KR100597990B1 - 타이어 금형의 자동설계 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어의 금형을 설계하기 위하여 3차원 캐드시스템(CAD System)을 이용하여 금형 설계자가 반복적으로 데이터를 입력하고 형상을 모델링하는 과정을 자동으로 실행하는 타이어 금형의 자동설계 장치 및 방법에 관한 것으로, 타이어의 트레드패턴 및 단면을 입력하는 트레드패턴 및 단면 입력수단(31)과; 타이어 금형의 변형 설계에 필요한 데이터를 타이어 금형 설계자가 입력할 수 있게 하는 확산조건 입력수단(32)과; 타이어의 3차원 실체 형상을 생성하는 피치 솔리드형상 생성수단(33)과; 상기 타이어의 솔리드형상에 상기 타이어의 트레드패턴을 투영하는 트레드패턴 투영수단(34)과; 상기 트레드패턴이 투영된 솔리드형상에 트레드패턴을 새기는 트레드형상 생성수단(35)과; 상기 형성된 섹터형상을 조립하는 조립형상 생성수단(36)과; 상기 수단들을 제어하는 중앙처리장치(37)와; 상기 중앙처리장치 (37)의 제어에 의해 상기 수단들에 의해 출력되는 패턴 및 형상 데이터를 표시하는 표시수단(38)과; 상기 중앙처리장치(37)의 제어에 의해 타이어 금형에 필요한 데이터를 입력하는 데이터저장수단(39)으로 구성되어, 금형설계의 생산성 및 효율성을 높일 수 있고, 설계인력의 확보가 용이하다.

타이어, 몰드, 금형, 자동설계, 3차원 그래픽스, 모델링

Description

타이어 금형의 자동설계 장치 및 방법{Auto-designing apparatus for a tire mold and method therefor}

도1은 타이어 트레드의 일부를 절체한 사시도,

도2는 타이어 제조회사에서 제공하는 트레드의 기본 패턴의 일실시예,

도3은 본 발명의 타이어 금형의 설계장치를 실시하기 위한 퍼스널 컴퓨터의 개략적인 구성을 도시한 개략도,

도4는 컴퓨터 본체의 내부 구성을 나타내는 블록도,

도5는 본 발명에 의한 타이어 금형의 자동설계 장치의 기능별 블록도,

도6a는 금형 설계자가 입력한 트레드패턴이 표시수단에 표시되는 상태를 설명하는 설명도,

도6b는 타이어 제조회사가 금형 설계자에게 제공하는 기본 패턴조합,

도7은 본 발명에 의한 확산조건 입력수단이 표시수단에 표시하는 다이알로그 입력창의 일실시예,

도8은 타이어 제조회사에서 제공하는 패턴배열도의 일 실시예,

도9는 본 발명에 의해 생성되는 3차원 솔리드형상,

도10은 본 발명에 의해 트레드패턴이 투영된 포지티브 솔리드형상,

도11은 본 발명에 의한 데이터저장수단의 내부 구성을 나타내는 블록도,

도12a 및 도12b는 본 발명에 의한 타이어 금형의 자동설계 방법을 나타내는 플로우차트,

도13은 완성된 "①"번 섹터의 트레드패턴이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

31: 트레드패턴 및 단면 입력수단 32: 확산조건 입력수단

33: 피치 솔리드형상 생성수단 34: 트레드패턴 투영수단

35: 트레드형상 생성수단 36: 조립형상 생성수단

37: 중앙처리장치 38: 표시수단

39: 데이터저장수단

본 발명은 타이어 금형의 설계 자동화 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 타이어의 트레드패턴(tread pattern)을 입력하고 그 패턴을 타이어 솔리드(solid)형상에 투영하여 그 3차원형상을 자동으로 생성하는 타이어의 금형설계 작업을 자동으로 하기 위하여 3차원 캐드시스템(CAD System)을 이용하여 금형 설계자가 반복적으로 데이터를 입력하고 형상을 모델링하는 과정을 자동으로 실행하는 타이어 금형 의 자동설계 장치 및 방법에 관한 것이다.

타이어는 차륜의 바깥쪽을 구성하는 고무로 만든 테로서, 지면에 닿는 부분을 트레드(tread), 측면부분은 사이드(side)라고 부르며, 타이어의 트레드는 다양한 형상으로 제작되어 차량의 속도성능, 제동력, 조향성능, 방향안전성 등을 좌우하는 것으로, 특히 그 표면 형상이 도1에 도시된 바와 같이, 종방향 홈(1)과 횡방향 홈(2), 사이프(sipe:3)로 구분되어 견인마찰·제동성 등과 같은 성능을 발휘할 수 있도록 하고 있다.

이러한 타이어는 타이어 금형에 의하여 성형되어 제조되는데, 금형은 트레드 (tread)와 사이드(side) 부위의 금형을 각각 개별로 제작하여 이들을 서로 조합하여 최종 조립한 후, 이 금형에 의하여 타이어를 성형시켜 제품을 출시하게 된다. 여기서, 특히 트레드와 사이드부의 금형은 타이어의 크기, 차량의 종류, 성능, 진동특성, 기타 로고 및 문자 등을 새기기 위한 점들을 고려하여 다양한 형태로 그 형상을 변형시켜 설계하고 제작하게 된다.

