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JP7282051B2 - 演算装置、演算方法およびプログラム - Google Patents

演算装置、演算方法およびプログラム Download PDF

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JP7282051B2 JP2020045337A JP2020045337A JP7282051B2 JP 7282051 B2 JP7282051 B2 JP 7282051B2 JP 2020045337 A JP2020045337 A JP 2020045337A JP 2020045337 A JP2020045337 A JP 2020045337A JP 7282051 B2 JP7282051 B2 JP 7282051B2
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Description

本開示は、演算装置、演算方法およびプログラムに関する。
材料の強度解析の手法として、有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ、ＦＥＭ）が知られている。
特許文献１には、複合材の微視的観察画像を複数の領域に分割し、複合材の有限要素モデルを生成する技術が開示されている。
特許文献２には、タイヤの形状を再現した初期解析モデルに対して、タイヤの残留応力を取得して釣り合い計算を実行して修正解析モデルを作成することにより、構造体の形状及び内部の応力を精度よく再現する技術が開示されている。
特開平９－１８０００２号公報 特許第４５８１５３９号公報
強化繊維と樹脂を含む繊維強化プラスチックが知られている。繊維強化プラスチックの強度は、繊維の方向や密度によって異なる。
一方で、近年、繊維強化プラスチックを形成する３Ｄプリンタ等が検討されており、繊維強化プラスチックで構成される物品は複雑な内部構造を有する場合がある。この場合、物品の内部の剛性は一様でない。そのため、有限要素法により適切に強度評価を行う場合、複雑な内部形状に基づいて、物品を切り分けた複数の小領域それぞれについて剛性に係るパラメータを求めなければならない。
本開示の目的は、上述した課題を解決する演算装置、演算方法およびプログラムを提供することにある。
本開示に係る演算装置は、強化繊維と樹脂を含む物品を平行に切り分けたときの複数の断面における強化繊維の形状および樹脂の形状を表す複数の断層像を取得する断層像取得部と、取得した複数の断層像に基づいて、物品を分割した複数の小領域のそれぞれに係る剛性に係るパラメータを算出する演算部と、を備える。
本開示に係る演算方法は、強化繊維と樹脂を含む物品を平行に切り分けたときの複数の断面における強化繊維の形状および樹脂の形状を表す複数の断層像を取得するステップと、取得した複数の断層像に基づいて、物品を分割した複数の小領域のそれぞれに係る剛性に係るパラメータを算出するステップと、を有する。
本開示に係るプログラムは、コンピュータを、強化繊維と樹脂を含む物品を平行に切り分けたときの複数の断面における強化繊維の形状および樹脂の形状を表す複数の断層像を取得するステップと、取得した複数の断層像に基づいて、物品を分割した複数の小領域のそれぞれに係る剛性に係るパラメータを算出するステップと、として実行する。
上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、物品の内部構造を反映させて算出された剛性パラメータを用いて、強度評価を行うためのデータを生成することができる。
一実施形態に係る演算システムの構成を示す図である。 一実施形態に係るＣＡＤデータの一例を示す図である。 一実施形態に係る断層像の一例を示す図である。 一実施形態に係る演算装置を示す概略ブロック図である。 一実施形態に係る計算格子データの一例を示す図である。 一実施形態に係る演算システムの動作を示すフローチャートである。 一実施形態に係る演算システムの構成を示す図である。 一実施形態に係る演算装置の構成を示す概略ブロック図である。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
〈第１の実施形態〉
《演算システムの構成》
