KR100300455B1 - Curve-based Method for NC Processing Path Generation of Polyhedral Models - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다면체 모델의 NC 가공경로 생성을 위한 곡선기반 방법에 관한 것으로서 꼭지점 공유규칙을 만족하고 기하학적 성질만을 갖는 다면체 모델에 위상학적 성질을 부여하는 과정과, 위상학적 관계를 이용하여 모서리와 꼭지점의 기하학적 특성(볼록, 오목, 편평, 새들)을 정의하는 과정과, 삼각면, 볼록한 모서리나 꼭지점에서 생성되는 삼각면, 원통 트림면과 구 트림면을 정확하게 표현하는 과정과, 각각의 옵셋된 요소와 교선 발생가능한 드라이브 평면들간의 교선을 한꺼번에 구하는 과정과, 슬라이싱 후 생성되는 곡선 및 선분에 대해 재배열, 트리밍, 연결과정을 거침으로써 정확한 CL 경로 데이터를 안정적이고 빠르게 계산할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a curve-based method for generating NC machining paths of a polyhedron model. The present invention relates to a process of assigning topological properties to a polyhedron model that satisfies the vertex sharing rule and has only geometrical properties, and uses topological relationships of edges and vertices. The process of defining geometric characteristics (convex, concave, flat, saddle), the accurate representation of triangular, triangular, cylindrical and spherical trimming surfaces created from triangular, convex edges or vertices, It is possible to calculate accurate CL path data stably and quickly by finding the intersection between possible drive planes and rearranging, trimming, and connecting the curves and segments generated after slicing.

Description

다면체 모델의 NC 가공경로 생성을 위한 곡선기반 방법Curve-based Method for NC Path Generation of Polyhedral Models

본 발명은 다면체 모델의 NC 가공경로 생성을 위한 곡선기반 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 꼭지점 공유규칙을 만족하는 다면체 모델에 위상정보를 부여하여 옵셋된 요소들을 정확하게 구하고, 드라이브 평면과의 교선을 구한 후 트리밍 작업시 간섭이 발생할 만한 부분들을 제거하여 CL 곡선을 생성하기 때문에 볼록간섭이 전혀 발생하지 않으며, 오목한 부분에서의 교점을 정확하게 구할 수 있어 3축 NC 가공시 오차 없이 다면체 모델을 가공할 수 있도록 한 다면체 모델의 NC가공경로 생성을 위한 곡선기반 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a curve-based method for generating a NC machining path of a polyhedron model. More particularly, the present invention relates to a polyhedron model that satisfies a vertex sharing rule. Since the CL curve is generated by removing the parts that may cause interference during trimming operation, convex interference does not occur at all, and the intersections of the concave parts can be accurately obtained, so that the polyhedral model can be processed without errors in 3-axis NC machining. The present invention relates to a curve-based method for generating NC machining paths of polyhedral models.

일반적으로 항공기의 동체, 자동차의 외판, 가전제품의 외형 등 복잡한 형상의 대부분은 여러 개의 자유곡면들로 구성된 복합곡면(compound surface)으로 표현된다. 이 복합곡면 형상을 가공하기 위해 보통 NC 기계를 이용하는데, 이때 이 NC기계의 입력 정보인 NC 데이타를 만들 때 가장 중요한 문제 중의 하나가 공구의 간섭을 해결하는 것이다. 여기서 공구의 간섭이란 공구의 날 부분이 가공곡면을 과절삭(overcut 또는 gouging)하는 현상을 말한다.In general, most of complex shapes such as the fuselage of an aircraft, the exterior of an automobile, and the appearance of home appliances are represented by a compound surface composed of several freeform surfaces. NC machine is usually used to process this compound curved shape. One of the most important problems when generating NC data, which is the input information of the NC machine, is to solve the interference of the tool. Here, the interference of the tool refers to a phenomenon in which the blade portion of the tool overcuts or gougs the machining surface.

공구 간섭이 없는 공구 경로를 생성하는 방법으로는 parametric 곡면을 이용한 방법, offset곡면을 이용한 방법, solid 모델을 이용하는 방법, z-map을 이용하는 방법 및 다면체를 이용하는 방법들이 개발되어 왔다.Methods for generating tool paths without tool interference have been developed using parametric surfaces, offset surfaces, solid models, z-maps, and polyhedrons.

