JP5203100B2 - Structure analysis apparatus and structure analysis method - Google Patents
Structure analysis apparatus and structure analysis method Download PDFInfo
- Publication number
- JP5203100B2 JP5203100B2 JP2008222027A JP2008222027A JP5203100B2 JP 5203100 B2 JP5203100 B2 JP 5203100B2 JP 2008222027 A JP2008222027 A JP 2008222027A JP 2008222027 A JP2008222027 A JP 2008222027A JP 5203100 B2 JP5203100 B2 JP 5203100B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- observation
- displacement
- specific node
- forced
- target mark
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
本発明は、観測対象物を仮想的に複数の要素に分割し、要素上に画定された節点の変位を数値計算によって求める構造解析装置及び構造解析方法に関する。 The present invention relates to a structural analysis apparatus and a structural analysis method for virtually dividing an observation object into a plurality of elements and obtaining a displacement of a node defined on the elements by numerical calculation.
従来の構造解析では、まず解析対象物のモデルを作製し、仮想的に有限要素に分割する。予想される外力と拘束条件とを付与して、構造解析を行う。解析結果の検証は、解析者の経験、または実験結果との比較に基づいて行われる。解析結果が不適格であると認定された場合には、有限要素分割、予想される外力、及び拘束条件を見直して、再度構造解析を行う。この見直し作業量が膨大になると共に、この見直し作業には、解析者の経験に依存する部分が多い。 In conventional structural analysis, a model of an object to be analyzed is first created and virtually divided into finite elements. Structural analysis is performed by applying expected external force and constraint conditions. The verification of the analysis result is performed based on the experience of the analyst or a comparison with the experimental result. If it is determined that the analysis result is inadequate, the finite element division, the expected external force, and the constraint conditions are reviewed, and the structural analysis is performed again. The amount of this review work becomes enormous, and this review work often depends on the experience of the analyst.
構造部品の結合部分のパラメータを、近似モデルの解析結果と機械実験結果とが整合するように修正することにより、結合部分の適切なパラメータを提供することができる(特許文献1)。構造物の特定の節点間の歪を、歪ゲージで測定し、測定結果を拘束条件として構造解析を行うことにより、解析結果の精度を高めることができる(特許文献2)。 By correcting the parameters of the coupling part of the structural part so that the analysis result of the approximate model matches the result of the mechanical experiment, an appropriate parameter of the coupling part can be provided (Patent Document 1). By measuring the strain between specific nodes of the structure with a strain gauge and performing the structural analysis using the measurement result as a constraint, the accuracy of the analysis result can be increased (Patent Document 2).
本発明の目的は、実験結果との整合性を容易に高めることが可能な構造解析装置及び構造解析方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a structural analysis apparatus and a structural analysis method capable of easily enhancing consistency with experimental results.
本発明の他の観点によると、
観測対象物に固定された観測対象マークの位置を観測する観測装置と、
前記観測装置の観測結果が入力される処理装置と
を有し、
前記処理装置は、
前記観測対象物を、仮想的に複数の要素に分割し、該要素上に複数の節点を設定する工程と、
前記観測対象マークの位置に一致する節点、または前記観測対象マークの位置を含む要素上の一つの節点を、特定節点として選択する工程と、
前記特定節点の各々に対応して強制変位点を定義する工程と、
前記強制変位点と前記特定節点との間に、該強制変位点の変位と該特定節点の変位とに依存した相互作用を定義する工程と、
前記観測装置から取得した観測結果に基づいて、前記観測対象マークの変位を計測する工程と、
前記観測対象マークの計測された変位に基づいて、当該観測対象マークに対応する前記特定節点に対応付けられた前記強制変位点の変位を決定する工程と、
決定された前記強制変位点の変位を拘束条件として、前記観測対象物の構造解析を行う工程と
を実行する構造解析装置が提供される。
According to another aspect of the invention,
An observation device for observing the position of the observation target mark fixed to the observation object;
A processing device to which the observation result of the observation device is input,
The processor is
Virtually dividing the observation object into a plurality of elements and setting a plurality of nodes on the elements;
Selecting a node that coincides with the position of the observation target mark, or one node on an element including the position of the observation target mark, as a specific node;
Defining a forced displacement point corresponding to each of the specific nodes;
Defining an interaction depending on the displacement of the forced displacement point and the displacement of the specific node between the forced displacement point and the specific node;
Measuring the displacement of the observation mark based on the observation result obtained from the observation device;
Determining a displacement of the forced displacement point associated with the specific node corresponding to the observation target mark based on the measured displacement of the observation target mark;
There is provided a structural analysis apparatus that executes a step of performing a structural analysis of the observation object using the determined displacement of the forced displacement point as a constraint condition.
本発明の他の観点によると、
観測対象物に、観測対象マークを固定する工程と、
前記観測対象物を、仮想的に複数の要素に分割し、該要素上に複数の節点を設定する工程と、
前記観測対象マークの位置に一致する節点、または前記観測対象マークの位置を含む要素上の一つの節点を、特定節点として選択する工程と、
前記特定節点の各々に対応して強制変位点を定義する工程と、
前記強制変位点と前記特定節点との間に、該強制変位点の変位と該特定節点の変位とに依存した相互作用を定義する工程と、
前記観測装置から取得した観測結果に基づいて、前記観測対象マークの変位を計測する工程と、
前記観測対象マークの計測された変位に基づいて、当該観測対象マークに対応する前記特定節点に対応付けられた前記強制変位点の変位を決定する工程と、
決定された前記強制変位点の変位を拘束条件として、前記観測対象物の構造解析を行う工程と
を有する構造解析方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
Fixing the observation target mark to the observation target;
Virtually dividing the observation object into a plurality of elements and setting a plurality of nodes on the elements;
Selecting a node that coincides with the position of the observation target mark, or one node on an element including the position of the observation target mark, as a specific node;
Defining a forced displacement point corresponding to each of the specific nodes;
Defining an interaction depending on the displacement of the forced displacement point and the displacement of the specific node between the forced displacement point and the specific node;
Measuring the displacement of the observation mark based on the observation result obtained from the observation device;
Determining a displacement of the forced displacement point associated with the specific node corresponding to the observation target mark based on the measured displacement of the observation target mark;
There is provided a structural analysis method including a step of performing a structural analysis of the observation object using the determined displacement of the forced displacement point as a constraint condition.
