JP4599270B2 - 最小許容差スタックおよび最大許容差スタックの自動的計算を実行可能な方法、コンピュータ可読データ記憶媒体、およびコンピュータ支援設定システム - Google Patents

Description

本発明は、最小許容差スタックおよび最大許容差スタックの自動的計算を実行可能な方法、コンピュータ可読データ記憶媒体、およびコンピュータ支援設定システムに関する。

コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアは、ユーザが、複雑な３次元（３Ｄ）モデルを構築し、操作することができるようにする。いくつかの異なるモデル技術を使用して、３Ｄモデルを作成することができる。それらの技術には、ソリッドモデリング、ワイヤフレームモデリング、サーフェス（ｓｕｒｆａｃｅ）モデリングが含まれる。ソリッドモデリング技術は、３Ｄモデルが、互いに結合された位相幾何エンティティ（例えば、頂点、辺、および面）の集合であり、位相幾何３Ｄモデルを提供する。位相幾何エンティティは、対応する、サポートする幾何学形状エンティティ（例えば、点、切り取られた曲線、および切り取られた表面）を有する。切り取られた表面は、辺によって境界がつけられた位相幾何面に対応する。一方、ワイヤフレームモデリング技術は、モデルを単純な３Ｄ線の集合として表すのに使用することができるのに対し、サーフェスモデリングは、モデルを外面の集合として表すのに使用することができる。ＣＡＤシステムは、以上のモデリング技術、ならびにパラメトリックモデリング技術などの、他のモデリング技術を組み合わせることができる。パラメトリックモデリング技術は、モデルの異なる特徴およびコンポーネントに関する様々なパラメータを定義し、様々なパラメータ間の関係に基づき、それらの特徴およびコンポーネントの間の関係を定義するのに使用することができる。

また、ＣＡＤシステムは、３Ｄオブジェクトの２次元（２Ｄ）表現である２Ｄオブジェクトもサポートすることができる。２次元オブジェクトおよび３次元オブジェクトは、設計プロセスの異なる段階中に役立つ。モデルの３次元表現は、物理的コンテキストでモデルを視覚化するのに一般的に使用される。というのは、設計者は、モデルを３Ｄ空間内で操作することができ、任意の考えられる視点からモデルを視覚化することができるからである。モデルの２次元表現は、モデルの設計を準備し、正式に記録に残す（ｄｏｃｕｍｅｎｔ）のに一般的に使用される。

ＣＡＤシステムは、モデルに関する製造パラメータを記述する許容差情報を表示することができる。許容差情報は、指定された寸法または位置からの、特徴の許容できるずれ（ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）を指定することができる。例えば、プラス／マイナス許容差指定により、製造された部品における特徴の許容できる位置ずれが示されることが可能である。

設計技術者および製造技術者は、アセンブリ寸法に関する最小値および最大値を知り、アセンブリが製造された後、設計されたとおりに機能することを確実にする必要がある可能性がある。通常、最小寸法および最大寸法は、部品がアセンブリにおいてはめ合わされる順序、およびアセンブリ全体にわたる多数の許容差値に依存する。

最小条件および最大条件は、手作業で計算することが可能である。アセンブリにおける各許容差に関して、最小許容差および最大許容差を手作業で計算するのに、技術者は、最小条件および最大条件、ならびにアセンブリにおけるその他の特徴および部品に対する、これらの条件の影響を決定する。最小許容差および最大許容差を手作業で計算することは、手間のかかる作業である可能性がある。

最小許容差および最大許容差を自動的に計算する市販の許容差分析ソフトウェアは、存在する。許容差分析を実行するための一般的なコンピュータ化された技術は、モンテカルロシミュレーションに基づく。この技術は、適用された許容差に基づき、アセンブリにおける各特徴に関するシミュレーションモデルを作成する。多数回の反復に関して、プラス／マイナス許容差の正確な値がランダムに選択され、関心対象のアセンブリ寸法に関する結果の値が追跡される。モンテカルロシミュレーションは、関心対象の寸法に関する様々な値の確率を統計的に決定する。モンテカルロシミュレーションの速度は、パラメータのなかでもとりわけ、モデルのサイズ、許容差の数、反復の回数、および利用可能な計算リソースに依存する。最も効果的とするために、モンテカルロシミュレーションは、一般に、技術者が許容差シミュレーションおよび統計の分野の専門知識を有することを必要とする。

別のコンピュータ化された許容差分析技術は、運動学リンク（ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｌｉｎｋａｇｅ）に基づく。制約が割り当てられ、アセンブリにおける許容差特徴に適用されている許容差に基づく。次に、運動学モデルが操作されて、アセンブリ寸法に関する可能な値が決定される。運動パフォーマンス問題はないが、一般に、運動学リンク技術は、ＡＳＭＥ Ｙ１４．５Ｍ許容差標準およびＩＳＯ１１０１許容差標準の完全な広がりに対して解決しない。

適用された許容差、ならびに２乗和の根（ＲＳＳ）値に基づき、アセンブリの最小条件および最大条件を迅速に計算することができる３Ｄ ＣＡＤシステムは、許容差を分析するのにシミュレーション専門家が関与する必要がなく、ＡＳＭＥ Ｙ１４．５標準およびＩＳＯ １１０１標準を実行し、３Ｄ ＣＡＤシステムの能力および使い易さを向上させる。

