JP4269600B2 - ３次元立体形状モデル作成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品、素材、金型それぞれの３次元立体形状モデルを、重複したデータの入力作業をなくすことによって、効率的に作成することができる３次元立体形状モデル作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえばコンロッドなどのエンジン部品を製造する際には、まず、ＣＡＤシステムにコンロッドの部品形状データを入力し、コンロッドの部品図を作成する。そして、この部品図に基づいて、コンロッドの鍛造加工前の形状を表す素材図を作成する。また、この部品図に基づいて、コンロッドの鍛造加工前の形状を作成する金型の金型図を作成する。さらに、鍛造加工前のコンロッドを切削するための加工パス形状を表す加工パス図を作成する。
【０００３】
部品図、素材図、金型図、加工パス図のそれぞれは分業によって作成される。したがって、これら４種類の図面は、それぞれ別々の部署で作成される。各部署では、作成された図面を基にして、部品の３次元形状モデル、素材の３次元形状モデル、金型の３次元形状モデル、加工パスの３次元形状モデルを作成する。これらのモデルの作成は、たとえば、特開平１０‐２６９２７４号公報に開示されているような、手続き型のパラメトリック設計によって行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、分業で４種類の図面を作成する場合、次のような問題がある。
【０００５】
作成すべき４種類の図面には共通の寸法が存在している。ところが、それぞれの図面は別々の部署で作成されるため、その寸法は各部署ごとに入力しなければならない。したがって、寸法の重複入力が生じて多大の無駄な工数が発生している。また、この寸法は各部署の担当者が個別に入力するので、寸法入力ミスが発生する恐れがあり、寸法入力ミスがあったときには、すべての部署での確認が必要になる。そして、共通の寸法に変更が生じた場合にも、その寸法をすべての部署で入力し直さなければならず、その寸法の入力にも多大の工数が発生する。
【０００６】
また、部品の設計者は完成部品の３次元形状モデルだけを設計する。しかし、実際には、その部品の製造過程において、部品を金型から外すために必要な抜け勾配、フィレット、取り代等の寸法をとらなければならない。そして、上述のように、４種類の図面が分業で作成されるため、部品の形状によっては、部品の設計者が設計した部品の完成形状と実際に製造された部品の完成形状とが異なってしまう。
【０００７】
本発明は、以上のような従来の問題点を解決するために成されたものであり、部品、素材、金型それぞれの３次元立体形状モデルを、重複したデータの入力作業をなくすことによって、効率的に作成することができ、設計した部品の形状と実際に製造された部品の形状とが一致する、３次元立体形状モデル作成方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる３次元立体形状モデル作成方法では、まず、データ記憶部が、部品の完成形状モデル、当該部品の素材形状モデル、当該素材形状モデルを作成するための金型形状モデルのすべてに影響を及ぼす共通基本寸法を記憶し、次に、前記データ記憶部が、前記共通基本寸法に対して法則性を持つ法則性寸法および前記共通基本寸法から独立した独立寸法を記憶し、最後に、前記データ記憶部に記憶された共通基本寸法、法則性寸法、独立寸法に基づいて、完成形状モデル作成部が部品の３次元完成形状モデルを、素材形状モデル作成部が当該部品の３次元素材形状モデルを、金型形状モデル作成部が前記３次元素材形状モデルを作成するための３次元金型形状モデルを、それぞれ作成する。
【０００９】
【発明の効果】
本発明の３次元立体形状モデル作成方法によれば、部品の３次元完成形状モデル、当該部品の３次元素材形状モデル、素材形状モデルを作成するための３次元金型形状モデルの、３つの形状モデルを作成するための寸法を、共通基本寸法と法則性寸法・独立寸法の２つの種類に分けたので、共通する寸法の重複入力をなくすことができ、寸法入力の作業負担が軽減できる。
【００１０】
また、重複入力をしなくても良くなるため、寸法の変更にも容易に対応可能になる。
【００１１】
そして、３次元完成形状モデルと３次元金型形状モデルは、３次元素材形状モデルを基準に作成されるので、設計した部品の形状と実際に製造された部品の形状とが一致する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる３次元立体形状モデル作成方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる方法を実施する３次元立体形状モデル作成用コンピュータの概略構成図である。
【００１３】
