JP2024510443A - 仮想ジオメトリを生成するための方法、及びデータ処理のためのシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、仮想ジオメトリ（32）を生成するための方法、特にコンピュータにより実現される方法、デジタルツインを生成するための方法、及データ処理システム及びコンピュータプログラムに関するものである。特に、本発明は、処理マシン（２）により生産されたコンポーネント（８）及び／又はこれから生産されるコンポーネント（８）の仮想ジオメトリを生成するための方法、特にコンピュータにより実現される方法であって、コンポーネント（８）のジオメトリに影響を与える処理マシン（２）の少なくとも１つのマシンパラメータを特徴付けるマシン情報（12，14）を取得し、マシン情報（12，14）及び名目ジオメトリ（10）に基づいて、少なくとも１つのコンポーネントファクタ（30）を決定し（230，240，250）、コンポーネントファクタ（30）に基づいて、生産されたコンポーネント（８）及び／又は前記これから生産されるコンポーネント（８）のデジタル幾何学的画像として第１の仮想ジオメトリ（32）を生成する（260）ステップを有する方法に関するものである。【選択図】図２

Description

本発明は、仮想ジオメトリを生成するための方法、特にコンピュータにより実現される方法、デジタルツインを生成するための方法、及びデータ処理のためのシステム及びコンピュータプログラムに関するものである。

処理マシンにより生産されたコンポーネントの仮想ジオメトリを名目ジオメトリによって生成するための方法が概ね知られている。これらの方法は、通常、生産されたコンポーネントを測定するために使用される測定方法に基づくものである。

処理マシンを用いたコンポーネントの製造では、通常、製造プロセス上の誤差の影響により品質の変動が生じやすい。生じる誤差は、系統誤差と確率的誤差とに分けられる。系統誤差は、系統に関するものであり、同一の境界条件下で再現性がある。系統的欠陥は、例えば、用いている加工ツールのツール摩耗又は用いている加工機械の熱誘引膨張であり得る。出発点が系統誤差でない残りの誤差は、確率的誤差に振り分けられることになる。そのような誤差は、通常、決定論的に予測することはできない。確率的誤差は、例えば、仕様から逸脱した材料特性により、あるいは周囲温度を変化させることにより生じ得る。

製造プロセスに影響を与える数多くの要因を考慮するために、品質保証を行ってコンポーネントの品質を確保している。品質保証の過程では、生産されたコンポーネントが所定の測定設備を用いて測定される。また、２つの生産ステップの間でコンポーネントを測定することも可能である。

例えば、寸法許容範囲、形態許容範囲及び位置許容範囲が品質保証の一部としてチェックされる。例えば触感座標測定技術又は光学的縞投影を用いてコンポーネントの幾何学的偏差を検出することができる。特に自由形状の面を含む複雑なコンポーネントジオメトリの場合には、例えば、利用可能な測定方法は、時間がかかり、コストもかかるものである。複雑なコンポーネントジオメトリを有するコンポーネントについては、下流側の品質保証は、コンポーネントコストの25％までを占め得る。

さらに、測定設備に対する投資コストも高い。また、測定設備は、その機能性を確保するために定期的にメンテナンスをし、試験する必要がある。

WO2016/065492は、本質的に加工プロセスをシミュレーションし、特に測定プロセスを入れ替えずに少なくとも１つのNC機械により加工されたワークピースの部分的解析のためのコンピュータにより実現される方法について述べている。特に、部品の品質を決定するために、部品の生産後にさらなる測定ステップが必要とされる。例えば、この文献では、技術的効果及びそれらの相互作用はモデル化されておらず、決定された結果は不正確なものである。

したがって、本発明の目的は、上述した欠点のうち１つ以上を軽減する又はなくす、処理マシンを用いて生産されたコンポーネント及び／又はこれから生産されるコンポーネントの仮想ジオメトリを名目ジオメトリによって生成するための方法、特にコンピュータにより実現される方法、デジタルツインを生成するための方法、データ処理のためのシステム及びコンピュータプログラムを提供することにある。特に、本発明の目的は、品質保証に関する測定の苦労を軽減する又はなくす解決策を提供することにある。

この課題は、独立特許請求項の特徴に係る方法、データ処理のためのシステム及びコンピュータプログラムによって解決される。この方法、データ処理のためのシステム及びコンピュータプログラムのさらに有利な実施形態がそれぞれの従属特許請求項に示されている。特許請求の範囲にそれぞれ挙げられている特徴を技術的に有用な方法で互いに組み合わせることができ、本発明のさらなる実施形態が示されている説明からさらなる特徴によって補足することができる。

処理マシンにより生産されたコンポーネント及び／又はこれから生産されるコンポーネントであって名目ジオメトリを有するコンポーネントの仮想ジオメトリを生成するための方法であって、上記コンポーネントのジオメトリに影響を与える上記処理マシンの少なくとも１つのマシンパラメータを特徴付けるマシン情報を取得し、上記マシン情報及び上記名目ジオメトリに基づいて、少なくとも１つのコンポーネントファクタを決定し、上記コンポーネントファクタに基づいて、上記生産されたコンポーネント及び／又は上記これから生産されるコンポーネントのデジタル幾何学的画像として第１の仮想ジオメトリを生成するステップを有する、方法。

