JP2003326319A

JP2003326319A - 素材の３次元曲げ加工シミュレーション方法

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Publication number: JP2003326319A
Application number: JP2002138936A
Authority: JP
Inventors: Yasuko Kato; 泰子加藤; Makoto Ito; 伊藤　　誠; Shinji Kato; 慎司加藤; Yoshiki Okano; 由季岡野; Masatoshi Suzuki; 正俊鈴木
Original assignee: KINSEI KOGYO KK; Denso Corp
Current assignee: KINSEI KOGYO KK; Denso Corp
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2003-11-18
Anticipated expiration: 2022-05-14
Also published as: JP3865655B2

Abstract

(57)【要約】【課題】実際に曲げ加工を行うことなく事前にシミュ
レーションにより、３次元素材の設備や障害物との干渉
をチェックできる３次元曲げ加工シミュレーション方法
を提供する。【解決手段】本発明の素材の３次元曲げ加工シミュレ
ーション方法は、３次元製品モデルの形状データから曲
げ角、送り長さ、傾転角等の加工情報及び設備動作情報
を算出し、これに素材の物性から決まる補正量及び曲げ
加工設備の設備機差による補正量とを加味して、曲げ加
工のシミュレーションを実行し、曲げ加工される素材と
設備側等との干渉をチェックできるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一本の長尺物の素
材を３次元に曲げ加工するに際し、曲げ加工時に存在す
る障害物（設備、床、壁、安全柵等）と曲げ途中の製品
との干渉を事前にチェックすることのできる素材の３次
元曲げ加工シミュレーション方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の長尺物である素材（棒材、配管な
ど）の曲げ加工では、一本の素材に複数の曲げ点が存在
し、かつ同一平面上になく複雑な３次元形状をなす場合
には、曲げ途中の素材の通過経路が容易に把握できず、
工場レベルでは実機にて曲げ加工を行い、実際に障害物
又は曲げ途中の製品との干渉があるかどうかを確認して
いた。このため曲げ加工が可能かどうかの判断のために
大きな時間がかかっていた。また従来技術では、曲げ加
工における材料の耐久性（破断、亀裂、伸び、しわな
ど）および材料の弾性による曲げ戻り（スプリングバッ
ク）に関する予測技術があるが、設備とその可動部や設
備周囲の障害物に対して干渉するかどうかの予測技術は
見当たらないのが現状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
着目してなされたもので、実際に素材の曲げ加工を行う
ことなく事前にシミュレーションにより障害物や曲げ途
中の製品との干渉なく曲がるかどうかの確認をし、かつ
曲げ戻り量・設備機差を考慮した設備動作量をデータベ
ース（ＤＢ）より算出することにより、実機でのトライ
・アンド・エラーの繰り返しなしに曲げ加工の可否の検
討を可能にした、素材の３次元曲げ加工シミュレーショ
ン方法を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に
記載の素材の３次元曲げ加工シミュレーション方法を提
供する。請求項１に記載の素材の３次元曲げ加工シミュ
レーション方法は、３次元製品モデルの形状データから
曲げ角、送り長さ、傾転角等の加工情報及び設備動作情
報を算出し、これに素材の物性から決まる補正量及び曲
げ加工設備の設備機差による補正量とを加味して、曲げ
加工のシミュレーションを実行し、曲げ加工される素材
と設備側等との干渉をチェックするようにしたものであ
り、これにより、実機にて実際に曲げ加工を行って、干
渉があるかどうかを確認すること及び配管形状の作り込
みによる試行錯誤の必要がなくなり、単にコンピュータ
内で実行できるので、時間及び費用の両面で大巾な削減
が可能となる。