３次元立体形状モデル作成用コンピュータは、共通基本寸法入力手段として機能する共通基本寸法入力部１００、法則性・独立寸法入力手段２００として機能する部品寸法入力部２１０、素材寸法入力部２２０、金型寸法入力部２３０、３次元立体形状モデル作成手段３００として機能する素材形状モデル作成部３１０、完成形状モデル作成部３２０、金型形状モデル作成部３３０、データ記憶部３４０および表示部４００を有している。
【００１４】
共通基本寸法入力部１００は、部品の完成形状モデル、部品の素材形状モデル、その素材形状モデルを作成するための金型形状モデルのすべてに影響を及ぼす共通基本寸法を入力するものである。
【００１５】
部品寸法入力部２１０は、３次元完成形状モデルを作成するための法則性寸法および独立寸法を入力するものであり、同様に、素材寸法入力部２２０は、３次元素材形状モデルを作成するための、金型寸法入力部２３０は、３次元金型形状モデルを作成するための、法則性寸法および独立寸法をそれぞれ入力するものである。
【００１６】
これらの入力部１００、２１０、２２０、２３０はキーボードなどのデータ入力装置であり、本実施の形態では、これらの入力部は、それぞれ異なる部署に設置されている。
【００１７】
したがって、共通基本寸法、部品寸法、素材寸法、金型寸法は、それぞれ異なる部署のキーボードから異なる担当者によって入力される。なお、本実施の形態では、入力部１００、２１０、２２０、２３０を分散配置した場合を例示したが、これらの入力部１００、２１０、２２０、２３０を単一の入力部で形成することも可能である。
【００１８】
素材形状モデル作成部３１０は、入力された共通基本寸法および素材寸法に基づいて、素材形状モデルおよび型彫形状モデルを作成するものである。
【００１９】
完成形状モデル作成部３２０は、入力された共通基本寸法、部品寸法および素材形状モデルに基づいて３次元加工パス形状モデルを作成し、素材形状モデルと３次元加工パス形状モデルとで完成品形状モデルを作成するものである。
【００２０】
金型形状モデル作成部３３０は、入力された共通基本寸法、金型寸法および型彫形状モデルに基づいて、３次元金型ブロック形状モデルを作成し、型彫形状モデルと３次元金型ブロック形状モデルとで３次元金型形状モデルを作成するものである。
【００２１】
データ記憶部３４０は、前述の入力部１００、２１０、２２０、２３０から入力された各種の寸法を記憶し、それぞれの作成部３１０、３２０、３３０で作成された各種のモデルを記憶するものである。
【００２２】
表示部４００は、入力部１００、２１０、２２０、２３０から入力された各種の寸法、それぞれの作成部３１０、３２０、３３０で作成された各種のモデルを表示するものであり、液晶ディスプレイやＣＲＴなどの画像表示装置である。
【００２３】
図２は、本発明にかかる３次元立体形状モデル作成方法の手順を示す図である。本実施の形態では、エンジン部品のコンロッドを例にその方法の手順を説明する。コンロッドを一例に選択したのは、相似性が大きく、特定の部位の寸法が決まれば、部品、素材、金型の形状がほぼ決まってしまうからである。
【００２４】
まず、担当者は共通基本寸法入力部１００から部品の共通基本寸法を入力する（Ｓ１）。この共通基本寸法は、後述する、部品の完成形状モデル、部品の素材形状モデルおよび素材形状モデルを作成するための金型形状モデルのすべてに影響を及ぼす寸法である。具体的には、図３の実線で示すような、大端ピン径、小端ピン径、コンロッド長、外形、幅などのコンロッドの基本形状を特定するために必要な寸法である。入力された共通基本寸法はデータ記憶部３４０に記憶される。
【００２５】
別の部署の担当者は、部品寸法入力部２１０から３次元加工パス形状モデルおよび完成形状モデルを作成するための部品の法則性寸法および独立寸法、すなわち部品寸法を入力する（Ｓ２）。３次元加工パス形状モデルとは、便宜上、後述の素材形状モデルを切削するために使用されるモデルである。法則性寸法とは、共通基本寸法に対して法則性を持った寸法である。たとえば、ピン径が４０ｍｍで取り代が２ｍｍであれば、素材のピン径は４４ｍｍとなるが、このときの２ｍｍが法則性寸法になる。独立寸法とは、共通基本寸法とは無関係に独立した寸法である。たとえば、部品の油穴径は独立寸法になる。部品寸法は、図４の実線で示すような、穴径、穴位置などの寸法である。図中、ＡからＧで示した寸法は、法則性寸法であり、これら以外の寸法は独立寸法である。これらの寸法を入力する場合には、法則性寸法であるのか、独立寸法であるのかを指定する。入力された部品寸法はデータ記憶部３４０に記憶される。
【００２６】
別の部署の担当者は、素材寸法入力部２２０から素材形状モデルを作成するための素材の法則性寸法および独立寸法、すなわち素材寸法を入力する（Ｓ３）。素材寸法は、図５の実線で示すような、取り代、抜け勾配、見切線などの寸法である。図中、ＡからＨで示した寸法は、法則性寸法であり、これら以外の寸法は独立寸法である。これらの寸法を入力する場合には、法則性寸法であるのか、独立寸法であるのかを指定する。入力された素材寸法はデータ記憶部３４０に記憶される。