一般に、一態様では、本発明は、部品のアセンブリの最小条件および最大条件を決定するためのコンピュータによって実行される方法を特徴とする。方法は、部品のアセンブリのサブセットを決定すること、および許容差特徴から成る許容差チェーンを構築することを含む。各許容差特徴は、部品に関連し、各許容差特徴は、最小値および最大値をとることができる許容差を有する。少なくとも１つの許容差が、最小値または最大値に設定される。アセンブリの最小条件および最大条件は、許容差値の設定に基づいて計算される。

実施形態は、アセンブリ寸法の測定に関する第１の特徴および第２の特徴を選択することを含むことが可能である。アセンブリ測定は、角度測定または距離測定であることが可能である。また、実施形態は、アセンブリの最大条件および最小条件をもたらす動きの方向を識別する方向ベクトルを指定すること、および許容差特徴に関連する部品のサイズまたは位置が変化し、その動き方向の動きを生じさせる確度に基づき、設定されるべき許容差を選択することも含むことが可能である。さらに、許容差特徴群の各許容差特徴の許容差は、方向ベクトルに沿った動きを生じさせる、付随する最小値または最大値に設定されることが可能である。部品のサブセットを決定する際、部品の組み立てられる順序が分析され、部品間（ｃｒｏｓｓ−ｐａｒｔ）関連（対合関係であることが可能な）が識別される。また、実施形態は、最小条件または最大条件の２乗和の根も含むことが可能である。

本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細を添付の図面、および以下の説明で提示する。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明白となろう。

本発明は、アセンブリにおける個々の部品に適用された許容差に基づき、アセンブリの最小条件および最大条件の計算を容易にする。最小条件および最大条件に加え、本発明は、業界で受け入れられている慣例である２乗和の根（ＲＳＳ）された最小条件および最大条件を計算する。

本発明は、プッシュ−プル技術を使用して、許容差分析問題を解く。プッシュ−プル技術は、アセンブリにおける各部品に関して、許容差および組み立て方法（例えば、部品間関連）を分析して、関心対象のアセンブリ寸法に関する完全な許容差チェーンを決定する。次に、許容差チェーンのプッシュおよびプルが行われて、関心対象のアセンブリ寸法に関する最小アセンブリ条件および最大アセンブリ条件が求められる。

本発明を使用して、技術者は、アセンブリを製造するのに先立って、アセンブリの形態、合い具合（ｆｉｔ）、および機能に許容差が与える影響を予測することができる。以上により、本発明は、コンピュータ化されたモデリングシステムの能力を向上させる。

図１は、ＣＲＴ上に表示され、コンピュータ化されたモデリングシステムによって実行される、モデリングソフトウェアによって生成されたウインドウ１０２を示し、モデリングシステムの実施例は、図９に関連して後に示す。ウインドウ１０２は、ワシントン州レッドモンド所在のマイクロソフトコーポレーションから入手可能なソフトウェアプログラミングツールなどの、従来の市販のソフトウェアプログラミングツールを使用して、当業者がプログラミングすることができる、従来のコンピュータによって生成されたウインドウである。

コンピュータによって生成された３Ｄモデル１０４が、ウインドウ１０２のモデリング部分１０６内に表示される。３Ｄモデル１０４の表面が表示されることが可能であり、または３Ｄモデル１０４は、３Ｄモデルの目に見える辺と隠れた辺をそれぞれ示すように、実線と破線で表示されることが可能である。また、実施形態は、技術者が、３Ｄモデル１０４、および３Ｄモデル１０４のコンポーネントを視覚化し、操作するのを助ける、特徴マネージャ設計ツリー１０８などの、他のウインドウ領域も含むことが可能である。さらに、特徴マネージャ設計ツリー１０８は、アセンブリにおける部品が、特徴マネージャ設計ツリー１０８における部品の階層順序付けによって組み立てられる順序を表すこともできる。

図２は、アセンブリ２０２を示し、アセンブリ２０２は、許容差のプッシュおよびプルを行って、上方左面２０４と下方左面２０６の間の最小値および最大値を計算する概念を例示するのに使用される。図２では、アセンブリ２０２は、１００ｍｍ寸法注釈に沿って、上方左面２０４から下方左面２０６まで延びる１００ｍｍの公称アセンブリ寸法を有して示されている。１つのブロックだけに、そのようにラベルが付けられているが、２つのブロック列の中間に位置する中間ブロック２１２、および下方右ブロック２１４を除く、アセンブリにおける各ブロックはそれぞれ、５０±５の水平許容差を有し、これは、各ブロックの幅が、大きくは５５ｍｍまで、小さくは４５ｍｍまでであることが可能であることを意味する。中間ブロック２１２および下方右ブロック２１４は、回転されており、垂直許容差を有する。さらに、各ブロックは、ピン−穴（ｐｉｎ−ｔｏ−ｈｏｌｅ）結合を介して、別のブロックに取り付けられており、ピン−穴結合は、ピン結合の向きのため、図２では目に見えない。

図３は、定義されたアセンブリ寸法の方向ベクトル３０８に沿ったプルおよびプッシュが、６５ｍｍという最小アセンブリ寸法３１６をどのように獲得するかを示す。アセンブリ２０２における上のブロック列の５つのブロックのそれぞれは、４５ｍｍという最小サイズにまでプッシュされる。下の列の左端の２つのブロック２０６、２０８は、５５ｍｍという最大値にまでプルされる。垂直許容差は、関心対象のアセンブリ寸法の方向に垂直であるため、中央ブロック２１２、および下の右端ブロック２１４は、アセンブリ寸法に対して作用しない。したがって、それぞれ、５０ｍｍという公称サイズのままだからである。

