JP2010198399A - Particle behavior analyzing device and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粒子挙動解析装置とプログラムに関する。 The present invention relates to a particle behavior analysis apparatus and a program.
特許文献1には、粉体や粒体などの粒子の挙動シミュレーションに関する仕組みが提案されている。特許文献2,3シミュレーション処理において、ルックアップテーブルを利用する仕組みが提案されている。
特許文献1では、複数のプロセッサの並列処理により力分割並列アルゴリズムに従って粒子挙動解析処理を行なう仕組みが提案されている。具体的には、複数の計算装置をネットワーク接続して、複数種類の粒子間相互作用を考慮しつつ、粒子挙動解析を高速に実現できるようにしている。たとえば、各粒子の磁気力、静電気力、接触力の各粒子間相互作用について、それぞれ各別の力マトリクスを用いて、特定プロセッサに分散して計算、特定プロセッサ間で通信し分散して計算した相互作用力の和を求め、各粒子の運動方程式を解いて位置座標を計算する。そして、各粒子の位置座標を特定プロセッサに通信し、計算情報を更新する。このような処理を予め決められた計算ステップに到達するまで、同様に繰り返す。
特許文献2では、ロボットシミュレーションにおいて、物体同士の接近や衝突などの干渉情報を詳細かつ定量的に表示する仕組みが開示されている。たおてば、干渉情報を表示させたい物体表面を投影面とし、その物体表面に対して干渉情報を計算したい物体を投影物体とする投影処理により、干渉情報を表示させたい物体表面から干渉情報を計算したい物体までの距離画像を求める。そして、その距離画像をルックアップテーブルを参照してテクスチャ画像に変換し、求めたテクスチャ画像を、シーンの描画の際、干渉情報を表示させたい物体表面にテクスチャマッピングして干渉情報をテクスチャとして表示させる。
特許文献3では、色彩シミュレーションにおいて、ハイライトを良好に保存し、同色系、有彩色−無彩色間にも良好に適用可能とする仕組みが開示されている。たとえば、明度−明度変換用ルックアップテーブル、彩度−彩度変換用ルックアップテーブル、明度−彩度変換用ルックアップテーブルを作成する。彩度−彩度変換用ルックアップテーブルおよび明度−彩度変換用ルックアップテーブルに対応する重み付け係数を算出し、両ルックアップテーブルと対応する重み付け係数に基づいて変更後の彩度を算出し、明度−明度変換用ルックアップテーブルに基づいて変更後の明度を得ることで、変更色として指定された色相を採用して色彩変更対象領域の色彩を変更する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 discloses a mechanism that can favorably preserve highlights in color simulation and can be applied well between the same color system and between chromatic and achromatic colors. For example, a lightness-lightness conversion lookup table, a saturation-saturation conversion lookup table, and a lightness-saturation conversion lookup table are created. Calculating a weighting coefficient corresponding to the look-up table for saturation-saturation conversion and a look-up table for lightness-saturation conversion, and calculating the changed saturation based on the weighting coefficients corresponding to both look-up tables; By obtaining the lightness after change based on the lightness-lightness conversion lookup table, the hue specified as the change color is adopted to change the color of the color change target region.
本発明は、遠距離相互作用力に関する解析処理を、本発明を適用しない場合よりも短時間でできる仕組みを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the structure which can perform the analysis process regarding long-distance interaction force in a short time rather than the case where this invention is not applied.
請求項1に記載の発明は、それぞれの粒子間距離と、各粒子間距離における粒子対に作用する遠距離相互作用力と、を対応付けた対応情報を記憶する記憶部と、解析対象の粒子対の粒子間距離における遠距離相互作用力を、前記記憶部に記憶されている情報を参照して特定することで、粒子の挙動を計算する粒子挙動計算部と、を備えた粒子挙動解析装置である。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記記憶部は、解析対象の遠距離相互作用力の種類が複数ある場合には、それぞれの粒子間距離と、その粒子間距離における粒子対に作用する遠距離相互作用力の合計値、を対応付けた対応情報を記憶する。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記記憶部は、解析対象の粒子の種類が複数ある場合には、前記粒子対を構成する粒子種の組合せの別に、前記対応情報を記憶する。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, when there are a plurality of types of particles to be analyzed, the storage unit is configured according to a combination of particle types constituting the particle pair. The correspondence information is stored.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の内の何れか一項に記載の発明において、前記記憶部は、予め決められた閾値以上の粒子間距離に関して前記対応情報を記憶し、前記粒子挙動計算部は、解析対象の粒子対の粒子間距離が前記閾値未満のときは遠距離相互作用力を計算し、解析対象の粒子対の粒子間距離が前記閾値以上のときは前記記憶部に記憶されている情報を参照して遠距離相互作用力を特定する。
The invention according to
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4の内の何れか一項に記載の発明において、解析対象領域を複数の領域に分割して各領域の位置を示す番号を付与する領域分割部を備え、前記記憶部および粒子挙動計算部は、解析対象の粒子対の各粒子が存在するそれぞれの領域の番号の差分を前記粒子間距離として代用する。
The invention according to
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記記憶部は、前記領域の番号の差分の正の値および負の値の何れか一方に関して前記対応情報を記憶し、前記粒子挙動計算部は、解析対象の粒子対の前記領域の番号の差分の符号が前記記憶部に記憶されている前記対応情報における前記差分の符号と異なる場合には、前記記憶部から参照した前記対応情報の符号を反転して使用する。
The invention according to
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6の内の何れか一項に記載の発明において、解析過程で前記対応情報を生成して前記記憶部に記憶させる対応情報生成部を備え、前記対応情報生成部は、解析過程において、解析対象の粒子対の粒子間距離に対応する前記記憶部の配列位置に遠距離相互作用力が記憶されていないとき、その粒子間距離に対応する前記粒子挙動計算部で計算された遠距離相互作用力を、その粒子間距離に対応する前記記憶部の配列位置に記憶させる。
The invention according to
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の発明において、前記記憶部は、記憶容量不足となったときには、参照頻度の少ないものを破棄する。
The invention according to claim 8 is the invention according to
請求項9に記載の発明は、解析対象の粒子対の粒子間距離における遠距離相互作用力を、それぞれの粒子間距離と、各粒子間距離における粒子対に作用する遠距離相互作用力と、を対応付けた対応情報を記憶する記憶部に記憶されている対応情報を参照して特定することで、粒子の挙動を計算する粒子挙動計算部として電子計算機を機能させるプログラムである。 In the invention according to claim 9, the long-range interaction force in the inter-particle distance of the particle pair to be analyzed includes the inter-particle distance, the long-distance interaction force acting on the particle pair in each inter-particle distance, Is a program that causes the electronic computer to function as a particle behavior calculation unit that calculates the behavior of particles by specifying with reference to the correspondence information stored in the storage unit that stores the correspondence information that associates.
請求項1,9に記載の発明によれば、請求項1,9に係る発明を適用しない場合よりも、遠距離相互作用力に関する解析処理を短時間でできる。 According to the first and ninth aspects of the present invention, it is possible to perform analysis processing related to the long-distance interaction force in a shorter time than when the inventions according to the first and ninth aspects are not applied.
請求項2に記載の発明によれば、解析上必要な遠距離相互作用力が複数種類ある場合に、請求項2に係る発明を適用しない場合よりも、遠距離相互作用力に関する解析処理を短時間でできる。 According to the second aspect of the present invention, when there are a plurality of types of long-distance interaction forces required for analysis, the analysis process for the long-distance interaction force is shorter than when the invention according to the second aspect is not applied. You can do it in time.
請求項3に記載の発明によれば、解析対象の粒子の種類が複数ある場合に、請求項3に係る発明を適用しない場合よりも、各組合せに応じた遠距離相互作用力を適正に特定することができる。
According to the invention described in
請求項4に記載の発明によれば、請求項4に係る発明を適用しない場合よりも、解析精度と解析処理時間のバランスをとることができる。
According to the invention described in
請求項5に記載の発明によれば、請求項5に係る発明を適用しない場合よりも、遠距離相互作用力に関する解析処理をさらに短時間でできる。 According to the fifth aspect of the present invention, the analysis process relating to the long-distance interaction force can be performed in a shorter time than when the invention according to the fifth aspect is not applied.
請求項6に記載の発明によれば、請求項6に係る発明を適用しない場合よりも、記憶部に記憶する対応情報の量を少なくできる。
According to the invention described in
請求項7に記載の発明によれば、請求項7に係る発明を適用しない場合よりも、解析処理時に参照されない対応情報を記憶部に記憶する無駄を防止できる。 According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to prevent waste of storing correspondence information that is not referred to during analysis processing in the storage unit, compared to the case where the invention according to the seventh aspect is not applied.
請求項8に記載の発明によれば、請求項8に係る発明を適用しない場合よりも、記憶容量不足となることによる弊害を回避できる。 According to the eighth aspect of the present invention, it is possible to avoid the adverse effects caused by the shortage of storage capacity, compared with the case where the invention according to the eighth aspect is not applied.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下においては、情報処理装置が適用される具体例として、粒子挙動解析装置を例に説明する。粒子挙動解析装置の解析対象粒子が存在する装置としては、たとえば、プリンタ装置、ファクシミリ装置、またはそれらの機能を有する複合機などの画像形成装置を例に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a particle behavior analysis device will be described as an example as a specific example to which the information processing device is applied. As an apparatus in which particles to be analyzed by the particle behavior analysis apparatus exist, an image forming apparatus such as a printer apparatus, a facsimile apparatus, or a multifunction machine having these functions will be described as an example.
解析対象粒子との関係においては、トナー粒子のみまたはキャリア粒子とトナー粒子からなる現像剤を用いる電子写真方式による画像形成装置の現像装置における現像剤挙動解析に着目する。ただしこれは一例であって、解析対象粒子が存在する装置は画像形成装置に限定されない。 In relation to the analysis target particles, attention is paid to developer behavior analysis in a developing device of an electrophotographic image forming apparatus using only toner particles or a developer composed of carrier particles and toner particles. However, this is only an example, and the apparatus in which the particles to be analyzed exist is not limited to the image forming apparatus.
<画像形成装置の概要>
図1は、印刷装置(プリンタ)や複写装置(コピー機)などの電子写真方式の画像形成装置の一構成例を示す図である。図示のように、画像形成装置1は、感光体10を中心として、その近傍に配された直流電源22、交流バイアス電源24、および帯電部26を具備した帯電装置20と、レーザ光源32やポリゴンミラー34やモータ36を具備した露光装置30と、図示しない攪拌機構を備えた現像装置40と、転写電源52および転写部54を具備した転写装置50と、ブレード機構を持つクリーニング装置60と、用紙搬送路上の後流側の予め決められた位置に配されたロール機構を具備した定着装置70とを備えている。
<Outline of image forming apparatus>
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an electrophotographic image forming apparatus such as a printing apparatus (printer) or a copying apparatus (copier). As shown in the figure, the
現像装置40には、現像剤粒子102が充填されている。図では、1つの現像剤粒子102を便宜的に1つの丸で示している。実際には、現像剤粒子102はたとえば、それぞれ物性や粒径の異なる磁性体から構成されたキャリア粒子と非磁性のトナー粒子(たとえば各色のトナー粒子)を主成分として含有する2成分方式のものである。キャリア粒子とトナー粒子の対によって、全体として磁性粉体が形成されるようにしている。トナー粒子は、キャリア粒子に静電力により互いに吸着されている。一般的には、キャリア粒子の粒径の方がトナー粒子の粒径よりも大きい。なお、トナー粒子としては、磁性トナーを使用してもよい。 The developing device 40 is filled with developer particles 102. In the figure, one developer particle 102 is indicated by one circle for convenience. Actually, the developer particle 102 is, for example, a two-component system containing carrier particles composed of magnetic materials having different physical properties and particle sizes and non-magnetic toner particles (for example, toner particles of each color) as main components. It is. The pair of carrier particles and toner particles forms a magnetic powder as a whole. The toner particles are adsorbed to the carrier particles by electrostatic force. In general, the particle size of the carrier particles is larger than the particle size of the toner particles. Note that magnetic toner may be used as the toner particles.
また、現像剤102には、前述のキャリア粒子およびトナー粒子の他に、粉体流動性、帯電性、転写性、あるいはクリーニング性を確保するための粒子径(平均粒子径で約1〜50ナノメートル)の小さな物質(外添剤)が混合されている。外添剤としては、たとえば酸化チタンやシリコーンオイル含有シリカなどが用いられる。 In addition to the carrier particles and toner particles described above, the developer 102 has a particle diameter (average particle diameter of about 1 to 50 nanometers) to ensure powder flowability, chargeability, transferability, or cleaning properties. Meter) small substances (external additives) are mixed. Examples of the external additive include titanium oxide and silica containing silicone oil.
現像装置40は、収納容器101内に、表面に現像剤粒子102を担持する担持ロールの一例である現像ロール140(マグロール、マグネットローラ、磁気搬送ローラとも言われる)を、周面が開口部101aから少し突き出すように備える。現像ロール140内には、その内周縁に沿って、予め決められた間隔で予め決められた数のマグネット142が配置されている。
The developing device 40 includes a developing roll 140 (also referred to as a mag roll, a magnet roller, or a magnetic transport roller), which is an example of a carrying roll carrying the developer particles 102 on the surface, in the
また、現像装置40は、現像ロール140の近傍に、高さ規制部材や層形成部材として機能する規制ブレード150(トリミングブレードブロック)を備え、マグネット142による磁力線に沿ってできた現像剤粒子102の磁気ブラシ(穂立ち)の高さを規制するようになっている。
Further, the developing device 40 includes a regulating blade 150 (trimming blade block) that functions as a height regulating member or a layer forming member in the vicinity of the developing
現像ロール140は、矢印X方向に回転される感光体10とともに、感光体10と対向する側のその表面の回転移動方向が、感光体10の移動方向Xと同じ向き(矢印Y方向)に回転される。感光体10の移動方向Xと逆向きに回転駆動するようにしてもよい。
The developing
現像剤粒子102は、攪拌機能を持つ攪拌搬送ロール(図示せず)により攪拌され摩擦帯電されつつ現像ロール140側に搬送される。規制ブレード150によって現像剤粒子102の現像ロール140への吸着量が規制され一定の高さで現像ロール140の周縁に現像剤粒子102が付着する。キャリア粒子は、現像ロール140に内蔵されたマグネット142からの磁場により磁気ブラシを構成する。トナー粒子はキャリア粒子とともに、感光体10に対向する部分まで搬送される。
The developer particles 102 are conveyed to the developing
画像形成装置1を複写装置として構成する場合、帯電装置20によって、直流電源22からの直流電圧に交流バイアス電源24からの交流バイアス電圧を重畳させて帯電電位(初期電位)を生成し、この帯電電位で感光体10の表面を一様な表面電位に帯電させる。
When the
この後、原稿を図示しない読取装置によってスキャンして得た画像データに従って感光体10の表面に露光装置30に備えられるレーザ光源32から発せられるレーザ・ビームを、モータ36により回転駆動されるポリゴンミラー34でスキャンすることによって、感光体10の表面を露光して潜像電位からなる静電潜像を形成する。
Thereafter, a polygon mirror which is driven by a
続いて、現像装置40は、図示しない攪拌機構において出力色のトナー粒子やキャリア粒子などでなる現像剤粒子102を混合しながら、その現像剤粒子102中のトナー粒子を感光体10の表面に形成されている静電潜像に重畳することでトナー像を感光体10の表面に形成させる。これによって、感光体10の表面に形成された潜像は現像化される。現像処理後のキャリア粒子と、感光体10側に飛翔されなかったトナー粒子とは、収納容器101内に回収される。
Subsequently, the developing device 40 forms the toner particles in the developer particles 102 on the surface of the photoconductor 10 while mixing the developer particles 102 such as output color toner particles and carrier particles in a stirring mechanism (not shown). A toner image is formed on the surface of the photoconductor 10 by being superimposed on the electrostatic latent image. As a result, the latent image formed on the surface of the photoconductor 10 is developed. The carrier particles after the development processing and the toner particles that have not been ejected to the photoconductor 10 are collected in the
この後、転写装置50は、感光体10の表面に形成されているトナー像を、外部から搬送されてきた印刷用紙上に転写する。感光体10と転写部54とが対向する予め決められた範囲を転写領域と称する。 Thereafter, the transfer device 50 transfers the toner image formed on the surface of the photoreceptor 10 onto the printing paper conveyed from the outside. A predetermined range in which the photoconductor 10 and the transfer unit 54 face each other is referred to as a transfer region.
転写済の用紙は定着装置70側に搬送され、定着装置70にて加熱溶融・圧着作用によりトナー像を転写体としての印刷用紙上に定着する。定着済の用紙は、図示しない排出装置によって、画像形成装置1の外に排紙される。
The transferred sheet is conveyed to the fixing device 70 side, and the fixing device 70 fixes the toner image onto a printing sheet as a transfer body by heating, melting and pressing. The fixed paper is discharged out of the
一方、クリーニング装置60は、転写装置50による転写後の感光体10の表面に残留する残留トナーを除去する。清掃後の感光体10の表面には残留電位が残っているが、帯電装置20で初期電位を印加してから次の電子写真プロセスに利用される。
On the other hand, the cleaning device 60 removes residual toner remaining on the surface of the photoreceptor 10 after being transferred by the transfer device 50. Although the residual potential remains on the surface of the photoreceptor 10 after cleaning, it is used in the next electrophotographic process after the initial potential is applied by the charging
なお、カラー画像形成用の画像形成装置1を構成する場合、画像形成に関わる主要部の構成としては、たとえば転写装置50にて直接に用紙に感光体10のトナー像を転写体である用紙に転写させるのではなく、たとえば、K(黒),Y(イエロー),M(マゼンタ),C(シアン)の出力色に対応する複数のエンジンを、たとえばK→Y→M→Cの順にインライン状に配列し、K,Y,M,Cの画像を4つのエンジンで並列的(同時進行的)に処理する、すなわち配置位置に応じた時間を隔てて、1色ずつ中間転写ベルトに感光体10のトナー像を転写(特に1次転写という)させ、その後、中間転写ベルト上のトナー像を用紙に転写(特に2次転写という)させるように構成したタンデム型のカラー画像形成装置にしてもよい。
In the case where the
このような電子写真プロセスでは、感光体10に対する帯電、スキャンした原稿イメージの露光、現像すなわち感光体10へのトナー重畳、用紙へのトナー転写およびトナー定着、感光体10のクリーニングという複数の工程からなる。電子写真プロセスでは、たとえば、攪拌、現像、転写などの各プロセスにおいて粉体挙動解析シミュレーションを適用することで、現実に画像形成実験を行なうことなく、形成される画像を予測し評価する。キャリア粒子およびトナー粒子の挙動の解析が、電子写真装置本体や現像装置40の開発にとって重要な要素となる。 In such an electrophotographic process, charging of the photoconductor 10, exposure of a scanned original image, development, that is, toner superimposition on the photoconductor 10, toner transfer to a sheet and toner fixing, and cleaning of the photoconductor 10 are performed. Become. In the electrophotographic process, for example, by applying a powder behavior analysis simulation in each process such as stirring, development, and transfer, an image to be formed is predicted and evaluated without actually performing an image forming experiment. Analysis of the behavior of carrier particles and toner particles is an important factor for the development of the electrophotographic apparatus main body and the developing apparatus 40.