트레드부의 경우 트레드에서 만들어지는 문양은 자동차의 종류와 진동특성, 디자인, 슬리핑 특성에 따라 새로운 패턴들을 개발하게 되는데, 이 패턴을 타이어 전체 트레드에 형성시킬 때에 조합조건에 따라서 각기 다른 크기와 위치로 차량의 종류에 따라 변형되어진다.

패턴의 조합형태는 타이어의 전체 트레드에서 다른 패턴으로 만들어지며, 이렇게 변화되면서 표준에 명시된 확산조건에 만족해야 하기 때문에 확산조건에 따라 서 각기 새로운 패턴으로 변형된다.

트레드의 패턴은 타이어의 원주상으로 균일하게 배치하지 않고 같은 패턴이지만 미세하게 약간씩 길이를 달리하여 배치하며, 이렇게 달라지는 기본단위를 피치(pitch)라고 한다.

트레드의 패턴은 타이어가 사용될 차량에 따라 다르게 적용되는 확산조건과 피치의 종류에 따라 치수가 변화되며, 이 때문에 차량의 종류, 타이어의 크기·주요 패턴의 피치 배열방법 등에 따라 여러 가지 다른 트레드의 패턴을 만들어낼 수 있다. 트레드의 패턴을 구성하는 몇가지 패턴을 타이어 제조회사에서 그 설계목적에 따라 금형 설계자에게 제공한다.

이와 같이 타이어 제조회사에서 제공되는 트레드패턴에 따라 금형 설계자는 캐드 소프트웨어(예를 들면, 유니그래픽스(Unigraphics), 카티아(Cartia) 등)를 이용하여 2차원 패턴을 스케치(sketch)하고 3차원으로 모델링한다.

도2에 타이어 제조회사에서 제공하는 트레드의 기본 패턴의 일실시예가 도시된다.

트레드의 기본 패턴에서 횡방향 홈(4)은 그 직경이 각각 다른 다수의 곡선으로 구성된다. 이 곡선의 수는 예측할 수 없이 많고 다양하지만 도시된 예를 들면 기본 패턴의 좌측부분에서 길이가 긴 횡방향 홈(4)을 구성하는 곡선의 수는 대략 17개이고, 짧은 횡방향 홈(5)을 구성하는 곡선의 수는 12개이고, 사이프(6)를 구성하는 곡선의 수는 3개이다.

이러한 곡선들은 기본 패턴의 우측부분에 대해 다시 다른 값을 가지게 되므로, 기본 패턴의 좌측과 우측 부분을 합쳐서 입력하여야 할 곡선 및 직선의 수가 60개이상이 된다.

하나의 섹터가 5개의 피치로 구성되는 경우, 입력하여야 할 곡선 및 직선의 수는 300개이상이 된다. 이렇게 하나의 섹터에 대해 300개이상의 패턴을 입력하는 작업을 반복한다.

한편, 하나의 타이어는 8개의 섹터(Sector), 즉 8개의 영역으로 분할하여 설계하기 때문에, 하나의 타이어에 대해 2,400개이상의 곡선 및 직선을 입력하는 반복 작업을 한다.

이러한 반복 작업 과정에서 금형 설계자는 동일패턴에서 확산되어지는 확산패턴에 따라 도면을 제작하고 3차원 모델링을 수행하는데, 치수기입의 오류나 도면 이해의 부족, 작업자 집중력의 감소 등으로 모델링에 에러를 발생하게 되는 문제점이 있다.

또한 수많은 반복적인 설계 작업으로 인하여 시간이 대단히 많이 소요되는 문제점이 있다.

이에 따라, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 복잡하고 반복적인 작업으로 구성되는 타이어 금형설계 작업에서 타이어의 확산조건에 따라 변경되어지는 트레드의 형상을 모델링하고, 확 산조건을 입력하여 타이어 형상의 조합설계가 자동으로 용이하게 이루어지게 하는 타이어 금형의 자동설계 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 타이어의 트레드형상을 자동으로 생성함으로써 복잡한 타이어 금형의 설계 작업을 신속하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 모델링과정에서 다수 발생할 수 있는 입력 실수를 사전에 방지하도록 시스템화함으로써 타이어 금형설계의 생산성 및 효율성을 높일 수 있는 타이어 금형의 자동설계 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 의한 타이어 금형의 자동설계 장치는 타이어의 트레드패턴 및 단면을 입력하는 트레드패턴 및 단면 입력수단과; 타이어 금형의 변형 설계에 필요한 데이터를 타이어 금형 설계자가 입력할 수 있게 하는 확산조건 입력수단과; 상기 트레드패턴을 구성하는 피치별로 3차원 실체 형상을 생성하는 피치 솔리드형상 생성수단과; 상기 타이어의 피치 솔리드형상에 상기 타이어의 트레드패턴을 투영하는 트레드패턴 투영수단과; 상기 트레드패턴이 투영된 피치 솔리드형상에 트레드패턴을 새기는 트레드형상 생성수단과; 상기 형성된 피치형상을 조립하는 조립형상 생성수단과; 상기 수단들을 제어하는 중앙처리장치와; 상기 중앙처리장치의 제어에 의해 상기 수단들에 의해 출력되는 패턴 및 형상 데이터를 표시하는 표시수단과; 상기 중앙처리장치의 제어에 의해 상기 수단들로 타이어 금형에 필요한 데이터를 저장하는 데이터저장수단으로 구성된다.