여기서 종래의 다면체를 이용한 방법은 Duncan, Jun, Hwang 및 Lee등에 의해 개발되었는데, 이들은 모두 '점기반 접근 방법(point based approach)' 이다.The conventional polyhedron method was developed by Duncan, Jun, Hwang, and Lee, all of which is a 'point based approach'.

그림 1a에서 보여주는 것처럼 주어진 공구 중심 축(x1, y1)에 대해 공구가 삼각 다면체에 접할 때까지 낮춰가면서 z1값을 결정한다. 또 다른 방법(그림 1b)으로는 주어진 공구 중심 축과 inverse tool offset 곡면들간의 교점을 구하여 교점 중 z축으로 최고점을 선택하여 z1값을 결정한다. 그리고 다음 공구 중심점을 구하기 위해 step length만큼 이동된 점에서 동일한 계산과정을 거침으로써 공구 중심점(x2, y2, z2)을 구할 수 있다. 이런 점들을 NC 기계에 입력하면 공구는 두 점을 잇는 직선을 따라 이동하며 절삭가공을 행한다.As shown in Figure 1a, for a given tool center axis (x 1 , y 1 ), determine the value of z 1 by lowering the tool until it meets a triangular polyhedron. Another method (Figure 1b) finds the intersection between a given tool center axis and the inverse tool offset surface, and determines the z 1 value by selecting the highest point along the z axis. The tool center point (x 2 , y 2 , z 2 ) can be obtained by performing the same calculation process at the point moved by the step length to find the next tool center point. When these points are entered into the NC machine, the tool moves along the straight line connecting the two points and cuts them.

그러나 종래의 이와 같은 공구 경로의 생성은 공구의 모든 접촉점에 대하여 주변의 삼각형과 거리계산을 행해야 하므로 부근의 삼각형을 찾는데 많은 계산 시간이 소요되며, 두 점 사이를 공구가 이동할 때 발생되는 볼록간섭(convex gouge)를 방지하는데 근본적 한계가 있으며 오목 부위에서는 그림 1c의 sharp-turn point를 찾기 어렵다.However, since the generation of such a tool path in the related art has to calculate the distance to the triangle around all of the contact points of the tool, it takes a lot of calculation time to find the triangle in the vicinity, and convex interference generated when the tool moves between the two points. There is a fundamental limitation in preventing convex gouges and it is difficult to find the sharp-turn point in Figure 1c in the concave area.

이에 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 개발된 '곡선 기반 방법'으로 꼭지점 공유규칙(vertex-to-vertex rule)을 만족하는 다면체 모델에 위상정보를 부여하여 옵셋된 요소들을 정확하게 구하고, 드라이브 평면과의 교선을 구한 후 트리밍 작업시 간섭이 발생할 만한 부분들을 제거하여 CL 곡선을 생성하기 때문에 볼록간섭이 전혀 발생하지 않으며, 오목한 부분에서의 교점(sharp-turn point)을 정확하게 구할 수 있어 3축 NC 가공시 오차 없이 다면체 모델을 가공할 수 있도록 한 다면체 모델의 NC 가공경로 생성을 위한 곡선기반 방법을 제공함에 그 목적이 있다.(그림 1c).Accordingly, the present invention is a 'curve-based method' developed to solve this problem, the phase information is given to the polyhedron model that satisfies the vertex-to-vertex rule to accurately calculate the offset elements, drive plane Since the CL curve is generated by removing the parts that may cause interference when trimming after trimming, the convex interference does not occur at all, and the sharp-turn point in the concave part can be accurately obtained, so the 3-axis NC The goal is to provide a curve-based method for generating NC machining paths for polyhedral models that can be processed without errors during machining (Figure 1c).

한편, 이와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명은 컴퓨터를 이용한 NC 가공경로 생성에 있어서, 꼭지점 공유규칙을 만족하고 기하학적 성질만을 갖는 다면체 모델에 위상학적 성질을 부여하는 과정과, 위상학적 관계를 이용하여 모서리와 꼭지점의 기하학적 특성(볼록, 오목, 편평, 새들)을 정의하는 과정과, 삼각면, 볼록한 모서리나 볼록한 꼭지점에서 생성되는 삼각면, 원통 트림면과 구 트림면을 정확하게 표현하는 과정과, 각각의 옵셋된 요소와 교선 발생 가능한 드라이브 평면들간의 교선을 한꺼번에 구하는 과정과, 슬라이싱후 생성되는 곡선 및 선분들을 재배열, 트리밍, 연결하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.On the other hand, in order to achieve the above object, the present invention, in the generation of NC machining path using a computer, the process of providing topological properties to a polyhedral model that satisfies the vertex sharing rule and has only geometric properties, and using the topological relationship edges The process of defining the geometric features of the and vertices (convex, concave, flat, and saddle), the process of accurately representing the triangular, cylindrical, and spherical trims that are generated from triangular, convex edges or convex vertices, It is characterized by consisting of the process of finding the intersection between the offset element and the drive plane capable of intersection, and the process of rearranging, trimming, and connecting curves and line segments generated after slicing.

