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特開2024-126513加工対象物の寸法決定装置及び寸法決定方法並びに加工対象物の寸法決定のためのプログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024126513
(43)【公開日】2024-09-20
(54)【発明の名称】加工対象物の寸法決定装置及び寸法決定方法並びに加工対象物の寸法決定のためのプログラム
(51)【国際特許分類】
B23Q 15/00 20060101AFI20240912BHJP
【ＦＩ】
B23Q15/00 301H
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023034921
(22)【出願日】2023-03-07
(71)【出願人】
【識別番号】501241645
【氏名又は名称】学校法人 工学院大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小川 雅
(57)【要約】
【課題】加工後の加工対象物を、意図する形状にするための加工前の加工対象物の寸法を、経験や勘に頼ることなく確実に取得できるようにする。
【解決手段】加工対象物に所定の加工処理を施したときの加工対象物の各部の固有ひずみを取得する。取得された加工対象物の各部の固有ひずみとは逆方向の同じ大きさの固有ひずみを所定の加工処理を施す前の加工対象物の対応する各部に付加したときの加工対象物の寸法を、前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の寸法として取得する。
【選択図】図１
【解決手段】加工対象物に所定の加工処理を施したときの加工対象物の各部の固有ひずみを取得する。取得された加工対象物の各部の固有ひずみとは逆方向の同じ大きさの固有ひずみを所定の加工処理を施す前の加工対象物の対応する各部に付加したときの加工対象物の寸法を、前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の寸法として取得する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
加工対象物に所定の加工処理を施したときの加工対象物の各部の固有ひずみを取得する固有ひずみ取得部と、
前記固有ひずみ取得部で取得された加工対象物の各部の固有ひずみとは逆方向の同じ大きさの固有ひずみを前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の対応する各部に付加したときの加工対象物の寸法を、前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の寸法として取得する寸法取得部と、
を備えた加工対象物の加工処理前寸法決定装置。
前記固有ひずみ取得部で取得された加工対象物の各部の固有ひずみとは逆方向の同じ大きさの固有ひずみを前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の対応する各部に付加したときの加工対象物の寸法を、前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の寸法として取得する寸法取得部と、
を備えた加工対象物の加工処理前寸法決定装置。
【請求項2】
前記寸法取得部は、
加工対象物の有限要素法による解析モデルの各部の寸法を取得する、
請求項１に記載の加工対象物の加工処理前寸法決定装置。
加工対象物の有限要素法による解析モデルの各部の寸法を取得する、
請求項１に記載の加工対象物の加工処理前寸法決定装置。
【請求項3】
材質及び加工条件に対応付けて加工処理後の加工対象物の各部の固有ひずみのデータが格納された固有ひずみ格納部と、
加工対象物の材質及び加工条件を選択する選択部と、
を備え、
前記固有ひずみ取得部は、前記選択部で選択された材質及び加工条件に対応付けられた加工対象物の各部の固有ひずみのデータを、前記固有ひずみ格納部から取り出して取得する、
請求項１に記載の加工対象物の加工処理前寸法決定装置。
加工対象物の材質及び加工条件を選択する選択部と、
を備え、
前記固有ひずみ取得部は、前記選択部で選択された材質及び加工条件に対応付けられた加工対象物の各部の固有ひずみのデータを、前記固有ひずみ格納部から取り出して取得する、
請求項１に記載の加工対象物の加工処理前寸法決定装置。
【請求項4】
加工対象物に所定の加工処理を施したときの加工対象物の各部の固有ひずみを取得する固有ひずみ取得処理と、
取得された加工対象物の各部の固有ひずみとは逆方向の同じ大きさの固有ひずみを前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の対応する各部に付加したときの加工対象物の寸法を、前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の寸法として取得する寸法取得処理と、
が実行される加工対象物の加工処理前寸法決定方法。
取得された加工対象物の各部の固有ひずみとは逆方向の同じ大きさの固有ひずみを前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の対応する各部に付加したときの加工対象物の寸法を、前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の寸法として取得する寸法取得処理と、
