JP2021105973A - 設計支援装置、方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】解析対象物に対応する３次元の設計モデルを使用して解析対象物の解析を行う際に、精度の高い解析が可能な設計支援装置、方法及びプログラムを提供する。【解決手段】プロセッサにより解析対象物の設計支援を行う設計支援装置である。プロセッサは、解析対象物に対応する３次元の設計モデルを取得し、設計モデル上の複数の被測定部位を示す第１座標群を設定し、設計モデルと第１座標群とに基づいて設計モデルを有限個の要素に分割するメッシュであって、第１節点群を有するメッシュを作成し、第１節点群のうち、第１座標群により設定される基準に対する誤差が閾値未満の複数の節点を、複数の被測定節点として特定し、作成されたメッシュを用いて解析対象物の有限要素解析を行い、有限要素解析により得られる、第１節点群に対応する第２節点群のうち、特定された複数の被測定節点に対応する第２節点群の座標を取得する制御を行う。【選択図】 図６

Description

本発明は設計支援装置、方法及びプログラムに係り、特に解析対象物に対応する３次元の設計モデルを使用し、解析対象物のシミュレーションによる形状予測結果を、設計者が設定した公差と簡便に精度よく比較するための技術に関する。

例えば、射出成形品を解析対象物とする場合、射出成形品に対応する３次元の設計モデルを使用し、射出成形の樹脂流動解析を行うことで、射出成形品を生産する金型を作製する前に、最適な成形条件、寸法精度及び射出成形にかかるウエルドラインを事前に予測することができる。

また、解析対象物の形状解析結果の寸法精度やソリ量を解析することで、最適条件や最適形状の絞り込みも可能である。

従来、この種の解析対象物の設計を支援するために、解析対象物について有限要素解析を行う設計支援装置が提案されている（特許文献１）。

特許文献１に記載の設計支援装置は、解析対象物に対応するＣＡＤ（computer-aided design）形状データに基づく表示が行われている状態で、作業者の操作指示に応じて、その解析対象物の任意の線分又は点を選択し、選択した線分に対応する有限要素である梁要素データ又は点に対応する有限要素である節点データを生成し、これら梁要素データ又は節点データに基づいて、選択した線分又は点における有限要素解析を行う。

特開２００６−１７８７６５号公報

本開示の技術に係る一つの実施形態は、解析対象物に対応する３次元の設計モデルを使用して解析対象物の解析を行う際に、精度の高い解析が可能な設計支援装置、方法及びプログラムを提供する。

第１態様に係る発明は、プロセッサと、プログラムを記憶するメモリとを備え、プログラムの実行によりプロセッサが解析対象物の設計支援を行う設計支援装置であって、プロセッサは、解析対象物に対応する３次元の設計モデルを取得し、設計モデル上の被測定部位を示す第１座標群を設定し、設計モデルと第１座標群とに基づいて設計モデルを有限個の要素に分割する計算格子であって、第１節点群を有する計算格子を作成し、第１節点群のうち、第１座標群により設定される基準に対する誤差が閾値未満の複数の節点を、複数の被測定節点として特定し、作成された計算格子を用いて解析対象物の有限要素解析を行い、有限要素解析により得られる、第１節点群に対応する第２節点群のうち、特定された複数の被測定節点に対応する第２節点群の座標を取得する制御を行う。

本発明の第２態様に係る設計支援装置において、基準は、第１座標群の各座標を通る直線又は曲線、もしくは第１座標群の各座標であることが好ましい。

本発明の第３態様に係る設計支援装置において、メモリは、解析対象物の被測定部位の測定形状データ構造体を記憶し、プロセッサは、測定形状データ構造体に基づいて第１座標群を作成し、作成した第１座標群を設計モデル上の複数の被測定部位として設定する制御を行うことが好ましい。

本発明の第４態様に係る設計支援装置において、測定形状データ構造体は、測定形状要素が円の場合、円の半径又は直径、円の中心座標、及び円周の分割数であることが好ましい。

本発明の第５態様に係る設計支援装置において、第１座標群を、測定形状要素が、ｘｙｚ座標空間のｚ座標がz0のｘｙ座標平面に存在する、半径（ｒ）、中心座標（0,0,z0)の円の場合の測定形状データ構造体に基づいて作成されたものとし、ｘｙ座標平面の円に対する半径方向及びｚ軸方向の閾値を、それぞれ閾値（R_err）とし、複数の被測定節点の座標を（m_xi,m_yi,m_zi）とすると、
プロセッサは、次式、
［数１］
（ｒ−R_err^）２＜m_xi^２＋m_yi^２＜（ｒ＋R_err）^２
かつ
（z0−R_err）＜m_zi＜（z0＋R_err）
を満たす複数の被測定節点を特定する制御を行うことが好ましい。

本発明の第６態様に係る設計支援装置において、測定形状データ構造体は、測定形状要素が直線の場合、直線の始点座標、直線のベクトル、及び直線の分割数、又は直線の始点座標、終点座標、及び直線の分割数であることが好ましい。