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係る演算システム１０を示す図である。
演算システム１０は、３Ｄプリンタ１００が形成した物品３００の強度評価を行うシステムである。演算システム１０は、３Ｄプリンタ１００と、演算装置２００と、を備える。３Ｄプリンタ１００は、演算装置２００と有線又は無線で接続されている。物品３００は、強化繊維と樹脂とからなる繊維強化プラスチック材で構成される。
《３Ｄプリンタの構成》
以下、３Ｄプリンタの構成について説明する。
３Ｄプリンタ１００は、物品３００の三次元形状を示すＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データ３１０の入力を受け付け、当該ＣＡＤデータに基づいて物品３００を形成する。３Ｄプリンタ１００は、強化繊維を出力するヘッダと樹脂を出力するヘッダをそれぞれ備え、ヘッダが出力した強化繊維および樹脂の層を積層することで、物品３００を形成する。
３Ｄプリンタ１００は、ＣＡＤデータに基づいて、物品３００を形成する各層を形成するためのヘッダの経路を計算し、当該経路に基づいてヘッダを駆動させる。３Ｄプリンタ１００は、各層におけるヘッダの経路を表す複数の画像を、利用者による参照のために出力する機能を有する。
強化繊維とは物品３００の作製に用いられ、物品３００の強度を向上させる材料である。強化繊維の例としては、炭素繊維、ガラス繊維等が挙げられる。第１の実施形態における強化繊維は炭素繊維である。また、樹脂とは物品３００の作製に用いられ、物品３００を形成させるための材料である。樹脂の例としては、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ，ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅｋｅｔｏｎｅ，ＰＥＫＫ）等が挙げられる。
３Ｄプリンタ１００の詳細な動作の一例については、以下に説明する。
まず、３Ｄプリンタ１００は、物品３００を示すＣＡＤデータを受け入れる。図２は、第１の実施形態に係るＣＡＤデータ３１０の一例を示す図である。ＣＡＤデータ３１０は物品３００の形状を三次元で示す画像である。
３Ｄプリンタ１００は、ＣＡＤデータ３１０を受け入れると、当該ＣＡＤデータが示す三次元形状を３Ｄプリンタ１００の積層厚さごとに切り分けることで、物品３００の断面形状を特定する。積層厚さは、ユーザによって設定されても良いし、３Ｄプリンタ１００に予め設定されていても良い。
３Ｄプリンタ１００は、積層厚さ毎に切り分けた各層の断面形状に基づいて、各層における強化繊維を出力するヘッダのパスを決定する。強化繊維のヘッダのパスは、予め定められた制約条件に基づいて決定される。制約条件は、例えば、許容曲げ角度や密度などが挙げられる。
次に、３Ｄプリンタ１００は、各層の断面形状と強化繊維のヘッダのパスとに基づいて、樹脂を出力するヘッダのパスを決定する。樹脂を出力するヘッダのパスは、断面形状のうち強化繊維のヘッダが通らない部分を充填するように決定される。３Ｄプリンタ１００は、各層における強化繊維のヘッダのパスおよび樹脂のヘッダのパスを示す複数の断層像３２０を生成する。図３は、第１の実施形態に係る断層像３２０の一例を示す図である。断層像３２０は、強化繊維のヘッダのパス３２２と、樹脂のヘッダのパス３２１とを異なる色で表す画像である。すなわち、断層像３２０は、強化繊維と樹脂とを異なる値の画素で示すラスタ画像である。図３においては、強化繊維のヘッダのパス３２２を白の点線で示し、樹脂のヘッダのパス３２１を白の実線で示す。
図３に示す例においては、３Ｄプリンタ１００は、ＣＡＤデータ３１０が示す三次元形状を、積層厚さの間隔で５つに切り分けて断層像３２０Ａ、断層像３２０Ｂ、断層像３２０Ｃ、断層像Ｄ、断層像Ｅを生成する。
《演算装置の構成》
以下、演算装置２００の構成について説明する。
図４は、演算装置２００の構成を示す概略ブロック図である。演算装置２００は、３Ｄプリンタ１００が出力する複数の断層像３２０と、物品３００の三次元形状を複数の小領域に切り分けた計算格子とに基づいて、物品３００の強度解析を行う。演算装置２００は、取得部２１０と、断層像特定部２２０と、変換部２３０と、材料情報特定部２４０と、演算部２５０と、モデル生成部２６０と、解析部２７０と、を備える。