도 1은 점 기반 접근 방법(a, b)과 곡선 기반 접근 방법(c)의 차이를 보여주는 도면1 shows the difference between a point-based approach (a, b) and a curve-based approach (c)

도 2는 본 발명에 따른 CL데이터를 생성하기 위한 전반적인 절차를 설명하는 플로우챠트.2 is a flow chart illustrating an overall procedure for generating CL data in accordance with the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 CL 데이터 생성 과정을 보여주는 도면.3 is a view showing a CL data generation process according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 다면체 모델의 데이터구조를 보여주는 도면.4 shows a data structure of a polyhedron model according to the present invention.

도 5은 본 발명에 따른 모서리의 속성을 보여주는 도면.Figure 5 shows the properties of the edge according to the invention.

도 6는 본 발명에 따른 경계모서리의 속성 정의를 위한 도면.6 is a view for defining the property of the boundary corner in accordance with the present invention.

도 7는 본 발명에 따른 모서리 속성에 따른 옵셋된 요소의 형태를 보여주는 도면.7 shows the shape of an offset element according to the edge property according to the invention.

도 8은 본 발명에 따른 꼭지점의 속성에 의한 옵셋된 형태를 보여주는 도면.8 is a view showing an offset form by an attribute of a vertex in accordance with the present invention.

도 9은 본 발명에 따른 경계 꼭지점의 속성 정의를 설명하는 도면.9 illustrates the attribute definition of a boundary vertex in accordance with the present invention.

도 10은 본 발명에 따른 볼록한 모서리만으로 다면체를 재구성한 후 꼭지점의 속성을 정의하는 과정을 설명하는 도면.10 is a view for explaining the process of defining the properties of the vertices after reconstructing the polyhedron with only convex edges in accordance with the present invention.

도 11은 본 발명에 따른 원통 트림면과 평면간의 교선을 구하기 위해 예시된 도면.11 is an illustration for finding the intersection between a cylindrical trim surface and a plane according to the present invention.

도 12는 본 발명에 따른 구 트림면과 평면간의 교선을 구하기 위해 예시된 도면.12 is an illustration for finding the intersection between a spherical trim surface and a plane according to the present invention.

도 13은 본 발명에 따른 CL-곡선 및 공구경로인 CL-경로를 보여주는 도면.Figure 13 shows a CL-path which is a CL-curve and toolpath according to the invention.

이하, 본 발명을 첨부된 예시 도면에 의거 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 다면체 곡면의 가공을 위한 NC(numerical control) 경로 생성 방법의 전반적 절차는 도 2에 도시된 바와 같다. 먼저 기하정보만을 갖는 다면체 모델을 입력받아 데이터 구조를 만들면서 위상학적인 관계를 부여한다.The overall procedure of the method of generating a numerical control (NC) path for processing a polyhedral curved surface according to the present invention is shown in FIG. 2. First, it takes a polyhedral model with only geometry and creates a data structure and gives it a topological relationship.

그리고 공구 진행 방향이 x축과 평행하도록 다면체모델을 좌표변환(coordinates transformation) 시키고, xz평면과 평행한 드라이브 평면들(drive plane)을 정의한다. 그리고 위상정보가 부여된 다면체를 이용하여 모서리의 속성(오목, 볼록, 새들,평편)을 정의한다. 다면체를 이루는 요소 중 삼각면, 볼록한 모서리, 볼록한 꼭각각을 옵셋시킨후 일련의 드라이브 평면들과의 교선을 한꺼번에 구한다. 하나의 드라이브 평면 위에 있는 교선의 들을 재배열(sorting)하고 겹치는 구간은 아래 부분(z축값 기준)을 제거 한 후, 연결함으로써 최종적인 CL(cutter location)경로 데이터를 생성할 수 있다.Then, the polyhedral model is coordinated so that the tool direction is parallel to the x-axis, and the drive planes parallel to the xz plane are defined. Using the polyhedron with topological information, we define the properties of the edges (concave, convex, saddle, flat). Among the elements that form a polyhedron, the triangular plane, the convex edges, and the convex corners are offset, and the intersections with the series of drive planes are obtained at once. By arranging the intersections of one drive plane and overlapping sections, the bottom part (based on the z-axis value) can be removed and then connected to generate the final cutter location data.