特に、上記方法は、コンピュータにより実現される方法である。上記方法は、仮想ジオメトリを生成するように構成される。仮想ジオメトリは、特に生産されたコンポーネント及び／又はこれから生産されるコンポーネントの幾何学的画像として理解される。生産されたコンポーネントの上記仮想ジオメトリは、３次元測定の測定結果に匹敵し得る。例えば、上記仮想ジオメトリは、その表面が上記生産されたコンポーネントの画像であるポイントクラウドである。さらに、上記仮想ジオメトリは、ポリゴンメッシュ、非一様有理Ｂスプライン、境界面モデル、ソリッドコンストラクティブジオメトリ、デクセル、マルチデクセル、ボクセル、及び／又はオクトリーであるか、これを含み得る。また、これから製造されるコンポーネントの仮想ジオメトリは、予測ジオメトリとしても理解することができる。この場合には、これから製造されるコンポーネントの仮想ジオメトリが生成される。

ジオメトリは、例えば、コンポーネントのマクロジオメトリであるものとして理解される。特に、マクロジオメトリは、コンポーネントの形状と寸法を表している。加えて、ジオメトリは、マイクロジオメトリを意味するものとしても理解される。マイクロジオメトリは、特に、表面トポグラフィ及び／又は表面仕上げを表している。好ましくは、ジオメトリは、コンポーネントの測定可能な特性であるものとして理解される。

上記コンポーネントは、処理マシンで生産されるか、処理マシンでこれから生産されるものである。例えば、処理マシンは、フライス盤又は旋盤であり得る。加えて、処理マシンは、製造プロセスを実行するための任意の機械であり得る。

生産されたコンポーネント及び／又はこれから生産されるコンポーネントは、名目ジオメトリを有している。特に、名目ジオメトリは、生産及び／又は製造されるコンポーネントに対して提供又は予め規定されているジオメトリである。コンポーネントの名目ジオメトリは、通常、設計において特定される。名目ジオメトリは、例えば、これから製造されるコンポーネントの形状及び寸法及び／又は表面仕上げ又は表面トポグラフィのような他のパラメータを規定するものであり得る。

第１のステップにおいては、マシン情報が取得される。マシン情報は、マシンデータを意味するものとしても理解され得る。マシン情報の取得は、マシン情報を取得し、収集し、読み出し、取得するなどするための任意の方法を意味するものとして基本的に理解される。マシン情報は、製造中にコンポーネントのジオメトリに影響を与える少なくとも１つのマシンパラメータを特徴付けるものである。以下でより詳細に説明されるように、上記マシンパラメータは、例えば、１つ又は２つ以上の軸位置、２つ以上の電力値であり得る。

マシン情報は、例えばセンサにより取得することができる。マシン情報の取得は、情報又はデータの収集を意味するものとしてさらに理解される。例えば、上記マシン情報は、上記処理マシンのマシンコントローラが読み出され、上記マシン情報がこのように取得されるように取得され得る。これに代えて、あるいはこれに加えて、さらなるデータメモリ及び／又はデータソースから上記マシン情報を読み出してもよい。さらに、マシン情報の上記取得は、計算的手法で、特にモデルによって上記マシン情報を計算することによりなされ得る。

さらに、上記方法は、上記マシン情報及び上記名目ジオメトリに基づいて少なくとも１つのコンポーネントファクタを決定することを含んでいる。上記コンポーネントファクタは、上記マシン情報及び上記名目ジオメトリから得られる。このように、上記コンポーネントファクタは、上記マシン情報及び上記名目ジオメトリを考慮しており、特にこれを用いて上記第１の仮想ジオメトリを生成できるように構成されている。

本発明は、上記コンポーネント自体に対する測定プロセスに基づくだけでなく、マシン情報にも基づくことで、生産されたコンポーネントの上記ジオメトリを決定できるとの認識に基づくものである。本発明者等は、コンポーネントの実際のジオメトリ又は仮想ジオメトリをマシン情報と、上記コンポーネントが基礎としている名目ジオメトリとを巧妙にリンクさせることにより演繹的に導くことができることを発見した。

マシン情報は、通常、現在の処理マシンにおいて何らかの方法で入手可能であり、測定しようとするコンポーネントの名目ジオメトリはCAD設計に基づいて入手可能であるので、上記方法は、その場でコンポーネントジオメトリを決定することを可能にするものであり、その結果、測定デバイスを用いた後続の試験ステップ又は測定方法が必要ではなくなる。結果として、後続の試験のコストが低減されるかなくなり、先に言及した品質保証のための25％のコンポーネントコストを本質的になくすことができる。加えて、すべてのコンポーネントの100％検査を行うことができ、このため、現在の測定手法において一般的である、誤りが生じやすいランダムサンプリングの必要性がなくなる。さらに、以下でより詳細に説明される上記第１の仮想ジオメトリ及び上記第２の仮想ジオメトリに基づいて、統計的プロセス制御を行うことができるか、これをサポートすることができる。例えば、上記方法を通じたデータ利用可能性が高まるので、第１の仮想ジオメトリに基づいて２つのサンプルの取り出しの間でプロセス制御を行うことができる。

上記コンポーネントファクタに基づいて、第１の仮想ジオメトリが続いて生産されたコンポーネント及び／又はこれから生産されるコンポーネントのデジタル幾何学的画像として生成される。例えば、上記名目ジオメトリに基づいて、上記コンポーネントファクタによって上記名目ジオメトリの予め規定された点で偏差が決定されるように第１の仮想ジオメトリを生成することができる。

