KR920006291B1 - 솔리드. 모델링(Solid. modeling)방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

솔리드. 모델링(Solid. modeling)방법

[도면의 간단한 설명]

제1도는 루프정보의 개념도.

제2도는 루프정보데이타세트의 내용의 한예를 나타낸 도면.

제3도는 2차원의 루프를 3차원 프리미티브화 하는 경우의 개념도.

제4도는 데이타 사이의 포인터(Pointer)에 의한 링크의 예를 나타낸 개념도.

제5도는 루프 데이타의 집합 연산의 개념도.

제6도는 루프 형상 처리 연산 루틴의 기능을 설명한 도면.

제7도는 복수의 루프 집합으로 구성된 대상을 루프 데이타로 표현한 예를 나타낸 도면.

제8도는 복수의 부품 사이의 관계를 계층적으로 표현한 상태를 나타낸 도면.

제9도는 임의의 루프형상의 비트패턴으로 표현한 도면.

제10도는 2차원의 루프 솔리드를 프레스 순서이송 금형 설계에 적용한 예를 나타낸 도면.

제11도는 3차원화한 루프 솔리드를 기구부품의 설계에 적용한 예를 나타낸 도면.

제12도는 루프 데이타를 발생시키기 위한 방법의 플로우 챠아트도.

제13도, 제14도 및 제15도는 루프 데이타 연산의 플로우 챠아트도.

제16도는 솔리드. 모델링 방법을 적용하기 위한 장치의 볼록 다이아그램이다.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은, 대상 형상이 2차원의 윤곽형상 및 그 기초바닥 평면에 대한 깊이(또는 높이) 방향의 존재영역의 최소치 및 최대치가 기초 바닥 평면에 대하여 일의적(一義的)으로 부여되는 부품 및 그 부품으로 구성되는 구조물을 대상으로한 CAD시스템에 사용할 수 있는 솔리드. 모델링 방법에 관한 것이다.

[배경기술]

CAD분야에 있어서의 솔리드. 모델링의 수법에는, 솔리드한 입체 형상을 표현하는 데이타 구조로서, B-reps(Boundary representation) 과 CSG(Constructive Solid Geometry) 가 있고, 이들의 수법에 의하여 대상의 완전한 형상 표현을 행하고 있다,

B-reps를 사용하는 수법에서는, 3차원의 입체 형상을 정확하게 표현하는 것에 중점을 두고 있기 때문에, 데이타 구조가 매우 크고 복잡하게 되기 쉽고, 따라서 CAD등으로 이용할때 처리시간을 많이 필요로한다. 복잡한 곡면등의 형상을 정확하게 취급하는 것에 필요한, 3차원 NC가공등의 분야에 있어서는, 상기B-reps 수법이 유효하다.

그러나, 형상이 3차원덧으로, 그다지 복잡하지 않지만, 그러나, 그렇게 해서 인공지능(AI)을 이용하고, 인간과 컴퓨터가, 도형과 그 표현되어 있는 의미를 동일하게 해석하기 위하여 솔리드한 취급을 필요로 하는 분야에 있어서는, 컴퓨터의 처리상 B-reps의 수법은 부담이 많다.

한편, CBG를 사용한 수법은, 대상을 구, 직방체, 원추등의 프리미티브(primitives)의 집합으로서 표현하는 방법이지만, 프리미티브를 구성하는 변이나 면등의 기하요소를 구조화하여 나타내는 수법이 확립되어 있지 않기 때문에 대상으로 되는 프리미티브의 변이나 면마다 공차(公差)나 면의 거친정도가 다든 경우의 취급등에 과제가 남게된다.

또한, 종래로부터 시판되고, 시장에서 많이 이용되고 있는 2차원 및 3차원의 와이어 프레임의 데이타 구조를 가지는 CAD시스템중에서는, CSG의 수법을 사용하는 것은 불가능하였다.

