JP6153456B2 - ドローモデル生成方法及びドローモデル生成システム - Google Patents
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Description
デザイン設計が成されると製品形状が得られるため、ドローモデル9の製品部91はデザイン設計と共に生成することができる。また、ダイフェース部95は、皺押さえを想定した部分であるため基本的に略平面であり比較的容易に生成することができる。一方、余肉部93は、プレス加工に応じて変形する部分であるため、ドローモデル9の生成では、余肉部93の生成に多くの時間がかかっている。
初めに、図1を参照して、本発明のドローモデル生成システムの概要について説明する。ドローモデル生成システムでは、CAD(Computer Aided Design)を用いて生成した製品部91とダイフェース部95とから、プレス成形品のドローモデル9を生成する。具体的には、ドローモデル生成システムでは、図1(B)に示すように、製品部91及びダイフェース部95を含むドローモデル9に相当する領域に、夫々が個別のXY座標により規定される複数の特徴点101により構成される平面格子10を投影する。そして、図1(C)に示すように、投影した特徴点101を繋ぎポリゴン102とすることで、ドローモデル9を生成する。
この点、本発明のドローモデル生成システムでは、余肉部93に投影した特徴点101の座標(Z座標)を後述する方法により補間し、ドローモデル9を生成することとしている。以下、詳細に説明する。
続いて、図2を参照して、本発明のドローモデル生成システム1の構成について説明する。図2は、本発明の一実施形態に係るドローモデル生成システム1の機能構成を示すブロック図である。
ドローモデル生成システム1は、作業者が各種データや指令を入力する入力装置2と、この入力装置2からの入力に応じて各種演算処理を実行する演算装置4と、画像を表示する表示装置6と、各種データを記憶する記憶装置8と、を含んで構成される。
特徴点101の間隔は、任意に設定することができるが、ドローモデルが自動車のアウタパネルやルーフパネルなどのパネル製品に関するものである場合、0.5mm間隔とすることが好ましい。この点、図3(B)(C)を参照して、具体的に説明する。なお、図3(B)は、製品部91の断面形状を示す模式図であり、図3(C)は、自動車のアウタパネルやルーフパネルなどのパネル製品のうち最もポリゴンの折れ角が大きくなる部位における、特徴点101の間隔とポリゴンの折れ角との関係を示す図である。
図3(B)を参照して、製品部91が、XY座標と略平行な平面911、913と、XY座標に対して所定の角度傾斜した斜面912とから構成される断面形状を考える。このとき、平面911、913に投影した特徴点101の間隔L1と、斜面912に投影した特徴点101の間隔L2とを比較すると、間隔L2の方が広くなる。この特徴点101の間隔は、特徴点101を繋いでポリゴン102を取得する場合にポリゴン102の折れ角となってあらわれる。ポリゴン102の折れ角が大きいとCAEによるモデル形状評価においてエラーの原因となるため、エラーとならない範囲に収める必要がある。
図3(C)に示すように、CAEによるモデル形状評価では、ポリゴン102の折れ角がθmaxを超えると、エラーや不正な解などの不具合となる。この点、自動車のパネル製品では、特徴点101の間隔を0.7mmとすることでポリゴン102の折れ角が約θmaxとなり、特徴点101の間隔を0.5mmとすることでポリゴン102の折れ角がθmax未満となることが確認できた。そのため、自動車のパネル製品についてドローモデルを生成する場合、特徴点101の間隔を形状変化が大きな箇所では0.5mmとすることが好ましい。
尚θmaxは経験的な閾値であり、各CAEソフトで夫々異なる。