取得部２１０は、３Ｄプリンタ１００から複数の断層像３２０を取得する。取得部２１０は断層像取得部の一例である。例えば、取得部２１０は図３に示すような断層像３２０Ａと、断層像３２０Ｂと、断層像３２０Ｃと、断層像３２０Ｄと、断層像３２０Ｅと、を３Ｄプリンタ１００から取得する。
また、取得部２１０は演算システム１０のユーザから計算格子データ３３０を取得する。計算格子データ３３０とは、物品３００が切り分けられた複数のＳｏｌｉｄ要素３３１を示す情報である。図５は計算格子データ３３０の一例を示す図である。図５に示す計算格子データ３３０には、Ｓｏｌｉｄ要素３３１が高さ方向に３個、奥行き方向に６個、幅方向に２２個が並ぶ。すなわち図５に示す例においては、計算格子は、物品３００の三次元形状を合計３９６個のＳｏｌｉｄ要素３３１に分割したものである。なお、Ｓｏｌｉｄ要素３３１は、物品３００の三次元形状を分割した小領域の一例である。
断層像特定部２２０は、取得部２１０が取得した断層像３２０と、取得部２１０が取得した計算格子データ３３０のＳｏｌｉｄ要素３３１とを位置合わせして、Ｓｏｌｉｄ要素３３１に対応する断層像３２０の部分を特定する。すなわち、断層像特定部２２０は、複数の断層像３２０の座標系を計算格子データ３３０の座標系に変換する。３Ｄプリンタ１００の積層厚さは予め分かっているため、断層像特定部２２０は、複数の断層像３２０と積層厚さとに基づいて物品３００の三次元形状を計算することができる。そのため、断層像特定部２２０は、断層像３２０から生成した三次元形状と計算格子データ３３０が示す三次元形状との誤差が最小となるような姿勢を特定することで、断層像３２０と計算格子データ３３０とを位置合わせすることができる。例えば、断層像特定部２２０は、図３に示すような断層像３２０と、図５に示すような計算格子データのＳｏｌｉｄ要素３３１Ａとを位置合わせして、Ｓｏｌｉｄ要素３３１Ａに対応する断層像３２０の部分を特定する。これにより、断層像特定部２２０は、物品３００におけるＳｏｌｉｄ要素３３１Ａの位置に対応する断層像３２０Ｅの部分と、断層像３２０Ｄの部分を特定する。
図５に示すように、計算格子データ３３０は高さ方向に３個に分けられている。他方、図３に示すように、断層像３２０は高さ方向に５個に分けられている。このように、通常は、計算格子データ３３０が高さ方向に分けられた分割数に比べて、断層像３２０が高さ方向に分けられた枚数が多い。そのため、１つのＳｏｌｉｄ要素３３１Ａに対応する断層像３２０は１つではなく複数である。
変換部２３０は、ラスタ画像である各断層像３２０から、強化繊維をパス要素で表すベクタ画像を生成する。例えば、変換部２３０は、断層像３２０の強化繊維を示す画素からなる図形を特定し、当該図形の細線化処理を行うことで、ベクタ画像を生成しても良い。
材料情報特定部２４０は、断層像特定部２２０により特定された各Ｓｏｌｉｄ要素３３１に対応する断層像３２０の部分画像に基づいて、当該Ｓｏｌｉｄ要素３３１における強化繊維と樹脂との面積比率を特定する。例えば、材料情報特定部２４０は、各部分画像における強化繊維に係る画素の数と樹脂に係る画素の数の比率を算出する。また、材料情報特定部２４０は、変換部２３０により変換されたベクタ画像に基づいて、各小領域における強化繊維の方向を特定する。
演算部２５０は、材料情報特定部２４０により特定された強化繊維と樹脂との面積比率及び強化繊維の方向に基づいて、Ｓｏｌｉｄ要素３３１の剛性に係るパラメータを算出する。剛性に係るパラメータの例としては、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向などの各方向の縦弾性係数、せん断弾性率、ポアソン比、等のパラメータが挙げられる。上記縦弾性係数は、方向によりその値が異なる。演算部２５０が、剛性に係るパラメータを算出する動作を以下に説明する。
演算部２５０は、以下の動作により剛性に係るパラメータを算出する。
演算部２５０は、材料情報特定部２４０が特定した強化繊維と樹脂との面積比率を受け入れる。その後、演算部２５０は、炭素繊維強化プラスチック（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ、ＣＦＲＰ）の剛性と樹脂の剛性を上記面積比率で均質化して、特性を算出する。また、演算部２５０は、強化繊維の角度を検出し、当該角度と剛性の関係式を用いて、算出された上記特定を角度に応じて変換する。ここで、上記繊維の角度とは、予め設定された基準角度からの角度を示す。これにより、演算部２５０は剛性に係るパラメータを算出できる。
