JP2005205450A - 成形型の型面形状修正方法およびそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 成形型の型面形状の修正に必要な対策型面形状を直接算出する。
【解決手段】 成形品の実際の面形状データから実成形品の表面各部の曲率を算出するとともに、成形品の基準の面形状データから基準成形品の表面各部の曲率を算出し(S11〜S14)、実成形品の表面各部の曲率と基準成形品の表面各部の曲率との差を求めて実成形品の誤差曲率を算出し(S15)、誤差曲率から実成形品の面形状を基準成形品の面形状に一致させるための対策曲率を算出し(S16)、成形品を成形するために用いられる成形型の対策型面形状を対策曲率に基づいて算出する(S17)。
【選択図】 図３

Description

本発明は、成形型の型面形状修正方法およびそのプログラムに関する。

従来、成形品の表面形状を設計どおりのものとするために、たとえば下記特許文献１に示すように、実際に加工した成形品の表面形状を測定し、その表面形状が設計した表面形状に対してどの程度の誤差があるのかを算出し、その誤差を成形型の型面形状にフィードバックしている。
特開２００３−２１５１０号公報

ところが、従来は、表面形状の誤差を算出するに当たり、成形品の表面形状から２次元または３次元の曲率（換言すれば凹凸度合い）を求め、その曲率に基づいて作業者が成形型の型面形状をどのように修正するのかを推測する必要があった。このため、型面形状の修正には熟練を要するという問題がある。

本発明は、上記のような問題を解消するために成されたものであり、成形型の型面形状の修正に必要な対策型面形状を直接算出できるようにした、成形型の型面形状修正方法およびそのプログラムの提供を目的とする。

上記目的を達成するための本発明にかかる成形型の型面形状修正方法は、成形品の実際の面形状データから実成形品の表面各部の曲率を算出するとともに、前記成形品の基準の面形状データから基準成形品の表面各部の曲率を算出する段階と、前記実成形品の表面各部の曲率と前記基準成形品の表面各部の曲率との差を求めて前記実成形品の誤差曲率を算出する段階と、前記誤差曲率から前記実成形品の面形状を基準成形品の面形状に一致させるための対策曲率を算出する段階と、前記成形品を成形するために用いられる成形型の対策型面形状を前記対策曲率に基づいて算出する段階と、を含むことを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明にかかる成形型の型面形状修正プログラムは、コンピュータに、成形品の実際の面形状データから実成形品の表面各部の曲率を算出させるとともに、前記成形品の基準の面形状データから基準成形品の表面各部の曲率を算出させる機能と、前記実成形品の表面各部の曲率と前記基準成形品の表面各部の曲率との差を求めさせて前記実成形品の誤差曲率を算出させる機能と、前記誤差曲率から前記実成形品の面形状を基準成形品の面形状に一致させるための対策曲率を算出させる機能と、前記成形品を成形するために用いられる成形型の対策型面形状を前記対策曲率に基づいて算出させる機能と、を実現させるための成形型の型面形状修正プログラムである。

以上のように構成された本発明によれば、成形型の型面形状の修正に必要な対策型面形状が直接得られるので、型面形状の修正を従来と比較して簡単に行うことができるようになった。

また、成形品の形状不良を定量化することもできるようになった。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる成形型の型面形状修正方法およびそのプログラムの好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、本明細書において、「実成形品」は、成形型によって実際に加工（シミュレーション加工を含む）された後の車体パネルであり、「基準成形品」は、設計形状と同一形状の車体パネルであり、「成形品」は、実成形品と基準成形品の両方を意味している。また、「実際の面形状データ」は実成形品の面形状データであり、「基準の面形状データ」は基準成形品の面形状データである。

図１は、成形品の実際の面形状データを取得するために用いられる三次元形状測定装置の外観図である。この三次元形状測定装置は、測定機１００とデータ管理装置１５０とを備えている。測定機１００の測定台１０５上には、成形型によって実際に加工が行われた実成形品である車体パネル（図示せず）がしっかりと固定されて載置される。固定された車体パネルに対して測定アーム１１０を前後左右上下に動かし、測定アーム１１０の先端に取り付けられているプローブ１１５を車体パネルの表面に当てる。この状態で面形状データを取り込む指示を与えると、プローブ１１５の先端の座標（車体パネルとプローブ先端との接触位置座標）がデータ管理装置１５０に送られる。