この親断面931は、図4(B)に示すように、複数の直線と複数の曲線とを繋ぎ合わせて構成され、各直線と各曲線との具体的な形状を示す複数のパラメータにより規定される。親断面931を規定するパラメータには、適宜必要な情報を含めることができるが、少なくとも親断面931上の任意の位置におけるXYZ座標を算出可能な情報を含むものとする。本実施形態では、これらパラメータとして、各直線の線長を示すパラメータL1,L2,L3,L4(mm)と、各曲線の曲率半径を示すパラメータR1,R2,R3(mm)と、各曲線の壁角度を示すパラメータA1,A2,A3(deg)と、親断面931の開始位置及び終了位置を示すXYZ座標と、を含むこととしている。
この親断面931A,931Bは、作業者からの指令に応じて設定されるため、図5(B)に示すように所定の間隔を空けて設定されることになる。子断面生成部43は、親断面931A,931Bの間に子断面を生成し、この間隔を埋めることとしている。このとき、子断面生成部43は、親断面931Aに基づく子断面と、親断面931Bに基づく子断面とを生成する。
これにより、親断面931A,931Bの間に親断面931Aに基づく子断面933、即ち親断面931Aと同様に1段の断面形状の子断面933が複数生成される。
これにより、親断面931A,931Bの間に親断面931Bに基づく子断面935、即ち親断面931Bと同様に2段の断面形状の子断面935が複数生成される。
図6(B)は、親断面931Aの開始位置と親断面931Bの開始位置とを繋ぐ基準線111が略直線(曲率小)である場合の子断面933のピッチを示し、図6(C)は、親断面931Aの開始位置と親断面931Bの開始位置とを繋ぐ基準線111が曲線(曲率大)である場合の子断面933のピッチを示す。
なお、親断面931A,931Bの間に、子断面933,935を生成する場合、子断面生成部43は、子断面933,935を同じピッチで生成する。即ち、子断面933のピッチと子断面935のピッチとは同一である。
ここで、図7を参照して座標算出部44についてより詳細に説明する。図7は、CADデータの断面形状を示す模式図である。図7を参照して、製品部91やダイフェース部95は、記憶装置8に形状データが予め記憶されているため、製品部91やダイフェース部95に投影された特徴点101のZ座標は、製品部91やダイフェース部95の形状データから容易に取得することができる。一方、余肉部93は、形状データが設定されていないため、余肉部93に投影された特徴点101のZ座標を適切に取得するための工夫が求められる。
図2に戻り、そこで、座標算出部44は、判定部46と、第1のZ座標算出部47と、第2のZ座標算出部48と、を含んで構成される。
より詳しくは、判定部46は、特徴点101がCAD面(製品部91及びダイフェース部95)上に投影されたか否かを判定する。また、判定部46は、特徴点101が断面領域(親断面931又は子断面933,935が設定されている余肉部93と、製品部91のうち成形困難な箇所Qで中間形状の断面915が設定されている位置)内に投影されたか否かを判定する。
図8(A)を参照して、子断面933に投影された特徴点101AのZ座標をZaとし、子断面935に投影された特徴点101AのZ座標をZbとする。子断面933は、親断面931Aのパラメータに基づいて生成される一方で、子断面935は、親断面931Bのパラメータに基づいて生成されるため、Z座標Za、Zbは夫々異なる場合がある。そこで、第1のZ座標算出部47は、Z座標Za、Zbに対して、親断面931A、931Bまでの距離に基づく重み付けを行い、特徴点101AのZ座標を算出する。
この第2のZ座標算出部48は、候補断面取得部481と、最近点取得部482と、座標演算部483と、を含んで構成される。
初めに、第2のZ座標算出部48(候補断面取得部481)は、特徴点101Bを通過し、Z方向に平行な無限直線を設定する。そして、第2のZ座標算出部48(候補断面取得部481)は、複数の子断面933の中からZ方向視でこの無限直線を跨ぐ2つの子断面933A,933Bを候補断面として取得する。
そこで、第2のZ座標算出部48は、子断面933に基づく第1候補座標Zaと、子断面935に基づく第2候補座標Zbと、に対して親断面931A,931Bからの距離に基づく重み付けを行い特徴点101BのZ座標Z7を算出する。