本発明の他の観点によると、上記構造解析装置で実行される構造解析方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a structure analysis method executed by the structure analysis apparatus.
特定節点に対応する観測対象マークの変位の観測結果を、構造解析に反映させることにより、実験結果と解析結果との整合性を、容易に高めることができる。 By reflecting the observation result of the displacement of the observation target mark corresponding to the specific node in the structural analysis, the consistency between the experimental result and the analysis result can be easily increased.
以下、図1〜図4を参照して実施例1について説明し、図5〜図10−2を参照して実施例2について説明し、図11を参照して実施例3について説明し、図12を参照して、実施例1〜3を適用した実施例4について説明する。 Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 10-2, the third embodiment will be described with reference to FIG. The fourth embodiment to which the first to third embodiments are applied will be described with reference to FIG.
図1に、実施例1による構造解析装置の概略図を示す。XYZグローバル座標系が定義された空間内に、観測対象物10が配置される。観測対象物10の表面に複数の観測対象マーク11が固定されている。観測対象マーク11は、観測対象物10の表面に直接描画して形成してもよいし、マークが付された部材を観測対象物10に貼り付けてもよい。
FIG. 1 shows a schematic diagram of a structural analysis apparatus according to the first embodiment. The
観測対象物10は、外力が加えられることにより変形する。観測対象物10が変形すると、観測対象マーク11が変位する。
The
第1の観測装置31が複数の観測対象マーク11を観測し、第2の観測装置32が他の複数の観測対象マーク11を観測する。第1の観測装置31及び第2の観測装置32には、例えば、ディジタルカメラが用いられる。なお、一部の観測対象マーク11を、第1の観測装置31と第2の観測装置32の両方で観測されるようにしてもよい。
The
第1の観測装置31及び第2の観測装置32の各々は、レンズと受像面とを含む。第1の観測装置31に固定された第1のローカル座標系が定義され、第2の観測装置32に固定された第2のローカル座標系が定義される。第1のローカル座標系は、第1の観測装置31のレンズの光軸に一致するW軸、W軸に垂直で、かつ相互に直交するU軸及びV軸で定義され、その原点は、レンズの主点に一致する。受像面は、UV面に平行である。第2のローカル座標系は、第2の観測装置32のレンズの光軸に一致するT軸、T軸に垂直で、かつ相互に直交するR軸及びS軸で定義され、その原点は、レンズの主点に一致する。受像面は、RS面に平行である。
Each of the
第1の観測装置31及び第2の観測装置32で撮像された画像データが、処理装置40に入力される。処理装置40は、入力された画像データを処理し、観測対象物10の形状変化の時刻暦を求める。形状変化の時刻暦は、画像表示装置41に画像として表示される。
Image data captured by the
図2に、実施例1による構造解析方法のフローチャートを示す。まず、ステップSA1において、観測対象物10に観測対象マーク11を固定する。ステップSA2において、CADを用いて観測対象物10の形状(解析モデル)を定義する。観測対象物10の形状は、CAD座標系内に定義される。ステップSA3において、CAD座標系と関連付けたグローバル座標系を定義する。通常は、CAD座標系をグローバル座標系として採用すればよい。
FIG. 2 shows a flowchart of the structure analysis method according to the first embodiment. First, in step SA1, the
ステップSA4において、CADで定義された観測対象物(解析モデル)を、仮想的に複数の有限要素に分割する。また、各有限要素に、測定対象物を構成する材料の剛性に基づいて、剛性を定義する。観測対象マーク11の位置に一致する節点、または観測対象マーク11の位置を含む有限要素上の一つの節点を、「特別節点」として選択する。、特定節点以外の節点を「一般節点」と呼ぶこととする。図1に、観測対象物10が立方体の多数の要素に分割された例を示している。各要素の頂点に節点13が画定される。各要素を、多角形の表面を持つ任意の立体形状としてもよい。この場合、多角形の表面の頂点が節点13となる。処理装置40は、グローバル座標系における各節点13Bの位置を記憶する。
In step SA4, the observation object (analysis model) defined by CAD is virtually divided into a plurality of finite elements. Further, the rigidity is defined for each finite element based on the rigidity of the material constituting the measurement object. A node coincident with the position of the
ステップSA5において、グローバル座標系が定義された空間内に、第1の観測装置31及び第2の観測装置32を配置し、固定する。処理装置40に、第1の観測装置31及び第2の観測装置32の、グローバル座標系内における位置と姿勢を記憶させる。第1の観測装置31の位置は、そのレンズの主点のグローバル座標で特定される。第1の観測装置31の姿勢は、そのレンズの光軸、即ちW軸の方向と、U軸の方向とで特定される。同様に、第2の観測装置32の位置は、そのレンズの主点のグローバル座標で特定され、姿勢は、T軸及びR軸の方向で特定される。
In step SA5, the
実施例1では、第1の観測装置31に固定された第1のローカル座標系のW軸が、グローバル座標系のZ軸に平行になり、第2の観測装置32に固定された第2のローカル座標系のT軸が、グローバル座標系のX軸に平行になるように、第1及び第2の観測装置20、30を配置した。この配置の場合、第1の観測装置31は、W軸に直交する方向、すなわちXY面内方向の変位を観測し、第2の観測装置32は、T軸に直交する方向、すなわちYZ面内方向の変位を観測することができる。
In the first embodiment, the W axis of the first local coordinate system fixed to the
観測対象物10に予想される変形に応じて、第1及び第2の観測装置31、32を配置することが好ましい。例えば、外力の向きがXY面に平行であり、その大きさがZ方向に関してほぼ一定であれば、観測対象物10の変形は、ほぼXY面に平行な方向に生じると予測される。この変形は、主として第1の観測装置31によって観測することができる。
It is preferable to arrange the first and
以下の説明では、観測対象物10が、主としてXY面内に平行な方向に変形すると予測される場合について説明する。
In the following description, a case will be described in which the