本発明の第７態様に係る設計支援装置において、第１座標群を、測定形状要素が、ｘｙｚ座標空間に存在する直線の場合の測定形状データ構造体に基づいて作成されたものとし、基準に対する誤差を、ｘｙｚ座標空間における直線に対する最短距離の方向の誤差とすると、複数の被測定節点として特定するステップは、被測定節点と直線との最短距離が閾値未満になる複数の被測定節点を特定する制御を行うことが好ましい。

本発明の第８態様に係る設計支援装置において、測定形状データ構造体は、測定形状要素が円筒の場合、円の半径又は直径、円の中心座標、円周の分割数、及び、円柱の中心軸方向の軸の分割数であることが好ましい。

本発明の第９態様に係る設計支援装置において、閾値は、第１節点群の間の距離のうちの最も小さい距離よりも小さい値であることが好ましい。

本発明の第１０態様に係る設計支援装置において、第１節点群の各節点と、第２節点群の各節点とは節点番号により対応づけられており、第２節点群の座標を取得するステップは、複数の被測定節点に対応する第２節点群を節点番号に基づいて特定し、特定した第２節点群の座標を取得する制御を行うことが好ましい。

本発明の第１１態様に係る設計支援装置において、プロセッサは、特定した第２節点群の座標に基づいて、設計モデルの有限要素解析により得られる変形後の形状の幾何形状解析の制御を行うことが好ましい。

本発明の第１２態様に係る設計支援装置において、プロセッサは、第１節点群のうち被測定節点として特定されない節点については、節点がないものとして幾何形状解析の制御を行うことが好ましい。

本発明の第１３態様に係る設計支援装置において、プロセッサは、特定した第２節点群からそれぞれ特定の点及び面を計算し、計算した特定の点及び面を用いて、直交３軸のうちの２軸が面に配置され、残りの１軸が点を通る面に垂直になる座標系を設定し、特定した第２節点群の座標の全部又は一部を、設定した座標系の座標に座標変換し、座標変換した特定した第２節点群の座標に基づいて幾何形状解析の制御を行うことが好ましい。

本発明の第１４態様に係る設計支援装置において、プロセッサは、幾何形状解析の解析結果を出力する制御を行うことが好ましい。

本発明の第１５態様に係る設計支援装置において、解析対象物の有限要素解析は、有限要素法による樹脂流動解析であることが好ましい。

第１６態様に係る発明は、プロセッサにより解析対象物の設計支援を行う設計支援方法であって、プロセッサの各処理は、解析対象物に対応する３次元の設計モデルを取得する制御を行うステップと、設計モデル上の被測定部位を示す第１座標群を設定する制御を行うステップと、設計モデルと第１座標群とに基づいて設計モデルを有限個の要素に分割する計算格子であって、第１節点群を有する計算格子を作成する制御を行うステップと、第１節点群のうち、第１座標群により設定される基準に対する誤差が閾値未満の複数の節点を、複数の被測定節点として特定する制御を行うステップと、作成された計算格子を用いて解析対象物の有限要素解析の制御を行うステップと、有限要素解析により得られる、第１節点群に対応する第２節点群のうち、特定された複数の被測定節点に対応する第２節点群の座標を取得する制御を行うステップと、を含む。

第１７態様に係る発明は、解析対象物の設計支援を行う方法をコンピュータに実行させる設計支援プログラムであって、方法は、解析対象物に対応する３次元の設計モデルを取得するステップと、設計モデル上の被測定部位を示す第１座標群を設定するステップと、設計モデルと第１座標群とに基づいて設計モデルを有限個の要素に分割する計算格子であって、第１節点群を有する計算格子を作成するステップと、第１節点群のうち、第１座標群により設定される基準に対する誤差が閾値未満の複数の節点を、複数の被測定節点として特定するステップと、作成された計算格子を用いて解析対象物の有限要素解析を行うステップと、有限要素解析により得られる、第１節点群に対応する第２節点群のうち、特定された複数の被測定節点に対応する第２節点群の座標を取得するステップと、を含む。

本発明によれば、解析対象物に対応する３次元の設計モデルを使用して解析対象物の解析を行う際に、精度の高い解析が可能である。

図１は、本発明に係る設計支援装置の第１の特徴部分を示す図である。 図２は、円筒状の解析対象物の円筒度等を測定する様子を示す図である。 図３は、図１に示した解析対象物の３次元モデルに対して作成される、第１節点群を有するメッシュを示すイメージ図である。 図４は、第１座標群に対して第１節点群がずれる様子を示す図である。 図５は、本発明に係る設計支援装置の実施形態を示すブロック図である。 図６は、本発明に係る設計支援方法の第１実施形態を示すフローチャートである。 図７は、測定形状データ構造体ＳのS_１,S_２,…から計算された第１座標群（GrA）（GrA∈A_１,A_２,…）を示す図表である。 図８は、第１節点群（GrM）を示す図表である。 図９は、第２節点群（Gr_After_M）を示す図表である。 図１０は、複数の被測定節点に対応する第２節点群(GrN_S)の節点番号及び座標の一例を示す図表である。 図１１は、本発明に係る設計支援方法の第２実施形態を示すフローチャートである。 図１２は、本発明に係る設計支援方法の第３実施形態を示すフローチャートである。