たとえば、現像装置40の解析では、攪拌プロセスや現像プロセスなどが解析対象となる。たとえば、規制ブレード150の攪拌搬送ロール側の予め決められた範囲領域を層形成領域と称し、現像剤粒子102についての粒子挙動解析では、磁場および重力場の作用を考慮する。攪拌搬送ロールにより攪拌・搬送される予め決められた範囲領域を攪拌搬送領域と称し、現像剤粒子102についての粒子挙動解析では、重力場の作用を考慮する。
For example, in the analysis of the developing device 40, an agitation process, a development process, and the like are analyzed. For example, a predetermined range region on the stirring and conveying roll side of the
攪拌搬送領域と層形成領域との間の現像剤粒子102が現像ロール140に磁気吸着される予め決められた範囲領域をピックアップ領域と称し、現像剤粒子102についての粒子挙動解析では、磁場および重力場の作用を考慮する。
A predetermined range area in which the developer particles 102 between the stirring conveyance area and the layer forming area are magnetically attracted to the developing
感光体10と現像ロール140の各周縁が対向し現像作用の行なわれる範囲領域を現像ニップ領域と称し、現像剤粒子102についての粒子挙動解析では、電場、磁場、重力場の作用を考慮する。現像剤粒子102の回収される予め決められた範囲領域をピックオフ領域と称し、現像剤粒子102についての粒子挙動解析では、磁場および重力場の作用を考慮する。
A region where the peripheral edges of the photoconductor 10 and the developing
感光体10の表面は、記録画像に応じて帯電されており、トナー粒子は、静電力により感光体10の表面に飛翔する。感光体10の表面には、飛翔したトナー粒子が付着し、記録画像に応じたトナー像が形成される。このとき、トナー粒子の感光体10への吸着のされ方によって、記録画像の画質が左右される。トナー粒子は、キャリア粒子により感光体10に搬送されているので、トナー粒子の感光体10への吸着のされ方は、現像ロール140と感光体10との間の現像ニップ領域でのキャリア粒子およびトナー粒子の挙動により決定される。
The surface of the photoconductor 10 is charged according to the recorded image, and the toner particles fly to the surface of the photoconductor 10 by electrostatic force. The flying toner particles adhere to the surface of the photoconductor 10, and a toner image corresponding to the recorded image is formed. At this time, the image quality of the recorded image depends on how the toner particles are attracted to the photoreceptor 10. Since the toner particles are conveyed to the photoconductor 10 by the carrier particles, how the toner particles are adsorbed to the photoconductor 10 is determined by the carrier particles in the developing nip region between the developing
また、転写装置50における転写プロセスでは、感光体表面粗さや、感光体・中間転写ベルトや用紙などの転写体間の速度差、転写体の接触幅などの転写プロセスにおける条件パラメータを変更しながら、粉体挙動解析シミュレーションを繰り返し行なっていくことで、転写プロセスを再現しながら形成される画質の評価を行なう。因みに、転写プロセスについての粒子挙動解析では、現像剤粒子102(特にトナー粒子)に作用する電場および重力場を考慮する。 Further, in the transfer process in the transfer device 50, while changing condition parameters in the transfer process such as the surface roughness of the photoreceptor, the speed difference between the transfer bodies such as the photoreceptor / intermediate transfer belt and paper, and the contact width of the transfer body, By repeating the powder behavior analysis simulation, the image quality formed is evaluated while reproducing the transfer process. Incidentally, in the particle behavior analysis for the transfer process, an electric field and a gravitational field acting on the developer particles 102 (particularly toner particles) are considered.
<粒子挙動解析システム>
図2は、粒子挙動解析システムの一構成例を示すブロック図である。粒子挙動解析システムにおいては、各相互作用の解析を行なう際、多くのプロセッサを用いた並列計算処理では、並列処理効率に飽和傾向が出る。その対策として、粒子分割、力分割、領域分割などの各種の分割手法を用いて解析する。以下では、特段の断りのない限り、力分割法を適用した粒子挙動解析を行なうものとして説明する。力分割法を用いて粒子挙動解析を行なう仕組みそのものについては特許文献1に記載のものと同様で良く、ここではその説明を割愛する。
<Particle behavior analysis system>
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the particle behavior analysis system. In the particle behavior analysis system, when analyzing each interaction, parallel processing using many processors tends to saturate the parallel processing efficiency. As a countermeasure, analysis is performed using various division methods such as particle division, force division, and region division. In the following description, unless otherwise specified, it is assumed that the particle behavior analysis using the force splitting method is performed. The mechanism itself for performing the particle behavior analysis using the force splitting method may be the same as that described in
粒子挙動解析システム200Aは、それぞれ粒子挙動解析機能を有する複数台の粒子挙動解析装置202がネットワーク接続されて構成されている。各粒子挙動解析装置202は、1つの筐体内(半導体基板上)に計算処理を行なうコア部分(いわゆるCPUの部分)が1つのシングルコアのものである。 The particle behavior analysis system 200A is configured by connecting a plurality of particle behavior analysis devices 202 each having a particle behavior analysis function to a network. Each particle behavior analysis apparatus 202 has a single core with a core portion (so-called CPU portion) that performs calculation processing in one housing (on a semiconductor substrate).
各粒子挙動解析装置202は、主要の処理データを相互にネットワーク209を介して伝達し合い、粒子挙動解析処理を並列的に実行可能になっており、粒子挙動解析システム200Aとしては、事実上の並列型計算装置(クラスタ計算機)として構成されている。ネットワーク209は、通信状態がルーティング機能を持つネットワーク管理装置208で管理されるようになっている。
Each particle behavior analysis apparatus 202 transmits main processing data to each other via the
各粒子挙動解析装置202は、一例として、一般の電子計算機と同様のもので構成するのがよい。また、図示した例では、粒子挙動解析システム200Aを構成する各粒子挙動解析装置202の内の1台が全体を統括する計算管理ノードの機能を持つ主粒子挙動解析装置202aとして機能するようになっている。主粒子挙動解析装置202aに対して残りの粒子挙動解析装置202が、主粒子挙動解析装置202aにより制御される副粒子挙動解析装置202bとしてネットワーク接続されている。
As an example, each particle behavior analysis device 202 may be configured by the same as a general electronic computer. In the illustrated example, one of the particle behavior analysis devices 202 constituting the particle behavior analysis system 200A functions as a main particle
ここで、本実施形態の副粒子挙動解析装置202bは、詳細は後述するが、力分割法を適用する際に使用される力マトリクス(力行列)における行方向ごとに各副粒子挙動解析装置202bにより得られた解析結果を纏めて出力する機能部(行方向処理結果出力処理部)を具備する代表ノード用のもの(代表副粒子挙動解析装置202b_1)と、それ以外の一般ノード用のもの(一般副粒子挙動解析装置202b_2)とに分けられる。
Here, although the details of the secondary particle
なお、図では便宜的に、ネットワーク管理装置208から1本のネットワーク線を出し、そのネットワーク線上に主粒子挙動解析装置202aと副粒子挙動解析装置202bとを接続する態様で示しているが、実際には、ネットワーク管理装置208に備えられる個別のポートに各粒子挙動解析装置202が接続され、各粒子挙動解析装置202間の通信は、このネットワーク管理装置208を介してなされるようになっている。
In the figure, for convenience, one network line is drawn from the
主粒子挙動解析装置202aには、粒子挙動解析処理用の各種の操作を行なうためのキーボードやマウスなどの指示入力装置210と、処理結果を操作者に画像情報として提示する表示装置212とが接続されている。
Connected to the main particle
このような基本構成のシステム構成を採ることで、複数種類の多体粒子間相互作用がある系について粒子挙動解析処理を行なうに当たり、各粒子の磁気相互作用、静電相互作用、または機械的相互作用(接触力;壁などと粒子間の接触力や粒子間接触)などの各相互作用について、予め定められた分割法を適用して並列処理にて挙動解析を実行する。なお、機械的相互作用は、たとえば、壁やその他の物体と粒子間の接触力や粒子間接触による接触力である。壁(壁面)は、解析対象粒子の挙動を解析する際の解析領域の運動境界となるものである。 By adopting such a basic system configuration, when performing particle behavior analysis processing for a system with multiple types of multi-particle interactions, each particle's magnetic interaction, electrostatic interaction, or mechanical interaction For each interaction such as an action (contact force; contact force between a wall or the like and contact between particles), a behavior analysis is executed by parallel processing by applying a predetermined division method. The mechanical interaction is, for example, a contact force between a wall or other object and particles, or a contact force due to contact between particles. The wall (wall surface) serves as a motion boundary of the analysis region when analyzing the behavior of the analysis target particle.
たとえば、キャリア粒子については Maxwell方程式を基礎とした磁場解析法などを利用して主に磁気力を算出し、トナー粒子については主にクーロン力に着目した静電界解析を行ない、さらに、キャリア粒子、トナー粒子の接触力を粒子の接触量から算出し、最終的には、各作用力を組み合わせて運動方程式を解き、現像剤粒子102の挙動を高精度で予測する。 For example, for carrier particles, the magnetic force is mainly calculated using a magnetic field analysis method based on the Maxwell equation, and for the toner particles, electrostatic field analysis mainly focusing on Coulomb force is performed. The contact force of the toner particles is calculated from the contact amount of the particles, and finally, the equation of motion is solved by combining the acting forces to predict the behavior of the developer particles 102 with high accuracy.
特に本実施形態では、各粒子挙動解析装置202において各相互作用の解析を行なう際、領域分割法(SD;Spatial Decomposition Method)や粒子分割法(PD;Particle Decomposition Method あるいはRD;Replicated Data Method)ではなく力分割法(力マトリクスを用いたアルゴリズム)を用いて解析することで、全プロセッサ(本実施形態の各粒子挙動解析装置202)間の計算用データの通信量を低減させる。計算用データの通信量を低減させることで、多プロセッサ使用時のプログラムの並列化性能を向上させ、計算時間を大幅に短縮する。 In particular, in the present embodiment, when each interaction analysis is performed in each particle behavior analysis apparatus 202, a region decomposition method (SD) or a particle decomposition method (PD: Particle Decomposition Method or RD: Replicated Data Method) is used. By using a force division method (algorithm using a force matrix) instead, the amount of calculation data communication among all the processors (each particle behavior analysis device 202 of the present embodiment) is reduced. By reducing the amount of communication of calculation data, the parallelization performance of the program when using multiple processors is improved, and the calculation time is greatly shortened.
なお、図2に示した粒子挙動解析システム200Aの基本構成では、事実上の並列型計算装置(クラスタ計算機)の構成で示したが、これは一例に過ぎない。図示を割愛するが、特許文献1の図3の構成のように、それぞれ粒子挙動解析機能を有する複数台の粒子挙動解析装置を第1ネットワークにてネットワーク接続されて並列型計算装置として構成されている複数の粒子挙動解析システムを、さらに、別の第2ネットワークで接続して構成されたものとしてもよい。この場合、各粒子挙動解析システムは、主要の処理データを相互に外部ネットワーク(第2ネットワーク)を介して伝達し合い、それぞれ対象の異なる粒子挙動解析処理を並列的に実行可能になり、このような変形例の粒子挙動解析システムとしては、事実上の並列型計算装置をネットワーク接続してなるグリッド型計算装置として構成される。また、複数のコア部分(いわゆるCPUの部分)を1つの筐体(半導体チップ)に収容したマルチコアを有するものとしてもよい。
In the basic configuration of the particle behavior analysis system 200A shown in FIG. 2, the configuration of a practical parallel computer (cluster computer) is shown, but this is only an example. Although not shown in the figure, as shown in FIG. 3 of
また、ここでは、力分割法を適用した解析結果をファイル出力する際の効率を高めるべく、副粒子挙動解析装置202bを、代表副粒子挙動解析装置202b_1と、それ以外の一般副粒子挙動解析装置202b_2とに分けているが、このことも必須ではない。
In addition, here, in order to increase the efficiency when outputting the analysis result to which the force splitting method is applied as a file, the secondary particle
<粒子挙動解析装置:第1実施形態>
図3〜図3Aは、粒子挙動解析装置202の第1実施形態の構成例を示すブロック図である。ここで、図3は、特に計算管理ノードの機能を具備した主粒子挙動解析装置202a(代表ノードの代表副粒子挙動解析装置202b_1を含む)について示している。図3Aは、代表ノード以外の一般ノードの機能を具備した一般副粒子挙動解析装置202b_2について示している。
<Particle Behavior Analysis Device: First Embodiment>
3 to 3A are block diagrams illustrating a configuration example of the first embodiment of the particle behavior analysis apparatus 202. Here, FIG. 3 shows a main particle
第1実施形態は、ルックアップテーブルのデータ記憶部238への記憶を物体挙動の解析を行なう前に予め行ない、解析中に出現した物体間距離に対してはルックアップテーブルに記憶された値から遠距離相互作用力を参照する点に特徴がある。
In the first embodiment, the lookup table is stored in the
このため、図3に示すように、第1実施形態の粒子挙動解析装置202は、主粒子挙動解析装置202aは、データ入力部220、データ処理部230、情報提示部240、移動粒子判定部260、LUT取得部280を備えている。データ入力部220と情報提示部240とLUT取得部280は、主粒子挙動解析装置202aの計算管理ノードに相当する部分に設けられている。データ入力部220は指示入力装置210などを利用して処理対象データを取り込む。データ処理部230は、粒子挙動解析処理を行なう。情報提示部240は、処理結果を表示装置212などを利用して操作者に提示する。
Therefore, as shown in FIG. 3, the particle behavior analysis device 202 of the first embodiment is the same as the main particle
また、粒子挙動解析装置202は、主粒子挙動解析装置202aの計算管理ノードに相当する部分に、分割処理部250を備えている。分割処理部250は、処理対象要素を力分割法により分割するに当たり、それぞれ計算装置で構成され力分割法による粒子挙動解析を行なう各計算システム(プロセッサとも称する;図1では粒子挙動解析装置202)に各分割部分を割り当てる。
Further, the particle behavior analysis device 202 includes a
データ入力部220は、指示入力装置210を構成するキーボードやマウスを介して操作者より入力されるコマンドやデータを受け付け、データ処理部230や分割処理部250にそれぞれで必要とされるデータを渡す。
The
分割処理部250は、縦N・横Nの力マトリクスを使用するように設定し、各力マトリクスに解析対象粒子を割り当てる。なお、分割処理部250は、各ノードでの計算負荷が概ね均等となるようにすることも考慮するのがよい。たとえば、処理対象要素を予め決められた分割法により分割するに当たり、それぞれ複数の計算装置で構成された各計算システム(粒子挙動解析システム200)における同一範囲時点での計算時間(ステップ当たりの計算時間)が同等となるように解析対象要素を配分する解析負荷分散処理部を具備する構成とする。この解析負荷分散処理部は、分割処理部250が兼用する構成(解析負荷分散処理部250aと記す)としてもよいし、分割処理部250とは別の機能要素として設けてもよい。
The
解析負荷分散処理部250aは、静電相互作用、磁気相互作用、機械的相互作用(接触力)、または付着力などの複数種類の粒子間相互作用を考慮する場合や、現像剤102を構成する物性の異なる複数種類の粒子(本例ではキャリア粒子、トナー粒子、外添剤)を解析対象とする場合においても、並列解析処理時の各数値演算処理部(粒子挙動計算部)間の計算時間差が確実に小さくなるように、解析対象の作用力の相違や粒子種の相違を勘案して解析対象要素を配分する分割処理を行なう。 The analysis load distribution processing unit 250a configures the developer 102 when considering a plurality of types of interparticle interactions such as electrostatic interaction, magnetic interaction, mechanical interaction (contact force), or adhesion force. Even when multiple types of particles with different physical properties (carrier particles, toner particles, external additives in this example) are to be analyzed, the calculation time difference between each numerical computation processing unit (particle behavior calculation unit) during parallel analysis processing In order to surely reduce the difference, the dividing process for distributing the analysis target elements is performed in consideration of the difference in the acting force and the particle type of the analysis target.
また解析負荷分散処理部250aは、粒子挙動解析システム200を構成する各粒子挙動解析装置202や、粒子挙動解析システム201を構成する各粒子挙動解析システム200の処理性能(計算能力)をも勘案して、解析対象要素を配分するのがよい。そして、解析負荷分散処理部250aは、分割担当領域や分割担当粒子(のグループ)をそれぞれ複数の計算装置(粒子挙動解析装置202)で構成された計算システム(粒子挙動解析システム200)に割り当てる。データ処理部230では、他の分割部分に関しての処理を担当する他の各数値演算処理部との間でデータ通信を行なうとともに、分割された担当する分割部分について、力分割法による粒子挙動解析を行なう。
The analysis load distribution processing unit 250a also takes into account the processing performance (calculation capability) of each particle behavior analysis device 202 constituting the particle behavior analysis system 200 and each particle behavior analysis system 200 constituting the particle behavior analysis system 201. Therefore, it is better to allocate the analysis target elements. Then, the analysis load distribution processing unit 250a assigns the division charge region and the division charge particle (group) to a calculation system (particle behavior analysis system 200) configured by a plurality of calculation devices (particle behavior analysis device 202). The
力分割法を適用したデータ処理時には、粒子間距離と相互作用力との関係(相互作用力の距離依存性)を考慮して、解析対象粒子種を複数とする複数成分粒子系の解析時には複数のカットオフを設定してもよい。たとえば、解析対象の相互作用力が距離の近い粒子との相互作用についてのみ着目すればよい相互作用力(近距離力もしくは短距離力と称する)であるときにはカットオフを小さく設定し、距離の近い粒子とだけでなく距離の離れた粒子との相互作用についても着目する必要のある相互作用力(遠距離力もしくは長距離力と称する)であるときにはカットオフを大きく設定する。 When processing data using the force splitting method, consider the relationship between the interparticle distance and the interaction force (distance dependence of the interaction force), and analyze multiple component particle systems with multiple particle types to be analyzed. A cutoff may be set. For example, when the interaction force to be analyzed is an interaction force that should be focused only on the interaction with particles close to each other (referred to as short-range force or short-range force), the cut-off is set small and the distance is close When the interaction force needs to be paid attention not only to the particles but also to the particles at a distance, the cut-off is set large.