【０００５】請求項２の素材の３次元曲げ加工シミュレ
ーション方法は、干渉のチェックにおいて、干渉が生じ
た場合には、素材の反対側端点から曲げ加工のシミュレ
ーションを再度行うようにしたものであり、これによ
り、シミュレーションの検討機会を多くし、干渉の有無
をより十分に検討できる。請求項３の素材の３次元曲げ
加工シミュレーション方法は、干渉のチェックにおい
て、干渉が生じた場合には、左右逆曲げなどの別の設備
に変更して曲げ加工のシミュレーションを再度行うよう
にしたものである。この場合においても、シミュレーシ
ョンの検討機会を多くし、干渉の有無を十分に検討でき
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の素材の３次元曲げ加工シミュレーション方法
について説明する。本発明においては、素材として棒
材、配管等の長尺物を想定しているが、以下の説明にお
いては、配管を用いて説明する。図１は、本発明の配管
の３次元曲げ加工シミュレーションを実行するシステム
全体の概念図を示している。即ち、本発明においては、
３次元製品の形状から得られる加工情報、曲げ加工を実
施する曲げ加工設備から得られる設備情報及び配管の物
性及び設備機差のデータベース（ＤＢ）から得られる補
正量とに基づいて、配管の曲げ加工のシミュレーション
を実施し、設備及び障害物等と製品との干渉の有無をチ
ェックし、干渉がない場合は、この曲げ工程データを取
り込んで、実機において配管の曲げ加工を行うようにし
たものである。

【０００７】図２は、本発明の配管の３次元曲げ加工シ
ミュレーション方法のフローチャートを示している。配
管曲げ加工シミュレータがスタートすると、ステップＡ
１において、シミュレーション対象の３次元（３Ｄ）製
品（配管）モデルを選択し、その配管曲げ開始側の端点
を選択する。ステップＡ２において、３次元製品モデル
からの始点、終点及び曲げ点の３次元座標（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）の読取りを配管の中心線に沿って行う。この読取り
結果が、図３のように画面に表示される。

【０００８】ステップＡ３において、読取った３次元製
品モデルの配管座標から、図４（ａ）に示すような配管
の加工情報である配管の実長、送り長さ、曲げ角及び傾
転角の計算が行われる。また、加工速度、設備動作量等
の設備動作情報の計算も行われる。図４（ａ）に示され
るような、この配管の加工情報の計算は、例えば以下の
ような計算式によって行われる。この場合、配管の実長
とは、曲げ座標間の長さであり、例えば図４（ａ）のＰ
３とＰ４の３次元距離であり、送り長さとは、実長から
曲げＲ部分を除いた直線要素の長さであり、曲げ角と
は、図４（ａ）に示されるように角度Ｐ１Ｐ２Ｐ３のな
す角の外側の角（補角）であり、傾転角とは、図４
（ａ）で示されるように面Ｐ２Ｐ３Ｐ４と面Ｐ３Ｐ４Ｐ
５のなす角を、それぞれ示している。

【０００９】図４（ｂ）は、配管の実長、曲げ角の求め
方を、図４（ｃ）は送り長さの求め方をそれぞれ示して
いる。即ち、曲げ点のポイント座標、中心線ベクトル、
曲げ半径を以下のように定義すると、ポイント座標Ｐ_i＝（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）中心線ベクトルＶ_i-(i+1)＝（ｘ_i+1−ｘ_i，ｙ_i+1−ｙ
_i，ｚ_i+1−ｚ_i）曲げ半径Ｒ実長であるポイント座標Ｐ_i とＰ_i+1 間の距離Ｌ_oiは、
次の（１）式により求められる。

【数１】

【００１０】また、曲り角であるポイント座標Ｐ_i にお
ける配管の曲り角θ_Miは、次の（２）式により求められ
る。 θ_Mi＝180−＜Ｐ_i-1Ｐ_iＰ_i+1 …（２）ここで、＜Ｐ_i-1Ｐ_iＰ_i+1：中心線どうしのなす角、で
ある。

【００１１】また、送り長さは、ポイント座標Ｐ_i とＰ
_i+1 間の距離Ｌ_o とする、求める送り長さをＬ_ABとする
と、図４（ｃ）より、次式（３）によって求められる。Ｌ_AB＝Ｌ_o−Ｐ_iＡ−Ｐ_(i+1)Ｂ …（３）なお、直線Ｐ_i Ｐ_i+1 と曲げ形状の円弧が接する部分を
それぞれＡ，Ｂとして、Ｐ_iＡは、ポイント座標Ｐ_i と
Ａとの距離で、Ｐ_(i+1)Ｂは、ポイント座標Ｐ_i+ ₁とＢと
の距離である。

