JP4524895B2 - 共通治具設計支援装置及び共通治具設計システムにおける共通治具設計支援方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状の相違する複数の部品に共通して使用できる治具の設計を支援するための共通治具設計支援装置及び共通治具設計システムにおける共通治具設計支援方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来より、部品（製品）の加工、組付け、位置決め等のために使用する治具 （固定具、取付具、チャック、ロボットハンド、部品固定用の内材を含む）を、例えばＣＡＤシステムを用いて設計することが行われているが、この場合、一般に、個々の部品の形状から、一対一対応で治具の設計が行われていた。
【０００３】
ところが、このように部品種類に対して一対一で治具を設計、作製するものでは、形状や寸法が若干相違するだけの類似形状を有する部品に対しても、新たな治具設計が必要となると共に、治具の数が徒に増加し、ひいては、コストの増加や加工の段取り性の悪化を招くものとなっていた。そこで、形状の相違する複数の部品に共通して使用できる共通治具とすることが求められ、それに伴い、その共通治具の設計を容易に行うことができる支援装置や支援方法の開発が望まれるのである。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、形状の相違する複数の部品に共通して使用できる治具の設計を、簡単且つ効率的に行うことを可能とする共通治具設計支援装置及び共通治具設計システムにおける共通治具設計支援方法を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
例えば三次元ＣＡＤを用いて、形状の相違する複数の部品に共通して使用できる共通治具を設計するには、各部品と共通治具とが干渉せず、且つ、治具本来の機能である各部品を保持するに必要十分な形状を有するものとする必要がある。このような共通治具を設計するには、各部品の形状にあってどの部分が共通しているのかを認識することが非常に重要であり、このとき、共通部位が三次元的に完全に一致していることが必要となる。
【０００６】
本発明の請求項１の共通治具設計支援装置は、表示制御手段により、複数の部品の三次元モデルを記憶する記憶手段からそれら三次元モデルを読出し、各部品の形状の所定の特徴点を基準として表示装置の画面に重ね合わせて表示させるように構成している。これによれば、表示装置の画面には、各部品の三次元的な形状を表現した三次元モデルが重ね合わせて表示され、且つ、その重ね合わせは部品形状の所定の特徴点を基準として行われるので、その画面から、共通治具を設計するに必要な共通部位を認識することが可能となる。この結果、形状の相違する複数の部品に共通して使用できる治具の設計を、簡単且つ効率的に行うことができるようになる。
【０００７】
この場合、複数の部品の三次元モデルを、夫々異なる色で画面に表示させる構成とすれば（請求項２の発明）、各部品の形状の共通部位が、そうでない部位の色とは異なる色で表示されることになるので、共通部位の認識を容易に行うことができるようになる。
【０００８】
また、複数の部品の三次元モデルを重ね合わせて表示した画像から形状の共通する部位を抽出し、画面上に表示する共通部位抽出表示手段を設けるようにすれば（請求項３の発明）、共通部位がより判りやすくなると共に、その抽出された共通部位に基づいて、共通治具の設計を容易に行うことができるようになる。
【０００９】
さらにこのとき、全部品の三次元モデルにおいて共通部位が存在しない場合には、グループ化手段により、共通部位が存在する部品毎にグループ化し、各グループ毎の共通部位を画面上に表示させる構成とすることもできる（請求項４の発明）。これによれば、各グループ毎の共通部位を容易に認識することができ、各グループ毎に共通部位を保持できるような共通治具の設計を容易に行うことが可能となる。