【００２７】
別の部署の担当者は、金型寸法入力部２３０から金型形状モデルを作成するための金型の法則性寸法および独立寸法、すなわち金型寸法を入力する（Ｓ４）。金型寸法は、図６の実線で示すような、金型サイズ、バリ厚などの寸法である。図中、Ａで示した寸法は、法則性寸法であり、これら以外の寸法は独立寸法である。これらの寸法を入力する場合には、法則性寸法であるのか、独立寸法であるのかを指定する。入力された金型寸法はデータ記憶部３４０に記憶される。
【００２８】
以上のＳ１のステップは共通基本寸法記憶段階を、Ｓ２〜Ｓ４のステップは法則性・独立寸法記憶段階を構成する。
【００２９】
なお、以上の例では、共通基本寸法、部品寸法、素材寸法、金型寸法の順に入力した場合を示したが、入力の順序はこの順序以外のランダムな順序であっても良い。たとえば、以上の例とは全く逆の、金型寸法、素材寸法、部品寸法、共通基本寸法の順に入力しても差し支えない。入力されたこれらの寸法は、共通基本寸法、法則性寸法（部品、素材、金型の）、独立寸法（部品、素材、金型の）に分けてデータ記憶部３４０に記憶されるからである。
【００３０】
素材形状モデル作成部３１０は、データ記憶部に記憶されている、図７に示すような共通基本寸法、素材の法則性寸法、素材の独立寸法に基づいて、図８に示すコンロッドの３次元素材形状モデルを作成する（Ｓ５）。３次元素材形状モデルは、たとえば、鋳造の鋳型によって形成される素材の形状を示すモデルである。
【００３１】
完成形状モデル作成部３２０は、データ記憶部に記憶されている、部品の共通基本寸法、素材の法則性寸法、素材の独立寸法に基づいて、図９および図１０に示すような３次元加工パス形状モデルを作成する（Ｓ６）。
【００３２】
つぎに、完成形状モデル作成部３２０は、Ｓ５のステップで得られた３次元素材形状モデルと作成された３次元加工パス形状モデルとを用いてブーリアン演算する。つまり、３次元素材形状モデルと３次元加工パス形状モデルとの３次元的な論理積を演算する。この演算の結果、図１１および図１２に示すような完成品形状モデルを作成する（Ｓ７）。
【００３３】
素材形状モデル作成部３１０は、作成された素材形状モデルに伸び尺などの金型補正値を織り込んで図１３に示すような型彫形状モデルを作成する（Ｓ８）。金型形状モデル作成部３３０は、共通基本寸法、金型の法則性寸法、金型の独立寸法に基づいて、図１４に示すような３次元金型ブロック形状モデルを作成する（Ｓ９）。つぎに、金型形状モデル作成部３３０は、Ｓ８のステップで得られた型彫形状モデルと作成された３次元金型ブロック形状モデルとを用いてブーリアン演算する。つまり、型彫形状モデルと３次元金型ブロック形状モデルとの３次元的な論理積を演算する。この演算の結果、図１５および図１６に示すような３次元金型形状モデルを作成し、最終的には、図１７に示すような３次元金型形状モデルを作成する（Ｓ１０）。以上のＳ５からＳ１０のステップは、３次元立体形状モデル作成段階を構成する。
【００３４】
以上の３次元素材形状モデル、３次元完成形状モデル、３次元金型形状モデル、３次元加工パス形状モデルのそれぞれは、公知のパラメトリック設計手法および公知のブーリアン演算をすることによって得られる。パラメトリック設計手法、ブーリアン演算は、一般的に用いられているものであるから、それらのモデルの具体的な生成過程の説明は省略する。
【００３５】
以上に説明した本発明の方法によれば、共通基本寸法を変えれば、個別に作成しておいた完成品、素材、金型の３次元形状モデルをパラメトリック変形により瞬時に取得できるので、サイズの変更に際してすべての寸法の変更を余儀なくされていた従来の手法と比較して大幅な工数削減ができる。
【００３６】
また、各担当者で個別に入力していた寸法を、１個所の共通基本寸法入力部で入力できるため、寸法入力ミスを防げる。
【００３７】
最初から、素材や金型といった生産要素を織り込んで、完成品形状や金型形状が設計されるため、設計した部品の形状と実際に製造された部品の形状とが一致し、生産側からの手戻りがなくなる。
【００３８】
３次元完成品形状モデルを、素材の３次元形状モデルと３次元加工パス形状モデルとのブーリアン演算によって得ているので、生産工程と同じ手順で３次元完成品形状モデルが作成されることになり、３次元完成品形状モデルと実際の生産物との形状が一致する。
【００３９】
相似性が保たれる形状の場合には、共通基本寸法、法則性寸法、独立寸法を変更するだけで、パラメトリック変形によりすべての形状モデルを簡単に設計変更できる。
【００４０】
共通基本寸法、法則性寸法、独立寸法を確認するだけで、簡易的な寸法検査ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる方法を実施する３次元立体形状モデル作成用コンピュータの概略構成図である。