[발명의 개시]

본 발명의 목적은, 형상이 3차원적으로 그다지 복잡하지 않은 대상을 적은 데이타 처리로서 솔리드. 모델링적으로 취급할 수 있는 솔리드. 모델링 방법을 제공하는데에 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, CAD시스템상에서 정의된 2차원 와이어 프레임 정보에 관련하여, 설계 대상을 표현하는 평면상에서 있어서, 2차원 와이어 프레임은 윤곽정보의 각각 서로 이웃이되는 엘레멘트(Element)를 루프(Loop)형상으로 체인화 한것을, 설계 대상물의 표현상의 최소단위로 하고, 또한 설계 대상물의 존재를 결정하는 양끝단면을, 곡면식 표현 또는 상기 평면에 수직인 좌표에 의하여 부여함으로써, 설계 대상을 2차원 및 3차원으로 표현하고, 각각의 루프화된 형상 단위의 집합에 의하여 형성되는 물체를, 루프화 형상마다에, 존재 모우드 또는 제거 모우드의 지정에 의하여 표현하는 것이다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

이하, 우선 본 발명의 솔리드. 모델링 방법의 원리에 대하여 도면 및 제12도의 플로우 챠아트도를 참조하여 설명한다.

본 발명에 있어서는, 기존의 2차원 와이어 프레임 CAD시스템의 정보로부터 그 표현 대상을 표시하는 윤곽 형상을 기초로하여 대상의 안팎의 엄밀한 구별을 부여하기 때문에, 제1도에 나타내는 것과 같이, 도형엘레멘트의 양끝단점중 1개를 시점, 1개를 중점으로하여 방향을 부여하고, 일정한 방향에 따라서, 윤곽 구성 엘레멘트를 순서대로 접속하여 루프화 하여간다(제12도의 제1, 2단계). 제1도의 예는 2개의 원호(A), (C)와 2개의 직선(B), (D)으로 이루어진 루프를 나타내고, 개시점을 1로 하면 (A), (B), (C), (D)의 순으로 접속한다.

이때, 각 엘레멘트의 시점, 종점 좌표가 어떤 오차의 범위내에 포함되는 것을 접속 조건으로 한다(제3단계). 이로 인하여, 일정한 방향성에 따라서 형상의 접속관계 및 접속하는 형상 엘레멘트(직선, 원호, 점등)의 도형 접속점 좌표(원호인 경우는, 그 중심 좌표도 가한다)를, 1개의 캐노니컬포맷(Canonical format)상에 기술하여 가변 길이의 루프 정보 데이타 세트를 작성한다(제2도 참조)(제4단계).

또한, 제2도에 있어서 (I), (A) 및 접속점(1), (2)는 제1도에 대응하고 있다.

상기 방법은, 도형 엘레멘트의 끝단점에서 각 도형 엘레멘트가 접속하고 있는 경우에 유효한다.

한편, 도형 엘레멘트가 상호 교차하는 경우에는, 교차점의 엘레멘트를 설계자가 순차 연속적으로 지시하여 감에 따라 루프 정보 데이타 세트를 작성할 수 있다.

또는, 루프 정보 데이타 세트중에, 대상 도형의 기초 바닥평면(X-Y 평면등)으로부터의 높이(또는 깊이)를, 양끝단면에 대하여, 기초 바닥 평면을 포함한 3차원 좌표계에 대하여, 기초바닥 평면에 임의의 좌표에 대하여 임의적으로 결정되는 수직표현으로 기술하고, 제3도(a)에 나타낸 바와 같이, 2개의 곡면(9), (10)에 둘러싸인 공간에 루프(7)의 윤곽 형상을, 루프(7)를 정의한 모(母)평면(8)에 대하여 수지 또는 테이퍼 형상 또는 임의의 각도로 기울여서 투영한 반공간 영역의 적집합(積集合)으로 이루어진 기둥 형상의 영역을 3차원 입체 형상(11)을 구성하기 위한 확장된 CSG방식의 하나인 프리미티브로서 정의하고, 그 루프를 정의한 모평면(8)에 대하여 수직 방향에 차지한 최대, 최소의 영역(높이의 값)을, 제2도의 루프 특성부의 높이(깊이)의 범위의 데이타로서 기술한다. 곡면식이 수평인 평면 이외의 경우는, 제3도(b)에 나타낸바와 같이 곡면식의 계수를 일정한 데이타 세트로 기술하고, 루프 데이타세트로부터 포인터에 의하여, 대상으로되는 곡면식 데이타 세트의 내용을 참조할 수 있게 한다.