【００１０】
本発明の請求項５の共通治具設計システムにおける共通治具設計支援方法は、オペレータが部品設計ＣＡＤを用いて複数の部品の三次元モデルを作成し、記憶手段に記憶させる工程と、治具設計ＣＡＤのコンピュータが備える表示制御手段により、その記憶手段から複数の部品の三次元モデルを読出してそれらを各部品の形状の所定の特徴点を基準として表示装置の画面に重ね合わせて表示する工程とを含むところに特徴を有する。これによれば、表示装置の画面には、各部品の三次元的な形状を表現した三次元モデルが重ね合わせて表示され、且つ、その重ね合わせは部品形状の所定の特徴点を基準として行われるので、その画面から、共通治具を設計するに必要な共通部位を認識することが可能となる。この結果、形状の相違する複数の部品に共通して使用できる治具の設計を、簡単且つ効率的に行うことができるようになる。
【００１１】
この場合、複数の部品の三次元モデルを、夫々異なる色で画面に表示するようにすれば（請求項６の発明）、各部品の形状の共通部位が、そうでない部位の色とは異なる色で表示されることになるので、共通部位の認識を容易に行うことができるようになる。
【００１２】
また、複数の部品の三次元モデルを重ね合わせて表示した画像から形状の共通する部位を抽出し、画面上に表示するようにすれば（請求項７の発明）、共通部位がより判りやすくなると共に、その抽出された共通部位に基づいて、共通治具の設計を容易に行うことができるようになる。
【００１３】
さらにこのとき、全部品の三次元モデルにおいて共通部位が存在しない場合には、共通部位が存在する部品毎にグループ化し、各グループ毎の共通部位を画面上に表示することもでき（請求項８の発明）、これにより、各グループ毎の共通部位を容易に認識することができ、各グループ毎に共通部位を保持できるような共通治具の設計を容易に行うことが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、部品の穴の内面を研磨加工する際に該部品を保持するための治具の設計に適用した一実施例について、図面を参照しながら説明する。図２は、本実施例において用いられる共通治具設計のシステムの一例を概略的に示しており、このシステムは、例えば複数の部品設計ＣＡＤ１と、これら部品設計ＣＡＤ１に接続されたメモリ（データベース）２と、このメモリ２に接続された治具設計ＣＡＤ３とを備えて構成される。このシステムは、本実施例に係る共通治具設計支援方法を実行するようになっており、本実施例に係る共通治具設計支援装置を含んで構成されている。
【００１５】
そのうち部品設計ＣＡＤ１は、各部品（具体例は後述）の三次元モデルを必要な加工情報と共に作成するもので、詳しく図示はしないが、パーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータ、及び、表示装置や入力装置等のマン・マシンインターフェース等を備えて構成されている。そして、各部品設計ＣＡＤ１により作成された各部品の三次元モデルのデータは、メモリ２に送られて記憶されるようになっている。従って、このメモリ２が、記憶手段として機能するようになっている。
【００１６】
一方、前記治具設計ＣＡＤ３は、後述する治具（形状の相違する複数の部品に共通して使用できる共通治具）の三次元モデルを必要な加工情報と共に作成するもので、やはり、コンピュータ、表示装置、入力装置（いずれも図示せず）等を備えて構成されている。このとき、前記表示装置は、例えばフルカラー表示可能なＣＲＴディスプレイ等からなり、その画面４（図４，５参照）に、部品や治具の三次元モデルの表示が可能とされている。また、この治具設計ＣＡＤ３（コンピュータ）は、前記メモリ２から各部品の三次元モデルのデータを読出すことができるようになっている。
【００１７】
