JP2003344041A

JP2003344041A - ワーク形状評価装置およびその方法ならびにそのプログラム

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Publication number: JP2003344041A
Application number: JP2002152952A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Terada; 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: 2003-12-03
Anticipated expiration: 2022-05-27
Also published as: JP3966075B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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点群データを記憶す
るＲＡＭ３４０やハードディスク３９０を有しており、
ＣＰＵ３８０は、第１支持状態でのワークについて有限
要素法で求めた有限要素の節点座標と前記点群データと
の間の関係式を導出し、導出された関係式に基づいて、
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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
クについて有限要素法で求めた有限要素の節点座標と前
記点群データとの間の関係式を導出し、導出された関係
式に基づいて、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
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節点座標を有限
要素法により算出する工程と、前記点群データと前記節
点座標との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の境界条件に基づ
いて、第２支持状態で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、前記節点座標の変位を前記関
係式に適用することによって、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
クについて有限要素法で求めた有限要素の節点座標と実
測された点群データとの間の関係式を導出し、導出され
た関係式に基づいて、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３１
０、第２インタフェース３２０、ＲＯＭ３３０、ＲＡＭ
３４０、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ＣＡ
Ｄ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（Ｆ
ＥＭ）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Ｎ
ＡＳＴＲＡＮ（NASA structural analysis)が用いられ
る。

【００２１】ＣＰＵ（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について有限要素法で求めた各有限要素の節点座
標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し、この関係式に基づいて、第
２支持状態でのワーク３０の形状を予測する。なお、Ｃ
ＰＵ３８０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、ＲＡＭ３４
４やハードディスク３９０に記憶される（ステップＳ１
００）。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４
０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Ｓ１０
１）。

【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Ｓ２
００：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：Ｎ
Ｏ）、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ＣＡ
Ｄ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Ｓ１０
２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Ｓ
１０１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、Ｆ
ｙ、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ＤＮ
ｊ₁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、Ｎ
ｓ）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Ｐ
ｊを表す（ステップＳ１０４）。換言すれば、ＣＰＵ３
８０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、Ｎ
ｓ）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（Ｎ
ｐ、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Ｓ１０
５）。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、ＣＰＵ３
８０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Ｎ
ｊ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、ＣＰ
Ｕ３８０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、ＤＮ
ｑ_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Ｄ
Ｐｊ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Ｐ
ｊ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Ｓ１１
０）。

【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Ｓ１０
２(図１０）〜ステップＳ１１０の処理は、第１支持状
態でのワークについて有限要素法で求めた有限要素の節
点座標と実測値である点群データとの間の関係式を導出
し（ステップＳ１０２〜Ｓ１０４）、導出された関係式
に基づいて、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（Ｄ
Ｎｐ_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Ｓ
２０１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Ｓ４０
３で取得された他部品の形状寸法に応じて、ステップＳ
４０２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。ＣＰ
Ｕ３８０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、Ｄ
Ｎｑ_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Ｓ３１
１）。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３
０ａ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Ｎ
ｏ.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（ｄ
ｘ、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。

【手続補正書】

【提出日】平成１４年６月４日（２００２．６．４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図６】

【図１１】

【図１３】

【図５】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１２】

【図１６】

【図１０】

【図１４】

【図１５】

【図１７】

【図１８】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、前記第１支持状態でのワークについて有限要素法で求め
た有限要素の節点座標と前記点群データとの間の関係式
を導出し、導出された関係式に基づいて、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。
【請求項２】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。
【請求項３】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。
【請求項４】前記形状予測手段は、第２支持状態での
前記ワークについて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する
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。
【請求項５】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。
【請求項６】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。
【請求項７】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６
に記載のワーク形状評価装置。
【請求項８】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６に記載のワーク形状評価装置。
【請求項９】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。
【請求項１０】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工程と、前記第１支持状態でのワークの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節点座標を有限要素法により算出す
る工程と、前記点群データと前記節点座標との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
の境界条件に基づいて、第２支持状態での前記節点座標
の変位を有限要素法により算出する工程と、前記節点座標の変位を前記関係式に適用することによっ
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。
【請求項１１】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取得する手順と、前記第１支持状態でのワークについて有限要素法で求め
た有限要素の節点座標と前記点群データとの間の関係式
を導出する手順と、導出された関係式に基づいて、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。