また、演算部２５０は、１つのＳｏｌｉｄ要素３３１の内部に含まれる全ての画像からそれぞれ計算した上記剛性に係るパラメータを均質化する。例えば、演算部２５０は、等価剛性マトリックスの各種公式を用いて、剛性パラメータを均質化する計算を行う。
モデル生成部２６０は、取得部２１０が取得した計算格子データ３３０に、演算部２５０が算出した剛性に係るパラメータを格納することで、有限要素法に用いるＳｏｌｉｄモデルを生成する。
解析部２７０は、演算部２５０により算出されたＳｏｌｉｄ要素３３１の剛性に係るパラメータに基づいて、有限要素法による解析を行う。すなわち、解析部２７０は、モデル生成部２６０が生成したＳｏｌｉｄモデルに基づいて有限要素法による解析で強度評価を行う。
《演算システムの動作》
以下、演算システム１０の動作について説明する。
図６は、演算システム１０の動作を示すフローチャートである。
取得部２１０は３Ｄプリンタ１００から複数の断層像３２０を取得し、演算システム１０のユーザから計算格子データ３３０を取得する（ステップＳ１）。計算格子データ３３０は、予めユーザによってＣＡＤ情報３１０が示す三次元形状をメッシュに切り分けることで生成される。
変換部２３０は、ラスタ画像である各断層像３２０から、強化繊維をパス要素で表すベクタ画像を生成する（ステップＳ２）。
断層像特定部２２０は、ステップＳ２で取得した断層像３２０と、計算格子データ３３０のＳｏｌｉｄ要素３３１とを位置合わせして、各Ｓｏｌｉｄ要素３３１に対応する断層像３２０の部分画像を特定する（ステップＳ３）。
演算装置２００は、計算格子データ３３０に含まれる複数のＳｏｌｉｄ要素３３１を１つずつ選択し、各小領域について以下のステップＳ５からステップＳ７の処理を実行する（ステップＳ４）。
材料情報特定部２４０は、ステップＳ４で選択されたＳｏｌｉｄ要素３３１に対応する断層像３２０の部分画像に基づいて、当該Ｓｏｌｉｄ要素３３１における強化繊維と樹脂との面積比率を特定する（ステップＳ５）。
材料情報特定部２４０は、ステップＳ２で生成されたベクタ画像のうち、ステップＳ３で選択されたＳｏｌｉｄ要素３３１に対応する部分に基づいて、ステップＳ４で選択されたＳｏｌｉｄ要素３３１における強化繊維の方向を特定する（ステップＳ６）。
演算部２５０は、ステップＳ５で特定された強化繊維と樹脂との面積比率、及びステップＳ６で特定された強化繊維の方向に基づいて、ステップＳ４で選択されたＳｏｌｉｄ要素３３１の剛性に係るパラメータを算出する（ステップＳ７）。すなわち、演算部２５０は、剛性に係るパラメータを算出して、等価剛性マトリックスの各種公式に基づいて上記剛性に係るパラメータを均質化する。
計算格子データ３３０に含まれる複数のＳｏｌｉｄ要素３３１のすべてについて剛性に係るパラメータが算出されると、モデル生成部２６０は、ステップＳ１で取得した計算格子データに、ステップＳ７で算出した剛性に係るパラメータを格納することで、有限要素法に用いるＳｏｌｉｄモデルを生成する（ステップＳ８）。
解析部２７０は、ステップＳ８で生成したＳｏｌｉｄモデルに基づいて、有限要素法による解析を行う。すなわち、解析部２７０は、物品３００の全てのＳｏｌｉｄ要素３３１の剛性に係るパラメータに基づいて、有限要素法による解析で強度評価を行う（ステップＳ９）。
上記の動作により、演算システム１０は断層像３２０及び計算格子データ３３０を用いて剛性に係るパラメータを算出して有限要素法により、物品３００の強度評価を行う。演算システム１０のユーザは、物品の内部構造を反映させた有限要素法による強度評価を行うことができる。
《作用・効果》
本開示に係る演算装置２００は、強化繊維と樹脂を含む物品を平行に切り分けたときの複数の断面における強化繊維の形状および樹脂の形状を表す複数の断層像３２０を取得する断層像取得部と、取得した複数の断層像３２０に基づいて、物品を分割した複数の小領域のそれぞれに係る剛性に係るパラメータを算出する演算部２５０と、を備える。
演算装置２００は、断層像３２０及び計算格子データ３３０を用いて剛性に係るパラメータを算出する。これにより、演算装置２００のユーザは、物品３００の内部構造を反映させて算出された剛性パラメータを用いて強度評価を行うことができる。
