JP2006305581A - 鋳造品の加工不良判定方法及び鋳造品の加工不良判定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】鋳造シミュレーションなどにより得られた欠陥位置を示す欠陥データを実際の鋳造品の製造に対して有効利用できる鋳造品の加工不良判定方法の提供。
【解決手段】欠陥の形状を示す欠陥データと鋳造品に形成する加工部の形状を示す加工部データとから前記加工部及び前記欠陥の間の距離を測定し、その加工部の外形表面から所定値以下の距離内に欠陥が存在する場合に加工部及び欠陥の間が接続するものと判断する不良発生予測工程を有することを特徴とする。つまり、欠陥データと鋳造品の形状とを単純に重ね合わせて表示するのではなく、欠陥が近接していると特に問題が生じるであろう部位であると考えられる加工部と欠陥との間の関係に着目している。すなわち、欠陥と加工部との距離を算出し、その距離が予め設定された所定値以下であるかどうかを判断することで、両者の間で接続が生じる不良の発生の有無を予測・判定している。
【選択図】図５

Description

本発明は、後加工に基づいて鋳造品に発生する不良箇所を予測できる鋳造品の加工不良判定方法及びその判定方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。

近年のコンピュータの計算能力の向上に伴い、鋳鉄・アルミ等による鋳造・ダイキャスト等を行う際の溶湯の挙動についてのコンピュータ上における鋳造シミュレーションの適用範囲が広がっている。鋳造シミュレーションは溶湯の湯流れ及び凝固の挙動について理解を深めることを目的としており、適正な鋳造条件を探索する有用な手段として期待されている。

これら鋳造シミュレーション技術の発達により、ひけ巣欠陥、空気等の巻き込み欠陥、湯回り不良欠陥等の鋳造品に発生する欠陥の位置、大きさなどが精度良く予測できるようになってきている（特許文献１など）。
特開平９−３１４３０７号公報

しかしながら、鋳造に伴う欠陥の位置、大きさなどについての予測が精度良く可能になる一方、それらの予測された欠陥に関するデータ（以下、「欠陥データ」と称する）を実際の鋳造品に当てはめて評価する方法については充分なものが提供されているとはいえない状況である。欠陥データは鋳造品内に３次元的な広がりをもって存在しているので、欠陥データを鋳造品に単純に重ね合わせて可視化するだけでは、欠陥が鋳造品に及ぼす影響を簡単に評価することが困難になっている。

例えば、鋳造にて製造するシリンダブロックなどに対して孔開けなどの加工を行うことがあるが、孔開け加工を行った部位にひけ巣などの欠陥が存在すると、オイル漏れ、冷却水漏れなどの不良が発生するおそれがある。そこで、鋳造により発生する欠陥の位置から、後加工による不良の発生を予測することが望まれるが、単純に欠陥位置と後加工の位置とを比べただけでは不良が発生するか否かの判断は困難である。

本発明は上記実情に鑑み為されたものであり、鋳造シミュレーションなどにより得られた欠陥位置などを示す欠陥データを実際の鋳造品の製造に対して有効利用できる鋳造品の加工不良判定方法及びそのような判定を行うプログラムを提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決するために本は発明者らは鋭意検討を行い、以下の発明を完成した。すなわち、本発明の鋳造品の加工不良判定方法は、鋳造品に成形時に発生する欠陥の形状を示す欠陥データと鋳造後に該鋳造品に形成する加工部の形状を示す加工部データとを同一座標系上に位置づける工程と、
それぞれの前記加工部データ及び前記欠陥データから前記加工部及び前記欠陥の間の距離を測定し、該加工部の外形表面から所定値以下の距離内に該欠陥が存在する場合に該加工部及び該欠陥の間が接続するものと判断する不良発生予測工程と、
を有することを特徴とする。

つまり、欠陥データと鋳造品の形状とを単純に重ね合わせて表示するのではなく、欠陥が近接していると特に問題が生じるであろう部位であると考えられる加工部（後加工を行う部位）と欠陥との間の関係に着目している。すなわち、欠陥と加工部との距離を算出し、その距離が予め設定された所定値以下であるかどうかを判断することで、両者の間で接続が生じる不良の発生の有無を予測・判定している。

また、前記不良発生予測工程として、欠陥及び加工部の間の距離に基づいて不良の発生を予測する方法に代えて、欠陥データと加工部データとの間が交わる体積及び／又は数を算出するステップと、その体積（又は体積の和）及び／又は数が所定値以上である場合に欠陥及び加工部の間が接続するものと判断するステップと、をもつ工程を採用することができる。本方法は、欠陥及び加工部の外形の間が交わる体積や数に基づいて不良の発生を予測している。