さて、後の作用説明にて具体例を述べるように、この治具設計ＣＡＤ３（コンピュータ）は、そのソフトウエア的構成により、オペレータ（設計者）が共通治具の設計の処理を行うにあたり、前記メモリ２から複数の部品の三次元モデルを読出し、それらを各部品の形状の指定された所定の特徴点を基準として、表示装置の画面４に、重ね合わせて表示させる工程を実行するようになっている。
【００１８】
そして、複数の部品の三次元モデルを重ね合わせて表示した画像から形状の共通（本実施例では三次元的に完全に一致）する部位を抽出し、画面４上に表示する共通部位抽出表示工程を実行するようになっている。その際には、共通部位を、他の部位とは色や模様を変えることにより表示させるようになっている。
【００１９】
さらに、本実施例では、全部品の三次元モデルにおける共通部位が存在しない場合には、入力された設計条件に基づいて、共通部位が存在する部品毎にグループ化し、各グループ毎の共通部位を画面４上に表示するようになっている。従って、この治具設計ＣＡＤ３（コンピュータ）が、表示制御手段、共通部位抽出表示手段、グループ化手段として機能するようになっている。
【００２０】
この後、オペレータは、重ね合わされた複数の部品の三次元モデル及び共通部位の情報を利用して、複数の部品に共通して使用できる、つまり各部品と治具とが干渉せず且つ治具本来の機能である各部品を保持するに必要十分な形状を有する共通治具の設計を行うようになっている。尚、これも後の作用説明にて述べるように、全部品の共通部位が存在せずに部品がグループ化された場合には、共通治具は、治具本体と、グループ毎に設けられその治具本体に着脱可能に取付けられる複数のアタッチメント（中子）とから構成されるようになっている。
【００２１】
次に、上記構成の作用について、図１並びに図３ないし図６も参照して述べる。ここで、部品についての具体例をあげるに、図３に示すように、部品５は、上部（頭部）が径大で下部側がそれより径小とされた段付き部５ａを有する円筒状をなし、その中心部に上下に貫通する穴５ｂが形成されている。この場合、穴５ｂの内面を研磨加工する際に部品５を保持するための治具に必要な機能（設計条件）としては、▲１▼部品５のＸＹ平面内の動きを拘束でき、且つ、▲２▼上下方向（Ｚ方向）の支持が行える、ことである。
【００２２】
また、図４（ａ）には、前記部品５及びそれとは同種であるが形状の相違している部品６，７，８の形状（便宜上正面から見た形状）を示している。これら部品６，７，８も、夫々上部が径大で下部側がそれより径小とされた段付き部６ａ，７ａ，８ａを有する円筒状をなし、図示はしないが、中心部に上下に貫通する穴を有している。これら部品５〜８は、各部の径寸法あるいは長さ（高さ）寸法
（部品６については更に上部（頭部）の外形形状）が異なっている。
【００２３】
さて、図１のフローチャートは、複数の部品に共通して使用できる共通治具の設計の手順を示しており、以下、上記した４種類の部品５〜８の保持に共通して使用できる共通治具を設計する場合（図３〜図６）を具体例としながら説明する。即ち、まず、ステップＳ１では、前記部品設計ＣＡＤ１を用いて、前記複数の部品５〜８の三次元モデルを作成する工程が実行される。次のステップＳ２では、各部品設計ＣＡＤ１で作成された複数の部品５〜８の三次元モデルのデータを、メモリ２に記憶する工程が実行される。
【００２４】
そして、次のステップＳ３以降は、前記治具設計ＣＡＤ３により実行される処理であり、ステップＳ３では、まずメモリ２から複数の部品５〜８の三次元モデルのデータが治具設計ＣＡＤ３に読出され、引続きステップＳ４にて、それら三次元モデルを各部品５〜８の形状の所定の特徴点を基準として表示装置の画面４に重ね合わせて表示させる工程が実行される。
【００２５】
図４（ａ）に示した４個の部品５〜８の場合、表示装置の画面４には、同図 （ｂ）に示すような表示がなされる。尚、実際には三次元モデルの重ね合わせ表示が行われるのであるが、ここでは図が煩雑となるのを避けるため、便宜上二次元表示に代えている。このとき、重ね合わせの基準となる所定の特徴点としては、各部品５〜８の段付き部５ａ〜８ａの下面（下を向く面）及び中心軸ｏが指定され、これにて、各部品５〜８の段付き部５ａ〜８ａの下面を同一高さに揃え、且つ、各部品５〜８の中心軸ｏを一致させるように三次元モデルの重ね合わせ表示が行われる。