以上の操作を、車体パネルの表面の全面に対して５から１０ｍｍ間隔で実施する。データ管理装置１５０には、以上の操作で送られた何十万点という座標データ（車体パネル表面の座標データ）が車体パネルの面形状データとして記憶される。

図２は、本発明にかかる成形型の型面形状修正方法を実施する装置の概略構成を示すブロック図である。この装置は、測定機１００、データ管理装置１５０、ＣＡＤ装置２００、シミュレーション装置２５０、修正形状データ算出装置３００によって構成される。なお、車体パネルの面形状データを測定機１００から取得する場合にはシミュレーション装置２５０は不要であり、車体パネルの面形状データをシミュレーション装置２５０から取得する場合には測定機１００は不要である。車体パネルの面形状データは測定機１００またはシミュレーション装置２５０のいずれか一方から取得するからである。

データ管理装置１５０は、測定機１００によって測定された車体パネルの面形状データ、またはシミュレーション装置２５０がシミュレーション加工を行ってその結果得られた車体パネルの面形状データのいずれかを記憶する。つまり、面形状データは、車体パネル（成形品）を成形する成形型によって実際に加工が行われた車体パネル（実成形品）の表面各部を実測することによって、または、シミュレーションによる加工が行われた車体パネル（実成形品）の表面各部の座標を検出することによって、それぞれデータ管理装置１５０に取得される。

ＣＡＤ装置２００は、測定機１００によって実測された車体パネルと同一種類の車体パネル（基準成形品）の面形状データ、またはシミュレーション装置２５０がシミュレーション加工を行った車体パネルと同一種類の車体パネル（基準成形品）の面形状データを、基準の面形状データ（設計データ）として記憶している。

シミュレーション装置２５０は、与えられた加工条件で擬似的に車体パネルを加工するものであり、加工後の車体パネルの面形状データはデータ管理装置１５０によって記憶される。

修正形状データ算出装置３００は、データ管理装置１５０に記憶されている車体パネル（実成形品）の面形状データおよびＣＡＤ装置２００に記憶されている車体パネル（基準成形品）の面形状データに基づいて、最終的に成形型の対策型面形状データを算出する。成形型の対策型面形状データを算出する方法は次のフローチャートで詳細に説明する。なお、修正形状データ算出装置３００の実態はコンピュータであり、ここで本発明にかかる成形型の型面形状修正プログラムが実行される。

図３は、本発明にかかる成形型の型面形状修正方法の手順を示すフローチャートである。このフローチャートは修正形状データ算出装置３００によって実施される。なお、本実施の形態においては、車体パネルの面形状データを測定機１００から取得する場合を想定して説明する。面形状データの取得方法としては、実測によって取得する方法、ＦＥＭ（有限要素法）シミュレーションによって取得する方法など、従来から用いられている各種の方法を用いて行うことができる。

修正形状データ算出装置３００は、データ管理装置１５０に記憶されている、測定機１００によって測定された車体パネルの実際の面形状データ（実成形品の面形状データと等価）をデータ管理装置１５０から取得する。なお、面形状データは、実測された車体パネルの測定点における座標データである（Ｓ１１）。次に、取得した面形状データから車体パネルの各測定点における曲率を算出する。面形状データから車体パネルの曲率を算出する代表的な方法としては、２次元データから算出する方法、３次元データから算出する方法がある。下記にその算出過程を説明するが、結果的に曲率を求めることができる計算方法であれば、下記に説明したもの以外の方法を用いて算出しても良い。また、取得した面形状データから曲率が直接得られる場合には、下記のような計算をすることなく、直接得られた曲率を用いても良いのはもちろんである。

まず、２次元データから算出する方法は下記のようなものである。この方法では、面形状データを２階微分することによって曲率を算出する。面形状データが形状を表す関数Ｙ＝ｆ（ｘ）であったとき、曲率を表す関数１／ρとの間には次のような関係が成立する。
Ｙ＝ｆ（ｘ）
θ＝ｄｆ（ｘ）／ｄｘ＝ｆ′（ｘ）
１／ρ＝ｄ（θ）／ｄｘ＝ｄ^２ｆ（ｘ）／ｄ^２ｘ＝ｆ″（ｘ）
したがって、図４に示したような面形状からは同図に示すような曲率が得られる。つまり、面形状が凹み始める部分は＋側の曲率が、また形状が平坦になり始める部分は−側の曲率がそれぞれ得られることになる。