そして、鋳造品に設けられる加工部の数が複数個ある場合に、前記不良発生予測工程は、任意の２以上の該加工部データが同一の又は接続された前記欠陥データに接続されていると判断した場合に、該加工部データ間が接続すると判断するステップをもつことができる。１つの欠陥が１つの加工部にのみ接続する場合には加工部から潤滑油などが流れ込んでも、その欠陥を超えて影響は広がらないが、１つの欠陥が２以上の加工部に接続する場合には、その欠陥を介して２つの加工部間が接続されることになり、大きな影響が生じることが予測できるからである。

更に、上記課題を解決する本発明の鋳造品の加工不良判定プログラムは、上述の各方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

本発明の鋳造品の加工不良判定方法及び本発明をコンピュータ上で実現する本発明のプログラムは、上述の構成を有することから以下の作用効果を発揮する。すなわち、鋳造品に生じる欠陥を単純に重ね合わせて表示する方法と比べ、不良の発生が予測される欠陥及び加工部を判定することが可能になる本方法では、判定する者によるばらつきが少なく均質な判定を速やかに行うことが可能になる。また、本発明による判定に基づいて、鋳造品のリーク判定や鋳造品の穴部への加工の可否、危険レベルの判定などが期待できる。

〔鋳造品の加工不良判定方法〕
本発明の鋳造品の加工不良判定方法は、欠陥データと加工部データとを同一座標系上に位置づける工程（座標系統一工程）と、加工部及び欠陥の間の接続を予測する不良発生予測工程とを有する。

（座標系統一工程）
本工程は、欠陥データと加工部データとを同一座標系上に位置づける工程である。欠陥データを得る方法は特に限定しない。例えば、有限要素法（ＦＥＭ）や有限差分法（ＦＤＭ）などを応用した、鋳造における湯流れ、凝固のシミュレーション方法などにより鋳造工程をシミュレーションすることで予測する方法や、実際の鋳造品をＣＴ等によって解析するなどの方法などによって得ることができる。欠陥データにはひけ巣、空気の巻き込み、湯回り不良、かじりなどの一般的なものが含まれる。加工部データはＣＡＤデータなどから必要部分を抜き出して用いることができる。欠陥データ及び加工部データとを同一座標系上に位置づける場合には鋳造品の外形を基準にして双方の座標系を統一する。座標系は、適当なものを選択することが可能である。

ここで、欠陥データや加工部データは多面体からなる微小要素の集合により表すこともできる。例えば、欠陥データを算出するＦＥＭやＦＤＭなどのシミュレーション方法では、解析対象物を多面体からなる微小要素の集合として表して解析を行っている。すなわち、鋳造品成型用の型の形状や、鋳造品の形状などを多面体からなる微小要素に分割した上で解析を行い、解析結果についても分割した微小要素の集合として算出するので、そのまま、本方法に採用することができればデータ変換が容易で有ると共に、データの有効利用の観点からも望ましい。

微小要素に分割する方法としてはＦＤＭで採用されるような直交６面体の要素で分割する方法、ＦＥＭのように要素の形状を鋳造型のモデルデータに応じて比較的自由に変更できる方法等がある。ＦＤＭが要素への分割が容易であり、且つ解析が数学的に簡潔であるという利点がある。

ところで、加工部は鋳造品に後加工により設けられる部位であるが、加工部データは鋳造品のモデルデータと関連したデータとして、ＣＡＤデータ型式等の数値データに変換されている。鋳造型や加工部の形状を数値データに変換する方法としては、特に限定されず、例えば、最初から加工部の形状をＣＡＤにより設計したり、試作品等の実物についての形状情報を何らかの方法で読み込んで数値化しても良い。ここでＣＡＤにより鋳造型の数値データを作成した場合には、ＣＡＤ等により作成された鋳造品や加工部のデータを読み込み加工部データとして、その外形データを抽出する必要がある。その方法については公知の方法が使用できる。また、本方法においてＣＡＤデータをそのまま使用できるようにしても良い。

（不良発生予測工程：第１実施形態）
本工程は、鋳造品が有する欠陥及び加工部のそれぞれについて、それらの間が接続するか否かを判定する工程である。加工部が欠陥に接続すると、予期しない孔が加工部表面に形成されて不具合発生の一因になる。