【００２６】
次のステップＳ５では、全ての部品５〜８の三次元モデルにおいて外形が共通（三次元的に完全に一致）する共通部位が存在するかどうかが判断される。そして、全部品５〜８の三次元モデルにおいて共通部位が存在する場合には（ステップＳ５にてＹｅｓ）、ステップＳ６にて、共通部位を抽出して画面４に表示する工程が実行される。これに対し、全部品５〜８の三次元モデルにおいて共通部位が存在しない場合には（ステップＳ５にてＮｏ）、ステップＳ７にて、共通部位が存在する部品毎のグループ化が行われ、引続きステップＳ８にて、各グループ毎の共通部位を画面４に表示する工程が実行される。
【００２７】
図４の例では、三次元モデルを重ね合わせ表示した画像から、同じ位置に同一外径の部分が存在するかにより、共通部位の有無が判断され、この場合全部品５〜８についての共通部位は存在しないので（Ｓ５；Ｎ）、同じ位置に同一外径の部分が存在するグループ化がなされる（Ｓ７）。ここで、図５（ａ）に示すように、部品５及び部品７については、径小部分の外径寸法がＬ２で同一であるため、斜線を付した部分が共通部位ａとして抽出でき、これら部品５及び部品７で一つのグループＡとされる。
【００２８】
また、詳しく図示はしないが、部品６及び部品８についても、径小部分の外径寸法が同一であるため、共通部位ｂ（図５（ｂ）参照）が抽出でき、それらがもう一つのグループＢとされる。そして、表示装置の画面４には、図５（ｂ）に示すように、４個の部品５〜８の三次元モデルが、グループＡ，Ｂに分けて重ね合わせ表示され、それと共に、各グループＡ，Ｂの夫々の共通部位ａ，ｂが表示されるのである（Ｓ８）。
【００２９】
尚、共通部位ａ，ｂの表示は、例えば他の部位とは色や模様を変えることにより行われるのであるが、図では便宜上斜線を付して示している。また、図示はしないが、全部品についての共通部位が存在している場合には（Ｓ５；Ｙ）、同様に、その共通部位が抽出され、三次元モデルの重ね合わせ画像のうち、他の部位とは色や模様を変えることにより表示されるのである（Ｓ６）。
【００３０】
このように、各部品５〜８の三次元モデルの重ね合わせ画像が表示装置の画面４に表示され、さらには共通部位ａ，ｂの表示（グループ化の後の共通部位の表示）が行われることにより、オペレータは、その画面４から、共通治具を設計するに必要な共通部位ａ，ｂを容易に認識することができるようになるのである。この後、ステップＳ９にて、上記重ね合わされた部品５〜８の三次元モデル及び共通部位ａ，ｂのデータを利用し、治具設計ＣＡＤ３を用いた共通治具の設計が行われるのである。
【００３１】
図６は、上記した部品５〜８に対する共通治具９の設計方法の概略を示している。この場合、上述のように、共通治具９を設計するにあたっては、いずれの部品５〜８とも干渉することなく、且つ、治具本来の機能である各部品５〜８を保持するに必要十分な形状を有するものとする必要があり、その機能を実現するため、具体的には、各部品５〜８の径小部の外周を保持することにより部品５〜８のＸＹ平面内の動きを拘束し、且つ、各部品５〜８の段付き部５ａ〜８ａの下面を所定の高さに保持して上下方向（Ｚ方向）の支持を行うという考え方が採用される。
【００３２】
また、本実施例では、上記部品５〜８は、共通部位ａ，ｂによってグループＡ，Ｂに分かれるので、１つの治具本体１０と、グループ毎に設けられその治具本体１０に着脱可能に取付けられるリング状中子１１（１個のみ図示）とから構成される。これらリング状中子１１により、夫々共通部位ａ，ｂを保持できるように設計が行われる。尚、図６（ａ）に示すように、治具本体１０の外形については、設備等により予め決定される。
【００３３】
