JP3966075B2

JP3966075B2 - Work shape evaluation apparatus and method, and program thereof

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Publication number: JP3966075B2
Application number: JP2002152952A
Authority: JP
Inventors: 耕輔寺田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2022-05-27
Also published as: JP2003344041A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワーク形状の評価装置および評価方法ならびにそのプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
板状のワークを支持治具に配置した場合、ワークは自重によって変形する。そして、この変形しているワークの本来の形状を簡単な測定によって求める技術が特開２０００−１３１０４７号公報および特開２０００−１４６５６５号公報に開示されている。これらの公報に記載の技術によれば、ワークの分布荷重から重力の影響を計算してワークの高さ方向（Ｚ方向）の値を補正することによって、無重力状態でのワークの形状を予測することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の技術は、ワークの支持状態を変更した場合のワークの形状を予測することができない。すなわち、第１支持状態でのワークの形状から第１支持状態と異なる第２支持状態でのワークの形状を予測することはできない。
【０００４】
本発明は、以上の問題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、第１支持状態でのワークの形状測定結果から、第２支持状態でのワークの形状を予測することができるワーク形状評価装置およびその方法ならびにプログラムを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００６】
（１）本発明のワーク形状評価装置は、第１支持状態でのワークの形状を測定して得られる複数の測定点の座標値の集まりである点群データを記憶する記憶手段と、前記第１支持状態でのワークについて、前記第１支持状態に対応する第１の境界条件と第１の荷重ベクトルとに基づいて有限要素法で求めた複数の有限要素のそれぞれの節点座標を算出する算出手段と、前記測定点のそれぞれについて、当該測定点を取り囲む前記複数の節点座標を選択し、選択された前記複数の節点座標によって当該測定点の座標を表す関係式を算出するとともに、前記第１支持状態とは異なる第２支持状態での前記ワークについて、第２支持状態に対応する第２の境界条件と第２の荷重ベクトルとに基づいて、前記第１支持状態からの第２支持状態への前記節点座標の変位を有限要素法により算出し、算出された前記節点座標の変位を前記関係式に適用して前記測定点のそれぞれについて前記第２支持状態での予測される座標値を求めることによって、前記第２支持状態でのワークの形状を予測する形状予測手段と、を有することを特徴とする。
【０００７】
（２）本発明のワーク形状評価方法は、第１支持状態でのワークの形状を測定して、複数の測定点の座標値の集まりである点群データを得る工程と、前記第１支持状態でのワークの荷重ベクトルである第１荷重ベクトルを測定する工程と、前記第１支持状態に対応する第１の境界条件と前記第１の荷重ベクトルとに基づいて、前記第１支持状態でのワークについての複数の有限要素のそれぞれの節点座標を有限要素法により算出する工程と、前記測定点のそれぞれについて、当該測定点を取り囲む前記複数の節点座標を選択し、選択された前記複数の節点座標によって当該測定点の座標を表す関係式を導出する工程と、前記第１支持状態と異なる第２支持状態に対応する第２の境界条件と第２の荷重ベクトルとに基づいて、第１支持状態から第２支持状態への前記節点座標の変位を有限要素法により算出する工程と、算出された前記節点座標の変位を前記関係式に適用して前記測定点のそれぞれについて前記第２支持状態での予測される座標値を求めることによって、前記第２支持状態でのワークの形状を予測する工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、第１支持状態でのワークについて、前記第１支持状態に対応する第１の境界条件と第１の荷重ベクトルとに基づいて有限要素法で求めた複数の有限要素のそれぞれの節点座標を算出する。そして、第１支持状態でのワークについて、実測された点群データの測定点のそれぞれについて、当該測定点を取り囲む前記複数の節点座標を選択し、選択された前記複数の節点座標によって当該測定点の座標を表す関係式を算出する。次いで、前記第１支持状態とは異なる第２支持状態での前記ワークについて、第２支持状態に対応する第２の境界条件と第２の荷重ベクトルとに基づいて、前記第１支持状態からの第２支持状態への前記節点座標の変位を有限要素法により算出し、算出された前記節点座標の変位を前記関係式に適用して前記測定点のそれぞれについて前記第２支持状態での予測される座標値を求めて、前記第１支持状態と異なる第２支持状態での前記ワークの形状を予測するので、第１支持状態でのワークの形状測定結果から、第２支持状態でのワークの形状を予測することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態)
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるワーク形状評価装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、ワーク形状評価装置による形状評価の対象となるワークの一例を説明する概略図である。
【００１１】
ワーク形状評価装置１０は、第１支持状態でのワークの測定形状から、第１支持状態と異なる第２支持状態でのワークの形状を予測するものである。ワーク形状評価装置１０は、三次元形状測定器（形状測定手段）１００と、荷重検出器（荷重測定手段）２００と、コンピュータ（以下「ＰＣ」という）３００とを備える。
【００１２】
三次元形状測定器１００は、第１支持状態でのワークの形状を測定し、点群データ（実測値）を得るための装置あり、好ましくはレーザ光を利用してワークの三次元形状を測定する装置である。
【００１３】
荷重検出器２００は、第１支持状態でのワークに対する荷重ベクトル（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）を測定するものである。ここで、Ｆｘ、Ｆｙ、およびＦｚは、それぞれＸ、Ｙ、Ｚ方向にかかる荷重である。たとえば、荷重検出器２００は、支持治具４０（図２参照）の上部または下部等に組み込まれたロードセル、および支持治具４０の側面に貼り付けられた歪ゲージである。
【００１４】
ＰＣ３００は、第１支持状態でのワークの三次元形状の点群データを三次元形状測定器１００から受信し、種々の処理を実行することによって、第２支持状態でのワークの形状を予測するものである。
【００１５】
ＰＣ３００は、第１インタフェース３１０、第２インタフェース３２０、ＲＯＭ３３０、ＲＡＭ３４０、ディスプレイ３５０、入力装置３６０、ハードディスク３７０、およびＣＰＵ３８０を有する。
【００１６】
第１インタフェース３１０は、三次元形状測定器１００からワークの三次元形状の点群データを受信するためのインタフェースである。一方、第２インタフェース３２０は、荷重検出器２００から荷重ベクトル（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）の測定値を受信するためのインタフェースである。
【００１７】
ＲＯＭ３３０は、種々の制御プログラムやパラメータを記憶するメモリである。ＲＡＭ（記憶手段）３４０は、上記の三次元形状の点群データや荷重ベクトル（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）の測定値などの各種データを一時的に記憶するメモリである。ＲＡＭ３４０とハードディスク３７０は、第１支持状態でのワークの形状を測定して得られる点群データを記憶する記憶手段として機能する。
【００１８】
ディスプレイ（表示手段、形状表示手段）３５０は、種々の表示をするＣＲＴまたは液晶ディスプレイであり、たとえば、第２支持状態でのワークの形状の予測結果を表示する。
【００１９】
入力装置３６０は、マウスやキーボードなどのポインティングデバイスである。入力装置３６０は、解析を希望する支持状態の指定やワークの設計ＣＡＤデータの入力などに用いられる。
【００２０】
ハードディスク（記憶手段）３７０は、入力装置３６０によって入力されたＣＡＤデータ、およびＣＰＵ３８０による各種の解析結果を記録するものである。なお、ＣＰＵ８０による解析結果は、ハードディスク３７０内にデータベース３９０として記録されている。また、ハードディスク３７０には、有限要素法（ＦＥＭ）による構造解析ソフトウエアやデータベースソフトウエアがインストールされている。構造解析ソフトウエアとしては、たとえば、米国ＮＡＳＡで開発されたＮＡＳＴＲＡＮ（NASA structural analysis)が用いられる。
【００２１】
ＣＰＵ（算出手段、形状予測手段）３８０は、各支持状態でのワーク３０について有限要素法による解析を実行する。特に、ＣＰＵ３８０は、第１支持状態でのワーク３０について、第１支持状態に対応する第１の境界条件と第１の荷重ベクトルとに基づいて有限要素法で求めた複数の有限要素のそれぞれの節点座標を算出する。また、ＣＰＵ３８０は、点群データにおける測定点のそれぞれについて、当該測定点を取り囲む前記複数の節点座標を選択し、選択された前記複数の節点座標によって当該測定点の座標を表す関係式を算出する。そして、前記第１支持状態とは異なる第２支持状態での前記ワークについて、第２支持状態に対応する第２の境界条件と第２の荷重ベクトルとに基づいて、前記第１支持状態からの第２支持状態への前記節点座標の変位を有限要素法により算出し、算出された前記節点座標の変位を前記関係式に適用して前記測定点のそれぞれについて前記第２支持状態での予測される座標値を求めることによって、前記第２支持状態でのワークの形状を予測する。なお、ＣＰＵ３８０による処理内容については後述する。
【００２２】
以上のように構成される形状評価装置１０によれば、一の支持状態でのワークの形状測定結果に基づいて、種々の支持状態でのワークの形状が予測される。
【００２３】
次に支持状態について説明する。
【００２４】
支持状態には、たとえば、図２に示されるとおり、横置き状態と縦置き状態とがある。横置き状態とは、ワーク３０が基準面に対して水平に置かれた状態である。また、縦置き状態とは、ワーク３０が基準面に垂直に置かれた状態である。ここで、基準面は、好適には地面である。さらに、支持状態には、ワーク３０が他部品に取り付けられた状態であってもよい。
【００２５】
さらに細かくみれば、支持状態は、同じ横置き状態であっても、支持治具４０とワーク３０との位置関係、特に支持治具４０とワーク３０とが接触する支持点の位置によって異なる。また、ワーク３０が基準面に斜めに置かれた状態も一つの支持状態である。
【００２６】