ステップSA6において、観測対象物10に外力を加えながら、観測対象マーク11を、第1の観測装置31及び第2の観測装置32で撮像する。撮像された画像データは、処理装置40に入力される。処理装置40は、画像解析を行うことにより、受像面内における観測対象マーク11の像の位置を計測する。以下の工程では、第1の観測装置31で取得された画像データの処理について説明する。第2の観測装置32で取得された画像データの処理も、同様に行われる。
In step SA6, the
第1の観測装置31の受像面は、第1のローカル座標系のUV面に平行である。このため、受像面内の位置は、U座標及びV座標で特定される。観測時刻t0、t1、t2・・・における画像データを解析することにより、これらの観測時刻における観測対象マーク11の受像面内の位置、すなわち(U,V)座標を検出する。以下、観測対象マーク11の位置の検出方法の一例について説明する。
The image receiving surface of the
まず、画像データから、観測対象マーク11を含む長方形の領域を切り取る。切り取られた領域の(U,V)座標、例えば長方形の1つの頂点の(U,V)座標を記憶する。切り取られた画像データに、ノイズ除去を目的として、低域通過フィルタ、または収縮膨張操作等の処理を行う。ノイズが除去された画像データを用い、切り取られた領域内における観測対象マーク11の位置を検出する。
First, a rectangular region including the
マーク位置の検出には、重心演算かピーク値検出法を用いることが好ましい。マークの像がぼやけている場合があるため、エッジ検出法やパターンマッチング法による位置検出は適さない。光強度にしきい値を設定し、しきい値以上の画素についてのみ重心演算を行うことにより、背景の光強度の強弱の影響を受けにくくすることができる。 For the detection of the mark position, it is preferable to use the center of gravity calculation or the peak value detection method. Since the mark image may be blurred, position detection by the edge detection method or pattern matching method is not suitable. By setting a threshold value for the light intensity and performing the centroid calculation only for pixels that are equal to or greater than the threshold value, it is possible to make it less susceptible to the influence of the light intensity of the background.
切り取られた領域の位置、及び切り取られた領域内における観測対象マーク11の位置により、受像面内における観測対象マーク11の(U,V)座標を算出することができる。同様の方法で、他の観測対象マーク11の(U,V)座標を求める。
The (U, V) coordinates of the
ステップSA7において、観測対象マーク11の各々の観測時刻ごとの(U,V)座標から、ある観測時刻から次の観測時刻までの受像面内の変位量(ΔU,ΔV)を算出する。グローバル座標系と第1のローカル座標系との相対位置関係、及び観測対象マーク11の(X,Y)座標が既知であるから、グローバル座標系における観測対象マーク11の変位量(ΔX,ΔY)を求めることができる。観測対象マーク11の変位量(ΔX,ΔY)を、当該観測対象マーク11に対応する特定節点の変位量として設定する。
In step SA7, the displacement amount (ΔU, ΔV) in the image receiving plane from one observation time to the next observation time is calculated from the (U, V) coordinates for each observation time of the
図3に、観測対象マーク11の変位量(ΔX,ΔY)の一例を示す。第1の観測装置31で観測された観測対象マーク11の各々に、XY面に平行な変位ベクトル15が対応付けられる。同様に、第2の観測装置32で観測された観測対象マーク11の変位量(ΔY,ΔZ)が算出され、観測対象マーク11の各々に、YZ面に平行な変位ベクトル16が対応付けられる。
FIG. 3 shows an example of the displacement amount (ΔX, ΔY) of the
ステップSA8において、観測対象マーク11に対応付けられている特定節点の変位量を拘束条件として、他の外力及び拘束条件を付与して、観測時刻ごとに構造静解析を行う。このとき、第1の観測装置31の観測の対象となる特定節点のZ方向の変位量ΔZ、及び第2の観測装置32の嘆息の対象となる特定節点のX方向の変位量ΔXは、拘束しない。構造静解析には、一般的な有限要素法等を用いることができる。これにより、一般節点の変位量が算出される。
In step SA8, the structural static analysis is performed at each observation time with the displacement amount of the specific node associated with the
ステップSA9において、特定節点及び一般節点の変位量に基づいて、観測対象物10の形状の変化の様子を、画像表示装置41に動画として表示する。
In step SA9, the state of change in the shape of the
図4に、画像表示装置41の概略図を示す。表示画面内に対象物表示領域42が確保されており、その外側に、操作部43、経過時間表示バー44、及び表示指令部45が表示されている。対象物表示領域42内に、対象物が3次元的に表示される。操作部43を通して、表示開始、表示停止、表示一時停止等の操作を行う。経過時間表示バー44には、現在表示されている時刻までの経過時間が棒状に表示される。また、経過時間表示バーを介して観測開始からの経過時間を指定して、指定された時刻からの形状の変化を表示させることができる。
FIG. 4 shows a schematic diagram of the
表示指令部45を通して、対象物表示領域42内に表示されている画像の拡大、縮小、回転等の指示を行う。このため、種々の視点から観測対象物10の変形を確認することができる。なお、各節点の変位量を拡大して表示することができる。観測対象物の形状を変化が僅かである場合には、変位量を拡大して表示することにより、形状の変化を視認しやすくなる。
An instruction to enlarge, reduce, rotate, etc. the image displayed in the
観測対象物の形状を、時間の経過と共に連続的に表示することにより、観測対象物10の形状の変化を、視覚的に容易に把握することができる。各部の変形量を容易に把握できるようにするために、等変位量線を表示したり、変位量に応じて表示色を変えるコンター表示を行ってもよい。
By continuously displaying the shape of the observation target object over time, the change in the shape of the
実施例1では、節点のうち一部の特定節点の変位量を、実際の観測結果に基づいて拘束条件として設定するため、構造解析の精度を高めることができる。 In the first embodiment, the displacement amount of some specific nodes among the nodes is set as a constraint condition based on the actual observation result, so that the accuracy of the structural analysis can be improved.