まず、図６（ｂ）に示すように、治具本体１０の形状と、各部品５〜８の三次元モデルの重ね合わせ画像とから、それらが干渉しないように、治具本体１０の内部形状が決定されるのであるが、ここでは治具本体１０は、その内部が２段の段付き形状となるように設計が行われる。この場合、治具本体１０の内部うち上部（上段部１０ａ）において、内径が最大（径大部の外径が最も大きい部品６と干渉しない）となり、その下部（中段部１０ｂ）において、リング状中子１１が嵌合される内径及び高さとされ、最下部（下段部１０ｃ）において全ての部品５〜８の径小部と干渉しない程度の最も小さい内径とされる。
【００３４】
そして、前記グループＡに対応するリング状中子１１は、図６（ｃ）に示すように、前記中段部１０ｂに嵌合（係止）される外径及び高さ寸法を有する円板 （薄形円柱）１２から、共通部位ａを除いたリング形状、つまり共通部位ａの外径Ｌ２に対応した内径を有したリング状に設計される。また、図示はしないが、グループＢに対応するリング状中子も、同等の円板１２から、共通部位ｂを除いたリング形状に設計される。
【００３５】
これにて、１個の共通治具１０と２種類のリング状中子１１とから、共通治具９が構成され、図６（ｄ）に示すように、治具本体１０（中段部１０ｂ）に、グループＡに対応したリング状中子１１を着脱可能に取付けることにより、グループＡの部品即ち部品５，７を保持することが可能となり、グループＢに対応したリング状中子を着脱可能に取付けることにより、グループＢの部品即ち部品６，８を保持することが可能となるのである。
【００３６】
このように本実施例によれば、形状の相違する複数の部品５〜８に共通して使用できる共通治具９を設計するにあたり、複数の部品５〜８の三次元モデルを表示装置の画面４に重ね合わせて表示させる構成としたので、共通治具９を設計するに必要な共通部位ａ，ｂを容易に認識することができるようになる。この結果、複数の部品５〜８に共通して使用できる共通治具９の設計を、簡単且つ効率的に行うことが可能となるという優れた効果を奏するものである。
【００３７】
尚、上記実施例では、複数の部品の三次元モデルから、形状が三次元的に完全に共通する部位を共通部位として抽出するようにしたが、形状が完全に一致していなくとも、治具設計に必要な拘束条件（ＸＹ方向の拘束及びＺ方向の支持）を満たすような形状の一致があれば、これを共通部位とすることができる。例えば、ある部品の径大部が円形状をなし、別の部品の径大部がそれと同等の長軸を有する長円状（小判形）をなす場合も、共通部位とすることができる。
【００３８】
そして、上記実施例では、各部品５〜８の段付き部５ａ〜８ａの下面を所定の高さ位置に揃えるような共通治具９としたが、共通部位の位置が部品間で高さ方向によって異なっている場合には、共通治具（治具本体）の内部に多段の段付き部を形成するようにしても良い。例えば２個のグループの場合、一方のグループの部品についてはリング状中子を用いずに治具本体により部品を保持し、他方のグループについて中子を用いるといった構成としても良い。全部品について共通部位が存在している場合には、中子等を用いずとも共通治具を形成できることは勿論である。
【００３９】
また、上記実施例では、複数の部品の三次元モデルを重ね合わせ表示した画像から共通部位を抽出して、その他の部分と区別する表示を行うように構成したが、複数の部品の三次元モデルを、夫々異なる色で画面に表示させるようにしても良く、これによれば、各部品の形状の共通部位が、そうでない部位の色とは異なる色で表示されることになるので、別途に共通部位の抽出処理を行わなくても、共通部位の認識を容易に行うことができるようになる。
【００４０】
その他、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば本発明における治具とは、固定具、取付具、チャック、ロボットハンド、部品固定用の内材等も含む概念であり、また、部品とは各種の製品も含むものである等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、共通治具の設計の手順を示すフローチャート