본 발명에 의한 타이어 금형 자동설계 장치의 데이터저장수단은 스케치 데이터베이스와, 패턴조합 데이터베이스와, 홈(groov)과 그 바닥면(floor)에 데이터를 저장하는 홈/바닥면 데이터베이스와, 패턴배열에 대한 데이터를 저장하는 패턴배열 데이터베이스로 구성된다.

본 발명에 의한 타이어 금형의 자동설계 방법은 트레드패턴과 타이어의 단면을 입력하는 단계와; 타이어 금형의 변형 설계에 필요한 확산조건 데이터를 입력하는 단계와; 상기 트레드패턴과 타이어 단면 입력단계에서 제공하는 타이어의 단면을 이용하여 타이어의 피치별 솔리드형상을 생성하는 단계와; 상기 타이어의 피치별 솔리드형상에 상기 타이어의 피치별 트레드패턴을 투영하는 단계와; 상기 트레드패턴이 투영된 피치 솔리드형상에 패턴을 새기는 단계와; 패턴이 새겨진 피치수가 상기 확산조건 데이터 입력단계에서 입력한 피치수보다 큰지를 판단하여 각 피치별로 트레드패턴의 형상을 생성하는 단계와; 각 섹터의 패턴배열과 일치하는 패턴조합을 패턴조합 데이터베이스에서 검색하고, 검색한 패턴조합에 따라 상기 피치별 트레드형상을 읽어 들여 해당섹터의 패턴배열에 따라 패턴을 조립하는 단계와; 섹터별로 패턴형상을 저장하기 위한 섹터별 패턴형상 파일 및 금형제작용 패턴형상 파일을 생성하는 단계와; 상기 생성된 섹터별 패턴형상 파일의 수가 상기 확산조건 데이터 입력단계에서 입력한 섹터수보다 큰지를 판단하여 섹터별로 패턴형상의 파일을 생성하는 단계와; 상기 생성된 섹터별 패턴형상을 조립하여 전체 타이어 형상을 완성하고 저장하는 단계로 구성된다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 첨부도면을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 보다 구체적으로 설명한다.

도3은 본 발명의 타이어 금형의 자동설계 장치를 실시하기 위한 퍼스널 컴퓨터의 개략적인 구성을 도시한 개략도이다.

10은 데이터 등을 입력하기 위한 키보드, 11은 사전에 기억된 처리프로그램에 따라 타이어의 금형을 예측하면서 제한조건을 고려하여 금형의 형상을 생성하는 컴퓨터 본체, 12는 컴퓨터 본체(11)의 연산결과 등을 표시하는 표시장치, 13은 타이어 금형의 자동설계 프로그램을 기록한 기록매체로부터 프로그램을 읽어 들이고 기록하는 기록매체 드라이버이고, 후술하는 처리루틴 등은 상기 기록매체로부터 기록매체 드라이버를 통해서 컴퓨터 본체(11)에 취입된다.

도4는 컴퓨터 본체의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.

처리프로그램에 따라 연산처리를 행하는 CPU(14)와, 데이터 또는 프로그램 등의 기억수단인 ROM(15), RAM(16), 메모리(17)와, 이 본체(11)와 다른 장치와의 데이터 등을 입출력하기 위한 입출력장치(18), 데이터 또는 명령이 출력 가능하도록 접속된 버스(19)와, 데이터 및 명령을 입력하기 위한 키보드, 마우스, 디지타이저 및 태블릿 등으로 구성되는 입력수단(20)으로 구성된다.

도5는 본 발명에 의한 타이어 금형의 자동설계 장치의 기능별 블록도이다.

타이어의 트레드패턴 및 단면을 입력하는 트레드패턴 및 단면 입력수단(31)과; 다이알로그 입력창에 의해 타이어 금형의 변형 설계에 필요한 데이터를 타이어 금형 설계자가 입력할 수 있게 하는 확산조건 입력수단(32)과; 상기 트레드패턴을 구성하는 피치별로 3차원 실체형상을 생성하는 피치 솔리드형상 생성수단(33)과; 상기 타이어의 피치 솔리드형상에 상기 타이어의 트레드패턴을 투영하는 트레드패턴 투영수단(34)과; 상기 트레드패턴이 투영된 피치 솔리드형상에 트레드패턴을 새기는 트레드형상 생성수단(35)과; 상기 형성된 피치형상을 조립하는 조립형상 생성수단(36)과; 상기 수단들을 제어하는 중앙처리장치(37)와; 상기 중앙처리장치(37)의 제어에 의해 상기 수단들에 의해 출력되는 패턴 및 형상 데이터를 표시하는 표시수단(38)과; 상기 중앙처리장치(37)의 제어에 의해 타이어 금형에 필요한 데이터를 입력하는 데이터저장수단(39)으로 구성된다.

트레드패턴 및 단면 입력수단(31)은 도4에 도시된 바와 같이 컴퓨터의 입력수단(20)과; 상기 입력수단(20)을 통해 입력되는 타이어 금형에 필요한 데이터를 처리하여 타이어 금형 형상을 생성하는 3차원 캐드프로그램을 저장하는 ROM(15) 및 RAM(16)과; 상기 3차원 캐드프로그램에 따라 연산처리를 행하는 CPU(14)와; 상기 입력수단(20)과 상기 CPU(14)와 데이터 등을 입출력하기 위한 입출력장치(18), 데이터 또는 명령이 출력 가능하도록 접속된 버스(19)로 구성된다.