図３、図４、および図５は、支持状態の例を示す。図６、図７、および図８はそれぞれ図３、図４、および図５におけるＡ〜Ｉの各部分の変位を示す。なお、図３、図４、および図５において、鉛直方向（高さ方向）をＺ軸とし、Ｚ軸に垂直に交わる面をＸ−Ｙ平面とする。また、各図中Ｌ１は、Ｘ、Ｙ、Ｚのすべての方向に拘束されている支持点（以下「完全拘束支持点」と称する）であり、Ｌ２〜Ｌ４は、Ｚ軸方向にのみ拘束されている支持点（以下「Ｚ方向支持点」と称する）である。たとえば、完全拘束支持点は、スポット溶接されている点やボルトなどによって固着されている点である。一方、Ｚ方向支持点は、ワーク３０が支持治具４０上に載置されている接触点であり、ワーク３０は、Ｘ−Ｙ方向に移動可能である。
【００２７】
図３に示される支持状態では、一つの完全拘束支持点があり、三つのＺ方向支持点がある。これら四つの支持点によってワーク３０が支持されている。これらの合計四つの支持点は、ワーク３０の端縁部（特に角部）に配置されている。
【００２８】
図４に示される支持状態では、一つの完全拘束支持点があり、三つのＺ方向支持点がある。この点では、図３の場合と同様である。しかしながら、これら四つの支持点は、図３の場合と比べて、ワーク３０の中央側へ配置されている。
【００２９】
さらに、図５に示される支持状態は、ワーク３０が基準面に対して斜めに置かれた状態である。
【００３０】
以上、図２〜図５に示されるとおり、本実施の形態では、支持点の位置、支持点の内容（完全拘束支持点であるか否か）、支持点の数（完全拘束支持点の数、Ｚ方向支持点の数、および両者の合計）、および、ワーク３０と基準面との角度、ワークが他部品に取り付けられているか否か、といった各要素によって異なる複数の支持状態が存在する。
【００３１】
そして、図６、図７、および図８に示されるとおり、重力によるワーク３０の撓みと、各支持状態に対応した境界条件（拘束条件）とに起因して、図３〜図５におけるＡ〜Ｉの各部分は、Ｚ方向のみならず、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向（三次元方向）のすべての方向へ変位し得る。また、その変位の度合は、上記の支持状態によって異なる。
【００３２】
本実施の形態のワーク形状評価装置１０には、上記の複数の支持状態のうちの一つの支持状態（第１支持状態）でのワーク３０の形状測定結果から他の支持状態（第２支持状態）でのワーク３０での形状を予測することができる。また、Ｚ方向のみならず三次元方向（Ｘ、Ｙ、およびＺ方向）のすべての変位を取り扱うことができる。これらの点は、無重力状態での形状のみを予測し、Ｚ方向のみの変位を予測する上記の従来技術の場合と異なり、本発明の特徴点の一つである。
【００３３】
本実施の形態のワーク形状評価装置は、種々の形状のワーク３０に対して用いることができる。特にパネル形状のワーク３０は、支持状態の違いによって形状が変化しやすいため、本実施の形態のワーク形状評価装置が好適に適用される。
【００３４】
以上のように構成される本実施の形態のワーク形状評価装置１０は、以下のように動作する。
【００３５】
図９は、第１の実施の形態におけるワーク形状評価装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００３６】
まず、三次元形状測定器１００は、第１支持状態でのワーク形状を測定し、点群データＰｊを取得する。測定して得られた点群データＰｊは、ＲＡＭ３４４やハードディスク３９０に記憶される（ステップＳ１００）。ここで、点群データＰｊは、ワーク３０の表面形状を点の座標の集まりで表した実測値である。たとえば、第１支持状態は、上記の横置き状態である。
【００３７】
次に、荷重検出器２００は、各支持治具４０の位置毎に第１支持状態でのワークの荷重ベクトル（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）を測定する（ステップＳ１０１）。
【００３８】
次に、ＣＰＵ３８０は、第１支持状態でのワーク３０の形状について有限要素法を用いた変形計算を実行する（ステップＳ１０２）。有限要素法を用いた変形計算では、微小で単純な形状をした有限要素が用いられる。本実施の形態では、４節点の四角形状の有限要素が用いられる。
【００３９】
図１０は、図９のステップＳ１０２における変形計算の処理についてのフローチャートである。図１０の処理は、ハードディスク３７０に記録されたプログラムをＣＰＵＰ３８０が実行することによって実現される。
【００４０】
まず、データベース３９０に所望の条件での有限要素法の解析結果がすでに保存されているか否かが判断される（ステップＳ２００）。すでに所望の条件での解析結果が保存されている場合には（ステップＳ２００：ＹＥＳ）、ステップＳ２０１〜Ｓ２０５の処理がスキップされ、ステップＳ２０６に進む。この結果、同じ内容の解析を繰り返し実行する手間を省くことができる。所望の条件は、たとえば、境界条件（拘束条件）や荷重ベクトルである。境界条件は、上述したとおり、完全拘束支持点およびＺ方向支持点の位置、内容、および個数等によって定まる。一方、所望の条件での解析結果が保存されていない場合には（ステップＳ２００：ＮＯ）、新たな解析が必要となる。したがって、処理は、ステップＳ２０１に進む。
【００４１】
ステップＳ２０１では、設計ＣＡＤデータがハードディスク３７０から取得される。設計ＣＡＤデータは、予め登録されたワーク３０の設計形状を示すデータとして用いられる。設計ＣＡＤデータとして、ワーク３０の設計時に作成されたＣＡＤデータを転用することができる。
【００４２】
次に、ＣＰＵ３８０は、取得した設計ＣＡＤデータを有限要素法解析ソフト用データに変換する（ステップＳ２０２）。この処理によって、設計ＣＡＤデータでの設計形状が複数の有限要素の集合体によって表され、メッシュ化される。
【００４３】
そして、支持状態に対応した境界条件、荷重ベクトル（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）、および重力効果が付加される（ステップＳ２０３）。図９のステップＳ１０２の処理では、第１支持状態に対応する境界条件（第１境界条件）が入力装置３６０から入力される。また、荷重ベクトル（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）は、図９のステップＳ１０１において荷重検出器２００によって測定された測定値が用いられる。
【００４４】
次に、実際の有限要素法を用いた計算が実行される（ステップＳ２０４）。なお、有限要素法自体は、従来の方法と変わらないので詳しい説明は省略する。簡単に説明すれば、上記の荷重ベクトル（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）、要素の硬さ（Ｋ）、および第１変位ベクトルＤＮｊ₁の相互関係を表すマトリックス方程式に基づいて、第１変位ベクトルＤＮｊ₁が算出される。ここで、第１変位ベクトルＤＮｊ₁は、各節点において、第１支持状態でのワーク形状の変位を示すベクトルであり、設計形状からの三次元方向への変位を示す。なお、説明の簡略のために、第１変位ベクトルＤＮｊ₁を単に第１変位ＤＮｊ₁と称する。また、要素の硬さ（Ｋ）は、ワーク３０の形状と材質で定まる。
【００４５】
そして、解析結果、すなわち第１変位ＤＮｊ₁の算出結果がデータベース３９０に登録される（ステップＳ２０５）。そして第１変位ＤＮｊ₁が読み出され、処理が終了する（ステップＳ２０６）。なお、解析によって得られた第１変位ＤＮｊ₁に基づいて、ワーク３０についての有限要素の節点座標（Ｎｊ）が算出される。具体的には、設計形状についての有限要素の節点座標に第１変位ＤＮｊ₁を加えることにより第１支持状態でのワーク３０についての節点座標（Ｎｊ）が求められる。
【００４６】
以上のとおり、ステップＳ２００〜ステップＳ２０６の処理は、第１支持状態に対応する第１境界条件と荷重ベクトルとに基づいて、前記第１支持状態でのワークについての有限要素の各節点座標（Ｎｊ）を有限要素法により算出する工程に対応する。
【００４７】
ステップＳ２０６の処理が終了すると、処理は、図９のステップＳ１０３の処理に戻る。
【００４８】
ステップＳ１０３では、ステップＳ１００で取得された各点群データＰｊの近傍において当該各点群データＰｊを取り囲む節点（Ｎｐ、Ｎｑ、Ｎｒ、Ｎｓ）が、ステップＳ１０３の処理によって得られた複数の節点の中から選択される。
【００４９】
図１１は、点群データＰｊと節点（Ｎｐ、Ｎｑ、Ｎｒ、Ｎｓ）の関係を模式的に示す図である。図１１に示されるとおり、点群データ（の１点）Ｐｊに最も近い一組の節点（Ｎｐ、Ｎｑ、Ｎｒ、Ｎｓ）が選択される。
【００５０】
次に、ＣＰＵ３８０は、選択された節点の座標（Ｎｐ、Ｎｑ、Ｎｒ、Ｎｓ）を用いて点群データＰｊを表す（ステップＳ１０４）。換言すれば、ＣＰＵ３８０は、第１支持状態でのワーク３０について有限要素法で求めた有限要素の節点座標（Ｎｐ、Ｎｑ、Ｎｒ、Ｎｓ）と三次元形状測定器１００によって得られた点群データとの間の関係式を導出する。
【００５１】
以下に、導出される関係式の一例を示す。ここでは、図１１に示されるとおり、点群データＰｊを通過する線分Ｌを想定する。また、この線分Ｌの両端点は、四角形有限要素ＮｐＮｑＮｒＮｓにおいて対向する辺ＮｐＮｑおよび辺ＮｓＮｒ上に位置するものとする。さらに、この線分Ｌとの交点によって、辺ＮｐＮｑは、比率ａ：（１−ａ）で区画され、この線分Ｌとの交点によって、辺ＮｓＮｒは、比率ｂ：（１−ｂ）で区画され、さらに、線分Ｌ自体は、点Ｐｊによって、比率ｃ：（１−ｃ）で区画されているものとする。
【００５２】
この場合、点群データＰｊと節点座標（Ｎｐ、Ｎｑ、Ｎｒ、Ｎｓ）との間の関係式は以下の（１）式で与えられる。
【００５３】
Ｐｊ＝ｃ（ａＮｑ＋（１−ａ）Ｎｐ）＋（１−ｃ）（ｂＮｒ＋（１−ｂ）Ｎｓ）・・・（１)式
ここで、ａ、ｂ、およびｃは、有限要素法で求めた有限要素の節点座標（Ｎｐ、Ｎｑ、Ｎｒ、Ｎｓ）と実測値である点群データＰｊとを比較することによって導出される。
【００５４】
次に、第１支持状態とは異なる第２支持状態が指定されたか否かが判断される（ステップＳ１０５）。第２支持状態は、ユーザが入力装置３６０を用いて指定する。
【００５５】
第２支持状態が指定されるのを待って（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、境界条件が変更される（ステップＳ１０６）。すなわち、第１支持状態に対応する第１境界条件から第２支持状態に対応する第２境界条件へと境界条件が変更される。さらに、荷重ベクトルについても変更される。支持状態が変化してもワーク３０の重量自体は変更されないため、好ましくは、第１支持状態で測定された荷重ベクトルに基づいて、第２支持状態でのワーク３０の荷重ベクトルが算出される。ここで、第２境界条件は、たとえば縦置き状態に相当する。
【００５６】
次に、ＣＰＵ３８０は、第２支持状態でのワーク３０の形状について有限要素法を用いた変形計算を実行する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７の処理は、図１０に示される処理と略同様であるので、詳しい説明を省略する。
【００５７】
ステップＳ１０７の処理の概略を説明すれば、設計ＣＡＤデータを変換してなる有限要素法解析ソフト用データに対して、第２支持状態に対応する第２境界条件、荷重ベクトル、および重力効果を適用し、有限要素法を用いた計算を実行する。具体的には、ＣＰＵ３８０は、第２支持状態でのワーク３０についての節点座標の第２変位ベクトルＤＮｊ₂を有限要素法により算出する。ここで、第２変位ベクトルＤＮｊ₂は、各節点において、第２支持状態でのワーク形状の変位を示すベクトルであり、設計形状からの変位を示す。なお、説明の簡略のために、第２変位ベクトルＤＮｊ₂を単に第２変位ＤＮｊ₂と称する。
【００５８】
