JP5986378B2

JP5986378B2 - 情報処理装置

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Publication number: JP5986378B2
Application number: JP2011289887A
Authority: JP
Inventors: 大輔坂尾; 加納　隆史; 隆史加納; 山田　直也; 直也山田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: JP2013140435A

Description

本発明は、CADモデルにおける公差解析に関する。

製品を構成する部品を製造する際の部品の寸法や形状の設計値からの許容範囲が公差である。この公差を考慮して、部品を組み立てる際の例えば基準面から目標面までのばらつきを計算する公差解析がある。公差解析の手法として互換性の方法や不完全互換性の方法があるが、何れの場合も、一般に表計算ソフトを利用する。

表計算ソフトを利用する公差解析手法は、図面から読み取った数値を表計算ソフトに入力する際の入力ミスや、CADモデルの最終段階でしか検証できない問題がある。特許文献1は、これらの問題に対する解決策を提案する。つまり、特許文献1が記載するシステムは、CADモデルに設定された製品製造情報(product manufacturing information: PMI)を利用して公差解析を行う。図1によりCADモデルへのPMIの設定例を示す。

しかし、例えば基準面から目標面に至る、公差が積み上がるルート（以下、公差積算ルート）が多数存在する。公差積算ルートすべての公差解析を行うには、各公差積算ルートに介在する部品すべての寸法と公差を読み取って表計算ソフトに入力する必要があり、手動による公差積算ルートすべての公差解析は困難である。

また、特許文献1が記載するシステムの利用はCADモデルにPMIが設定されていることが前提である。一般に、PMIが設定されるのはCADモデルの寸法、形状が確定した最終段階である。従って、PMIが未設定の設計の初期段階において、公差積算ルートの検証を行うことはできない。

特開2006-107510号公報

本発明は、公差積算ルートすべてについて信頼性の高い検証を短時間に行うことを目的とする。

また、CADモデルの設計の初期段階における公差積算ルートの検証を可能にすることを他の目的とする。

本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。

本発明にかかる情報処理は、CADモデルにおける公差解析の対象を示す位置情報を入力し、前記CADモデルが示すアセンブリを構成する部品同士の接触を判定して、前記位置情報が示す公差解析の対象の間において公差が積み上るルートを検出し、前記検出されたルートごとに、前記ルート上の各部品の接触面に関する公差を取得し、前記検出されたルートごとに、前記取得した公差を積算して前記公差解析の対象の間において積み上る積算公差を算出する。そして、更に接触面積の閾値を入力し、検出の際には、この閾値よりも小さい面積をもつ前記部品同士の接触面を経由する公差積算ルートを、検出した公差積算ルートから除外することを特徴とする。

本発明によれば、公差積算ルートすべてについて信頼性の高い検証を短時間に行うことができる。

また、CADモデルの設計の初期段階における公差積算ルートの検証を可能にすることができる。

CADモデルへのPMIの設定例を示す図。実施例の公差解析処理を行う情報処理装置の構成例を説明するブロック図。トナーカートリッジの内部を模した3DCADモデルと公差解析処理を行うための設定を入力するUIの一例を示す図。図3に示す3DCADモデルの断面を示す図。接触判定の結果に基づく探索によって検出される複数の公差積算ルートの例を示す図。一般公差のデータベース例を示す図。基準面から目標面までの公差積算ルートごとに取得される公差の積算方法を示す図。公差解析処理の結果をリスト表示するUIの一例を示す図。公差解析処理の手順を説明するフローチャート。公差解析処理の結果を表示するUIの別の一例を示す図。公差解析処理における公差の変更と再計算を模式的に示す図。

以下、本発明にかかる実施例の情報処理を図面を参照して詳細に説明する。

［装置の構成］
図2のブロック図により実施例の公差解析処理を行う情報処理装置の構成例を説明する。

CPU101は、RAM103をワークメモリとして、ROM102、ハードディスクドライブ(HDD)15、各種記録メディアに格納されたオペレーティングシステム(OS)や各種プログラムを実行し、システムバス108を介して各構成を制御する。なお、CPU101が実行するプログラムには、後述する公差解析処理などのプログラムが含まれる。