図5に、実施例2による構造解析装置の概略図を示す。観測対象物10、第1の観測装置31、第2の観測装置32、及び画像表示装置41の構成は、実施例1のものと同一であり、処理装置40で行われる処理が、実施例1の処理と異なる。
FIG. 5 shows a schematic diagram of a structural analysis apparatus according to the second embodiment. The configurations of the
図6に、実施例2による構造解析方法のフローチャートを示す。ステップSB1〜SB5は、実施例1のステップSA1〜SA5と同一である。 FIG. 6 shows a flowchart of the structure analysis method according to the second embodiment. Steps SB1 to SB5 are the same as steps SA1 to SA5 of the first embodiment.
ステップSB6において、特定節点の各々に対応して、少なくとも1つの強制変位点を定義する。 In step SB6, at least one forced displacement point is defined corresponding to each specific node.
図7に、強制変位点の一例を示す。第1の観測装置31で観測される観測対象マークに対応する特定節点13sに対して、2つの強制変位点17及び18が定義される。第1の観測装置31で観測可能な変位の方向は、UV面に平行であるため、強制変位点17、18は、特定節点13sをUV面に平行な方向に移動させた位置に定義される。図7では、特定節点13sをU軸に平行な方向に移動させた位置に1つの強制変位点17を定義し、V軸に平行な方向に移動させた位置に他の強制変位点18を定義している。
FIG. 7 shows an example of the forced displacement point. Two forced displacement points 17 and 18 are defined for the specific node 13s corresponding to the observation target mark observed by the
特定節点13sと強制変位点17とは、仮想的なばね19で連結され、特定節点13sと他の強制変位点18とは、仮想的なばね20で連結されている。特定節点13sと強制変位点17、及び特定節点13sと強制変位点18とは、それぞれ、ばね19及びばね20を介して力学的相互作用を及ぼし合う。初期状態では、ばね19、20は中立状態である。すなわち、特定節点13sは、ばね19、20を介して強制変位点17、18から力を受けない。
The specific node 13 s and the forced
特定節点13sと強制変位点17との間隔が中立位置からずれると、特定節点13sに、ばね19の復元力による力が作用する。同様に、特定節点13sと他の強制変位点18との間隔が中立位置からずれると、特定節点13sに、ばね20の復元力による力が作用する。特定節点13sと強制変位点17との間隔は、特定節点13sに、想定される最大の変位が生じたとしても、変位の前後でばね19の復元力のU軸方向の向きが反転しないように設定する。特定節点13sと強制変位点18との間隔は、特定節点13sに、想定される最大の変位が生じたとしても、変位の前後でばね20の復元力のV軸方向の向きが反転しないように設定する。好適なばね定数の設定方法については、後述する。
When the distance between the specific node 13s and the forced
ステップSB7及びSB8は、実施例1のステップSA6及びSA7と同一である。 Steps SB7 and SB8 are the same as steps SA6 and SA7 of the first embodiment.
ステップSB9において、特定節点の変位量に基づいて、当該特定節点に対応する強制変位点の変位量を算出する。 In step SB9, the displacement amount of the forced displacement point corresponding to the specific node is calculated based on the displacement amount of the specific node.
図8Aに示すように、特定節点13sが、観測時刻t=tiからt=ti+1の間に変位先13Saまd得変位する。特定節点13Sから変位先13Saまでの変位は、変位ベクトル50で表される。図8Bに示すように、特定節点13sに対応する強制変位点17、18に、変位ベクトル50と同一の変位ベクトル25、26で表される変位を強制的に設定し、変位先17a、18aまで変位させるる。このとき、ばね19、20が伸縮するため、その復元力によって特定節点13sに力が作用する。
As shown in FIG. 8A, the specific node 13s is displaced from the observation time t = t i to t = t i + 1 by the displacement destination 13Sa. The displacement from the
ステップSB10において、強制変位点に強制的に設定した変位量を拘束条件として、観測対象物10の構造解析を行い、特定節点及び一般節点の変位を算出する。
In step SB10, the structural analysis of the
図8Cに示すように、例えば、特定節点13sは、強制変位点17、18に与えられた強制変位により、ばね19、20の復元力、及び他の節点から受ける力により、変位先13Sbまで変位する。変位先13Sbは、図8Aに示した特定節点13sの観測された変位先13Saに一致するとは限らない。
As shown in FIG. 8C, for example, the specific node 13s is displaced to the displacement destination 13Sb by the restoring force of the
ステップSB11は、実施例1のステップSA9と同一である。 Step SB11 is the same as step SA9 of the first embodiment.