本発明者等は、上記で述べた方法を実験的な手段によって実証した。上記第１の仮想ジオメトリが、複雑な測定手法により生成されたジオメトリと実質的に同一であることが示された。部分的には、上記で述べた方法がより現実的な結果を与えることが示された。

上記方法の好ましい実施形態は、上記マシン情報が、上記処理マシンの少なくとも１つのマシン軸及び／又は１つのマシンスピンドルの軸位置を特徴付ける点において特徴付けられる。好ましくは、上記マシン情報は、２以上又はすべてのマシン軸の軸位置を特徴付けるものである。マシン軸の軸位置は、通常、上記処理マシンのマシンコントロールから読み出され得る。

上記マシン軸は、例えば、付加製造機械のマシンテーブル、ビルドチャンバ及び／又はレーザスキャナの軸であり得る。上記マシンスピンドルは、例えば、コンポーネントを回転駆動させるフライス盤又は旋盤スピンドルのツールスピンドルであり得る。

軸位置は、好ましくは、特に特定の時点におけるマシンコンポーネントの予め規定された点から予め規定されたゼロ点までの距離として定義される。好ましくは、上記方法は、少なくとも１つのマシン軸、好ましくは２つ以上又はすべてのマシン軸の軸位置を検出するステップを含んでいる。また、この検出は、上記処理マシンのマシンコントロールの読出でもあり得る。上記軸位置は、時間の関数として特定されるか、特に単位時間にリンクされる。これに基づいて、微分により追加の速度、加速度及び反転を決定することができる。

上記方法のさらに好ましい実施形態においては、上記マシン情報は、上記処理マシンの上記少なくとも１つのマシン軸、好ましくは上記２つ以上又はすべてのマシン軸、及び／又は上記マシンスピンドルの電力値を特徴付ける。例えば、上記電力値は、ワット又はキロワットで直接表現され得る。加えて、上記電力値は、例えばアンペア又はパーセントで間接的に示されていてもよい。特に、上記電力値は、時間の関数として特定されるか、単位時間にリンクされる。特に、上記電力値は、上記マシン軸の駆動部の電力値である。

上記方法のさらに好ましい実施形態においては、加工される上記ワークピースの初期ジオメトリが考慮される。

上記方法は、上記処理マシンの上記少なくとも１つのマシン軸、好ましくは上記２以上又はすべてのマシン軸、及び／又は上記マシンスピンドルの電力値を取得するステップを有することが好ましい。また、検知は、上記マシンコントローラの読出値及び／又は上記電力値の計算であってもよい。

以下では、軸位置及び軸位置に加え、電力値を特徴付ける情報と、電力値を特徴付ける情報とは、部分的に同期的に使用される。さらに、上記電力値及び上記軸位置は互いに関連して設定されることが好ましい。関連は、例えば、時間的な変数及び／又は時間的なリンクによってなされ得る。

上記方法のさらに好ましい実施形態は、上記電力値及び使用されるツールと上記コンポーネントとの間の接触面積とによって、プロセス力、特に複数のプロセス力を決定するステップと、ツール変位及び／又はコンポーネント変位により決定される変位ファクタを上記プロセス力に基づいて決定するステップとを有し、上記コンポーネントファクタは、上記変位ファクタに基づいている。

上記コンポーネントファクタが上記変位ファクタに基づいて決定されるとは、とりわけ上記コンポーネントファクタが特に上記変位ファクタに基づいて決定されることを意味している。

特に、プロセス力が決定されることが好ましい。プロセス力は、製造技術において、上記コンポーネント上及び／又は上記ツール上及び／又は上記ツールと上記コンポーネントとの間に作用する力及び／又は上記ツールと上記コンポーネントとの間の媒体を介して伝達される力として一般的に知られている。さらに、プロセス力は、プロセスの結果に影響を与える製造プロセスから生じる力として定義される。複数のプロセス力のうち単一のプロセス力は、好ましくは、力ベクトル、すなわち３つの空間的方向、特に上記マシン軸Ｘ，Ｙ，Ｚの方向の力ベクトルとして決定される。特に、プロセス力は、ツール位置の関数として決定される。

上記用いているツールと上記コンポーネントとの間の接触面積は、製造技術において、接触ジオメトリとして一般的に知られている。実際には、上記接触面積は、解析的及び／又は離散的に決定される。上記接触面積は、加工される上記コンポーネントジオメトリ、上記ツールジオメトリ、及びこれらの互いの相対的な位置及び方向により本質的に決定される。

上記接触面積は、例えば、線接触として又は面接触として構成され得る。実際には、上記接触面積は、解析的及び／又は離散的に決定される。上記接触面積は、加工される上記コンポーネントジオメトリ、上記ツールジオメトリ及び係合条件、例えば上記ツールと上記コンポーネントとの間のツール角により本質的に決定される。

上記用いているツールは、例えば、加工ツール又はレーザビームであり得る。加えて、上記ツールは、製造プロセスにおいてワークピースに影響を与える任意の要素であり得る。

本発明者等は、コンポーネントの製造プロセス中のツール変位及び／又はコンポーネント変位は、上記名目ジオメトリからの上記生産されたコンポーネントジオメトリの偏差に影響を与えることが多いことを見出した。上記用いているツール及び上記生産されたコンポーネントによっては、ツールの誤整列又はコンポーネントの誤整列が、より関連性が高いものである。