타이어 금형 설계자는 컴퓨터에 의해 실행되는 3차원 캐드프로그램을 구동하여 타이어 제조회사에서 제공하는 트레드패턴 스케치와, 타이어의 단면을 나타내는 단면 스케치를 입력수단(20)을 통해 3차원 캐드프로그램(CAD Program)에 입력한다. 이렇게 입력된 트레드패턴 스케치는 상기 데이터저장수단(39)의 스케치 데이터베이스(39a)에 저장된다.

타이어의 트레드패턴을 입력받은 3차원 캐드프로그램은 표시수단(38)에 도6a에 도시된 바와 같이 트레드패턴을 3차원 좌표계에 표시한다.

도6a에 도시된 트레드패턴은 다수의 직선과 곡선들로 구성되며, 각 직선들과 곡선들의 칫수(dimension)들 사이의 관계를 구속조건으로 입력하고, 또한 형상 (geometry)도 그 형상들을 구성하는 형상요소 사이에 지켜져야 할 관계를 구속조건으로 입력한다. 이러한 구속조건의 입력으로 설계변경에 따라 형상들도 자동으로 변경할 수 있다.

타이어 제조회사는 상기 트레드패턴과 모양은 유사하지만 각각 서로 길이가 다른 피치1, 피치2, 피치3,...으로 구성된 기본 패턴조합을 금형 설계자에게 제공한다.

도6b에 타이어 제조회사가 금형 설계자에게 제공하는 기본 패턴조합을 도시한다.

기본 패턴조합에서 이러한 3∼5개의 피치는 서로 간섭하고 있으며, 이들 간섭하는 피치들의 순서를 바꾸어 배열하여 여러 가지 패턴조합을 형성할 수 있다.

이렇게 패턴조합 데이터베이스(39b)에 저장된 패턴조합은 타이어 제조회사가 제공하는 패턴 배열도에 따라 하나의 섹터에 들어가는 트레드를 완성하기 위해 사용된다.

본 발명에 의한 확산조건 입력수단(32)은 컴퓨터와 3차원 캐드프로그램으로 구성될 수 있으며, 다이알로그 입력창을 도7에 도시된 바와 같이 표시수단(38)에 표시한다.

본 발명에 의한 다이알로그 입력창은 패턴조합의 수와 변수(parameter)의 수를 입력하는 패턴조합/변수 갯수 영역(51)과; 도면의 명칭을 입력할 수 있는 도면명칭 영역(52)과; 패턴조합의 명칭, 상기 패턴조합을 구성하는 피치의 길이, 상기 패턴조합에 해당하는 변수를 입력하는 패턴조합/변수값 영역(53)과; 금형으로 설계할 대상섹터의 갯수를 입력하는 섹터 갯수 영역(54)과; 상호 간섭하는 피치의 갯수를 입력하는 간섭피치 갯수 영역(55)과; 각 섹터별로 그 섹터를 구성하는 피치의 배열상태를 입력하는 패턴배열 영역(56)과; 인접 섹터와 겹치는 피치의 값과 잘라내는 여유량을 입력할 수 있는 시프트/컷 영역(57)과; 홈(groov)과 그 홈에 대응하는 바닥면(floor)을 입력할 수 있는 홈/바닥 영역(58)과; 하나의 섹터에 포함되는 피치의 갯수를 입력할 수 있는 피치갯수 영역(59)과; 상기 각 입력데이터를 갱신하는 갱신명령버튼(60)으로 구성된다.

패턴조합/변수 갯수 영역(51)은 행과 열을 입력하는 2개의 입력영역으로 되어 있으며, 행은 트레드패턴이 가지는 조합의 수를 가리킨다. 예를 들어, 트레드패턴이 뒤에 오는 패턴의 영향을 받으며 5개의 피치를 가진다고 할 때, 5×5=25의 패턴조합을 가질 수 있다.

열에는 기준 피치에서 변수값을 변경하여 새로운 피치를 만들 때 변경하는 변수의 갯수를 입력한다.

도면명칭 영역(52)은 해당 트레드패턴을 생성하기 위한 기본 데이터파일에 사용되는 명칭을 입력한다.

패턴조합/변수값 영역(53)에는 도6b에 도시한 바와 같이 유사한 방법으로 패턴조합의 명칭, 상기 패턴조합을 구성하는 피치의 길이, 상기 패턴조합에 해당하는 변수를 입력한다.

이렇게 패턴조합에 관련된 데이터는 각각의 패턴조합을 표1과 같이 패턴조합을 만들어 데이터저장수단(39)의 패턴조합 데이터베이스(39b)에 저장된다.

각각의 패턴조합에 대해 첫번째 열에는 패턴조합의 명칭이 들어가고, 명칭의 형식은 각 피치를 중심으로 회전방향의 앞과 뒤에 위치하는 다른 피치들을 배열하여 구성하고, 각 패턴이 앞 뒷쪽으로 간섭받는 수에 따라 피치값을 입력하여 패턴조합을 입력한다.

Part_name(패턴조합)	P_Alter	Pitch	P_Alter2
pattern111	59.241	59.241	59.241
pattern112	59.241	59.241	66.647
pattern113	59.241	59.241	74.052
pattern211	66.647	59.241	59.241
...	...	...	...

섹터갯수 영역(54)은 금형으로 설계할 대상섹터 금형의 갯수를 입력하고, 간 섭피치 갯수 영역(55)은 상호 간섭하는 피치의 갯수를 입력한다.