図9を参照して、実施例2の効果について説明する。説明の簡単化のために、1次元モデルについて説明する。 With reference to FIG. 9, the effect of Example 2 is demonstrated. In order to simplify the description, a one-dimensional model will be described.
図9Aに示すように、複数の節点が直線上に定義されている。特定節点60A〜60Fの間に、一般節点70が配置されている。実施例1では、図9Bに示すように、特定節点60A〜60Fに、それぞれ強制変位61A〜61Fが設定される。このため、観測対象マーク11の位置の測定のばらつきが、特定節点の変位に直接影響してしまう。1つの観測対象マーク11の位置の測定に、近傍の観測対象マーク11に比べて比較的大きな測定誤差が生じた場合、構造解析の結果、現実には生じ得ないような変形が発生する場合がある。
As shown in FIG. 9A, a plurality of nodes are defined on a straight line. A
例えば、図9Bにおいて、特定節点60Bに、他の特定節点に比べて比較的大きな測定誤差が含まれる場合、特定節点60Bと、その両側の特定節点60A、60Cとの間の一般節点に、通常では生じないような大きな歪が生じてしまう場合がある。
For example, in FIG. 9B, when the
図9Cに、実施例2による強制変位点65A〜65Fを導入した例を示す。特定節点60Aと強制変位点65Aとが、ばね66Aで連結されている。同様に、他の特定節点60B〜60Fと強制変位点65B〜65Fも、それぞれ、ばね66B〜66Fで連結されている。
FIG. 9C shows an example in which the forced
図9Dに示すように、強制変位点65A〜65Fに、それぞれ強制変位61A〜61Fを設定する。これにより、特定節点60A〜60Fに、ばね66A〜66Fの復元力による力が作用する。強制変位点65A〜65Fの変位を拘束条件として構造解析を行う。
As shown in FIG. 9D, forced
図9Eに示すように、特定節点60A〜60Fが変位する。強制変位点65A〜65Fの変位量が、ばね66A〜66Fを介して特定節点60A〜60Fに作用を及ぼす。この作用が釣り合うように、特定節点60A〜60Fの位置が解析される。このため、観測対象マーク11の位置の測定結果に含まれる誤差が平滑化される。例えば、1つの特定節点60Bに対応する観測対象マーク11の位置に比較的大きな測定誤差が含まれたとしても、近傍の特定節点60A、60C等に対応する観測対象マーク11の位置の測定結果に含まれる誤差が小さければ、1つの観測対象マーク11の位置の測定誤差が、解析結果へ与える影響は小さくなる。
As shown in FIG. 9E, the
第1及び第2の観測装置31、32による測定が高精度であり、測定誤差がほとんど生じない場合には、仮想的なばね66A〜66Fのばね定数を大きくすればよい。これにより、測定された観測対象マーク11の変位量が特定節点の変位量に及ぼす影響度が大きくなる。一例として、ばね定数を無限大にして構造解析を行うと、実施例1による方法で構造解析を行った場合と同じ結果が得られる。
When the measurement by the first and
逆に、第1及び第2の観測装置31、32による測定に誤差が生じやすい場合には、仮想的なばね66A〜66Fのばね定数を、測定対象物を構成する材料の剛性に比べて小さくすればよい。これにより、特定節点の変位量は、強制変位点からの影響よりも、測定対象物の構造に依存する影響の方が大きくなる。その結果、測定のばらつきを平準化することができる。
On the contrary, when an error is likely to occur in the measurement by the first and
上記実施例2では、1つの観測対象マーク11を1つの観測装置で観測する場合を説明した。次に、1つの観測対象マーク11を第1及び第2の観測装置31、32の両方で観測する場合の処理について説明する。
In the second embodiment, the case where one
図10Aに示すように、特定節点70に対応する観測対象マークを、第1の観測装置31及び第2の観測装置32の両方で観測する。第1の観測装置31の姿勢と第2の観測装置32の姿勢とは、任意である。ただし、第1の観測装置31のW軸と第2の観測装置32のT軸とは平行ではない。
As shown in FIG. 10A, the observation target mark corresponding to the
特定節点70をU軸に平行な方向に移動させた位置に強制変位点71が定義され、特定節点70をR軸に平行な方向に移動させた位置に強制変位点72が定義されている。実際には、特定節点70をV軸に平行な方向、及びS軸に平行な方向に移動させた位置にも、強制変位点が定義されるが、ここでは、説明の簡単化のために、2つの強制変位点71、72のみが定義されていると仮定する。
A forced
特定節点70と強制変位点71とが、仮想的なばね73で連結され、特定節点70と強制変位点72とが、仮想的なばね74で連結されている。第1の観測装置31による観測結果により、特定節点70の変位先70aが算出され、第2の観測装置32による観測結果により、特定節点70の変位先70bが算出される。特定節点70から変位先70aまでの変位ベクトルは、UV面に平行であり、特定節点70から変位先70bまでの変位ベクトルは、RS面に平行である。一方の強制変位点71が、UV面に平行な向きの変位を担い、他方の強制変位点72が、RS面に平行な向きの変位を担う。
The
図10Bに示すように、一方の強制変位点71を変位先71aまで強制的に変位させ、他方の強制変位点72を変位先72aまで強制的に変位させる。強制変位点71から、その変位先71aまでの変位ベクトルは、特定節点70から変位先70aまでの変位ベクトルと等しい。強制変位点72から、その変位先72aまでの変位ベクトルは、特定節点70から変位先70bまでの変位ベクトルと等しい。この拘束条件の下で構造解析を行う。仮想的なばね73、74の復元力により、特定節点70に力が印加される。
As shown in FIG. 10B, one forced
図10Cに示すように、特定節点70が、ばね73、74の復元力、及び他の節点からの影響を受け、変位先70cまで変位する。
As shown in FIG. 10C, the
上述のように、1つの特定節点70に対応して、第1の観測装置31による観測結果を反映させるための強制変位点71、及び第2の観測装置32による観測結果を反映させるための強制変位点72を定義する。これにより、特定節点70の変位に、第1の観測装置31及び第2の観測装置32の両方の観測結果を反映させることができる。
As described above, the forced
上記実施例2では、特定節点と強制変位点とを、仮想的なばねで連結したが、特定節点と強制変位点との間で力学的相互作用を及ぼす他のモデルを採用してもよい。例えば、強制変位点の周囲の空間に、中立位置でポテンシャルが極小になるようなポテンシャル場を定義してもよい。 In the second embodiment, the specific node and the forced displacement point are connected by a virtual spring. However, another model that exerts a mechanical interaction between the specific node and the forced displacement point may be adopted. For example, a potential field that minimizes the potential at the neutral position may be defined in the space around the forced displacement point.