【００１２】ここで、傾転角θ_k は、 θ_k＝面Ｐ_i-1Ｐ_iＰ_i+1と面Ｐ_iＰ_i+1Ｐ_i+2のなす角である。このようにして計算した結果が、図５に示すよ
うに表示画面に表示される。

【００１３】次にステップＡ４において、曲げ加工設備
の動作を標準に設定する。曲げ加工設備は、動作の入れ
替えが可能であり、様々な組み合わせが可能であるが、
加工時間最小となる動作順序を標準として採用する。

【００１４】ステップＡ５においては、配管の物性であ
る形状、材質等から決まる補正量を算出する。この計算
は、予め登録されている配管物性の補正量のデータベー
ス（ＤＢ）Ｄ１からの記録に基づいて行われる。即ち、
配管の補正量データベースＤ１には、配管の種類毎に図
６に示されるような曲げ補正量（曲げ角度）のテーブル
と送り補正量（曲げ角度直前の曲点までの距離）のテー
ブルとが作成されている。この場合、配管の種類とは、
径、肉厚、材質の組み合せである。補正量の算出は、各
テーブルデータの補完によって算出する。例えば、曲げ
補正に関して、曲げ角が１５度の場合の配管補正量は、
図７に示されるように、配管補正量＝０．１２＋（０．２２−０．１２）／（２
０／１０）×（１５−１０）＝０．１７度と直線補完できる。その他の補正量についても同様に補
正量を算出する。

【００１５】ステップＡ６においては、曲げ加工設備の
選択を行う。これは、シミュレーションする設備の選択
と、設備機差による補正量を算出するために行うもので
ある。

【００１６】ステップＡ７においては、選択された曲げ
加工設備の設備機差（個体差）による補正量の算出を行
う。これは、予め登録されている設備の補正量データベ
ース（ＤＢ）Ｄ２からの記録に基づいて計算される。即
ち、設備の補正量データベースＤ２には、設備１台毎に
設備の入力値に対して、実際の動作量がいくつかを測定
して、その誤差をテーブル化して記録している。設備の
補正量としては、図８に示されるように、曲げ補正量、
送り補正量及び傾転補正量の３項目が記録されている。
この設備の補正量の算出は、前記した配管の補正量と同
様に、各テーブルデータの補完によって行われる。この
ようにして、最終的な入力量が、次のように、最終的な入力量＝設計値＋配管の補正量＋設備の補正量求められる。

【００１７】ステップＡ８においては、設備モデルの３
次元形状データをコンピュータに読み込ませて、ステッ
プＡ９において、曲げ加工前のまっすぐな配管を設備の
所定の位置にセットし、ステップＡ１０において、コン
ピュータ内で曲げ加工のシミュレーションを実行する。

【００１８】ステップＡ１１において、コンピュータ内
の曲げ加工の設備動作中において、逐次、設備その他障
害物と加工途中の製品形状データ間で干渉チェックを行
う。干渉チェックに際しては、配管の設計公差も考慮し
た干渉チェックを実施する。即ち、配管各点の現在座標
と各点の±公差から設備側にもっとも近づいた場合の各
点座標を計算し、計算した座標を設備位置と比較して公
差を考慮した干渉が有るかどうかを判断する。

【００１９】干渉なしの場合は、ステップＡ１２に移
り、曲げ加工が最後まで実行されたかどうかが判断さ
れ、ＯＫであれば終了し、ＮＯであれば、ステップＡ１
０に戻り、残りの曲げ加工のシミュレーションを実行す
る。