データ処理部230は、データ入力部220から入力されたデータに基づいて後述する粒子挙動解析処理を行なう。データ処理部230は、より詳細には、データ受付部232、数値演算処理部234(粒子挙動計算部)、出力データ処理部236、データ記憶部238を有している。
The
データ記憶部238は、相互作用を計算するためのパラメータ表のデータを記憶する装置であり、メモリバスを介して数値演算処理部234に接続される。ここで、データ記憶部238は、粒子挙動解析装置202ごとに設けられる一時記憶部238aおよび外部記憶装置238bで構成される。
The
一時記憶部238aは、CPUと同一の半導体基板上に内蔵されるいわゆるキャッシュメモリ(Cache Memory)である。外部記憶装置238bは、いわゆるメインメモリとも称される外部の半導体製の記憶媒体(たとえば数100MB〜数GB程度の容量のもの)、およびメインメモリより大容量(数100GB以上)のハードディスク装置(HDD)などである。周知のように、CPUのアクセスは、メインメモリよりもキャッシュメモリの方が高速である。
The
データ処理部230は、副粒子挙動解析装置202bに含まれる。ここで、主粒子挙動解析装置202aが代表ノードに該当するときには、図示のように、副粒子挙動解析装置202bとしては、代表副粒子挙動解析装置202b_1を含む。一方、主粒子挙動解析装置202aが代表ノードに該当しないときには、代表副粒子挙動解析装置202b_1に代えて一般副粒子挙動解析装置202b_2にする。
The
データ受付部232は、データ入力部220から入力されたデータを外部記憶装置238bに記憶し、数値計算時に必要なデータを数値演算処理部234に供給する。外部記憶装置238bには、たとえば、解析の対象としている現像装置40の構成および現像剤粒子102の座標、物性値に関するデータなどが記憶される。
The
数値演算処理部234は、分割処理部250による分割処理により割り当てられた分割部分について、決められた分割法に従ってデータ記憶部238との間でデータ(情報)の入出力(メモリアクセス)を行ないながら計算を行なう粒子挙動計算部として機能する。
The numerical
粒子挙動解析装置202はさらに、図3に示すように、代表副粒子挙動解析装置202b_1の部分は、行方向処理結果出力処理部290を備える。行方向処理結果出力処理部290は、自身が属する同一行の各一般副粒子挙動解析装置202b_2の出力データ処理部236から、それぞれの解析結果を取得する。そして、行方向処理結果出力処理部290は、自身の出力データ処理部236からの解析結果を含めて、当該行の各解析結果を纏めて計算管理ノードの情報提示部240にファイル出力する。
As shown in FIG. 3, the particle behavior analysis apparatus 202 further includes a row direction processing result output processing unit 290 in the portion of the representative secondary particle behavior analysis apparatus 202b_1. The row direction processing result output processing unit 290 acquires each analysis result from the output
また、図3Aに示すように、一般副粒子挙動解析装置202b_2は、代表副粒子挙動解析装置202b_1における行方向処理結果出力処理部290を備えていない。出力データ処理部236は、それぞれの解析結果を、自身が属する同一行の代表副粒子挙動解析装置202b_1の行方向処理結果出力処理部290にファイル転送する。
As shown in FIG. 3A, the general secondary particle behavior analysis apparatus 202b_2 does not include the row direction processing result output processing unit 290 in the representative secondary particle behavior analysis apparatus 202b_1. The output
各数値演算処理部234は、供給されたデータに基づき、粒子の一例である現像剤粒子102(詳細にはキャリア粒子やトナー粒子など)について、磁気相互作用、静電相互作用、または機械的相互作用(接触力)など、複数の相互作用を同時に考慮した粒子挙動を、力分割法を適用してシミュレーション処理にて解析する。数値演算処理部234は、その解析結果の出力ファイルを予め決められたタイミングごとに出力データ処理部236に供給する。
Based on the supplied data, each numerical
たとえば、先ず、主粒子挙動解析装置202aは、現時点において粒子挙動解析処理に使用可能な粒子挙動解析システム200を構成する粒子挙動解析装置202の数(プロセッサ数)を特定する。この後、計算に必要な各種物理パラメータや粒子の初期配置や力分割法で特に必要となる解析対象粒子数などの計算条件を読み込む。そして、特定した各粒子挙動解析装置202(プロセッサ)を、力分割法に従ってマトリクス配置して、解析対象の粒子(現像剤102を構成するキャリア粒子やトナー粒子)を割り当てる。
For example, first, the main particle
次に、複数種類の多体粒子間相互作用力を、特定プロセッサ(他の数値演算処理部234)に分散して計算する。このとき、複数種類の多体粒子間相互作用に対しては、それぞれ別の力マトリックスを用いて計算する。たとえば、担当マトリクス中の相手粒子との間における磁気相互作用を、当該磁気相互作用解析用の力マトリックスを用いて解析処理する。次に、出力データ処理部236を介して特定プロセッサ間で通信し、磁気相互作用について、分散して計算した磁気相互作用力の総和値を求める。
Next, a plurality of types of interaction forces between many-body particles are calculated by being distributed to specific processors (other numerical calculation processing units 234). At this time, a plurality of types of interaction between many-body particles are calculated using different force matrices. For example, the magnetic interaction with the partner particle in the assigned matrix is analyzed using the force matrix for the magnetic interaction analysis. Next, communication is performed between specific processors via the output
同様にして、担当マトリクス中の相手粒子との間における静電相互作用を、当該静電相互作用解析用の力マトリックスを用いて解析処理する。次に、出力データ処理部236を介して特定プロセッサ間で通信し、静電相互作用について、分散して計算した静電相互作用力の総和値を求める。
Similarly, the electrostatic interaction with the partner particle in the assigned matrix is analyzed using the force matrix for the electrostatic interaction analysis. Next, communication is performed between the specific processors via the output
また、担当マトリクス中の相手粒子との間における機械的相互作用(接触力)を、当該機械的相互作用解析用の力マトリックスを用いて解析処理する。次に、出力データ処理部236を介して特定プロセッサ間で通信し、機械的相互作用について、分散して計算した機械的相互作用力の総和値を求める。
Further, the mechanical interaction (contact force) with the partner particle in the assigned matrix is analyzed using the force matrix for analyzing the mechanical interaction. Next, communication is performed between specific processors via the output
さらに、磁気相互作用、静電相互作用、および機械的相互作用(接触力)のそれぞれについて求めた各総和値を加算して全総和値を求める。次に、磁気相互作用、静電相互作用、および機械的相互作用(接触力)の全総和値を使用して、各粒子の運動方程式を解き、位置座標を計算する。そして、このようにして求めた各粒子の位置座標を、相互作用マトリクスに関係する特定プロセッサ(数値演算処理部234)に送り、計算情報を更新する。この後、予め決められた計算ステップに到達するまで、同様の処理を繰り返す。 Furthermore, the sum total value calculated | required about each of a magnetic interaction, an electrostatic interaction, and a mechanical interaction (contact force) is added, and a total sum value is calculated | required. Next, using the total sum of the magnetic interaction, electrostatic interaction, and mechanical interaction (contact force), the equation of motion of each particle is solved and the position coordinates are calculated. Then, the position coordinates of each particle obtained in this way are sent to a specific processor (numerical calculation processing unit 234) related to the interaction matrix, and the calculation information is updated. Thereafter, the same processing is repeated until a predetermined calculation step is reached.
出力データ処理部236は、各計算ステップでの計算データの受け渡しを各数値演算処理部234間で行なう以外に、予め決められた計算ステップごとに、数値演算処理部234での計算結果の出力ファイルを予め決められている他(この例では力分割法の行方向のもの)の粒子挙動解析装置202(数値演算処理部234)から受け取り、情報提示部240に渡す。情報提示部240は、各粒子挙動解析装置202からのデータを集約して、表示データに変換し、表示装置212に供給する。表示装置212は、情報提示部240から供給された表示データに基づく処理結果画像を表示する。実際には確認困難な現像剤粒子102の挙動を視覚的に把握できるように、現像剤粒子102の挙動予測を可視化して表示装置212上に表示するのである。
The output
なお、プロセッサは、数値演算処理部234として機能するだけでなく、その他の一般的な演算処理機能や制御機能など、一般的なCPUが備える機能を実現し得るものである。副粒子挙動解析装置202bには、CPUがプログラム処理により各機能部として機能するようにするための仕組みとして、一般的な電子計算機(コンピュータ)と同様の構成も備え、コンピュータシステムを構築している。
Note that the processor not only functions as the numerical
本実施形態において、粒子の挙動を解析する仕組みは、ハードウェア処理回路により構成することに限らず、その機能を実現するプログラムコードに基づき電子計算機(コンピュータ)を用いてソフトウェア的に実現することも可能である。よって、本実施形態に係る仕組みを、電子計算機(コンピュータ)を用いてソフトウェアで実現するために好適なプログラムまたはこのプログラムを格納したコンピュータ読取可能な記録媒体(記憶媒体)が発明として抽出される。ソフトウェアにより実行させる仕組みとすることで、ハードウェアの変更を伴うことなく、処理手順などが容易に変更されることとなる。 In the present embodiment, the mechanism for analyzing the behavior of particles is not limited to being configured by a hardware processing circuit, but may be realized by software using a computer (computer) based on a program code that realizes the function. Is possible. Therefore, a program suitable for realizing the mechanism according to the present embodiment by software using an electronic computer (computer) or a computer-readable recording medium (storage medium) storing this program is extracted as an invention. By adopting a mechanism that is executed by software, the processing procedure and the like can be easily changed without changing hardware.
一連の粒子挙動解析処理はハードウェアまたはソフトウェアの単独に限らずその両者の複合構成によっても実現され得る。ソフトウェアによる処理を実行する場合、処理手順を示したプログラムを、ハードウェアに組み込まれたコンピュータ内の記憶媒体に組み込んで(インストールして)実行させたり、各種処理が実行可能な汎用の電子計算機にプログラムを組み込んで実行させる。 A series of particle behavior analysis processing can be realized not only by hardware or software alone but also by a combined configuration of both. When executing processing by software, a program showing the processing procedure is installed (installed) in a storage medium in a computer embedded in hardware and executed, or a general-purpose electronic computer capable of executing various types of processing is used. Incorporate and execute the program.
粒子挙動解析処理機能をコンピュータに実行させるプログラムは、CD−ROMなどの記録媒体を通じて配布される。または、このプログラムは、CD−ROMではなくFDに格納されてもよい。また、MOドライブを設け、MOに前記プログラムを格納してもよく、またフラッシュメモリなどの不揮発性の半導体メモリカードなど、その他の記録媒体にプログラムを格納してもよい。 A program for causing a computer to execute the particle behavior analysis processing function is distributed through a recording medium such as a CD-ROM. Alternatively, this program may be stored in the FD instead of the CD-ROM. In addition, an MO drive may be provided to store the program in the MO, or the program may be stored in another recording medium such as a nonvolatile semiconductor memory card such as a flash memory.
ソフトウェアを構成するプログラムは、記録媒体を介して提供されることに限らず、有線または無線などの通信網を介して提供されてもよい。たとえば、他のサーバなどからインターネットなどのネットワークを経由してプログラムをダウンロードして取得したり、または更新したりしてもよい。粒子挙動解析処理を行なう機能を実現するプログラムコードを記述したファイルとしてプログラムが提供されるが、この場合、一括のプログラムファイルとして提供されることに限らず、コンピュータで構成されるシステムのハードウェア構成に応じて、個別のプログラムモジュールとして提供されてもよい。 The program constituting the software is not limited to being provided via a recording medium, but may be provided via a wired or wireless communication network. For example, the program may be obtained by downloading or updating from another server via a network such as the Internet. The program is provided as a file describing a program code that realizes the function of performing particle behavior analysis processing. In this case, the program is not limited to being provided as a batch program file, and the hardware configuration of a system configured by a computer Depending on the case, it may be provided as an individual program module.
たとえば、コンピュータシステムは、プロセッサコアが機能する中央制御部910、読出専用の記憶部であるROM(Read Only Memory)、または随時読出し・書込みが可能なメモリであるRAM(Random Access Memory)などを具備する記憶部912、操作部914、図示を割愛したその他の周辺部材を有する。ROMには粒子挙動解析処理機能用の制御プログラムなどが格納される。操作部914は、利用者による操作を受け付けるためのユーザインタフェースである。
For example, the computer system includes a
なお、コンピュータシステムの制御系としては、メモリカードなどの図示を割愛した外部記録媒体を挿脱可能に構成し、またインターネットなどの通信網との接続が可能に構成するとよい。このためには、制御系は、中央制御部910や記憶部912の他に、可搬型の記録媒体の情報を読み込むメモリ読出部920や外部との通信インタフェース手段としての通信I/F922を備えるようにするとよい。メモリ読出部920を備えることで外部記録媒体からプログラムのインストールや更新ができる。通信I/F922を備えることで、通信網を介しプログラムのインストールや更新を行ない得るようになる。
As a control system of the computer system, an external recording medium such as a memory card, which is not shown, can be inserted and removed, and can be connected to a communication network such as the Internet. For this purpose, the control system includes a
なお、本実施形態の粒子挙動解析処理を実現するための情報処理装置の各部(機能ブロックを含む)の具体的手段は、ハードウェア、ソフトウェア、通信手段、これらの組み合わせ、その他の手段を用いてよく、このこと自体は当業者において自明である。また、機能ブロック同士が複合して1つの機能ブロックに集約されてもよい。また、コンピュータにプログラム処理を実行させるソフトウェアは、組合せの態様に応じて分散してインストールされ得る。 Note that the specific means of each unit (including functional blocks) of the information processing apparatus for realizing the particle behavior analysis processing of the present embodiment is hardware, software, communication means, a combination thereof, or other means. This is well known to those skilled in the art. Moreover, the functional blocks may be combined and integrated into one functional block. Also, software that causes a computer to execute program processing can be distributed and installed according to the combination.
図示を割愛するが、副粒子挙動解析装置202bを、代表副粒子挙動解析装置202b_1とそれ以外の一般副粒子挙動解析装置202b_2とに分けないシステム構成にする場合は、行方向処理結果出力処理部290を取り外す。そして、各副粒子挙動解析装置202bの出力データ処理部236が各別にファイル出力処理を行なう、または、何れか1つのノード(プロセッサ)にファイル出力データを集合させるためにデータ通信を行ない、その1つのノードの出力データ処理部236が代表してファイル出力処理を行なう。
Although not shown, when the secondary particle
各プロセッサのデータ処理部230(数値演算処理部234)は、個々の粒子の挙動を運動方程式に基づいて追跡する個別要素法を適用した粒子挙動解析手法を適用する。個別要素法は粉体を構成する個々の粒子の挙動を、運動方程式に基づいて時々刻々追跡し、精度良く粉体挙動をシミュレートする方法である。電子写真プロセスを採用した図1に示す画像形成装置1におけるキャリアやトナー粒子をはじめ、種々の粉体挙動シミュレーションに適用され得る。
The data processing unit 230 (numerical calculation processing unit 234) of each processor applies a particle behavior analysis method to which an individual element method for tracking the behavior of individual particles based on the equation of motion is applied. The individual element method is a method of simulating powder behavior with high accuracy by tracking the behavior of individual particles constituting the powder every moment based on the equation of motion. The
しかしながら、個別要素法に基づいた粒子挙動計算アルゴリズムでは、微小時間ごとに、粒子の受ける力(機械的接触力、電磁気的遠距離力など)を算出し運動方程式に従って粒子の座標を更新していくが、実際の粉体プロセスを再現するためには膨大な数の粒子を考慮しなければならない。一般的な手法では、概ね粒子数の2乗で解析負荷が増大するので、粒子数が多くなると、計算量が膨大になり、いくら計算機の性能が向上したとはいっても、実際の系と同等の粒子数での計算を実行することは困難な場合が多い。現実的な計算時間で大規模な解析を行なうことは困難である。 However, in the particle behavior calculation algorithm based on the individual element method, the force (mechanical contact force, electromagnetic far-distance force, etc.) received by the particle is calculated every minute and the particle coordinates are updated according to the equation of motion. However, a huge number of particles must be considered in order to reproduce the actual powder process. In general methods, the analysis load increases with the square of the number of particles. Therefore, if the number of particles increases, the amount of calculation becomes enormous, and even though the performance of the computer is improved, it is equivalent to the actual system. It is often difficult to perform calculations with a number of particles. It is difficult to perform large-scale analysis with realistic calculation time.
そこで、粒子挙動解析方法において、計算時間の短縮を目的として、プログラムがインストールされた電子計算機を複数台使用し、各プログラムの並列化動作による分散処理を行なうことが提案されている。各電子計算機では、個別要素法にて挙動解析を行なう。 Therefore, in the particle behavior analysis method, for the purpose of shortening the calculation time, it has been proposed to use a plurality of electronic computers in which programs are installed and to perform distributed processing by parallelizing each program. Each computer performs behavior analysis by the individual element method.
本実施形態でも、個別要素法を適用する際に、領域分割法、力分割法、粒子分割法、またはこれらを任意に組み合わせた方法、さらにはその他の分割法の何れかを適用した複数コンピュータによる並行処理手法を採用する。領域分割法は、処理対象要素である解析領域(計算対象領域)を分割して、分割した領域別にその領域内に存在する全粒子を各プロセッサに割り当てていく手法である。粒子分割法は、処理対象要素である計算対象粒子を所定数ずつ分割して各プロセッサに割り当てていく手法である。力分割法は、力マトリックスを用いたアルゴリズムを利用する手法である。 Also in this embodiment, when applying the individual element method, a region division method, a force division method, a particle division method, a method that arbitrarily combines them, or a plurality of computers that apply any of the other division methods. Adopt parallel processing method. The region division method is a method in which an analysis region (calculation target region) that is a processing target element is divided and all particles existing in the region are allocated to each processor for each divided region. The particle division method is a method of dividing a calculation target particle, which is a processing target element, by a predetermined number and assigning it to each processor. The force division method is a method using an algorithm using a force matrix.
分割処理部250は、解析対象の装置の全体について、纏めて分割対象とするのではなく、解析対象領域を複数の領域に分割し、この分割した各解析対象領域の別に、さらに領域分割法や粒子分割法や力分割法などを適用するのがよい。たとえば現像装置40の全体について解析する場合、攪拌搬送領域、ピックアップ領域、層形成領域、現像ニップ領域、ピックオフ領域の別に解析を行なうようにするとよい。
The
また、個別要素法では、各種の分割法を適用するか否かに関わらず、近距離相互作用力(近距離力とも称する:典型例としては接触力)だけでなく、遠距離相互作用力(遠距離力とも称する)の計算も必要になり、計算負荷がさらに増大する。たとえば、電子写真プロセスにおいては、キャリア粒子やトナー粒子に働く電磁気的遠距離相互作用力を考慮しなければならない。 In addition, in the individual element method, regardless of whether or not various division methods are applied, not only short-range interaction force (also referred to as short-range force: contact force as a typical example) but also long-range interaction force ( Calculation of the distance force (also referred to as long-distance force) is also required, which further increases the calculation load. For example, in an electrophotographic process, the electromagnetic long-range interaction force acting on carrier particles and toner particles must be considered.
遠距離力の計算負荷を低減する方法として、磁気力などの遠距離力をある一定の距離以上はなれた粒子間では無視するカットオフ法や、機械的接触力の計算方法を簡易化した剛体球モデルなどがある。しかしながら、これらの方法では、計算速度が速くなり計算効率は向上するが、その反面で解析精度が悪化し解析結果の信頼性が低下してしまう難点がある。たとえば、磁気力のカットオフ法では遠距離物体間の磁気相互作用力を無視するため解析精度の低下は避けられない。 A hard sphere that simplifies the calculation method of the mechanical contact force and the cut-off method that ignores the long-range force such as magnetic force between particles that exceed a certain distance as a method of reducing the calculation load of the long-range force There are models. However, these methods increase the calculation speed and increase the calculation efficiency, but on the other hand, there is a problem that the analysis accuracy is deteriorated and the reliability of the analysis result is lowered. For example, in the magnetic force cut-off method, the magnetic interaction force between long-distance objects is ignored, and thus the accuracy of analysis is unavoidable.
したがって、より現実の系に近い条件において精度良く粉体挙動をシミュレートするためには、計算速度(計算効率)と解析精度(解析結果の信頼性)を両立した遠距離力計算の高速化手法の開発が求められている。 Therefore, in order to simulate the powder behavior with high accuracy under conditions that are closer to the actual system, a high-speed method for calculating long-distance force that combines calculation speed (calculation efficiency) and analysis accuracy (reliability of analysis results). Development is required.
本実施形態では、分割法を適用するか否かや分割法が何であるかを問わず、同一の解析系、処理ステップの中でも、それぞれの粒子ごとに、動的に、遠距離力の解析手法を変える手法を採る。基本的な考え方は、個別要素法における物体に作用する遠距離力の計算負荷の低減(換言すると処理の高速化)を図るもので、ルックアップテーブル(LUT:Look Up Table )を使用して遠距離力の計算を割愛することでそれを実現する。時々刻々変化する物理量として粒子間距離に着目し、粒子間距離に基づきルックアップテーブルを参照するか否かを切り分けるのである。 In this embodiment, regardless of whether or not the division method is applied and what the division method is, even in the same analysis system and processing step, for each particle, a long-range force analysis method is dynamically applied. Take a different approach. The basic idea is to reduce the calculation load of the long-distance force acting on the object in the discrete element method (in other words, to increase the processing speed), and use a look-up table (LUT). This is achieved by omitting the calculation of distance force. Focusing on the interparticle distance as a physical quantity that changes from time to time, it is determined whether to look up the lookup table based on the interparticle distance.