が実行される加工対象物の加工処理前寸法決定方法。
【請求項5】
前記寸法取得処理は、
加工対象物の有限要素法による解析モデルの各部の寸法を取得する処理を含む、
請求項４に記載の加工対象物の加工処理前寸法決定方法。
加工対象物の有限要素法による解析モデルの各部の寸法を取得する処理を含む、
請求項４に記載の加工対象物の加工処理前寸法決定方法。
【請求項6】
加工対象物の材質及び加工条件を選択する選択処理、
を含み、
前記固有ひずみ取得処理は、選択された材質及び加工条件に対応付けられた加工対象物の各部の固有ひずみのデータを、取得する処理を含む、
請求項４に記載の加工対象物の加工処理前寸法決定方法。
を含み、
前記固有ひずみ取得処理は、選択された材質及び加工条件に対応付けられた加工対象物の各部の固有ひずみのデータを、取得する処理を含む、
請求項４に記載の加工対象物の加工処理前寸法決定方法。
【請求項7】
コンピュータに、
加工対象物に所定の加工処理を施したときの加工対象物の各部の固有ひずみを取得する固有ひずみ取得処理と、
取得された加工対象物の各部の固有ひずみとは逆方向の同じ大きさの固有ひずみを前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の対応する各部に付加したときの加工対象物の寸法を、前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の寸法として取得する寸法取得処理と、
を実行させる加工対象物の加工処理前寸法決定のためのプログラム。
加工対象物に所定の加工処理を施したときの加工対象物の各部の固有ひずみを取得する固有ひずみ取得処理と、
取得された加工対象物の各部の固有ひずみとは逆方向の同じ大きさの固有ひずみを前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の対応する各部に付加したときの加工対象物の寸法を、前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の寸法として取得する寸法取得処理と、
を実行させる加工対象物の加工処理前寸法決定のためのプログラム。
【請求項8】
前記寸法取得処理は、
加工対象物の有限要素法による解析モデルの各部の寸法を取得する処理を含む、
請求項７に記載の加工対象物の加工処理前寸法決定のためのプログラム。
加工対象物の有限要素法による解析モデルの各部の寸法を取得する処理を含む、
請求項７に記載の加工対象物の加工処理前寸法決定のためのプログラム。
【請求項9】
前記固有ひずみ取得処理は、選択された材質及び加工条件に対応付けられた加工対象物の各部の固有ひずみのデータを、固有ひずみ格納部から取り出して取得する処理を含む、
請求項７に記載の加工対象物の加工処理前寸法決定のためのプログラム。
請求項７に記載の加工対象物の加工処理前寸法決定のためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、加工対象物の寸法決定装置及び寸法決定方法並びに加工対象物の寸法決定のためのプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
機械加工や表面改質(以下、単に加工と呼ぶ)に伴い加工対象物の表面には、非弾性ひずみ（以下、適宜、固有ひずみという）が発生する。加工対象物で非弾性ひずみが発生すると加工対象物が変形してしまう。これにより加工対象物の最終的な寸法は、当初の設計通りの寸法とならず、精度よく加工対象物を加工することができなという問題があった。
【0003】
このため固有ひずみの発生を考慮して、加工後の加工対象物の寸法精度を確保できるような加工を実施する必要がある。
【0004】
しかし、従来の加工方法は、多くの場合、加工する職人の経験や勘に頼っているのが実情である。
【0005】
また、数値解析により加工のシミュレーションを実施する方法も考えられる。
【0006】
しかし、この加工のシミュレーションを実施する方法は、複雑な加工挙動を再現することが難しいだけでなく、加工対象物の加工後の形状を予測できたとしても、予め加工対象物をどのような寸法にして加工すべきかは、結局、経験や勘に頼らざるを得ず、場当たり的なアプローチとなっているのが実情である。
【0007】
加工対象物の加工後の形状や固有ひずみを予測したり推定する技術は既に特許出願されている。
【0008】
特許文献１には、金属板の形状を予測する方法であって、金属板に付与された塑性伸びひずみ差に基づいて座屈後の波形状を予測するという発明が記載されている。
【0009】
特許文献２には、材料条件や溶接条件に依存して変化する固有ひずみを用いて、溶接構造物の溶接変形を解析するという発明が記載されている。
【0010】
特許文献３には、固有ひずみと弾性ひずみの関係に基づいて、加工によって生じた固有ひずみの推定値を求めるという発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開２０２２-１７５００３号公報
【特許文献2】特開２０１３-２１７８２２号公報
【特許文献3】特許６１６３６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明は、加工後の加工対象物を意図する形状にするための加工前の加工対象物の寸法を、経験や勘に頼ることなく確実に取得できるようにすることを課題とする。