図11Aに、実施例3の構造解析方法のモデルを示す。観測対象物10を表すモデルが複数の有限要素80に分割されている。観測対象物10の、一部の有限要素に対応する位置に、角度センサ81が取り付けられている。角度センサとして、たとえな二軸加速度センサを用いることができる。二軸加速度センサで重力加速度を測定することにより、センサ自体の水平方向からの傾斜角を算出することができる。
FIG. 11A shows a model of the structural analysis method of the third embodiment. A model representing the
図11Bに、角度センサ81により求められた水平方向からの傾斜角を示す。角度センサによって求められた傾斜角を、当該角度センサ81に対応する有限要素の姿勢に反映させる。反映された姿勢を拘束条件として、構造静解析を行う。
FIG. 11B shows the inclination angle from the horizontal direction obtained by the
図11Dに示すように、観測対象物を表すモデルの形状の変化が算出される。 As shown in FIG. 11D, a change in the shape of the model representing the observation target is calculated.
実施例3においても、実験結果が、構造静解析の拘束条件として反映されているため、容易に、実験結果と解析結果との整合性を高めることができる。 Also in Example 3, since the experimental result is reflected as a constraint condition of the structural static analysis, the consistency between the experimental result and the analytical result can be easily increased.
図12に、上記実施例による構造解析装置を搭載することができる射出成型機の正面図を示す。射出成型機340が、射出装置350及び型締装置370を含んで構成される。
FIG. 12 shows a front view of an injection molding machine on which the structural analysis apparatus according to the above embodiment can be mounted. The
射出装置350は、加熱シリンダ351を備え、加熱シリンダ351に、樹脂を供給するホッパ352が配設される。また、加熱シリンダ351内に、スクリュー353が進退自在かつ回転自在に配設される。スクリュー353の後端は、支持部材354によって回転自在に支持される。支持部材354に、サーボモータ等の計量モータ355が駆動部として取り付けられている。計量モータ355の回転が、計量モータ355の出力軸361に取り付けられたタイミングベルト356を介して、被駆動部のスクリュー353に伝達される。計量モータ355の出力軸361の後端に、検出器362が直結している。検出器362は、計量モータ355の回転数または回転量を検出する。検出器362により検出された回転数または回転量に基づいて、スクリュー353の回転速度が求められる。
The
射出装置350はさらに、スクリュー353と平行なねじ軸357を回転自在に備える。ねじ軸357の後端は、サーボモータ等の射出モータ359の出力軸363に取り付けられたタイミングベルト358を介して、射出モータ359に連結されている。従って、射出モータ359によってねじ軸357を回転させることができる。ねじ軸357の前端は支持部材354に固定されたナット360と螺合させられる。駆動部である射出モータ359を駆動し、タイミングベルト358を介して駆動伝達部であるねじ軸357を回転させると、支持部材354が前後進する。
The
支持部材354に、荷重の検出器であるロードセル365が取り付けられている。支持部材354の前後進運動が、ロードセル365を介してスクリュー353に伝えられることにより、スクリュー353が前後進する。ロードセル365により検出された力に対応するデータが、処理装置310に送出される。射出モータ359の出力軸363の後端に、検出器364が直結している。検出器364は、射出モータ359の回転数または回転量を検出する。検出器364により検出された回転数及び回転量に基づいて、スクリュー353の前後進方向の移動速度または前後進方向の位置が求められる。
A
型締装置370は、可動側の金型371が取り付けられた可動プラテン372と、固定側の金型373が取り付けられた固定プラテン374とを含む。可動プラテン372と固定プラテン374とは、タイバー375によって連結される。可動プラテン372はタイバー375に沿って摺動可能である。また、型締装置370は、トグル機構377を含む。トグル機構377は、一端が可動プラテン372と連結し、他端がトグルサポート376と連結する。トグルサポート376の中央において、ボールねじ軸379が回転自在に支持されている。トグル機構377に設けられたクロスヘッド380に固定されたナット381が、ボールねじ軸379に螺合させられている。また、ボールねじ軸379の後端にプーリ382が配設され、サーボモータ等の型締モータ378の出力軸383とプーリ382との間に、タイミングベルト384が架け渡されている。
The
型締装置370において、駆動部である型締モータ378を駆動すると、型締モータ378の回転が、タイミングベルト384を介して、駆動伝達部であるボールねじ軸379に伝達される。そして、ボールねじ軸379及びナット381によって、運動方向が回転運動から直線運動に変換され、トグル機構377が作動させられる。トグル機構377の作動により、可動プラテン372がタイバー375に沿って摺動し、型閉じ、型締め及び型開きが行われる。
In the
型締モータ378の出力軸383の後端に、検出器385が直結している。検出器385は、型締モータ378の回転数または回転量を検出する。検出器385により検出された回転数または回転量に基づいて、ボールねじ軸379の回転に伴って進退するクロスヘッド380の位置、または、トグル機構377によってクロスヘッド380に連結された被駆動部である可動プラテン372の位置が求められる。処理装置310が、計量モータ355、射出モータ359、型締モータ378を制御する。
A
可動側の金型371と固定側の金型373との間に、キャビティcavが形成される。キャビティcavと加熱シリンダ351の内部とが連通している。
A cavity cav is formed between the
型締めを行うと、可動側の金型371及び固定側の金型373に応力が印加され、これらの金型がわずかに変形する。射出成形品の形状の精密度を高めるために、金型のわずかな変形を観測することが望まれる。
When the mold clamping is performed, stress is applied to the
可動側の金型371と固定側の金型373の側面に複数の観測対象マークが固定される。これらの観測対象マークを、上記実施例による構造解析装置を用いて観測することにより、金型の変形の様子を画像により確認することができる。
A plurality of observation target marks are fixed to the side surfaces of the
上記実施例では、観測対象マーク11の変位量を検出するための観測装置20及び30にディジタルカメラを用いたが、他の方法で変位量を検出してもよい。例えば、レーザ変位計を用いて観測対象マークの変位量を検出することも可能である。