이와 같이 하여, 2차원 형상 뿐아니라, 3차원 입체 형상도 취급할 수 있다. 또한 형상 이외의 속성 데이타 세트를 포인터등에 의하여 접속함으로써, 표시 도형 요소로부터, 예를들면 일련의 포인터 접속 정보를 찾아 필요한 정보를 검색하는 것이 가능하게 된다. 제4도는, 루프 데이타 세트를 중심으로 하여, 디스플레이 표시용 데이타(와이어 프레임), 속성 데이타 사이의 포인터에 의한 링크의 예를 개념적으로 나타낸 것이다(제5, 6단계). 이와 같이 하여 작성된 루프 정보데이타 세트는, 도형의 기하 정보를 내부에 구조화하여 축척하고 있고, 이 루프 정보 데이타 세트로부터 CAD의 화면상에 와이어 프레임등의 표현 형식으로 새로이 루프 형상을 발생시키는 프로그램을 작성할 수 있다.

또한, 루프 그 자체의 특성치(면적, 둘레길이, 중심, 체적등)를 구하거나 루프 사이의 관계 특성치(간섭의 유무, 최단거리등)를 구하는 프로그램을 작성할 수 있다.

또한, 본 발명의 방법에 의하면, 루프를 구성하는 도형 엘레멘트 사이의 관계룰 취해내는 프로그램을 용이하게 작성할 수 있기 때문에, 루프로서의 접속 상태를 유지한채로, 루프구성요소의 추가, 삭제, 치환등을 행함으로써, 오프셋트나 형상 확대등의 형상 변형 조작을 행하는 프로그램을 작성하거나, 제5도 및 제13도의 플로우챠아트도에 나타낸 것같이 루프와 다른 루프사이의 형상의 집합연산(더하기, 빼기, 곱하기)을 행할 수 있다.

제5도는, 루프(12)와 루프(13)의 집합연산을 개념적으로 나타낸 것이며, 동 도면(a)에 나타낸 루프(12), (13)에 기초하여 화집합(b), 차집합(c), 적집합(d)의 각 루프를 작성하는 상태를 나타내고 있다. 상기의 연산은 제14도의 플로우챠아트도에서 나타내고 있다.

본 발명의 발명에 의하면, 실제로 설계에서 취급하는 여러가지 형상을 루프화함으로써, 그 형상에 관련하는 변형 처리등을 상기와 같은 범용적인 처리의 조합으로 실현할 수 있다. 이 처리의 예를 제6도로 나타낸다.

제6도(a)는 기준 루프를 안밖에 오프셋트한 상태, 동 도면(b)는 기준 루프에 장소이동 매트릭스를 곱하여, 같은 루프형상을 카피한 상태, 동도면(c)은 2개의 루프의 화집합, 동 도면(d)은 2개의 루프사이에서 배치상의 상하 관계를 정의하고, 아래의 루프형상이 위의 루프형상과 겹치는 부분을 소거한 상태, 동도면(e)은 루프의 임의의 1개의 코너를 확대한 상태, 동도면(f)은 루프에 칫수선을 발생시킨 상태를 각각 나타내며, 어느 처리도 자동적으로 행할 수 있다.

상기 연산은 제15도의 플로우챠아트도에 나타내고 있다.

제7도는, 복수의 루프의 집합으로 구성되는 대상을, 각각의 루프의 존재 모우드 및 제거모우드를 정의하는 것에 의하여 표현한 예를 나타낸 것이다.

제7도(a)에 나타낸 설계 대상을 동도면(b)에 나타낸 것과 같이 루프정보 데이타 세트군으로서 나타내고, 그중에 포함되는 각각의 루프를, 실재하는가 공간인가에 따라서, 존재 모우드 또는 제거 모우드로하고, 상대적인 구속관계를 루프 정보 데이타 세트군의 속성 정보로서 표현하고 있다.