また、演算装置２００は、取得した複数の断層像３２０に基づいて、各小領域における強化繊維と樹脂との面積比率と、強化繊維の方向とを特定する材料情報特定部２４０と、を備え、演算部２５０は、特定された面積比率及び方向に基づいて、複数の小領域のそれぞれの剛性に係るパラメータを算出する。
演算装置２００は強化繊維と樹脂との面積比率と、強化繊維の方向を特定して、剛性に係るパラメータを算出する。これにより、演算装置２００のユーザは、物品３００の内部構造を反映させた強度評価を行うことができる。
また、演算装置２００は、複数の断層像３２０は、それぞれ強化繊維と樹脂とを異なる値の画素で示すラスタ画像によって表され、複数の断層像３２０のそれぞれから、強化繊維の形状を表すパスを有するベクタ画像を生成する変換部２３０を備え、材料情報特定部２４０は、ベクタ画像に基づいて強化繊維の方向を特定する。
演算装置２００は、ベクタ画像に基づいて強化繊維の方向を特定して剛性に係るパラメータを算出する。これにより、演算装置２００のユーザは、物品３００の内部構造を反映させた強度評価を行うことができる。
また、演算装置２００の複数の断層像３２０は、強化繊維と樹脂とを出力可能な３Ｄプリンタ１００が物品３００を形成するときのヘッダの経路を表す。
演算装置２００は、３Ｄプリンタ１００が生成した断層像３２０を用いて剛性に係るパラメータを算出する。これにより、演算装置２００のユーザは、物品３００の内部構造を反映させた強度評価を行うことができる。
また、演算装置２００は、算出された剛性に係るパラメータに基づいて、物品の強度解析を行う解析部２７０と、を備える。
演算装置２００のユーザは、物品の内部構造を反映させて算出された剛性パラメータに基づいて強度評価を行うことができる。
〈第２の実施形態〉
以下、第２の実施形態に係る演算システム１０について説明する。
第２の実施形態に係る演算システム１０は、３Ｄプリンタ１００と、演算装置２００に加えて、Ｘ線ＣＴ装置４００を備える。Ｘ線ＣＴ装置４００は、演算装置２００と有線又は無線で接続される。図７は、第２の実施形態に係る演算システム１０の構成を示す図である。
Ｘ線ＣＴ装置４００は、物品３００にＸ線を照射して、ボクセルデータで表されるＸ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）像を生成する。つまり、ユーザは、３Ｄプリンタ１００が形成した物品３００をＸ線ＣＴ装置４００に投入し、Ｘ線ＣＴ装置４００にＸ線ＣＴ像を生成させる。ユーザは、Ｘ線ＣＴ装置４００によるＸ線ＣＴ処理の完了後に、３Ｄプリンタ１００が生成した断層像３２０と、Ｘ線ＣＴ装置４００が生成したＸ線ＣＴ像とを、演算装置２００に入力する。
図８は、第２の実施形態に係る演算装置２００の構成を示す概略ブロック図である。第２の実施形態に係る演算装置２００は、第１の実施形態に係る演算装置２００の構成に加えて、欠陥判定部２１１と、格子編集部２１２と、を備える。
第２の実施形態に係る取得部２１０は、断層像取得部及び欠陥データ取得部の一例である。取得部２１０は、３Ｄプリンタ１００から断層像３２０を取得し、演算システム１０のユーザから計算格子データ３３０を取得する。また、取得部２１０は、Ｘ線ＣＴ装置４００から、Ｘ線ＣＴ装置４００が生成した物品３００のＸ線ＣＴ像を取得する。取得部２１０が取得するＸ線ＣＴ像は、物品３００の欠陥箇所を示す欠陥データの一例である。
欠陥判定部２１１は計算格子データ３３０の各Ｓｏｌｉｄ要素３３１が、欠陥箇所に該当するか否かを判定する。欠陥判定部２１１の詳細な動作は以下に説明する。
欠陥判定部２１１は、取得部２１０が取得したＸ線ＣＴ像と、取得部２１０が取得した計算格子データ３３０のＳｏｌｉｄ要素３３１とを位置合わせして、Ｓｏｌｉｄ要素３３１に対応するＸ線ＣＴ像の部分を特定する。すなわち、欠陥判定部２１１は、Ｘ線ＣＴ像の座標系を計算格子データ３３０の座標系に変換する。その後、欠陥判定部２１１は、Ｘ線ＣＴ像から生成した三次元形状と計算格子データ３３０が示す三次元形状との誤差が最小となるような姿勢を特定することで、Ｘ線ＣＴ像と計算格子データ３３０とを位置合わせすることができる。