In the above embodiment, the digital camera is used for the
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
10 観測対象物
11 観測対象マーク
13 節点
13S 特定節点
15、16 変位
17、18 強制変位点
19、20 仮想的なばね
25、26 変位ベクトル
31 第1の観測装置
32 第2の観測装置
40 処理装置
41 画像表示装置
42 対象物表示領域
43 操作部
44 経過時間表示バー
45 表示指令部
50 変位ベクトル
60A〜60F 特定節点
61A〜61F 変位ベクトル
65A〜65F 強制変位点
66A〜66F 仮想的なばね
70 特定節点
71、72 強制変位点
73、74 仮想的なばね
80 有限要素
81 角度センサ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記観測装置の観測結果が入力される処理装置と A processing device to which an observation result of the observation device is input;
を有し、Have
前記処理装置は、 The processor is
前記観測対象物を、仮想的に複数の要素に分割し、該要素上に複数の節点を設定する工程と、 Virtually dividing the observation object into a plurality of elements and setting a plurality of nodes on the elements;
前記観測対象マークの位置に一致する節点、または前記観測対象マークの位置を含む要素上の一つの節点を、特定節点として選択する工程と、 Selecting a node that coincides with the position of the observation target mark, or one node on an element including the position of the observation target mark, as a specific node;
前記特定節点の各々に対応して強制変位点を定義する工程と、 Defining a forced displacement point corresponding to each of the specific nodes;
前記強制変位点と前記特定節点との間に、該強制変位点の変位と該特定節点の変位とに依存した相互作用を定義する工程と、 Defining an interaction depending on the displacement of the forced displacement point and the displacement of the specific node between the forced displacement point and the specific node;
前記観測装置から取得した観測結果に基づいて、前記観測対象マークの変位を計測する工程と、 Measuring the displacement of the observation mark based on the observation result obtained from the observation device;
前記観測対象マークの計測された変位に基づいて、当該観測対象マークに対応する前記特定節点に対応付けられた前記強制変位点の変位を決定する工程と、 Determining a displacement of the forced displacement point associated with the specific node corresponding to the observation target mark based on the measured displacement of the observation target mark;
決定された前記強制変位点の変位を拘束条件として、前記観測対象物の構造解析を行う工程とを実行する構造解析装置。 And a step of performing a structural analysis of the observation object using the determined displacement of the forced displacement point as a constraint.
前記観測対象物を、仮想的に複数の要素に分割し、該要素上に複数の節点を設定する工程と、 Virtually dividing the observation object into a plurality of elements and setting a plurality of nodes on the elements;
前記観測対象マークの位置に一致する節点、または前記観測対象マークの位置を含む要素上の一つの節点を、特定節点として選択する工程と、 Selecting a node that coincides with the position of the observation target mark, or one node on an element including the position of the observation target mark, as a specific node;
前記特定節点の各々に対応して強制変位点を定義する工程と、 Defining a forced displacement point corresponding to each of the specific nodes;
前記強制変位点と前記特定節点との間に、該強制変位点の変位と該特定節点の変位とに依存した相互作用を定義する工程と、 Defining an interaction depending on the displacement of the forced displacement point and the displacement of the specific node between the forced displacement point and the specific node;
前記観測装置から取得した観測結果に基づいて、前記観測対象マークの変位を計測する工程と、 Measuring the displacement of the observation mark based on the observation result obtained from the observation device;
前記観測対象マークの計測された変位に基づいて、当該観測対象マークに対応する前記特定節点に対応付けられた前記強制変位点の変位を決定する工程と、 Determining a displacement of the forced displacement point associated with the specific node corresponding to the observation target mark based on the measured displacement of the observation target mark;
決定された前記強制変位点の変位を拘束条件として、前記観測対象物の構造解析を行う工程とを有する構造解析方法。 A structural analysis method including a step of performing structural analysis of the observation object using the determined displacement of the forced displacement point as a constraint condition.