なお、特徴点101の間隔(XY座標)は、上述のようにパネル製品のうち最もポリゴンの折れ角が大きくなる部位においてエラーとならない値に設定されている。そのため、部位によっては特徴点101の間隔が必要以上に細かくなってしまい計算量が膨大になるおそれがあることから、ドローモデル生成部45は、不要な特徴点101を削除する(間引く)こととしてもよい。一例として、隣接する特徴点101のZ座標の差が閾値未満である場合、言い換えると隣接する特徴点101においてZ座標の変化が小さい場合、特徴点101を削除することとしてもよい。
ところで、プレス加工する板材の材料特性の関係から、製品形状を一度のプレス加工で成形できない場合があり、このような場合には、まず板材を中間形状までプレス加工した後に中間形状を加工し製品形状を得ることとしている。製品形状に先立ち中間形状をプレス加工する場合、CAEによるモデル形状評価では、製品形状ではなく中間形状が加工可能であるか否かの評価を行う必要がある。
そこで、本発明のドローモデル生成システム1では、必要に応じて中間形状のドローモデルも生成することとしている。
なお、特徴点101のXY座標によっては、対応する位置に中間形状の断面が設定されていない場合がある。このような場合には、上述のように所定の重み付けを行うことで、中間形状の断面が設定されていない位置に投影する特徴点101のZ座標を算出することができる。
なお、箇所Qに設定する断面(中間形状の断面915)と、余肉部93に設定する断面(親断面931、子断面933,935)とは、一体であってもよく、また、夫々個別の断面であってもよい。
即ち、図10(C)に示すように、座標算出部44(第2のZ座標算出部48)は、特徴点101を通るZ方向に平行な無限直線を跨ぐ2つの中間形状の断面915A,915Bを取得し、この中間形状の断面915A,915Bのうち、特徴点101を通る無限直線との最近点P5,P6を算出する。そして、この最近点P5,P6のZ座標Z10,Z11に対して、無限直線からの距離に基づく重み付けを行い、特徴点101のZ座標を算出する。なお、詳細については上述の通りである。
図11及び図12は、ドローモデル生成システム1の処理の流れを示すフローチャートである。図11に示すように、ドローモデルの生成は、製品部91やダイフェース部95などの形状データ及び平面格子10を設定する準備工程と、この準備工程において準備したデータを用いてドローモデル9を生成するドローモデル生成工程と、を含む。より具体的には、準備工程は、ステップS1〜S3の処理で構成され、ドローモデル生成工程は、ステップS4〜S7の処理で構成される。
なお、上述の式(2)、(3)は、ステップS16における第1候補座標及び第2候補座標の算出に用いられ、上述の式(4)は、ステップS17におけるZ座標の算出に用いられる。
また、上述のステップS15〜17の説明では、親断面931又は子断面933,935が設定されている余肉部93においてZ座標を取得する場合について説明したが、製品部91のうち中間形状の断面915が設定されている位置においてZ座標を取得する場合も同様である。
ここで、子断面933,935の双方に特徴点101が投影された場合には、子断面933に投影された特徴点101のZ座標Zaと、子断面935に投影された特徴点101のZ座標Zbとに対して、親断面931A,931Bまでの距離に基づく重み付けを行い、特徴点101のZ座標を算出する。なお、上述の式(1)は、このような場合におけるZ座標の算出に用いられる。
また、上述のステップS18の説明では、余肉部93に設定された子断面933,935の断面パラメータに基づいてZ座標を算出する場合について説明したが、製品部91のうち中間形状の断面915が設定されている位置において、子断面に基づいてZ座標を取得する場合も同様である。
ところで、CAD面と断面いずれも存在しない領域は原則として無い。従って、ステップS11又はステップS13の少なくともいずれかにおいて、必ずYESとなり、Z座標が取得されることとなる。なお、安全のため、既に公知のソフトウェアにより、3辺以上のフェースを自動的に作成し、ポリゴンメッシュ上の穴の開いた領域を埋めるポリゴン穴埋め処理、もしくはポリゴン格子と連携してもよい。