図４は、定義されたアセンブリ寸法の方向ベクトル３０８に沿ったプルおよびプッシュが、１３５ｍｍという最大アセンブリ寸法４１６をどのように獲得するかを示す。アセンブリ２０２における上のブロック列は、５５ｍｍという最大サイズにまでプルされ、他方、下の列の左端の２つのブロック２０６、２０８は、４５ｍｍという最小サイズにまでプッシュされる。中央ブロック２１２、および下の右端ブロック２１４は、アセンブリ寸法に対して作用しない。というのは、垂直許容差は、関心対象のアセンブリ寸法の方向に垂直であり、このため、それぞれ、５０ｍｍという公称サイズのままだからである。

次に、図５を参照すると、最小条件および最大条件を決定する手続き５００の流れ図が示されている。手続き５００への入力は、部品のアセンブリ、組み立て方法、ならびにアセンブリにおける部品が組み立てられる順序である（ステップ５０２）。手続き５００に入力されるアセンブリは、部品および許容差（例えば、直径、平面度位置）を含み、ただし、アセンブリにおける各部品は、許容差が適用される許容差特徴（例えば、平面、穴、ピン、円錐）を含むことが可能である。アセンブリにおける各部品は、その部品がどのように組み立てられるかを記述し、評価される関心対象のアセンブリ寸法を記述するのに十分なデータを含む。

入力される組み立て方法は、アセンブリコンポーネントのコンテキスト内関係および結合性（ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ）関係などの、部品間関連を指定する。対合が、部品間関連の例であり、適合する形状特性を有する２つ以上の部品である。部品は、１つの部品の少なくとも１つの形状特徴が、別の部品における少なくとも１つの形状特徴とはめ合わされるように、互いに対して位置付けられる。市販のＣＡＤシステムは、対合をサポートする。例えば、マサチューセッツ州コンコード所在のＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓコーポレーションの製品であるＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ（登録商標）２００５ソフトウェアは、対合をサポートし、部品のアセンブリを定義するデータ構造の中で対合および対合特徴を識別する。

アセンブリにおける部品が組み立てられる順序を含むプログラム構造は、アセンブリにおける部品の順序付けられたリスト、またはアセンブリにおける部品を定義するデータ構造の形態をとることが可能である。順序は、データ構造に潜在する（ｉｍｐｌｉｃｉｔ）ことが可能である。例えば、アセンブリを定義するツリーデータ構造を所与として、ツリー構造のより高いレベルで定義された部品は、ツリー構造のより低いレベルで定義された部品より前に組み立て済みであると考えることができる。さらに、ツリー構造の同一レベルにおける部品の左から右への配置により、別の部品の左側の部品が、右側のその別の部品に先立って組み立てられることが規定されることが可能である。本発明の他の諸実施形態は、順序を技術者が明示的に指定できるようにすることなどの、組み立ての順序を定義する他の手段を提供することが可能である。

手続き５００における次のステップでは、入力アセンブリにおける２つの特徴が選択され、方向ベクトルが指定されて、アセンブリ寸法が測定される（ステップ５０４）。以降、選択される第１の特徴をＦｒｏｍ特徴と呼び、選択される第２の特徴をＴｏ特徴と呼ぶ。Ｆｒｏｍ特徴およびＴｏ特徴を選択するのに、マウスなどのポインティングデバイスを使用して、ＣＲＴ上のウインドウ内に表示された３Ｄモデルの所望の特徴を選ぶことができる。方向ベクトルを指定するのに、Ｆｒｏｍ特徴の形状エンティティ、およびＴｏ特徴の形状エンティティを、ポインティングデバイスを使用して選ぶことができる。限定的ではない例として、そのような形状エンティティは、点または辺であることが可能である。例示すると、図３および図４に示された面２０４と面２０６の間のアセンブリ寸法を測定するのに、面２０４における左端の垂直辺、および面２０６における左端の垂直辺を選択して、方向ベクトル３０８を指定することができる。

本発明の実施形態は、方向ベクトルの特定の向きだけを許すことが可能である。例えば、方向ベクトルは、モデルのｘ軸、ｙ軸、またはｚ軸に沿う、選択された面に垂直に、または選択された辺に沿う、あるいはＦｒｏｍ特徴とＴｏ特徴の間の通常の距離であることだけが許されることが可能である。

方向ベクトルは、２つの形状エンティティ間のアセンブリ寸法を示す線として視覚化することができ、公称アセンブリ寸法の注釈を含むことが可能である。代替として、方向ベクトルは、アセンブリ寸法とは別個に、アセンブリ寸法を示すことなしに、単に方向を示す線として視覚化することもできる。また、技術者が、例えば、ポインティングデバイスを使用して、レンダリングされた方向ベクトルのエンドポイントを動かして適切な向きを実現することにより、方向ベクトルの方向付けを助けるように要求されることも可能である。さらに、技術者は、角度測定または距離測定などの、方向ベクトルが使用される測定のタイプを指定することができる。

図５を続けて参照すると、手続き５００は、次に、アセンブリ寸法を評価するのに要求される部品を決定する（ステップ５０６）。そのような決定は、最小条件および最大条件に寄与する部品だけが、さらに分析されるので、縮小されたアセンブリを確立して、アセンブリ寸法を計算するのに必要な計算の数を減らす。