ステップＳ１０８では、ＣＰＵ３８０は、この第２変位ＤＮｊ₂から上記の第１変位ＤＮｊ₁を差し引いて、変位ベクトルＤＮｊ_1-2を求める。ここで、この変位ベクトルＤＮｊ_1-2は、第１支持状態から第２支持状態へと支持状態が変わることに伴う、節点座標のＮｊの変位である。なお、説明の簡略化のために変位ベクトルＤＮｊ_1-2を変位ＤＮｊ_1-2と称する。さらに、ＣＰＵ３８０は、ステップＳ１０３で選択された節点座標（Ｎｐ、Ｎｑ、Ｎｒ、Ｎｓ）の変位（ＤＮｐ_1-2、ＤＮｑ_1-2、ＤＮｒ_1-2、ＤＮｓ_1-2）を算出する。
【００５９】
次に、ＣＰＵ３８０は、算出された節点座標の変位（ＤＮｐ_1-2、ＤＮｑ_1-2、ＤＮｒ_1-2、ＤＮｓ_1-2）を上記（１）式に適用する。より具体的には、変位（ＤＮｐ_1-2、ＤＮｑ_1-2、ＤＮｒ_1-2、ＤＮｓ_1-2）を上記（１）式の右辺のＮｑ、Ｎｐ、Ｎｒ、Ｎｓの箇所に代入する。この結果、支持状態が第１支持状態から第２支持状態へ変化することに伴う、点群データＰｊの変位ＤＰｊ（戻りベクトルともいう）の予測値が算出される（ステップＳ１０９）。すなわち、点群データの変位ＤＰｊの予測値は、以下の（１）´式で表される。
【００６０】
ＤＰｊ＝ｃ（ａＤＮｑ_1-2＋（１−ａ）ＤＮｐ_1-2）
＋（１−ｃ）（ｂＤＮｒ_1-2＋（１−ｂ）ＤＮｓ_1-2）・・・（１)´式
そして、算出された変位ＤＰｊに第１支持状態での実測値Ｐｊを加えることによって、第２支持状態でのワーク３０の点群データが予測される。すべての点群データＰｊについて、第２支持状態での予測値を求めることによって、第２支持状態でのワーク３０の形状（ワーク３０の表面プロファイル）が予測される（ステップＳ１１０）。
【００６１】
次に、ディスプレイ３５０は、予測された第２支持状態でのワーク３０の形状を表示する（ステップＳ１１１）。したがって、ユーザは、第１支持状態と異なる第２支持状態でのワーク３０の形状の予測結果を知ることができる。
【００６２】
なお、上記のステップＳ１００は、点群データＰｊを記憶する記憶手段に対応し、ステップＳ１０２(図１０）の処理は、前記第１支持状態でのワークについて、前記第１支持状態に対応する第１の境界条件と第１の荷重ベクトルとに基づいて有限要素法で求めた複数の有限要素のそれぞれの節点座標を算出する算出手段に対応し、ステップＳ１０３〜ステップＳ１１０の処理は、点群データＰｊのそれぞれについて、当該点群データＰｊを取り囲む前記複数の節点座標を選択し、選択された前記複数の節点座標によって当該点群データＰｊの座標を表す関係式を算出するとともに（ステップＳ１０３〜Ｓ１０４）、第２支持状態での前記ワークについて、第２支持状態に対応する第２の境界条件と第２の荷重ベクトルとに基づいて、前記第１支持状態からの第２支持状態への前記節点座標の変位を有限要素法により算出し、算出された前記節点座標の変位を前記関係式に適用して前記点群データＰｊのそれぞれについて前記第２支持状態での予測値を求めることによって、前記第２支持状態でのワークの形状を予測する形状予測手段に対応する。
【００６３】
次に、図１２を参照して、本実施の形態のワーク形状評価装置１０をボディーサイド部３０ａの形状評価に用いる場合を例について説明する。ここで、ボディーサイド部３０ａとは、自動車の車体の側面の一部を構成する部品である。ボディーサイド部３０ａには、右側面用と左側面用とがある。自動車の車体の組立では、右側面用のボディーサイド部３０ａと左側面用のボディーサイド部３０ａをそれぞれ組み立てておき、これらをフロアメーンに対して取り付ける。ここで、フロアメーンは、自動車の車体の底面を構成する部品である。
【００６４】
各ボディーサイド部３０ａは、各種の部品をスポット溶接により仮止めすることによって構成される。ボディーサイド部３０ａの各種部品の仮止め時には、支持治具（この場合は、作業台）上に横置き状態で支持され、作業が実行される。そして、この横置き状態で、ボディーサイド部３０ａの形状が測定される。一方、ボディーサイド部３０ａをフロアメーンに取り付ける際には、もちろん、縦置き状態となる。
【００６５】
上記のワーク形状評価装置１０をボディーサイド部３０ａの形状評価に用いることによって、横置き状態のボディーサイド部３０ａの測定形状から、縦置き状態のボディーサイド部３０ａの形状を予測することができる。
【００６６】
図１３は、本実施の形態のワーク形状評価装置１０を用いてボディーサイド部３０ａの形状を評価した結果を示す。図１３は、図１２のボディーサイド部３０ａのＮｏ.１〜のＮｏ.７までの箇所の設計形状と実際の形状との乖離ｄＸ（ｍｍ）を示している。図１３中、実線は、横置き状態での実測値を示す。一方、黒四角は、車両取り付け状態での予測値を示す。ただし、本実施の形態での予測値には、他部品との干渉の影響は考慮されていない。ディスプレイ３５０は、第２支持状態でのワークの形状とワークの設計形状との間の乖離の予測結果を表示する。
【００６７】
以上のとおり、本実施の形態のワーク形状評価装置１０によれば、第１支持状態でのワークの測定形状に基づいて、第１支持状態と異なる第２支持状態でのワークの形状を予測することができる。
【００６８】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態のワーク形状評価装置について説明する。第２の実施の形態では、ワークが他部品に取り付けられた状態を第２支持状態とし、この第２支持状態でのワークの形状を予測する際に、ワークと他部品との当接面での当該他部品の寸法に基づいて、有限要素の節点座標の変位（ＤＮｐ_1-2、ＤＮｑ_1-2、ＤＮｒ_1-2、ＤＮｓ_1-2）を算出する。すなわち、本実施の形態では、ワークが他部品に取り付けられた状態が第２支持状態に相当する。また、ワークと他部品との干渉に起因してワークが変形する点を考慮し、第２支持状態でのワークの形状を予測する。
【００６９】
図１４は、第２の実施の形態におけるワーク形状評価装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００７０】
ステップＳ３００〜ステップＳ３０６までは、図９のステップＳ１００〜ステップＳ１０６と同様であるので説明を省略する。
【００７１】
ステップＳ３０７では、ＣＰＵ３８０は、第２支持状態でのワーク３０の形状について、干渉部品を考慮した変形計算を実行する。
【００７２】
図１５は、図１４のステップＳ３０７における変形計算の処理についてのフローチャートである。図１５の処理は、ハードディスク３７０に記録されたプログラムをＣＰＵＰ３８０が実行することによって実現される。
【００７３】
ステップＳ４００およびステップＳ４０１の処理は、図１０のステップＳ２００およびステップＳ２０１の処理と同様であるので、説明を省略する。
【００７４】
ＣＰＵ３８０は、取得した設計ＣＡＤデータに基づいて複数の有限要素に分けて、メッシュ化の処理を実行する（ステップＳ４０２）。
【００７５】
次に、当接面での他部品（干渉部品）の形状寸法を取得する（ステップＳ４０３）。なお、当接面での他部品の形状寸法として、事前に三次元形状測定装置１００により実測されて記憶されている形状データを用いることができる。
【００７６】
そして、ＣＰＵ３８０は、ステップＳ４０３で取得された他部品の形状寸法に応じて、ステップＳ４０２で得られた有限要素の形状（メッシュの形状）を適宜に変更（調整）する（ステップＳ４０４）。
【００７７】
次に、有限要素の形状が変更されたデータを有限要素法解析ソフト用データに変換する（ステップＳ４０５）。そして、その後のステップＳ４０６〜ステップＳ４０９の処理は、第１変位と第２変位のどちらを取り扱うかについての違いを除いて、図１０のステップＳ２０３〜ステップＳ２０６の処理と同様である。ＣＰＵ３８０は、計算を実行し、第２変位ＤＮｊ₂を算出し、その算出された解析結果を必要に応じてデータベース３９０に登録する。
【００７８】
その後、図１４のステップＳ３０８に戻り、第２変位ＤＮｊ₂から第１変位ＤＮｊ₁を差し引いて変位ＤＮｊ_1-2を算出する。そして、選択された節点座標（Ｎｐ、Ｎｑ、Ｎｒ、Ｎｓ）の変位（ＤＮｐ_1-2、ＤＮｑ_1-2、ＤＮｒ_1-2、ＤＮｓ_1-2）を求める。そして、この節点座標の変位（ＤＮｐ_1-2、ＤＮｑ_1-2、ＤＮｒ_1-2、ＤＮｓ_1-2）を上記（１）式に適用することによって、点群データＰｊの変位ＤＰｊ（戻りベクトル）の予測値が算出される（ステップＳ３０９）。そして、最終的に、ワーク３０が他部品へ取り付けられた状態である第２支持状態でのワーク３０の形状が予測される（ステップＳ３１０）。
【００７９】
次に、ディスプレイ３５０は、ワーク３０が他部品に取り付けられた状態における、ワーク３０および他部品の双方の形状を表示する（ステップＳ３１１）。より好ましくは、ディスプレイは、ワーク３０および他部品の各視覚情報を反映しつつワーク３０の予測形状を表示する。ここで視覚情報には、たとえば、色彩、光の反射率、および平滑度が含まれる。たとえば、色彩、光の反射率、および平滑度の標準的な値をデジタルデータとしてＲＯＭ３３０等に予め記憶しておき、ワーク３０の形状の変化に伴って、このデジタルデータの値が変更される。
【００８０】
たとえば、図１６に示されるとおり、ディスプレイ３５０は、ＣＰＵ３５０の指示を受けて、ワーク３０（この場合は、ボディーサイド部３０ａの一部）の形状の変化の度合、および／またはワーク３０の変化に応じた他部品６０との間での整合性の度合に応じてワーク表面および他部品表面の各視覚情報を変更して表示する。
【００８１】
なお、図１６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示される例では、（Ａ）が他部品６０との整合性が低く、（Ｃ）が他部品６０との整合性が最も高く合格水準である。（Ｂ）は、（Ａ）と（Ｂ）の中間程度の整合性を示している。この結果、ユーザは、ワーク３０の形状の変化や他部品との間での整合性を即座に判断することができる。また、実際のワーク３０の形状の変化にともなうワーク表面の視覚情報の変化に対応して、表示するワーク表面の視覚情報を変化させることも可能である。この結果、取り付け時の全体感をつかむことが容易となり、実際の取り付け工程前に、見栄えを評価することが可能となる。
【００８２】
次に、図１７を参照して、本実施の形態のワーク形状評価装置１０をボディーサイド部３０ａの形状評価に用いる場合を例をとって説明する。まず、ボディーサイド部３０ａが他部品（この場合はフロアメーン５０）に取り付けられる前にボディーサイド部３０ａの形状が測定される。そして、この形状測定結果から、フロアメーン５０へ取り付けられた状態でのボディーサイド部３０ａの形状が予測される。この際、ボディーサイド部３０ａとフロアメーン５０との当接面での当該フロアメーン５０の寸法精度に基づいて、ボディーサイド部３０ａの有限要素の節点座標の変位が算出される。したがって、フロアメーン５０の干渉によるボディーサイド部３０ａの形状の変化を考慮して、ボディーサイド部３０ａの形状を予測することができる。
【００８３】
図１８は、本実施の形態のワーク形状評価装置１０を用いて形状を評価した結果を示す。具体的には、図１８は、図１７のボディーサイド部３０ａのＮｏ.１〜のＮｏ.７までの箇所の設計形状と実際の形状との乖離ｄＸ（ｍｍ）を示している。図１８中、実線は、横置き状態での実測値を示し、黒四角は、干渉による効果を考慮していない場合の車両取り付け状態での予測値である。また、黒三角は他部品（フロアメーン５０）の寸法精度であり、白四角は、ボディーサイド部３０ａのフロアメーン５０への取り付け後の当接面の形状の予測値である。
【００８４】
以上のとおり、本実施の形態のワーク形状評価装置１０によれば、第１支持状態でのワークの測定形状に基づいて、他部品に取り付けられた支持状態でのワークの形状を他部品との干渉に起因する変形も含めて予測することができる。
【００８５】
以上のとおり、第１および第２の実施の形態について述べたがこれらの実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