本工程では、それぞれの加工部データ及び欠陥データから加工部及び欠陥の間の距離を測定し、その加工部の外形表面から所定値以下の距離内に欠陥が存在する場合にそれら加工部及び欠陥の間が接続するものと判断する工程である。ここで、所定値は実際の鋳造品の材質、求められる性能などにより決定される。例えば、充分な強度を実現することが困難であったり、接続に対する安全率を高くするような場合には、所定値を大きくして、接続の可能性が小さいものについても不良が発生する可能性を大きく見積もることが望ましく、反対に、所定値を０にすることで、実際に接続が生成することがほぼ確実な場合にだけ不良が発生するものと予測することができる。

加工部及び欠陥の間の距離は、加工部及び欠陥それぞれの外形表面間の全てについて距離を算出する方法がある。また、計算量を減らす目的で、それぞれの加工部及び欠陥に代表点（重心や、幾何学的中心、ランダムに選択された位置などを挙げることができる。巣などのような欠陥の場合には材料が充填されていない部分の内部に代表点を設けることが望ましい。また、加工部については材料を除去する部分の内部に代表点を設けることが望ましい）を設け、加工部及び欠陥それぞれの代表点を結ぶ線分が、その加工部及び欠陥それぞれの外形表面に交わる点の間の距離を算出して求めることが望ましい。

ここで、ある加工部に対して、距離を算出する対象となる欠陥の数は少ない方が計算量を少なくできるので、明らかに加工部の表面よりも所定値を大幅に超える距離にあると思われる欠陥については距離を算出しないことが望ましい。例えば、欠陥データとして欠陥の大まかな位置を表すデータを付加する等の方法で、大まかな位置を特定して、明らかに距離が大きい欠陥データについては計算を省略することができる。

欠陥データ及び／又は加工部データが微小要素の集合により表されている場合には各微小要素毎に距離を算出することもできる。特に、微小要素のうち、表面に存在するものを選択した上で、選択した各微小要素毎に距離を算出することで計算量を減らすことができる。また、欠陥データなどを構成する微小要素のうちの１つを選択して欠陥データなどを代表させることで更に計算量を減少できる。微小要素における距離の算出も欠陥及び／又は加工部の外形を考慮して算出することが望ましい。

その他に、加工部データとして実際に加工する大きさよりも所定値だけ拡大する方向に大きい外形をもつデータを用意し、その加工部データと欠陥データとが実際に重なる（交わる）点から接続の発生を予測する方法がある。実際の加工部データよりも所定値だけ大きいデータを用意する方法としては、加工部データを作成する際に最初から大きなデータを用意する方法や、本工程の前までに実際の大きさを表したデータから作成する方法などがある。

例えば、加工部データが加工部の外形表面上の各点を表すデータの集合である場合に、加工部内に前述したような代表点を設定し、その代表点と外形表面上の点を表す加工部データ上の１つのデータとの間を所定値だけ延長して点の集合として作成することができる。

ここで、鋳造品に設けられる加工部が複数ある場合に、本工程は２以上の加工部が１以上の欠陥によって接続されるかどうかについても予測することが望ましい。具体的には、１つの加工部に接続されていると判断された欠陥が他の加工部に対しても接続されていると判断されている場合には、それら２つの加工部は接続されていると判断できる。

このような判断を行うために、一度、加工部に接続されていると判断された欠陥を表す欠陥データには接続されていると判断された加工部に関するデータを記録することが望ましい。また、鋳造品の外面に連絡する欠陥に加工部が接続されていると判断された場合にはその加工部は鋳造品の外面に接続（開口）するものと判断する。

以下、本形態の不良発生予測工程について具体例に基づき説明する。説明は簡略化のために平面上での広がりのみを考慮するが、３次元的な広がりをもつ場合でも同様である。図１に示すように、加工部の形状を示す加工部データ１０と欠陥の形状を示す欠陥データ９０とが同一座標系上で比較可能に位置づけられている。加工部データ１０は外形表面上の点を表すデータとその点の間を結ぶ線のデータとからなる。欠陥データ９０は正方形からなる微小要素の集合として表される。

加工部データ１０と欠陥データ９０との間の距離の算出は、加工部データ１０の重心位置である代表点１１と欠陥データ９０の重心である代表点９１との間に線分を引き、その線分が加工部データ１０の外形と交わる点と、欠陥データ９０の外形と交わる点との間の距離ｄを測定することで行う。測定された距離ｄが所定値以下かどうかにより、加工部データ及び欠陥データの間で接続するかどうかを判断する。