これにより、余肉部93に設定した断面から自動的に余肉部の面(ポリゴン)を得ることができ、従来、膨大な時間がかかっていた面データの生成を短時間で行うことができる。
このとき、ドローモデル生成システム1では、余肉部93について親断面931を設定すると共に、この親断面931に基づいて子断面933,935を自動的に生成し、これら親断面931及び子断面933,935を用いて特徴点101のZ座標を算出する。これにより、親断面931の間に子断面933,935を埋めることができ、親断面931の間に投影された特徴点101のZ座標を精度良く算出することができる。その結果、CAEによる品質の保証されたドローモデルを短時間で生成することができる。
また、上記特許文献1に記載のようにCAEによるモデル形状評価では、ポリゴン(メッシュ)データが必要になる。この点、本発明のドローモデル生成システム1では、ドローモデル9をポリゴンデータで生成するため、ドローモデル9の生成後に直ちにCAEによるモデル形状評価を行うことができる。
これにより、断面が設定されていない余肉部93についても適切にポリゴン化することができる。その結果、子断面を必要以上に生成する必要がなく、ドローモデル9の生成にかかる時間を短縮化することができる。
通常、プレス製品は、一定の連続性を持った形状を有していることから、このような距離に基づく重み付けにより補間することで、余肉部93の形状を精度良く生成することができる。その結果、CAEによる品質の保証されたドローモデル9を短時間で生成することができる。
これにより特徴点101のZ座標を精度良く算出することができる。即ち、親断面931A,931Bから自動的に生成した子断面933,935から単純に特徴点101のZ座標を算出するのではなく、親断面931A,931Bの影響(距離)を考慮して特徴点101のZ座標を算出することができる。
これにより、板材の材料特性の関係から一度のプレス加工で成形できない製品形状の場合に中間形状のドローモデルを生成することができ、この中間形状が適切に成形可能であるかCAEによる評価を受けることができる。
例えば、本実施形態では、特徴点101を格子状に配置することとしているが、これに限られるものではない。即ち、特徴点101はXY座標が規定されていれば足り、不規則に配置されていても本発明は適用可能である。
2 入力装置
4 演算装置
41 平面格子生成部
42 親断面設定部
43 子断面生成部
44 座標算出部
45 ドローモデル生成部
46 判定部
47 第1のZ座標算出部
48 第2のZ座標算出部
481 候補断面取得部
482 最近点取得部
483 座標演算部
9 ドローモデル
91 製品部
93 余肉部
931 親断面
933 子断面
935 子断面
95 ダイフェース部
10 平面格子
101 特徴点
Claims (8)
- 製品部及びダイフェース部を有するCADデータから、製品部の周囲に形成される余肉部を含むプレス成形品のドローモデルを生成するドローモデル生成方法であって、
ドローモデル生成システムの親断面設定部が、前記製品部と前記ダイフェース部との間に前記余肉部の親断面を複数設定する工程と、
前記親断面の開始位置を移動させると共に、移動させた開始位置において当該親断面の断面パラメータを拘束条件として断面を再定義して生成される断面を子断面と定義するとき、
前記ドローモデル生成システムの子断面生成部が、複数の前記親断面のうち隣接する親断面間に子断面を生成する工程と、
前記ドローモデル生成システムの座標算出部が、夫々が個別のXY座標により規定される複数の特徴点からなる平面点群を、前記親断面及び子断面からなる断面群に対して投影し、前記特徴点のXY座標と一致する断面のZ座標を前記特徴点のZ座標として算出する工程と、
前記ドローモデル生成システムのドローモデル生成部が、前記工程によりXYZ座標が得られた特徴点同士を繋ぎポリゴン化し、前記余肉部を取得することで、前記プレス成形品のドローモデルを生成する工程と、を含み、
前記親断面は、前記親断面設定部により、断面の開始位置と断面の形状を定義する断面パラメータとを含んで設定され、
前記子断面生成部が、前記子断面を生成する前記工程は、
断面の開始位置を移動させる工程と、
移動させた開始位置において、前記断面パラメータを拘束条件として前記子断面を再定義する工程と、を含み、