前記角度測定器の測定結果が入力される処理装置と A processing device to which the measurement result of the angle measuring device is input; and
を有し、Have
前記処理装置は、 The processor is
前記観測対象物を、仮想的に複数の要素に分割する工程と、 Virtually dividing the observation object into a plurality of elements;
前記角度測定器で、当該角度測定器が取り付けられた位置の前記観測対象物の表面の、基準面からの傾斜角を測定する工程と、 Measuring an inclination angle from a reference plane of the surface of the observation object at a position where the angle measuring device is attached with the angle measuring device;
前記複数の要素のうち、前記角度測定器が取り付けられた位置に対応する要素に、測定された傾斜角に基づいて、強制的に姿勢変化を設定する工程と、 A step of forcibly setting a posture change based on a measured inclination angle in an element corresponding to a position where the angle measuring device is attached among the plurality of elements;
決定された前記強制的な姿勢変化を拘束条件として、前記観測対象物の構造解析を行う工程とを実行する構造解析装置。 And a step of performing a structural analysis of the observation object using the determined forced posture change as a constraint condition.
前記観測対象物を、仮想的に複数の要素に分割する工程と、 Virtually dividing the observation object into a plurality of elements;
前記観測対象物に形状の変化を生じさせて、前記角度測定器で、当該角度測定器が取り付けられた位置の前記観測対象物の表面の、基準面からの傾斜角を測定する工程と、 Causing a change in shape of the observation object, and measuring an inclination angle from a reference plane of the surface of the observation object at a position where the angle measurement apparatus is attached, with the angle measurement device;
前記複数の要素のうち、前記角度測定器が取り付けられた位置に対応する要素に、測定された傾斜角に基づいて、強制的に姿勢変化を設定する工程と、 A step of forcibly setting a posture change based on a measured inclination angle in an element corresponding to a position where the angle measuring device is attached among the plurality of elements;
決定された前記強制的な姿勢変化を拘束条件として、前記観測対象物の構造解析を行う工程と Performing the structural analysis of the observation object with the forced posture change determined as a constraint condition;
を有する構造解析方法。Structural analysis method having
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008222027A JP5203100B2 (en) | 2008-08-29 | 2008-08-29 | Structure analysis apparatus and structure analysis method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008222027A JP5203100B2 (en) | 2008-08-29 | 2008-08-29 | Structure analysis apparatus and structure analysis method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010055517A JP2010055517A (en) | 2010-03-11 |
JP5203100B2 true JP5203100B2 (en) | 2013-06-05 |
Family
ID=42071334
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008222027A Expired - Fee Related JP5203100B2 (en) | 2008-08-29 | 2008-08-29 | Structure analysis apparatus and structure analysis method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5203100B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6329440B2 (en) * | 2014-06-18 | 2018-05-23 | 住友ゴム工業株式会社 | Tire simulation method |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4516740B2 (en) * | 2003-12-08 | 2010-08-04 | 財団法人日本船舶技術研究協会 | Shape estimation device |
JP2009176185A (en) * | 2008-01-28 | 2009-08-06 | Toray Ind Inc | Numerical analysis model creation method and numerical analysis model creation device |
-
2008
- 2008-08-29 JP JP2008222027A patent/JP5203100B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010055517A (en) | 2010-03-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10775148B2 (en) | Determining a position of a movable part of a coordinate measuring machine | |
JP5670416B2 (en) | Robot system display device | |
US20160291571A1 (en) | System and method for aligning a coordinated movement machine reference frame with a measurement system reference frame | |
EP1818647B1 (en) | Form measuring instrument, form measuring method and form measuring program | |
CN105277148B (en) | The bearing calibration of the evaluated error of shape measuring apparatus and shape measuring apparatus | |
US9956686B2 (en) | Deflection measurement system for measuring deflection of articulated robot | |
EP1536205A2 (en) | Surface scan measuring device and method of forming compensation table for scanning probe | |
JP5849991B2 (en) | Car body stiffness test method and car body stiffness test apparatus | |
US20160341533A1 (en) | Method for controlling shape measuring apparatus | |
KR101078651B1 (en) | System and method for measuring a curved surface | |
US10697748B2 (en) | Method for controlling shape measuring apparatus | |
JP2010145231A (en) | Apparatus and method for measuring displacement of object | |
JP5553493B2 (en) | Shape change measuring apparatus and method | |
JP5203100B2 (en) | Structure analysis apparatus and structure analysis method | |
JP2005121370A (en) | Surface shape measuring apparatus and method | |
JP2020089963A (en) | Robot system and coordinate conversion method | |
JP5698331B2 (en) | Injection molding machine | |
US20230152074A1 (en) | Repeated determination of a position of a movable part of a coordinate measuring machine | |
JP5473710B2 (en) | Temperature estimation device and analysis device | |
JP5064725B2 (en) | Shape measurement method | |
KR101525677B1 (en) | Virtual error estimation simulating method for circular test | |
JP5516974B2 (en) | Vision sensor mounting apparatus and method | |
KR101157008B1 (en) | Machine tool having a function of setting measurement reference point of workpiece | |
EP3029417B1 (en) | Method of determination and/or continuous determination of a linear and/or angular deviation/deviations of the path or area of a workpiece or a part of the machine from the axis of rotation of its spindle and a detecting device for performing it | |
TWI805437B (en) | Robot point calculus correction system and correction method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101213 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120321 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120510 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20121023 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130111 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20130118 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130212 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130213 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5203100 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160222 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |