KR20010055106A - 3차원 금형 설계를 위한 코어 캐비티 모델 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 금형 설계를 위한 모델 형성 방법에 관한 것으로 금형 업체의 설계 분야에서 사용되는 것이며 3차원 CAD를 기반으로 금형 설계를 지원하기 위한 것이다.

본 발명의 3차원 금형 설계를 위한 모델 형성 방법은, 분할하는 분할면들을 생성하고 분할면 집합(PFS)을 구성하는 단계,주어진 모델 데이터가 솔리드 데이터 형식인 경우 모델 페이스 집합(MFS)을 구성하는 단계, 모델페이스집합에서 분할면 집합을 기준으로 면을 찾아내서 분리하는 단계, 블록을 구성하는 기준면을 생성하고 분할면 집합을 이용하여 면을 분할하여 상측 블록부와 하측 블록부에 대한 면들을 생성하는 단계,분할면 집합과 모델 페이스 집합 그리고 상측 면을 구성하는 면들을 이용하여 B-Rep 데이터 구조를 구성하는 단계 및 솔리드 모델을 생성하는 단계로 이루어진다. 이에 따라 솔리드/서페이스 모델에 대해서 적용되고, 모델 데이터에 대해 별도의 수정없이 처리 가능하며, 제품 데이터가 불안정해 질 수 있는 다양한 모델에 대해서도 처리될 수 있는 금형 설계 시스템을 제공할 수 있다.

Description

3차원 금형 설계를 위한 코어 캐비티 모델 형성 방법{Method of mould drawing}

본 발명은 3차원 금형 설계를 위한 모델 형성 방법에 관한 것으로 더 상세하게는 금형 업체의 설계 분야에서 사용되는 것이며 3차원 CAD를 기반으로 금형 설계를 지원하기 위한 것이다.

일반적으로 3차원 모델 데이터에 대한 코어, 캐비티 모델 생성은 금형 설계 시에 반드시 선행 되어야 하는 작업으로 3차원 CAD 시스템에서 기본적으로 제공하는 부렌(Boolean) 연산, 면 재구성 기능, 분할(Split) 기능을 사용하여 수행되어 진다.

코어, 캐비티 생성을 위해 사용되는 종래의 금형 설계의 개략적인 방법을 도 1에서 살펴보면 다음과 같다.

먼저 제품 모델(1)을 입력하고(S1), 3차원 모델을 둘러싸는 충분히 큰 블록(2)을 생성하며(S2), 그 다음 모델(1) 외측 및 내측 관통부를 분할하는 면을 생성하고 제품 모델의 면을 추출하여 각각의 면을 결합하여 단일화된 분할면(3)을 생성한다(S3). 그 뒤 부렌(Boo1ean) 연산을 이용하여 블록(2)에서 3차원 모델이 차지하는 영역을 제거하고(S4), 위 단계에서 생성된 분할면(3)을 사용하여 블록을 분할 코어(4), 캐비티(5) 모델을 형성한다(S5).

그러나 이와 같은 종래의 3차원 금형 설계 방법은 지원 되는 모델 데이터의 형식이 솔리드(Solid)인 경우만 적용 가능하며, 분할 면을 생성하는 단계에서는 제품 모델 데이터가 불안정한 경우 면 추출 및 추출된 면을 결합하는 분할면 생성을 수행하지 못하는 경우가 발생된다.

예를들면, 모델 데이터 지원 형식이 솔리드가 아니고 서페이스(Surface) 모델인 경우 부렌(Boolaen) 연산이 지원되지 않으며, 분할 면 생성시 동일 기종의 CAD에서 변환된 데이터나 복잡한 연산을 통해 생성된 모델은 분할면 생성을 수행하지 못하는데 따른 것이다.

이와 같이 종래의 3차원 금형 설계 방법은 모델 데이터 형식에 따라 연산 지원의 허용 여부가 결정되어 다양한 모델에 적용이 어려운 문제점이 있으며, CAD에서 변환된 데이터나 복잡한 연산을 통해 수행되어 생성되는 등의 여러 가지 이유에 의해 제품 모델 데이터가 불안정해질 경우 추출이나 추출된 면을 결합하는 분할면 생성을 수행하지 못하는 문제점을 나타냈다.