【図２】本発明にかかる３次元立体形状モデル作成方法の手順を示す図である。
【図３】共通基本寸法の入力説明に供する図である。
【図４】部品寸法の入力説明に供する図である。
【図５】素材寸法の入力説明に供する図である。
【図６】金型寸法の入力説明に供する図である。
【図７】コンロッドの３次元素材形状モデルを共通基本寸法、法則性寸法、独立寸法と共に示した図である。
【図８】コンロッドの３次元素材形状モデルを示す図である。
【図９】コンロッドの３次元加工パス形状モデルの外形形状を示す図である。
【図１０】コンロッドの３次元加工パス形状モデルの形状線を示す図である。
【図１１】コンロッドの３次元完成形状モデルを共通基本寸法、法則性寸法、独立寸法と共に示した図である。
【図１２】コンロッドの３次元完成形状モデルを示す図である。
【図１３】コンロッドの型彫形状モデルの外形形状を示す図である。
【図１４】コンロッドを作成するための３次元金型ブロック形状モデルの外形形状を示す図である。
【図１５】コンロッドを作成するための３次元金型形状モデルの外形形状を示す図である。
【図１６】コンロッドを作成するための３次元金型形状モデルの外形形状を示す図である。
【図１７】コンロッドを作成するための３次元金型形状モデルの外形形状を示す図である。
【符号の説明】
１００…共通基本寸法入力部、
２００…法則性・独立寸法入力手段、
２１０…部品寸法入力部、
２２０…素材寸法入力部、
２３０…金型寸法入力部、
３００…３次元立体形状モデル作成手段、
３１０…素材形状モデル作成部、
３２０…完成形状モデル作成部、
３３０…金型形状モデル作成部、
３４０…データ記憶部、
３５０…表示部。

Claims (5)

1. データ記憶部が、部品の完成形状モデル、当該部品の素材形状モデル、当該素材形状モデルを作成するための金型形状モデルのすべてに影響を及ぼす共通基本寸法を記憶する共通基本寸法記憶段階と、
   前記データ記憶部が、前記共通基本寸法に対して法則性を持つ法則性寸法および前記共通基本寸法から独立した独立寸法を記憶する法則性・独立寸法記憶段階と、
   前記データ記憶部に記憶された共通基本寸法、法則性寸法、独立寸法に基づいて、完成形状モデル作成部が部品の３次元完成形状モデルを、素材形状モデル作成部が当該部品の３次元素材形状モデルを、金型形状モデル作成部が前記３次元素材形状モデルを作成するための３次元金型形状モデルを、それぞれ作成する３次元立体形状モデル作成段階と、
   を有することを特徴とする３次元立体形状モデル作成方法。
2. 前記法則性・独立寸法入力段階では、
   前記データ記憶部が、前記３次元完成形状モデルを作成するための法則性寸法および独立寸法の記憶、前記３次元素材形状モデルを作成するための法則性寸法および独立寸法の記憶、前記３次元金型形状モデルを作成するための法則性寸法および独立寸法の記憶を別々に行うことを特徴とする請求項１に記載の３次元立体形状モデル作成方法。
3. 前記３次元立体形状モデル作成段階では、
   前記素材形状モデル作成部が前記３次元素材形状モデルを最初に作成し、作成した３次元素材形状モデルを基準に、前記完成形状モデル作成部が前記３次元完成形状モデルを作成しおよび前記金型形状モデル作成部が前記３次元金型形状モデルを作成することを特徴とする請求項１に記載の３次元立体形状モデル作成方法。
4. 前記３次元立体形状モデル作成段階は、
   前記３次元素材形状モデルに関するデータと前記３次元完成形状モデルを作成するために前記データ記憶部に記憶された法則性寸法および独立寸法とから、前記完成形状モデル作成部が前記３次元素材形状モデルを切削するための３次元加工パス形状モデルを作成する段階と、
   作成された３次元加工パス形状モデルと前記素材形状モデル作成部が作成した３次元素材形状モデルとから前記金型形状モデル作成部が前記部品の３次元完成形状モデルを作成する段階と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元立体形状モデル作成方法。
5. 前記３次元立体形状モデル作成段階は、
   前記３次元金型形状モデルを作成するために前記データ記憶部に記憶された法則性寸法および独立寸法から前記金型形状モデル作成部が３次元金型ブロックモデルを作成する段階と、
   作成された３次元金型ブロックモデルと前記３次元素材形状モデルとの論理積を演算し、この演算結果を前記金型ブロックモデルから差し引いて前記金型形状モデル作成部が前記３次元金型形状モデルを作成する段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元立体形状モデル作成方法。

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