このような仕組みとするため、第1実施形態の粒子挙動解析装置202は、先ず、主粒子挙動解析装置202aの計算管理ノードの部分はLUT取得部280を備え、さらに、副粒子挙動解析装置202bの部分は移動粒子判定部260を備える。
In order to achieve such a mechanism, in the particle behavior analysis apparatus 202 of the first embodiment, first, the calculation management node portion of the main particle
LUT取得部280は、遠距離相互作用力のルックアップテーブルを取得し、取得したルックアップテーブルの情報を各副粒子挙動解析装置202bのデータ記憶部238に記憶する。このLUT取得部280は、詳細には、図3に示すように、物体間距離に応じた遠距離相互作用力を対応付けたルックアップテーブルを作成するLUT生成部282(対応情報生成部)と、予め外部で作成されたルックアップテーブルを受け付けるLUT受付部286(対応情報受付部)の何れかを有するものとする。ルックアップテーブルは、一定間隔での粒子間距離r_nごとに、その粒子間距離r_nにおける遠距離力を対応付けたもので、数値演算処理部234は、配列にない粒子間距離rにおける遠距離力を、配列にある粒子間距離r_nでの遠距離力を元に代用や補間などの手法で特定する。
The
LUT取得部280は、計算するべき遠距離相互作用力が複数種類ある場合にはその種類に応じてルックアップテーブルも複数用意する。たとえば、キャリア粒子とトナー粒子に着目する場合、キャリア粒子については Maxwell方程式を基礎とした磁場解析法などを利用して磁気力を算出し、トナー粒子についてはクーロン力に着目した静電界解析を行なう。よって、クーロン力用のルックアップテーブルと磁気力用のルックアップテーブルを各別に用意する。また、別の手法として、計算するべき遠距離相互作用力が複数ある場合に、各相互作用力の合計値を遠距離相互作用力としてルックアップテーブルに記憶するようにしてもよい。
When there are a plurality of types of long-range interaction forces to be calculated, the
移動粒子判定部260は、数値演算処理部234による各粒子の挙動の計算結果に基づいて、移動量が予め定められている閾値を超える粒子を判定し、その判定結果を数値演算処理部234に通知する。
Based on the calculation result of the behavior of each particle by the numerical
移動粒子判定部260は、移動粒子特定部262と閾値設定受付部266を有する。閾値設定受付部266は、操作者から閾値の指定を受け付け、その情報を移動粒子特定部262に通知する。閾値設定受付部266は、副粒子挙動解析装置202bごとではなく、計算管理ノードの部分に設け、各副粒子挙動解析装置202bの移動粒子特定部262に指定された閾値の情報を通知するようにしてもよい。
The moving
移動粒子特定部262は、粒子ごと、数値演算処理部234からの移動量の計算結果と閾値設定受付部266を介して指定された閾値とを比較して、粒子間距離(たとえば中心間距離)が閾値を超えない粒子については、個別要素法で従来より一般的に使用されている遠距離力計算方法に基づき遠距離力を求める。一方、粒子間距離が閾値を超える粒子については、ルックアップテーブルを参照して、求めた粒子間距離に対応する遠距離力を読み出し、その読み出した値をこのステップでの遠距離力として使用する。なお、閾値をゼロに設定することで、実質的に、他の物質(他の粒子や壁)と接触していない全ての粒子について、ルックアップテーブルを参照して、求めた粒子間距離に対応する遠距離力を読み出し、その読み出した値をこのステップでの遠距離力として使用することになる。
The moving
つまり、数値演算処理部234は、処理ステップごとに、かつ、粒子ごとに、粒子が接触しているか否かや粒子間距離が閾値(ゼロを除く)を超えるか否かなどに応じて、遠距離力についてルックアップテーブルを参照するか否かを切り替える。ルックアップテーブルを参照することで、そのステップでは遠距離力の計算を割愛するのである。計算を行なわずにルックアップテーブルを参照して遠距離力を求めるため、通常通り遠距離力を計算するよりは処理効率が向上する(つまり解析処理時間の短縮が図られる)。
In other words, the numerical
以下、本実施形態の仕組みについて、具体的に説明する。 Hereinafter, the mechanism of this embodiment will be specifically described.
<粒子挙動解析処理:第1実施形態の第1例>
図4〜図5Cは、第1実施形態の粒子挙動解析装置202における第1例の粒子挙動解析手法を説明する図である。ここで、図4は、第1実施形態の第1例の粒子挙動解析手法に対する比較例の粒子挙動解析手法の処理手順を示すフローチャートである。個別要素法(DEM)の基本フローチャートと相違はないと考えてよい。図5は、粒子間の遠距離力の計算負荷を低減する第1実施形態の第1例の粒子挙動解析手法の処理手順を示すフローチャートである。図5A〜図5Bは、第1実施形態(第2実施形態でも)の第1例で使用するルックアップテーブルの一例を説明する図である。図5Cは、比較例と第1実施形態の第1例の粒子挙動解析手法との対比を説明する図である。
<Particle Behavior Analysis Processing: First Example of First Embodiment>
4 to 5C are diagrams for explaining a particle behavior analysis method of the first example in the particle behavior analysis device 202 of the first embodiment. Here, FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of the particle behavior analysis method of the comparative example with respect to the particle behavior analysis method of the first example of the first embodiment. It may be considered that there is no difference from the basic flowchart of the discrete element method (DEM). FIG. 5 is a flowchart illustrating a processing procedure of the particle behavior analysis method of the first example of the first embodiment for reducing the calculation load of the long-distance force between particles. 5A to 5B are diagrams illustrating an example of a lookup table used in the first example of the first embodiment (also in the second embodiment). FIG. 5C is a diagram illustrating a comparison between the comparative example and the particle behavior analysis method of the first example of the first embodiment.
図5に示す第1実施形態の第1例は、個別要素法における物体に作用する遠距離力の計算負荷の低減(換言すると処理の高速化)を、ルックアップテーブルを使用して遠距離力の計算を割愛することで実現する方法である。後述する他の実施形態にも共通する、全ての実施形態で最も基本となるものである。図5では、一例として、時々刻々変化する物理量として粒子(物体の一例)の距離(たとえば中心間距離)に着目し、粒子間距離に基づきルックアップテーブルを参照する場合で示している。なお、この第1例では、移動粒子判定部260は、閾値設定受付部266を備えている必要はない。
The first example of the first embodiment shown in FIG. 5 is to reduce the calculation load of the long-distance force acting on the object in the discrete element method (in other words, to speed up the processing), using a long-distance force using a lookup table. This method is realized by omitting the calculation. This is the most basic of all the embodiments that are common to other embodiments described later. In FIG. 5, as an example, attention is paid to a distance (for example, a distance between centers) of a particle (an example of an object) as a physical quantity that changes every moment, and a lookup table is referred to based on the distance between particles. In the first example, the moving
先ず、図4に示すように、比較例では、数値演算処理部234は、データ受付部232から、数値計算時に必要なデータを取り込む。その中には、現像剤粒子102の初期の座標データ(粒子の配置位置のデータ)が存在する。数値演算処理部234は、初期の粒子配置を特定する(S100)。そして、物体間距離に対応して、近距離力(ここでは接触力)や遠距離力(たとえば磁気力やクーロン力)を特定していく。すなわち、先ず、各粒子対の接触判定処理(S121)では、粒子の座標データに基づいて粒子間距離を求め(S124)、さらに各粒子対の接触判定を行なう(S126)。接触していると判断しなかった粒子対に対しては接触力の計算を行なわず(S126−NO)、接触していると判断した粒子対に対しては接触力計算を行ない接触力を求める(S126−YES,S128)。たとえば、個別要素法で従来より一般的に使用されている粘弾性モデルに基づいた高精度の接触力計算を行なう。
First, as shown in FIG. 4, in the comparative example, the numerical
その後、遠距離相互作用力を計算する粒子対(物体ペア)を選択して、個別要素法で従来より一般的に使用されている手法で遠距離力の厳密計算を行ない(S150)、遠距離力の作用する方向を特定し、特定した方向に応じて符号調整をしてから(S180)、接触力や遠距離力を元に粒子座標を更新する(S190)。 Thereafter, a particle pair (object pair) for calculating a long-distance interaction force is selected, and a long-distance force is strictly calculated by a method generally used in the conventional individual element method (S150). The direction in which the force acts is specified, the sign is adjusted according to the specified direction (S180), and then the particle coordinates are updated based on the contact force and the long-distance force (S190).
なお、遠距離力の計算は、必ず実施されると言うものではない。たとえば、電子写真プロセスにより画像形成を行なう画像形成装置1での粒子挙動解析では遠距離力の計算を行なうが、ホッパーからのガラスビーズの堆積挙動解析の場合には遠距離力計算が不要である。
It should be noted that the calculation of the long distance force is not necessarily performed. For example, a long-range force is calculated in the particle behavior analysis in the
この後、ファイル出力条件を満たす計算ステップに到達するまで、ステップS124に戻り、同様の処理を繰り返す(S194−NO)。ファイル出力条件を満たす計算ステップに到達すると(S194−YES)、出力処理を行なう(S196)。ここで、「出力処理」とは、たとえば、解析結果のファイル出力を意味する。なお、このファイル出力は、必ず実施されると言うものではない。 Thereafter, the process returns to step S124 until the calculation step satisfying the file output condition is reached, and the same processing is repeated (S194-NO). When the calculation step that satisfies the file output condition is reached (S194-YES), an output process is performed (S196). Here, “output processing” means, for example, file output of analysis results. Note that this file output is not necessarily executed.
この後、終了条件を満たす計算ステップに到達するまで、ステップS124に戻り、同様の処理を繰り返す(S198−NO)。ここで“終了条件を満たす計算ステップ”とは、解析対象の全粒子が、概ね安定した位置に納まった状態となるまでとすればよい。 Thereafter, the process returns to step S124 until the calculation step satisfying the end condition is reached, and the same processing is repeated (S198-NO). Here, the “calculation step that satisfies the end condition” may be performed until all the particles to be analyzed are in a generally stable position.
一方、第1実施形態の第1例では、図5に示すように、物体挙動の解析を行なう前に、一定間隔の粒子間距離ごとに、粒子間距離とその粒子間距離におけるクーロン力や磁気力などの遠距離力を対応づけた遠距離相互作用力のルックアップテーブルを予め用意しておく(S110)。 On the other hand, in the first example of the first embodiment, as shown in FIG. 5, before analyzing the object behavior, the interparticle distance and the Coulomb force or magnetic force at the interparticle distance are calculated for each interparticle distance. A long-distance interaction force look-up table in which a long-distance force such as force is associated is prepared in advance (S110).
なお、粒子間距離だけの考えでルックアップテーブルを用意するときは、着目粒子と他方の粒子の距離が同じであれば、着目粒子に対して他方の粒子が第1、第2、第3、第4象限の何処にあろうと関係なく、遠距離力は同じであり、作用方向の区別もない。 When preparing the lookup table based on the idea of the interparticle distance alone, if the distance between the target particle and the other particle is the same, the other particle is the first, second, third, Regardless of where in the fourth quadrant, the far-distance forces are the same and there is no distinction of the direction of action.
たとえば、LUT生成部282が一定間隔(たとえば1mmステップ)ごとの物体間距離rに応じた遠距離力F[r]を対応付けたルックアップテーブルを作成してデータ記憶部238に記憶してもよいし、予め外部で作成されたルックアップテーブルをLUT受付部286が受け付けてデータ記憶部238に記憶してもよい。
For example, even if the
ルックアップテーブルの構成としては、たとえば、計算するべき遠距離力F[r]が、たとえば磁気力Fp[r]とクーロン力Fq[r]などのように複数種類ある場合には、図5Aに示すように、その種類応じて、磁気力Fp[r]用のルックアップテーブルLUT_1 とクーロン力Fq[r]用のルックアップテーブルLUT_2 を各別に用意する。なお、ルックアップテーブルLUT_3 は、粒子間距離rに対して、磁気力Fp[r]とクーロン力Fq[r]を纏めたルックアップテーブルであるが、これは、実質的には、計算するべき遠距離相互作用力が複数種類ある場合に、その種類に応じてルックアップテーブルも複数用意するものに該当する。 As a configuration of the lookup table, for example, when there are a plurality of types of long-distance forces F [r] to be calculated, such as magnetic force Fp [r] and Coulomb force Fq [r], FIG. As shown, a lookup table LUT_1 for the magnetic force Fp [r] and a lookup table LUT_2 for the Coulomb force Fq [r] are prepared for each type. Note that the look-up table LUT_3 is a look-up table in which the magnetic force Fp [r] and the Coulomb force Fq [r] are gathered with respect to the interparticle distance r, but this should be substantially calculated. When there are a plurality of types of long-range interaction forces, this corresponds to a case where a plurality of lookup tables are prepared according to the types.
また、別の方法として、図5Bに示すように、各相互作用力(たとえば磁気力Fp[r]とクーロン力Fq[r])の合計値(Fp[r]+Fq[r])を遠距離相互作用力(合計相互作用力Fsum [r])とするルックアップテーブルLUT_4 を用意するようにしてもよい。各別に用意する場合に比べ、ルックアップテーブルに必要な配列数が減るので、ルックアップテーブルに必要になるメモリ数は少なくて済むし、ルックアップテーブルの参照回数も減る。メモリ削減と処理の高速化が図られる。 As another method, as shown in FIG. 5B, the total value (Fp [r] + Fq [r]) of each interaction force (for example, magnetic force Fp [r] and Coulomb force Fq [r]) is set to a long distance. You may make it prepare the lookup table LUT_4 made into interaction force (total interaction force Fsum [r]). Compared with the case where each is prepared separately, the number of arrays required for the lookup table is reduced, so that the number of memories required for the lookup table is small, and the number of lookup table references is also reduced. Memory reduction and faster processing are achieved.
また、キャリア粒子とトナー粒子と外添剤などを含む現像剤粒子102のように解析対象の粒子種が複数種類存在する場合には、粒子対を構成する粒子種の組合せの別にルックアップテーブルも複数用意するのがよい。これは、遠距離力が同じ種類のもので粒子間距離が同じであっても、組合せの粒子種が異なると遠距離力が異なるからである。たとえば、磁気力Fp[r]、クーロン力Fq[r]、合計相互作用力Fsum [r]に関して、トナー粒子とトナー粒子の対、トナー粒子と外添剤の対、キャリア粒子とキャリア粒子の対、キャリア粒子と外添剤の対、外添剤と外添剤の対の別にルックアップテーブルを用意する。磁気力Fp[r]に関してはトナー粒子とトナー粒子の対、クーロン力Fq[r]に関してはキャリア粒子とキャリア粒子の対でのルックアップテーブルは無くてもよい。 In addition, when there are a plurality of particle types to be analyzed, such as developer particles 102 including carrier particles, toner particles, and external additives, a lookup table is provided for each combination of particle types constituting the particle pair. It is good to prepare several. This is because even if the long-distance force is the same type and the inter-particle distance is the same, the long-distance force differs if the combination particle type is different. For example, regarding magnetic force Fp [r], Coulomb force Fq [r], and total interaction force Fsum [r], a pair of toner particles and toner particles, a pair of toner particles and external additives, a pair of carrier particles and carrier particles A lookup table is prepared separately for each carrier particle / external additive pair and each external additive / external additive pair. For magnetic force Fp [r], there is no need to have a look-up table for a pair of toner particles and toner particle, and for Coulomb force Fq [r], a pair of carrier particles and carrier particles.
そして比較例と同様に、接触力に関する処理をした後、遠距離相互作用力を計算する粒子対(物体ペア)を選択する。ここで、第1実施形態では、比較例とは異なり、粒子間距離をデータ記憶部238に記憶してある遠距離力用のルックアップテーブルに突き合わせて、対応する遠距離力(磁気力Fp[r]とクーロン力Fq[r]や合計相互作用力Fsum [r])を読み出す。すなわち、ステップS124で算出した粒子間距離に対応する遠距離相互作用力をルックアップテーブルから参照する(S152)。
As in the comparative example, after processing related to contact force, a particle pair (object pair) for calculating the long-range interaction force is selected. Here, in the first embodiment, unlike the comparative example, the inter-particle distance is matched with a long-distance force lookup table stored in the
解析上、計算するべき遠距離相互作用力が複数種類ある場合に、各別のルックアップテーブルが用されている場合には、各遠距離相互作用力に関して、粒子間距離に対応する遠距離相互作用力をそれぞれのルックアップテーブルから参照する。たとえば、前例では、磁気力Fp[r]に関しては磁気力Fp[r]用のルックアップテーブルLUT_1 を参照し、クーロン力Fq[r]に関しては、クーロン力Fq[r]用のルックアップテーブルLUT_2 を参照する。または、磁気力Fp[r]およびクーロン力Fq[r]の何れに関してもルックアップテーブルLUT_3 を参照する。そして、磁気力Fp[r]とクーロン力Fq[r]を加算して、その粒子間距離における遠距離力を特定する。 In the analysis, when there are multiple types of long-range interaction forces to be calculated and different lookup tables are used, for each long-range interaction force, the long-range interaction force corresponding to the interparticle distance is used. The applied force is referenced from each lookup table. For example, in the previous example, the magnetic force Fp [r] is referred to the lookup table LUT_1 for the magnetic force Fp [r], and the Coulomb force Fq [r] is referred to the lookup table LUT_2 for the Coulomb force Fq [r]. Refer to Alternatively, the lookup table LUT_3 is referred to for both the magnetic force Fp [r] and the Coulomb force Fq [r]. Then, the magnetic force Fp [r] and the Coulomb force Fq [r] are added to specify the long distance force at the interparticle distance.
また、解析上、計算するべき遠距離相互作用力が複数種類ある場合に、複数の遠距離相互作用力の合計値を遠距離相互作用力合計値とするルックアップテーブルが用意されている場合には、粒子間距離に対応する合計値を読み出すことで、1回のルックアップテーブルの参照で複数の遠距離相互作用力を物体挙動に反映する。たとえば、前例では、磁気力Fp[r]とクーロン力Fq[r]を加算した合計相互作用力Fsum [r]用のルックアップテーブルLUT_4 を参照する。 In addition, when there are multiple types of long-range interaction forces to be calculated in the analysis, when a lookup table is prepared in which the total value of multiple long-range interaction forces is the long-range interaction force total value Reads out the total value corresponding to the interparticle distance, and reflects a plurality of long-range interaction forces in the object behavior by referring to the lookup table once. For example, in the previous example, the lookup table LUT_4 for the total interaction force Fsum [r] obtained by adding the magnetic force Fp [r] and the Coulomb force Fq [r] is referred to.
ここで、実際の粒子間距離rに該当するものがルックアップテーブルの配列に存在しないときには、最も近いものを読み出して代用するか、または、近接する2つの値を読み出して補間演算で遠距離力を計算してもよい。補間演算は、単純平均でもよいし、距離差に関する重付け平均としてもよい。重付け平均の式としては、たとえば、近接する2つの値をFq[x],Fq[x+1]としたとき、Fq[r]=(1−x/r)×Fq[x]+x/r×Fq[x+1]とする第1式やFq[r]={1−(x/r)^2}×Fq[x]+{(x/r)^2}×Fq[x+1]とする第2式が考えられる。これらの中では、重付け平均を使うのが、最も解析精度が良好な手法である。補間演算は、個別要素法で従来より一般的に使用されている手法で遠距離力の厳密計算を行なう場合よりも計算負荷は小さい。 Here, when the object corresponding to the actual inter-particle distance r does not exist in the look-up table array, the closest one is read and substituted, or two adjacent values are read and the long-distance force is calculated by interpolation. May be calculated. The interpolation calculation may be a simple average or a weighted average related to a distance difference. As a weighted average expression, for example, when two adjacent values are Fq [x] and Fq [x + 1], Fq [r] = (1−x / r) × Fq [x] + x / r × The first expression Fq [x + 1] or Fq [r] = {1− (x / r) ^ 2} × Fq [x] + {(x / r) ^ 2} × Fq [x + 1] An expression can be considered. Among these, the weighted average is the method with the best analysis accuracy. Interpolation calculation has a smaller calculation load than the case where exact calculation of long-distance force is performed by a method generally used conventionally in the individual element method.