【００２０】干渉有りの場合は、ステップＡ１３に移
り、干渉部の色を変えることでオペレータに警告を発す
ると共に、ステップＡ１４では、表示画面に干渉有りの
メッセージを表示する。この干渉有りの場合の表示又は
対応方法としては、（１）単にメッセージで通知する、
（２）干渉場所の表示を行う、（３）干渉量を表示す
る、（４）干渉があった場合に自動で干渉回避する、と
いう４つの方法が考えられる。図９は、干渉があった場
合の表示画面の一例である。次いでステップＡ１５でシ
ミュレーション中止のメッセージが表示される。

【００２１】ステップＡ１６では、再シミュレーション
を実行するかどうかが判断され、行なわない場合は、そ
のまま終了し、行う場合には、２つの方法が採用可能で
ある。１つの方法は、設備を変更して曲げ加工の再シミ
ュレーションを実行する場合であり、これは、例えば最
初の設備が左曲げ設備を選択してシミュレーションを実
行していれば、再シミュレーションでは、右曲げ設備を
選択して実行する等の方法を示している。この場合に
は、フローチャートのステップＡ６に戻って再度シミュ
レーションが実行される。

【００２２】もう１つの方法は、配管の反対側の端点か
ら曲げ加工の再シミュレーションを実行する場合であ
り、この場合では、ステップＡ１７に進み、配管の座標
の並びを反転する。次いで、ステップＡ３に戻って、そ
こから再シミュレーションを実行する。以上のようにし
て、図２に示される配管の曲げ加工シミュレーションが
行われる。

【００２３】図１０は、先に述べた干渉がある場合の表
示方法のうち、（４）干渉があった場合に自動で干渉回
避する、のに好適な干渉回避のフローチャートを示して
いる。先ず、ステップＢ１において、左曲げ設備か右曲
げ設備かがチェックされ、次いでステップＢ２におい
て、配管の曲げ開始側、即ち図８においてａ側かｂ側か
がチェックされる。次いで、ステップＢ３において、配
管曲げ加工のシミュレーションが実行される。

【００２４】ステップＢ４においては、干渉チェックが
行われる。干渉なしの場合は、ステップ１０に進み、こ
こで最終の曲げ加工かどうかがチェックされ、最終であ
れば終了し、最終でなければ、次の曲げを実行する。ス
テップＢ４において、干渉有りの場合は、ステップＢ２
に戻って、配管の逆の端点から再度シミュレーションを
実行する。即ち、曲げ開始側ａから曲げシミュレーショ
ンを実行した場合に干渉した場合には、まず逆方向から
のｂ側端点からのシミュレーションを実行する。この配
管の逆方向の端点からの再シミュレーションによっても
駄目なら、今度はステップＢ１に戻って、設備を逆曲げ
の設備に変更して、即ち、右曲げなら左曲げに、左曲げ
なら右曲げに、設備を変更して再々シミュレーションを
実行する。

【００２５】配管の曲げ開始側の変更及び設備の変更を
行ってシミュレーションを実行しても干渉がある場合
は、ステップＢ５に進み、最初からシミュレーションを
実行し、ステップＢ６で次の曲げを実行し、ステップＢ
７で干渉チェックを行う。干渉有りの場合は、ステップ
Ｂ８で干渉部位を特定し、ステップＢ９で干渉回避する
ためのパターンを選択する。このパターンにおいては、
例えば、設備のどの部品に干渉しているか、又は設備の
どの位置に干渉しているか、或いは設備のどの動作で干
渉しているか等によってＡパターン、Ｂパターン、Ｃパ
ターン等に区分され、それぞれの場合における干渉回避
動作を予め登録しておく。したがって、所定のパターン
を選択することにより、自動的に干渉回避動作が行われ
る。

【００２６】干渉が自動的に回避されると、ステップＢ
６に戻って次の曲げを実行し、上記と同様にして干渉チ
ェックが行われる。これらが繰り返えされ、ステップＢ
１０に移り、全ての曲げの干渉が回避され、最終的に全
ての曲げが干渉なしの状態になって、シミュレーション
が終了する。これによって最終的に出来た加工情報を製
品形状に反映させる。