汎用インタフェイス(I/F)105は、例えばUSBなどシリアルバスインタフェイスで、シリアルバス18を介して、マウスやキーボードなどの入力デバイス13やプリンタ14などが接続される。シリアルATA (SATA) I/F106には、HDD15や各種記録メディアの読み書きを行うメディアドライブ16が接続される。CPU101は、HDD15やメディアドライブ16にマウントされた各種記録メディアをデータの格納場所として利用する。

ネットワークインタフェイスカード(NIC)107は、ネットワークインタフェイスで、例えばLANなどのネットワーク17に接続する。ビデオカード(VC)104は、ビデオインタフェイスで、モニタ12が接続される。CPU101は、プログラムが提供するユーザインタフェイス(UI)をモニタ12に表示し、入力デバイス13を介してユーザ指示を含むユーザ入力を受信する。

なお、後述する公差解析処理などのプログラムをパーソナルコンピュータなどのコンピュータ機器に供給すれば、等がコンピュータ機器を実施例の情報処理装置として利用可能である。

［公差解析処理］
以下では、ユーザ（例えば設計者）がCADモデル上で指定した、評価の基準になる面（以下、基準面）と目標になる面（以下、目標面）の間の距離のばらつきを評価する例を説明する。

図3によりトナーカートリッジの内部を模した3DCADモデルと公差解析処理を行うための設定を入力するUIの一例を示す。なお、UI31は、情報処理装置によってモニタ12に表示され、基準面、目標面、公差を積み上がる方向（以下、積算方向）、接触面積の閾値（最小値）などを入力するための入力部を有する。

図4により図3に示す3DCADモデル32の断面を示す。図4に示すように、クリーニングブレード47と感光ドラム48は接触する。両者が接触しなければクリーニングブレード47は、その機能を果たさない。一方、両者の突き当て量が大き過ぎると摩耗が生じる。従って、両者の間の公差は厳密に管理される必要がある。

情報処理装置は、アセンブリを構成する部品同士の接触判定を行い、基準面から目標面までの公差が積み上がるルート（以下、公差積算ルート）を探索する。図5により接触判定の結果に基づく探索によって検出される複数の公差積算ルートの例を示す。なお、図5に示す面51が基準面、面52が目標面である。

情報処理装置は、図5に示すルート3のように、検出された接触面の接触面積が、予め設定された接触面積の閾値よりも小さいルートを公差積算ルートから除外し、当該ルートを記憶しない。また、図5に示すルート4のように、検出された接触面の法線ベクトルと積算方向53が直交するルートも公差積算ルートから除外し、当該ルートを記憶しない。他方、図5に示すルート1とルート2のように、二つの部品の間に、法線ベクトルと積算方向53が直交しない複数の接触面が検出された場合は、別の公差積算ルートとして、それらルートをそれぞれ記憶する。

次に、情報処理装置は、記憶した各公差積算ルートについて、公差積算ルート上の製品製造情報(product manufacturing information: PMI)から公差を取得する。なお、公差積算ルート上にPMIが設定されていない場合は、各部品の接触面に関する寸法を取得し、取得した寸法に応じた一般公差を初期値として設定する。図6により一般公差のデータベース例を示す。なお、一般公差の代わりに、一律の公差を適用することも可能である。

図7により基準面51から目標面52までの公差積算ルートごとに取得される公差の積算方法を示す。つまり、各部品の寸法と公差をλ_i±t_iとすると、公差積算ルートの寸法LはΣλ_iである。また、公差積算ルートにおいて積み上がる公差（以下、積算公差）Tは、互換性の方法によればΣt_iであり、不完全互換性の方法によれば√(Σt_i ²)である。