【００８６】
（イ）ワークのスポット溶接点などの完全拘束支持点の位置や個数についても考慮して、ワークの形状を予測するので、ワークを取り付けた後でワークの形状が仕様を満たさないといった事態の発生を軽減することができる。したがって、試作を繰り返すといった工数を軽減し、開発を効率的に進めることができる。
【００８７】
（ロ）測定時のワークの支持状態と検討したい支持状態とを指定することによって、測定時のワークの形状に基づいて予測される形状を表示することができ、所定の評価ポイントにおける設計形状との乖離（ｄｘ、ｄｙ、ｄｚ）を表示することができる。したがって、ワーク開発中であっても、ワークの取り付け後の使用段階での撓みを認識することができる。この結果、形状だしの精度やスポット溶接の位置が妥当であるか否かについても判断できる。
【００８８】
（ハ）高さ方向（Ｚ方向）のみならず、他の方向（Ｘ方向、Ｙ方向）への変位を考慮して、ワークの形状を予測することができる。したがって、三次元の各方向へワークが変形する状態を想定して、ワーク形状評価を実行することができる。
【００８９】
（二）第２の実施の形態によれば、当接面での相手部品との干渉度合を考慮にいれた対策をワークの開発の早期段階で実行することができる。すなわち、相手部品の形状寸法精度に応じて、ワークの形状修正や支持方法の変更等を検討することが可能となる。
【００９０】
（ホ）第２の実施の形態によれば、取り付け時の形状表示に加えて、ワークや他部品の表面特性や色彩を変更することができる。したがって、ワークの組み込み前の早期段階において、ワーク取り付け時の見栄えの評価を実行することができる。
【００９１】
上記のとおり、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限られず、本発明の技術思想の範囲内で当業者により種々の変形、削除、および追加が可能であることはいうまでもない。
【００９２】
たとえば、上記の説明ではワーク形状評価装置１０に三次元形状測定器１００が含まれている場合が示された。しかしながら、本発明はこの場合に限られない。たとえば、汎用のワーク形状測定装置により測定された点群データをフレキシブルディスクを媒体としてＰＣ３００に記憶することもできる。すなわち、ワーク形状測定装置は、少なくとも実測値である点群データを記憶する記憶手段を有していれば、三次元形状測定器を有している必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるワーク形状評価装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ワーク形状評価装置による形状評価の対象となるワークの一例を説明する概略図である。
【図３】支持状態の一例を示す模式図である。
【図４】支持状態の他の例を示す模式図である。
【図５】支持状態のさらに別の例を示す模式図である。
【図６】図３のワークの所定部分の変位を示す図である。
【図７】図４のワークの所定部分の変位を示す図である。
【図８】図５のワークの所定部分の変位を示す図である。
【図９】第１の実施の形態におけるワーク形状評価装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図１０】図９のステップＳ１０２に対応するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】点群データＰｊと節点との関係を模式的に示す図である。
【図１２】ワークの一例であるボディーサイド部についての概略図である。
【図１３】図１２に示されるボディーサイド部の変位についての予測結果を示す図である。
【図１４】第２の実施の形態におけるワーク形状評価装置の処理内容を示すフローチャートである
【図１５】図１４のステップＳ３０７に対応するサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】ワーク表面および他部品表面の視覚情報を変更して取り付け状態を表示する場合の一例を示す図である。
【図１７】ボディーサイド部をフロアメーンに取り付けた状態についての概略図である。
【図１８】図１７に示されるボディーサイド部の変位についての予測結果を示す図である。
【符号の説明】
１０…ワーク形状評価装置、
３０…ワーク、
４０…支持治具、
１００…三次元形状測定器、
２００…荷重検出器、
３００…コンピュータ、
３１０…第１インタフェース、
３２０…第２インタフェース、
３３０…ＲＯＭ、
３４０…ＲＡＭ、
３５０…ディスプレイ、
３６０…入力装置、
３７０…ハードディスク、
３８０…ＣＰＵ、
３４０…ＲＡＭ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a workpiece shape evaluation apparatus, an evaluation method, and a program thereof.
[0002]
[Prior art]
When a plate-shaped workpiece is arranged on the support jig, the workpiece is deformed by its own weight. And the technique which calculates | requires the original shape of this deform | transforming workpiece | work by simple measurement is disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-131047 and Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-146565. According to the techniques described in these publications, the shape of the workpiece in the weightless state is predicted by calculating the influence of gravity from the distributed load of the workpiece and correcting the value in the height direction (Z direction) of the workpiece. be able to.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the technique described in the above publication cannot predict the shape of the workpiece when the workpiece support state is changed. In other words, the shape of the workpiece in the second support state different from the first support state cannot be predicted from the shape of the workpiece in the first support state.
[0004]
The present invention has been made to solve the above problems. Accordingly, an object of the present invention is to provide a workpiece shape evaluation apparatus, a method thereof, and a program capable of predicting the shape of a workpiece in the second support state from the measurement result of the workpiece shape in the first support state. is there.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The above object of the present invention is achieved by the following means.
[0006]
(1) The workpiece shape evaluation apparatus of the present invention is obtained by measuring the shape of a workpiece in the first support state. A set of coordinate values of multiple measurement points Storage means for storing point cloud data and workpiece in the first support state Calculating means for calculating respective node coordinates of a plurality of finite elements obtained by a finite element method based on a first boundary condition corresponding to the first support state and a first load vector; For each, select the plurality of node coordinates surrounding the measurement point, and represent the coordinates of the measurement point by the selected node coordinates Relational expression Is calculated and is different from the first support state About the workpiece in the second support state Based on the second boundary condition corresponding to the second support state and the second load vector, the first support state is changed to the second support state. The displacement of the node coordinates is calculated by a finite element method, and the calculated displacement of the node coordinates is applied to the relational expression. And obtaining a predicted coordinate value in the second support state for each of the measurement points. And a shape predicting means for predicting the shape of the workpiece in the second support state.