패턴배열 영역(56)은 도8에 도시된 바와 같이 타이어 제조회사에서 제공하는 패턴배열도(도8 참조)에 따라 각 섹터별로 패턴배열을 입력하며, 3개의 칸 중 첫째 칸은 앞섹터의 패턴배열이고, 둘째 칸은 해당섹터의 패턴배열이고, 세번째 칸은 뒤쪽 섹터의 패턴배열이다.

타이어 제조회사에서 제공하는 패턴배열도 도8에 따라, 해당섹터와 타이어 회전방향으로 전방으로 인접하는 앞섹터와 타이어 회전방향의 반대방향으로 인접하는 뒷섹터의 패턴배열을 고려하여, 첫째 칸은 앞섹터의 패턴배열 중 간섭하는 피치 갯수(예, 2개의 피치)만큼의 패턴배열을 기재하고, 세번째 칸은 뒷섹터의 패턴배열 중 간섭하는 피치 갯수(예, 2개의 피치)만큼의 패턴배열을 기재하여 하나의 섹터에 들어가는 패턴배열을 완성한다.

예를 들면, "①"번 섹터는 타이어의 회전방향으로 피치2, 피치2, 피치3, 피치3, 피치1가 배열된다. 앞쪽 "②"번 섹터는 타이어의 회전방향으로 피치3, 피치3, 피치1, 피치1, 피치1로 배열되고, 뒷쪽 "⑧"번 섹터는 타이어의 회전방향으로 피치3, 피치2, 피치1, 피치1, 피치3으로 배열되므로, 2개 피치가 간섭하는 경우 첫째 행 첫째칸에 "11"을 기입하고, 둘째 칸은 "22331"을 기입하고, 셋째 칸은 "32"를 기입하여 "①"번 섹터에 대하여 앞과 뒤로 간섭하는 섹터의 패턴배열을 기입하여 "①"번 섹터를 완성한다. 나머지 ②∼⑧ 섹터에 대해서도 동일한 과정을 거쳐 섹터를 완성한다.

시프트값(Shift value)에는 각 섹터를 트림(trim)할 때 시프트되는 값을 입력하고, 컷여유량(Cut value)에는 시프트값(Shift value)을 이용하여 트림할 때 주는 여유량을 입력한다.

이렇게 패턴배열에 관련된 데이터는 데이터저장수단(39)의 패턴배열 데이터베이스(39d)에 저장된다.

홈/바닥 영역(58)은 각각의 홈을 새길 때 그 바닥을 이루는 바닥면을 대응시켜 입력한다. 여기서 입력되는 홈과 그에 대응하는 바닥면에 관련된 데이터는 데이터저장수단(39)의 홈/바닥면 데이터베이스(39c)에 저장된다.

피치갯수 영역(59)에는 하나의 섹터에 포함되는 피치의 갯수를 입력한다.

피치 솔리드형상 생성수단(33)은 컴퓨터와 3차원 캐드프로그램으로 구성될 수 있으며, 타이어 금형 설계자가 트레드패턴 및 단면 입력수단(31)을 통해 입력한 타이어의 단면을 나타내는 "프로파일 스케치"를 해당피치의 각도만큼 회전시켜 해당 피치별로 3차원 솔리드형상(실체형상)을 생성한다.

피치 솔리드형상 생성수단(33)은 입력수단(20)을 통해 입력되는 3차원 솔리드 생성명령(예를 들면, "Revolve" 명령)에 의해 상기 3차원 캐드프로그램은 하나의 피치에 대해 3차원 솔리드형상을 생성한다.

도9에 본 발명에 의해 생성되는 3차원 솔리드형상이 도시된다.

본 발명에 의해 생성되는 3차원 솔리드형상은 타이어의 포지티브(positive) 형상을 이루는 포지티브 솔리드형상(71)과, 홈을 포켓으로 생성할 때 바닥(floor)이 되는 바닥면(72)과, 타이어의 네가티브(negative) 형상을 이루는 네가티브 솔리드형상(73)으로 구성된다.

트레드패턴 투영수단(34)은 컴퓨터와 3차원 캐드프로그램으로 구성될 수 있 으며, 상기 트레드패턴 및 단면 입력수단(31)에서 입력된 2차원 트레드패턴과 상기 확산조건 입력수단(32)에서 입력된 해당섹터에 새겨지는 트레드형상에 대한 데이터를 읽어들여 상기 포지티브 솔리드형상(71)에 도10에 도시된 바와 같이 투영한다.

상기 솔리드형상 생성수단(33)에 의해 생성된 포지티브 솔리드형상(71)에 트레드패턴 및 단면 입력수단(31)에 의해 입력되어 스케치 데이터베이스(39a)에 저장되어 있는 트레드패턴(81)을 읽어들여 투영한다.

트레드형상 생성수단(35)은 컴퓨터와 3차원 캐드프로그램으로 구성될 수 있으며, 입력수단(20)을 통해 입력되는 트레드형상 생성명령(예를 들면, "Pocket" 명령)에 의해 상기 3차원 캐드프로그램은 상기 트레드패턴이 투영된 솔리드형상에 대해 홈과 그에 대응하는 바닥을 읽어 들여 횡방향 홈과 종방향 홈 및 사이프(sipe)를 형성한다.