또한, 이와 같은 본 발명에 따른 CL 데이터의 생성 방법을 그림으로 표현하면 도 3과 같다.In addition, the method of generating CL data according to the present invention is illustrated in FIG. 3.

즉, 도 3a는 입력된 다면체 모델에 위상정보를 부여하고 모서리의 속성을 정의한 것이고, 도 3b는 드라이브 평면이 xz 평면과 평행하도록 다면체 모델을 좌표변환시킨 후 드라이브 평면을 정의한 것이고, 도 3c는 다면체의 옵셋된 요소들(삼각면, 원통 트림면, 구 트림면)을 슬라이싱(slicing)을 행하고, 재배열(sorting), 연결(linking)하여 CL 데이터를 생성한 것이고, 도 3d는 원래의 좌표로 회전변환된 CL 데이터를 보여준다.That is, Figure 3a is to give the phase information to the input polyhedron model and define the properties of the edge, Figure 3b is to define the drive plane after the coordinate transformation of the polyhedral model so that the drive plane is parallel to the xz plane, Figure 3c is a polyhedron CL data is generated by slicing, rearranging, and linking offset elements of the triangle (triangular, cylindrical, and spherical), and FIG. 3D shows the original coordinates. Show the rotationally converted CL data.

이제, 위에서 설명된 전반적인 절차 중 중요한 과정을 자세히 살펴보면 다음과 같다.Now, let's take a closer look at the important steps in the overall procedure described above.

본 발명에 따른 방법에 입력되는 다면체 모델은 꼭지점 공유규칙을 만족하는 기하정보만을 가진 다면체 모델로서 이에 위상정보를 부여한 다면체 모델을 효율적으로 표현하기 위한 자료 구조가 도 4에 도시되어 있다. 각각의 꼭지점은 그것에 연결된 모서리(V1: e1,e2, e5; V2: e2, e3; V3: e1, e3, e4; V4: e4, e5)를 찾기 위해 모서리에 대한 포인터(V1→e1, V1→e2, V1→e5; V2→e2, V2→e3; V3→e1, V3→e3, V3→e4; V4→e4, V4→e5)를 가지고 있어야 한다.The polyhedron model inputted to the method according to the present invention is a polyhedron model having only geometric information that satisfies the vertex sharing rule. Each vertex has an edge connected to it (V 1 : e 1, e 2 , e 5 ; V 2 : e 2 , e 3 ; V 3 : e 1 , e 3 , e 4 ; V 4 : e 4 , e 5 ) Pointer to the corner to find (V 1 → e 1 , V 1 → e 2 , V 1 → e 5 ; V 2 → e 2 , V 2 → e 3 ; V 3 → e 1 , V 3 → e 3 , Must have V 3 → e 4 ; V 4 → e 4 , V 4 → e 5 ).

그러나 하나의 꼭지점이 연결된 모든 모서리에 대한 포인터를 가지면 정보의 량이 너무 많아지기 때문에 첫 번째 모서리에 대한 포인터만을 가진다(V1→e1; V2→e2; V3→e1; V4→e4). 그리고 모든 모서리는 두 개의 꼭지점에 대한 포인터(e1→V1, V3; e2→V1, V2; e3→V2, V3; e4→V3, V4; e5→V1, V4)를 가지고, 하나의 모서리에 이웃하는 두 개의 삼각면에 대한 포인터(e1→T1, T2; e2→T1, NULL; e3→T1, NULL; e4→T2, NULL; e5→T2, NULL)를 가진다.However, if one vertex has pointers to all connected edges, the amount of information is so large that only the pointer to the first edge is available (V 1 → e 1 ; V 2 → e 2 ; V 3 → e 1 ; V 4 → e 4 ). And all corners are pointers to two vertices (e 1 → V 1 , V 3 ; e 2 → V 1 , V 2 ; e 3 → V 2 , V 3 ; e 4 → V 3 , V 4 ; e 5 → Pointers to two triangular planes adjacent to one corner with V 1 , V 4 (e 1 → T 1 , T 2 ; e 2 → T 1 , NULL; e 3 → T 1 , NULL; e 4 → T 2 , NULL; e 5 → T 2 , NULL).