前記子断面生成部が、断面の開始位置を移動させる前記工程は、前記親断面の開始位置を繋ぐ基準線の曲率に応じて移動するピッチを可変とし、
前記座標算出部が、前記特徴点のZ座標を算出する前記工程は、
前記座標算出部の判定部が、前記特徴点のXY座標と一致する位置に前記断面が存在するか否かを判定する工程と、
前記座標算出部の第1のZ座標算出部が、前記断面が存在する場合に、当該断面のZ座標を前記特徴点のZ座標として算出する工程と、
前記座標算出部の第2のZ座標算出部が、前記断面が存在しない場合に、複数の子断面の中から候補断面を取得し、取得した候補断面に基づいて前記特徴点のZ座標を算出する工程と、を含み、
前記第2のZ座標算出部が、前記候補断面に基づいて前記特徴点のZ座標を算出する前記工程は、
前記第2のZ座標算出部の候補断面取得部が、前記特徴点を通過するZ方向に平行な無限直線を跨ぐ2つ以上の子断面を候補断面として取得する工程と、
前記第2のZ座標算出部の最近点取得部が、前記無限直線と夫々の前記候補断面との最近点を算出し、当該最近点のZ座標を取得する工程と、
前記第2のZ座標算出部の座標演算部が、夫々の前記最近点のZ座標に対して、前記無限直線と夫々の前記最近点との距離に基づく重み付けを行うことで、前記特徴点のZ座標を算出する工程と、を含む
ことを特徴とするドローモデル生成方法。 - 前記子断面生成部が、子断面を生成する前記工程は、第1親断面と第2親断面との間に子断面を生成する場合に、前記第1親断面の断面パラメータに基づく第1子断面と、前記第2親断面の断面パラメータに基づく第2子断面と、を生成し、
前記第2のZ座標算出部が、前記候補断面に基づいて前記特徴点のZ座標を算出する前記工程は、
前記候補断面取得部が、複数の前記第1子断面の中から2つ以上の第1候補断面を取得すると共に、複数の前記第2子断面の中から2つ以上の第2候補断面を取得する工程と、
前記最近点取得部が、前記無限直線と夫々の第1候補断面との最近点である第1最近点を算出し、当該第1最近点のZ座標を取得する工程と、
前記第1のZ座標算出部が、夫々の前記第1最近点のZ座標に対して、前記無限直線と夫々の前記第1最近点との距離に基づく重み付けを行うことで、前記特徴点の第1候補座標を算出する工程と、
前記最近点取得部が、前記無限直線と夫々の第2候補断面との最近点である第2最近点を算出し、当該第2最近点のZ座標を取得する工程と、
前記第2のZ座標算出部が、夫々の前記第2最近点のZ座標に対して、前記無限直線と夫々の前記第2最近点との距離に基づく重み付けを行うことで、前記特徴点の第2候補座標を算出する工程と、
前記第2のZ座標算出部が、前記第1候補座標及び前記第2候補座標に対して、前記無限直線と前記第1親断面との距離、及び前記無限直線と前記第2親断面との距離に基づく重み付けを行うことで、前記特徴点のZ座標を算出する工程と、を含むことを特徴とする請求項1に記載のドローモデル生成方法。 - 前記親断面設定部が、前記製品部に対して当該製品部のプレス加工過程で生成される中間形状の断面を複数設定する工程と、
前記座標算出部が、前記中間形状の断面に対して前記平面点群を投影し、前記特徴点のXY座標と一致する前記中間形状の断面のZ座標を前記特徴点のZ座標として算出する工程と、
前記ドローモデル生成部が、前記工程によりXYZ座標が得られた特徴点同士を繋ぎポリゴン化し、前記中間形状を取得することで、前記プレス成形品のドローモデルを生成する工程と、を更に含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のドローモデル生成方法。 - 平面点群を生成する前記工程は、前記ドローモデル生成システムの平面格子生成部が、複数の特徴点を所定間隔で格子状に配置することを特徴とする請求項1から3いずれかに記載のドローモデル生成方法。
- 製品部及びダイフェース部を有するCADデータから、製品部の周囲に形成される余肉部を含むプレス成形品のドローモデルを生成するドローモデル生成システムであって、
夫々が個別のXY座標により規定される複数の特徴点により生成された平面点群を記憶する記憶部と、