粒子間距離に対応する遠距離力をルックアップテーブルから参照した後には、遠距離力の作用する方向を特定し、特定した方向に応じて符号調整してから(S180)、接触力や遠距離力を元に粒子座標を更新する(S190)。 After referring to the long-distance force corresponding to the interparticle distance from the lookup table, the direction in which the long-distance force acts is specified and the sign is adjusted according to the specified direction (S180), and then the contact force and the long-distance The particle coordinates are updated based on the force (S190).
粒子間距離における遠距離力そのものは正の値であるから、一方の粒子(着目粒子)に対して他方の粒子が存在する位置に関わらず、粒子間距離が同じであれば同じ値である。挙動計算においては、ルックアップテーブルから参照した値に対して、お互いの粒子座標を参照して、つまり着目粒子に対しての他方の粒子が存在する位置を参照して、遠距離力の作用する方向を特定する。 Since the long-distance force itself at the interparticle distance is a positive value, it is the same value as long as the interparticle distance is the same regardless of the position where the other particle exists with respect to one particle (target particle). In the behavior calculation, the long-distance force acts on the value referenced from the lookup table by referring to the mutual particle coordinates, that is, referring to the position where the other particle is present with respect to the target particle. Identify the direction.
具体的には、ルックアップテーブルを参照するときの参照基準になるのは、粒子間距離(必ず正の値)で、参照された遠距離力の作用方向を決めるのに、x,y方向それぞれの座標の差分(正負どちらも取り得る)の符号を用いる。他方の粒子が第1象限にあるときにはx方向の作用方向は「+」でy方向の作用方向は「+」であり、他方の粒子が第2象限にあるときにはx方向の作用方向は「−」でy方向の作用方向は「+」であり、他方の粒子が第3象限にあるときにはx方向の作用方向は「−」でy方向の作用方向は「−」であり、他方の粒子が第4象限にあるときにはx方向の作用方向は「+」でy方向の作用方向は「−」である。 Specifically, the reference standard when referring to the look-up table is the interparticle distance (which is always a positive value), and the x and y directions are used to determine the action direction of the referenced far-field force. The sign of the difference between the coordinates (which can be positive or negative) is used. When the other particle is in the first quadrant, the action direction in the x direction is “+” and the action direction in the y direction is “+”, and when the other particle is in the second quadrant, the action direction in the x direction is “−”. ", The direction of action in the y direction is" + ", and when the other particle is in the third quadrant, the direction of action in the x direction is"-", the direction of action in the y direction is"-", and the other particle is When in the fourth quadrant, the action direction in the x direction is “+” and the action direction in the y direction is “−”.
図5には、この符号調整の詳細手順が示されている。ルックアップテーブルから参照した遠距離力を、粒子座標関係に基づきx方向の遠距離力の成分とy方向の遠距離力の成分に分ける。そして、x方向の座標の差分値が正であるか否かを判定し(S182)、負であればx方向の遠距離力の符号を反転する(S182−NO,S184)。同様にして、y方向の座標の差分値が正であるか否かを判定し(S186)、負であればy方向の遠距離力の符号を反転する(S186−NO,S188)。 FIG. 5 shows the detailed procedure of this code adjustment. The long-distance force referred from the lookup table is divided into a long-distance force component in the x direction and a long-distance force component in the y direction based on the particle coordinate relationship. Then, it is determined whether or not the difference value of the coordinate in the x direction is positive (S182). If it is negative, the sign of the long-distance force in the x direction is reversed (S182-NO, S184). Similarly, it is determined whether or not the difference value of the coordinate in the y direction is positive (S186). If it is negative, the sign of the long-distance force in the y direction is reversed (S186-NO, S188).
このように、第1実施形態の第1例では、粒子間距離に対応する遠距離力をルックアップテーブルを参照して特定するので、補間演算を行なう場合であっても、通常通り遠距離力を計算するよりは処理効率が向上する。そのステップでの遠距離力の計算を間引く場合には解析精度が低下するが、第1実施形態の第1例では、そのステップでの遠距離力の特定を間引くものではないので、間引く場合のような解析精度が低下することもない。このように、第1実施形態の処理手法によれば、処理速度と解析精度の両立を図るようにしている。解析精度を維持しつつ解析系全体としての処理効率を上げるのである。解析結果の信頼性を低下させることなく、全体としての解析処理時間は短くなる。 As described above, in the first example of the first embodiment, the long-distance force corresponding to the interparticle distance is specified with reference to the look-up table. The processing efficiency is improved rather than calculating. In the case of thinning out the calculation of the long-distance force at that step, the analysis accuracy decreases. However, in the first example of the first embodiment, the identification of the long-distance force at that step is not thinned out. Such analysis accuracy is not lowered. Thus, according to the processing method of the first embodiment, both processing speed and analysis accuracy are achieved. The processing efficiency of the entire analysis system is increased while maintaining the analysis accuracy. The analysis processing time as a whole is shortened without reducing the reliability of the analysis result.
図5Cに、比較例と第1実施形態の第1例について、ある解析条件での計算時間(規格化した値)を示している。ここで、規格化した値とは、全計算時間、遠距離力計算時間、粒子間間距離計算時間のそれぞれについて、比較例を「1」とすることを意味する。 FIG. 5C shows calculation times (standardized values) under certain analysis conditions for the comparative example and the first example of the first embodiment. Here, the normalized value means that the comparative example is “1” for each of the total calculation time, the long-distance force calculation time, and the interparticle distance calculation time.
たとえば、第1の粒子の容量をq1とし、第2の粒子の容量をq2とすると、クーロン力Fq[r]は「K×q1×q2÷r÷r」で規定される。遠距離力を計算する比較例を適用して、実際に対象となる計算を実行したとき、クーロン力Fq[r]の計算には、「実数掛算2回+実数割算2回=4.24sec/M回」の計算時間が必要であった。これに対して、ルックアップテーブルを参照して遠距離力を特定する第1実施形態の第1例を適用して比較例と同様のものについて処理を実行したときは、「配列サーチ+値の代入=0〜3.1sec/M回」の処理時間で済んだ。比較例に対して、第1実施形態の第1例の手法の方が、処理時間(計算時間)は短縮されている。 For example, when the volume of the first particle is q1 and the volume of the second particle is q2, the Coulomb force Fq [r] is defined by “K × q1 × q2 ÷ r ÷ r”. When a comparative example for calculating a long-distance force is applied and a target calculation is actually executed, the calculation of the Coulomb force Fq [r] includes “real number multiplied by 2 + real number divided by 2 = 4.24 sec. / M times "calculation time was required. On the other hand, when the first example of the first embodiment that specifies the long-distance force with reference to the lookup table is applied and processing is performed on the same thing as the comparative example, “array search + value The processing time of “assignment = 0 to 3.1 sec / M times” is sufficient. Compared to the comparative example, the processing time (calculation time) of the method of the first example of the first embodiment is shortened.
なお、第1実施形態の第1例で、計算時間にバラつきがあるのは、ルックアップテーブルの配列のどの位置に対応する値が記憶されているかにより配列サーチに要する時間が異なるためである。 In the first example of the first embodiment, the calculation time varies because the time required for the array search differs depending on which position of the array in the lookup table is stored.
なお、ルックアップテーブルへの粒子間距離rの配列に当たっては、図5A,図5Bに示すように配列の上位側に粒子間距離rの小さい方を配置する手法と、図示しないが配列の上位側に粒子間距離rの大きい方を配置する手法の何れを採ってもよい。配列の上位側から配列サーチを行なう場合、前者の場合は実際の粒子間距離rが大きいときほど配列サーチに要する時間が長くなり、後者の場合は実際の粒子間距離rが小さいときほど配列サーチに要する時間が長くなる。配列の下位側から配列サーチを行なう場合、前者の場合は実際の粒子間距離rが小さいときほど配列サーチに要する時間が長くなり、後者の場合は実際の粒子間距離rが大きいきほど配列サーチに要する時間が長くなる。変形例として、双方の配列のルックアップテーブルを用意して、両方のルックアップテーブルを同時に上位側(または下位側)から順に参照することで、全体的な配列サーチに要する時間を略半分にすることが考えられる。 In order to arrange the interparticle distance r in the lookup table, a method of arranging the smaller interparticle distance r on the upper side of the array as shown in FIGS. 5A and 5B, and an upper side of the array (not shown). Any of the methods of arranging the one having the larger inter-particle distance r may be adopted. When performing a sequence search from the upper side of the sequence, in the former case, the time required for the sequence search increases as the actual interparticle distance r increases, and in the latter case, the sequence search increases as the actual interparticle distance r decreases. It takes a long time to complete. When performing a sequence search from the lower side of the sequence, in the former case, the time required for the sequence search increases as the actual interparticle distance r decreases, and in the latter case, the sequence search increases as the actual interparticle distance r increases. It takes a long time to complete. As a modified example, by preparing lookup tables for both arrays and referring to both lookup tables in order from the upper side (or the lower side) at the same time, the time required for the overall array search is substantially halved. It is possible.
<粒子挙動解析処理:第1実施形態の第2例>
図6〜図6Aは、第1実施形態の粒子挙動解析装置202における第2例の粒子挙動解析手法を説明する図である。ここで、図6は、第2例において、ルックアップテーブルを参照する領域を説明する図である。図6Aは、第1実施形態の第2例の粒子挙動解析手法の処理手順を示すフローチャートである。
<Particle behavior analysis processing: second example of the first embodiment>
6A to 6A are diagrams for explaining a particle behavior analysis method of the second example in the particle behavior analysis device 202 of the first embodiment. Here, FIG. 6 is a diagram illustrating an area that refers to a lookup table in the second example. FIG. 6A is a flowchart illustrating a processing procedure of the particle behavior analysis method of the second example of the first embodiment.
第1実施形態の第2例は、解析精度と解析処理時間のバランスをとるもので、図6に示すように、粒子対が閾値Th1(たとえばr3)より近距離にある場合には、比較例と同様に遠距離相互作用力を計算し、閾値Th1を超える(以上の)遠距離にある場合の遠距離相互作用力の特定にのみルックアップテーブルを参照する点に特徴がある。因みに、第1例と同様に、計算するべき遠距離力F[r]が、たとえば磁気力Fp[rとクーロン力Fq[r]などのように複数種類ある場合には、その種類応じて各別にルックアップテーブルを用意するか、または、それらの合計値(Fp[r]+Fq[r])の合計相互作用力Fsum [r]のルックアップテーブルを用意する。さらに、キャリア粒子とトナー粒子と外添剤などを含む現像剤粒子102のように解析対象の粒子種が複数種類存在する場合には、粒子対を構成する粒子種の組合せの別にルックアップテーブルも複数用意する。 The second example of the first embodiment balances the analysis accuracy and the analysis processing time. As shown in FIG. 6, when the particle pair is closer than the threshold Th1 (for example, r3), a comparative example is provided. In the same way as the above, the long-range interaction force is calculated, and the lookup table is referred only to the identification of the long-range interaction force when the long-distance interaction force exceeds the threshold Th1 (or more). Incidentally, as in the first example, when there are a plurality of types of long-distance forces F [r] to be calculated, such as magnetic force Fp [r and Coulomb force Fq [r], Separately, a lookup table is prepared, or a lookup table of the total interaction force Fsum [r] of their total value (Fp [r] + Fq [r]) is prepared. Furthermore, when there are a plurality of particle types to be analyzed, such as developer particles 102 including carrier particles, toner particles, and external additives, a lookup table is also provided for each combination of particle types constituting the particle pair. Prepare several.
以下、図6Aに示すフローチャートについて、第1例との相違点に着目して説明する。第1例と同様に、接触力に関する処理をした後には、先ず、移動粒子判定部260は、ステップS124で算出した粒子間距離を閾値設定受付部266により指定された閾値Th1と比較し(S130)、その結果を数値演算処理部234に通知する。数値演算処理部234は、粒子間距離が閾値Th1未満であれば、比較例と同様に、個別要素法で従来より一般的に使用されている手法で遠距離力の厳密計算を行なう(S130−YES,S150)。一方、数値演算処理部234は、粒子間距離が閾値Th1を超える(以上である)場合は、第1例と同様に、ステップS124で算出した粒子間距離に対応する遠距離相互作用力をルックアップテーブルから参照する(S130−NO,S152)。
Hereinafter, the flowchart shown in FIG. 6A will be described focusing on differences from the first example. Similar to the first example, after the processing related to the contact force, first, the moving
この第1実施形態の第2例では、粒子間距離rが閾値Th1未満のときにはルックアップテーブルを参照せずに実際に遠距離力を厳密計算するので、図6に示すように、粒子間距離rが閾値Th1未満に関しては、ルックアップテーブルの配列も不要になる。 In the second example of the first embodiment, when the interparticle distance r is less than the threshold Th1, the far distance force is actually calculated strictly without referring to the look-up table. Therefore, as shown in FIG. When r is less than the threshold Th1, the arrangement of the lookup table is not necessary.
第1実施形態の第2例の手法は、粒子間距離と閾値Th1と比較し、その比較結果に応じてルックアップテーブルを参照して遠距離力を特定するか厳密に遠距離力を計算するかを切り替えるようにしている。このため、比較的近距離に存在する粒子間に作用する遠距離相互作用力は、全領域に対してルックアップテーブルからの参照値を用いる第1例に比べて、解析精度が良好になる。これは、実際の粒子間距離rに該当するものがルックアップテーブルの配列に存在するときには精度差がないが、該当するものがルックアップテーブルの配列に存在しないときは、最も近いものを読み出して代用するか、または、近接する2つの値を読み出して補間演算で遠距離力を計算することに起因する。遠距離力は一般的に距離差の2乗に反比例するので、たとえ距離の2乗で重付けする第2式で重付け平均をとっても、遠距離相互作用力に無視できない誤差が生じる可能性があるためである。つまり、第1実施形態の第2例の手法では、実際の距離と、ルックアップテーブル上で記憶されている距離の誤差が、相互作用力計算に及ぼす影響が大きくなってしまう領域については、厳密に遠距離力を計算し精度の低下を抑えるのである。 The method of the second example of the first embodiment compares the interparticle distance with the threshold value Th1, and specifies the long distance force with reference to the lookup table according to the comparison result, or calculates the long distance force strictly. I'm trying to switch between them. For this reason, the long-range interaction force that acts between particles that are relatively close to each other has better analysis accuracy than the first example that uses the reference values from the lookup table for the entire region. This is because there is no difference in accuracy when an object corresponding to the actual inter-particle distance r exists in the look-up table array, but when the corresponding object does not exist in the look-up table array, the closest one is read out. This is caused by substituting, or reading out two adjacent values and calculating a long-distance force by interpolation calculation. Since the long-distance force is generally inversely proportional to the square of the distance difference, even if the weighted average is calculated using the second equation weighted by the square of the distance, an error that cannot be ignored can occur in the long-distance interaction force. Because there is. That is, in the technique of the second example of the first embodiment, a region where the error between the actual distance and the distance stored on the lookup table has a large influence on the interaction force calculation is strictly determined. The long-range force is calculated and the decrease in accuracy is suppressed.
<粒子挙動解析装置:第2実施形態>
図7〜図7Aは、粒子挙動解析装置202の第2実施形態の構成例を示すブロック図である。ここで、図7は、特に計算管理ノードの機能を具備した主粒子挙動解析装置202a(代表ノードの代表副粒子挙動解析装置202b_1を含む)について示している。図7Aは、代表ノード以外の一般ノードの機能を具備した一般副粒子挙動解析装置202b_2について示している。
<Particle Behavior Analysis Device: Second Embodiment>
7 to 7A are block diagrams illustrating a configuration example of the second embodiment of the particle behavior analysis apparatus 202. Here, FIG. 7 shows a main particle
第2実施形態は、ルックアップテーブルのデータ記憶部238への記憶を物体挙動の解析を行なう前に予め行なわず、解析中に初めて出現した粒子間距離となる粒子対(物体ペア)に対しては遠距離相互作用力を計算するとともにその値をルックアップテーブルに記憶し、解析中に2回目以降に出現した粒子間距離に対してはルックアップテーブルに記憶された値から遠距離相互作用力を参照する点に特徴がある。解析処理時に参照されない対応情報をデータ記憶部238に記憶する無駄が回避され、その結果、ルックアップテーブルに必要になる配列数は少なくて済む。
The second embodiment does not store the look-up table in the
ここで、「解析中に初めて出現した粒子間距離」や「解析中に2回目以降に出現した粒子間距離」は、一定間隔での粒子間距離r_nについての配列でルックアップテーブルを構成することを考慮する。つまり、代表的な距離を基準としたルックアップテーブルを用いる点に配慮する。以下、この点に考慮して、第1実施形態との相違点を中心に説明する。 Here, “inter-particle distance first appearing during analysis” and “inter-particle distance appearing second or later during analysis” constitute a lookup table with an array of inter-particle distances r_n at constant intervals. Consider. That is, consider that a lookup table based on a typical distance is used. Hereinafter, considering this point, the description will focus on the differences from the first embodiment.
図7〜図7Aに示すように、第2実施形態の粒子挙動解析装置202は、LUT生成部282を、副粒子挙動解析装置202bの部分に備える点が第1実施形態と異なる。これは、各副粒子挙動解析装置202bでの解析結果を元にそれぞれでルックアップテーブルを生成することを考慮したものである。因みに、何れかの副粒子挙動解析装置202bで、ある粒子間距離rについての遠距離力を特定したら、その情報を他の副粒子挙動解析装置202bに通知することで、実質的に、それぞれのルックアップテーブルの情報を共通にするように構成してもよい。また、第1実施形態のように、LUT生成部282を主粒子挙動解析装置202aの計算管理ノードの部分に備えるように構成し、各副粒子挙動解析装置202bでの解析中に初めて出現した粒子間距離の情報をLUT生成部282に通知してLUT生成部282にてルックアップテーブルを生成するようにしてもよい。また、LUT生成部282の機能を数値演算処理部234が兼ねるものとしてもよい。
As shown in FIGS. 7 to 7A, the particle behavior analysis apparatus 202 of the second embodiment is different from the first embodiment in that the
<粒子挙動解析処理:第2実施形態の第1例>
図8〜図8Aは、第2実施形態の粒子挙動解析装置202における第1例の粒子挙動解析手法を説明する図である。ここで、図8は、粒子間の遠距離力の計算負荷を低減する第2実施形態の第1例の粒子挙動解析手法の処理手順を示すフローチャートである。図8Aは、第2実施形態におけるルックアップテーブルの生成手法を説明する図である。
<Particle Behavior Analysis Processing: First Example of Second Embodiment>
8 to 8A are diagrams for explaining a particle behavior analysis method of the first example in the particle behavior analysis device 202 of the second embodiment. Here, FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of the particle behavior analysis method of the first example of the second embodiment for reducing the calculation load of the long-distance force between particles. FIG. 8A is a diagram for explaining a lookup table generation method according to the second embodiment.