만약 이웃하는 삼각면이 하나만 존재할 경우(경계모서리) 나머지 포인터는 NULL 값을 갖는다. 삼각면은 3개의 모서리에 대한 포인터(T1→e1, e2, e3; T2→e1, e4, e5)를 가지고, 모든 삼각면, 모서리, 꼭지점은 각각 닫혀진 연결 리스트 구조로 되어있다.If there is only one neighboring triangle (boundary edge), the rest of the pointers are NULL. The triangle has pointers to three edges (T 1 → e 1 , e 2 , e 3 ; T 2 → e 1 , e 4 , e 5 ), and all triangles, edges, and vertices are closed list structures, respectively. It is.

이제, 다면체를 구성하는 요소들인 삼각면, 모서리, 꼭지점의 옵셋 방법을 살펴보자.Now, let's look at how to offset the triangles, edges, and vertices that make up the polyhedron.

먼저, 삼각면의 옵셋은 삼각면을 법선벡타 방향으로 공구 반경만큼 평행이동시킨 삼각면이 된다.First, the offset of the triangular plane becomes a triangular plane in which the triangular plane is parallelly moved by the tool radius in the normal beta direction.

모서리의 옵셋을 위하여는 모서리의 속성을 이용하면 매우 효율적이다. 도 5는 모서리의 속성을 보여주는 것으로 표 1과 같이 구분된다.For the edge offset, it is very efficient to use the edge property. Figure 5 shows the properties of the corner is divided as shown in Table 1.

속 성property 정 의Justice 볼록(CONVEX)Convex (CONVEX) 이웃하는 두 삼각면이 서로 볼록할 경우If two neighboring triangles are convex, 오목(CONCAVE)CONCAVE 이웃하는 두 삼각면이 서로 오목할 경우When two neighboring triangles are concave 편평(FLAT)Flat (FLAT) 이웃하는 두 삼각면이 서로 평행할 때When two neighboring triangles are parallel to each other

여기서 모서리의 속성은 이웃하는 두 삼각면을 이용하여 쉽게 그 속성을 정의할 수 있다. 그러나 모서리가 다면체 모델의 경계에 위치할 경우 그 모서리에 z축으로 평행한 가상 삼각면을 만들어 모서리의 속성을 정의한다(도 6).Here, the edge property can be easily defined using two neighboring triangles. However, if the edge is located at the boundary of the polyhedron model, a virtual triangular parallel to the edge of the z-axis is created to define the properties of the edge (Fig. 6).

모서리의 속성에 따른 옵셋된 요소의 형태는 도 7과 같은데 볼록한 모서리에서는 원통 트림면(7a), 오목한 모서리의 경우에는 이웃하는 두 삼각면간에 교선(7b)이 발생되고, 편평할 경우에는 모서리의 형태(7c)로 나타난다.The shape of the offset element according to the property of the edge is shown in FIG. 7, in the case of a convex edge, a cylindrical trim face 7a, and in the case of a concave edge, an intersection line 7b is generated between two neighboring triangular planes. It is shown in form 7c.

여기서 볼록한 모서리에서 생성되는 원통 트림면은 2개의 선분과 2개의 원호로 구성되는데, 원호는 2차 유리 베지어 곡선 등으로 표현된다.Here, the cylindrical trim surface generated at the convex edge is composed of two line segments and two circular arcs, which are represented by a secondary glass Bezier curve or the like.

한편, 꼭지점의 속성은 볼록(CONVEX), 오목(CONCAVE), 편평(FLAT), 새들(SADDLE)로 구분할 수 있다. 여기서, 상기 꼭지점의 속성에 따른 옵셋된 형태는 도 8과 같이 되는데, 이때 볼록한 꼭지점에서는 구 트림면이 생성되고, 오목할 경우에는 꼭지점에 연결된 삼각면들간에 교선이 발생한다. 그리고 편평할 경우에는 꼭지점의 형태로 나타난다. 도 8에서 볼록한 꼭지점에 의한 구면의 경계곡선은 이 꼭지점에 연결된 모서리의 원통 트림면의 경계곡선과 동일하다.On the other hand, the attributes of the vertex can be divided into convex (CONVEX), concave (CONCAVE), flat (FLAT), saddle (SADDLE). Here, the offset form according to the property of the vertex is as shown in Figure 8, wherein the convex vertex is created a spherical trim surface, if the concave the intersection between the triangular planes connected to the vertex. And when it is flat, it appears as a vertex. The boundary curve of the spherical surface by the convex vertex in FIG. 8 is the same as the boundary curve of the cylindrical trim surface of the edge connected to this vertex.