【0013】
また、本発明は、加工後の加工対象物を意図する形状にするための加工前の加工対象物の寸法を、従来技術と比較して膨大な記憶容量のデータベースを要せずに取得できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
第１の態様は、加工対象物に所定の加工処理を施したときの加工対象物の各部の固有ひずみを取得する固有ひずみ取得部と、前記固有ひずみ取得部で取得された加工対象物の各部の固有ひずみとは逆方向の同じ大きさの固有ひずみを前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の対応する各部に付加したときの加工対象物の寸法を、前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の寸法として取得する寸法取得部と、を備えた加工対象物の加工処理前寸法決定装置である。
【0015】
第２の態様は、第１の態様において、前記寸法取得部は、加工対象物の有限要素法による解析モデルの各部の寸法を取得する、加工対象物の加工処理前寸法決定装置である。
【0016】
第３の態様は、第１の態様において、材質及び加工条件に対応付けて加工処理後の加工対象物の各部の固有ひずみのデータが格納された固有ひずみ格納部と、加工対象物の材質及び加工条件を選択する選択部と、を備え、前記固有ひずみ取得部は、前記選択部で選択された材質及び加工条件に対応付けられた加工対象物の各部の固有ひずみのデータを、前記固有ひずみ格納部から取り出して取得する、加工対象物の加工処理前寸法決定装置である。
【0017】
第４の態様は、加工対象物に所定の加工処理を施したときの加工対象物の各部の固有ひずみを取得する固有ひずみ取得処理と、取得された加工対象物の各部の固有ひずみとは逆方向の同じ大きさの固有ひずみを前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の対応する各部に付加したときの加工対象物の寸法を、前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の寸法として取得する寸法取得処理と、が実行される加工対象物の加工処理前寸法決定方法である。
【0018】
第５の態様は、第４の態様において、前記寸法取得処理は、加工対象物の有限要素法による解析モデルの各部の寸法を取得する処理を含む、加工対象物の加工処理前寸法決定方法である。
【0019】
第６の態様は、第４の態様において、加工対象物の材質及び加工条件を選択する選択処理、 を含み、前記固有ひずみ取得処理は、選択された材質及び加工条件に対応付けられた加工対象物の各部の固有ひずみのデータを、取得する処理を含む、加工対象物の加工処理前寸法決定方法である。
【0020】
第７の態様は、コンピュータに、加工対象物に所定の加工処理を施したときの加工対象物の各部の固有ひずみを取得する固有ひずみ取得処理と、取得された加工対象物の各部の固有ひずみとは逆方向の同じ大きさの固有ひずみを前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の対応する各部に付加したときの加工対象物の寸法を、前記所定の加工処理を施す前の加工対象物の寸法として取得する寸法取得処理と、を実行させる加工対象物の加工処理前寸法決定のためのプログラムである。
【0021】
第８の態様は、第７の態様において、前記寸法取得処理は、加工対象物の有限要素法による解析モデルの各部の寸法を取得する処理を含む、加工対象物の加工処理前寸法決定のためのプログラムである。
【0022】
第９の態様は、第７の態様において、前記固有ひずみ取得処理は、選択された材質及び加工条件に対応付けられた加工対象物の各部の固有ひずみのデータを、固有ひずみ格納部から取り出して取得する処理を含む、加工対象物の加工処理前寸法決定のためのプログラムである。
【発明の効果】
【0023】
第１の態様から第９の態様によれば、加工後の加工対象物を意図する形状にするための加工前の加工対象物の寸法を、経験や勘に頼ることなく確実に取得できる。
【0024】
また、第１の態様から第９の態様によれば、加工後の加工対象物を意図する形状にするための加工前の加工対象物の寸法を、従来技術と比較して膨大な記憶容量のデータベースを要せずに取得できる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、図面を参照して、本発明に係る加工対象物の寸法決定装置及び寸法決定方法並びに加工対象物の寸法決定のためのプログラムの実施形態を説明する。
【0027】
図１は、実施形態の加工対象物の寸法決定装置の機能構成を示すブロック図である。
【0028】
実施形態の加工対象物の寸法決定装置１００は、固有ひずみ格納部１１０と、選択部１２０と、固有ひずみ取得部１３０と、寸法取得部１４０を含んで構成されている。
【0029】
図２は、実施形態のシステムのネットワークの構成を例示する図である。
【0030】
図１の機能は、図２に示すように、設計側コンピュータ端末１０と、加工側コンピュータ端末２０と、サーバ３０と、設計側コンピュータ端末１０、加工側コンピュータ端末２０及びサーバ３０を通信可能に接続するネットワーク４０の組合せで実現することができる。
【0031】