図8により公差解析処理の結果をリスト表示するUIの一例を示す。なお、図8のUIは、情報処理装置によってモニタ12に表示される。図8のUIにおいて、解析結果表示部81は、公差解析処理によって得られた積算公差Tの最大値を表示する。部品名表示部82は、積算公差Tが最大値を示す公差積算ルート上の部品名を表示する。称呼寸法表示部83は、部品名表示部82に表示された部品の接触面に関する称呼寸法λ_iを表示する。公差表示部84は、称呼寸法表示部83の値に対応する寸法公差または幾何公差の値t_iを表示する。寄与率表示部85は、各公差t_iが積算公差Tの最大値に与える影響の大きさ（寄与率）を表示する。

ユーザは、図8のUIを用いて、積算公差Tが最大値を示す公差積算ルート上の各部品の公差t_iを任意に変更することができる。情報処理装置は、当該変更に応じて記憶する公差積算ルートすべてについて再計算を行い、その結果をUIに反映する。ユーザは、公差の変更と更新されるリスト表示の確認を繰り返し、すべての公差積算ルートを考慮して、基準面51から目標面52までの距離のばらつきを所望する範囲（例えば設計仕様を満たす範囲）に収める。そして、ユーザは、各部品の公差t_iが適切に設定されたと判断すると、公差情報反映ボタン86を押す。

公差情報反映ボタン86が押されると、情報処理装置は、各部品の公差（初期値）を変更後の公差に置き換え、置き換え後の公差をPMIとしてCADモデルに設定して、公差解析処理の結果を設計データに反映する。

［処理手順］
図9のフローチャートにより公差解析処理の手順を説明する。以下では、図3に示すトナーカートリッジ内部の構造から全ルートを考慮してクリーニングブレード47と感光ドラム48の突き当て量を保証するための公差設計例を説明する。なお、公差解析処理はCPU101によって実行される。

CPU101は、図3に示すUI31を介して基準面、目標面、積算方向、接触面積の閾値などを示す情報を取得する(S11)。この例において、ユーザは、基準面としてクリーニングブレード47の先端の面を指定し、目標面として感光ドラム48の円筒面を指定し、積算方向としてクリーニングブレード47の突き当て方向を指定する。なお、ユーザは、クリーニングブレード47の先端の面（基準面）を感光ドラム48の円筒面（目標面）に突き当てる方向を積算方向に指定する。

なお、公差解析処理は、面と面の間の距離のばらつきの解析に限定されるわけではない。例えば、部品上のある点（基準点）と他の部品上のある点（目標点）の間、部品上のある点と他の部品のある面の間など、様々な対象の間の距離のばらつきの解析に適用可能である。そのような対象を指定する場合は当該対象の位置情報を指定または入力する。

次に、CPU101は、トナーカートリッジを構成する部品同士の接触判定を行い、クリーニングブレード47の先端の面（基準面）から感光ドラム48の円筒面（目標面）までの公差積算ルートを探索する(S12)。つまり、例えば、基準面を有する部品Aに接触する部品B、部品Bに接触する部品Cと探索し、部品Cが目標面を有する部品Dに接触すれば当該公差積算ルートの探索が終了する。

感光ドラム48はその両端で支持されているので、両支持部を経由する公差積算ルートが存在し、それら公差積算ルートそれぞれを別のルートと見做してRAM103の所定領域に記憶する。また、二つの部品（クリーニングブレード47と感光ドラム48）の間に複数の接触面を介した公差積算ルートが存在する場合も、それら公差積算ルートそれぞれを別のルートと見做してRAM103の所定領域に記憶する。

次に、CPU101は、公差の積算に影響を与えない公差積算ルートを除外するために公差積算ルートを絞り込む(S13)。つまり、ユーザが設定した接触面積の閾値よりも小さい面積をもつ接触面を経由する公差積算ルートをRAM103から消去して、当該公差積算ルートを除外する。また、積算方向と直交する法線ベクトルをもつ接触面を経由する公差積算ルートをRAM103から消去して、当該公差積算ルートを除外する。