ステップ５０２で入力された、部品が組み立てられる順序を使用して、アセンブリ寸法を評価するのに、どの部品が要求されるかが決定される。Ｆｒｏｍ特徴の前、またはＴｏ特徴の後に組み立てられるあらゆる部品は、アセンブリ寸法を評価するのに、どの部品が要求されるかの分析において考慮されない。というのは、それらの部品の許容差を操作することは、アセンブリ寸法の最小条件および最大条件に全く影響を与えないからである。

アセンブリを評価するのに要求される部品をさらに決定するのに、組み立て方法として手続き５００に入力された、部品間関連（例えば、対合関係）が識別される。限定的ではない例として、２つの部品が対合として認識されることが可能である。というのは、アセンブリデータ構造は、２つの部品を対合として認識するポインタ構成体を含むからである。当業者には明白なとおり、組み立て方法は、手続き５００への別個の入力である必要はなく、入力アセンブリを定義するデータ構造に本質的であることも可能である。

関心対象の２つの部品間に部品間関連が存在する場合、両方の部品とも、アセンブリ寸法を評価するのに要求される可能性がある。このステップ５０６はまず、Ｆｒｏｍ特徴を分析して、部品間関連が存在するかどうかを決定する。部品間関連が見つかった場合、手続き５００は、そのＦｒｏｍ特徴を含む部品、および関連する第２の部品を、評価されなければならない部品のリスト（すなわち、評価リスト）に順に追加する。次に、関連する第２の部品が分析されて、関連する第２の部品が、第３の部品との何らかの部品間関連を有するかどうかが決定され、部品間関連を有する場合、関連する第３の部品が、第３の項目として評価リストに追加される。評価リストの中の部品が部品間関連を有するかどうかを決定し、有する場合、他方の関連する部品を評価リストに追加するプロセスは、Ｔｏ特徴を含む部品が見つかるまで続く。さらに、複数の部品間関連を有する部品の場合、各部品間関連が考慮に入れられ、評価リストは、ツリーデータ構造構成をとる。Ｆｒｏｍ特徴とＴｏ特徴の間でツリー構造のパスに入らない部品は、評価リストから除去される。

縮小されたアセンブリは、評価リストによって知られ、許容差特徴の連続的なチェーンが構築される（ステップ５０８）。許容差特徴の連続的なチェーン（以降、許容差チェーンと呼ぶ）は、Ｆｒｏｍ特徴から様々な許容差特徴を通ってＴｏ特徴に至るパスである。Ｆｒｏｍ特徴からＴｏ特徴の間の許容差チェーンにおける様々な許容差特徴は、縮小されたアセンブリにおける部品に属する。さらに、様々な許容差特徴は、指定された許容差を介して、方向ベクトルに沿った部品の動きをもたらすことができる特徴である。例えば、プラス／マイナス許容差を有する直径と、部品の側部を表す平面に垂直な軸とを有する穴許容差特徴は、その部品の側部の寸法に影響を与えない可能性があるが、コンテキスト内関係により、穴の直径が増加するにつれ、部品の側部の寸法も増加することが指定されることが可能である。

どの許容差特徴が、方向ベクトルに沿った部品の動きをもたらすことができるかを決定するため、縮小されたアセンブリにおける各部品が、許容差検証プロセスによって評価される。許容差検証プロセスは、各許容差特徴に課せられた制約、ならびに部品の諸特徴が製造されなければならない順序を特定して、データおよびプラス／マイナス基準特徴を参照する許容差特徴より前に、データおよびプラス／マイナス基準特徴が製造されるようにする。さらに、許容差検証プロセスは、どの許容差が、最小条件および最大条件（すなわち、許容差スタック）の計算に関与するかを確認する。

図６は、各許容差特徴に課せられた制約を決定するように生成することができるテーブルを示す。図６では、部品のすべての許容差特徴が、テーブルの第１の列の中にリストアップされている。さらに、許容差特徴は、その特徴が製造される必要がある順序でリストアップされている。テーブルの第２の列ないし第９の列は、自由度、サイズ、および形態を含む、制御の度合いをリストアップする。テーブルの最後の列は、許容差が特定の特徴に適用されるかどうかを示す。この部品に適用される唯一の許容差は、Ｒｉｇｈｔ特徴に関するプラス／マイナス許容差である。「×」は、それぞれの許容差特徴が、制御の特定の度合いに関する少なくとも１つの既存の許容差によって制約されている、あるいは、最小条件および最大条件の計算において、制御の度合いは重要ではないか、または全く値を有さないことを表す。テーブル内の空のフィールドは、制約のない条件を表す。

図５を再び参照すると、許容差チェーンが構築された後、最小寸法および最大寸法が評価される（ステップ５１０）。縮小されたアセンブリにおける部品のサイズまたは位置に影響を与える許容差を有する許容差チェーンにおけるすべての許容差特徴が、限界（ｆｕｒｔｈｅｓｔ ｅｘｔｅｎｔ）まで操作される（例えば、図６のＲｉｇｈｔ特徴）。許容差を限界まで操作することにより、最小条件および最大条件が見出される。許容差チェーンにおける許容差特徴は、適用される許容差が許す限りで、制御の度合い（すなわち、図６に示した制約ステータス）に基づき、方向ベクトルに沿ってプッシュおよびプルが行われる。一般に、プルが行われた場合、最大プラス／マイナス許容差が、特定の許容差に関して設定されるのに対し、プッシュが行われた場合、最小プラス／マイナス許容差が、その特定の許容差に関して設定される。許容差がプッシュされるか、プルされるかは、Ｔｏ特徴との関係における、その特定の許容差特徴の位置に依存する。