한편, 꼭지점의 속성은 연결된 모서리의 속성을 이용하여 정의하는데 이는 모서리 속성에 따른 꼭지점의 속성을 보여주는 표 2와 같이 정리된다.Meanwhile, the attributes of the vertices are defined using the attributes of the connected edges, which are summarized in Table 2 showing the attributes of the vertices according to the corner attributes.

모서리의 수Number of corners 모서리의 속성Corner properties 꼭지점의 속성Vertex properties 구면의 생성 여부Whether a sphere is created 3개Three 모든 모서리가 CONVEXAll corners are CONVEX CONVEXCONVEX female 모든 모서리가 CONCAVEAll corners are CONCAVE CONCAVECONCAVE part 모든 모서리가 FLATAll corners are FLAT FLATFLAT part 4개Four CONVEX모서리가 3개이상3 or more CONVEX edges CONVEXCONVEX female CONVEX모서리가 3개미만There are less than three CONVEX corners SADDLE, CONCAVE FLATSADDLE, CONCAVE FLAT part 5개 이상5 or more 볼록한 모서리만으로 다면체가 재구성 되면If the polyhedron is reconstructed with only convex edges, CONVEXCONVEX female 아니면if not CONCAVECONCAVE part

여기서 꼭지점이 다면체 모델의 경계에 위치할 경우 도 9에서처럼 z축으로 평행한 두 개의 가상 삼각면을 만들고, 이것을 이용하여 가상 모서리의 속성을 정의한 다음, 표 2에 의해 경계부분의 꼭지점 속성을 정의할 수 있다.Here, when the vertex is located at the boundary of the polyhedron model, two virtual triangular planes parallel to the z-axis are created as shown in FIG. 9, and the properties of the virtual edges are defined using this, and then the vertex properties of the boundary are defined according to Table 2. Can be.

만약, 꼭지점에 연결된 모서리가 5개 이상이고 그들의 속성이 볼록, 오목 및 편평 등 여러 가지로 이루어져 있을 경우 꼭지점의 속성을 정의하기가 쉽지 않다. 이 경우 꼭지점의 속성을 정의하는 과정은 도 10에 도시되어 있으며 이를 자세히 살펴보면 다음과 같다.If there are five or more edges connected to the vertex and their properties consist of convex, concave and flat, it is not easy to define the vertex properties. In this case, the process of defining the attributes of the vertices is shown in FIG. 10.

먼저 도 10a와 같이 볼록하고 오목한 모서리들로 구성된 다면체 모델에서 오목한 모서리를 제거하면서 다면체 모델을 재구성한다. 재구성된 다면체 모델의 모서리의 속성을 정의한다(도 10b). 만약 재구성된 다면체 모델에 오목한 모서리가 또 존재하면 볼록한 모서리들만으로 다면체 모델이 될 때까지 앞의 과정을 반복한다(도 10c). 이런 과정 중에 볼록한 모서리가 3개미만이 되면 이는 볼록 꼭지점이 아니므로 구면을 생성하지 않는다. 볼록한 모서리만을 갖는 다면체가 만들어지면 이들 모서리들을 이용하여 옵셋된 구면의 경계곡선을 구한다(도 10d).First, the polyhedral model is reconstructed while removing the concave edges from the polyhedron model composed of convex and concave edges as shown in FIG. 10A. Define the properties of the edges of the reconstructed polyhedron model (FIG. 10B). If there is another concave edge in the reconstructed polyhedron model, the above process is repeated until the polyhedral model is formed with only convex edges (FIG. 10C). If there are fewer than three convex edges during this process, they are not convex vertices and do not create a sphere. Once a polyhedron with convex edges is made, these edges are used to obtain the boundary curve of the offset sphere (FIG. 10D).