[0007]
(2) The workpiece shape evaluation method of the present invention measures the shape of the workpiece in the first support state. Is a collection of coordinate values of multiple measurement points A step of obtaining point cloud data and a load vector of the workpiece in the first support state; Is the first load vector Measuring a first boundary condition corresponding to the first support state, and First Based on the load vector, the workpiece in the first support state plural Finite element each Calculating the node coordinates by the finite element method; For each of the measurement points, the plurality of node coordinates surrounding the measurement point are selected, and the coordinates of the measurement point are represented by the selected node coordinates. A step of deriving a relational expression, and a second boundary condition corresponding to a second support state different from the first support state And the second load vector On the basis of the, From the first support state to the second support state Calculating the displacement of the node coordinates by a finite element method, and applying the calculated displacement of the node coordinates to the relational expression Then, a predicted coordinate value in the second support state is obtained for each of the measurement points. And a step of predicting the shape of the workpiece in the second support state.
[0008]
【The invention's effect】
According to the present invention, the workpiece in the first support state Then, the node coordinates of each of the plurality of finite elements obtained by the finite element method are calculated based on the first boundary condition corresponding to the first support state and the first load vector. Then, with respect to the workpiece in the first support state, for each of the measurement points of the actually measured point cloud data, the plurality of node coordinates surrounding the measurement point are selected, and the measurement points are determined by the selected node coordinates. Represents the coordinates of Relational expression Is calculated. Then The workpiece in a second support state different from the first support state For the second support state from the first support state based on the second boundary condition corresponding to the second support state and the second load vector. The displacement of the node coordinates is calculated by a finite element method, and the calculated displacement of the node coordinates is applied to the relational expression. To obtain a predicted coordinate value in the second support state for each of the measurement points, Since the shape of the work in a second support state different from the first support state is predicted, the shape of the work in the second support state can be predicted from the shape measurement result of the work in the first support state. .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0010]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a workpiece shape evaluation apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an example of a workpiece to be subjected to shape evaluation by the workpiece shape evaluation apparatus.
[0011]
The workpiece shape evaluation apparatus 10 predicts the workpiece shape in a second support state different from the first support state from the workpiece measurement shape in the first support state. The workpiece shape evaluation apparatus 10 includes a three-dimensional shape measuring instrument (shape measuring means) 100, a load detector (load measuring means) 200, and a computer (hereinafter referred to as “PC”) 300.
[0012]
The three-dimensional shape measuring instrument 100 is a device for measuring the shape of the workpiece in the first support state and obtaining point cloud data (actually measured values), preferably measuring the three-dimensional shape of the workpiece using laser light. It is a device to do.
[0013]
The load detector 200 measures load vectors (Fx, Fy, Fz) for the workpiece in the first support state. Here, Fx, Fy, and Fz are loads applied in the X, Y, and Z directions, respectively. For example, the load detector 200 is a load cell incorporated in an upper part or a lower part of the support jig 40 (see FIG. 2), and a strain gauge attached to a side surface of the support jig 40.
[0014]
The PC 300 receives the point cloud data of the three-dimensional shape of the workpiece in the first supporting state from the three-dimensional shape measuring instrument 100, and predicts the shape of the workpiece in the second supporting state by executing various processes. Is.
[0015]
The PC 300 includes a first interface 310, a second interface 320, a ROM 330, a RAM 340, a display 350, an input device 360, a hard disk 370, and a CPU 380.
[0016]
The first interface 310 is an interface for receiving point cloud data of the three-dimensional shape of the workpiece from the three-dimensional shape measuring instrument 100. On the other hand, the second interface 320 is an interface for receiving measured values of load vectors (Fx, Fy, Fz) from the load detector 200.
[0017]
The ROM 330 is a memory that stores various control programs and parameters. A RAM (storage means) 340 is a memory that temporarily stores various data such as the above-described three-dimensional point group data and measured values of load vectors (Fx, Fy, Fz). The RAM 340 and the hard disk 370 function as storage means for storing point cloud data obtained by measuring the shape of the workpiece in the first support state.
[0018]
The display (display means, shape display means) 350 is a CRT or liquid crystal display that performs various displays, and displays, for example, prediction results of the shape of the workpiece in the second support state.
[0019]
The input device 360 is a pointing device such as a mouse or a keyboard. The input device 360 is used for designating a support state desired to be analyzed and inputting workpiece design CAD data.
[0020]
A hard disk (storage means) 370 records CAD data input by the input device 360 and various analysis results by the CPU 380. The analysis result by the CPU 80 is recorded as a database 390 in the hard disk 370. The hard disk 370 is installed with structural analysis software and database software by a finite element method (FEM). As the structural analysis software, for example, NASTRAN (NASA structural analysis) developed by NASA in the United States is used.
[0021]
CPU ( Calculation means, (Shape prediction means) 380 performs analysis by the finite element method on the work 30 in each support state. In particular, the CPU 380 performs the work 30 in the first support state. Then, the node coordinates of each of the plurality of finite elements obtained by the finite element method are calculated based on the first boundary condition corresponding to the first support state and the first load vector. Further, the CPU 380 selects, for each of the measurement points in the point cloud data, the plurality of node coordinates surrounding the measurement point, and calculates a relational expression representing the coordinates of the measurement point by the selected node coordinates. . And about the said workpiece | work in the 2nd support state different from the said 1st support state, based on the 2nd boundary condition and 2nd load vector corresponding to a 2nd support state, from the said 1st support state A displacement of the node coordinates to the second support state is calculated by a finite element method, and the calculated displacement of the node coordinates is applied to the relational expression to predict each measurement point in the second support state. To obtain the coordinate value Therefore, the shape of the workpiece in the second support state is predicted. Details of processing performed by the CPU 380 will be described later.
[0022]
According to the shape evaluation apparatus 10 configured as described above, shapes of workpieces in various support states are predicted based on the workpiece shape measurement results in one support state.
[0023]
Next, the support state will be described.
[0024]
For example, as shown in FIG. 2, the supporting state includes a horizontally placed state and a vertically placed state. The horizontally placed state is a state in which the work 30 is placed horizontally with respect to the reference plane. Further, the vertically placed state is a state in which the work 30 is placed perpendicular to the reference plane. Here, the reference plane is preferably the ground. Furthermore, the support state may be a state in which the workpiece 30 is attached to another component.
[0025]
More specifically, the support state varies depending on the positional relationship between the support jig 40 and the work 30, particularly the position of the support point at which the support jig 40 and the work 30 are in contact with each other even in the same horizontal installation state. In addition, a state in which the workpiece 30 is placed obliquely on the reference surface is also a support state.
[0026]
3, 4 and 5 show examples of the support state. 6, FIG. 7, and FIG. 8 show the displacements of portions A to I in FIG. 3, FIG. 4, and FIG. 3, 4, and 5, the vertical direction (height direction) is the Z axis, and the plane perpendicular to the Z axis is the XY plane. Further, in the drawings, L1 is a support point that is constrained in all directions of X, Y, and Z (hereinafter referred to as “completely constrained support point”), and L2 to L4 are constrained only in the Z-axis direction. Support points (hereinafter referred to as “Z-direction support points”). For example, the fully constrained support point is a point that is spot-welded or fixed by a bolt or the like. On the other hand, the Z direction support point is a contact point where the work 30 is placed on the support jig 40, and the work 30 is movable in the XY direction.
[0027]
In the support state shown in FIG. 3, there is one fully constrained support point and three Z-direction support points. The workpiece 30 is supported by these four support points. These four support points in total are arranged at the end edge portion (particularly the corner portion) of the workpiece 30.
[0028]
In the support state shown in FIG. 4, there is one fully constrained support point and three Z-direction support points. This is the same as in FIG. However, these four support points are arranged closer to the center of the workpiece 30 than in the case of FIG.
[0029]
Furthermore, the support state shown in FIG. 5 is a state in which the workpiece 30 is placed obliquely with respect to the reference plane.
[0030]
As described above, as shown in FIGS. 2 to 5, in the present embodiment, the position of the support point, the content of the support point (whether or not it is a complete restraint support point), the number of support points (the number of fully restraint support points) , The number of support points in the Z direction, and the sum of both), the angle between the workpiece 30 and the reference plane, and whether or not the workpiece is attached to another component, there are a plurality of different support states.
[0031]
Then, as shown in FIGS. 6, 7, and 8, due to the bending of the work 30 due to gravity and the boundary conditions (constraint conditions) corresponding to the respective support states, A˜ in FIGS. Each part of I can be displaced not only in the Z direction but also in all directions of the X, Y, and Z directions (three-dimensional directions). Further, the degree of displacement varies depending on the above support state.
[0032]
The workpiece shape evaluation apparatus 10 according to the present embodiment has another support state (second support state) from the shape measurement result of the workpiece 30 in one support state (first support state) among the plurality of support states. ) In the workpiece 30 can be predicted. Further, not only the Z direction but also all displacements in the three-dimensional directions (X, Y, and Z directions) can be handled. These points are one of the characteristic points of the present invention, unlike the above-described prior art in which only the shape in the weightless state is predicted and the displacement only in the Z direction is predicted.
[0033]
The workpiece shape evaluation apparatus according to the present embodiment can be used for workpieces 30 having various shapes. In particular, since the shape of the panel-shaped workpiece 30 is likely to change depending on the support state, the workpiece shape evaluation apparatus of the present embodiment is suitably applied.
[0034]
The workpiece shape evaluation apparatus 10 of the present embodiment configured as described above operates as follows.
[0035]
FIG. 9 is a flowchart showing the processing contents of the workpiece shape evaluation apparatus in the first embodiment.
[0036]
First, the three-dimensional shape measuring instrument 100 measures the workpiece shape in the first support state and acquires the point cloud data Pj. The point cloud data Pj obtained by measurement is stored in the RAM 344 or the hard disk 390 (step S100). Here, the point group data Pj is an actual measurement value representing the surface shape of the work 30 as a collection of point coordinates. For example, the first support state is the above-described horizontal state.