また図１の機能は、固有ひずみ格納部１１０に格納されるデータを単一のコンピュータ端末の記憶媒体に記憶しておき、後述する加工対象物の寸法決定のためのプログラムＰＢ１、ＰＢ２についても単一のコンピュータ端末にインストールしておくことにより単一のコンピュータ端末、つまり設計側コンピュータ端末１０単体あるいは加工側コンピュータ端末２０単体でも実現することができる。
【0032】
ネットワーク４０は、インターネットやイントラネット等で構成される。サーバ３０は、サーバ機器あるいはクラウドコンピューティングサービス上に構築された仮想サーバ等で構成されている。サーバ３０のデータベース３１は、固有ひずみ格納部１１０として機能する。
【0033】
【0034】
図３に示すように、設計側コンピュータ端末１０、加工側コンピュータ端末２０及びサーバ３０は、システムバス１５を介してＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３、ストレージ１４、入力装置１６、表示装置１７、通信Ｉ／Ｆ１８、外部記憶装置１９が相互に通信可能に接続されるように構成されている。
ＣＰＵ１１は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、システムバス１５に接続される各デバイスを制御したりする。すなわち、ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２又はストレージ１４からプログラムを読み出し、ＲＡＭ１３を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２又はストレージ１４に記録されているプログラムにしたがって、システムバス１５に接続される各デバイスの制御及び各種の演算処理を行う。
ＣＰＵ１１は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、システムバス１５に接続される各デバイスを制御したりする。すなわち、ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２又はストレージ１４からプログラムを読み出し、ＲＡＭ１３を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２又はストレージ１４に記録されているプログラムにしたがって、システムバス１５に接続される各デバイスの制御及び各種の演算処理を行う。
【0035】
ＲＯＭ１２又はストレージ１４には、ＣＰＵ１１が実行する制御プログラムであるＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ）やＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や、本実施形態を実現するためのコンピュータで読み取りが可能で実行が可能な実施形態の加工対象物の寸法決定のためのプログラムＰＢ１、ＰＢ２を含む各種プログラム及び必要な各種データを保持している。
【0036】
ＲＡＭ１３は、ＣＰＵ１１の主メモリ、ワークエリア等として機能し作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージ１４は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）又はＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）により構成され、ＢＩＯＳ、ＯＳを含む各種プログラム及び各種データを格納する。
【0037】
入力装置１６は、マウス等のポインティングデバイス、及びキーボード、スキャナなどの読み取り装置を含み、各種の入力を行うために使用される。
【0038】
表示装置１７は、例えば、液晶ディスプレイであり、各種の情報を表示する。表示装置１７は、タッチパネル方式を採用して、入力装置１６として機能しても良い。
【0039】
通信インタフェース１８は、他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の規格が用いられる。通信インタフェース１８は、ネットワーク４０と接続してデータの送受信の制御を行う。
【0040】
外部記憶装置１９は、ＵＳＢメモリなどの各種のメモリカード、ＨＤＤ、ＳＳＤなどの着脱可能に接続される外部記憶媒体で構成されている。
【0041】
（加工対象物の加工手順）
【0042】
【0043】
図４（Ａ）は、加工対象物ＯＢの加工前の状態を示す。これを加工対象物ＯＢ１と称する。
【0044】
図４（Ｂ）は、加工対象物ＯＢの加工中の状態を示す。これを加工対象物ＯＢ２と称する。
【0045】
図４（Ｃ）は、加工対象物ＯＢの加工後の状態を示す。これを加工対象物ＯＢ３と称する。
【0046】
加工前の加工対象物ＯＢ１、加工中の加工対象物ＯＢ２及び加工後の加工対象物ＯＢ３を、加工対象物ＯＢと総称する。
【0047】
図４（Ａ）に示すように、加工前の加工対象物ＯＢ１は、正面（紙面）でみてＴ字状で断面（紙面に垂直な面）が四角形の部材であり、第１角柱部ＢＬ１と、第１角柱部ＢＬ１の中央下側面Ｓ１より突出した第２角柱部ＢＬ２からなる。加工対象物ＯＢは、材質が金属製（例えばＳ４５Ｃ）の部材である。
【0048】
図４（Ｂ）に示すように、第１角柱部ＢＬ１の側端Ｓ１２、Ｓ１３が拘束された状態で、第１角柱部ＢＬ１の中央下側面Ｓ１を切断面Ｓ１として第２角柱部ＢＬ２が切断される。なお切断面Ｓ１とは反対側の面全域を図中Ｓ２で示す。