次に、３次元データから算出する方法は下記のようなものである。まず、図５に示すように、面形状データから多数の３角形または４角形の要素を求め、それらの要素の法線ベクトル求める。次に、曲率を算出する対象となる要素の法線ベクトルと他の要素の法線ベクトルとの角度差を求め、これらの法線ベクトル間の距離から角度変化率を求める。この角度変化率が曲率に相当する。たとえば、図５に示すように、３つの要素Ａ、Ｂ、Ｃの法線ベクトルがＮ_ｋ、Ｎ_ｋ−１、Ｎ_ｋ＋１であった場合、要素Ａと要素Ｂの法線ベクトルＮ_ｋ、Ｎ_ｋ−１の角度差はθとなる。そして、要素Ａと要素Ｂの法線ベクトルＮ_ｋ、Ｎ_ｋ−１間の距離はＬ_ｋであるので、角度変化率はｄθ／ｄＬ_ｋとなり、この角度変化率が要素Ｂの曲率になる。

このようにして車体パネルの表面各部の曲率を車体パネルの全体に渡って求めると、車体パネルの表面がどのように歪んでいるか、またそれがどのような形状に形成されているのかがわかる（Ｓ１２）。

次に、修正形状データ算出装置３００は、ＣＡＤ装置２００に記憶されている、車体パネルの基準の面形状データ（基準成形品の面形状データと等価であり設計データでもある）をＣＡＤ装置２００から取得する（Ｓ１３）。そして、取得した基準の面形状データからＳ１２のステップと同様にして設計された車体パネルの各測定点における曲率を算出する（Ｓ１４）。このようにして設計された車体パネルの表面各部の曲率を車体パネルの全体に渡って求めると、車体パネルの形状がどのような形状に設計されているのかがわかる。

そして、修正形状データ算出装置３００は、Ｓ１２のステップで算出した車体パネルの各測定点における曲率とＳ１４のステップで算出した設計された車体パネルの各点の曲率との差を算出して、両車体パネル間の誤差曲率を算出する。たとえば、測定された車体パネル（実成形品）の表面の形状と設計された車体パネル（基準成形品）の表面の形状との間に図６に示したような誤差があったとした場合、それらの形状から得られた誤差曲線は図７に示すようなものとなる。図７の曲線を見ると、一部分に誤差曲率の低下している部分がある。この部分の車体パネルの表面の形状は設計された形状から大きく外れているため、この形状を設計された形状に近づけるためには成形型の型面の形状を修正する必要があることがわかる。

なお、以上の処理においては、面形状不良の発生箇所を認識するための誤差曲率に閾値を設定しておいて、その閾値を越える誤差曲率となっている部分を面形状不良領域とし、それ以外の部分を正常領域と判断する処理も行う。この処理を行えば以降のステップで処理対処となる領域が減少するため処理速度が向上する（Ｓ１５）。

なお、誤差曲率を求める方法としては、上記の方法以外に、測定された車体パネルの各部の曲率に基づいて周波数解析を行い、不具合が発生していると判断できる周波数帯の領域のみを抽出し、その領域の誤差曲率を得るようにすることも可能である。

次に、修正形状データ算出装置３００は、得られた誤差曲率から車体パネルの表面の形状を設計された車体パネルの表面の形状に一致させるための対策曲率を算出する。通常、対策曲率は、誤差曲率と正反対の大きさになるはずであるが、車体パネルの表面全体における誤差曲率の分布状況、車体パネルの板圧、材質、加工条件などの相違（スプリングバック量が異なってくる）によっては、必ずしも正反対の大きさにはならないので、対策曲率を算出するに当たっては、これらの事項を十分に勘案して算出する。なお、これらの事項は修正形状データ算出装置３００に設けられているデーターベースに記憶させておく。これらの事項から対策曲率を求める手法は、特別のプログラムによって実行される（Ｓ１６）。

修正形状データ算出装置３００は、求められた対策曲率からその対策型面形状を求める。対策型面形状は、成形型の型面形状をどのように修正するかを示すものである。対策型面形状は対策曲率を積分することによって得られる。前述のように、面形状から曲率を算出する場合には、面形状を表す関数を微分することによって求めた。したがって、対策曲率から対策型面形状を求めるには、この逆、つまり対策曲率を積分すればよい（Ｓ１７）。