[0037]
Next, the load detector 200 measures the load vector (Fx, Fy, Fz) of the workpiece in the first support state for each position of each support jig 40 (step S101).
[0038]
Next, the CPU 380 performs deformation calculation using the finite element method for the shape of the workpiece 30 in the first support state (step S102). In deformation calculation using the finite element method, a finite element having a small and simple shape is used. In the present embodiment, a four-node quadrangular finite element is used.
[0039]
FIG. 10 is a flowchart of the deformation calculation process in step S102 of FIG. The processing in FIG. 10 is realized by the CPU P380 executing the program recorded on the hard disk 370.
[0040]
First, it is determined whether or not the analysis result of the finite element method under a desired condition is already stored in the database 390 (step S200). If the analysis result under the desired condition has already been saved (step S200: YES), the processing of steps S201 to S205 is skipped and the process proceeds to step S206. As a result, it is possible to save the trouble of repeatedly executing the analysis of the same content. The desired condition is, for example, a boundary condition (constraint condition) or a load vector. As described above, the boundary condition is determined by the positions, contents, number, and the like of the completely constrained support points and the Z direction support points. On the other hand, when an analysis result under a desired condition is not stored (step S200: NO), a new analysis is required. Therefore, the process proceeds to step S201.
[0041]
In step S <b> 201, design CAD data is acquired from the hard disk 370. The design CAD data is used as data indicating the design shape of the workpiece 30 registered in advance. As the design CAD data, the CAD data created at the time of designing the workpiece 30 can be diverted.
[0042]
Next, the CPU 380 converts the acquired design CAD data into data for finite element method analysis software (step S202). By this processing, the design shape in the design CAD data is represented by a set of a plurality of finite elements and meshed.
[0043]
Then, boundary conditions corresponding to the support state, load vectors (Fx, Fy, Fz), and a gravitational effect are added (step S203). In the process of step S102 of FIG. 9, a boundary condition (first boundary condition) corresponding to the first support state is input from the input device 360. For the load vector (Fx, Fy, Fz), the measurement value measured by the load detector 200 in step S101 of FIG. 9 is used.
[0044]
Next, calculation using an actual finite element method is executed (step S204). Since the finite element method itself is not different from the conventional method, detailed description thereof is omitted. Briefly, the load vector (Fx, Fy, Fz), the element hardness (K), and the first displacement vector DNj are described above. ₁ The first displacement vector DNj based on the matrix equation representing the mutual relationship ₁ Is calculated. Here, the first displacement vector DNj ₁ Is a vector indicating the displacement of the workpiece shape in the first support state at each node, and indicates the displacement in the three-dimensional direction from the design shape. For simplicity of explanation, the first displacement vector DNj ₁ Is simply the first displacement DNj ₁ Called. The hardness (K) of the element is determined by the shape and material of the workpiece 30.
[0045]
Then, the analysis result, that is, the first displacement DNj ₁ Is calculated in the database 390 (step S205). And the first displacement DNj ₁ Is read and the process ends (step S206). The first displacement DNj obtained by analysis ₁ Based on the above, the node coordinates (Nj) of the finite element for the workpiece 30 are calculated. Specifically, the first displacement DNj is set to the node coordinates of the finite element for the design shape. ₁ Is added to obtain the node coordinates (Nj) for the workpiece 30 in the first support state.
[0046]
As described above, the processes in steps S200 to S206 are performed based on the first boundary condition and the load vector corresponding to the first support state, and the node coordinates (Nj) of the finite element for the workpiece in the first support state. ) Corresponds to the step of calculating by the finite element method.
[0047]
When the process of step S206 ends, the process returns to the process of step S103 in FIG.
[0048]
In step S103, nodes (Np, Nq, Nr, Ns) surrounding each point group data Pj in the vicinity of each point group data Pj acquired in step S100 are a plurality of nodes obtained by the process of step S103. It is selected from the inside.
[0049]
FIG. 11 is a diagram schematically showing the relationship between the point cloud data Pj and the nodes (Np, Nq, Nr, Ns). As shown in FIG. 11, a set of nodes (Np, Nq, Nr, Ns) closest to the point cloud data (one point) Pj is selected.
[0050]
Next, the CPU 380 represents the point cloud data Pj using the coordinates (Np, Nq, Nr, Ns) of the selected node (step S104). In other words, the CPU 380 determines the node coordinates (Np, Nq, Nr, Ns) of the finite element obtained by the finite element method for the workpiece 30 in the first support state and the point cloud data obtained by the three-dimensional shape measuring instrument 100. Is derived.
[0051]
An example of the derived relational expression is shown below. Here, as shown in FIG. 11, a line segment L passing through the point cloud data Pj is assumed. In addition, both end points of the line segment L are located on opposite sides NpNq and NsNr in the square finite element NpNqNrNs. Further, the side NpNq is partitioned by the ratio a: (1-a) by the intersection with the line segment L, and the side NsNr is partitioned by the ratio b: (1-b) by the intersection with the line segment L. Furthermore, it is assumed that the line segment L itself is partitioned by the point Pj at a ratio c: (1-c).
[0052]
In this case, the relational expression between the point group data Pj and the node coordinates (Np, Nq, Nr, Ns) is given by the following expression (1).
[0053]
Pj = c (aNq + (1-a) Np) + (1-c) (bNr + (1-b) Ns) (1)
Here, a, b, and c are derived by comparing the node coordinates (Np, Nq, Nr, Ns) of the finite element obtained by the finite element method with the point cloud data Pj that is an actual measurement value.
[0054]
Next, it is determined whether or not a second support state different from the first support state has been designated (step S105). The second support state is designated by the user using the input device 360.
[0055]
Waiting for the second support state to be designated (step S105: YES), the boundary condition is changed (step S106). That is, the boundary condition is changed from the first boundary condition corresponding to the first support state to the second boundary condition corresponding to the second support state. Furthermore, the load vector is also changed. Since the weight of the work 30 itself does not change even if the support state changes, the load vector of the work 30 in the second support state is preferably calculated based on the load vector measured in the first support state. Here, the second boundary condition corresponds to, for example, a vertically placed state.
[0056]
Next, the CPU 380 performs deformation calculation using the finite element method for the shape of the workpiece 30 in the second support state (step S107). The processing in step S107 is substantially the same as the processing shown in FIG.
[0057]
Explaining the outline of the processing in step S107, the second boundary condition corresponding to the second support state, the load vector, and the gravity effect are applied to the data for the finite element method analysis software obtained by converting the design CAD data. Then, the calculation using the finite element method is executed. Specifically, the CPU 380 determines the second displacement vector DNj of the nodal coordinates for the workpiece 30 in the second support state. ₂ Is calculated by the finite element method. Here, the second displacement vector DNj ₂ Is a vector indicating the displacement of the workpiece shape in the second support state at each node, and indicates the displacement from the design shape. For simplicity of explanation, the second displacement vector DNj ₂ Simply the second displacement DNj ₂ Called.
[0058]
In step S108, the CPU 380 determines the second displacement DNj. ₂ To the first displacement DNj ₁ Is subtracted from the displacement vector DNj _1-2 Ask for. Here, this displacement vector DNj _1-2 Is the displacement of the node coordinates Nj as the support state changes from the first support state to the second support state. For simplification of description, the displacement vector DNj _1-2 The displacement DNj _1-2 Called. Further, the CPU 380 determines the displacement (DNp) of the node coordinates (Np, Nq, Nr, Ns) selected in step S103. _1-2 , DNq _1-2 , DNr _1-2 , DNs _1-2 ) Is calculated.
[0059]
Next, the CPU 380 determines the displacement of the calculated node coordinates (DNp _1-2 , DNq _1-2 , DNr _1-2 , DNs _1-2 ) Is applied to the above equation (1). More specifically, the displacement (DNp _1-2 , DNq _1-2 , DNr _1-2 , DNs _1-2 ) Is substituted for Nq, Np, Nr, and Ns on the right side of the above equation (1). As a result, a predicted value of the displacement DPj (also referred to as a return vector) of the point cloud data Pj is calculated as the support state changes from the first support state to the second support state (step S109). That is, the predicted value of the displacement DPj of the point cloud data is expressed by the following equation (1) ′.
[0060]
DPj = c (aDNq _1-2 + (1-a) DNp _1-2 )
+ (1-c) (bDNr _1-2 + (1-b) DNs _1-2 ) ... (1) 'formula
And the point group data of the workpiece | work 30 in a 2nd support state are estimated by adding the measured value Pj in a 1st support state to the calculated displacement DPj. The shape of the work 30 in the second support state (surface profile of the work 30) is predicted by obtaining predicted values in the second support state for all the point cloud data Pj (step S110).
[0061]
Next, the display 350 displays the predicted shape of the workpiece 30 in the second support state (step S111). Therefore, the user can know the prediction result of the shape of the workpiece 30 in the second support state different from the first support state.
[0062]
Note that the above step S100 corresponds to storage means for storing the point cloud data Pj, and step S10. 2 (Fig. 10) The processing of each of the plurality of finite elements obtained by the finite element method based on the first boundary condition and the first load vector corresponding to the first support state for the workpiece in the first support state. Corresponding to the calculation means for calculating the node coordinates, the processing of step S103 to step S110 selects the plurality of node coordinates surrounding the point group data Pj for each of the point group data Pj, and selects the plurality of selected The coordinates of the point cloud data Pj are represented by the node coordinates. While calculating the relational expression (steps S103 to S104) The node coordinates from the first support state to the second support state based on the second boundary condition corresponding to the second support state and the second load vector for the workpiece in the second support state Is calculated by a finite element method, and the calculated displacement of the node coordinates is applied to the relational expression to obtain a predicted value in the second support state for each of the point group data Pj, This corresponds to shape prediction means for predicting the shape of the workpiece in the second support state.
[0063]
Next, with reference to FIG. 12, an example in which the workpiece shape evaluation apparatus 10 of the present embodiment is used for the shape evaluation of the body side portion 30a will be described. Here, the body side portion 30a is a part that constitutes a part of the side surface of the body of the automobile. The body side portion 30a includes a right side surface and a left side surface. In the assembly of the vehicle body of the automobile, the body side portion 30a for the right side and the body side portion 30a for the left side are each assembled and attached to the floor main. Here, the floor main is a component constituting the bottom surface of the vehicle body of the automobile.