【0049】
図４（Ｃ）に示すように、第１角柱部ＢＬ１の側端Ｓ１２、Ｓ１３の拘束が解除され、第１角柱部ＢＬ１からなる加工対象物ＯＢ３が得られる。なお、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃでは、加工に伴う変形の影響を示す形状の図示は省略している。
【0050】
（加工による生じる固有ひずみと変形）
【0051】
図５は、加工対象物ＯＢの設計図面を例示した斜視図を示す。
【0052】
加工後の加工対象物ＯＢ３は、高さＨが４０ｍｍ、幅Ｗが４０ｍｍ、長さＬが１０００ｍｍという目標寸法となる角柱部材である。
【0053】
【0054】
仮に加工前の加工対象物ＯＢ１（図６（Ａ））に本実施形態を適用することなく切断加工を行うと、図６（Ｂ）に示すように、切断面Ｓ１の部位ＡＲに固有ひずみ（非弾性ひずみ）が生じ、図６（Ｃ）に示すように加工後の加工対象物ＯＢ３は変形してしまい、図５に示す目標寸法にはならない。
【0055】
本実施形態では、加工により生じる固有ひずみを用いて、加工後の加工対象物ＯＢ３を、意図する形状、つまり図５に示す設計通りの目標寸法にするための加工前の加工対象物ＯＢ１の寸法を取得する。
【0056】
（第１実施形態）
【0057】
ＮＣ（Numerical Control）工作機械の加工システムに適用した実施形態について説明する。
【0058】
図７は、ＮＣ（Numerical Control）工作機械の加工システムを例示する。
【0059】
設計側コンピュータ端末１０は、加工対象物ＯＢを製造する機関（例えば製造メーカー）の設計部門ＤＰ１に配置されている。設計側コンピュータ端末１０では、加工対象物ＯＢの３次元機械設計データＭＤが生成される。３次元機械設計データＭＤは、ＣＡＤ（Computer-Aided Design)データを含んでいる。加工対象物ＯＢの３次元機械設計データＭＤは、図５に示す加工対象物ＯＢの３次元形状データを含む。
【0060】
加工対象物ＯＢの３次元機械設計データＭＤは、加工対象物ＯＢ３の各部の目標（設計）寸法ＳＺＤの情報及び材質ＭＴの情報及び加工条件ＭＣの情報を含んでいる。例えば加工対象物ＯＢの３次元機械設計データＭＤは、図５に示す加工後の加工対象物ＯＢ３の各部の目標寸法ＳＺＤ（Ｈ＝４０ｍｍ、Ｗ＝４０ｍｍ、Ｌ＝１０００ｍｍ）、材質ＭＴ１（Ｓ４５Ｃ）、加工条件ＭＣ１（エンドミルによる切断）の情報を含んでいる。
【0061】
設計側コンピュータ端末１０で作成された加工対象物ＯＢの３次元機械設計データＭＤは、ネットワーク４０を介してサーバ３０のデータベース３１に格納される。
【0062】
加工側コンピュータ端末２０は、加工対象物ＯＢを製造する機関（例えば製造メーカー）の工場加工部門ＤＰ２に配置されている。
【0063】
加工側コンピュータ端末２０は、ネットワーク４０を介してサーバ３０にアクセスしてデータベース３１に格納された加工対象物ＯＢの３次元機械設計データＭＤを取得する。
【0064】
加工側コンピュータ端末２０は、加工対象物ＯＢの３次元機械設計データＭＤに基づいて、加工対象物ＯＢの加工前寸法ＳＺを取得する。
【0065】
加工側コンピュータ端末２０は、取得した加工対象物ＯＢの加工前寸法ＳＺに基づいてＮＣデータＮＣＤを生成する。生成したＮＣデータＮＣＤに応じてＮＣ工作機械５０が制御され、加工対象物ＯＢが加工される。
【0066】
なお、加工対象物ＯＢの加工前寸法ＳＺを取得する機能と、加工前寸法ＳＺに基づいてＮＣデータＮＣＤを生成する機能を別々の機器に分担させてもよい。例えば加工側コンピュータ端末２０が、加工対象物ＯＢの加工前寸法ＳＺを取得して、これをＮＣ工作機械５０に搭載の制御機器に送信するように構成してもよい。この場合、ＮＣ工作機械５０搭載の制御機器は加工対象物ＯＢ１の加工前寸法ＳＺに基づいてＮＣデータＮＣＤを生成して、生成したＮＣデータＮＣＤに応じてＮＣ工作機械５０を制御する。
【0067】
なお、ＮＣ工作機械５０は、金属、木材、石材、樹脂等の材質の加工対象物ＯＢに切断、穿孔、研削、研磨、圧延、鍛造、折り曲げ等の加工を施すための機械である。ＮＣデータＮＣＤは、加工対象物ＯＢを加工するためのエンドミル等のツールの座標移動指令（位置及び速度）などの工作機械制御用のデータである。
【0068】
図８Ａは、第１実施形態の加工対象物の寸法決定のためのプログラムＰＢ１を示すフローチャートである。また加工対象物の寸法決定のためのプログラムＰＢ１は、第１実施形態の加工対象物の寸法決定方法の各ステップを示す。
【0069】
加工対象物の寸法決定のためのプログラムＰＢ１は、設計側コンピュータ端末１０、加工側コンピュータ端末２０で処理が実行可能に、サーバ３０又は設計側コンピュータ端末１０又は加工側コンピュータ端末２０のＲＯＭ１２又はストレージ１４に格納されている。
【0070】
（固有ひずみ取得処理ＳＴ１１）
【0071】
固有ひずみ取得部１１０は、加工前の加工対象物ＯＢ１に所定の加工処理、例えば切断加工処理を施したときの加工後の加工対象物ＯＢ３の各部の固有ひずみを取得する（ＳＴ１１）。
【0072】