例えば、コンポーネント変位は、一体化軸流圧縮器羽根車又は薄壁エンジンブレードのような薄壁コンポーネントのような線条細工コンポーネントについてのツール変位よりも関連性が高いことが多い。これとは対照的に、ツール変位は、数トンの深絞りツールを加工する際のコンポーネント変位よりも関連性が高い。ツール変位及びコンポーネント変位は、上記プロセス力に基づいて本質的に決定される。上記コンポーネントと上記ツールとの間に作用する上記プロセス力によって、ツール変位とコンポーネント変位とがそれぞれ生じる。ツール変位及び／又はコンポーネント変位は、例えば、数値近似試験又は曲げ梁の機械的モデルのような解析モデルに基づくものであり得る。ツール変位及びコンポーネント変位は、上記コンポーネント及び／又は上記ツールの変位及び／又は変形を特徴付け得る。

さらに、クランプ手段ファクタは、上記コンポーネント及び／又は上記ツールをクランプするための使用クランプ手段及び／又はクランピングパラメータに基づいて決定されることが好ましい。クランプ手段は、上記コンポーネント及び／又は上記ツールの変形を生じさせ得る。さらに、動的及び静的特性が影響を受け得る。

上記ツール変位及び／又は上記コンポーネント変位に基づいて、上記変位ファクタが決定される。特に、上記変位ファクタは、上記コンポーネントを考慮した空間分解偏差を反映しており、さらに／あるいは、上記ツールの加工関連部は、プロセス計画において上記コンポーネント及び／又は上記ツールに与えられた位置に存在しない。例えば、ツール中心位置を移動し、さらに／あるいは上記コンポーネント又は上記コンポーネントの一部を移動することにより、上記名目ジオメトリからずれたジオメトリが生成される。さらに、上記変位ファクタを決定する際に、上記クランプ手段ファクタを考慮することが好ましい。

上記方法のさらに他の好ましい実施形態は、上記軸位置に基づいて位置ファクタを決定するステップを有し、上記コンポーネントファクタは、上記位置ファクタに基づいて決定される。上記位置ファクタは、上記ツールが、上記プロセス計画において上記ツールに対して意図されていた位置に存在しないことを考慮している。これは、特定の軸位置からの現実の軸位置の空間分解偏差により生じる。これらの偏差は、例えば加速度及び反転により生じ得るもので、この結果、上記マシンは上記予め規定された点に移動する。特に、上記軸位置により決定された接触範囲に基づいて上記位置ファクタが決定されることが特に好ましい。

さらに、NCプログラムは誤差の影響を受けることがあるため、NCプログラムにおいてマッピングされたNC経路は偏差を有することがある。例えば、上記偏差は、CAMアルゴリズムにおける誤差及び不正確性により、またヒューマンエラーにより生じ得る。これらの偏差は、本方法により正確に検出される。

加えて、NCプログラムにおいては、互いの距離で点が規定され、マシンガイダンスのために点の間で外挿が行われる。また、これは偏差にもなる。上記名目ジオメトリを考慮した上で、検出された軸位置が考慮され、その結果、上記処理マシンの名目位置を考慮しなくてもよいことが特に好ましい。

上記コンポーネントファクタが上記位置ファクタに基づいて決定されるとは、とりわけ上記コンポーネントファクタが特に上記位置ファクタに基づいて決定されることを意味している。

上記方法のさらに好ましい実施形態は、ツールジオメトリに基づいてツールファクタを決定するステップを有し、上記コンポーネントファクタは、上記ツールファクタに基づいて決定される。上記ツールファクタは、上記プロセス計画において上記ツールに対して提供された上記ジオメトリを有していない上記ツールによって生じる偏差の原因となる。

上記コンポーネントファクタが上記ツールファクタに基づいて決定されるとは、とりわけ上記コンポーネントファクタが特に上記ツールファクタに基づいて決定されることを意味している。

好ましくは、上記ツールジオメトリは、初期条件に基づいて、さらに／あるいはツール摩耗に基づいて決定される。初期状態は、最初の使用の前における上記ツールの上記ジオメトリを表している。特に、上記初期状態は、上記ツールの所定の名目ジオメトリからの上記初期状態の偏差を考慮しており、この偏差は、例えば、上記ツールの不正確な製造によって生じる。特に、上記ツールジオメトリは、寸法、例えば、ツール長又はツール径、上記ツールの形状及び／又はツール振れを表している。上記ツールの使用中、ツール摩耗は常に生じ、これが通常上記ツールジオメトリを連続的に変化させる。

名目ツールジオメトリからずれたツールジオメトリを有するツールでコンポーネントを加工することにより、生産されるコンポーネントが上記名目ジオメトリからずれる。ツール摩耗は、接触面積に基づいて、さらに／あるいはプロセス力に基づいて決定されることが好ましい。例えば、実験的モデリングを用いて時間の経過とともに変化する接触面積、プロセス力、例えばカメラシステム又はレーザ測定システムからの追加で連結されたセンサ情報を考慮しつつツール摩耗を決定することができる。

加えて、上記ツールは、加工中に、例えばツール中心点に隣接した領域で変形し得る。この変形により、偏差も生じ、これを上記ツールファクタに考慮することができる。

上記方法の他の好ましい実施形態は、メタ情報を取得するステップを有し、上記メタ情報は、上記ツールのツールパラメータ、上記加工マシンの機械運動学及び／又はプログラム名を表しており、上記メタ情報は、上記変位ファクタを決定するためにさらに／あるいは上記接触面積を決定するために使用される。