Ｓｏｌｉｄ要素３３１に対応するＸ線ＣＴ像の部分を特定した後、欠陥判定部２１１は、各Ｓｏｌｉｄ要素３３１に対応するＸ線ＣＴ像に含まれたボクセルデータを、予め設定された閾値情報に照らし合わせて、各Ｓｏｌｉｄ要素３３１が、欠陥箇所に該当するか否かを判定する。欠陥の例としては、空隙、ウィークボンド、ひび割れ等が挙げられる。その後、欠陥判定部２１１は、各Ｓｏｌｉｄ要素３３１と、当該Ｓｏｌｉｄ要素３３１が欠陥箇所に該当するか否かと、を関連付けた情報である欠陥データを生成する。
格子編集部２１２は、欠陥判定部２１１が生成した欠陥データに基づいて、取得部２１０が取得した計算格子データ３３０のＳｏｌｉｄ要素３３１のうち、欠陥箇所に該当するＳｏｌｉｄ要素３３１を削除する。
演算システム１０は、物品３００の欠陥箇所に該当するＳｏｌｉｄ要素３３１を削除して、剛性に係るパラメータを生成して強度評価を行う。このため、演算システム１０のユーザは、物品３００の欠陥情報を含む内部構造を反映させた剛性パラメータを算出して、強度評価を行うことができる。
演算システム１０は欠陥箇所に該当するＳｏｌｉｄ要素３３１を削除する代わりに、当該Ｓｏｌｉｄ要素３３１の剛性に係るパラメータを編集させることにより、欠陥箇所を反映させた強度評価を行っても良い。
《作用・効果》
本開示に係る演算装置２００は、物品３００の欠陥箇所を示す欠陥データを取得する欠陥取得部を備え、演算部２５０は、複数の断層像３２０及び欠陥データに基づいて、複数の小領域それぞれの剛性に係るパラメータを算出する。
演算装置２００は、物品３００の欠陥データに基づいて剛性に係るパラメータを生成して強度評価を行う。このため、演算システム１０のユーザは、物品３００の欠陥データを含む内部構造を反映させた剛性パラメータを算出して、強度評価を行うことができる。
〈他の実施形態〉
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
上記の実施形態における計算格子データ３３０は、Ｓｏｌｉｄ要素３３１により構成されるが、これに代えてＳｈｅｌｌ要素により構成されるものであっても良い。
図９は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ１１００は、プロセッサ１１１０、メインメモリ１１２０、ストレージ１１３０、インタフェース１１４０を備える。
上述の演算装置２００は、コンピュータ１１００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ１１３０に記憶されている。プロセッサ１１１０は、プログラムをストレージ１１３０から読み出してメインメモリ１１２０に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ１１１０は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ１１２０に確保する。
プログラムは、コンピュータ１１００に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージ１１３０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータ１１００は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）などのカスタムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ａｒｒａｙ Ｌｏｇｉｃ)、ＧＡＬ(Ｇｅｎｅｒｉｃ Ａｒｒａｙ Ｌｏｇｉｃ)、ＣＰＬＤ(Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ)、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）が挙げられる。この場合、プロセッサ１１１０によって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。
ストレージ１１３０の例としては、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ１１３０は、コンピュータ１１００のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース１１４０または通信回線を介してコンピュータに接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ１１００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ１１００が当該プログラムをメインメモリ１１２０に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ１１３０は、一時的でない有形の記憶媒体である。