加工対象物ＯＢと同じ材質ＭＴ１（Ｓ４５Ｃ）の部材を用意し、同一の加工条件ＭＣ１（エンドミルによる切断）で加工したときに加工後の加工対象物ＯＢ３の各部位にどのような方向にどのような大きさの固有ひずみε＊が付与されるかを推定する。推定手法として、例えば、固有ひずみを部材に付与させることにより発生する弾性ひずみ、残留応力、変位などの物理量を計測することにより、それらの値から逆問題解析により加工後の加工対象物ＯＢ３の部材全域の固有ひずみ分布を推定する手法を適用することができる。ここで、加工後の加工対象物ＯＢ３の部材表面の弾性ひずみは、Ｘ線回折法により非破壊で計測することができる。Ｘ線回折法により非破壊で計測した加工対象物ＯＢ３の部材表面の弾性ひずみと、予め設定された固有ひずみと弾性ひずみの関係を用いて、加工によって生じた固有ひずみの値を推定することができる。固有ひずみの推定方法は、本発明の発明者を発明者とする特許第６１６３６４３号公報、特許６２８３８６６号公報に記載のものを適用することができる。
【0073】
図９Ａは、加工後の加工対象物ＯＢ３に対応する有限要素解析モデルＦＭ３を示す。ここで有限要素解析モデルは、有限要素法（Finite Element Method, FEM）に基づき数値解析を行うために構造物を複数の有限個の要素（メッシュ）に分割した構造物のモデルのことである。加工対象物ＯＢ３の有限要素解析モデルＦＭ３は、図５に示す加工対象物ＯＢの３次元機械設計データＭＤ（ＣＡＤデータ）に基づいて作成することができる。
【0074】
加工対象物ＯＢ３の有限要素解析モデルＦＭ３の各要素のうち切断加工による固有ひずみが生じる部位ＡＲに相当する要素は、切断面Ｓ１に対応する要素ＥＭ５、ＥＭ６、ＥＭ７、ＥＭ８である。要素ＥＭ１、ＥＭ２、ＥＭ３、ＥＭ４は、切断面Ｓ１とは反対側の面（斜線にて示す）に対応する要素である。 加工後の加工対象物ＯＢ３に生じる固有ひずみは以下のように推定することができる。
【0075】
まず加工対象物ＯＢと同じ材質ＭＴ１（Ｓ４５Ｃ）の部材（図示せず）を用意する。この部材は、加工対象物ＯＢと同じ寸法（Ｈ＝４０ｍｍ、Ｗ＝４０ｍｍ、Ｌ＝１０００ｍｍ）の部材でもよく、異なる寸法（例えばＨ＝８０ｍｍ、Ｗ＝８０ｍｍ、Ｌ＝２０００ｍｍ）の部材であってもよい。
【0076】
つぎに、この部材に実際の加工条件ＭＣ１と同一の加工条件（エンドミルによる切断）による加工を施す。そして各部の固有ひずみを推定するために、Ｘ線回折法により加工後の部材の表面の弾性ひずみを計測する。
【0077】
有限要素解析モデルＦＭ３の各要素のうち加工が施された側の面Ｓ１（要素ＥＭ５、ＥＭ６、ＥＭ７、ＥＭ８に相当）と反対側の面Ｓ２(要素ＥＭ１、ＥＭ２、ＥＭ３、ＥＭ４を含む各要素に相当）にてＸ線回折法により弾性ひずみを精度良く計測することができる。有限要素解析モデルＦＭ３の面Ｓ２の表面の節点における面内方向成分（例えば２方向成分）の弾性ひずみを計測する。
【0078】
つぎに、計測した弾性ひずみを用いて要素ＥＭ５、ＥＭ６、ＥＭ７、ＥＭ８に生じる固有ひずみを推定する。要素ＥＭ５、ＥＭ６、ＥＭ７、ＥＭ８には、部材の長さＬ方向（軸方向）に均一に、符号プラスのひずみε＊＝＋１．０×１０-3が生じると推定される。このように材質ＭＴ１（Ｓ４５Ｃ）、加工条件ＭＣ１（エンドミルによる切断）で加工したときに加工後の加工対象物ＯＢ３の各部位で生じる固有ひずみε＊が、固有ひずみデータＤ１１として取得される。
【0079】
固有ひずみデータＤ１１に示される固有ひずみε＊は、図６（Ｃ）に示す加工後の加工対象物ＯＢ３の変形に対応している。加工後の加工対象物ＯＢ３は、切断加工が施された側の面Ｓ１（要素ＥＭ５、ＥＭ６、ＥＭ７、ＥＭ８に相当）が伸び、切断加工が施された側の面Ｓ１とは反対側の面Ｓ２（要素ＥＭ１、ＥＭ２、ＥＭ３、ＥＭ４を含む各要素に相当）が縮むように湾曲状に変形する。
【0080】
なお、上記するように実際の部材に実際の加工を施して、部材表面の弾性ひずみの計測値に基づき加工対象物ＯＢに生じる固有ひずみを推定することで固有ひずみデータＤ１１を取得してもよく、有限要素法などを用いて構造物のモデルを数値解析することによって加工対象物ＯＢに生じる固定ひずみを推定することで固有ひずみデータＤ１１を取得してもよい。
【0081】
（寸法取得処理ＳＴ１２）
【0082】
寸法取得部１４０は、固有ひずみ取得処理ＳＴ１１で取得された加工後の加工対象物ＯＢ３の各部(要素ＥＭ５、ＥＭ６、ＥＭ７、ＥＭ８）で生じる固有ひずみε＊（＝＋１．０×１０-3）とは逆方向の同じ大きさの固有ひずみ－ε＊（＝－１．０×１０-3）を所定の加工処理（切断加工）を施す前の加工対象物ＯＢ１の対応する各部(要素ＥＭ５、ＥＭ６、ＥＭ７、ＥＭ８）に付加したときの加工対象物ＯＢ１の寸法を、所定の加工処理（切断加工）を施す前の加工対象物ＯＢ１の加工前寸法ＳＺとして取得する（ＳＴ１２）。
【0083】
加工対象物ＯＢの３次元機械設計データＭＤは、設計側コンピュータ端末１０で作成されている。設計側コンピュータ端末１０で作成された加工対象物ＯＢの３次元機械設計データＭＤは、ネットワーク４０を介してサーバ３０のデータベース３１に格納される。
【0084】
加工側コンピュータ端末２０は、ネットワーク４０を介してサーバ３０にアクセスしてデータベース３１に格納された加工対象物ＯＢの３次元機械設計データＭＤを取得する。
【0085】
加工側コンピュータ端末２０では、加工対象物ＯＢの３次元機械設計データＭＤ（ＣＡＤデータ）に基づいて、加工前の加工対象物ＯＢ１の有限要素解析モデルＦＭ１が作成される。
【0086】
図９Ｂは、加工前の加工対象物ＯＢ１に対応する有限要素解析モデルＦＭ１を示す。
【0087】
有限要素解析モデルＦＭ１は、実際の加工対象物ＯＢ１と同じ寸法（第１角柱部ＢＬ１についての寸法：Ｈ＝４０ｍｍ、Ｗ＝４０ｍｍ、Ｌ＝１０００ｍｍ）であり、同じ材質ＭＴ１（Ｓ４５Ｃ）のものとして作成される。