次に、CPU101は、RAM103に記憶された公差積算ルートそれぞれについて、基準面から目標面に至る公差積算ルート上の各部品の接触面に関する公差を取得する(S14)。PMIが既設定の場合はPMIから公差を取得し、PMIが未設定の場合は接触面に関する称呼寸法を取得し、図6にデータベースを参照して称呼寸法に応じた一般公差を取得する。なお、一般公差の代わりに一律の公差を適用してもよい。

次に、CPU101は、公差積算ルートそれぞれについて、取得した公差を図7に示す公差の積算に適用して、基準面と目標面の間の距離のばらつきを算出する(S15)。言い替えれば、クリーニングブレード47の先端の面を感光ドラム48の円筒面に突き当てる突き当て量のばらつき範囲を算出する。そして、公差解析処理の結果を図8に示すUIに表示する(S16)。

図10により公差解析処理の結果を表示するUIの別の一例を示す。図10に示すように、積算公差Tの最大値に関係する部品のみを表示すれば、どの公差積算ルートによって積算公差Tの最大値が積み上がったかをユーザは容易に理解することができる。ユーザは、UIを参照して、クリーニングブレード47の突き当て量のばらつきが設計仕様を満たすか否か判断する。そして、ばらつきが設計仕様を満たす場合は公差情報反映ボタン86を押し、ばらつきが設計仕様を満たさない場合は、UIを操作して、公差の変更を指示し、変更後の公差を設定する。

CPU101は、公差の変更が指示されたか、公差情報反映ボタン86が押されたかを判定する(S17)。言い替えれば、ばらつきが設計仕様を満たすとユーザが判断したか否かを判定する。

変更指示が入力された場合、CPU101は、変更が指示された部品の公差を設定された変更後の公差に置き換える(S18)。そして、処理をステップS15に戻し、RAM103に記憶した公差積算ルートすべてについて再計算を行い(S15)、公差解析処理の結果を再表示する(S16)。

また、ばらつきが設計仕様を満たすとユーザが判断した場合、CPU101は、その時点で各部品に設定されている公差をPMIとしてCADモデルに設定して、公差解析処理の結果を設計データに反映する(S19)。

図11により公差解析処理における公差の変更と再計算を模式的に示す。図11は、アセンブリが五つの部品A、B、C、D、Eで構成され、部品Aから部品Eに至る三つの公差積算ルートが探索された例を示している。公差積算ルート1と2は、部品Aから部品B、Dを介して部品Eに至るルートである。また、公差積算ルート3は、部品Aから部品C、Dを介して部品Eに至るルートである。

図11において、表201は、PMIまたは一般公差から得た公差t_iによる公差解析処理の結果を示している。この状態で、各ルートについて公差を積算すると、公差積算ルート1の積算公差T（図11においては二乗和平方根(RSS)）が最大になり、公差積算ルート1の積算公差Tが最大値としてUIに表示される。

表202は、表201の結果を参照したユーザが部品Bの公差を0.5から0.4に変更した後の公差解析処理の結果を示している。この状態で、各ルートについて公差を積算すると、公差積算ルート1の積算公差Tが最大になり、公差積算ルート1の積算公差Tが最大値としてUIに表示される。

表203は、表202の結果を参照したユーザがさらに部品Bの公差を0.4から0.2に変更した後の公差解析処理の結果を示している。変更後の公差は0.2は、ルート2の部品Bの公差0.3よりも小さいため、ルート2にも適用され、ルート2にも変更が反映される。この状態で、各ルートについて公差を積算すると、公差積算ルート3の積算公差Tが最大になり、公差積算ルート3の積算公差Tが最大値としてUIに表示される。

表204は、表203の結果を参照したユーザが部品Aの公差を0.8から0.6に変更した後の公差解析処理の結果を示している。変更後の公差は0.6は、ルート1、2、3の部品Aの公差0.8よりも小さいため、ルート1、2、3に適用される。この状態で、各ルートについて公差を積算すると、公差積算ルート3の積算公差Tが最大になり、公差積算ルート3の積算公差Tが最大値としてUIに表示される。