上記機械運動学は、個々の偏差を重ね合わせて容積測定の誤差と呼ばれる総合誤差を形成することを生じる。処理マシンの直線軸及び回転軸における個々の系統誤差のすべての重ね合わせは、予め規定された位置に対する上記ツールの位置固有のオフセットに加え、作業領域のそれぞれの位置で予め規定された方向からの位置固有の偏差を生じる。

メタデータは、部品に関するさらなる情報、例えば識別コード、材料又は座標オフセット、ツールに関するさらなる情報、例えば識別コード、ツール種類、ツール半径、処理マシンに関するさらなる情報、例えば識別コード、機械運動学又はマシン構成を表す追加の構造化データである。上記プログラム名は、NC動作をコンポーネントに割り当てることを可能にし、加工シーケンスを規定することを可能にするものである。

さらに好ましい実施形態においては、上記方法は、センサ情報を取得するステップを有し、上記センサ情報は、力値、モーメント値、特に曲げモーメント値、振動値及び／又はツール変位値を特徴付けるものであり、上記センサ情報は、上記プロセス力を決定するために使用される。

上記力値は、例えば、知覚ツールホルダ、スピンドル一体化力測定システム及び／又はワークピース側の力測定プラットフォームにより決定され得る。上記プロセス力は、上記力値及び／又はトルク値を用いて決定され得る。上記振動値は、上記ツール及び／又は上記コンポーネントの動的コンプライアンスを決定するために使用され得る。さらに、ツール摩耗及び／又はツール振れは、レーザツール測定システム又はカメラシステムを用いて決定され得る。

特に、上記センサ情報は、センサ、特に力センサ、振動センサ、及び／又はツール変位センサからの出力信号である。上記センサは、例えば離散センサ又は時系列センサであり得る。

さらに、上記接触面積は、上記ツールの上記ツールジオメトリ及び上記コンポーネントの上記名目ジオメトリ及び／又は上記第１の仮想ジオメトリに基づいて決定されることが好ましい。さらに好ましくは、上記ツールと上記コンポーネントとの間の位置及び方向が考慮される。上記ツールジオメトリ及び上記第１の仮想ジオメトリに基づく上記決定又は上記接触面積の決定は、上記第２の仮想ジオメトリの決定に特に重要であり、これは以下でより詳細に説明される。接触面積は、生成された上記ジオメトリ又はこれから生成される上記ジオメトリに依存しているので、上記名目ジオメトリに基づいて決定された接触面積から実際にはずれている。したがって、より正確な仮想ジオメトリを決定するために、上記接触面積は、上記ツールジオメトリ及び上記第１の仮想ジオメトリに基づいて決定され得る。

上記方法の他の好ましい実施形態は、上記マシン情報及び上記第１の仮想ジオメトリに基づいて修正部品ファクタを決定し、上記修正部品ファクタに基づいて第２の仮想ジオメトリを生成するステップを有する。偏差を生じ得る上記変位ファクタ、上記位置ファクタ、及び上記ツールファクタの間で相互作用があるので、上記部品ファクタの決定は改善され得る。例えば、上記名目ジオメトリからの実際に生成されたジオメトリの偏差は、接触面積の変化及びプロセス力の変化を生じる。影響を与える他のファクタも上記偏差により変更され得る。

上記名目ジオメトリに代えて上記第１の仮想ジオメトリを考慮することにより、上記コンポーネントファクタのより正確な決定が可能となる。特に、第３の仮想ジオメトリ及びさらなる仮想ジオメトリが決定されることが好ましい。これらのそれぞれにおいては、以前に決定された仮想ジオメトリが初期ジオメトリとして考慮される。このため、より正確な修正コンポーネントファクタを繰り返し決定することができる。

特に、修正変位ファクタ、修正位置ファクタ及び／又は修正ツールファクタが、上記第１の仮想ジオメトリに基づいて、さらに／あるいは上記第１の仮想ジオメトリと上記名目ジオメトリとの間の偏差に基づいて決定されることが好ましい。

好ましくは、修正プロセス力は、上記電力値及び修正接触面積に基づいて決定される。特に、上記修正接触面積は、上記第１の仮想ジオメトリを考慮しており、好ましくは上記コンポーネントの上記名目ジオメトリを考慮していない。上記修正プロセス力に基づいて、修正ツール変位及び／又は修正コンポーネント変位が好ましくは決定される。

上記修正ツール変位及び／又は上記修正コンポーネント変位に基づいて、上記修正変位ファクタが決定される。上記修正コンポーネントファクタは、好ましくは上記修正変位ファクタに基づいている。また、上記ツールの係合条件が上記名目ジオメトリからの上記第１の仮想ジオメトリの偏差により変化するので、上記修正ツールファクタは、通常、上記ツールファクタと異なっている。

上記方法のさらなる他の好ましい実施形態は、上記第１の仮想ジオメトリ及び／又は上記第２の仮想ジオメトリを上記名目ジオメトリに整合させることによりジオメトリ偏差を決定し、好ましくは、それぞれの場合において上記名目ジオメトリの予め規定されたコンポーネント部分における偏差ベクトルを生成するステップを有する。

さらなる態様によれば、上述した課題は、生産されたコンポーネントのデジタルツインをマシン情報及び上記コンポーネントの名目ジオメトリに基づいて、特に上述した実施形態のうちの１つによる方法によって生成するための方法により解決される。