【0088】
つぎに固有ひずみ取得処理ＳＴ１１で取得された加工後の加工対象物ＯＢ３の各部の固有ひずみε＊（＝＋１．０×１０-3）とは逆方向の同じ大きさの固有ひずみ－ε＊（＝－１．０×１０-3）を、有限要素解析モデルＦＭ１の対応する要素ＥＭ５、ＥＭ６、ＥＭ７、ＥＭ８に付加する。この結果、有限要素解析モデルＦＭ１は変形し、要素ＥＭ５、ＥＭ６、ＥＭ７、ＥＭ８に付加された逆方向で同じ大きさの固有ひずみ－ε＊（＝－１．０×１０-3）に応じて、有限要素解析モデルＦＭ１の各要素が変位する。例えば逆方向で同じ大きさの固有ひずみ－ε＊（＝－１．０×１０-3）が付加された要素ＥＭ５の長さ寸法は、元の長さｌから、ｌ－ε＊×ｌに変化しようとする。なお、ここで要素ＥＭ５の周りに拘束がなければ、要素ＥＭ５は元の寸法ｌからｌ－ε＊×ｌに変化する。しかし、隣り合う要素など、要素ＥＭ５の周囲の要素の拘束の影響により、要素ＥＭ５の最終的な寸法はｌ－ε＊×ｌに必ずしもならないのが一般的である。
【0089】
こうして加工後に固有ひずみε＊が生じるとされる要素ＥＭ５、ＥＭ６、ＥＭ７、ＥＭ８に逆方向で同じ大きさの固有ひずみ－ε＊を付加することで変形した有限要素解析モデルＦＭ１の寸法を、加工前の加工対象物ＯＢ１の加工前寸法ＳＺとして取得することができる。
【0090】
加工前の加工対象物ＯＢ１の加工前寸法ＳＺが取得されると、取得された加工前寸法ＳＺの加工対象物ＯＢ１が製造される。この製造された加工前寸法ＳＺの加工対象物ＯＢ１に対して切断加工を実施することができる。
【0091】
加工側コンピュータ端末２０は、取得した加工対象物ＯＢ１の加工前寸法ＳＺに基づいてＮＣデータＮＣＤを生成する。生成したＮＣデータＮＣＤに応じてＮＣ工作機械５０が制御され、加工前寸法ＳＺの加工対象物ＯＢ１が切断加工される。
【0092】
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）はそれぞれ、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）及び図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に対応する図で、寸法取得処理ＳＴ１２で取得した加工前寸法ＳＺで設計製造された加工対象物ＯＢ１を、切断加工したときの形状変化を示す。
【0093】
加工前の加工対象物ＯＢ１（図１０（Ａ））は、加工前寸法ＳＺで設計製造されているため、切断加工が施される側の面Ｓ１（要素ＥＭ５、ＥＭ６、ＥＭ７、ＥＭ８に相当）が縮み、切断加工が施される側の面Ｓ１とは反対側の面Ｓ２（要素ＥＭ１、ＥＭ２、ＥＭ３、ＥＭ４を含む各要素に相当）が伸びるように湾曲状に変形している。
【0094】
加工前の加工対象物ＯＢ１（図１０（Ａ））に切断加工が施されると、図１０（Ｂ）に示すように、切断面Ｓ１の部位ＡＲに固有ひずみ＋ε＊が生じる。しかし、加工中の加工対象物ＯＢ２の拘束が解除されると、図１０（Ｃ）に示すように、切断加工によって生じた固有ひずみε＊による変形は、加工前に予め付加された逆方向で同じ大きさの固有ひずみ－ε＊に応じた変形によって相殺されて、加工前の加工対象物ＯＢ３を、図５に示す設計通りの目標寸法ＳＺＤにすることができる。
【0095】
以上のように第１実施形態によれば、加工後の加工対象物ＯＢ３を、経験や勘に頼ることなく確実に、意図する形状、つまり図５に示す設計通りの目標寸法ＳＺＤ（Ｈ＝４０ｍｍ、Ｗ＝４０ｍｍ、Ｌ＝１０００ｍｍ）にすることができる。
【0096】
（第２実施形態）
【0097】
材質ＭＴ及び加工条件ＭＣに対応付けて加工処理後の加工対象物の各部の固有ひずみのデータを、予め読み出し可能に格納しておく実施も可能である。
【0098】
図８Ｂは、第２実施形態の加工対象物の寸法決定のためのプログラムＰＢ２を示すフローチャートである。また加工対象物の寸法決定のためのプログラムＰＢ２は、第２実施形態の加工対象物の寸法決定方法の各ステップを示す。
【0099】
（固有ひずみ格納部１１０に格納されるデータ）
【0100】
図１１は、固有ひずみ格納部１１０に格納される固有ひずみのデータＤ１０を示す。固有ひずみデータＤ１０は、サーバ３０のデータベース３１に記憶されている。
【0101】
固有ひずみのデータＤ１０は、材質ＭＴ及び加工条件ＭＣに対応付けられている。
【0102】
例えば第１実施形態で例示した材質ＭＴ１（Ｓ４５Ｃ）、加工条件ＭＣ１（エンドミルによる切断）で加工したときに加工後の加工対象物ＯＢ３の各部位で生じる固有ひずみε＊は、固有ひずみデータＤ１１として、コンピュータによって読み出し可能に格納されている。
【0103】
同様に材質ＭＴ２（アルミ合金Ａ５０５２）、加工条件ＭＣ２（研削盤による研削）で加工したときに加工後の加工対象物ＯＢ３の各部位で生じる固有ひずみε＊は、固有ひずみデータＤ１２として、コンピュータによって読み出し可能に格納されている。
【0104】
他の固有ひずみデータＤ１３、Ｄ１４、Ｄ１５・・・についても同様である。
【0105】
固有ひずみデータＤ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４、Ｄ１５・・・は、第１実施形態の固有ひずみ取得処理ＳＴ１１と同様な処理によって取得することができる。
【0106】
（選択処理ＳＴ２１）
【0107】
選択部１２０は、加工対象物ＯＢの材質ＭＴ及び加工条件ＭＣを選択する（ＳＴ２１）。
