logic integrated circuit.

本発明の実施の形態における歪み量解析装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the distortion amount analyzer in embodiment of this invention. 本実施の形態における歪み量解析装置による解析対象となるワーク、クランプ部、クランプ治具、および油圧シリンダの関係の一例について示す模式図である。It is a schematic diagram shown about an example of the relationship of the workpiece | work which becomes the analysis object by the distortion amount analyzer in this Embodiment, a clamp part, a clamp jig | tool, and a hydraulic cylinder. 図２のクランプ部の駆動の様子を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the mode of the drive of the clamp part of FIG. 図２のワークに与えられる荷重の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the load given to the workpiece | work of FIG. 図１に示される歪み量解析装置による処理内容の一例を示すフローチャートであるIt is a flowchart which shows an example of the processing content by the distortion amount analyzer shown in FIG. 図２のワークとクランプ部とが干渉状態となる例を示す図である。It is a figure which shows the example from which the workpiece | work and clamp part of FIG. 2 will be in an interference state. モデルの配置に基づいてクランプ領域Ｓが抽出する例を示す図である。It is a figure which shows the example which the clamp area | region S extracts based on arrangement | positioning of a model. クランプ領域内のメッシュを分割する処理を示す図である。It is a figure which shows the process which divides | segments the mesh in a clamp area | region.

符号の説明Explanation of symbols

１歪み量解析装置、
１１プロセッサ、
１２表示部、
１３メモリ、
１４操作部、
１５ハードディスク、
２１ワーク、
２２クランプ部、
２３クランプ治具、
２４油圧シリンダ。 1 Strain analysis device,
11 processor,
12 Display section,
13 memory,
14 operation unit,
15 hard disk,
21 work,
22 Clamp part,
23 Clamp jig,
24 Hydraulic cylinder.

Claims

クランプ手段によりクランプされたワークの歪み量を有限要素法により解析する歪み量解析装置であって、
前記ワークと前記クランプ手段の各３次元形状モデルの配置に基づいて、クランプ時に前記クランプ手段が前記ワークに当接する領域に対応するクランプ領域を抽出する抽出手段と、
抽出された前記クランプ領域内に含まれるメッシュが当該領域外の部位のメッシュよりも細かくなるように、有限要素法による解析に必要なメッシュを設定する設定手段と、
設定されたメッシュを用いて有限要素法解析を実行し、ワークの歪み量を算出する算出手段と、を有することを特徴とする歪み量解析装置。 A strain amount analyzing apparatus for analyzing a strain amount of a work clamped by a clamping means by a finite element method,
An extracting means for extracting a clamping area corresponding to an area where the clamping means abuts against the work at the time of clamping, based on the arrangement of each three-dimensional shape model of the work and the clamping means;
Setting means for setting a mesh necessary for the analysis by the finite element method so that the mesh included in the extracted clamp region is finer than the mesh of the part outside the region;
A strain amount analyzing apparatus comprising: a calculation unit that performs a finite element method analysis using a set mesh and calculates a strain amount of a workpiece.

前記設定手段は、
前記ワークの３次元形状モデルの全体に対してメッシュを設定する基準メッシュ設定手段と、
前記クランプ領域内に含まれる前記メッシュを予め定められた分割基準にしたがって分割するメッュ分割手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の歪み量解析装置。 The setting means includes
Reference mesh setting means for setting a mesh for the entire three-dimensional shape model of the workpiece;
The distortion amount analyzing apparatus according to claim 1, further comprising a mesh dividing unit that divides the mesh included in the clamp region according to a predetermined division criterion.

さらに、前記算出手段によって算出されたワークの歪み量と所定の基準値とを比較する歪み量評価手段を有することを特長とする請求項１に記載の歪み量解析装置。 The strain amount analyzing apparatus according to claim 1, further comprising a strain amount evaluation unit that compares the strain amount of the workpiece calculated by the calculation unit with a predetermined reference value.

前記歪み量が前記所定の基準値以内に収まらない場合には、前記ワークと前記クランプ手段の各３次元形状モデルの配置を自動的に変更するモデル処理手段を有することを特徴とする請求項３に記載の歪み量解析装置。 4. The apparatus according to claim 3, further comprising model processing means for automatically changing an arrangement of each three-dimensional shape model of the workpiece and the clamping means when the amount of distortion does not fall within the predetermined reference value. The distortion amount analysis apparatus described in 1.

さらに、前記ワークの３次元形状モデルに対して前記クランプ手段の３次元形状モデルを仮想的に駆動して干渉の有無を判断する干渉シミュレーション手段を有し、
前記抽出手段は、干渉がないことが前記干渉シミュレーション手段によって確かめられた状態における前記ワークと前記クランプ手段の各３次元形状モデルの配置に基づいて、前記クランプ領域を抽出することを特徴とする請求項１に記載の歪み量解析装置。 Furthermore, it has an interference simulation means for virtually determining the presence or absence of interference by virtually driving the 3D shape model of the clamping means with respect to the 3D shape model of the workpiece,
The extraction unit extracts the clamp region based on an arrangement of the three-dimensional shape models of the workpiece and the clamp unit in a state in which it is confirmed by the interference simulation unit that there is no interference. Item 2. The distortion amount analysis apparatus according to Item 1.

クランプ手段によりクランプされたワークの歪み量を有限要素法により解析する歪み量解析方法であって、
前記ワークと前記クランプ手段の各３次元形状モデルの配置に基づいて、クランプ時に前記クランプ手段がワークに当接する領域に対応するクランプ領域を抽出する段階と、
抽出された前記クランプ領域内に含まれるメッシュが当該領域外の部位のメッシュよりも細かくなるように、有限要素法による解析に必要なメッシュを設定する段階と、
設定されたメッシュを用いて有限要素法解析を実行し、ワークの歪み量を算出する段階と、を有することを特徴とする歪み量解析方法。 A strain amount analysis method for analyzing a strain amount of a work clamped by a clamping means by a finite element method,
Extracting a clamping region corresponding to a region where the clamping means abuts against the workpiece at the time of clamping based on the arrangement of the three-dimensional shape models of the workpiece and the clamping means;
Setting a mesh necessary for analysis by the finite element method so that the mesh included in the extracted clamp region is finer than the mesh of the part outside the region;
Performing a finite element method analysis using a set mesh, and calculating a strain amount of the work.