ある実施形態は、許容差チェーンにおけるすべての特徴が、許容差を有することを要求しないことも可能である。例えば、１次データム特徴が、許容差チェーンの中にある可能性があるが、その１次データム特徴が、平面である場合、許容差は、適用されない。さらに、許容差チェーンにおけるすべての特徴が、縮小されたアセンブリにおける部品のサイズおよび／または位置に影響を与える許容差を有するわけではない。

次に、図７を参照すると、縮小されたアセンブリの概念図が示されている。太い線は、Ｆｒｏｍ特徴７０４とＴｏ特徴７０６の間の許容差チェーン７０２を表す。斜線領域７０８、７１０は、縮小されたアセンブリの中にない部品を示し、したがって、最小条件および最大条件の分析において考慮されない。というのは、斜線領域７０８は、Ｆｒｏｍ特徴７０４より前に組み立てられ、斜線領域７１０は、Ｔｏ特徴７０６より後に組み立てられるからである。方向ベクトル７１２は、許容差チェーン７０２における許容差のプッシュおよびプルが行われるべき方向を示す。アセンブリ寸法７１４は、Ｆｒｏｍ特徴７０４とＴｏ特徴７０６の間で測定される寸法を示す。

最大値を計算するのに、Ｆｒｏｍ特徴７０４から始めて、許容差チェーンにおける各許容差特徴が、その許容差特徴に適用される許容差区域（すなわち、その特徴が置かれることが可能な範囲の境界）によって許される量で、方向ベクトル７１２に沿って動かされる。実際、Ｆｒｏｍ特徴７０４から位置７１６までの部品は、方向ベクトル７１２に沿って最小サイズまで、サイズが縮小され、位置７１８から位置７２０までの部品、および位置７２６からＴｏ特徴７０６までの部品も同様である。位置７２２から位置７２４までの部品は、方向ベクトル７１２に沿って最大サイズまで、サイズが増加させられる。この実施例は、位置７１６と位置７１８の間の部品、位置７２０と位置７２２の間の部品、および位置７２４と位置７２６の間の部品が、方向ベクトル７１２に沿った動きに関与しないものと想定する。

最小値を計算するのに、Ｆｒｏｍ特徴７０４から始めて、許容差チェーンにおける各許容差特徴が、その許容差特徴に適用される許容差区域によって許される量で、方向ベクトル７１２に沿って動かされる。実際、Ｆｒｏｍ特徴７０４から位置７１６までの部品は、方向ベクトルに沿って最大サイズまで、サイズが増加させられ、位置７１８から位置７２０までの部品、および位置７２６からＴｏ特徴７０６までの部品も同様である。位置７２２から位置７２４までの部品は、方向ベクトル７１２に沿って最小サイズまで、サイズが縮小される。この場合もやはり、位置７１６と位置７１８の間の部品、位置７２０と位置７２２の間の部品、および位置７２４と位置７２６の間の部品は、方向ベクトル７１２に沿った動きに関与しないものと想定される。

図５を再び参照すると、最小条件および最大条件を評価することが完了した後（ステップ５１０）、技術者は、アセンブリが、その最小条件および最大条件を視覚的に反映することを要求することができる。一実施形態では、本発明は、最小条件における部品のアセンブリ、および最大条件における部品のアセンブリを作成する。これらの部品アセンブリのいずれも、適切に注釈が付けられたアセンブリ寸法とともに、コンピュータ化されたモデリングシステムによって表示されることが可能である。さらに、ある実施形態は、最小条件および最大条件が計算されている間に、アセンブリの構成を表示することができる。

また、手続き５００は、ＲＳＳ値も計算する（ステップ５１２）。ＲＳＳ値は、個々の特徴の動きのそれぞれの２乗の２乗和の根をとることによって計算される。

また、手続き５００は、どの許容差特徴が、最小条件および最大条件に主要な寄与要素（ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｏｒ）であるかも決定する（ステップ５１４）。主要な寄与要素を決定するのに、まず、各許容差特徴が動かされた距離が記録される。結果のアセンブリ寸法への各特徴の寄与は、個々の特徴の動きを結果のアセンブリ寸法で割ることにより、パーセンテージの形態で獲得される。主要な寄与要素が分かると、技術者は、主要な寄与要素である許容差特徴、またはその許容差特徴の許容差を変更して、最小条件と最大条件の間の違い（ｖａｒｉａｎｃｅ）を小さくすることを決めることができる。また、本発明は、リアルタイムの許容差微調整も可能にする。例えば、最小条件および最大条件への最高の寄与要素に関して、技術者は、一組のコントロールを使用して、許容差を変更し、許容差を操作することの結果をリアルタイムで見ることができる。

各特徴に関する、最小アセンブリ寸法および最大アセンブリ寸法、ＲＳＳアセンブリ寸法値、ならびに寄与率（ｐｅｒｃｅｎｔ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）は、手続き５００によって、レポートの形態で出力されることが可能である。図８Ａおよび図８Ｂは、出力されることが可能なレポートの実施例を示す。