따라서 본 발명의 목적은 솔리드/서페이스 모델에 대해서 적용되고, 기존 CAD 시스템에서 입력된 모델 데이터에 대해 별도의 수정없이 처리 가능하며, 제품 데이터가 불안정해 질 수 있는 다양한 모델에 대해서도 처리될 수 있는 금형 설계 시스템을 제공 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 주어진 3차원 모델 데이터에 대해,

외측, 내측 관통부를 분할하는 분할면들을 생성하고 이렇게 생성된 면들을 원소로 하는 분할면 집합을 구성하는 단계;

주어진 모델 데이터가 솔리드 데이터 형식인 경우 전체 모델을 구성하는 모든 면을 추출하여 모델 페이스 집합을 구성하는 단계;

상기 모델 페이스 집합에서 분할면 집합을 기준으로 코어 부분을 구성하는 면과 캐비티 부분을 구성하는 면을 찾아내서 분리하는 단계;

블록을 구성하는 6개의 기준면을 생성하고 상기 단계에서 만들어진 분할면 집합을 이용하여 측면부 면을 분할하여 상측 블록부와 하측 블록부에 대한 면들을생성하는 단계;

분할면 집합과 모델 페이스 집합 그리고 상측 면을 구성하는 면들을 이용하여 B-Rep 데이터 구조를 구성하고, 구성된 B-Rep 데이터를 이용하여 유니그래픽에서 사용할 수 있는 솔리드 모델을 생성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 코어와 캐비티 부분을 구성하는 면을 분리하는 단계는,

3차원 공간상에 일정 크기를 가지는 p,q,r 개의 복셀 셋(Voxel Set)을 생성하고 이 p,q,r 값은 블록 크기와 일치 하도록 서페이스 위치 맵을 구성하는 단계와,

모델 페이스 집합 및 분할면 집합을 구성하는 모든 면들에 대해 공간상의 위치를 계산하고 간섭되는 복셀(Voxel)에 면의 고유 ID를 저장하는 단계와,

각각의 복셀(Voxel)에 저장된 모델 페이스 집합과 분할면 집합의 면 ID에 대해 간섭 또는 터치 여부를 검사하여 간섭 또는 터치가 발생하는 경우 모델 집합면에 속한 에지중 간섭이 발생한 에지를 찾아 세팅하는 단계와,

간섭되는 모델 페이스 집합 에지를 경계로 하여 모델 페이스 집합의 모든 면에 대해 코어, 캐비티 구성여부를 검사하여 코어, 캐비티 값을 세팅하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 금형 설계에서 코어/캐비티 모델 생성 방법을 설명하기 위한 단계도

도 2는 본 발명에 따른 금형 설계에서 코어/캐비티 모델 생성 방법을 설명하기 위한 단계도

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

10:제품 모델 11:분할면 집합(PFS:Parting Face Set)

12:모델페이스집합(MFS:Model Face Set)

13:맵 14:캐비티

15:코어

이렇게 3차원 CAD 기반의 금형 설계시 서페이스 데이터를 이용한 코어, 캐비티 분리 방법을 적용하면, 솔리드/서페이스 모델에 대해서 적용되고, 기존 CAD 시스템에서 입력된 모델 데이터에 대해 별도의 수정없이 처리 가능하며, 제품 데이터가 불안정해 질 수 있는 다양한 모델에 대해서도 처리될 수 있는 금형 설계 시스템을 제공할 수 있게 된다.

본 발명은 3차원 CAD 기반의 금형 설계시 서페이스 데이터를 이용한 코어와 캐비티를 분리시키는 방법과, 코어와 캐비티를 분리하기 위하여 서페이스 셋트를 재구성하는 방법 및 서페이스 셋트 재구성을 위하여 X,Y,Z 3차원 Pixel 즉 복셀 셋(Voxel Set)과의 간섭을 이용하는 방법, 그리고 모든 꼭지점, 모서리, 면 들의 연계 정보를 이용하여 코어 및 캐비티 경계 표면에 솔리드 모델을 구성하는 방법이다.

이러한 방법들을 수행하는 적용 환경은 상용화된 3차원 CAD인 유니그래픽(Unigraphics)을 기본 으로 한다.

도 2와 같이 주어진 3차원 모델(10) 데이터에 대해, 외측, 내측 관통부를 분할하는 분할면들을 생성하고 이렇게 생성된 면들을 원소로 하는 분할면 집합(11, PFS:Parting Face Set)을 구성한다. 분할면의 생성은 일반적인 생성 방법을 이용한다.(S1)

주어진 모델 데이터가 솔리드 데이터 형식인 경우 전체 모델을 구성하는 모든 면을 추출하여 모델 페이스 집합(12,MFS:Model Face Set)을 구성을 구성한다.(S2)

여기서 서페이스(Surface) 데이터 형식인 경우 모델 데이터를 구성하는 각각의 면을 구성원소로 하여 MFS(12)를 구성한다.

MFS(12)에서 PFS(11)를 기준으로 코어 부분을 구성하는 면과 캐비티 부분을 구성하는 면을 찾아내어 분리한다.(S3)

코어 부분과 캐비티 부분을 구성하는 면의 분리를 위한 세부 과정은 다음과 같다.