이상과 같이 본 발명에서는 다면체 모델의 위상정보를 이용하여 기하학적 속성을 정의함으로써 삼각면, 모서리 및 꼭지점의 옵셋된 형상을 정확하게 표현 할 수 있다.As described above, in the present invention, the geometrical properties are defined using the topological information of the polyhedron model to accurately represent the offset shapes of the triangular plane, the corners, and the vertices.

이제, 위에서 설명된 옵셋된 삼각면, 원통 트림면, 구 트림면과 드라이브 평면간의 교선 처리 문제를 자세히 살펴보면 다음과 같다.Now, let's take a closer look at the problem of the intersection between the offset triangular, cylindrical trim, spherical trim and drive planes described above.

우선 하나의 옵셋된 요소(삼각면, 원통트림면, 구 트림면)에 대해 y축 방향으로 최소값과 최대값을 구한다. 최소값과 최대값의 범위내에 있는 드라이브 평면들을 찾고, 이 평면들과 옵셋된 요소들과의 교선(이 교선을 'CL-곡선'이라 한다)을 구하여 해당되는 드라이브 평면 별로 저장한다. 각 옵셋 요소와 하나의 드라이브 평면과의 교선을 구하는 과정의 자세한 설명은 다음과 같다.First, find the minimum and maximum values in the y-axis direction for one offset element (triangular face, cylindrical trim face, or spherical trim face). Find the drive planes within the range of minimum and maximum values, find the intersection between these planes and the offset elements (this intersection is called the 'CL-curve') and store for each drive plane. A detailed description of the process of finding the intersection between each offset element and one drive plane is as follows.

옵셋된 삼각면과 평면간의 교선 처리 과정에서는 평면과 삼각면 세 모서리와의 두 교점을 구하여 이를 연결시킨 선분이 CL-곡선이 된다.In the process of intersection between the offset triangular plane and the plane, the line segment obtained by connecting two intersection points between the plane and the three edges of the plane becomes a CL-curve.

원통 트림면과 평면과의 교선은 타원호 또는 선분이 된다. 먼저 드라이브 평면과 원통 트림면 경계 곡선(2개의 선분과 두 개의 원호)과의 교점 V0, V2를 계산한다(도 11). V0와 V2를 원통 트림면의 base 평면에 수직으로 투영시켜 SP와 EP를 구하고, 이 두 점과 base 평면상에 있는 원의 중심점을 이용하여 원호가 되도록 2차 유리 베지어 곡선의 두 번째 control point(MP)와 weight를 구한다. MP를 다시 드라이브 평면에 투영시켜 V1을 구한다. 이때 V1의 weight는 MP의 그것과 동일하다. 만약, V0, V2의 투영점 SP와 EP가 일치하면 교선은 V0, V2를 잇는 선분이 된다.The intersection between the cylindrical trim face and the plane becomes an elliptical arc or line segment. First, the intersections V 0 and V 2 between the drive plane and the cylindrical trim surface boundary curve (two line segments and two circular arcs) are calculated (FIG. 11). Obtain SP and EP by projecting V 0 and V 2 perpendicular to the base plane of the cylindrical trim face, and use the second point of the second glass Bezier curve to make an arc using these two points and the center point of the circle on the base plane. Find the control point (MP) and weight. Project MP back to the drive plane to find V 1 . Where the weight of V 1 is equal to that of MP. If, V 0, when the projection points SP and EP of the V 2 matches line of intersection is a line segment that connects the V 0, V 2.

한편, 구 트림면과 평면간의 교선은 원호가 되는데, 먼저 구면의 경계곡선(3개 이상의 원호)과 평면과의 교점 V0, V2를 구한다. 다음, 구의 중심점(B)을 드라이브 평면에 수직으로 투영시켜서 원의 중심점인 C를 구한다. 이때 구하고자하는 교선(CL-곡선)은 중심점이 C이고 시작점 V0, 끝점 V2인 원호이다. 이 원호는 2차 유리 베지어 곡선으로 표현된다.On the other hand, the intersection between the spherical trim surface and the plane becomes an arc. First, the intersections V 0 and V 2 between the spherical boundary curve (three or more arcs) and the plane are obtained. Next, the center point B of the sphere is projected perpendicular to the drive plane to find the center point C of the circle. At this time, the intersection line (CL-curve) to be obtained is a circular arc having a center point C, a start point V 0 and an end point V 2 . This arc is represented by a secondary glass Bezier curve.