また、本発明は、重要なアセンブリ寸法が限度に達した場合、そのことを示すこともできる。例えば、許容差スタックが指定された限度を超えた場合、または許容差スタックが指定された限度内に戻った場合、技術者に警報を発するサウンドが、コンピュータ化されたモデリングシステムによって出力されることが可能である。さらに、技術者は、重要なアセンブリ寸法に最小設計限度および最大設計限度を設定して、警報パラメータを指定することができる。

本発明の１つの利点は、コンピュータ化されたモデリングシステムを使用して対話型設計機能を実行する技術者が、最小許容差条件および最大許容差条件を迅速に解くことができ、特徴または許容差を即時に変更して、要求されるとおりに部品が組み立てられるのが可能であることを確実にする機会を有することである。本発明の別の利点は、縮小されたアセンブリの作成が、最小条件および最大条件に影響を与える動きを有する部品だけを本発明が考慮することを可能にして、迅速な結果を獲得することに寄与することである。

図９は、ＣＰＵ９０２、ＣＲＴ９０４、キーボード入力デバイス９０６、マウス入力デバイス９０８、および記憶装置９１０を含む、コンピュータ化されたモデリングシステム９００を示す。ＣＰＵ９０２、ＣＲＴ９０４、キーボード９０６、マウス９０８、および記憶装置９１０は、一般に入手可能なコンピュータハードウェアデバイスを含むことが可能である。例えば、ＣＰＵ９０２は、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）ベースのプロセッサを含むことが可能である。マウス９０８は、ＣＰＵ９０２によって実行されるソフトウェアプログラムに対してコマンドを発するのにユーザが押すことができる、従来の左ボタンと右ボタンを有することが可能である。マウス９０８の代替として、またはマウス９０８に加えて、コンピュータ化されたモデリングシステム９００は、トラックボール、タッチセンシティブ（ｔｏｕｃｈ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）パッドなどのポインティングデバイス、またはキーボード９０６に組み込まれたポインティングデバイスおよびボタン群を含むことが可能である。マウスデバイスに関連して本明細書で説明するのと同一の結果は、別の利用可能なポインティングデバイスを使用して達することもできることが、当業者には理解されよう。本明細書の説明から明白なように、他の適切なコンピュータハードウェアプラットフォームも適している。そのようなコンピュータハードウェアプラットフォームは、好ましくは、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＮＴオペレーティングシステム、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）９８オペレーティングシステム、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）２０００オペレーティングシステム、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＸＰオペレーティングシステム、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＭＥオペレーティングシステム、ＵＮＩＸ（登録商標）オペレーティングシステム、Ｌｉｎｕｘオペレーティングシステム、またはＭＡＣ ＯＳオペレーティングシステムを動作させることができる。

さらなるコンピュータ処理装置群およびハードウェアデバイス群（例えば、ラピッドプロトタイピング（ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）デバイス、ビデオデバイス、およびプリンタデバイス）も、コンピュータ化されたモデリングシステム９００に含まれることが可能である。さらに、コンピュータ化されたモデリングシステム９００は、ネットワークハードウェアおよびネットワークソフトウェアを含み、ハードウェアプラットフォーム９１２への通信を可能にし、コンピュータコンポーネントのなかでもとりわけ、ＣＰＵおよび記憶システムを含む、多数のコンピュータシステム間の通信を円滑にすることが可能である。

コンピュータ支援モデリングソフトウェアは、記憶装置９１０上に格納されることが可能であり、ＣＰＵ９０２に読み込まれ、ＣＰＵ９０２によって実行されることが可能である。モデリングソフトウェアは、ユーザが、３Ｄモデルを作成し、変更するのを可能にし、本明細書で説明した本発明の諸態様を実施する。ＣＰＵ９０２は、ＣＲＴ９０４を使用して、３Ｄモデル、ならびに説明した３Ｄモデルの他の諸態様を表示する。キーボード９０６およびマウス９０８を使用して、ユーザは、３Ｄモデルに関連するデータを入力し、変更することができる。ＣＰＵ９０２は、キーボード９０６およびマウス９０８からの入力を受け入れ、処理する。ＣＰＵ９０２は、その入力を、３Ｄモデルに関連するデータとともに処理して、モデリングソフトウェアによって命令されるとおりに、ＣＲＴ９０４上で表示された物に、対応する適切な変更を行う。一実施形態では、モデリングソフトウェアは、１つまたは複数のソリッドボディ（ｓｏｌｉｄ ｂｏｄｙ）およびサーフェスボディ（ｓｕｒｆａｃｅ ｂｏｄｙ）から成る３Ｄモデルを構築するのに使用することができる、ソリッドモデリングシステムに基づく。しかし、本発明は、他の形態で内部で表現されたモデルを変形させるのに利用することもできる。さらに、モデリングソフトウェアは、モデル内の１つまたは複数のボディまたは特徴の互いに対する定義をパラメータで制約する（ｐａｒａｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｓｔｒａｉｎ）関係を可能にすることができる。２つの特徴間にパラメータで制約された関係が存在する場合、一方の特徴に対する形状変更により、他方の特徴の形状変更がもたらされることが可能である。