이때 종방향 홈들은 피치의 원주를 따라 생성되어야 하므로, 종방향 홈들은 도6a 및 도6b에 도시된 트레드패턴의 형상을 새긴(예를 들면, "Pocket"명령 실행) 후에 종방향 홈에 해당하는 홈들을 각 피치의 각도만큼 회전(예를 들면, "Revolve"명령)시켜 생성한다.

조립형상 생성수단(36)은 컴퓨터와 3차원 캐드프로그램으로 구성될 수 있으며, 만들어진 피치별 트레드형상을 도8에 도시된 섹터별 패턴 배열도에 따라 각 섹터들을 생성하고 그 섹터들을 조립하여 타이어 형상을 생성한다.

데이터저장수단(39)은 도11에 도시된 바와 같이 스케치 데이터베이스(39a)와, 패턴조합 데이터베이스(39b)와, 홈과 그 바닥면에 데이터를 저장하는 홈/바닥면 데이터베이스(39c)와, 패턴배열에 대한 데이터를 저장하는 패턴배열 데이터베이스(39d)로 구성된다.

도12a 및 도12b에 본 발명에 의한 타이어 금형의 자동설계 방법을 나타내는 플로우차트가 도시된다.

본 발명에 의한 타이어 금형의 자동설계 방법은 타이어의 섹터를 모델링 하기 위해 필요한 트레드패턴과 타이어의 단면을 입력하는 단계(S1)와; 타이어 금형의 변형 설계에 필요한 확산조건 데이터를 입력하는 단계(S2)와; 상기 트레드패턴과 타이어 단면 입력단계에서 제공하는 타이어의 단면을 이용하여 트레드패턴의 피치별 솔리드형상을 생성하는 단계(S3)와; 상기 타이어의 피치별 솔리드형상에 상기 타이어의 피치별 트레드패턴을 투영하는 단계(S4)와; 상기 트레드패턴이 투영된 피치 솔리드형상에 패턴을 새기는 단계(S5)와; 패턴이 새겨진 피치수가 상기 확산조건 입력단계에서 입력한 피치수보다 큰지를 판단하여 각 피치별로 트레드패턴의 형상을 생성하는 단계(S6)와; 각 섹터의 패턴배열과 일치하는 패턴조합을 패턴조합 데이터베이스(39b)에서 검색하고, 검색한 패턴조합에 따라 상기 피치별 트레드형상을 읽어 들여 해당 섹터의 패턴배열에 따라 패턴을 조립하는 단계(S7)와; 섹터별로 패턴형상을 저장하기 위한 섹터별 패턴형상 파일 및 금형제작용 패턴형상 파일을 생성하는 단계(S8)와; 상기 생성된 섹터별 패턴형상 파일의 수가 섹터수보다 큰지를 판단하여 섹터별로 패턴형상의 파일을 생성하는 단계(S9)와; 상기 생성된 섹터별 패턴형상을 조립하여 전체 타이어 형상을 완성하고 저장하는 단계(S10)로 구성된다.

단계 S1에서 타이어 금형 설계자는 컴퓨터 본체(11)에 의해 실행되는 3차원 캐드프로그램을 구동하여 타이어 제조회사에서 제공하는 트레드패턴 스케치와, 타이어의 단면을 나타내는 단면 스케치를 입력수단(20)을 통해 컴퓨터 본체(11)의 3차원 캐드프로그램에 입력한다.

즉, 데이터저장수단(39)의 스케치 데이터베이스(39a)에 스케치 데이터가 저장된다. 이때 각 스케치의 수치(dimension) 구속조건과 형상(geometry) 구속조건도 함께 입력한다.

스케치 데이터는 데이터저장수단(39)의 스케치 데이터베이스(39a)에 저장되며 PROFILE, PATTERN_T, PATTERN_B로 이루어진다.

PROFILE에는 타이어의 표면을 이루는 표면(placement face)스케치와 포켓 (POCKET)할 때 바닥면을 이루는 바닥면(floor face)스케치가 있다.

PATTERN_T와 PATTERN_B는 도6a에 도시된 2차원 트레드패턴에서 왼쪽 패턴을 "PATTERN_T"라 하고, 오른쪽 패턴을 "PATTERN_B"라 한다.

상기 트레드 패턴 및 타이어 단면을 입력한 후, 단계 S2에서 다이알로그 화면(도7 참조)을 표시수단(38)에 표시하여 타이어 금형의 변형설계에 필요한 확산조건 데이터를 입력한다. 여기서 입력되는 금형의 변형설계에 필요한 확산조건 데이터는 데이터저장수단(39)에 저장되어 본 발명에 의한 설계과정에서 필요할 때마다 읽어들여 적용된다.

패턴조합/변수 갯수 영역(51)을 통해 입력되는 행 데이터와 열 데이터, 패턴조합/변수값 영역(53)에서 입력되는 데이터 및 패턴조합/변수값 영역(53)에서 입력되는 패턴조합의 명칭, 상기 패턴조합을 구성하는 피치의 길이, 상기 패턴조합에 해당하는 변수들은 패턴조합 데이터베이스(39b)에 저장된다.

패턴배열 영역(56)에서 입력되는 각 섹터별 패턴의 배열과 시프트/컷 영역 (57)에서 입력되는 시프트값(Shift value) 및 컷여유량(Cut value)은 패턴배열 데이터베이스(39d)에 저장된다.

홈/바닥 영역(58)에서 입력되는 각각의 홈과 그에 대응하는 바닥면 데이터는 홈/바닥면 데이터베이스(39c)에 저장된다.