前記製品部と前記ダイフェース部との間に前記余肉部の親断面を複数設定する親断面設定部と、
前記親断面の開始位置を移動させると共に、移動させた開始位置において当該親断面の断面パラメータを拘束条件として断面を再定義して生成される断面を子断面と定義するとき、
複数の前記親断面のうち隣接する親断面間に子断面を生成する子断面生成部と、
前記親断面及び子断面からなる断面群に対して前記平面点群を投影し、前記特徴点のXY座標と一致する断面のZ座標を前記特徴点のZ座標として算出する座標算出部と、
前記座標算出部によりXYZ座標が得られた特徴点同士を繋ぎポリゴン化し、前記余肉部を取得することで、前記プレス成形品のドローモデルを生成するドローモデル生成部と、を備え、
前記親断面は、断面の開始位置と断面の形状を定義する断面パラメータとを含んで設定され、
前記子断面生成部は、
断面の開始位置を移動させると共に、移動させた開始位置において前記断面パラメータを拘束条件として断面を再定義することで、前記子断面を生成し、
前記子断面生成部は、前記親断面の開始位置を繋ぐ基準線の曲率に応じて断面の開始位置を移動させるピッチを可変とし、
前記座標算出部は、
前記特徴点のXY座標と一致する位置に前記断面が存在するか否かを判定する判定部と、
前記断面が存在する場合に、当該断面のZ座標を前記特徴点のZ座標として算出する第1のZ座標算出部と、
前記断面が存在しない場合に、複数の子断面の中から候補断面を取得し、取得した候補断面に基づいて前記特徴点のZ座標を算出する第2のZ座標算出部と、を含み、
前記第2のZ座標算出部は、
前記特徴点を通過するZ方向に平行な無限直線を跨ぐ2つ以上の子断面を候補断面として取得する候補断面取得部と、
前記無限直線と夫々の前記候補断面との最近点を算出し、当該最近点のZ座標を取得する最近点取得部と、
夫々の前記最近点のZ座標に対して、前記無限直線と夫々の前記最近点との距離に基づく重み付けを行うことで、前記特徴点のZ座標を算出する座標演算部と、
を含むことを特徴とするドローモデル生成システム。 - 前記子断面生成部は、第1親断面と第2親断面との間に子断面を生成する場合に、前記第1親断面の断面パラメータに基づく第1子断面と、前記第2親断面の断面パラメータに基づく第2子断面と、を生成し、
前記候補断面取得部は、複数の前記第1子断面の中から2つ以上の第1候補断面を取得すると共に、複数の前記第2子断面の中から2つ以上の第2候補断面を取得し、
前記最近点取得部は、前記無限直線と夫々の第1候補断面との最近点である第1最近点を算出し、当該第1最近点のZ座標を取得すると共に、前記無限直線と夫々の第2候補断面との最近点である第2最近点を算出し、当該第2最近点のZ座標を取得し、
前記座標演算部は、
夫々の前記第1最近点のZ座標に対して、前記無限直線と夫々の前記第1最近点との距離に基づく重み付けを行うことで、前記特徴点の第1候補座標を算出し、
夫々の前記第2最近点のZ座標に対して、前記無限直線と夫々の前記第2最近点との距離に基づく重み付けを行うことで、前記特徴点の第2候補座標を算出し、
前記第1候補座標及び前記第2候補座標に対して、前記無限直線と前記第1親断面との距離、及び前記無限直線と前記第2親断面との距離に基づく重み付けを行うことで、前記特徴点のZ座標を算出することを特徴とする請求項5に記載のドローモデル生成システム。 - 前記親断面設定部は、前記製品部に対して当該製品部のプレス加工過程で生成される中間形状の断面を複数設定し、
前記座標算出部は、前記中間形状の断面に対して前記平面点群を投影し、前記特徴点のXY座標と一致する前記中間形状の断面のZ座標を前記特徴点のZ座標として算出し、
前記ドローモデル生成部は、XYZ座標が得られた特徴点同士を繋ぎポリゴン化し、前記中間形状を取得することで、前記プレス成形品のドローモデルを生成することを特徴とする請求項5又は6に記載のドローモデル生成システム。 - 前記平面点群は、複数の特徴点を所定間隔で格子状に配置することで生成されることを特徴とする請求項5から7いずれかに記載のドローモデル生成システム。
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