【図２】治具設計システムの全体構成を概略的に示すブロック図
【図３】部品の一例を示す斜視図
【図４】４個の部品の形状（ａ）及びそれらを重ね合わせ表示した例（ｂ）を示す図
【図５】グループ分け及び共通部位の抽出の方法を説明するための図
【図６】共通治具設計の方法を説明するための図
【符号の説明】
図面中、１は部品設計ＣＡＤ、２はメモリ（記憶手段）、３は治具設計ＣＡＤ（表示制御手段、共通部位抽出表示手段、グループ化手段）、４は画面、５〜８は部品、９は共通治具、１０が治具本体、１１はリング状中子、ａ，ｂは共通部位を示す。

Claims (8)

1. 形状の相違する複数の部品に共通して使用できる治具の設計を支援するための装置であって、
   三次元モデルを表示可能な表示装置と、
   前記複数の部品の三次元モデルを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段から複数の部品の三次元モデルを読出し、それらを各部品の形状の所定の特徴点を基準として前記表示装置の画面に重ね合わせて表示させる表示制御手段とを具備することを特徴とする共通治具設計支援装置。
2. 前記表示制御手段は、前記複数の部品の三次元モデルを、夫々異なる色で表示させることを特徴とする請求項１記載の共通治具設計支援装置。
3. 前記複数の部品の三次元モデルを重ね合わせて表示した画像から形状の共通する部位を抽出し、前記画面上に表示する共通部位抽出表示手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の共通治具設計支援装置。
4. 全部品の三次元モデルにおいて共通部位が存在しない場合には、共通部位が存在する部品毎にグループ化し、各グループ毎の共通部位を画面上に表示させるグループ化手段を備えることを特徴とする請求項３記載の共通治具設計支援装置。
5. 部品設計ＣＡＤと、この部品設計ＣＡＤに接続された記憶手段と、この記憶手段に接続され、コンピュータ、表示装置、入力装置を有する治具設計ＣＡＤとを備える共通治具設計システムを用いて、形状の相違する複数の部品に共通して使用できる治具をオペレータが設計する際の当該設計を支援するための方法であって、
   オペレータが前記部品設計ＣＡＤを用いて前記複数の部品の三次元モデルを作成し、それら複数の三次元モデルを前記記憶手段に記憶させる工程と、
   前記治具設計ＣＡＤのコンピュータが備える表示制御手段により、前記記憶手段から複数の部品の三次元モデルを読出し、それらを各部品の形状の所定の特徴点を基準として前記表示装置の画面に重ね合わせて表示する工程とを含むことを特徴とする共通治具設計システムにおける共通治具設計支援方法。
6. 前記表示制御手段により前記複数の部品の三次元モデルを前記表示装置の画面に重ね合わせて表示する工程では、それら三次元モデルが夫々異なる色で表示されることを特徴とする請求項５記載の共通治具設計システムにおける共通治具設計支援方法。
7. 前記治具設計ＣＡＤのコンピュータが備える共通部位抽出表示手段により、前記複数の部品の三次元モデルを重ね合わせて表示した画像から形状の共通する部位を抽出し、前記画面上に表示する共通部位抽出表示工程を備えることを特徴とする請求項５又は６記載の共通治具設計システムにおける共通治具設計支援方法。
8. 前記共通部位抽出表示手段による前記共通部位抽出表示工程において、全部品の三次元モデルにおける共通部位が存在しない場合に、前記治具設計ＣＡＤのコンピュータが備えるグループ化手段により、共通部位が存在する部品毎にグループ化し、各グループ毎の共通部位を画面上に表示することを特徴とする請求項７記載の共通治具設計システムにおける共通治具設計支援方法。

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