단계 S3에서 상기 트레드패턴과 타이어 단면 입력단계에서 제공하는 타이어의 단면을 스케치 데이터베이스(39a)에서 읽어들이고, X 좌표축을 중심으로 해당피치의 각도만큼 회전시켜(예를 들면, "Revolve" 명령 실행) 트레드패턴의 피치별 솔리드형상을 도10에 도시된 바와 같이 생성한다. 이 솔리드형상은 각 피치에 대해 각각 생성된다. 즉, 피치가 5개라면 5개의 솔리드형상이 생성된다.

단계 S4에서 상기 단계에서 생성된 타이어의 피치별 포지티브 솔리드형상(71)에 도6a에 도시된 상기 타이어 피치의 트레드패턴(81)을 투영한다.

상기 트레드패턴 및 타이어 단면 입력단계(S1)에서 입력된 트레드패턴과 상기 확산조건 입력단계에서 입력된 해당 포지티브 솔리드형상(71)에 대한 데이터를 읽어들인 다음, 도10에 도시된 바와 같이 투영할 곡선을 상기 트레드패턴(81)으로 선택하고, 상기 패턴이 투영될 면을 포지티브 솔리드형상(71)의 윗면(top)으로 선택하여 상기 포지티브 솔리드형상(71)에 투영한다.

단계 S5에서 상기 트레드패턴이 투영된 피치별 포지티브 솔리드형상(71)에 배치면(placement face)으로서 포지티브 솔리드형상(71)의 윗면을 지정하고 바닥면(floor face)으로서 앞서 다이알로그 입력창에서 입력한 홈과 대응하는 바닥면을 지정하고, 트레드패턴(81)을 윤곽(outline curve)으로 선택하여 3차원 캐드시스템의 형상새김 명령(예를 들면, "Pocket"명령)을 실행함으로써 트레드형상을 생성한다.

이때 종방향 홈들은 피치의 원주를 따라 생성되어야 하므로, 종방향 홈들은 도6a 및 도6b에 도시된 트레드패턴의 형상을 새긴(예를 들면, "Pocket"명령 실행) 후에 종방향 홈에 해당하는 홈들을 각 피치의 각도만큼 회전(예를 들면, "Revolve"명령)시켜 생성한다.

단계 S6에서 상기 패턴이 새겨진 피치수가 상기 확산조건 입력단계에서 입력한 피치수보다 큰지를 판단하여 크지 않은 경우 상기 솔리드형상을 생성하는 단계 부터 반복하여 각 피치별로 트레드패턴의 형상이 생성되었는지를 판단한다.

각 피치별로 트레드패턴의 형상이 생성된 경우, 단계 S7에서 각 섹터의 패턴배열과 일치하는 패턴조합을 패턴조합 데이터베이스(39b)에서 검색하고, 검색한 패턴조합에 따라 앞서 생성한 피치별 트레드형상을 읽어들여 해당섹터의 패턴배열에 따라 조립한다.

도7에 도시된 다이알로그 입력창의 패턴배열 영역(56)에는 3개의 칸이 있고, 가운데 칸이 실제 그 섹터에 들어가는 패턴의 배열이고, 첫째 칸과 셋째 칸은 해당 섹터에 간섭을 주기 때문에 생성해야 하는 패턴의 배열이다. 따라서, 입력한 "①"번 섹터의 패턴배열은 첫째 칸이 도8을 참조할 때 ②번 섹터의 뒷쪽 2개의 피치 "11"이고, 둘째 칸이 ①번 섹터의 회전방향 순으로 "22331"이고, 셋째 칸이 ⑧번 섹터의 앞쪽 2개의 피치 "[23]32"이므로, 회전방향 순으로"1,1,2,2,3,3,1,3,2"의 순서대로 피치별 트레드형상을 조립하여 "22331"에 해당하는 부분을 시프트값(Shift value)과 컷여유량(Cut value)을 적용하여 잘라낸다(예를 들면 "Trim"명령).

도13에 완성된 "①"번 섹터의 트레드형상이 도시된다.

타이어가 회전하는 방향으로 피치2, 피치2, 피치3, 피치3, 피치1의 순서로 트레드 형상이 조립된다.

단계 S8에서 섹터별로 패턴형상을 저장하기 위한 섹터별 패턴형상 파일 및 금형제작용 패턴형상 파일을 생성하고, 단계 S9에서 상기 생성된 섹터별 패턴형상 파일의 수가 섹터수보다 큰지를 판단하여 섹터별로 패턴형상의 파일이 생성될 때까지 상기 피치별 트레드형상을 조립하는 단계(S7)이하의 과정을 반복한다.

단계 S10에서 상기 생성된 섹터별 패턴형상을 조립하여 전체 타이어 형상을 완성하고 저장한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 복잡하고 반복적인 작업으로 이루어진 타이어 금형설계 작업을 자동으로 수행함으로써, 많은 설계인원을 확보할 필요가 없고, 또한 전문적인 타이어 금형설계의 기술을 구비하지 않은 초보자라도 용이하게 수행할 수 있으며, 한편, 금형 설계자의 모델링과정에서 다수 발생할 수 있는 입력 실수를 사전에 방지하도록 시스템화함으로써 금형설계의 생산성 및 효율성을 높일 수 있다.