第2実施形態では、解析過程でルックアップテーブルを生成していくので、第1実施形態のステップS110はなく、接触力に関する処理をした後に、粒子間距離が解析中に初めて出現したものであるか否かを判定する。粒子間距離が解析中に初めて出現したものであるか否かの判定に当たっては、図8Aに示すように、一定間隔での粒子間距離r_n_nごとに、その粒子間距離r_nにおける遠距離力を対応付けたルックアップテーブルを構成するべく、次のような判定処理を行なう。粒子間距離r_nにおける「n」は図5Aなどの1〜zと対応するもので、r_0はゼロとする。なお、以下では、数値演算処理部234とは別にLUT生成部282が存在するものとして、第1実施形態の第1例との相違点との相違点に着目して説明する。
In the second embodiment, since the lookup table is generated in the analysis process, there is no step S110 in the first embodiment, and the interparticle distance appears for the first time during the analysis after the processing related to the contact force. It is determined whether or not. In determining whether or not the interparticle distance appears for the first time during the analysis, as shown in FIG. 8A, for each interparticle distance r_n_n at a constant interval, the far-distance force at the interparticle distance r_n is associated. In order to construct the attached lookup table, the following determination process is performed. “N” in the interparticle distance r_n corresponds to 1 to z in FIG. 5A and the like, and r_0 is zero. In the following description, it is assumed that there is an
先ず、数値演算処理部234は、粒子間距離rがr_1/2を超えるか否かを判定する(S132)。粒子間距離rがr_1/2以下であるときは、数値演算処理部234は、第1実施形態の第1例と同様に、ステップS124で算出した粒子間距離に対応する遠距離相互作用力をルックアップテーブルから参照する(S132−NO,S152)。因みに、この場合において、粒子間距離r_1での遠距離力が未だルックアップテーブルに存在しないときは、数値演算処理部234はその粒子間距離r(≦r_1/2)での遠距離力を計算する(S150)。
First, the numerical
粒子間距離rがr_1/2を超えるときは、粒子間距離rの情報をLUT生成部282に通知してルックアップテーブルの生成を指示する。LUT生成部282は、粒子間距離rをルックアップテーブルの配列の粒子間距離r_nに対応付けるべく、(r_n−r_n-1)/2<r≦(r_n+r_n+1)/2を満たすnを特定し(S133)、さらに、粒子間距離r_nでの遠距離力がルックアップテーブルに存在するか否かを判定する(S134)。
When the interparticle distance r exceeds r_1 / 2, information on the interparticle distance r is notified to the
粒子間距離r_nでの遠距離力がルックアップテーブルに存在するとき、LUT生成部282はその旨を数値演算処理部234に通知する。数値演算処理部234は、第1実施形態の第1例と同様に、ステップS124で算出した粒子間距離に対応する遠距離相互作用力をルックアップテーブルから参照する(S134−YES,S152)。
When the long distance force at the interparticle distance r_n exists in the lookup table, the
粒子間距離r_nでの遠距離力がルックアップテーブルに存在しないとき(S134−NO)、LUT生成部282は粒子間距離rや粒子間距離r_nでの遠距離力の計算を数値演算処理部234に指示する。数値演算処理部234は、その粒子間距離rまたは粒子間距離r_nでの遠距離相互作用力を計算しその値を遠距離相互作用力とするとともに、LUT生成部282に通知する(S135)。LUT生成部282は、数値演算処理部234から通知された遠距離相互作用力をルックアップテーブルの粒子間距離r_nの配列に記憶する(S138)。
When the long distance force at the interparticle distance r_n does not exist in the lookup table (S134-NO), the
ここで、粒子間距離rでの遠距離力を計算し、その値をルックアップテーブルの粒子間距離r_nの配列に記憶するよりも、粒子間距離r_nでの遠距離力を計算し、その値をルックアップテーブルの粒子間距離r_nの配列に記憶する方が好ましい。つまり、その時点の粒子間距離rに対応する遠距離相互作用力のルックアップテーブルが作成されていない場合は、ルックアップテーブルの配列の粒子間距離r_nを粒子間距離として用いて従来通りの方法で遠距離相互作用力を計算し、その値をルックアップテーブルとして記憶するのがよい。これは、図8A(2)に示すように、実際の(その時点の)粒子間距離rそのもので遠距離力を計算すると、最悪のケースでは、(r_n−r_n-1)/2<r≦(r_n+r_n+1)/2の両端に該当する粒子間距離r(近い方同士はr_aや遠い方同士はr_b)で粒子間距離r_nでの遠距離力を代表することになることを避けるためである。粒子間距離以外の粒子の物性値としてはその時点の値を使うが、粒子間距離に関してはルックアップテーブルの配列に該当する粒子間距離r_nを使うことで、より適切なルックアップテーブルとするのである。 Here, rather than calculating the long distance force at the interparticle distance r and storing the value in the array of the interparticle distance r_n in the lookup table, the long distance force at the interparticle distance r_n is calculated and the value is calculated. Is preferably stored in the array of interparticle distances r_n in the lookup table. That is, when a long-distance interaction force lookup table corresponding to the inter-particle distance r at that time is not created, the conventional method using the inter-particle distance r_n in the lookup table array as the inter-particle distance. It is preferable to calculate the long-range interaction force and store the value as a lookup table. As shown in FIG. 8A (2), when the long-range force is calculated based on the actual (at that time) interparticle distance r itself, in the worst case, (r_n−r_n−1) / 2 <r ≦ (R_n + r_n + 1) / 2 in order to avoid representing a long-distance force at an interparticle distance r_n at an interparticle distance r (r_a is nearer to r_a and r_b is farther away) corresponding to both ends of (r_n + r_n + 1) / 2. is there. As the physical property value of particles other than the interparticle distance, the value at that time is used, but the interparticle distance r_n corresponding to the array of the lookup table is used for the interparticle distance, so that a more appropriate lookup table can be obtained. is there.
因みに、その時点の粒子間距離rでの遠距離力の精度を考慮すると、粒子間距離r_nでの遠距離力をルックアップテーブルの粒子間距離r_nの配列に記憶する場合でも、その時点の遠距離に関しては、その時点の粒子間距離r_nでの遠距離力も計算し、その値を遠距離力とすることが考えられる。しかしながら、この場合、遠距離力の計算が2回必要になり計算負荷が増えるので好ましくない。この計算負荷を避けるには、r_n-1やr_n+1に対応する遠距離相互作用力のルックアップテーブルが作成されている場合は、ここで作成したr_nでの遠距離力も含むルックアップテーブルから第1実施形態の第1例と同様に参照するようにしてもよい。つまり、r_n-1やr_n+1に対応する遠距離力で代用するか、r_n-1、r_n、r_n+1での各遠距離力を使った補間演算をすることで、粒子間距離rでの遠距離力を特定するということである。補間演算をすると、r_n-1やr_n+1に対応する遠距離力で代用する場合よりも遠距離力の精度を低下させずに済む。 Incidentally, considering the accuracy of the long distance force at the interparticle distance r at that time, even if the long distance force at the interparticle distance r_n is stored in the array of interparticle distances r_n in the lookup table, the far distance at that time is stored. Regarding the distance, it is conceivable that the far-distance force at the interparticle distance r_n at that time is also calculated and the value is taken as the far-distance force. However, in this case, it is not preferable because the calculation of the long-distance force is required twice and the calculation load increases. In order to avoid this calculation load, when a long-distance interaction force lookup table corresponding to r_n-1 or r_n + 1 is created, the lookup table including the far-distance force at r_n created here is used. You may make it refer similarly to the 1st example of 1st Embodiment. In other words, by using a long distance force corresponding to r_n-1 or r_n + 1, or by performing an interpolation calculation using each long distance force at r_n-1, r_n, r_n + 1, the interparticle distance r It is to specify the long-distance force. When the interpolation calculation is performed, it is not necessary to reduce the accuracy of the long-distance force compared to the case where the long-distance force corresponding to r_n-1 or r_n + 1 is substituted.
第2実施形態の第1例の手法は、解析過程でルックアップテーブルを完成させていくので、解析過程で現われない粒子間距離rについてのメモリが不要になる。ルックアップテーブルに必要になる配列数が少なくて済み、解析に必要なメモリ数の削減が期待される。すなわち、解析過程で現われない粒子間距離rが事前に予想される場合は、その分だけルックアップテーブルに用意するメモリを少なくしてよい。 The method of the first example of the second embodiment completes the lookup table in the analysis process, so that a memory for the interparticle distance r that does not appear in the analysis process becomes unnecessary. The number of arrays required for the lookup table is small, and the number of memories required for analysis is expected to be reduced. That is, when the inter-particle distance r that does not appear in the analysis process is predicted in advance, the memory prepared in the lookup table may be reduced accordingly.
<粒子挙動解析処理:第2実施形態の第2例>
図9は、第2実施形態の粒子挙動解析装置202における第2例の粒子挙動解析手法の処理手順を示すフローチャートである。第2実施形態の第2例は、第1実施形態の第2例に第2実施形態の第1例の仕組みを適用したものである。詳細な説明は割愛するが、第2実施形態の第2例では、粒子間距離rが閾値Th1未満のときにはルックアップテーブルを参照せずに実際に遠距離力を厳密計算するので、図6に示したように、粒子間距離rが閾値Th1未満に関しては、ルックアップテーブルの配列も不要になる。そのため、粒子間距離rが閾値Th1以上のときに第2実施形態の第1例の仕組みを適用する。
<Particle Behavior Analysis Processing: Second Example of Second Embodiment>
FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of the particle behavior analysis method of the second example in the particle behavior analysis device 202 of the second embodiment. In the second example of the second embodiment, the mechanism of the first example of the second embodiment is applied to the second example of the first embodiment. Although a detailed description is omitted, in the second example of the second embodiment, when the interparticle distance r is less than the threshold Th1, the far-distance force is actually strictly calculated without referring to the lookup table. As shown, when the interparticle distance r is less than the threshold value Th1, the arrangement of the lookup table is not necessary. Therefore, the mechanism of the first example of the second embodiment is applied when the interparticle distance r is equal to or greater than the threshold Th1.
<粒子挙動解析処理:第2実施形態の第3例>
図10〜図10Aは、第2実施形態の粒子挙動解析装置202における第3例の粒子挙動解析手法を説明する図である。ここで、図10は、第2実施形態の第3例の粒子挙動解析手法の処理手順を示すフローチャートである。図10Aは、その作用を説明する図である。なお、図10は、第2実施形態の第1例への適用例で示しているが、この第3例は、第2実施形態の第2例に対しても同様に適用される。
<Particle Behavior Analysis Processing: Third Example of Second Embodiment>
10A to 10A are diagrams for explaining a third example particle behavior analysis method in the particle behavior analysis apparatus 202 according to the second embodiment. Here, FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure of the particle behavior analysis method of the third example of the second embodiment. FIG. 10A is a diagram for explaining the operation. FIG. 10 shows an application example of the second embodiment to the first example, but the third example is similarly applied to the second example of the second embodiment.
第2実施形態の第3例は、ルックアップテーブルに用意するメモリ数を削減しつつメモリ削減に伴う弊害を防止するものである。第2実施形態の第1例では、ルックアップテーブルに必要になる配列数が少なくて済むことを説明したが、想定では現われない粒子間距離rとしていたものが解析過程で現われる場合、メモリ不足で破綻を来たす虞れがある。 The third example of the second embodiment is to prevent the harmful effects associated with memory reduction while reducing the number of memories prepared in the lookup table. In the first example of the second embodiment, it has been described that the number of arrangements required for the lookup table is small. However, when the inter-particle distance r that does not appear in the assumption appears in the analysis process, the memory is insufficient. There is a risk of bankruptcy.
そこで、第3例では、メモリ容量不足になるときは使用頻度の少ないものを破棄することで対処する。具体的には、ルックアップテーブルの参照があったときには、参照された配列値(粒子間距離r_n)に対応付けて参照時点の情報(たとえば参照時点のステップ回数)やそれまでの累積参照回数を記憶し(S153)、また、ルックアップテーブルに配列値を記憶するときはその時点の情報(たとえば記憶時点のステップ回数)も記憶する(S139)。そして、ルックアップテーブルに配列値を記憶することが必要になったときに、ルックアップテーブルの作成に必要なメモリが規定量に達したときには(S136−YES)、古い配列値や参照度合いの少ない配列値用のメモリの値を破棄して(S137)、最新のものに置き換える(S138)。 Therefore, in the third example, when the memory capacity is insufficient, the infrequently used one is discarded. Specifically, when the lookup table is referenced, the reference time point information (for example, the number of steps at the reference time point) and the cumulative reference number up to that point are associated with the referenced array value (interparticle distance r_n). Further, when storing the array value in the lookup table (S153), information at that time (for example, the number of steps at the time of storage) is also stored (S139). When it becomes necessary to store the array values in the lookup table and the memory necessary for creating the lookup table reaches a specified amount (S136-YES), the old array values and the degree of reference are small. The memory value for the array value is discarded (S137) and replaced with the latest one (S138).
たとえば、図10Aに示すように、解析過程における前半と中盤と後半で粒子の集合体の位置が大きく異なるようなケースで、全体としての粒子の振る舞いが、前半と後半では移動が大きいが中盤では移動が小さい場合を想定する。この場合、前半と後半では粒子間距離rの大きなものの出現頻度が高く粒子間距離rの小さなものの出現頻度が低く、メモリ不足となるときには、参照度合いの少ない粒子間距離rの小さなもののメモリの値を破棄するとよい。一方、中盤では粒子間距離rの小さなものの出現頻度が高く粒子間距離rの大きなものの出現頻度が低く、メモリ不足となるときには、参照度合いの少ない粒子間距離rの大きなもののメモリの値を破棄するとよい。 For example, as shown in FIG. 10A, in the case where the position of the aggregate of particles is greatly different between the first half, the middle and the second half in the analysis process, the behavior of the particles as a whole is large, but the movement in the first half and the second half is large. Assume that the movement is small. In this case, in the first half and the latter half, the appearance frequency of the large interparticle distance r is high and the small interparticle distance r is small, and when the memory is insufficient, the memory value of the small interparticle distance r is small. Should be discarded. On the other hand, in the middle stage, when the appearance frequency of the small interparticle distance r is high and the appearance frequency of the large interparticle distance r is low, and the memory is insufficient, the memory value of the small interparticle distance r and small reference degree is discarded. Good.
<粒子挙動解析装置:第3実施形態>
図11〜図11Aは、粒子挙動解析装置202の第3実施形態の構成例を示すブロック図である。ここで、図11は、特に計算管理ノードの機能を具備した主粒子挙動解析装置202a(代表ノードの代表副粒子挙動解析装置202b_1を含む)について示している。図11Aは、代表ノード以外の一般ノードの機能を具備した一般副粒子挙動解析装置202b_2について示している。
<Particle Behavior Analysis Device: Third Embodiment>
FIGS. 11A to 11A are block diagrams illustrating a configuration example of the third embodiment of the particle behavior analysis apparatus 202. Here, FIG. 11 shows a main particle
第3実施形態は、解析対象領域を複数の領域(小分割セルと称する)に分割し、各領域の位置を示す番号を順番に付与し、粒子間距離rは小分割セル番号の差分で代用する点に特徴がある。すなわち、遠距離力の解析対象となる粒子の存在する範囲を小分割セルに分け、各小分割セルに位置を規定する番号を付与し、解析対象粒子(その中心)が存在する小分割セル番号を特定することで解析対象粒子の大まかな位置を特定する。そして、遠距離相互作用力を計算する粒子対の各解析対象粒子が存在する小分割セル番号の差分を粒子間距離rの代用値とする。また、これに対応して、ルックアップテーブルも、小分割セル番号の差分に対応したものとする。 In the third embodiment, the analysis target region is divided into a plurality of regions (referred to as subdivided cells), and numbers indicating the positions of the respective regions are assigned in order, and the interparticle distance r is substituted by the difference between the subdivided cell numbers. It is characterized by In other words, the range in which the particles to be analyzed for long-distance force exist is divided into subdivided cells. By specifying, the rough position of the analysis target particle is specified. And the difference of the subdivision cell number in which each analysis object particle | grain of the particle pair which calculates long-distance interaction force exists is made into the substitute value of the distance r between particles. Correspondingly, the look-up table also corresponds to the difference between the subdivided cell numbers.
このため、第3実施形態の粒子挙動解析装置202は、LUT受付部286を備えず、また、領域分割部264を備える。図では、移動粒子判定部260が領域分割部264を備える例で示しているが、これは一例に過ぎない。領域分割部264は、遠距離力の解析対象となる粒子の存在する範囲を小分割セルに分け、各小分割セルに位置を規定する番号を付与しておく。領域分割部264は、数値演算処理部234から解析対象粒子の座標位置が通知されると、その解析対象粒子が存在する小分割セル番号を特定し、その情報を数値演算処理部234に通知する。数値演算処理部234は、遠距離相互作用力を計算する粒子対の各解析対象粒子が存在する小分割セル番号の差分を求め、その差分に基づきルックアップテーブルを参照する。ここで、粒子対のうちの着目粒子のx方向のセル番号をxa、y方向のセル番号をya、他方の粒子のx方向のセル番号をxb、y方向のセル番号をybとしたとき、x方向の小分割セル番号の差分をxb−xa、小分割セル番号のy方向の差分をyb−yaと定義する。
For this reason, the particle behavior analysis apparatus 202 according to the third embodiment does not include the
<粒子挙動解析処理:第3実施形態の第1例>
図12〜図12Cは、第3実施形態の粒子挙動解析装置202における第1例の粒子挙動解析手法を説明する図である。ここで、図12は、粒子間の遠距離力の計算負荷を低減する第3実施形態の第1例の粒子挙動解析手法の処理手順を示すフローチャートである。図12Aは、第3実施形態における接触判定処理の処理手順を示すフローチャートである。ステップ番号を300番台で示し、第1実施形態と同様・類似のステップには第1実施形態と同様の10番台・1番台の番号を付す。図12Bは、第3実施形態の第1例で使用するルックアップテーブルの一例を説明する図である。図12Cは、比較例および第1実施形態の第1例と第3実施形態の第1例の粒子挙動解析手法との対比を説明する図である。
<Particle Behavior Analysis Processing: First Example of Third Embodiment>
12 to 12C are diagrams for explaining a particle behavior analysis method of the first example in the particle behavior analysis device 202 of the third embodiment. Here, FIG. 12 is a flowchart showing a processing procedure of the particle behavior analysis method of the first example of the third embodiment for reducing the calculation load of the long-distance force between particles. FIG. 12A is a flowchart illustrating a processing procedure of contact determination processing according to the third embodiment. Step numbers are shown in the 300s, and steps similar to or similar to those in the first embodiment are assigned numbers in the 10s and 1s as in the first embodiment. FIG. 12B is a diagram illustrating an example of a lookup table used in the first example of the third embodiment. FIG. 12C is a diagram illustrating a comparison between the particle behavior analysis method of the comparative example and the first example of the first embodiment and the first example of the third embodiment.
第3実施形態の第1例は、第1実施形態の第1例に対する変形例である。以下、第1実施形態の第1例との相違点に着目して説明する。 The first example of the third embodiment is a modification of the first example of the first embodiment. Hereinafter, the description will be focused on differences from the first example of the first embodiment.
第3実施形態の第1例では、図12に示すように、物体挙動の解析を行なう前に、領域分割部264は、遠距離力の解析対象となる粒子の存在する範囲を小分割セルに分け、各小分割セルに位置を規定する番号を付与しておく(S302)。なお、小分割セルのサイズは、たとえば、解析対象の全粒子の最大サイズと同程度にする、その数倍とするなど、最大粒子の直径を超えていれば任意でよい。小分割セルのサイズを最大粒子直径以上にしておけば、着目粒子に接触する可能性がある粒子は全て、隣接したセル内に含まれ、触時の判定時にサーチするセル数を減らせるため、計算速度的に有利になるためである。
In the first example of the third embodiment, as shown in FIG. 12, before analyzing the object behavior, the
これに対応して、LUT取得部280は、図12Bに示すように、セル番号差ごとに、セル番号差と小分割セル番号の差分におけるクーロン力や磁気力などの遠距離力を対応づけた遠距離相互作用力のルックアップテーブルを予め用意しておく(S310)。
Correspondingly, as shown in FIG. 12B, the
基本的には、粒子対のうちの着目粒子をx方向、y方向の原点においたとき、小分割セル番号のx方向の差分(xb−xa)とy方向の差分(yb−ya)について、他方の粒子が第1〜第4象限のそれぞれにあるときの遠距離力F[x][y]のルックアップテーブルを用意する。後述のように、着目粒子に対しての他方の粒子が存在する象限によって遠距離力の作用する方向が異なるので、着目粒子に作用するx方向の遠距離力Fx[x][y]とy方向の遠距離力Fy[x][y]で分けておく。 Basically, when the target particle of the particle pair is placed at the origin in the x and y directions, the difference in the x direction (xb−xa) and the difference in the y direction (yb−ya) of the subdivided cell numbers are A look-up table for the long-distance force F [x] [y] when the other particle is in each of the first to fourth quadrants is prepared. As will be described later, the direction in which the long-distance force acts differs depending on the quadrant in which the other particle is present with respect to the particle of interest, so that the x-distance long-distance force Fx [x] [y] and y acting on the particle of interest It is divided by the long distance force Fy [x] [y] in the direction.