【００２７】次に、配管の曲げ加工設備について説明す
る。図１には、例示としての加工設備の概略の全体構成
が示されており、図１１及び図１２は、曲げ加工設備の
動作を説明する図である。曲げ加工設備１は、ベース
２、送り出し台車３、プレッシャ４、クランプ５及びロ
ーラ６等により構成される。送り出し台車３は、セット
された配管７をチャック後に第１の曲げ点まで引き込ん
だり、又は次の曲げ点まで送り出すためのものであり、
横移動及び回転動作も出来るようになっている。送り出
し台車３の横移動は、既に部品の組付いた配管７を引き
込む場合に横に逃げることが出来るようにしたものであ
り、また回転動作は、配管７の傾転動作のために台車３
の配管保持部３ａが回転するようにしたものである。

【００２８】プレッシャ４は、配管７を押えるためのも
のであり、横移動することができる。クランプ５は、プ
レッシャ４が移動した後に配管７をローラ６とクランプ
５とで挟み込むためのものであり、縦と横方向に移動す
ることができる。ローラ６は、配管７を曲げるためのも
のであり、クランプ５とローラ６とで配管７を挟み込
み、この状態でローラ６を回動することにより配管７を
曲げることができる。

【００２９】上記のように構成された曲げ加工設備の作
動について説明する。図１３は、曲げ加工設備の動作の
流れを示すフローチャートである。図１３に示されるよ
うに、まずステップＣ１で送り出し台車３の配管７の引
き込み動作が行われる。次いで、ステップＣ２でプレッ
シャ４が移動して配管を押え込み、更にステップＣ３で
クランプ５が移動して配管７をクランプ５とローラ６と
で挟み込む。この状態で、ステップＣ４でローラ６が回
動して配管７の曲げが行われる。

【００３０】第１の曲げ動作が終了すると、ステップＣ
５及びステップＣ６に進み、クランプ５及びプレッシャ
４の配管７からの開放が行われる。この場合、開放の動
作は挟持動作とクランプ５とプレッシャ４の動作が逆の
順序で行われる。その後、ステップＣ７でローラ６は元
の位置に戻る。次いで、ステップＣ８で第２の曲げ動作
のために送り出し台車３が配管７の送り出しを行う。更
にステップＣ９で配管７の傾転が必要であれば、送り出
し台車３の配管保持部３ａを回転して配管７の傾転を行
う。その後、ステップＣ２に戻し、第１の曲げ動作と同
様の作業により第２の曲げ動作を行う。以後、これを繰
り返して最終の曲げが終了した時点で、一連の配管７の
曲げ加工が終了する。なお、図１３において、ステップ
Ｃ２，Ｃ３及びステップＣ５，Ｃ６，Ｃ８，Ｃ９をそれ
ぞれ同時に動作するようにしてもよい。

【００３１】以上説明したように、本発明においては、
コンピュータに表示された製品の設計形状から始点、終
点及び途中の曲げ点の座標を取得し、更に曲げ加工する
設備の３次元形状データを読み込み、曲げ座標から自動
算出した曲げ加工前の真直な配管（素材）の３次元形状
データを設備の所定の位置にセットする。次に、曲げ座
標から自動算出した設備動作量を元にコンピュータ内の
設備で曲げ加工の設備動作を再現させ、逐次、設備その
他障害物と加工途中の製品形状データ間で干渉チェック
を行う。この設備動作量には、曲げ点の情報から自動算
出した真の加工量、設備動作量にデータベース（ＤＢ）
から取り込んだ補正のための動作量を加味している。ま
た干渉が発生すると、曲げ加工シミュレーションはその
時点で停止し、３次元データにより作業者にどの設備動
作中に設備・障害物のどこと製品のどこが干渉している
かを色、または数値で表示し、作業者が容易に干渉箇所
を把握し、干渉回避動作を検討することによりコンピュ
ータ内でのトライ・アンド・エラーを可能としている。