さらなる態様によれば、上述した課題は、上記で述べた実施形態のうちの１つによる方法のステップを実行する手段を備えたデータ処理のためのシステムにより解決される。

上記システムは、特に、処理マシンにより生産されたコンポーネント及び／又はこれから生産されるコンポーネントであって、名目ジオメトリを有するコンポーネントの仮想ジオメトリを生成するために構成される。好ましくは、上記データ処理のためのシステムは、上記コンポーネントのジオメトリに影響を与える上記処理マシンの少なくとも１つのマシンパラメータを特徴付けるマシン情報を取得する手段を備える。

さらに好ましくは、上記データ処理のためのシステムは、上記マシン情報及び上記名目ジオメトリに基づいて少なくとも１つのコンポーネントファクタを決定する手段を備える。さらに、上記データ処理のためのシステムは、上記コンポーネントファクタに基づいて製造された上記コンポーネント及び／又はこれから製造される上記コンポーネントのデジタル幾何学的画像として第１の仮想ジオメトリを生成する手段を備えることが好ましい。

好ましくは、上記システムは、上記システムを外部システムに連結するように構成されるインタフェイスを備える。例えば、上記システムは、品質保証システムのCAQシステムに上記インタフェイス手段により連結可能であってもよい。

さらなる態様によれば、最初に述べた上記課題は、コンピュータにより実行される際に、上記で述べた実施形態のうちの１つによる方法を実行させる命令を含むコンピュータプログラムにより解決される。

さらなる利点、実施形態の変形例及びさらなる態様の実施形態の詳細とそれらの考えられるさらなる実施形態については、対応する特徴に関して先に述べた説明及び処理マシンにより名目ジオメトリを用いて生産されたコンポーネント及び／又はこれから生産されるコンポーネントの仮想ジオメトリを生成するための方法のさらなる実施形態が参照される。

実施形態の好ましい例が添付図面を参照して例示として説明される。これらの図面は以下のものを示している。
図１は、仮想ジオメトリを生成するための方法の例示的な実施形態の模式図である。 図２は、データ処理のためのシステムの例示的な実施形態の模式図である。 図３は、データ処理のためのシステムにおける情報の流れの模式図である。 図４は、データ処理システムにおける情報の流れの別の模式図である。 図５は、製造システムの例示的な実施形態の模式図である。

図面においては、同一の要素あるいは機能的に本質的に同一又は類似の要素は同一の参照符号により示されている。

図１は、模式的な方法を示している。ステップ100において、コンポーネント８のジオメトリに影響を与える処理マシン３の少なくとも１つのマシンパラメータを特徴付けるマシン情報12，14が取得される。マシン情報は、例えば、少なくとも１つのマシン軸ｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｂ，ｃの軸位置12及び／又は電力値14を特徴付けることができる。

ステップ102においては、マシン情報12，14と生産されたコンポーネント８及び／又はこれから生産されるコンポーネント８の名目ジオメトリ10とに基づいて、少なくとも１つのコンポーネントファクタ30が決定される。ステップ102はステップ102a，102b，102cに分けられる。ステップ102aにおいては、変位ファクタ26が決定される。このために、まず、電力値14及び用いているツール６とコンポーネント８との間の接触面積20によってプロセス力22が決定される。そして、ツール変位26a及び／又はコンポーネント変位26bがプロセス力22に基づいて決定され、このツール変位26a及び／又はコンポーネント変位26bに基づいて変位ファクタ26が決定される。

ステップ102bにおいては、軸位置12に基づいて位置ファクタ28が決定される。ステップ102cにおいては、ツールジオメトリに基づいてツールファクタ24が決定される。ステップ102a，102b，102cは、任意の順序で、例えば並行に行われてもよい。さらに、ステップ102は、ステップ102a～102cのうち１つのステップのみ又は２つのステップとともに行われ得る。コンポーネントファクタ30は、変位ファクタ26、位置ファクタ28、及びツールファクタ24に基づいて決定される。

ステップ104においては、コンポーネントファクタ30に基づいて、第１の仮想ジオメトリ32が、生産されたコンポーネント８及び／又はこれから生産されるコンポーネント８のデジタル幾何学的画像として生成される。ステップ106においては、マシン情報12，14及び第１の仮想ジオメトリ32に基づいて修正コンポーネントファクタが決定される。ステップ108においては、修正コンポーネントファクタに基づいて第２の仮想ジオメトリが生成される。好ましくは、このために、第１の仮想ジオメトリ32に基づいて、修正変位ファクタ26’及び／又は修正ツールファクタ24’が決定され、ここではステップ102a～102cにおける手順と基本的に同一の手順が適用可能である。

図２に示されるデータ処理のためのシステム１は、名目ジオメトリを特徴付ける情報10と、軸位置を特徴付ける情報12と、電力値を特徴付ける情報14と、メタ情報16と、センサ情報18とを入力として用いている。システム１は、名目ジオメトリ10、軸位置12、及びメタ情報16に基づいて接触面積20を決定する手段210を備えている。システム１は、接触面積20、情報14、及びセンサ情報に基づいてプロセス力22を決定する手段220をさらに備えている。さらに、システム１は、プロセス力22及び接触面積20に基づいてツールファクタ24を決定する手段230を備えている。