また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ１１３０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
〈付記〉
各実施形態に記載の演算装置２００は、例えば以下のように把握される。
（１）本開示に係る演算装置２００は、強化繊維と樹脂を含む物品を平行に切り分けたときの複数の断面における強化繊維の形状および樹脂の形状を表す複数の断層像３２０を取得する断層像取得部と、取得した複数の断層像３２０に基づいて、物品を分割した複数の小領域のそれぞれに係る剛性に係るパラメータを算出する演算部２５０と、を備える。
演算装置２００は、断層像３２０及び計算格子データ３３０を用いて剛性に係るパラメータを算出する。これにより、演算装置２００のユーザは、物品３００の内部構造を反映させて算出された剛性パラメータを用いて強度評価を行うことができる。
（２）また、演算装置２００は、取得した複数の断層像３２０に基づいて、各小領域における強化繊維と樹脂との面積比率と、強化繊維の方向とを特定する材料情報特定部２４０と、を備え、演算部２５０は、特定された面積比率及び方向に基づいて、複数の小領域のそれぞれの剛性に係るパラメータを算出する。
演算装置２００は強化繊維と樹脂との面積比率と、強化繊維の方向を特定して、剛性に係るパラメータを算出する。これにより、演算装置２００のユーザは、物品３００の内部構造を反映させた強度評価を行うことができる。
（３）また、演算装置２００は、複数の断層像３２０は、それぞれ強化繊維と樹脂とを異なる値の画素で示すラスタ画像によって表され、複数の断層像３２０のそれぞれから、強化繊維の形状を表すパスを有するベクタ画像を生成する変換部２３０を備え、材料情報特定部２４０は、ベクタ画像に基づいて強化繊維の方向を特定する。
演算装置２００は、ベクタ画像に基づいて強化繊維の方向を特定して剛性に係るパラメータを算出する。これにより、演算装置２００のユーザは、物品３００の内部構造を反映させた強度評価を行うことができる。
（４）また、演算装置２００の複数の断層像３２０は、強化繊維と樹脂とを出力可能な３Ｄプリンタ１００が物品３００を形成するときのヘッダの経路を表す。
演算装置２００は、３Ｄプリンタ１００が生成した断層像３２０を用いて剛性に係るパラメータを算出する。これにより、演算装置２００のユーザは、物品３００の内部構造を反映させた強度評価を行うことができる。
（５）また、演算装置２００は、算出された剛性に係るパラメータに基づいて、物品の強度解析を行う解析部２７０と、を備える。
演算装置２００のユーザは、物品の内部構造を反映させて算出された剛性パラメータに基づいて強度評価を行うことができる。
（６）本開示に係る演算装置２００は、物品３００の欠陥箇所を示す欠陥データを取得する欠陥取得部を備え、演算部２５０は、複数の断層像３２０及び欠陥データに基づいて、複数の小領域それぞれの剛性に係るパラメータを算出する。
演算装置２００は、物品３００の欠陥データに基づいて剛性に係るパラメータを生成して強度評価を行う。このため、演算システム１０のユーザは、物品３００の欠陥データを含む内部構造を反映させた剛性パラメータを算出して、強度評価を行うことができる。
（７）本開示に係る演算方法は、強化繊維と樹脂を含む物品を平行に切り分けたときの複数の断面における強化繊維の形状および樹脂の形状を表す複数の断層像３２０を取得するステップと、取得した複数の断層像３２０に基づいて、物品を分割した複数の小領域のそれぞれに係る剛性に係るパラメータを算出するステップと、を有する。
演算方法を用いるユーザは、断層像３２０及び計算格子データ３３０を用いて剛性に係るパラメータを算出することができる。これにより、演算方法のユーザは、物品３００の内部構造を反映させて算出された剛性パラメータを用いて強度評価を行うことができる。
（８）本開示に係るプログラムは、強化繊維と樹脂を含む物品を平行に切り分けたときの複数の断面における強化繊維の形状および樹脂の形状を表す複数の断層像３２０を取得するステップと、取得した複数の断層像３２０に基づいて、物品を分割した複数の小領域のそれぞれに係る剛性に係るパラメータを算出するステップと、として実行する。
