JP4390727B2

JP4390727B2 - 形状比較方法

Info

Publication number: JP4390727B2
Application number: JP2005047033A
Authority: JP
Inventors: 浩二原; 祐一石山; 義男金井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2025-02-23
Also published as: JP2006234473A

Description

本発明は、成形品の成形面形状と、その成形品を成形した型の成形面形状とを比較してその差分を把握する方法に関する。

成形品を型を用いて成形する場合、成形品の成形面形状は型の成形面形状と異なったものとなるのが一般的である。例えば、金属製材料を型でプレス成形するような場合には、材料の持つ弾性のためにスプリングバックやそり、デフォーム等といった変形が生じ、成形品の成形面形状は型の成形面形状と異なったものとなる。そのため、型の設計段階においては、通常、予めそれらの変形をシミュレーション解析し、型に見込みを設けている。

しかし、シミュレーション解析で算出した見込みを型に設けたとしても、その型によって成形した成形品と最終的に得たい成形品との間には差分がでるのが実情である。特に、成形品の３次元形状が複雑な場合には、この傾向が顕著なものとなる。そのため、シミュレーション解析による見込みを設けた型に対して、さらに人手によって手作業で型を加工し、成形される成形品形状の微調整を行っている。

このような人手による加工・微調整は、複雑な形状の部位で行われることが多く、シュミレーション解析等では解析しきれない範疇であり、作業者の経験に依存している。このような作業は、製作する型ごとに行う必要があるため、作業効率が悪く、製造コストが高くなる要因の一つとなっている。そのため、作業者の経験による微調整分を数値的に把握して解析し、他の型を製作する場合や同一の二番型を製作する場合に反映させることが求められている。

一方、成形品が、その設計データの形状に成形されているかどうかを測定する方法として、３個以上の基準点用ターゲットと、その他のターゲットを成型品に固設し、基準点用ターゲットの測定座標系における座標を測定し、成形品の設計データの設計座標系における成形品に固設した基準点用ターゲットの設計座標を抽出し、上記基準点用ターゲットの測定座標と設計座標とから、計測座標系を設計座標系を変換するための平行移動及び回転を規定するマトリクスを求め、成形品に固設された他の全てのターゲットの測定座標系における座標を測定した後、上記マトリクスをその測定したターゲットの座標に適用して設計座標系に変換し、その変換された各ターゲットの設計座標系での座標と設計データにおける各ターゲットの座標を比較する、といった方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−３１１０２１号公報

型の人手による加工・微調整分を数値的に把握しようとする場合、上記成形品がその設計データの形状に成形されているかどうかを測定する技術を適用することが考えられる。

しかし、上記技術は、測定座標と設計データ上の設計座標とを比較する技術であり、測定座標と測定座標とを比較する技術ではないため、人手による加工・微調整が入った型とその型で成形される成形品との比較に、簡単には適用することができない。

また、仮に適用したとしても、上記技術は、計測座標系を設計座標系を変換するための平行移動及び回転を規定するマトリクスを求める際に、最小二乗法等の演算を用いて座標変換定数が最小になるようにしている（ベストフィット方法）。そのため、各ターゲットの測定座標を変換した設計座標系での座標と設計データにおける各ターゲットの座標を比較した場合に、おおよそのズレ傾向は分かるものの、型の所定の成形面を基準として成形品の成形面がどの方向にどの程度ずれているかを把握することはできない。

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、成形品を成形するための型の成形面形状と、その型によって成形された成形品の成形面形状とを同じ座標系で比較することができ、型の成形面を基準として成形品の成形面がどの方向にどの程度ずれているかを把握することができる型と成型品の形状比較方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、成形品を成形するための型の成形面形状と、その型によって成形された成形品の成形面形状とを比較してその差分を把握する方法において、３個以上の型用ターゲットを固設し、型の成形面及び型用ターゲットの３次元形状を測定すると共に、型用ターゲットの測定座標系における座標位置を測定する型測定工程と、型上に成型品を載置すると共に、３個以上の成型品用ターゲットを固設し、成型品の成形面及び成型品用ターゲットの３次元形状を測定すると共に、成型品用ターゲットの測定座標系における座標位置を測定する成型品測定工程とを備え、上記型測定工程と成型品測定工程との終了後、上記測定した型用ターゲットの座標位置と上記測定した成型品用ターゲットの座標位置とを用いて、上記測定した型の成形面及び型用ターゲットの３次元形状と成型品の成形面及び成型品用ターゲットの３次元形状とを同一座標系で位置合わせし、上記型の成形面の３次元形状データと成型品の成形面の３次元形状データとを比較してその差分を把握することを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記測定した型の成形面及び型用ターゲットの３次元形状と成型品の成形面及び成型品用ターゲットの３次元形状とを位置合わせする座標系が、型設計の座標系であることを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記型の成形面の３次元形状データと成型品の成形面の３次元形状データとの比較によって把握された差分は、型見込み量のシミュレーション解析のためのデータとして用いられることを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記型の成形面の３次元形状データと成型品の成形面の３次元形状データとの比較によって把握された差分は、型加工データとして用いられることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、成形品及び型の３次元形状を測定すると共に、型及び成形品に固設されたターゲットを同一の測定座標系で測定するので、測定されたそのターゲットの座標を用いて、型及び成形品の３次元形状を他の座標系上で位置合わせすることができる。したがって、成形品の成形面形状と、型の成形面形状とを同じ座標系で比較することができ、また、型の成形面を基準として成形品の成形面がどの方向にどの程度ずれているかを把握することができる。