さらに、システム１は、ツール変位26a及び／又はコンポーネント変位26bに基づいて変位ファクタ26を決定する手段240を備えている。ツール変位26a及び／又はコンポーネント変位26bは、メタ情報16、名目ジオメトリ10、及びプロセス力22に基づいて決定される。

さらに、システム１は、接触面積20及び名目ジオメトリ10に基づいて位置ファクタ28を決定する手段250を備えている。第１の仮想ジオメトリ32を生成する手段260が配置されており、この第１の仮想ジオメトリ32は、ツールファクタ24、変位ファクタ26、及び位置ファクタ28に基づいて生成される。さらに、システム１は、第１の仮想ジオメトリ32及び名目ジオメトリ10に基づいてジオメトリ偏差34を決定する手段270を備えている。

また、第１の仮想ジオメトリ32は、システム１への入力としても用いられ得る。特に、これは、以下でより詳細に説明されるように、繰り返しループを表している。仮想ジオメトリ32に基づいて、手段210～270により情報20～34をより正確に決定することができる。その結果、得られる第２の仮想ジオメトリ36は、生産されたコンポーネント８又はこれから生産されるコンポーネント８をより正確に再現している。

センサ情報18は、個々の決定をより高精度で行うために手段220，230，240，250によって付加的に用いられてもよい。

図３は、情報レベルでのこれらの関係を示している。特に、変位ファクタ26がツール変位26a及びコンポーネント変位26bを基準にして決定されることが示されている。補足的に、ワークピースの初期ジオメトリ19を考慮することができる。特に、接触面積20を決定する際及び変位ファクタ26を決定する際には出力ジオメトリ19を考慮することが好ましい。

図４は、第２の仮想ジオメトリ36を生成するための方法を示している。入力としての名目ジオメトリ10に代えて、ここでは第１の仮想ジオメトリ32が入力として使用されている。情報10，12，14，16，32に基づいて、修正接触面積20’、修正プロセス力22’、修正ツールファクタ24’及び修正変位ファクタ26’が決定される。

修正ツールファクタ24’、修正変位ファクタ26’及び位置ファクタ28に基づいて、修正コンポーネントファクタ30’が決定される。修正コンポーネントファクタ30’に基づいて、第２の仮想ジオメトリ36が決定される。第２の仮想ジオメトリ36及び名目ジオメトリ10に基づいて、修正コンポーネント偏差34’が決定される。

図５は、処理マシン２及びデータ処理システム１を含む製造システム３を示している。処理マシン２は、ツール６を回転駆動させるためのマシンスピンドル４を有している。ツール６は、コンポーネント８を生産するために使用され、コンポーネント８は、クランプ手段９によりクランプされている。処理マシン２は、３つの直線軸ｘ，ｙ，ｚを有している。加えて、処理マシン２は、第１の旋回軸ａ、第２の旋回軸ｂ及び第３の旋回軸ｃを有している。処理マシン２は、信号によってデータ処理システム１と連結される。

この連結を通じて、生産されたコンポーネント８のデジタル幾何学的画像として第１の仮想ジオメトリ32をその場で生成することができる。このために、マシン情報、特に処理マシン２の軸位置12及び電力値14、及び名目ジオメトリに基づいて、コンポーネントファクタ30が決定される。マシン情報12，14が取得され、例えば処理マシン２の機械制御から読み出される。マッピング正確性、すなわち生産されたコンポーネントと仮想ジオメトリとの間の差が繰り返し研削により増え得る。このために、例えば、第２の仮想ジオメトリ36及び／又は第３の仮想ジオメトリ及び／又はさらなる仮想ジオメトリが生成される。

先に述べた方法及びシステム１によって、製造プロセスチェーンから測定方法をなくすことができる。この基礎は、生産されたコンポーネント８のジオメトリが測定方法に基づいて決定されるのではなく、マシン情報12，14及び予め規定された名目ジオメトリ10に基づいて決定されることにある。これは、生産されたコンポーネント８の100％の制御を可能にするものであり、その結果、拒否が減少する。

加えて、最初に述べた測定プロセスのためのコンポーネントコストの25％がなくなるので、複雑なコンポーントのプロセスチェーンのコストが減少する。さらに、本方法を完全に仮想的なものとすることができるので、第１の仮想ジオメトリ又は第２の仮想ジオメトリに基づいてNCコードの適合を行うことができる。この基礎は、プロセス力22も算出できるところにある。

このように、一方でコンポーネント８の品質を予測し、他方でこれを制御する確固たる方法が提供される。

参照符号
１ データ処理システム
２ 処理マシン
３ 製造システム
４ マシンスピンドル
６ ツール
８ コンポーネント
９ クランピングデバイス
10 名目ジオメトリを特徴付ける情報
12 軸位置を特徴付ける情報
14 電力値を特徴付ける情報
16 メタ情報
18 センサ情報
19 出力ジオメトリ
20 接触面積を特徴付ける情報
20’ 修正接触面積を特徴付ける情報
22 プロセス力を特徴付ける情報
22’ 修正プロセス力を特徴付ける情報
24 ツールファクタを特徴付ける情報
24’ 修正ツールファクタを特徴付ける情報
26 変位ファクタを特徴付ける情報
26’ 修正変位ファクタを特徴付ける情報
26a ツール変位
26b コンポーネント変位
28 位置ファクタを特徴付ける情報
30 コンポーネントファクタを特徴付ける情報
30’ 修正コンポーネントファクタを特徴付ける情報
32 第１の仮想ジオメトリを特徴付ける情報
34 コンポーネント偏差を特徴付ける情報
34’ 修正部品偏差を特徴付ける情報
36 第２の仮想ジオメトリを特徴付ける情報
100～108 プロセスステップ
210 接触面積を決定する手段
220 プロセス力を決定する手段
230 ツールファクタを決定する手段
240 変位ファクタを決定する手段
250 位置ファクタを決定する手段
260 第１の仮想ジオメトリを生成する手段
270 ジオメトリ偏差を決定する手段
ａ マシン軸
ｂ マシン軸
ｃ マシン軸
ｘ マシン軸
ｙ マシン軸
ｚ マシン軸