위와 같은 방법에 의해 구해진 교선들은 각 드라이브 평면 별로 저장되어 있으며 오목한 부분에서는 겹쳐져 있다. 각 드라이브 평면에 있는 CL-곡선은 임의의 순서로 나열되어 있기 때문에 효율적인 트리밍 작업을 위해 시작점의 x축 값 크기에 따라 재배열(sorting) 한다. 다음 곡선간의 교점을 계산하게 되는데, 이때 겹치는 곡선들은 z축을 기준으로 맨 위에 있는 것을 택하고 나머지는 버린다(도 13). 이 과정에서 오목 간섭(concave gouge)이 제거되고 이 CL-곡선들을 연결하면 하나의 CL-경로가 얻어 진다.The intersections obtained by the above method are stored for each drive plane and overlap in the concave part. Since the CL-curves in each drive plane are listed in random order, they are sorted according to the size of the x-axis value of the starting point for efficient trimming. The intersection point of the next curve is calculated, where overlapping curves are selected at the top with respect to the z axis and the rest are discarded (FIG. 13). In this process, concave gouges are eliminated and one CL-path is obtained by connecting these CL-curves.

이렇게 얻어진 CL-경로는 선분, 원호 또는 타원호로 이루어져 있으며 이 경로를 따라 가공하면 주어진 다면체를 정확히 가공할 수 있다. 이 CL-경로는 NC 기계의 종류에 따라 후처리 과정을 거쳐 NC 데이터로 만들어진다.The CL-paths thus obtained consist of line segments, arcs or elliptical arcs and can be machined along this path to precisely machine a given polyhedron. The CL-path is post-processed and made into NC data, depending on the type of NC machine.

이상 설명에서와 같이 본 발명은 다면체 모델의 위상학적 관계를 이용하여 모서리나 꼭지점의 속성을 정의함으로써 볼록한 모서리나 꼭지점에서 생성되는 원통 트림면과 구 트림면을 정확하게 표현할 수 있으며 각각의 옵셋된 요소와 교선 발생 가능한 드라이브 평면간의 교선을 한꺼번에 구함으로써 간섭검사를 위해 인근의 삼각면을 찾아 줄 필요가 없다. 또한 슬라이싱후 생성되는 곡선 및 선분을 재배열, 트리밍, 연결과정을 거침으로써 CL 점이 아닌 CL 곡선으로 이루어진 NC 데이터를 안정적이고 빠르게 계산 할 수 있으며, 다면체 모델을 오차 없이 정확하게 가공할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention can accurately represent the cylindrical and spherical trim surfaces generated at the convex edges or vertices by defining the properties of edges or vertices using the topological relationship of the polyhedron model. By finding the intersections between possible drive planes at the same time, it is not necessary to find a nearby triangular plane for interference inspection. In addition, by reordering, trimming, and connecting curves and segments generated after slicing, NC data consisting of CL curves rather than CL points can be calculated reliably and quickly, and it is effective to accurately process polyhedral models without errors. .

Claims (1)

컴퓨터를 이용한 공구간섭 없는 3축 NC 가공경로 생성에 있어서,In generating a 3-axis NC machining path without tool interference using a computer, 꼭지점 공유법칙을 만족하고 기하학적 성질만을 갖는 다면체 모델에 위상학적 성질을 부여하는 과정과, 위상학적 관계를 이용하여 모서리와 꼭지점의 기하학적 특성(볼록, 오목, 편평, 새들)을 정의하는 과정과, 삼각면, 볼록한 모서리나 꼭지점에서 생성되는 삼각면, 원통 트림면과 구 트림면을 정확하게 표현하는 과정과, 각각의 옵셋된 요소와 교선 발생가능한 드라이브 평면들간의 교선을 한꺼번에 구하는 과정과, 슬라이싱 후 생성되는 곡선 데이터를 재배열, 트리밍, 연결하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다면체 모델의 NC 가공경로 생성을 위한 곡선기반 방법.The process of assigning topological properties to a polyhedral model that satisfies the vertex sharing law and has only geometric properties, the process of defining the geometric characteristics (convex, concave, flat, saddle) of edges and vertices using topological relationships, The process of accurately expressing faces, triangular planes created from convex edges or vertices, cylindrical trim surfaces, and spherical trim planes, obtaining intersections between the offset elements and possible drive planes at once, and after slicing Curve-based method for generating NC cutting paths of polyhedral models characterized by rearranging, trimming, and connecting curve data.
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