欠陥データ９０の代表点としては欠陥データ９０の全体を代表する代表点９１のほか、欠陥データ９０を構成する微小要素毎に代表点（例えば代表点９１’）を設定し、それら代表点毎に距離を算出することもできる。距離を測定する点（代表点９１、９１’など）を多数設けてそれぞれについて距離を算出する方が、正確性は向上するが、計算量を減らずためには代表点は少ない方が好ましい。

また、１つの加工部データ（例えば加工部データ９０）について、鋳造品内に存在が予測される全ての欠陥（欠陥データ）との間で距離を算出することもできる。しかしながら、あまりに離れた部位にある欠陥データとの間では距離の算出を省略することが計算量を減らす観点からは好ましい。例えば、代表点間が一定の距離以内にあるかどうかは比較的容易に算出可能なので、図２に示すように、加工部データ１０の代表点１１から一定の距離以内に代表点がある欠陥データ（図２では欠陥データ９２及び９３）についてのみ距離を算出することで計算量を減らすことができる。この一定の距離としては前述の所定値よりも大きな値を設定することで、距離が近く計算すべき欠陥データを除外する危険性が低くなる。また、欠陥データに対して、大まかな座標位置をインデックス情報として付加することで容易に距離が遠いデータを除外できる。

そして、図３に示すように、加工部データ１０と欠陥データ９０との間の距離が所定値以下のｄ１であり、加工部データ２０と欠陥データ９０との間の距離も所定値以下のｄ２である場合に、加工部データ１０と加工部データ２０との間は欠陥データ９０を介して接続されているものと判断することができる。

更に、図４に示すように、加工部データ１０が示す外形表面から設定された所定値だけ拡大した重なり判定用の外形データ１０’を作成して本工程を行うことができる。加工部データ１０と欠陥データ９０との間が接続しているかどうかは、外形データ１０’と欠陥データ９０との間の重なりを検出することで行う。図４に示すように、加工部データ１０の外形データ１０’と欠陥データ９０とが重なる場合には、加工部データ１０と欠陥データ９０とが接続するものと判断できる。

以上、本実施形態の不良発生予測工程をまとめると図５に示すようになる。すなわち、複数ある加工部データから１つ選択する（Ｓ１）。そして、選択した加工部データ近傍の欠陥データを選択する（Ｓ２）。

選択した加工部データ及び欠陥データそれぞれの代表点の間に線分を引く（Ｓ３）。引いた線分が加工部データ及び欠陥データそれぞれの外形表面と交わる点の間の距離を算出する（Ｓ４）。その距離が所定値以下の場合に、その加工部データ及び欠陥データの間が接続するものと判断する（Ｓ５、Ｓ６）。

加工部データ近傍の欠陥データを全て選択していない場合には次の欠陥データを選択する（Ｓ９）。欠陥データを全て選択したかどうかは加工部データの代表点と欠陥データの代表点の間の距離が一定以下のものがなくなった場合に全て選択したものとする。全ての欠陥データを選択している場合には次の加工部データを選択して同様の工程を行う（Ｓ１０）。加工部データについても全て選択しているときは本不良発生予測工程を終了する。

欠陥データについて、順次、加工部データとの間の距離を算出していくこともできる。

（不良発生予測工程：第２実施形態）
本実施形態における不良発生予測工程は、欠陥データが示す欠陥の形状が加工部データが示す加工部の形状に交わる部分の体積や数を算出するステップと、その交わる部分の体積などが所定値以上である場合にその欠陥及び加工部の間が接続するものと判断するステップとをもつ。交わる部分の体積などが所定値未満である場合には不具合発生の確率が小さいものと判断することで、実際には影響が小さいにも関わらず、不良の発生を予測することを少なくできる。また、体積（又は体積の和）と数とを組み合わせて不良の発生を予測することもできる。つまり、欠陥と加工部との間が接続するか否かを交わる部分の体積などの大きさによって判断する以外は第１実施形態と同様の構成をもつ。第１実施形態と同様の構成をもつ部分の説明は省略する。

更に、加工部データとして第１実施形態にて説明したように、拡大方向に有る大きさだけ拡大されたデータを用い、その拡大されたデータと欠陥データとの間で交わる体積及び数を求めることでも不良発生を予測できる。拡大する大きさを変化させることで、安全方向（拡大の程度が大。交わる体積及び数が大きくなる傾向になる。）とその反対方向に制御できる。