プログラムのユーザは、断層像３２０及び計算格子データ３３０を用いて剛性に係るパラメータを算出することができる。これにより、プログラムのユーザは、物品３００の内部構造を反映させて算出された剛性パラメータを用いて強度評価を行うことができる。
強化繊維とは物品３００の作製に用いられ、物品３００の強度を向上させる材料である。強化繊維の例としては、炭素繊維、ガラス繊維等が挙げられる。第１の実施形態における強化繊維は炭素繊維である。また、樹脂とは物品３００の作製に用いられ、物品３００を形成させるための材料である。樹脂の例としては、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン等が挙げられる。
計算格子データ３３０とは、物品３００が切り分けられた複数のＳｏｌｉｄ要素３３１を示す情報又は、物品３００が切り分けられた複数のＳｈｅｌｌ要素を示す情報である。
１００ ３Ｄプリンタ
２００ 演算装置
２１０ 取得部
２１１ 欠陥判定部
２１２ 格子編集部
２２０ 断層像特定部
２３０ 変換部
２４０ 材料情報特定部
２５０ 演算部
２６０ モデル生成部
２７０ 解析部
３００ 物品
３１０ ＣＡＤデータ
３２０ 断層像
３２１ 樹脂のヘッダのパス
３２２ 強化繊維のヘッダのパス
３３０ 計算格子データ
３３１ Ｓｏｌｉｄ要素
４００ Ｘ線ＣＴ装置
１１００ コンピュータ
１１１０ プロセッサ
１１２０ メインメモリ
１１３０ ストレージ
１１４０ インタフェース

Claims (8)

  1. 強化繊維と樹脂を含む物品を平行に切り分けたときの複数の断面における前記強化繊維の形状および前記樹脂の形状を表す複数の断層像を取得する断層像取得部と、
    取得した前記複数の断層像に基づいて、前記物品を分割した複数の小領域のそれぞれに係る剛性に係るパラメータを算出する演算部と、
    を備える演算装置。
  2. 取得した前記複数の断層像に基づいて、各小領域における前記強化繊維と前記樹脂との面積比率と、前記強化繊維の方向とを特定する材料情報特定部と、を備え、
    前記演算部は、特定された前記面積比率及び前記方向に基づいて、前記複数の小領域のそれぞれの前記剛性に係るパラメータを算出する
    請求項１に記載の演算装置。
  3. 前記複数の断層像は、それぞれ前記強化繊維と前記樹脂とを異なる値の画素で示すラスタ画像によって表され、
    前記複数の断層像のそれぞれから、前記強化繊維の形状を表すパスを有するベクタ画像を生成する変換部を備え、
    前記材料情報特定部は、前記ベクタ画像に基づいて前記強化繊維の方向を特定する
    請求項２に記載の演算装置。
  4. 前記複数の断層像は、前記強化繊維と前記樹脂とを出力可能な３Ｄプリンタが前記物品を形成するときのヘッダの経路を表す
    請求項１から請求項３の何れか１項に記載の演算装置。
  5. 前記物品の欠陥箇所を示す欠陥データを取得する欠陥取得部を備え、
    前記演算部は、前記複数の断層像及び前記欠陥データに基づいて、前記複数の小領域それぞれの剛性に係るパラメータを算出する
    請求項１に記載の演算装置。
  6. 算出された前記剛性に係るパラメータに基づいて、前記物品の強度解析を行う解析部と、
    を備える請求項１から請求項５の何れか１項に記載の演算装置。
  7. 強化繊維と樹脂を含む物品を平行に切り分けたときの複数の断面における前記強化繊維の形状および前記樹脂の形状を表す複数の断層像を取得するステップと、
    取得した前記複数の断層像に基づいて、前記物品を分割した複数の小領域のそれぞれに係る剛性に係るパラメータを算出するステップと、
    を有する演算方法。
  8. コンピュータを、
    強化繊維と樹脂を含む物品を平行に切り分けたときの複数の断面における前記強化繊維の形状および前記樹脂の形状を表す複数の断層像を取得するステップと、
    取得した前記複数の断層像に基づいて、前記物品を分割した複数の小領域のそれぞれに係る剛性に係るパラメータを算出するステップと、
    として実行するプログラム。
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