또한, 복잡한 타이어의 금형설계, 제작 및 납품에 소요되는 시간에 있어 기존에 60여일로 장시간이 소요되었으나, 본 발명은 금형설계 및 제작을 20일이내로 단축시켜 신속하게 수행할 수 있음으로써 국제물류이동(납품)에 소요되는 시간(약 30일)을 고려하더라도 충분히 경쟁력을 확보할 수 있고, 그에 따라 해외 수출물량을 다수 확보함으로써 수출촉진을 기대할 수 있는 등 커다란 경제적인 효과가 있다.

Claims (5)

1. 타이어의 트레드패턴 및 단면을 입력하는 트레드패턴 및 단면 입력수단(31)과;

   다이알로그 입력창에 의해 타이어 금형의 변형 설계에 필요한 데이터를 타이어 금형 설계자가 입력할 수 있게 하는 확산조건 입력수단(32)과;

   상기 트레드패턴을 구성하는 피치별로 3차원 실체 형상을 생성하는 피치 솔리드형상 생성수단(33)과;

   상기 타이어의 피치 솔리드형상에 상기 타이어의 트레드패턴을 투영하는 트레드패턴 투영수단(34)과;

   상기 트레드패턴이 투영된 피치 솔리드형상에 트레드패턴을 새기는 트레드형상 생성수단(35)과;

   상기 형성된 피치형상을 조립하는 조립형상 생성수단(36)과;

   상기 수단들을 제어하는 중앙처리장치(37)와;

   상기 중앙처리장치(37)의 제어에 의해 상기 수단들에 의해 출력되는 패턴 및 형상 데이터를 표시하는 표시수단(38)과;

   상기 중앙처리장치(37)의 제어에 의해 타이어 금형에 필요한 데이터를 저장하는 데이터저장수단(39)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 타이어 금형의 자동설계 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 데이터저장수단(39)은 스케치 데이터베이스(39a)와, 패턴조합 데이터베이스(39b)와, 홈과 그 바닥면에 데이터를 저장하는 홈/바닥면 데이터베이스(39c)와, 패턴배열에 대한 데이터를 저장하는 패턴배열 데이터베이스 (39d)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 타이어 금형의 자동설계 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 확산조건 입력수단의 다이알로그 입력창은 패턴조합의 수와 변수의 수를 입력하는 패턴조합/변수 갯수 영역(51)과; 도면의 명칭을 입력할 수 있는 도면명칭 영역(52)과; 패턴조합의 명칭, 상기 패턴조합을 구성하는 피치의 길이, 상기 패턴조합에 해당하는 변수를 입력하는 패턴조합/변수값 영역(53)과; 금형으로 설계할 대상섹터의 갯수를 입력하는 섹터갯수 영역(54)과; 상호 간섭하는 피치의 갯수를 입력하는 간섭피치갯수 영역(55)과; 각 섹터별로 그 섹터를 구성하는 피치의 배열상태를 입력하는 패턴배열 영역(56)과; 인접 섹터와 겹치는 피치의 값과 잘라내는 여유량을 입력할 수 있는 시프트/컷 영역(57)과; 홈(groov)과 그 홈에 대응하는 바닥면(floor)을 입력할 수 있는 홈/바닥 영역(58)과; 하나의 섹터에 포함되는 피치의 갯수를 일력할 수 있는 피치갯수 영역(59)과; 상기 각 입력데이터를 갱신하는 갱신명령버튼(60)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 타이어 금형의 자동설계 장치.
4. 트레드패턴과 타이어의 단면을 입력하는 단계(S1)와;

   타이어 금형의 변형 설계에 필요한 확산조건 데이터를 입력하는 단계(S2)와;

   상기 트레드패턴과 타이어 단면 입력단계에서 제공하는 타이어의 단면을 이용하여 트레드패턴의 피치별 솔리드형상을 생성하는 단계(S3)와;

   상기 타이어의 피치별 솔리드형상에 상기 타이어의 피치별 트레드패턴을 투영하는 단계(S4)와;

   상기 트레드패턴이 투영된 피치 솔리드형상에 패턴을 새기는 단계(S5)와;

   패턴이 새겨진 피치수가 상기 확산조건 데이터 입력단계에서 입력한 피치수보다 큰지를 판단하여 각 피치별로 트레드패턴의 형상을 생성하는 단계(S6)와;

   각 섹터의 패턴배열과 일치하는 패턴조합을 패턴조합 데이터베이스(39b)에서 검색하고, 검색한 패턴조합에 따라 상기 피치별 트레드형상을 읽어들여 해당섹터의 패턴배열에 따라 패턴을 조립하는 단계(S7)와;

   섹터별로 패턴형상을 저장하기 위한 섹터별 패턴형상 파일 및 금형제작용 패턴형상 파일을 생성하는 단계(S8)와;

   상기 생성된 섹터별 패턴형상 파일의 수가 상기 확산조건 데이터 입력단계에서 입력한 섹터수보다 큰지를 판단하여 섹터별로 패턴형상의 파일을 생성하는 단계 (S9)와;

   상기 생성된 섹터별 패턴형상을 조립하여 전체 타이어 형상을 완성하고 저장하는 단계(S10)로 구성되는 것을 특징으로 하는 타이어 금형의 자동설계 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 각 피치별로 트레드패턴의 형상을 생성하는 단계(S6)에서 종방향 홈들은 트레드패턴의 형상을 새긴 후에 각 피치의 각도만큼 회전시켜 생성하는 것을 특징으로 하는 타이어 금형의 자동설계 방법.

Images