本発明は、デジタル電子回路で、またはコンピュータハードウェア、コンピュータファームウェア、コンピュータソフトウェア、あるいは以上の組み合わせで実施することができる。本発明の装置は、プログラマブルプロセッサによって実行されるようにマシン可読記憶装置として実体のある形で実現された、コンピュータプログラム製品で実施することができ、本発明の方法ステップは、入力データを処理し、出力を生成することによって本発明の諸機能を実行するように命令のプログラムを実行する、プログラマブルプロセッサによって実行されることが可能である。本発明は、有利には、データ記憶システム、少なくとも１つの入力デバイス、および少なくとも１つの出力デバイスからデータおよび命令を受信し、それらのシステムおよびデバイスにデータおよび命令を送信するように結合された少なくとも１つのプログラマブルプロセッサを含むプログラマブルシステム上で実行可能な、１つまたは複数のコンピュータプログラムで実施することができる。各コンピュータプログラムは、高レベルの手続き言語またはオブジェクト指向言語で、あるいは、所望される場合、アセンブリ言語または機械語で実施することができ、いずれにしても、言語は、コンパイルされる言語、または解釈される言語であることが可能である。適切なプロセッサには、限定的ではない例として、汎用マイクロプロセッサと専用マイクロプロセッサの両方が含まれる。一般に、プロセッサは、読取り専用メモリおよび／またはランダムアクセスメモリから命令およびデータを受け取る。コンピュータプログラム命令およびデータを実際的な形で実施するのに適した記憶装置には、すべての形態の不揮発性メモリ（例として、ＥＰＲＯＭデバイス、ＥＥＰＲＯＭデバイス、およびフラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリデバイスを含む）、内部ハードディスクやリムーバブルなディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、およびＣＤ−ＲＯＭディスクが含まれる。以上のいずれも、カスタム設計されたＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）で補足する、またはそのようなＡＳＩＣに組み込むことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明してきた。それでも、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、様々な変更形態を実施することができることが理解されよう。例えば、実施形態は、動作が実行される順序を変更してもよい。さらに、実施形態のニーズに応じて、本明細書で説明した特定の複数の動作を、結合された動作として実施すること、無くすこと、追加すること、またはそれ以外の形で再編成することもできる。

したがって、他の諸実施形態が、添付の特許請求の範囲に含まれる。

ウインドウ内に表示されたコンピュータによって生成されたモデルを示す図である。 ２つの特徴の間の寸法を示すアセンブリの図である。 寸法を示すアセンブリの図である。 寸法を示すアセンブリの図である。 最大条件および最小条件を算出する手続きを示す流れ図である。 許容差特徴に課せられた制約を示すテーブルである。 縮小されたアセンブリを示す概念図である。 レポートを示す図である。 レポートを示す図である。 コンピュータシステムを示す図である。

Claims (19)