請求項２に記載の発明によれば、型及び成形品の３次元形状を、型設計の座標系で位置合わせするので、型の設計データと実際の型との比較を容易に行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、型の成形面の３次元形状データと成型品の成形面の３次元形状データとの差分を型見込み量のシミュレーション解析のためのデータとして用いることにより、型設計のためのシミュレーション解析の精度が上がり、人手による型の加工・微調整の工程を削減することができ、型生産のための作業効率を向上させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、型の成形面の３次元形状データと成型品の成形面の３次元形状データとの差分を型加工データとして用いることにより、人手によって型を加工・微調整する場合の加工・微調整量が明確になるため、その工程を削減することができ、型生産のための作業効率を向上させることができる。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

まず、図１のフローチャートを参照して、一般的なプレス成形用の型を製造するプロセスについて説明する。

成形したい成形品の設計がなされると（Ｓ１）、続いてその成形品を成形するための型をシミュレーション解析を用いて設計する（Ｓ２）。このシミュレーション解析では、プレスされた成形品に生じるスプリングバック現象やそり、デフォーム等といった変形が見込まれる。そして、設計された型設計データをもとに、発泡模型の製造（Ｓ３）、鋳造（Ｓ４）、荒加工（Ｓ５）、形状加工（Ｓ６）、仕上げ加工（Ｓ７）が順次行われ、仮仕上げ形状の型が完成する。

その後、この仮仕上げ形状の型で成形品をプレスし（Ｓ８）、その成形品とＳ１で設計された成形品の設計データとを比較する（Ｓ９）。そして、その比較の結果、成形品とその設計データとが一致していない場合には、作業者が人手で型を加工・微調整し（Ｓ１０）、再度Ｓ８に戻る。通常、Ｓ８でプレスされた成形品には、上記Ｓ２のシミュレーション解析では解析しきれない分のスプリングバック現象やそり、デフォーム等といった変形が生じるため、Ｓ９とＳ１０の工程が必要となる。

数回のＳ１０の工程を経た後、Ｓ９の比較で、成形品とその設計データとが一致した場合には、型が最終仕上げ形状になったことになり、所定の装置に据え付けされる（Ｓ１１）。

次に、最終仕上げ形状の型の成形面形状と、その型で成形される成形品の成形面形状とを比較してその差分を把握する方法について説明する。本実施形態では、成形品がサイドパネルアウタであり、型がサイドパネルアウタ用のプレス型である場合について説明する。

まず、図２に示すように、型１を所定の測定位置に設置し、型１上に入射光をその入射光方向と平行且つ逆方向に反射する反射プリズムを備えたレーザートラッカー測定用の型用ターゲット２を固設する。具体的には、型１に設けられている加工基準用の穴に、型用ターゲット２の下端に設けられているピンを挿入して、型用ターゲット２を型１に固設する。型用ターゲット２は、型１の三次元座標での位置を規定するために少なくとも３個必要であり、型１の一直線上に並ばない３個以上の加工基準用の穴に挿入される。本実施形態では、４個の型用ターゲット２を用いている。

続いて、型１の設置位置付近に固設された非接触式の移動式三次元測定機３を用いて、型１の成形面と型用ターゲット２との３次元形状を測定すると共に、型１の設置位置付近に固設されたレーザートラッカー４を用いて、型用ターゲット２の中心座標Ｐｋを測定する（型測定工程）。その結果、図３に示すような型１の成形面の３次元形状データＤが測定される。

次に、図４に示すように、型１上に成型品であるサイドパネルアウタ５を載置し、サイドパネルアウタ５上に、レーザートラッカー測定用の成形品用ターゲット６を固設する。具体的には、成形品用ターゲット６の下部に連設されている固定用マグネット台を、サイドパネルアウタ５のセンターピラー上部に載置して、成形品用ターゲット６をサイドパネルアウタ５に固設する。成形品用ターゲット６は、サイドパネルアウタ５の三次元座標での位置を規定するために少なくとも３個必要であり、サイドパネルアウタ５の一直線上に並ばない３個以上のセンターピラー上部位置に固設される。本実施形態では、３個の成形品用ターゲット６を用いている。

続いて、サイドパネルアウタ５の上記移動式三次元測定機３を用いて、サイドパネルアウタ５の成形面と成形品用ターゲット６との３次元形状を測定すると共に、上記レーザートラッカー４を用いて、成形品用ターゲット６の中心座標を測定する（成形品測定工程）。なお、上記型測定工程と成形品測定工との順序はどちらが先であっても良い。