【００３２】したがって、本発明においては、例えば、
自動車のエンジンルーム内のチューブ又はホース及び乗
員室内や床下の配管の設計において、従来の実機による
曲げ加工のトライによる方法に比べて、本発明のコンピ
ュータを使用したシミュレーションによる方法では、そ
の作業時間が大巾に改善され、コストが大巾に削減でき
た。なお本発明は、配管の送り、回転、曲げという一連
の動作の繰り返しによって所望の形状を成形する設備内
で配管を製造する場合に、広く適用可能であり、図１に
示す外観の設備に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の素材の３次元曲げ加工シ
ミュレーション方法を実行するシステム全体の概念図を
示している。

【図２】本発明の素材（配管）の３次元曲げ加工シミュ
レーション方法のフローチャートである。

【図３】３次元製品モデルの配管座標データの読み取り
を説明する図である。

【図４】（ａ）は、配管座標からの得る加工情報を説明
する図であり、加工情報である（ｂ）実長、曲り角、
（ｃ）送り長さ、の求め方を説明する図である。

【図５】求められた加工情報の結果を示す表示画面であ
る。

【図６】配管の種類毎の補正量のテーブルを示す図であ
る。

【図７】配管の補正量の求め方を説明する図である。

【図８】設備毎の補正量のテーブルを示す図である。

【図９】干渉がある場合の表示画面の一例を示す図であ
る。

【図１０】干渉があったときに自動で干渉回避して再シ
ミュレーションを行う方法のフローチャートである。

【図１１】曲げ加工設備の動作を説明する図である。

【図１２】曲げ加工設備の配管曲げ動作を説明する図で
ある。

【図１３】曲げ加工設備の動作の流れを示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】１…曲げ加工設備２…ベース３…送り出し台車４…プレッシャ５…クランプ６…ローラ７…配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤誠愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者加藤慎司愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者岡野由季愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者鈴木正俊愛知県安城市今池町３丁目７番８号金星工業株式会社内Ｆターム(参考） 4E063 AA04 AA08 BC06 CA20 GA05 LA19 LA20 5B046 AA03 BA08 FA07 HA09 KA05 5H269 AB19 AB27 NN16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元的に折り曲げられた製品の形状デ
ータから、直線状素材をその３次元的に折り曲げられた
形状に加工するための送り、曲げ、回転に関する設備動
作量を算出し、その動作量に基づき、実機を再現した設
備シミュレータ上で曲げ加工を行い、曲げ加工される素
材と設備側との干渉が生ずるかどうかのチェックを行う
素材の３次元曲げ加工シミュレーション方法が、以下の
段階、（１）．シミュレーション対象の３次元製品モデルを選
択する段階、（２）．３次元製品モデルの形状データから始点、終
点、曲げ点の座標および素材、寸法公差の情報を読み取
る段階、（３）．読み取った前記座標から、座標間の実長、曲げ
角、送り長さ、傾転角等の加工情報及び設備動作情報を
算出する段階、（４）．素材の補正量のデータベースに基づいて、形
状、材質等の素材物性から決まる補正量を算出する段
階、（５）．曲げ加工設備を選択する段階、（６）．設備の補正量のデータベースに基づいて、設備
機差による補正量を算出する段階、（７）．加工前の直線状素材を設備にセットする段階、（８）．前記素材及び設備の補正量を加えた加工情報及
び設備動作情報に基づいてシミュレーションを実行する
段階、（９）．曲げ加工される素材と設備側との干渉をチェッ
クする段階、とを具備することを特徴とする素材の３次
元曲げ加工シミュレーション方法。
【請求項２】前記干渉のチェックにおいて、干渉が生
じた場合は、前記素材の反対側端点から曲げ加工のシミ
ュレーションを再度行うことを特徴とする請求項１に記
載の素材の３次元曲げ加工シミュレーション方法。
【請求項３】前記干渉のチェックにおいて、干渉が生
じた場合は、設備を変更して曲げ加工のシミュレーショ
ンを再度行うことを特徴とする請求項１に記載の素材の
３次元曲げ加工シミュレーション方法。