1. 複数の部品からなるアセンブリの最小状態と最大状態を決定するためのコンピュータによって実行される方法であって、前記部品および前記アセンブリは、コンピュータ化されたモデリングシステムのコンピュータによってソフトウェアプログラムを実行することによって作成されるものであり、
   前記アセンブリで選択される２つの許容差特徴間の指定された方向ベクトルに沿った寸法の前記最小状態および前記最大状態に影響を与えることが可能な許容差特徴を有する前記複数の部品からなるサブセットを決定するステップと、
   該サブセットを決定するステップは、
   前記複数の部品が組み立てられる順序を分析するステップと、
   前記アセンブリにおけるペアの部品の間の部品間関連を識別するステップとを含み、
   前記サブセットを構成する前記複数の部品を用いて前記アセンブリにおける２つの許容差特徴を選択し、該選択された許容差特徴間の方向ベクトルを指定することによって、該指定された方向ベクトルに沿ったアセンブリの選択された許容差特徴間の寸法を測定するステップと、
   前記選択された２つの許容差特徴を分析することによって、前記指定された方向ベクトルに沿った前記アセンブリを測定するのに要求される部品を決定するステップと、
   前記決定された部品を用いて、前記方向ベクトルに沿った部品の動きをもたらすことができ、かつ、方向ベクトルに沿った最小値および最大値をとることができる許容差をそれぞれが有する複数の許容差特徴からなる連続的な許容差チェーンを構築するステップと、
   前記許容差チェーンにおける各許容差特徴は、該許容差特徴に適用される許容差区域によって許容される量で、前記方向ベクトルに沿ってプッシュおよびプルが実行され、
   前記許容差チェーンにおける全ての許容差特徴の前記許容差を前記最小値と前記最大値のいずれかに設定することによって、前記方向ベクトルに沿った前記アセンブリの前記最小状態と前記最大状態の少なくともいずれかを算出するステップと
   を具え、前記最小値および前記最大値は、前記許容差チェーンにおける各許容差特徴が、該許容差特徴に適用される許容差区域によって許容される量で、前記方向ベクトルに沿って動かされることによって設定されたことを特徴とする方法。
2. 前記アセンブリの寸法は、角度測定値と距離測定値のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記アセンブリで選択される２つの許容差特徴間の指定された方向ベクトルに沿った寸法の前記最大状態および前記最小状態を生成する動きの方向を識別する前記方向ベクトルを指定するステップと、
   前記許容差特徴に関連する前記部品の位置とサイズのいずれかが変化して、前記動きの方向で動きを生じさせる確度に基づき、設定する前記許容差を選択するステップと
   をさらに具えたことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記複数の許容差特徴の各許容差特徴の許容差を、最小値と最大値のいずれかに設定して、前記方向ベクトルに沿った動きを生じさせるステップをさらに具えたことを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記部品間関連は、はめ合い関係であることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記２つの許容差特徴間の各部品の許容差特徴の許容差を２乗することによって、前記最小状態と前記最大状態の少なくともいずれかの２乗和の根を計算するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１記載の方法。
7. どの許容差特徴が、前記最小状態と前記最大状態の１つに対する主要な寄与要素であるかを決定するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 各許容差特徴が動かされた距離を記録するステップと、
   前記各許容差特徴の動きに対応する距離をアセンブリ寸法で割ることによって、前記主要な寄与要素を決定するステップと、
   前記決定された主要な寄与要素に基づいて、該主要な寄与要素である許容差特徴、又は該許容差特徴の許容差を変更して、最小状態と最大状態の間の違い（ｖａｒｉａｎｃｅ）を小さくするステップと
   をさらに具えたことを特徴とする請求項７記載の方法。
9. コンピュータに、請求項１ないし８のいずれかに記載の方法を実行するためのコンピュータ実行可能な命令を有するコンピュータプログラム。
10. コンピュータによって実行される請求項９記載のコンピュータプログラムが記録されたコンピュータ読取り可能な記録媒体。
11. 複数の部品からなるアセンブリの最小状態と最大状態を決定するための装置であって、前記部品および前記アセンブリは、コンピュータ化されたモデリングシステムのコンヒュータによってソフトウェアプログラムを実行することによって作成されるものであり、
    アセンブリで選択される２つの許容差特徴間の指定された方向ベクトルに沿った寸法の前記最小状態および前記最大状態に影響を与えることが可能な許容差特徴を有する前記複数の部品からなるサブセットを決定する手段と、
    該サブセットを決定する手段は、
    前記複数の部品が組み立てられる順序を分析する手段と、
    前記アセンブリにおけるペアの部品の間の部品間関連を識別する手段とを含み、
    前記サブセットを構成する前記複数の部品を用いて前記アセンブリにおける２つの許容差特徴を選択し、該選択された許容差特徴間の方向ベクトルを指定することによって、該指定された方向ベクトルに沿ったアセンブリの選択された許容差特徴間の寸法を測定する手段と、
    前記選択された２つの許容差特徴を分析することによって、前記指定された方向ベクトルに沿った前記アセンブリを測定するのに要求される部品を決定する手段と、
    前記決定された部品を用いて、前記方向ベクトルに沿った部品の動きをもたらすことができ、かつ、方向ベクトルに沿った最小値および最大値をとることができる許容差をそれぞれが有する複数の許容差特徴からなる連続的な許容差チェーンを構築する手段と、
    前記許容差チェーンにおける各許容差特徴は、該許容差特徴に適用される許容差区域によって許容される量で、前記方向ベクトルに沿ってプッシュおよびプルが実行され、
    前記許容差チェーンにおける全ての少なくとも１つの許容差特徴の前記許容差を前記最小値と前記最大値のいずれかに設定することによって、前記方向ベクトルに沿った前記アセンブリの前記最小状態と前記最大状態の少なくともいずれかを算出する手段と
    を具え、前記最小値および前記最大値は、前記許容差チェーンにおける各許容差特徴が、該許容差特徴に適用される許容差区域によって許容される量で、前記方向ベクトルに沿って動かされることによって設定されたことを特徴とする装置。
12. 前記アセンブリの寸法は、角度測定値と距離測定値のいずれかであることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. 前記アセンブリで選択される２つの許容差特徴間の指定された方向ベクトルに沿った寸法の前記最大状態および前記最小状態を生成する動きの方向を識別する前記方向ベクトルを指定する手段と、
    前記許容差特徴に関連する前記部品の位置とサイズのいずれかが変化して、前記動きの方向で動きを生じさせる確度に基づき、設定する前記許容差を選択する手段と
    をさらに具えたことを特徴とする請求項１１記載の装置。
14. 前記複数の許容差特徴の各許容差特徴の許容差を、最小値と最大値のいずれかに設定して、前記方向ベクトルに沿った動きを生じさせる手段をさらに具えたことを特徴とする請求項１３記載の装置。
15. 前記部品間関連は、はめ合い関係であることを特徴とする請求項１１記載の装置。
16. 前記２つの許容差特徴間の各部品の許容差特徴の許容差を２乗することによって、前記アセンブリの前記最小状態と前記最大状態の少なくともいずれかの２乗和の根を計算する手段をさらに具えたことを特徴とする請求項１１記載の装置。
17. どの許容差特徴が、前記最小状態と前記最大状態の１つに対する主要な寄与要素であるかを決定する手段をさらに具えたことを特徴とする請求項１１記載の装置。
18. 各許容差特徴が動かされた距離を記録する手段と、
    前記各許容差特徴の動きに対応する距離をアセンブリ寸法で割ることによって、前記主要な寄与要素を決定する手段と、
    前記決定された主要な寄与要素に基づいて、該主要な寄与要素である許容差特徴、又は該許容差特徴の許容差を変更して、最小状態と最大状態の間の違いを小さくする手段と
    をさらに具えたことを特徴とする請求項１７記載の装置。
19. コンピュータ支援設計システムであって、
    プロセッサと、
    該プロセッサに動作可能に結合され、コンピュータに前記請求項１ないし８のいずれかに記載の方法を実行するためのコンピュータ実行可能な命令を有する請求項９記載のコンピュータプログラムが記録されたメモリと
    を具えたことを特徴とするコンピュータ支援設計システム。

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