[0064]
Each body side portion 30a is configured by temporarily fixing various parts by spot welding. At the time of temporarily fixing various parts of the body side part 30a, it is supported in a horizontal state on a support jig (in this case, a work table), and the work is executed. And the shape of the body side part 30a is measured in this horizontal state. On the other hand, when the body side portion 30a is attached to the floor main body, of course, the body side portion 30a is placed vertically.
[0065]
By using the workpiece shape evaluation apparatus 10 for the shape evaluation of the body side portion 30a, the shape of the body side portion 30a in the vertically placed state can be predicted from the measured shape of the body side portion 30a in the horizontally placed state.
[0066]
FIG. 13 shows the result of evaluating the shape of the body side portion 30a using the workpiece shape evaluation apparatus 10 of the present embodiment. FIG. 13 shows a deviation dX (mm) between the design shape and the actual shape of locations from No. 1 to No. 7 of the body side portion 30a in FIG. In FIG. 13, the solid line indicates the actual measurement value in the horizontal position. On the other hand, the black squares indicate the predicted values when the vehicle is attached. However, the predicted value in the present embodiment does not consider the influence of interference with other components. The display 350 displays a prediction result of the divergence between the workpiece shape and the workpiece design shape in the second support state.
[0067]
As described above, according to the workpiece shape evaluation apparatus 10 of the present embodiment, the workpiece shape in the second support state different from the first support state is predicted based on the measurement shape of the workpiece in the first support state. be able to.
[0068]
(Second Embodiment)
Next, a workpiece shape evaluation apparatus according to the second embodiment will be described. In the second embodiment, when the workpiece is attached to another component, the second support state is used, and when the shape of the workpiece in the second support state is predicted, the contact surface between the workpiece and the other component is used. The displacement of the nodal coordinates of the finite element (DNp _1-2 , DNq _1-2 , DNr _1-2 , DNs _1-2 ) Is calculated. That is, in the present embodiment, the state where the workpiece is attached to another component corresponds to the second support state. Further, the shape of the workpiece in the second support state is predicted in consideration of the point that the workpiece is deformed due to the interference between the workpiece and other parts.
[0069]
FIG. 14 is a flowchart showing the processing contents of the workpiece shape evaluation apparatus according to the second embodiment.
[0070]
Steps S300 to S306 are the same as steps S100 to S106 in FIG. so Description is omitted.
[0071]
In step S <b> 307, the CPU 380 executes deformation calculation in consideration of the interference component for the shape of the work 30 in the second support state.
[0072]
FIG. 15 is a flowchart of the deformation calculation process in step S307 of FIG. The processing in FIG. 15 is realized by the CPU P380 executing the program recorded on the hard disk 370.
[0073]
The processing in step S400 and step S401 is the same as the processing in step S200 and step S201 in FIG.
[0074]
The CPU 380 divides into a plurality of finite elements based on the acquired design CAD data, and executes a meshing process (step S402).
[0075]
Next, the shape dimension of the other part (interference part) on the contact surface is acquired (step S403). In addition, as the shape dimensions of the other components on the contact surface, shape data that is actually measured and stored in advance by the three-dimensional shape measuring apparatus 100 can be used.
[0076]
Then, the CPU 380 appropriately changes (adjusts) the shape (mesh shape) of the finite element obtained in step S402 according to the shape dimensions of the other parts acquired in step S403 (step S404).
[0077]
Next, the data in which the shape of the finite element is changed is converted into data for finite element method analysis software (step S405). The subsequent processes in steps S406 to S409 are the same as the processes in steps S203 to S206 in FIG. 10 except for the difference between handling the first displacement and the second displacement. The CPU 380 performs the calculation and performs the second displacement DNj ₂ And the calculated analysis result is registered in the database 390 as necessary.
[0078]
Thereafter, the process returns to step S308 in FIG. 14, and the second displacement DNj ₂ To the first displacement DNj ₁ Subtracting the displacement DNj _1-2 Is calculated. And the displacement (DNp) of the selected node coordinates (Np, Nq, Nr, Ns) _1-2 , DNq _1-2 , DNr _1-2 , DNs _1-2 ) The displacement of the nodal coordinates (DNp _1-2 , DNq _1-2 , DNr _1-2 , DNs _1-2 ) Is applied to the above equation (1), the predicted value of the displacement DPj (return vector) of the point cloud data Pj is calculated (step S309). Finally, the shape of the workpiece 30 in the second support state in which the workpiece 30 is attached to another component is predicted (step S310).
[0079]
Next, the display 350 displays the shapes of both the workpiece 30 and the other components in a state where the workpiece 30 is attached to the other components (step S311). More preferably, the display displays the predicted shape of the work 30 while reflecting the visual information of the work 30 and other parts. Here, the visual information includes, for example, color, light reflectance, and smoothness. For example, standard values of color, light reflectance, and smoothness are stored in advance in the ROM 330 or the like as digital data, and the value of this digital data is changed as the shape of the work 30 changes.
[0080]
For example, as shown in FIG. 16, the display 350 receives an instruction from the CPU 350 and changes the shape of the work 30 (in this case, a part of the body side portion 30 a) and / or changes in the work 30. The visual information on the workpiece surface and the surface of the other part is changed and displayed in accordance with the degree of consistency with the corresponding other part 60.
[0081]
In the example shown in FIGS. 16A, 16B, and 16C, (A) has low consistency with the other parts 60, and (C) has the highest consistency with the other parts 60 and passes. It is a level. (B) shows an intermediate degree of consistency between (A) and (B). As a result, the user can immediately determine the change in the shape of the workpiece 30 and the consistency with other parts. It is also possible to change the visual information on the workpiece surface to be displayed in response to the change in the visual information on the workpiece surface accompanying the actual change in the shape of the workpiece 30. As a result, it becomes easy to grasp the overall feeling at the time of attachment, and the appearance can be evaluated before the actual attachment process.
[0082]
Next, with reference to FIG. 17, a case where the workpiece shape evaluation apparatus 10 of the present embodiment is used for the shape evaluation of the body side portion 30a will be described as an example. First, the shape of the body side part 30a is measured before the body side part 30a is attached to another part (in this case, the floor main 50). Then, from the shape measurement result, the shape of the body side portion 30a in a state of being attached to the floor main 50 is predicted. At this time, based on the dimensional accuracy of the floor main 50 at the contact surface between the body side portion 30a and the floor main 50, the displacement of the node coordinates of the finite element of the body side portion 30a is calculated. Therefore, the shape of the body side portion 30a can be predicted in consideration of the change in the shape of the body side portion 30a due to the interference of the floor main 50.
[0083]
FIG. 18 shows the result of evaluating the shape using the workpiece shape evaluation apparatus 10 of the present embodiment. Specifically, FIG. 18 shows a deviation dX (mm) between the design shape and the actual shape of the body side portion 30a in FIG. In FIG. 18, the solid line indicates the actually measured value in the horizontal state, and the black square is the predicted value in the vehicle mounted state when the effect due to interference is not considered. Further, the black triangle is the dimensional accuracy of other parts (floor main 50), and the white square is the predicted value of the shape of the contact surface after the body side portion 30a is attached to the floor main 50.
[0084]
As described above, according to the workpiece shape evaluation apparatus 10 of the present embodiment, based on the measurement shape of the workpiece in the first support state, the shape of the workpiece in the support state attached to the other component is compared with the other component. Prediction including deformation caused by interference can be predicted.
[0085]
As described above, the first and second embodiments have been described, but according to these embodiments, the following effects can be obtained.
[0086]
(B) Since the shape of the workpiece is predicted in consideration of the position and number of fully constrained support points such as the spot welding point of the workpiece, the shape of the workpiece does not meet the specifications after the workpiece is mounted. Can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the man-hours of repeating the trial production and to proceed with the development efficiently.
[0087]
(B) By specifying the support state of the workpiece at the time of measurement and the support state to be examined, the shape predicted based on the shape of the workpiece at the time of measurement can be displayed, and the design shape at a predetermined evaluation point Can be displayed (dx, dy, dz). Therefore, even during the work development, it is possible to recognize the bending in the use stage after the work is attached. As a result, it can also be determined whether or not the shape setting accuracy and the spot welding position are appropriate.
[0088]
(C) The shape of the workpiece can be predicted in consideration of not only the height direction (Z direction) but also the other direction (X direction, Y direction). Therefore, the workpiece shape evaluation can be executed assuming a state in which the workpiece is deformed in each of the three-dimensional directions.
[0089]
(2) According to the second embodiment, it is possible to execute a countermeasure in consideration of the degree of interference with the mating part on the contact surface at an early stage of workpiece development. In other words, it becomes possible to examine the modification of the shape of the workpiece, the change of the support method, and the like according to the shape and dimension accuracy of the counterpart part.
[0090]
(E) According to the second embodiment, in addition to the shape display at the time of attachment, the surface characteristics and colors of the workpiece and other components can be changed. Therefore, it is possible to execute an appearance evaluation at the time of mounting the workpiece at an early stage before the workpiece is assembled.
[0091]
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, deletions, and additions can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. Needless to say.
[0092]
For example, in the above description, the case where the three-dimensional shape measuring instrument 100 is included in the workpiece shape evaluation apparatus 10 is shown. However, the present invention is not limited to this case. For example, the point cloud data measured by a general-purpose workpiece shape measuring device can be stored in the PC 300 using a flexible disk as a medium. That is, the workpiece shape measuring apparatus does not need to have a three-dimensional shape measuring instrument as long as it has storage means for storing at least point cloud data that are actually measured values.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a workpiece shape evaluation apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a workpiece that is a shape evaluation target by a workpiece shape evaluation apparatus.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a support state.
FIG. 4 is a schematic diagram showing another example of a support state.
FIG. 5 is a schematic view showing still another example of a support state.