3차원 공간상에 일정크기(S)를 가지는 (p,q,r) 개의 X,Y,Z 3차원 Pixel의 Voxel Set을 생성하여 서페이스 위치 맵(13, Map)을 구성하고, p,q,r 값은 블록 크기와 일치하도록 결정한다.(S3-1)

MFS(11)를 구성하는 모든 면들에 대해 공간상의 위치를 계산하고 간섭되는 복셀(Voxel)에 면의 고유 ID를 저장한다. PS에 대해 동일하게 수행한다.(S3-2)

각각의 복셀(Voxel)에 저장된 MFS와 PFS의 면 ID에 대해 감섭 또는 터치 여부를 검사하여 간섭 또는 터치가 발생하는 경우 MFS면에 속한 에지(Edge) 중 간섭이 발생한 에지를 찾아 세팅한다. 모든 복셀(Voxel)에 대해 이 과정을 반복하여 수행한다.(S3-3)

간섭되는 MFS 에지를 경계로 하여 MFS의 모든 면에 대해 코어, 캐비티 구성여부를 검사하여 코어, 캐비티 값을 세팅한다.(S3-4)

블록을 구성하는 직교면인 6개의 기준면을 생성하고 상기 단계(S1)에서 만들어진 PFS를 이용하여 측면부 면을 분할하여 상측 블록부와 하측 블록부에 대한 면들을 생성한다. 상측 블록부와 하측 블록부를 구성하는 면은 공간상 위치관계를 이용하여 파악한다.(S4)

PFS와 MFS, 상측을 구성하는 면들을 이용하여 B-REF 데이터 구조를 구성하고,(B-REF 데이터 구조는 모든 꼭지점, 모서리, 면 들의 연계 정보를 이용하여 경계 표현에 의해 솔리드 모델을 구성하는 기법으로 형성한다) 이렇게 구성된 B-REF 데이터를 이용하여 유니그래픽에서 사용할 수 있는 솔리드 모델을 생성하며, 생성된 솔리드 모델은 캐비티(14) 모델로 볼 수 있으며, 코어(15) 모델에 대해서는 PFS, MFS, 하측을 구성하는 면들을 이용하여 생성한다.(S5)

이같은 금형 설계 방법은 부렌(Boolean) 연산을 사용하지 않으며, CAD 시스템에서 입력된 모델 데이터에 대해 별도 수정을 거치지 않으며, 서페이스 재구성 방식을 사용하지 않는다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 솔리드 모델에 대해서만 가능한 코어, 캐비티 생성 방식에 비해 부렌(Boolean) 연산을 사용하지 않음으로서 서페이스 모델에 대해서도 처리 가능하게 하고, 이 기종 CAD 시스템에서 입력된 모델 데이터에 대해 별도의 수정없이 처리할 수 있게 하는 효과가 있으며, 또한 서페이스 재구성 방식을 사용하지 않음으로 인하여 제품 데이터에 문제가 있는 불안정적인 모델에 대해서도 처리할 수 있게 하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 3차원 금형 설계를 위한 모델 형성 방법에 있어서,

   주어진 3차원 모델 데이터에 대해,

   외측, 내측 관통부를 분할하는 분할면들을 생성하고 이렇게 생성된 면들을 원소로 하는 분할면 집합을 구성하는 단계;

   주어진 모델 데이터가 솔리드 데이터 형식인 경우 전체 모델을 구성하는 모든 면을 추출하여 모델 페이스 집합을 구성하는 단계;

   상기 모델 페이스 집합에서 분할면 집합을 기준으로 코어 부분을 구성하는 면과 캐비티 부분을 구성하는 면을 찾아내서 분리하는 단계;

   블록을 구성하는 6개의 기준면을 생성하고 상기 단계에서 만들어진 분할면 집합을 이용하여 측면부 면을 분할하여 상측 블록부와 하측 블록부에 대한 면들을 생성하는 단계;

   분할면 집합과 모델 페이스 집합 그리고 상측 면을 구성하는 면들을 이용하여 B-Rep 데이터 구조를 구성하고, 구성된 B-Rep 데이터를 이용하여 유니그래픽에서 사용할 수 있는 솔리드 모델을 생성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 금형 설계를 위한 모델 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 코어와 캐비티 부분을 구성하는 면을 분리하는 단계는,

   3차원 공간상에 일정 크기를 가지는 p,q,r 개의 복셀 셋(Voxel Set)을 생성하고 이 p,q,r 값은 블록 크기와 일치 하도록 서페이스 위치 맵을 구성하는 단계와,

   모델 페이스 집합 및 분할면 집합을 구성하는 모든 면들에 대해 공간상의 위치를 계산하고 간섭되는 복셀(Voxel)에 면의 고유 ID를 저장하는 단계와,

   각각의 복셀(Voxel)에 저장된 모델 페이스 집합과 분할면 집합의 면 ID에 대해 간섭 또는 터치 여부를 검사하여 간섭 또는 터치가 발생하는 경우 모델 집합면에 속한 에지중 간섭이 발생한 에지를 찾아 세팅하는 단계와,

   간섭되는 모델 페이스 집합 에지를 경계로 하여 모델 페이스 집합의 모든 면에 대해 코어, 캐비티 구성여부를 검사하여 코어, 캐비티 값을 세팅하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 금형 설계를 위한 모델 형성 방법.