次に、上記型測定工程で測定した型用ターゲット２の座標位置と上記成形品測定工程で測定した成型品用ターゲット６の座標位置とを用いて、上記測定した型１の成形面及び型用ターゲット２の３次元形状とサイドパネルアウタ５の成形面及び成型品用ターゲット６の３次元形状とを任意の座標系で相対的に位置合わせする。

続いて、その位置合わせした型１とサイドパネルアウタ５の３次元形状を、型設計データの型設計座標系に位置合わせする。具体的には、型設計データに設定されている型の加工基準用穴位置に、測定した型１の加工基準用穴位置を重ね合わせることにより、型設計座標系に、型１とサイドパネルアウタ５の３次元形状が位置合わせされて固定される。

以上の処理により、型設計座標系で、型１の３次元形状データＤとサイドパネルアウタ５の３次元形状データとが重なることになる。そして、公知の３次元形状比較手段によって、型１の成形面の３次元形状データとサイドパネルアウタ５の成形面の３次元形状データとを比較した比較データＤ’を算出し、その差分を把握する（図５参照）。

このようにして把握された差分値は、似た形状を持つ型を製造する場合に、図１のフローチャートに示した型の製造プロセスにおける、Ｓ２のシミュレーション解析のパラメータとして加えられる。これにより、シミュレーション解析の精度が著しく向上し、Ｓ１０の微調整の工程を大幅に削減することができる。

また、上記把握された差分値は、上記型１と同形の型を製造する場合に、Ｓ１０の微調整工程の加工データに加えられる。これにより、２番型や対称形状を持つ型（Ｒ／Ｌ）を製作する場合の微調整工程を削減することができる。

なお、本実施形態では、成形品がプレス製品である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、型とその型で成形される成形品一般に適用することができる。例えば、熱収縮量が課題となる樹脂の射出成形型とその成形品等にも適用可能である。

また、本実施形態では、型用ターゲット２及び成形品用ターゲット６としてレーザートラッカー測定用のターゲットを用い、その座標をレーザートラッカー４で測定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、型１や成形品５に固設したターゲットの座標を測定できるものであれば良い。例えば、型用ターゲット２及び成形品用ターゲット６として球状のターゲットを用い、移動式三次元測定機３を用いて測定する型用ターゲット２及び成形品用ターゲット６の３次元形状から、ターゲットの中心座標を算出するようにしても良い。

また、本実施形態では、型１と成形品５の３次元形状を測定する非接触式３次元測定機として、移動式のものを用いているが、これは測定対象物である型１及び成形品５の大きさによっては固定式のものを用いることもできる。

一般的なプレス成形用の型を製造するプロセスを示すフローチャート本発明の実施の形態に係る型測定工程を示す正面図本発明の実施の形態に係る成形品測定工程を示す正面図型の成形面の３次元形状データを示す概略図型の成形面の３次元形状データと、サイドパネルアウタの３次元形状データとを重ね合わせて比較した比較データを示す概略図

符号の説明

１型
２型用ターゲット
３移動式三次元測定機
４レーザートラッカー
５成形品
６成形品用ターゲット

Claims

成形品を成形するための型の成形面形状と、その型によって成形された成形品の成形面形状とを比較してその差分を把握する方法において、
３個以上の型用ターゲットを固設し、型の成形面及び型用ターゲットの３次元形状を測定すると共に、型用ターゲットの測定座標系における座標位置を測定する型測定工程と、
型上に成型品を載置すると共に、３個以上の成型品用ターゲットを固設し、成型品の成形面及び成型品用ターゲットの３次元形状を測定すると共に、成型品用ターゲットの測定座標系における座標位置を測定する成型品測定工程とを備え、
上記型測定工程と成型品測定工程との終了後、上記測定した型用ターゲットの座標位置と上記測定した成型品用ターゲットの座標位置とを用いて、上記測定した型の成形面及び型用ターゲットの３次元形状と成型品の成形面及び成型品用ターゲットの３次元形状とを同一座標系で位置合わせし、
上記型の成形面の３次元形状データと成型品の成形面の３次元形状データとを比較してその差分を把握することを特徴とする型と成型品の形状比較方法。
上記測定した型の成形面及び型用ターゲットの３次元形状と成型品の成形面及び成型品用ターゲットの３次元形状とを位置合わせする座標系が、型設計の座標系であることを特徴とする請求項１に記載の型と成型品の形状比較方法。
上記型の成形面の３次元形状データと成型品の成形面の３次元形状データとの比較によって把握された差分は、型見込み量のシミュレーション解析のためのデータとして用いられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の型と成型品の形状比較方法。
上記型の成形面の３次元形状データと成型品の成形面の３次元形状データとの比較によって把握された差分は、型加工データとして用いられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の型と成型品の形状比較方法。