【0108】
図１２Ａは、加工側コンピュータ端末２０の表示装置１７の表示画面に表示される選択画面７０を示す。
【0109】
加工側コンピュータ端末２０側のオペレータは、選択画面７０上で、加工対象物ＯＢの材質ＭＴ及び加工条件ＭＣを選択することができる。
【0110】
選択画面７０には、材質選択部７１と、加工条件選択部７２が設けられている。
【0111】
材質選択部７１は、加工対象物ＯＢの材質ＭＴを選択するためのプルダウンメニュー、チェックボックス、入力テキストボックスなどで構成することができる。例えば加工対象物ＯＢの材質ＭＴ１（Ｓ４５Ｃ）、ＭＴ２（アルミ合金Ａ５０５２）、ＭＴ３、ＭＴ４、ＭＴ５・・・の中から１つの材質を選択することができる。
【0112】
加工条件選択部７２は、加工対象物ＯＢの加工条件ＭＣを選択するためのプルダウンメニュー、チェックボックス、入力テキストボックスなどで構成することができる。例えば加工対象物ＯＢの加工条件ＭＣ１（エンドミルによる切断）、ＭＣ２（研削盤による研削）、ＭＣ３、ＭＣ４、ＭＣ５・・・の中から１つの加工条件を選択することができる。
【0113】
材質選択部７１を選択操作することで、例えば材質ＭＴ１（Ｓ４５Ｃ）を選択することができる。また加工条件選択部７２を選択操作することで加工条件ＭＣ１（エンドミルによる切断）を選択することができる。
【0114】
（固有ひずみ取得処理ＳＴ２２）
【0115】
この選択操作に応じて、選択された材質ＭＴ１（Ｓ４５Ｃ）及び加工条件ＭＣ１（エンドミルによる切断）に対応する固有ひずみデータＤ１１が、サーバ３０のデータベース３１から読み出される。
【0116】
加工側コンピュータ端末２０の表示装置１７の表示画面は、図１２Ｂに示す取得画面８０に遷移する。
【0117】
取得画面８０には、固有ひずみ表示部８１が設けられている。
【0118】
固有ひずみ表示部８１には、第１実施形態の固有ひずみ取得処理ＳＴ１１で説明したのと同様の内容のデータ、つまり固有ひずみデータＤ１１の内容が表示される（ＳＴ２２）。
【0119】
なお、選択画面７０で、材質ＭＴ２（アルミ合金Ａ５０５２）及び加工条件ＭＣ２（研削盤による研削）が選択されると、この選択内容に対応する固有ひずみデータＤ１２が、サーバ３０のデータベース３１から読み出される。同様に材質ＭＴ３及び加工条件ＭＣ３の選択に応じて、対応する固有ひずみデータＤ１３が、サーバ３０のデータベース３１から読み出され、材質ＭＴ４及び加工条件ＭＣ４の選択に応じて、対応する固有ひずみデータＤ１４が、サーバ３０のデータベース３１から読み出され、材質ＭＴ５及び加工条件ＭＣ５の選択に応じて、対応する固有ひずみデータＤ１５が、サーバ３０のデータベース３１から読み出される。
【0120】
（寸法取得処理ＳＴ２３）
【0121】
寸法取得処理ＳＴ２３では、第１実施形態の寸法取得処理ＳＴ１２と同様の処理が実行されて、加工前の加工対象物ＯＢ１の加工前寸法ＳＺが取得される。
【0122】
本実施形態によれば、下記のような有用な効果が得られる。
【0123】
本実施形態によれば、加工後の加工対象物を意図する形状にするための加工前の加工対象物の寸法ＳＺを、経験や勘に頼ることなく確実に取得できる。
【0124】
本実施形態では「加工条件と固有ひずみの関係」をデータベースに記憶している。比較例として「加工条件と変形の関係」をデータベースに記憶する例を挙げる。
【0125】
「加工条件と固有ひずみの関係」をデータベースに記憶する本実施形態によれば、加工条件が定まれば加工対象物の設計寸法に依存することなく、加工後の加工対象物の変形後の形状を求めることができ、変形が生じないような加工前の加工対象物の加工前寸法ＳＺを決定することができる。
【0126】
これに対して「加工条件と変形の関係」をデータベースに記憶する比較例によれば、変形は寸法依存性が高いため、変形が生じないような加工前の加工対象物の加工前寸法を決定するには、加工対象物の設計寸法の違いに応じて「加工条件と変形の関係」のデータ構造を構築する必要がある。このため膨大な記憶容量のデータベースを要することになる。
【0127】
よって、本実施形態によれば、加工後の加工対象物を意図する形状にするための加工前の加工対象物の寸法ＳＺを、従来技術と比較して膨大な記憶容量のデータベースを要せずに取得できる。
【0128】
本実施形態では、ＮＣ工作機械による加工を例示しているが、これに限定されることなく任意の加工機械に適用することができる。また本実施形態は、機械加工、溶接、熱処理加工、表面処理等のあらゆる加工方法に適用することができる。
【0129】
本実施形態では、有限要素法により構造物を数値解析しているが、有限要素法以外の境界要素法、有限体積法、有限差分法などの手法を用いて構造物を数値解析してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0130】
本実施形態によれば、加工精度が要求される特に精密加工の分野で、加工精度を高めることができる。このため製品の品質向上や開発期間短縮、歩留まり向上が実現される。
【符号の説明】
【0131】
１００ 加工対象物の寸法決定装置
１１０ 固有ひずみ格納部
１２０ 選択部
１３０ 固有ひずみ取得部
１４０ 寸法取得部
１１０ 固有ひずみ格納部
１２０ 選択部
１３０ 固有ひずみ取得部
１４０ 寸法取得部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