6 is a diagram showing a displacement of a predetermined portion of the workpiece in FIG. 3;
7 is a diagram showing a displacement of a predetermined portion of the workpiece of FIG. 4;
FIG. 8 is a diagram showing displacement of a predetermined portion of the workpiece in FIG. 5;
FIG. 9 is a flowchart showing processing contents of the workpiece shape evaluation apparatus according to the first embodiment.
FIG. 10 is a flowchart showing a subroutine corresponding to step S102 in FIG.
FIG. 11 is a diagram schematically showing the relationship between point cloud data Pj and nodes.
FIG. 12 is a schematic view of a body side portion that is an example of a workpiece.
13 is a diagram showing a prediction result regarding the displacement of the body side portion shown in FIG. 12. FIG.
FIG. 14 is a flowchart showing processing contents of the workpiece shape evaluation apparatus according to the second embodiment.
FIG. 15 is a flowchart showing a subroutine corresponding to step S307 in FIG. 14;
FIG. 16 is a diagram showing an example of displaying the attachment state by changing the visual information on the workpiece surface and the surface of another component.
FIG. 17 is a schematic view of a state in which the body side portion is attached to the floor main body.
FIG. 18 is a diagram showing a prediction result regarding the displacement of the body side portion shown in FIG.
[Explanation of symbols]
10 ... Work shape evaluation device,
30 ... Work,
40. Support jig,
100: Three-dimensional shape measuring instrument,
200 ... load detector,
300 ... Computer,
310 ... first interface,
320 ... second interface,
330 ... ROM,
340 ... RAM,
350 ... display,
360 ... input device,
370: Hard disk,
380 ... CPU,
340 ... RAM.

Claims

第１支持状態でのワークの形状を測定して得られる複数の測定点の座標値の集まりである点群データを記憶する記憶手段と、
前記第１支持状態でのワークについて、前記第１支持状態に対応する第１の境界条件と第１の荷重ベクトルとに基づいて有限要素法で求めた複数の有限要素のそれぞれの節点座標を算出する算出手段と、
前記測定点のそれぞれについて、当該測定点を取り囲む前記複数の節点座標を選択し、選択された前記複数の節点座標によって当該測定点の座標を表す関係式を算出するとともに、前記第１支持状態とは異なる第２支持状態での前記ワークについて、第２支持状態に対応する第２の境界条件と第２の荷重ベクトルとに基づいて、前記第１支持状態からの第２支持状態への前記節点座標の変位を有限要素法により算出し、算出された前記節点座標の変位を前記関係式に適用して前記測定点のそれぞれについて前記第２支持状態での予測される座標値を求めることによって、前記第２支持状態でのワークの形状を予測する形状予測手段と、を有することを特徴とするワーク形状評価装置。Storage means for storing point cloud data that is a collection of coordinate values of a plurality of measurement points obtained by measuring the shape of the workpiece in the first support state;
For the workpiece in the first support state, the respective node coordinates of a plurality of finite elements obtained by the finite element method are calculated based on the first boundary condition and the first load vector corresponding to the first support state. Calculating means for
For each of the measurement points, select the plurality of node coordinates surrounding the measurement point, calculate a relational expression representing the coordinates of the measurement point by the selected plurality of node coordinates, and the first support state For the workpiece in a different second support state, the node from the first support state to the second support state based on a second boundary condition corresponding to the second support state and a second load vector By calculating a displacement of coordinates by a finite element method, and applying the calculated displacement of the node coordinates to the relational expression to obtain a predicted coordinate value in the second support state for each of the measurement points , A workpiece shape evaluation apparatus comprising: a shape prediction unit that predicts the shape of the workpiece in the second support state.

前記第１支持状態でのワークの形状を測定して点群データを得る形状測定手段を有し、前記記憶手段は、当該形状測定手段によって得られた前記点群データを記憶することを特徴とする請求項１に記載のワーク形状評価装置。 It has a shape measuring means for obtaining point cloud data by measuring the shape of the workpiece in the first support state, and the storage means stores the point cloud data obtained by the shape measuring means. The workpiece shape evaluation apparatus according to claim 1.

さらに、前記第２支持状態での前記ワークの形状とワークの設計形状との間の乖離の予測結果を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１に記載のワーク形状評価装置。 The workpiece shape evaluation apparatus according to claim 1, further comprising display means for displaying a prediction result of a deviation between the shape of the workpiece and the design shape of the workpiece in the second support state.

前記第１支持状態は、ワークが基準面に対して水平に置かれた状態に相当し、前記第２支持状態は、ワークが基準面に対して垂直に置かれた状態に相当することを特徴とする請求項１に記載のワーク形状評価装置。 The first support state corresponds to a state in which the work is placed horizontally with respect to the reference surface, and the second support state corresponds to a state in which the work is placed perpendicular to the reference surface. The workpiece shape evaluation apparatus according to claim 1.

前記第２支持状態は、前記ワークが他部品に取り付けられた状態に相当することを特徴とする請求項１に記載のワーク形状評価装置。 The workpiece shape evaluation apparatus according to claim 1, wherein the second support state corresponds to a state in which the workpiece is attached to another component.

前記形状予測手段は、前記ワークと前記他部品との当接面での当該他部品の寸法に基づいて、前記節点座標の変位を算出することを特徴とする請求項５に記載のワーク形状評価装置。The workpiece shape evaluation according to claim 5 , wherein the shape prediction unit calculates a displacement of the node coordinates based on a dimension of the other part at a contact surface between the workpiece and the other part. apparatus.

前記ワークが前記他部品に取り付けられた状態での当該ワークおよび当該他部品の形状を表示する形状表示手段を有し、当該形状表示手段は、前記ワークの設計形状からの形状変化に応じてワーク表面および他部品表面の各視覚情報を変更して表示することを特徴とする請求項５に記載のワーク形状評価装置。The workpiece display device has shape display means for displaying the shape of the workpiece and the shape of the other component when the workpiece is attached to the other component. 6. The workpiece shape evaluation apparatus according to claim 5 , wherein the visual information on the surface and the surface of another component is changed and displayed.

前記ワークは、自動車の車体の側面の一部を構成するボディーサイド部であることを特徴とする請求項１に記載のワーク形状評価装置。 The workpiece shape evaluation apparatus according to claim 1, wherein the workpiece is a body side portion that constitutes a part of a side surface of a vehicle body of an automobile.

第１支持状態でのワークの形状を測定して、複数の測定点の座標値の集まりである点群データを得る工程と、
前記第１支持状態でのワークの荷重ベクトルである第１荷重ベクトルを測定する工程と、
前記第１支持状態に対応する第１の境界条件と前記第１の荷重ベクトルとに基づいて、前記第１支持状態でのワークについての複数の有限要素のそれぞれの節点座標を有限要素法により算出する工程と、
前記測定点のそれぞれについて、当該測定点を取り囲む前記複数の節点座標を選択し、選択された前記複数の節点座標によって当該測定点の座標を表す関係式を導出する工程と、
前記第１支持状態と異なる第２支持状態に対応する第２の境界条件と第２の荷重ベクトルとに基づいて、第１支持状態から第２支持状態への前記節点座標の変位を有限要素法により算出する工程と、
算出された前記節点座標の変位を前記関係式に適用して前記測定点のそれぞれについて前記第２支持状態での予測される座標値を求めることによって、前記第２支持状態でのワークの形状を予測する工程と、
を有することを特徴とするワーク形状評価方法。Measuring the shape of the workpiece in the first supporting state to obtain point cloud data that is a collection of coordinate values of a plurality of measurement points ;
Measuring a first load vector that is a load vector of the workpiece in the first support state;
Based on the first boundary condition corresponding to the first support state and the first load vector, the respective node coordinates of a plurality of finite elements for the workpiece in the first support state are calculated by the finite element method. And a process of
For each of the measurement points, selecting the plurality of node coordinates surrounding the measurement point, and deriving a relational expression representing the coordinates of the measurement point by the selected node coordinates ;
Based on a second boundary condition corresponding to a second support state different from the first support state and a second load vector, the displacement of the node coordinates from the first support state to the second support state is determined by a finite element method. A step of calculating by
By applying the calculated displacement of the node coordinates to the relational expression to obtain a predicted coordinate value in the second support state for each of the measurement points, the shape of the workpiece in the second support state is obtained. Predicting process;
A workpiece shape evaluation method characterized by comprising:

第１支持状態でのワークの形状を測定して、複数の測定点の座標値の集まりである点群データを得る手順と、
前記第１支持状態に対応する第１の境界条件と第１の荷重ベクトルとに基づいて、前記第１支持状態でのワークについての複数の有限要素のそれぞれの節点座標を有限要素法により算出する手順と、
前記測定点のそれぞれについて、当該測定点を取り囲む前記複数の節点座標を選択し、選択された前記複数の節点座標によって当該測定点の座標を表す関係式を導出する手順と、
前記第１支持状態と異なる第２支持状態に対応する第２の境界条件と第２の荷重ベクトルとに基づいて、第１支持状態から第２支持状態への前記節点座標の変位を有限要素法により算出する手順と、
算出された前記節点座標の変位を前記関係式に適用して前記測定点のそれぞれについて前記第２支持状態での予測される座標値を求めることによって、前記第２支持状態でのワークの形状を予測する手順と、
をコンピュータに実行させるワーク形状評価プログラム。A procedure for measuring the shape of the workpiece in the first support state and obtaining point cloud data that is a collection of coordinate values of a plurality of measurement points ;
Based on the first boundary condition corresponding to the first support state and the first load vector, the respective node coordinates of the plurality of finite elements for the workpiece in the first support state are calculated by the finite element method. Procedure and
For each of the measurement points, a procedure for selecting the plurality of node coordinates surrounding the measurement point and deriving a relational expression representing the coordinates of the measurement point by the selected node coordinates ;
Based on a second boundary condition corresponding to a second support state different from the first support state and a second load vector, the displacement of the node coordinates from the first support state to the second support state is determined by a finite element method. The procedure of calculating by
By applying the calculated displacement of the node coordinates to the relational expression to obtain a predicted coordinate value in the second support state for each of the measurement points, the shape of the workpiece in the second support state is obtained. The steps to predict,
Workpiece shape evaluation program that causes a computer to execute