Claims (15)

1. 処理マシン（２）により生産されたコンポーネント（８）及び／又はこれから生産されるコンポーネント（８）であって名目ジオメトリを有するコンポーネント（８）の仮想ジオメトリを生成するための方法、特にコンピュータにより実現される方法であって、
   ・前記コンポーネント（８）のジオメトリに影響を与える前記処理マシン（２）の少なくとも１つのマシンパラメータを特徴付けるマシン情報（12，14）を取得し、
   ・前記マシン情報（12，14）及び前記名目ジオメトリ（10）に基づいて、少なくとも１つのコンポーネントファクタ（30）を決定し、
   ・前記コンポーネントファクタ（30）に基づいて、前記生産されたコンポーネント（８）及び／又は前記これから生産されるコンポーネント（８）のデジタル幾何学的画像として第１の仮想ジオメトリ（32）を生成する
   ステップを有する、方法。
2. 前記マシン情報は、少なくとも１つのマシン軸（ｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｂ，ｃ）、好ましくは２以上又はすべてのマシン軸、及び／又は前記処理マシン（２）のマシンスピンドル（４）の軸位置（12）を特徴付ける、先行する請求項に記載された方法。
3. 前記マシン情報は、前記少なくとも１つのマシン軸（ｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｂ，ｃ）、好ましくは前記２以上又はすべてのマシン軸の電力値（14）及び／又は前記処理マシン（２）の前記マシンスピンドルを特徴付ける、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
4. ・前記電力値（14）及び／又は用いているツール（６）と前記コンポーネント（８）との間の接触面積（20）によりプロセス力（22）を決定し、
   ・前記プロセス力（22）に基づいて、ツール変位（26a）及び／又はコンポーネント変位（26b）により決定される変位ファクタ（26）を決定する
   ステップを有し、
   ・前記コンポーネントファクタ（30）は、前記変位ファクタ（26）に基づいて決定される、
   先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
5. ・前記軸位置（12）に基づいて位置ファクタ（28）を決定する
   ステップを有し、
   ・前記コンポーネントファクタ（30）は、前記位置ファクタ（28）に基づいて決定される、
   先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
6. ・ツールジオメトリに基づいてツールファクタ（24）を決定する
   ステップを有し、
   ・前記コンポーネントファクタ（30）は、前記ツールファクタ（24）に基づいて決定される、
   先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
7. ・前記ツールジオメトリは、初期条件を基準にして、さらに／あるいはツール摩耗を基準にして決定され、
   ・好ましくは、前記ツール摩耗は、前記接触面積に基づいて、さらに／あるいは前記プロセス力に基づいて決定される、
   先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
8. ・前記ツールのツールパラメータ、前記処理マシンの機械運動学及び／又はプログラム名を表すメタ情報（16）を取得する
   ステップを有し、
   ・前記メタ情報は、前記変位ファクタを決定するため、さらに／あるいは前記接触面積を決定するために使用される、
   先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
9. ・力値、振動値、及び／又はツール変位値を特徴付けるセンサ情報（18）を取得する
   ステップを有し、
   ・前記センサ情報は、前記プロセス力を決定するために使用される、
   先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記接触面積は、前記ツールの前記ツールジオメトリ及び前記コンポーネントの前記名目ジオメトリ及び／又は前記第１の仮想ジオメトリに基づいて決定される、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
11. ・前記マシン情報（12，14）及び前記第１の仮想ジオメトリに基づいて修正コンポーネントファクタを決定し、
    ・前記修正コンポーネントファクタに基づいて第２の仮想ジオメトリを生成し、
    ・好ましくは、前記第１の仮想ジオメトリに基づいて、さらに／あるいは前記第１の仮想ジオメトリと前記名目ジオメトリとの間の偏差に基づいて、修正変位ファクタ、修正位置ファクタ及び／又は修正ツールファクタを決定する
    ステップを有する、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
12. ・前記第１の仮想ジオメトリ及び／又は前記第２の仮想ジオメトリを前記名目ジオメトリに整合させることによりジオメトリ偏差を決定し、
    ・好ましくは、それぞれの場合において前記名目ジオメトリの予め規定されたコンポーネント部分における偏差ベクトルを生成する
    ステップを有する、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
13. 特に先行する請求項のいずれか一項に記載の方法により、マシン情報及び生産されたコンポーネントの名目ジオメトリに基づいて前記コンポーネントのデジタルツインを生成するための方法。
14. 先行する請求項１～13のいずれか一項に記載の方法の前記ステップを実行するための手段（210～270）を含む、データ処理システム（１）。
15. コンピュータにより実行される際に、先行する請求項１～13のいずれか一項に記載の方法を実行させる命令を含むコンピュータプログラム。
    

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