表204の結果におけるばらつき、公差積算ルート3の積算公差T=0.741620が設計仕様を満たす、つまり、積算公差Tが設計仕様の積算公差以下（または未満）とユーザが判断すれば公差解析処理が終了する。このように、ユーザは、図11に示す操作を繰り返して、公差積算ルートすべてに対して精度を保証する公差設計を行う。

このように、公差積算ルートすべての寸法と公差を図面から読み取って表計算ソフトへ入力する必要がなく、公差積算ルートすべてについて、高信頼かつ高精度の公差解析を短時間に行うことができる。また、公差積算ルートの探索し、検証が必要な公差積算ルートを絞り込む処理により、公差積算ルートの検証漏れを防ぐことができる。さらに、設計の初期段階など、PMIが未設定の場合は一般公差などの適用が可能であり、柔軟な設計変更を行うことができる。

［その他の実施例］
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（又はCPUやMPU等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims

CADモデルにおける公差解析の対象を示す位置情報を入力する入力手段と、
前記CADモデルが示すアセンブリを構成する部品同士の接触を判定して、前記位置情報が示す公差解析の対象の間において公差が積み上るルートを検出する検出手段と、
前記検出されたルートごとに、前記ルート上の各部品の接触面に関する公差を取得する取得手段と、
前記検出されたルートごとに、前記取得した公差を積算して前記公差解析の対象の間において積み上る積算公差を算出する算出手段とを有し、
前記入力手段は、さらに接触面積の閾値を入力し、
前記検出手段は、前記閾値よりも小さい面積をもつ前記部品同士の接触面を経由する公差積算ルートを、前記検出した公差積算ルートから除外する
ことを特徴とする情報処理装置。
前記入力手段は、さらに前記公差が積み上る方向を示す情報を入力し、前記検出手段は、前記方向と直交する前記部品同士の接触面を有する公差積算ルートを、前記検出した公差積算ルートから除外することを特徴とする請求項1に記載された情報処理装置。
前記取得手段は、前記CADモデルに設定された製品製造情報から前記公差を取得することを特徴とする請求項1又は2に記載された情報処理装置。
前記取得手段は、前記公差として、前記接触面に関する部品の称呼寸法に基づき一般公差を取得することを特徴とする請求項1又は2に記載された情報処理装置。
前記取得手段は、前記公差として、一律の公差を取得することを特徴とする請求項1又は2に記載された情報処理装置。
さらに、前記算出手段が算出した、最大値を有する積算公差と、前記最大値を有する積算公差に対応するルート上の部品に関する情報を表示し、前記部品の公差に関する変更指示を入力するためのユーザインタフェイスをモニタに表示する表示手段を有することを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載された情報処理装置。
さらに、前記公差解析の結果に基づく各部品の公差を前記CADモデルに反映する手段を有することを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載された情報処理装置。
入力手段、検出手段、取得手段、算出手段を有する情報処理装置の情報処理方法であって、
前記入力手段が、CADモデルにおける公差解析の対象を示す位置情報を入力し、
前記検出手段が、前記CADモデルが示すアセンブリを構成する部品同士の接触を判定して、前記位置情報が示す公差解析の対象の間において公差が積み上るルートを検出し、
前記取得手段が、前記検出されたルートごとに、前記ルート上の各部品の接触面に関する公差を取得し、
前記算出手段が、前記検出されたルートごとに、前記取得した公差を積算して前記公差解析の対象の間において積み上る積算公差を算出し、
前記入力手段は、さらに接触面積の閾値を入力し、
前記検出手段は、前記閾値よりも小さい面積をもつ前記部品同士の接触面を経由する公差積算ルートを、前記検出した公差積算ルートから除外する
ことを特徴とする情報処理方法。
コンピュータを請求項1から請求項7の何れか一項に記載された情報処理装置の各手段として機能させるためのプログラム。