以下、添付図面に従って本発明に係る設計支援装置、方法及びプログラムの好ましい実施形態について説明する。

＜本発明の概要＞
例えば、樹脂成形品の形状は、強度確保のためのリブや、位置決めするためのボス等の複数の凹凸が存在するために、成形品の形状は金型とは一致しない。そのため、事前に流動解析による形状解析を実施し、未然に問題点を解決する。

しかし、一般的な樹脂流動解析（moldflow,Timon3D(three dimensions),Moldex3D等）は、形状変位のコンター表示、簡便な距離測定、角度、円測定などはできるものの、通常、図面に記載される幾何形状関係（例えば、円筒度、同芯度、位置度、平面度、垂直度、真円度等）は算出されない。

本発明は、有限要素解析ソフトウェア（例えば、樹脂流動解析ソフトウェア）を含み、又は連携することが可能であり、幾何形状関係を正確に算出することができる設計支援方法、装置及びプログラムを提供する。

図１は、本発明に係る設計支援装置の第１の特徴部分を示す図である。

まず、解析対象物に対応する３次元の設計モデルに対して、直接測定したい複数の点（被測定部位）を示す第１座標群（GrA）を設定する。

メッシュ作成ソフトウェアは、設計モデルと第１座標群（GrA）とに基づいて設計モデルを有限個の要素に分割する計算格子（メッシュ）であって、第１節点群（GrM）を有するメッシュを作成する。ここで、メッシュ作成ソフトウェアは、○印で示した第１座標群（GrA）がそれぞれ節点にくるように、第１節点群（GrM）を有するメッシュを自動で作成する。

このようにメッシュを作成することで、直接測定したい複数の点、又はそれに近い点が有限要素解析されることになり、幾何形状を計算する場合に、より精度の高い幾何形状の算出が可能になる。

図２は、円筒状の解析対象物２の円筒度等を測定する様子を示す図である。

円筒度は、幾何学的に正しい円筒からの誤差の大きさをいい、例えば、３次元測定機のプローブ４を解析対象物２の同じ高さの外周面に接触させ、外周の複数点の座標を測定し、測定した座標に基づいて演算する。

図３は、図１に示した解析対象物２の３次元モデル２−１に対して作成される、第１節点群（GrM）を有するメッシュを示すイメージ図である。

図３に示すメッシュは、円筒状の３次元モデル２−１の被測定部位（外周面の同じ高さ）の節点が含まれるように作成される。

ところで、メッシュ作成ソフトウェアは、設計モデルに対して設定した被測定部位を示す第１座標群（GrA）の各座標と１００％一致する、各節点を含む第１節点群（GrM）を有するメッシュを作成することが通常できない。第１座標群（GrA）と第１節点群（GrM）とは、小数点以下の桁や数値の精度が異なるためである。

図４は、第１座標群に対して第１節点群がずれる様子を示す図である。

いま、図４に示す点線で示す同心円上に、設計モデルに対して設定した被測定部位を示す第１座標群（GrA）を設定するものとする。

この場合、メッシュ作成ソフトウェアは、第１座標群（GrA）がメッシュの節点になるようにメッシュを作成するが、図４に示す例では、節点Ａは、同心円上に設定されるべき節点Ｂから大きくずれて作成されている。

このように大きくずれた節点Ｂを含む第１節点群（GrM）を有するメッシュを用いて解析対象物の有限要素解析を行うと、有限要素解析により得られる第１節点群に対応する変形後の節点群（第２節点群）のうちの、第１座標群（GrA）に対応する第２節点群の座標は、直接測定したい複数の点の座標から大きくずれた座標を含むことになり、高精度な幾何形状の計算ができなくなる。

そこで、本発明は、メッシュの第１節点群（GrM）のうち、誤差が閾値未満の複数の節点を、複数の被測定節点として特定する。即ち、閾値以上の誤差を有する節点（図４の場合には、節点Ａ）は、第１座標群（GrA）に対応する第２節点群の中から除外する。

そして、有限要素解析により得られる、第１節点群（GrM）に対応する第２節点群のうち、特定された複数の被測定節点に対応する第２節点群の座標を取得する。

［設計支援装置の実施形態］
図５は、本発明に係る設計支援装置の実施形態を示すブロック図である。

図５に示す設計支援装置１は、コンピュータにより構成することができ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０、ＲＡＭ（(Random Access Memory)２０、操作部３０、ディスプレイ４０、記憶部５０、及び入出力インターフェース６０から構成される。

ＣＰＵ１０は、ＲＡＭ２０を作業領域とし、記憶部５０に記憶された各種のプログラム、ソフトウェアを実行するとともに、データを使用することで本装置の各種の処理を実行する。尚、ＣＰＵ１０による処理の詳細については後述する。

操作部３０は、キーボード、マウス等を含み、ユーザの操作により各種の情報を入力する部分である。

ディスプレイ４０は、操作部３０での操作に必要な画面を表示し、ＧＵＩ（Graphical User Interface）を実現する部分として機能し、また、３次元の設計モデル、あるいは３次元の設計モデルに基づく幾何形状解析の解析結果等を表示する。

記憶部５０は、ハードディスク装置、大容量の不揮発性メモリ（例えば、フラッシュＲＯＭ）等から構成され、設計支援プログラム５１、３次元の設計モデル５４、幾何形状解析ソフトウェア５５、測定形状データ構造体Ｓ、及びオペレーションシステム（図示せず）等を記憶する。尚、設計支援プログラム５１は、メッシュ作成ソフトウェア５２、有限要素解析ソフトウェア５３を含むが、設計支援プログラム５１とは別のメッシュ作成ソフトウェア、有限要素解析ソフトウェアと連携するものでもよい。

３次元の設計モデル５４は、３次元ＣＡＤ（computer-aided design）などを用いてデザインされた３次元形状を有する製品（例えば、樹脂成形品等の解析対象物）の３次元モデルであり、外部機器から入出力インターフェース６０を介して記憶部５０に保存される。

測定形状データ構造体Ｓ（＝S_１,S_２,…,S_ｎ）は、設計モデル上の幾何形状を検証したい被測定部位を示す座標群（第１座標群）を設定するために準備されたものであり、測定形状データ構造体Ｓには、円や直線などの測定形状要素が入っている。

メッシュ作成ソフトウェア５２は、３次元の設計モデル５４と、測定形状データ構造体Ｓを使用して設定された第１座標群（GrA）とに基づいて、設計モデル５４を有限個の要素に分割するメッシュを作成する。第１座標群（GrA）は、設計モデル５４上の被測定部位を示す。メッシュ作成ソフトウェア５２は、多数のメッシュ節点（第１節点群（GrM））を有するメッシュを作成するが、メッシュの作成に当たって、被測定点（第１座標群（GrA））が第１節点群（GrM）の各メッシュ節点に位置するようにメッシュを作成し、被測定点以外のメッシュ節点は、メッシュ作成ソフトウェア５２（メッシャー）の設定に準じる。

有限要素解析ソフトウェア５３は、メッシュ作成ソフトウェア５２により作成されたメッシュを用いて解析対象物の有限要素解析を行う。例えば、解析対象物が樹脂成形品の場合、有限要素解析ソフトウェア５３として樹脂流動解析ソフトウェアが適用され、有限要素法（もしくは有限体積法）による流動解析を行う。この樹脂流動解析により、メッシュの第１節点群（GrM）の変位が求められ、解析後の変形座標を有する第１節点群（GrM）に対応する節点群（第２節点群（Gr_After_M））を算出することができる。

本例のＣＰＵ１０、ＲＡＭ２０及び記憶部５０はプロセッサを構成し、プロセッサは、以下に示す各種の処理の制御を行う。

［設計支援方法の第１実施形態］
図６は、本発明に係る設計支援方法の第１実施形態を示すフローチャートである。

図６において、プロセッサは、解析対象物の３次元の設計モデル５４を記憶部５０から取得する（ステップＳ１０）。尚、設計モデル５４は、記憶部５０に記憶されたものに限らず、入出力インターフェース６０を介して外部機器から取得したものでもよい。

続いて、設計モデル５４上の被測定部位を示す第１座標群（GrA）を設定する（ステップＳ１２）。

＜第１座標群（GrA）の設定＞
ステップＳ１２において、ユーザは、予め準備された解析対象物の被測定部位の測定形状データ構造体Ｓ（＝S_１,S_２,…,S_ｎ）から所望の測定形状データ構造体を選択し、選択した測定形状データ構造体に対して必要な数値を入力する。

測定形状データ構造体Ｓは、測定形状要素が円の場合、円の半径又は直径、円の中心座標、及び円周の分割数である。ユーザは、円の測定形状データ構造体Ｓを選択した場合、その円の半径又は直径を示す数値、円の中心座標（設計モデル上の３次元座標）、及び円周の分割数を示す数値を入力する。

測定形状データ構造体Ｓは、測定形状要素が直線の場合、直線の始点座標、直線のベクトル、及び直線の分割数、又は直線の始点座標、終点座標、及び直線の分割数である。ユーザは、直線の測定形状データ構造体Ｓを選択した場合、その直線の始点座標（設計モデル上の３次元座標）、直線のベクトル（設計モデル上の３次元座標における直線の方向と長さ）を示すベクトルデータ、及び直線の分割数を示す数値を入力する。

測定形状データ構造体Ｓは、測定形状要素が円筒の場合、円の半径又は直径、円周の分割数、円柱の中心軸の始点座標、終点座標、及び中心軸の分割数である。ユーザは、円筒の測定形状データ構造体Ｓを選択した場合、その円筒の円の半径又は直径を示す数値、円周の分割数を示す数値、円柱の中心軸の始点座標及び終点座標（設計モデル上の３次元座標）、及び中心軸の分割数を示す数値を入力する。尚、測定形状要素が円筒の測定形状データ構造体Ｓは、円柱の中心軸の始点座標及び終点座標の代わりに、円柱の中心軸の始点座標と中心軸のベクトルで構成してもよい。

いま、図２に示した円筒状の解析対象物２の設計モデルの側面を被測定部位とする場合、ユーザは、円筒状の測定形状データ構造体Ｓを選択し、その測定形状データ構造体Ｓに対して必要なデータを入力することで、円筒状の側面に対して多数の第１座標群（GrA）を簡単に設定することができる。

図７は、測定形状データ構造体ＳのS_１,S_２,…から計算された第１座標群（GrA）（GrA∈A_１,A_２,…）を示す図表である。

図６に戻って、プロセッサは、ステップＳ１０で取得した設計モデル５４とステップＳ１２で設定した第１座標群（GrA）とに基づいて、設計モデル５４を有限個の要素に分割するメッシュであって、メッシュ節点として第１節点群（GrM）を有するメッシュを作成する（ステップＳ１４）。即ち、メッシュ作成ソフトウェア５２に対して設計モデル５４及び第１座標群（GrA）を与え、メッシュ作成ソフトウェア５２により第１座標群（GrA）が、メッシュ節点にくる第１節点群（GrM）を有するメッシュを作成する。

図８は、第１節点群（GrM）を示す図表である。

図８に示すように第１節点群（GrM）は、各節点を特定する節点番号と、節点番号毎の３次元座標(x,y,z)とから構成される。

次に、理想的には、第１座標群（GrA）と第１節点群（GrM）とを比較して、第１座標群（GrA）を構成する節点番号を見つけたい。

しかしながら、前述したようにメッシュ作成ソフトウェア５２では、設計モデル５４に対して設定した被測定部位を示す第１座標群（GrA）の各座標と１００％一致する、各節点を含む第１節点群（GrM）を有するメッシュを作成することが通常できない。

そこで、閾値としての特定誤差（R_err)を設定し、プロセッサは、第１節点群（GrM）のうち、第１座標群（GrA）により設定される基準からの誤差が、特定誤差（R_err)未満の複数の節点を複数の被測定節点として特定する（ステップＳ１６）。

具体的には、例えば、第１座標群（A_１)が、円の測定形状データ構造体S_１に基づいて作成されたものとする。この円は、３次元の設計モデル５４のｘｙｚ座標空間のｚ座標がz0のｘｙ座標平面に存在し、円の中心座標は（0,0,z0)、円の半径は（ｒ）として設定されたものとする。

複数の被測定節点を特定するステップＳ１６は、ｘｙ座標平面の円に対する半径方向及びｚ軸方向の特定誤差（閾値）をそれぞれ（R_err)とすると、第１節点群（GrM）のうち、被測定部位に対応する複数の被測定節点の座標を（m_xi,m_yi,m_zi）とすると、次式、
［数１］
（ｒ−R_err）^２＜m_xi^２＋m_yi^２＜（ｒ＋R_err）^２
かつ
（z0−R_err）＜m_zi＜（z0＋R_err）
を満たす複数の節点を、複数の被測定節点として特定する。

閾値としての特定誤差（R_err)は、第１節点群（GrM）の間の距離のうちの最も小さい距離よりも小さい値とすることができ、好ましくは最も小さい距離の５０％よりも小さい値、より好ましくは最も小さい距離の１０％よりも小さい値とする。

上記の例では、第１座標群（A_１)に対応するｘｙ座標平面における誤差の基準は、ｚ座標がz0のｘｙ座標平面に存在し、円の中心座標は（0,0,z0)、円の半径が（ｒ）の円であり、第１座標群（A_１)に対応するｚ方向の誤差の基準は、円のｚ座標（z0）である。

また、第１座標群（A_２)が、直線の測定形状データ構造体S_２に基づいて作成されたものとすると、複数の被測定節点を特定するステップＳ１６は、第１節点群（GrM）のうち、ｘｙｚ座標空間における直線を基準とし、この基準に対する最短距離の方向の誤差が、特定誤差（R_err)未満に入る複数の節点を、複数の被測定節点を特定することができる。

尚、誤差の基準は、上記のように第１座標群の各座標を通る円（又は曲線）、あるいは直線に限らず、第１座標群の各座標としてもよい。この場合、第１節点群（GrM）の中から、測定形状データ構造体Ｓ（S_１,S_２,…）から計算された第１座標群（GrA∈A_１,A_２,…）の座標点毎に、その座標点からの距離が特定誤差（R_err)未満の節点を抽出し、このようにして抽出した複数の節点を複数の被測定節点として特定することができる。

ステップＳ１６により複数の被測定節点が特定されると、プロセッサは、測定形状データ構造体Ｓの情報を用いて、第１節点群（GrM）と複数の被測定節点とを節点番号で紐づける（ステップＳ１８）。例えば、プロセッサは、円の測定形状データ構造体S_１に対応する複数の被測定節点（第１節点群（GrM）から抽出された［数１］式を満たす節点）に対して、節点番号群（［2,3,6,8,……］）を作成する。

次に、プロセッサは、有限要素解析ソフトウェア５３により、ステップＳ１４で作成されたメッシュを用いて解析対象物の有限要素解析を行う（ステップＳ２０）。

有限要素解析により、第１節点群（GrM）の変位が算出され、解析後の変形座標を有する第１節点群（GrM）に対応する節点群（第２節点群（Gr_After_M））を取得する（ステップＳ２２）。

図９は、第２節点群（Gr_After_M）を示す図表である。

図９に示すように第２節点群（Gr_After_M）は、各節点を特定する節点番号と、節点番号毎の３次元座標(after_x,after_y,after_z)とから構成される。尚、第２節点群（Gr_After_M）の節点番号は、図８に示した第１節点群（GrM）の節点番号と対応づけらており、同じ節点番号の第１節点群（GrM）の節点と、第２節点群（Gr_After_M）の節点は、それぞれ解析前と解析後（変形前後）の同じ節点である。

続いて、プロセッサは、有限要素解析により得られる第１節点群（GrM）に対応する第２節点群（Gr_After_M）のうち、ステップＳ１６で特定された複数の被測定節点に対応する第２節点群(GrN_S)の座標を取得する（ステップＳ２４）。

ステップＳ１８で説明したように、測定形状データ構造体Ｓの情報を用いて、第１節点群（GrM）と複数の被測定節点とは節点番号で紐づいている。同様に、第１節点群（GrM）と第２節点群（Gr_After_M）とは節点番号により紐づいている。

したがって、複数の被測定節点に対して作成された節点番号群に基づいて、第２節点群（Gr_After_M）のうち、測定形状データ構造体Ｓ（S_１,S_２,…）毎の複数の被測定節点に対応する第２節点群(GrN_S)の座標を取得することができる。

図１０は、複数の被測定節点に対応する第２節点群(GrN_S)の節点番号及び座標の一例を示す図表である。

図１０に示すように、円の測定形状データ構造体S_１に対応する第２節点群（GeN_S₁）の節点番号群［2,3,6,8,……］が作成されていると、第２節点群（Gr_After_M）のうち（図９）、第２節点群（GrN_S₁）の各節点番号（本例では、［2,3,6,8,……］）の節点の座標を取得する（図１０）。

ステップＳ２４で取得した被測定節点に紐づいた第２節点群（GrN_S）の座標群は、設計モデル上の被測定部位を示す第１座標群に相当する、有限要素解析後の座標群であり、被測定節点に紐づいた第２節点群（GrN_S）の座標群を使用することで、設計モデル上の被測定部位の幾何形状を高精度に検証することができる。

［設計支援方法の第２実施形態］
図１１は、本発明に係る設計支援方法の第２実施形態を示すフローチャートである。

図１１に示す第２実施形態の設計支援方法は、図６に示した第１実施形態の設計支援方法と比較して、ステップＳ４０及びステップＳ４２の処理が追加されている点で相違する。

図１１において、プロセッサは、幾何形状解析ソフトウェア５５を使用し、ステップＳ３０（図６のステップＳ２４）で取得した、被測定節点に紐づいた第２節点群（GrN_S）の座標に基づいて幾何形状の解析を行う（ステップＳ４０）。

例えば、被測定節点に紐づいた第２節点群（GrN_S）から、測定形状要素が円の測定形状データ構造体S_１に対応する第２節点群（GrN_S₁）を抽出し、抽出した第２節点群（GrN_S₁）の座標を使用して真円度や同芯度の幾何形状の解析を行うことができる。

幾何形状の解析を行うステップＳ４０は、第１節点群（GrM）のうち被測定節点として特定されない節点（特定誤差（R_err)以上の誤差を有する節点）については、第１節点群（GrM）の節点番号との紐づけがされないため、節点がないものとして幾何形状の解析を行うことになる。これにより、被測定点のみでの解析を実現でき、精度の高い幾何形状の解析を行うことができる。尚、ステップＳ４０では、幾何形状解析の他に寸法解析を行ってもよい。

プロセッサは、ステップＳ４２での幾何形状解析の解析結果をディスプレイ４０、記憶部５０等に出力し、解析結果を表示し、又は記録する（ステップＳ４２）。これにより、解析対象物の設計モデル５４の設計段階で、解析対象物が幾何公差、寸法公差を満足するかの検証を行うことができ、解析対象物の設計を支援することができる。

［設計支援方法の第３実施形態］
図１２は、本発明に係る設計支援方法の第３実施形態を示すフローチャートである。

図１２に示す第３実施形態の設計支援方法は、図６に示した第１実施形態の設計支援方法と比較して、ステップＳ５０からステップＳ５８の処理が追加されている点で相違する。

図１２において、プロセッサは、ステップＳ３０（図６のステップＳ２４）で取得した、被測定節点に紐づいた第２節点群（GrN_S）の座標から特定の点及び面を計算する（ステップＳ５０）。

特定の点は、例えば、被測定節点に紐づいた第２節点群（GrN_S）のうち、基準の原点を作成するための測定形状データ構造体（S_円）に対応する第２節点群（GrN_S_円）の中心点とすることができる。

また、特定の平面は、例えば、被測定節点に紐づいた第２節点群（GrN_S）のうち、測定形状データ構造体（S_平面）に対応する第２節点群（GrN_S_平面）の座標から計算する。例えば、特定の平面は、第２節点群（GrN_S_平面）の各座標に基づいて計算した最小二乗平面とすることができる。

プロセッサは、ステップＳ５０で特定の点及び面により特定される直交３軸の座標系（新座標系）を設定する（ステップＳ５２）。この新座標系は、直交３軸のうちの２軸が特定の面に配置され、残りの１軸が特定の点を通る特定の面に垂直になる座標系である。また、特定の点は、新座標系の原点とすることができる。

次に、プロセッサは、第２節点群（Gr_After_M）の座標を、ステップＳ５２で設定した新座標系の座標に座標変換する（ステップＳ５４）。ここで、座標変換した第２節点群（Gr_After_M）を、第２節点群（Gr_After_M_transformed）とする。

プロセッサは、ステップＳ５４で座標変換した第２節点群（Gr_After_M_transformed）から、被測定節点に紐づいた第２節点群（GrN_S）を抽出し、第２節点群（GrN_S）の座標に基づいて各被測定部位の幾何形状の解析を行う（ステップＳ５８）。

尚、ステップＳ５４では、第２節点群（Gr_After_M）の全部の座標を座標変換する代わりに、第２節点群（Gr_After_M）の一部（被測定節点に紐づいた第２節点群（GrN_S））の座標のみを座標変換するようにしてもよい。

上記のように新座標系に座標変換した被測定節点に紐づいた第２節点群（GrN_S）の座標を新座標系の座標に基づいて幾何形状の解析を行うようにしたため、例えば、幾何形状評価の基準となる平面を、第２節点群（GrN_S_平面）の各座標に基づいて計算した特定の平面とし、その特定の平面に対する被測定面の直角度、平行度、傾斜度等の各種の幾何形状の解析を精度よく行うことができる。

［その他］
本実施形態では、被測定部位の測定形状データ構造体に基づいて３次元の設計モデル上の被測定部位を示す第１座標群を作成及び設定するようにしたが、測定形状データ構造体を利用せずに設計モデル上の被測定部位を示す第１座標群を設定するようにしてもよい。

また、本発明に係る設計支援装置の、例えば、ＣＰＵ１０等の各種の処理を実行する処理部（processing unit）のハードウェア的な構造は、次に示すような各種のプロセッサ（processor）である。各種のプロセッサには、ソフトウェア（プログラム）を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device：ＰＬＤ）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路などが含まれる。

１つの処理部は、これら各種のプロセッサのうちの１つで構成されていてもよいし、同種または異種の２つ以上のプロセッサ（例えば、複数のＦＰＧＡ、あるいはＣＰＵとＦＰＧＡの組み合わせ）で構成されてもよい。また、複数の処理部を１つのプロセッサで構成してもよい。複数の処理部を１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアントやサーバなどのコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウェアの組合せで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（System On Chip：ＳｏＣ）などに代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を１つのＩＣ（Integrated Circuit）チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサを１つ以上用いて構成される。

更に、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた電気回路（circuitry）である。

また、本発明は、コンピュータにインストールされることにより、本発明に係る設計支援装置として各種の機能を実現させる設計支援プログラム、及びこの設計支援プログラムが記録された記録媒体を含む。

更に、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

１ 設計支援装置
２ 解析対象物
２−１ ３次元モデル
４ プローブ
１０ ＣＰＵ
２０ ＲＡＭ
３０ 操作部
４０ ディスプレイ
５０ 記憶部
５１ 設計支援プログラム
５２ メッシュ作成ソフトウェア
５３ 有限要素解析ソフトウェア
５４ 設計モデル
５５ 幾何形状解析ソフトウェア
６０ 入出力インターフェース
Ａ、Ｂ 節点
Ｓ１０〜Ｓ５８ ステップ

Claims (17)

1. プロセッサと、プログラムを記憶するメモリとを備え、前記プログラムの実行により前記プロセッサが解析対象物の設計支援を行う設計支援装置であって、
   前記プロセッサは、
   前記解析対象物に対応する３次元の設計モデルを取得し、
   前記設計モデル上の被測定部位を示す第１座標群を設定し、
   前記設計モデルと前記第１座標群とに基づいて前記設計モデルを有限個の要素に分割する計算格子であって、第１節点群を有する前記計算格子を作成し、
   前記第１節点群のうち、前記第１座標群により設定される基準に対する誤差が閾値未満の複数の節点を、複数の被測定節点として特定し、
   前記作成された計算格子を用いて前記解析対象物の有限要素解析を行い、
   前記有限要素解析により得られる、前記第１節点群に対応する第２節点群のうち、前記特定された前記複数の被測定節点に対応する前記第２節点群の座標を取得する制御を行う、
   設計支援装置。
2. 前記基準は、前記第１座標群の各座標を通る直線又は曲線、もしくは前記第１座標群の各座標である、
   請求項１に記載の設計支援装置。
3. 前記メモリは、前記解析対象物の被測定部位の測定形状データ構造体を記憶し、
   前記プロセッサは、前記測定形状データ構造体に基づいて前記第１座標群を作成し、作成した前記第１座標群を前記設計モデル上の被測定部位として設定する制御を行う、
   請求項１又は２に記載の設計支援装置。
4. 前記測定形状データ構造体は、測定形状要素が円の場合、円の半径又は直径、円の中心座標、及び円周の分割数である、
   請求項３に記載の設計支援装置。
5. 前記第１座標群を、前記測定形状要素が、ｘｙｚ座標空間のｚ座標がz0のｘｙ座標平面に存在する、半径（ｒ）、中心座標（0,0,z0)の円の場合の前記測定形状データ構造体に基づいて作成されたものとし、前記ｘｙ座標平面の前記円に対する半径方向及びｚ軸方向の前記閾値を、それぞれ閾値（R_err）とし、前記複数の被測定節点の座標を（m_xi,m_yi,m_zi）とすると、
   前記プロセッサは、次式、
   ［数１］
   （ｒ−R_err）^２＜m_xi^２＋m_yi^２＜（ｒ＋R_err）^２
   かつ
   （z0−R_err）＜m_zi＜（z0＋R_err）
   を満たす前記複数の被測定節点を特定する制御を行う、
   請求項４に記載の設計支援装置。
6. 前記測定形状データ構造体は、測定形状要素が直線の場合、直線の始点座標、直線のベクトル、及び直線の分割数、又は直線の始点座標、終点座標、及び直線の分割数である、
   請求項３に記載の設計支援装置。
7. 前記第１座標群を、前記測定形状要素が、ｘｙｚ座標空間に存在する直線の場合の前記測定形状データ構造体に基づいて作成されたものとし、前記基準に対する誤差を、前記ｘｙｚ座標空間における前記直線に対する最短距離の方向の誤差とすると、
   前記プロセッサは、前記被測定節点と前記直線との最短距離が前記閾値未満になる前記複数の被測定節点を特定する制御を行う、
   請求項６に記載の設計支援装置。
8. 前記測定形状データ構造体は、測定形状要素が円筒の場合、円の半径又は直径、円周の分割数、円柱の中心軸の始点座標、終点座標、及び中心軸の分割数である、
   請求項３に記載の設計支援装置。
9. 前記閾値は、前記第１節点群の間の距離のうちの最も小さい距離よりも小さい値である、請求項１から８のいずれか１項に記載の設計支援装置。
10. 前記第１節点群の各節点と、前記第２節点群の各節点とは節点番号により対応づけられており、
    前記プロセッサは、前記複数の被測定節点に対応する前記第２節点群を前記節点番号に基づいて特定し、前記特定した前記第２節点群の座標を取得する制御を行う、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の設計支援装置。
11. 前記プロセッサは、前記特定した前記第２節点群の座標に基づいて、前記設計モデルの前記有限要素解析により得られる変形後の形状の幾何形状解析の制御を行う、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の設計支援装置。
12. 前記プロセッサは、前記第１節点群のうち前記被測定節点として特定されない節点については、当該節点がないものとして前記幾何形状解析の制御を行う、
    請求項１１に記載の設計支援装置。
13. 前記プロセッサは、
    前記特定した前記第２節点群からそれぞれ特定の点及び面を計算し、
    前記計算した前記特定の点及び面を用いて、直交３軸のうちの２軸が前記面に配置され、残りの１軸が前記点を通る前記面に垂直になる座標系を設定し、
    前記特定した前記第２節点群の座標の全部又は一部を、前記設定した座標系の座標に座標変換し、
    前記座標変換した前記特定した前記第２節点群の座標に基づいて前記幾何形状解析の制御を行う、
    請求項１１又は１２に記載の設計支援装置。
14. 前記プロセッサは、前記幾何形状解析の解析結果を出力する制御を行う、
    請求項１１から１３のいずれか１項に記載の設計支援装置。
15. 前記解析対象物の有限要素解析は、有限要素法による樹脂流動解析である、請求項１から１４のいずれか１項に記載の設計支援装置。
16. プロセッサにより解析対象物の設計支援を行う設計支援方法であって、
    前記プロセッサの各処理は、
    前記解析対象物に対応する３次元の設計モデルを取得する制御を行うステップと、
    前記設計モデル上の被測定部位を示す第１座標群を設定する制御を行うステップと、
    前記設計モデルと前記第１座標群とに基づいて前記設計モデルを有限個の要素に分割する計算格子であって、第１節点群を有する前記計算格子を作成する制御を行うステップと、
    前記第１節点群のうち、前記第１座標群により設定される基準に対する誤差が閾値未満の複数の節点を、複数の被測定節点として特定する制御を行うステップと、
    前記作成された計算格子を用いて前記解析対象物の有限要素解析の制御を行うステップと、
    前記有限要素解析により得られる、前記第１節点群に対応する第２節点群のうち、前記特定された前記複数の被測定節点に対応する前記第２節点群の座標を取得する制御を行うステップと、
    を含む設計支援方法。
17. 解析対象物の設計支援を行う方法をコンピュータに実行させる設計支援プログラムであって、前記方法は、
    前記解析対象物に対応する３次元の設計モデルを取得するステップと、
    前記設計モデル上の被測定部位を示す第１座標群を設定するステップと、
    前記設計モデルと前記第１座標群とに基づいて前記設計モデルを有限個の要素に分割する計算格子であって、第１節点群を有する前記計算格子を作成するステップと、
    前記第１節点群のうち、前記第１座標群により設定される基準に対する誤差が閾値未満の複数の節点を、複数の被測定節点として特定するステップと、
    前記作成された計算格子を用いて前記解析対象物の有限要素解析を行うステップと、
    前記有限要素解析により得られる、前記第１節点群に対応する第２節点群のうち、前記特定された前記複数の被測定節点に対応する前記第２節点群の座標を取得するステップと、
    を含む設計支援プログラム。

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