因みに、第1実施形態と同様に、計算するべき遠距離力F[x][y]が、たとえば磁気力Fp[x][y]とクーロン力Fq[x][y]などのように複数種類ある場合には、その種類応じて各別にルックアップテーブルを用意するか、または、それらの合計値(Fp[x][y]+Fq[x][y])の合計相互作用力Fsum [x][y]のルックアップテーブルを用意する。さらに、キャリア粒子とトナー粒子と外添剤などを含む現像剤粒子102のように解析対象の粒子種が複数種類存在する場合には、粒子対を構成する粒子種の組合せの別にルックアップテーブルも複数用意する。図12Bでは、着目粒子に作用するx方向のクーロン力Fqx[x][y]とy方向のクーロン力Fqy[x][y]を纏めてFq[x][y]として示している。 Incidentally, as in the first embodiment, there are a plurality of long-distance forces F [x] [y] to be calculated, such as a magnetic force Fp [x] [y] and a Coulomb force Fq [x] [y]. If there are types, a lookup table is prepared for each type, or the total interaction force Fsum [x of their total values (Fp [x] [y] + Fq [x] [y]) ] [Y] lookup table is prepared. Furthermore, when there are a plurality of particle types to be analyzed, such as developer particles 102 including carrier particles, toner particles, and external additives, a lookup table is also provided for each combination of particle types constituting the particle pair. Prepare several. In FIG. 12B, the coulomb force Fqx [x] [y] in the x direction acting on the target particle and the coulomb force Fqy [x] [y] in the y direction are collectively shown as Fq [x] [y].
なお、遠距離力Fx[x][y]におけるxが正のときは、着目粒子の存在するセルの位置に対して他の粒子の存在するセルの位置は右側であることを示し、Fx[x][y]におけるxが負のときは、着目粒子の存在するセルの位置に対して他の粒子の存在するセルの位置は左側であることを示す。Fy[x][y]におけるyが正のときは、着目粒子の存在するセルの位置に対して他の粒子の存在するセルの位置は上側であることを示し、Fy[x][y]におけるyが負のときは、着目粒子の存在するセルの位置に対して他の粒子の存在するセルの位置は下側であることを示す。 When x in the long-distance force Fx [x] [y] is positive, it indicates that the position of the cell in which other particles exist is on the right side of the cell in which the target particle exists, and Fx [ When x in [x] [y] is negative, it indicates that the position of the cell in which other particles exist is on the left side of the position of the cell in which the target particle exists. When y in Fy [x] [y] is positive, it indicates that the position of the cell in which the other particle exists is above the position of the cell in which the target particle exists, and Fy [x] [y] When y in y is negative, it indicates that the position of the cell in which other particles are present is lower than the position of the cell in which the target particle is present.
つまり、xが正でyが正のときは他方の粒子が第1象限に存在する場合であり、xが負でyが正のときは他方の粒子が第2象限に存在する場合であり、xが負でyが負のときは他方の粒子が第3象限に存在する場合であり、xが正でyが負のときは他方の粒子が第4象限に存在する場合である。また、x,yの絶対値が同じ場合、着目粒子に作用するx方向の遠距離力Fx[x][y]は、xが正であるときとxが負であるときでは反対方向(つまり符号が逆)になり、同様に、着目粒子に作用するy方向の遠距離力Fy[x][y]は、yが正であるときとyが負であるときでは反対方向(つまり符号が逆)になる。 That is, when x is positive and y is positive, the other particle is in the first quadrant, and when x is negative and y is positive, the other particle is in the second quadrant, When x is negative and y is negative, the other particle is in the third quadrant, and when x is positive and y is negative, the other particle is in the fourth quadrant. When the absolute values of x and y are the same, the long-distance force Fx [x] [y] acting on the target particle in the x direction is the opposite direction when x is positive and when x is negative (that is, Similarly, the far-distance force Fy [x] [y] in the y direction acting on the particle of interest is the opposite direction (ie, the sign is different) when y is positive and when y is negative. Vice versa).
領域分割部264は、数値演算処理部234から解析対象粒子の座標位置の通知を受けると、その解析対象粒子の大まかな位置を求めるため、解析対象粒子を小分割セルに格納することで、その解析対象粒子が存在する小分割セル番号を特定し、その情報を数値演算処理部234に通知する(S316)。数値演算処理部234は、遠距離相互作用力を計算する粒子対の各解析対象粒子が存在する小分割セル番号の差分とその絶対値を求め(S320)、さらに各粒子対の接触判定処理(図12Aを参照)を行なう(S321)。
When the
接触判定処理では、数値演算処理部234は先ず、小分割セル番号の差分の絶対値が1以下であるか否かを判定する(S322)。小分割セル番号の差分の絶対値が1を超えるときは(S322−NO)、接触の可能性がないので接触力計算が不要である。小分割セル番号の差分の絶対値が1以下であるときは(S322−YES)、接触の可能性があるので、ステップS124〜S128と同様の処理を行なう。すなわち、数値演算処理部234は、粒子の座標データに基づいて粒子間距離を求め(S324)、さらに各粒子対の接触判定を行なう(S326)。接触していると判断しなかった粒子対に対しては接触力の計算を行なわず(S326−NO)、接触していると判断した粒子対に対しては接触力計算を行ない接触力を求める(S326−YES,S328)。
In the contact determination process, the numerical
その後、小分割セル番号の差分をデータ記憶部238に記憶してある遠距離力用のルックアップテーブルに突き合わせて、対応する遠距離力(磁気力Fp[x][y]とクーロン力Fq[x][y]や合計相互作用力Fsum [x][y])を読み出す。すなわち、ステップS320で求めた小分割セル番号の差分に対応する遠距離相互作用力をルックアップテーブルから参照する(S352)。
After that, the difference between the subdivided cell numbers is matched with the long-distance force lookup table stored in the
第3実施形態の第1例の処理では、数値演算処理部234は、小分割セル番号の差分に対応したルックアップテーブルを参照することで、粒子間距離の計算を行わずに済むため、第1・第2実施形態と比較して、さらに解析処理の高速化が図られる。
In the processing of the first example of the third embodiment, the numerical
図12Cに、比較例、第1実施形態の第1例、第3実施形態の第1例について、ある解析条件での計算時間(規格化した値)を示している。第3実施形態の第1例では、粒子間距離の代用値としてそれぞれの粒子が格納されている小分割セル番号の差分を用いるので、粒子間距離を使用するケースに比べて解析処理時間は短縮される。 FIG. 12C shows calculation times (standardized values) under certain analysis conditions for the comparative example, the first example of the first embodiment, and the first example of the third embodiment. In the first example of the third embodiment, since the difference between the subdivided cell numbers in which the respective particles are stored is used as a substitute value for the interparticle distance, the analysis processing time is shortened compared to the case where the interparticle distance is used. Is done.
たとえば、3次元空間を仮定すると、粒子間距離rは式(1)で規定される。なお、x,y,zは粒子座標を表わし、その添え字のA,Bは粒子を表している。 For example, assuming a three-dimensional space, the interparticle distance r is defined by equation (1). Note that x, y, and z represent particle coordinates, and the subscripts A and B represent particles.
粒子間距離を使用する比較例を適用して、実際に対象となる計算を実行したとき、粒子間距離rの計算に「実数引算3回+実数掛算3回+平方根=9.01sec/M回」の計算時間が必要であった。これに対して、小分割セル番号の差分を用いる第3実施形態を適用して比較例と同様のものについて処理を実行したときは、「整数引算3回=0.81sec/M回」の処理時間で済んだ。比較例や第1実施形態の第1例に対して、第3実施形態の第1例の手法の方が、粒子間距離の特定に関する処理時間は短縮されている。
When a comparative example using the interparticle distance is applied and the actual calculation is executed, the calculation of the interparticle distance r is “3 times real number subtraction + 3 times real number multiplication + square root = 9.01 sec / M”. Time "was required. On the other hand, when the third embodiment using the difference between the subdivided cell numbers is applied and processing is performed on the same thing as the comparative example, “
<粒子挙動解析処理:第3実施形態の第2例>
図13〜図13Aは、第3実施形態の粒子挙動解析装置202における第2例の粒子挙動解析手法を説明する図である。ここで、図13は、第3実施形態の第2例の粒子挙動解析手法の処理手順を示すフローチャートである。図13Aは、第2例において、ルックアップテーブルを参照する領域を説明する図である。
<Particle Behavior Analysis Processing: Second Example of Third Embodiment>
FIGS. 13 to 13A are diagrams for explaining a particle behavior analysis method of the second example in the particle behavior analysis device 202 of the third embodiment. Here, FIG. 13 is a flowchart showing a processing procedure of the particle behavior analysis method of the second example of the third embodiment. FIG. 13A is a diagram illustrating an area that refers to a lookup table in the second example.
第3実施形態の第2例は、第1実施形態の第2例に第3実施形態の第1例の仕組みを適用したものである。以下、図13に示すフローチャートについて、第1例との相違点に着目して説明する。 The second example of the third embodiment is obtained by applying the mechanism of the first example of the third embodiment to the second example of the first embodiment. Hereinafter, the flowchart shown in FIG. 13 will be described by focusing on the differences from the first example.
第1例と同様に、接触力に関する処理をした後には、先ず、移動粒子判定部260は、ステップS320で算出した小分割セル番号の差分の絶対値を閾値設定受付部266により指定された閾値Th2(たとえば10)と比較し(S330)、その結果を数値演算処理部234に通知する。数値演算処理部234は、小分割セル番号の差分の絶対値が閾値Th2以下であれば、個別要素法で従来より一般的に使用されている手法で遠距離力の厳密計算を行なう(S330−YES,S350)。一方、数値演算処理部234は、小分割セル番号の差分の絶対値が閾値Th2を超える場合は、第1例と同様に、ステップS320で算出した小分割セル番号の差分に対応する遠距離相互作用力をルックアップテーブルから参照する(S330−NO,S352)。
Similar to the first example, after performing the process related to the contact force, the moving
ここで、小分割セル番号の差分の絶対値と閾値Th2の比較に当たっては、x方向とy方向の2次元に着目したとき、次の2つの手法を代表的に採り得る。第1の手法は、図13Aに示す手法であり、x・y方向の小分割セル番号の差分の絶対値を「x方向の小分割セル番号の差分の絶対値+y方向の小分割セル番号の差分の絶対値」とし、x・y方向の小分割セル番号の差分の絶対値と閾値Th2を比較する。 Here, in comparing the absolute value of the difference between the subdivided cell numbers and the threshold Th2, the following two methods can be representatively taken when focusing on the two dimensions in the x direction and the y direction. The first method is the method shown in FIG. 13A, where the absolute value of the difference between the subdivision cell numbers in the x and y directions is expressed as “the absolute value of the difference between the subdivision cell numbers in the x direction + the subdivision cell number in the y direction”. The absolute value of the difference ”is set, and the absolute value of the difference between the small divided cell numbers in the x and y directions is compared with the threshold Th2.
第2の手法では、図示しないが、x方向の小分割セル番号の差分の絶対値と閾値Th2を比較するとともに、y方向の小分割セル番号の差分の絶対値と閾値Th2を比較し、x方向およびy方向の何れもが、小分割セル番号の差分の絶対値が閾値Th2を超える場合は、第1例と同様に、ステップS320で算出した小分割セル番号の差分に対応する遠距離相互作用力をルックアップテーブルから参照する。 In the second method, although not shown, the absolute value of the difference between the subdivision cell numbers in the x direction is compared with the threshold Th2, and the absolute value of the difference between the subdivision cell numbers in the y direction is compared with the threshold Th2. When the absolute value of the difference between the subdivision cell numbers exceeds the threshold Th2 in both the direction and the y direction, the long-distance mutual correspondence corresponding to the subdivision cell number difference calculated in step S320 is performed as in the first example. The applied force is referred from the lookup table.
第3実施形態の第2例では、小分割セル番号の差分の絶対値が閾値Th2以下のときにはルックアップテーブルを参照せずに実際に遠距離力を厳密計算するので、図13に示すように、小分割セル番号の差分の絶対値が閾値Th2未満に関しては、ルックアップテーブルの配列も不要になる。 In the second example of the third embodiment, when the absolute value of the difference between the subdivided cell numbers is equal to or smaller than the threshold Th2, the far-distance force is actually strictly calculated without referring to the lookup table. When the absolute value of the difference between the subdivided cell numbers is less than the threshold value Th2, the arrangement of the lookup table is not necessary.
<粒子挙動解析処理:第3実施形態の第3例>
図14〜図14Cは、第3実施形態の粒子挙動解析装置202における第3例の粒子挙動解析手法を説明する図である。ここで、図14〜図14Aは、第3実施形態の第3例の粒子挙動解析手法の処理手順を示すフローチャートである。図14に示す「その1」は、第3実施形態の第1例に対しての適用例であり、図14Aに示す「その2」は、第3実施形態の第2例に対しての適用例である。図14Bは、第3実施形態の第3例で使用するルックアップテーブルの一例を説明する図である。図14Cは、第3実施形態の第3例の特徴点を説明する図であり、第3実施形態の第1例に対しての適用例である図14に示す「その1」の場合で示している。
<Particle Behavior Analysis Processing: Third Example of Third Embodiment>
14 to 14C are diagrams for explaining a particle behavior analysis method of the third example in the particle behavior analysis device 202 of the third embodiment. Here, FIG. 14 to FIG. 14A are flowcharts showing the processing procedure of the particle behavior analysis method of the third example of the third embodiment. “No. 1” shown in FIG. 14 is an application example to the first example of the third embodiment, and “No. 2” shown in FIG. 14A is an application to the second example of the third embodiment. It is an example. FIG. 14B is a diagram illustrating an example of a lookup table used in the third example of the third embodiment. FIG. 14C is a diagram for explaining the feature point of the third example of the third embodiment, and shows the case of “No. 1” shown in FIG. 14 which is an application example to the first example of the third embodiment. ing.
第3実施形態の第3例は、小分割セル番号の差分のx(またはy)が正または負の何れか一方についてのみのルックアップテーブルを用意し、x方向およびy方向のそれぞれについて、解析対象の粒子対の小分割セル番号の差分x(またはy)の符号がルックアップテーブルの符号と同じであるか否かを判定し、異なる場合には符号を変えて正しい遠距離相互作用力として使用する。これは、第1例で使用するルックアップテーブルでは、x,yの絶対値が同じ場合、着目粒子に作用するx方向(またはy方向)の遠距離力は、x(またはy)が正であるときとx(またはy)が負であるときでは反対方向(つまり符号が逆)になるという点に着目したものである。以下、第1例や第2例との相違点に着目して、代表して図14について説明する。 In the third example of the third embodiment, a lookup table is prepared only for either positive or negative x (or y) of subdivided cell number differences, and analysis is performed for each of the x direction and the y direction. It is determined whether or not the sign of the difference x (or y) of the subdivided cell number of the target particle pair is the same as the sign of the look-up table. use. This is because, in the lookup table used in the first example, when the absolute values of x and y are the same, the long-distance force in the x direction (or y direction) acting on the target particle is positive in x (or y). Attention is focused on the fact that the direction is opposite (that is, the sign is reversed) when x (or y) is negative. Hereinafter, FIG. 14 will be described as a representative, focusing on the differences from the first example and the second example.
LUT取得部280は、粒子対のうちの着目粒子をx方向、y方向の原点においたときに、小分割セル番号のx方向の差分(xb−xa)とy方向の差分(yb−ya)について、他方の粒子が第1〜第4象限の何れかに存在するときで、小分割セル番号の差分におけるクーロン力や磁気力などの遠距離力を対応づけた遠距離相互作用力のルックアップテーブルを予め用意しておく(S311)。図14Bでは、他方の粒子が第1象限に存在するときのルックアップテーブルとしている。因みに、本例では「その1」のようにx方向とy方向を分けて記憶する必要はなく、「その2」のようにx方向とy方向を纏めて記憶してよい。
When the target particle of the particle pair is placed at the origin in the x direction and the y direction, the
接触力に関する処理をした後に、数値演算処理部234は、第1例と同様に、ステップS320で算出した小分割セル番号の差分に対応する遠距離相互作用力をルックアップテーブルから参照する(S352)。さらに、数値演算処理部234は、粒子対の内の着目粒子に対しての他方の粒子が存在する象限と、ルックアップテーブルの配列で採用している象限(本例では第1象限)を比較する(S354)。換言すると、小分割セル番号のx方向の差分の符号とルックアップテーブルの配列で採用している小分割セル番号のx方向の差分の符号を比較するとともに、小分割セル番号のy方向の差分の符号とルックアップテーブルの配列で採用している小分割セル番号のy方向の差分の符号を比較する。
After performing the process related to the contact force, the numerical
粒子対の内の着目粒子に対しての他方の粒子が存在する象限とルックアップテーブルの配列で採用している象限が異なる場合(S354−NO)、数値演算処理部234は、ルックアップテーブルから読み出した値について、象限の相違に応じて、x方向および/またはy方向の符号を変えて正しい遠距離力として取得する(S356)。換言すると、x方向の符号のみが異なる場合にはx方向についてのみ符号を変え、y方向の符号のみが異なる場合にはy方向についてのみ符号を変え、x方向およびy方向の符号が異なる場合にはx方向およびy方向について符号を変える。
When the quadrant used in the array of the lookup table is different from the quadrant in which the other particle with respect to the target particle in the particle pair is present (S354-NO), the numerical
たとえば、図14Cに示すように、粒子#1(差分は[7][5])は第1象限に存在するのでx方向およびy方向の符号を変更する必要はなく、粒子#2(差分は[−3][4])は第2象限に存在するのでx方向の符号のみを負に変更し、粒子#3(差分は[−6][−6])は第3象限に存在するのでx方向およびy方向の符号を負に変更し、粒子#4(差分は[4][−2])は第4象限に存在するのでy方向の符号のみを負に変更する。 For example, as shown in FIG. 14C, since particle # 1 (difference is [7] [5]) exists in the first quadrant, there is no need to change the signs in the x and y directions, and particle # 2 (difference is [-3] [4]) is in the second quadrant, so only the sign in the x direction is changed to negative, and particle # 3 (difference is [-6] [-6]) is in the third quadrant. The sign in the x direction and the y direction are changed to negative, and since the particle # 4 (difference is [4] [−2]) exists in the fourth quadrant, only the sign in the y direction is changed to negative.
第3実施形態の第3例では、第3実施形態の第1例や第2例に比べて、ルックアップテーブルの配列量が1/4で済み、必要になるメモリ数が削減される。 In the third example of the third embodiment, compared to the first example and the second example of the third embodiment, the arrangement amount of the lookup table is ¼, and the number of necessary memories is reduced.
<変形例>
第3実施形態の第3例の考え方は、小分割セルでなく粒子間距離を用いる場合においても適用し得る。この場合、粒子間距離だけを計算するのではなく、x、y方向それぞれ座標を(絶対値をとらずに)引算することで他方の粒子が着目粒子からみてどの象限に存在するかを求めることができるため、同様の考え方が適用できる。
<Modification>
The idea of the third example of the third embodiment can be applied even when the interparticle distance is used instead of the small divided cell. In this case, instead of calculating only the distance between particles, the coordinates in the x and y directions are subtracted (without taking absolute values) to determine in which quadrant the other particle is present from the particle of interest. The same idea can be applied.