（その他の工程）
本方法はその他にも種々の工程を有することができる。例えば、不良発生予測工程にて判定された不良発生の予測結果を可視化（鋳造品の外形に重ねて表示するなど。距離の遠近により表示色を変化させるなどの方法により見やすくできる）したり、加工部毎に表などの形式でもっとも近くに位置する欠陥との間の距離や数、そして、重なりが生じる場合の重なりの体積及び数などを示すことができる。

〔鋳造品の加工不良判定プログラム〕
本プログラムは、使用されるコンピュータ上において前述した鋳造品の加工不良判定方法を実行させるものであり、そのコンピュータ上で実行可能な型式で作成されている。また、本プログラムはＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体上に記録されていても、インターネット、イントラネット上に設置されたサーバ等の媒体上に記録されていても良い。本プログラムの各構成要素については前述の鋳造品の加工不良判定方法の各構成要素の説明と概ね同一であるので、先の説明をもって本構成要素の説明に代える。

実施形態にて加工部データ及び欠陥データの間の距離を算出する方法を示す図である。 実施形態にて加工部データ及び欠陥データの間の距離を算出する方法を示す図である。 実施形態にて加工部データ間の接続を判定する方法を示す図である。 実施形態にて加工部データ及び欠陥データの間の距離を算出する方法を示す図である。 本発明の鋳造品の加工不良判定方法の一実施形態を示したフローチャートである。

符号の説明

１０、２０…加工部データ １１、２１…代表点
９０、９２、９３、９４、９５、９６…欠陥データ ９１、９１’…代表点

Claims (8)

1. 鋳造品に成形時に発生する欠陥の形状を示す欠陥データと鋳造後に該鋳造品に形成する加工部の形状を示す加工部データとを同一座標系上に位置づける工程と、
   それぞれの前記加工部データ及び前記欠陥データから前記加工部及び前記欠陥の間の距離を測定し、該加工部の外形表面から所定値以下の距離内に該欠陥が存在する場合に該加工部及び該欠陥の間が接続するものと判断する不良発生予測工程と、
   を有することを特徴とする鋳造品の加工不良判定方法。
2. 前記不良発生予測工程は、
   前記欠陥及び前記加工部それぞれの外形間の距離を算出するステップと、
   該距離が所定値以下である場合に該欠陥及び該加工部の間が接続するものと判断するステップと、
   をもつ請求項１に記載の鋳造品の加工不良判定方法。
3. 前記距離を算出するステップは、前記欠陥データ及び前記加工部データそれぞれの代表点間を結ぶ線分が該欠陥データの外形表面及び該加工部データの外形表面のそれぞれと交わる点の間の距離から該距離を算出する工程である請求項２に記載の加工不良判定方法。
4. 前記加工部データは、前記加工部の外形表面から外方向に前記所定値を加えた広がりをもち、
   前記不良発生予測工程は、該加工部データ及び該欠陥データの間の重なりの有無を判定し、重なりが存在する場合に対応する該加工部及び前記欠陥の間に接続が存在すると判断する工程である請求項１に記載の鋳造品の加工不良判定方法。
5. 鋳造品に成形時に発生する欠陥の形状を示す欠陥データと鋳造後に該鋳造品に形成する加工部の形状を示す加工部データとを同一座標系上に位置づける工程と、
   該欠陥データと該加工部データとの間が交わる体積及び／又は数を算出するステップと、該体積及び／又は数が所定値以上である場合に該欠陥及び該加工部の間が接続するものと判断するステップと、をもつ不良発生予測工程と、
   を有することを特徴とする鋳造品の加工不良判定方法。
6. 前記加工部データは複数個有り、
   前記不良発生予測工程は、任意の２以上の該加工部データが同一の又は接続された前記欠陥データに接続されていると判断した場合に、該加工部データ間が接続すると判断するステップをもつ請求項１〜５のいずれかに記載の鋳造品の加工不良判定方法。
7. 前記欠陥データ及び前記加工部データのいずれかは多面体からなる微小要素の集合として表されており、
   前記不良発生予測工程は、前記欠陥データ及び/又は前記加工部データを区画する境界上に位置する該微小要素のそれぞれについて接続の有無を判断する工程である請求項１〜６のいずれかに記載の鋳造品の加工不良判定方法。
8. コンピュータに、請求項１〜７のいずれかに記載の鋳造品の加工不良判定方法を実行させるための鋳造品の加工不良判定プログラム。

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