最後に、修正形状データ算出装置３００は、算出された対策型面形状の座標データを外部装置に出力する（Ｓ１８）。外部装置は成形型を加工するためのＮＣ工作機械であっても良いし、ディスプレイであっても良い。ＮＣ工作機械に出力する場合には、対策型面形状の座標データはＮＣ工作機械用のデータにする。また、ディスプレイに出力する場合には、ディスプレイ用の対策型面形状の座標データは画像データに変換して出力する。ＮＣ工作機械は、入力した対策面形状に基づいて成形型の型面を修正加工する。修正加工が行われた後の成形型で車体パネルを加工すれば、設計通りの形状の車体パネルが得られる。また、対策型面形状がディスプレイに写し出された場合には、その画像を見て作業者が手作業で成形型の型面を修正加工することになる。

図８から図１０は、本発明にかかる成形型の型面形状修正方法の手順を概念的に説明するための図である。本発明では、まず図８に示すような実成形品の表面の形状と基準成形品の表面の形状とからそれぞれの成形品の曲率を求め、両曲率から求められた誤差曲率の大きな部分について、図９に示すような対策形状を求める。この対策形状に基づいて成形型の型面形状を修正する。図９は２次元的に求めた対策形状の例であるが、図１０は３次元的に求めた対策形状の例である。

以上のように、本発明によれば、成形型の型面の修正に必要なデータを直接、形状として求めることができるので、型面のどの部分をどの程度修正するのかがわかりやすくなる。また、成形品の形状不良を定量化することもできるようになったため、不良の評価を多段階に行うことができる。

本発明は、成形型の作成分野において利用することが可能である。

成形品の実際の面形状データを取得するために用いられる三次元形状測定装置の外観図である。 本発明にかかる成形型の型面形状修正方法を実施する装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明にかかる成形型の型面形状修正方法の手順を示すフローチャートである。 曲率の算出過程の説明に供する図である。 曲率の算出過程の説明に供する図である。 実成形品と基準成形品の表面の形状の一例を示す図である。 図６の形状曲線から得られた誤差曲率を示す図である。 本発明にかかる成形型の型面形状修正方法の手順を概念的に説明するための図である。 本発明にかかる成形型の型面形状修正方法の手順を概念的に説明するための図である。 本発明にかかる成形型の型面形状修正方法の手順を概念的に説明するための図である。

符号の説明

１００ 測定機、
１０５ 測定台、
１１０ 測定アーム、
１１５ プローブ、
１５０ データ管理装置、
２００ ＣＡＤ装置、
２５０ シミュレーション装置、
３００ 修正形状データ算出装置。

Claims (5)

1. 成形品の実際の面形状データから実成形品の表面各部の曲率を算出するとともに、前記成形品の基準の面形状データから基準成形品の表面各部の曲率を算出する段階と、
   前記実成形品の表面各部の曲率と前記基準成形品の表面各部の曲率との差を求めて前記実成形品の誤差曲率を算出する段階と、
   前記誤差曲率から前記実成形品の面形状を基準成形品の面形状に一致させるための対策曲率を算出する段階と、
   前記成形品を成形するために用いられる成形型の対策型面形状を前記対策曲率に基づいて算出する段階と、
   を含むことを特徴とする成形型の型面形状修正方法。
2. 算出された型面形状の形状データを外部に出力する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の成形型の型面形状修正方法。
3. 前記成形品の実際の面形状データは、前記成形型によって実際に加工が行われた実成形品の表面各部を実測することによって、または、シミュレーションによる加工が行われた実成形品の表面各部の座標を検出することによって、それぞれ取得することを特徴とする請求項１記載の成形型の型面形状修正方法。
4. 前記対策曲率は、前記成形品の表面全体における誤差曲率の分布状況を考慮して算出することを特徴とする請求項１記載の成形型の型面形状修正方法。
5. コンピュータに、
   成形品の実際の面形状データから実成形品の表面各部の曲率を算出させるとともに、前記成形品の基準の面形状データから基準成形品の表面各部の曲率を算出させる機能と、
   前記実成形品の表面各部の曲率と前記基準成形品の表面各部の曲率との差を求めさせて前記実成形品の誤差曲率を算出させる機能と、
   前記誤差曲率から前記実成形品の面形状を基準成形品の面形状に一致させるための対策曲率を算出させる機能と、
   前記成形品を成形するために用いられる成形型の対策型面形状を前記対策曲率に基づいて算出させる機能と、
   を実現させるための成形型の型面形状修正プログラム。