つまり、第1実施形態では、粒子間距離のみに基づきルックアップテーブルを用意しているが、粒子間距離および着目粒子に対する他方の粒子が存在する位置に基づくx,y方向別のルックアップテーブにしてもよい。こうすることで、ルックアップテーブルの考え方は、概ね第3実施形態と似通ったものとなる。その場合、全象限について(つまり作用方向も加味して)各別に値を用意する第3実施形態(第1例)の手法や、1つの象限について値を用意しておき、参照後に方向を特定する第3実施形態(第3例)の手法の何れをも採り得る。 In other words, in the first embodiment, a lookup table is prepared based only on the interparticle distance, but the lookup table is divided into x and y directions based on the interparticle distance and the position where the other particle is present with respect to the target particle. May be. By doing so, the concept of the lookup table is substantially similar to that of the third embodiment. In that case, the method of the third embodiment (first example) in which values are prepared individually for all quadrants (that is, taking the action direction into consideration) and values are prepared for one quadrant, and the direction is specified after reference. Any of the methods of the third embodiment (third example) can be adopted.
第3実施形態(第3例)の手法を採る場合、テーブルを参照するときの参照基準になるのは、物体間距離(必ず正の値)で、参照された遠距離力の作用方向を決めるのに、x,y方向それぞれの座標の差分(正負どちらも取りうる)の符号を用いる。つまり、物体間距離がセル番号差分の絶対値に相当し、x,y方向それぞれの座標の差分がセル番号の差分に相当する。 When the method of the third embodiment (third example) is adopted, the reference standard for referring to the table is the distance between objects (which is always a positive value), and determines the action direction of the referenced long-distance force. The sign of the difference between the coordinates in the x and y directions (which can be positive or negative) is used. That is, the inter-object distance corresponds to the absolute value of the cell number difference, and the coordinate difference between the x and y directions corresponds to the cell number difference.
<粒子挙動解析処理:第3実施形態の第4例>
図15〜図15Cは、第3実施形態の粒子挙動解析装置202における第4例の粒子挙動解析手法を説明する図である。ここで、図15〜図15Bは、粒子間の遠距離力の計算負荷を低減する第3実施形態の第4例の粒子挙動解析手法の処理手順を示すフローチャートである。図15Cは、第3実施形態の第4例におけるルックアップテーブルの生成手法を説明する図である。
<Particle Behavior Analysis Processing: Fourth Example of Third Embodiment>
FIGS. 15 to 15C are diagrams illustrating a particle behavior analysis method of the fourth example in the particle behavior analysis device 202 of the third embodiment. Here, FIG. 15 to FIG. 15B are flowcharts showing a processing procedure of the particle behavior analysis method of the fourth example of the third embodiment for reducing the calculation load of the long-distance force between particles. FIG. 15C is a diagram illustrating a lookup table generation method according to the fourth example of the third embodiment.
第3実施形態の第4例は、第3実施形態の仕組みに、解析中にルックアップテーブルを生成する第2実施形態の仕組みを適用するものであり、図15に示す「その1」は第3実施形態の第1例、図15Aに示す「その2」は第3実施形態の第2例、図15Bに示す「その3」は第3実施形態の第3例(閾値Th2との比較処理あり)への適用例で示している。
The fourth example of the third embodiment applies the mechanism of the second embodiment that generates a lookup table during analysis to the mechanism of the third embodiment, and “
粒子挙動解析装置202の構成例については図示を割愛するが、領域分割部264を備える第3実施形態の構成において、たとえば、第2実施形態と同様に、LUT生成部282を副粒子挙動解析装置202b側に備えるように構成すればよい。
Although the illustration of the configuration example of the particle behavior analysis device 202 is omitted, in the configuration of the third embodiment including the
以下、第1例や第2例や第3例との相違点に着目して、代表して図15Bについて説明する。因みに、ルックアップテーブルは、第1象限での値で記憶する場合で説明する。 Hereinafter, FIG. 15B will be described as a representative, focusing on the differences from the first example, the second example, and the third example. Incidentally, the case where the lookup table is stored as a value in the first quadrant will be described.
第3実施形態の第4例では、第2実施形態と同様に、ルックアップテーブルのデータ記憶部238への記憶を物体挙動の解析を行なう前に予め行なわず、解析中に初めて出現した小分割セル番号の差分となる粒子対(物体ペア)に対しては遠距離相互作用力を計算するとともにその値をルックアップテーブルに記憶し、解析中に2回目以降に出現した小分割セル番号の差分に対してはルックアップテーブルに記憶された値から遠距離相互作用力を参照する点に特徴がある。
In the fourth example of the third embodiment, as in the second embodiment, the subdivision that appears for the first time during the analysis is not performed before the object behavior is analyzed in advance in the
このため、第3実施形態の第4例では、解析過程でルックアップテーブルを生成していくので、第1例、第2例のステップS310や第3例のステップS311はなく、接触力に関する処理をした後に、粒子間距離が解析中に初めて出現したものであるか否かを判定する。 For this reason, in the fourth example of the third embodiment, the lookup table is generated in the analysis process, so there is no step S310 in the first example, the second example, or step S311 in the third example, and the process related to the contact force It is determined whether or not the interparticle distance appears for the first time during the analysis.
接触力に関する処理や閾値Th2との比較処理の後に、数値演算処理部234は、小分割セル番号の差分x,yの絶対値が閾値Th2を超える場合は(S330−NO)、小分割セル番号の差分x,yの情報をLUT生成部282に通知してルックアップテーブルの生成を指示する。LUT生成部282は、その小分割セル番号の差分x,yに対する遠距離力がルックアップテーブルに存在するか否かを判定する(S334)。本例では、第1〜第4象限の何れか1つでルックアップテーブルを作成するので、小分割セル番号の差分x,yの絶対値同士が同じものの有無で判定すればよい。
After the process related to the contact force and the comparison process with the threshold value Th2, the numerical
小分割セル番号の差分x,yに対応する遠距離力F[x][y]がルックアップテーブルに存在するとき、LUT生成部282はその旨を数値演算処理部234に通知する。数値演算処理部234は、第3実施形態の第1例〜第3例と同様に、ステップS320で算出した小分割セル番号の差分x,yに対応する遠距離力F[x][y]をルックアップテーブルから参照する(S334−YES,S352)。
When the long-distance force F [x] [y] corresponding to the subdivision cell number difference x, y exists in the lookup table, the
小分割セル番号の差分に対応する遠距離力F[x][y]がルックアップテーブルに存在しないとき(S334−NO)、LUT生成部282は小分割セル番号の差分x,yでの遠距離力の計算を数値演算処理部234に指示する。数値演算処理部234は、その小分割セル番号の差分x,yでの遠距離力F[x][y]を計算しその値を遠距離相互作用力とするとともに、LUT生成部282に通知する(S335)。LUT生成部282は、数値演算処理部234から通知された遠距離力F[x][y]をルックアップテーブルの小分割セル番号の差分x,yの配列位置の値(Fq[x][y])として記憶する(S338)。
When the long-distance force F [x] [y] corresponding to the difference between the subdivided cell numbers does not exist in the lookup table (S334-NO), the
このとき、「その3」では、LUT生成部282は、ルックアップテーブルを第1〜第4象限の何れで作成するかを考慮してFq[x][y]の符号を調整する(S337)。たとえば、第1象限用の場合はx方向は「正」の値でy方向も「正」の値、第2象限用の場合はx方向は「負」の値でy方向は「正」の値、第3象限用の場合はx方向は「負」の値でy方向も「負」の値、第4象限用の場合はx方向は「正」の値でy方向は「負」の値とする。「その1」や「その2」ではこの符号調整は不要である。
At this time, in “No. 3”, the
ここで、粒子間距離rの代用値として各粒子の中心間距離での遠距離力を計算し、その値をルックアップテーブルの小分割セル番号の差分x,yの遠距離力F[x][y]として記憶するよりも、各粒子が格納されている小分割セルの重心座標間の距離(セルの中心同士の距離)での遠距離力を計算し、その値をルックアップテーブルの小分割セル番号の差分の遠距離力F[x][y]に記憶する方が好ましい。つまり、その時点の小分割セル番号の差分に対応する遠距離相互作用力のルックアップテーブルが作成されていない場合は、ルックアップテーブルの配列の小分割セル番号の差分を規定するセルの中心同士の距離を粒子間距離として用いて従来通りの方法で遠距離相互作用力を計算し、その値をルックアップテーブルとして記憶するのがよい。 Here, the far-field force at the center-to-center distance of each particle is calculated as a substitute value for the inter-particle distance r, and the far-field force F [x] of the difference x, y between the subdivision cell numbers in the lookup table is calculated. Rather than storing it as [y], it calculates the long-distance force at the distance between the barycentric coordinates of the subdivided cells in which each particle is stored (the distance between the centers of the cells), and calculates the value in the lookup table It is preferable to store the far-distance force F [x] [y] as the difference between the divided cell numbers. That is, if the long-distance interaction force lookup table corresponding to the difference in the subdivision cell number at that time has not been created, the cell centers defining the subdivision cell number difference in the look-up table array It is preferable to calculate the long-range interaction force by a conventional method using the distance between the particles as a distance between particles and store the value as a lookup table.
これは、図15Cに示すように、第3実施形態では基本的には粒子間距離を計算せずに解析対象粒子(その中心)が存在する小分割セル番号を特定することで解析対象粒子の大まかな位置を特定する点と、実際の(その時点の)粒子間距離rそのもので遠距離力を計算すると、最悪のケースでは、セルの両端(近い方同士や遠い方同士)に該当する粒子間距離で小分割セル番号の差分での遠距離力を代表することになることを避けるためである。粒子間距離以外の粒子の物性値としてはその時点の値を使うが、小分割セル番号の差分に相当する粒子間距離に関してはルックアップテーブルの配列の小分割セル番号の差分に対応するセルの中心同士の距離を使うことで、より適切なルックアップテーブルとするのである。 As shown in FIG. 15C, in the third embodiment, basically, the interparticle distance is not calculated, and the subdivided cell number in which the analysis target particle (the center thereof) exists is specified, thereby identifying the analysis target particle. In the worst case, if the far-field force is calculated based on the point where the approximate position is specified and the actual (current) inter-particle distance r itself, the particles corresponding to both ends of the cell (closer or farther) This is to avoid representing the long-distance force due to the difference between the subdivision cell numbers in the inter-distance. As the physical property value of the particle other than the interparticle distance, the value at that time is used, but regarding the interparticle distance corresponding to the difference in the subdivided cell numbers, the cell corresponding to the subdivided cell number difference in the lookup table array is used. By using the distance between the centers, a more appropriate lookup table is obtained.
第3実施形態の第4例の手法は、第2実施形態と同様に、解析過程でルックアップテーブルを完成させていくので、解析過程で現われない小分割セル番号の差分についてのメモリが不要になる。ルックアップテーブルに必要になる配列数が少なくて済み、解析に必要なメモリ数の削減が期待される。すなわち、解析過程で現われない小分割セル番号の差分が事前に予想される場合は、その分だけルックアップテーブルに用意するメモリを少なくしてよい。 As in the second embodiment, the fourth example method of the third embodiment completes the look-up table in the analysis process, so that it is not necessary to have a memory for subdivided cell number differences that do not appear in the analysis process. Become. The number of arrays required for the lookup table is small, and the number of memories required for analysis is expected to be reduced. That is, if a difference in subdivided cell numbers that does not appear in the analysis process is predicted in advance, the memory prepared in the lookup table may be reduced accordingly.
なお、第2実施形態の第3例で説明したことから推測されるように、第3実施形態の第4例では、ルックアップテーブルに必要になる配列数が少なくて済むが、想定では現われない小分割セル番号の差分としていたものが解析過程で現われる場合、メモリ不足で破綻を来たす虞れがある。この対処のため、図示しないが、第2実施形態の第3例のように、メモリ不足で破綻を来たす虞れを解消する仕組みを適用するとよい。 As can be inferred from the description in the third example of the second embodiment, in the fourth example of the third embodiment, the number of arrays required for the lookup table is small, but this does not appear in the assumption. If the difference between the subdivided cell numbers appears in the analysis process, there is a risk of failure due to insufficient memory. In order to deal with this, although not shown in the figure, a mechanism that eliminates the possibility of failure due to a memory shortage may be applied as in the third example of the second embodiment.
以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で前記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various changes or improvements can be added to the above-described embodiment without departing from the gist of the invention, and embodiments to which such changes or improvements are added are also included in the technical scope of the present invention.
また、前記の実施形態は、クレーム(請求項)にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 Further, the above embodiments do not limit the invention according to the claims (claims), and all combinations of features described in the embodiments are not necessarily essential to the solution means of the invention. Absent. The embodiments described above include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. Even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, as long as an effect is obtained, a configuration from which these some constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.
たとえば、前記実施形態は、情報処理装置が適用される具体例として粒子挙動解析装置を例に説明するとともに、解析対象粒子が存在する装置としてはトナー粒子のみやキャリア粒子とトナー粒子からなる現像剤を用いる電子写真方式による画像形成装置を例に説明したが、これは一例に過ぎない。 For example, in the above-described embodiment, a particle behavior analysis apparatus is described as an example to which the information processing apparatus is applied. As an apparatus in which the analysis target particle exists, a developer including only toner particles or carrier particles and toner particles is used. Although an example of an electrophotographic image forming apparatus using the above has been described, this is only an example.
また、粒子挙動解析は、画像形成装置の現像装置における攪拌プロセスや現像プロセスへの適用に限定されない。たとえば、電子写真方式の転写装置における転写プロセスや、クリーニング装置における清掃プロセスにも適用してよい。また、粒子種や作用力を問わず、あらゆる粒子(粉体)を取り扱うシステムのシミュレーションにも同様に適用してよい。電子写真方式以外では、岩石などの落石シミュレーション、ホッパー内の粉の流動シミュレーション、製薬用製剤装置内の粉末体の流動シミュレーションなどへ適用してもよい。 Further, the particle behavior analysis is not limited to application to a stirring process or a developing process in the developing device of the image forming apparatus. For example, the present invention may be applied to a transfer process in an electrophotographic transfer device and a cleaning process in a cleaning device. Moreover, you may apply similarly to the simulation of the system which handles all particle | grains (powder) irrespective of a particle | grain kind and action force. Other than the electrophotographic method, the present invention may be applied to rock fall simulation of rocks, powder flow simulation in a hopper, powder flow simulation in a pharmaceutical preparation device, and the like.
1…画像形成装置、20…帯電装置、30…露光装置、40…現像装置、50…転写装置、60…クリーニング装置、70…定着装置、102…現像剤粒子、200…粒子挙動解析システム、202…粒子挙動解析装置、202a…主粒子挙動解析装置、202b…副粒子挙動解析装置、208…ネットワーク管理装置、209…ネットワーク、210…指示入力装置、212…表示装置、220…データ入力部、230…データ処理部、232…データ受付部、234…数値演算処理部(粒子挙動計算部)、236…出力データ処理部、238…データ記憶部、240…情報提示部、250…分割処理部、250a…解析負荷分散処理部、260…移動粒子判定部、262…移動粒子特定部、264…領域分割部、266…閾値設定受付部、280…LUT取得部、282…LUT生成部、286…LUT受付部、290…行方向処理結果出力処理部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
解析対象の粒子対の粒子間距離における遠距離相互作用力を、前記記憶部に記憶されている情報を参照して特定することで、粒子の挙動を計算する粒子挙動計算部と、
を備えた粒子挙動解析装置。 A storage unit that stores correspondence information in which each inter-particle distance is associated with a long-range interaction force acting on a particle pair at each inter-particle distance;
A particle behavior calculation unit that calculates the behavior of the particles by specifying the long-range interaction force in the interparticle distance of the particle pair to be analyzed with reference to the information stored in the storage unit; and
Particle behavior analysis device equipped with.
請求項1に記載の粒子挙動解析装置。 When there are a plurality of types of long-range interaction forces to be analyzed, the storage unit corresponds to each inter-particle distance and a total value of long-range interaction forces acting on particle pairs at the inter-particle distance. The particle behavior analysis device according to claim 1, wherein the attached correspondence information is stored.
請求項1または2に記載の粒子挙動解析装置。 The particle behavior analysis apparatus according to claim 1, wherein the storage unit stores the correspondence information separately for each combination of particle types constituting the particle pair when there are a plurality of types of particles to be analyzed.
前記粒子挙動計算部は、解析対象の粒子対の粒子間距離が前記閾値未満のときは遠距離相互作用力を計算し、解析対象の粒子対の粒子間距離が前記閾値以上のときは前記記憶部に記憶されている情報を参照して遠距離相互作用力を特定する
請求項1〜3の内の何れか一項に記載の粒子挙動解析装置。 The storage unit stores the correspondence information regarding a distance between particles that is equal to or greater than a predetermined threshold,
The particle behavior calculation unit calculates a long-range interaction force when the interparticle distance of the particle pair to be analyzed is less than the threshold value, and stores the memory when the interparticle distance of the particle pair to be analyzed is equal to or greater than the threshold value. The particle behavior analysis device according to any one of claims 1 to 3, wherein a long-range interaction force is specified with reference to information stored in the unit.
前記記憶部および粒子挙動計算部は、解析対象の粒子対の各粒子が存在するそれぞれの領域の番号の差分を前記粒子間距離として代用する
請求項1〜4の内の何れか一項に記載の粒子挙動解析装置。 A region dividing unit that divides the analysis target region into a plurality of regions and gives a number indicating the position of each region,
The storage unit and the particle behavior calculation unit substitute the difference in the number of each region in which each particle of the particle pair to be analyzed exists as the interparticle distance, according to any one of claims 1 to 4. Particle behavior analyzer.
前記粒子挙動計算部は、解析対象の粒子対の前記領域の番号の差分の符号が前記記憶部に記憶されている前記対応情報における前記差分の符号と異なる場合には、前記記憶部から参照した前記対応情報の符号を反転して使用する
請求項5に記載の粒子挙動解析装置。 The storage unit stores the correspondence information regarding one of a positive value and a negative value of a difference in the number of the area,
When the sign of the difference in the number of the region of the particle pair to be analyzed is different from the sign of the difference in the correspondence information stored in the storage unit, the particle behavior calculation unit refers to the storage unit. The particle behavior analysis apparatus according to claim 5, wherein the sign of the correspondence information is inverted and used.
前記対応情報生成部は、解析過程において、解析対象の粒子対の粒子間距離に対応する前記記憶部の配列位置に遠距離相互作用力が記憶されていないとき、その粒子間距離に対応する前記粒子挙動計算部で計算された遠距離相互作用力を、その粒子間距離に対応する前記記憶部の配列位置に記憶させる
請求項1〜6の内の何れか一項に記載の粒子挙動解析装置。 A correspondence information generation unit that generates the correspondence information in an analysis process and stores the correspondence information in the storage unit;
In the analysis process, when the long-range interaction force is not stored in the arrangement position of the storage unit corresponding to the interparticle distance of the particle pair to be analyzed in the analysis process, the correspondence information generation unit corresponds to the interparticle distance. The particle behavior analysis apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the long-range interaction force calculated by the particle behavior calculation unit is stored in an array position of the storage unit corresponding to the inter-particle distance. .
請求項7に記載の粒子挙動解析装置。 The particle behavior analysis device according to claim 7, wherein when the storage capacity becomes insufficient, the storage unit discards those having a low reference frequency.
して電子計算機を機能させるプログラム。 Stores correspondence information in which the long-range interaction force at the inter-particle distance of the particle pair to be analyzed is associated with each inter-particle distance and the long-range interaction force acting on the particle pair at each inter-particle distance. A program that causes an electronic computer to function as a particle behavior calculator that calculates the behavior of particles by specifying the corresponding information stored in the storage unit.
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