또한, 제8도는 와이어 프레임군으로부터 루프 솔리드를 표현하고, 루프솔리드군으로부터 설계대상의 부품 오브젝트를 표현하고, 복수의 부품사이의 관계를 관계 오브젝트로하여, 계층적으로 표현한 상태를 모식적으로 나타낸 것이며, 각 계층 레벨에 고유의 특성치 또는 속성과 형상 표현 데이타를 보유하고, 그들을 포인터를 사용하여 링크한 상태를 표현하고 있다.

제8도에서 명백한 바와 같이, 본 발명의 방법에 의하면, 설계 대상을 와이어 프레임 레벨, 단독의 루프레벨, 복합 루프 레벨, 그리고 그들의 관계 레벨과, 오브젝트로 불리우는 대상 표현으로 계층적으로 표현할수가 있다.

또한, 본 발명의 방법에 의하면, 제9도에 나타낸 바와 같이 루프 정보 데이타 세트군을 둘러쌓는 공간상에, 임의의 크기의 공간 격자를 설정하고, 각 격자점이 루프의 안밖 어디에 있는가를 판정하는 프로그램을 작성하고, 격자점 마다 0 이나 1의 비트를 놓고, 격자의 크기(배열)에 따라서 비트 열(列)을 작성하고, 이 비트열을 패턴으로서 취급함으로써, 대략적인 형상 인식을 행할 수 있다. 또한, 부호(14)는 루프의 윤곽선을 나타내고 있다.

제10도는, 본 발명에 의한 2차원의 루프 솔리드를 프레스 순서 이송 금형설계에 적용한 한예를 나타낸 것이다.

제10도(a)는 제품형상도, 동도면(b)은 (a)의 제품 형상도의 바깥 둘레 루프형상을 나타낸 도면으로서, 화살표는 루프의 방향을 나타내며, 1점은 오목볼록 체크(Check)에 있어서, 체크된 코너점을 나타내고 있다. 또한 동도면(c)는, 동도면(b)에서 자동적으로 제작된 절삭날 루프를 표시하고, 동도면(d)은 그외의 절삭날 루프를 합친 절삭날형상을 나타낸다. 동도면(e)은 절삭날 루프에 속성으로서 링크된 절삭날 특셩 캐논(Cannon)을 PL/I로 표현한 내용을 나타낸 것이며, 동도면(f)은 후프(Hoop)제의 최종적인 레이아웃을 나타내고 있다.

다음에, 구체적으로 각 도면을 설명하면, 제10도(a)에 있어서, 제품 형상은 CAD위에서 2차원의 와이어프레임으로 표현되어 있고, 이 정보로부터 설계자가 차례로 도형을 피킹(Picking)지시하고, 루프 정보 데이타 세트를 작성한다. 루프를 작성하기 위하여 사용한 와이어 프레임은, 자동 또는 설계자의 지시에 의하여 지워버리고, 루프 정보 데이타 세트와 포인터 접속한 와이어 프레임을 발생시켜 표시한다.

이 루프화된 제품의 형상도에서, 프레스 빼냄형상(절삭날 형상)을 자동적으로 작성하기 위하여, 예를들면 제10도(b)에 나타낸 바와 같이, 루프를 구성하는 엘레멘트 사이에서 서로 이웃이 되는 접선각도를 체크하면서, 형상의 오목볼록을 판정하고, 1개의 루프에서 제10도(c)에 나타낸 복수의 루프를 작성한다.

이와같이 작성된 절삭날 형상 루프에 절삭날로서의 의미와, 어떠한 절삭날이라는 속성을 부여하기 위하여, 제10도(d)에 나타낸 것같이, 절삭날 특성 데이타 세트를 작성하고, 개개의 루프와 포인터 접속한다.

이와 같이 하여, 형상으로서의 루프에서 특성치를 참조할 수 있게 한다.

다음에, 프레스 가공을 하기 위한 레이아웃 설계를 행한다. 설계자는, 미리 부여된 후프재의 판폭중에 상기의 절삭날 형상군을 배치하면, 개개의 루프 면적을 적산으로, 재료의 제품 비율을 구하든지, 서로 이웃이되는 절삭날(루프)사이의 최단거리를 구하는 것을 자동적으로 행할 수 있기 때문에, 이들의 결과에 의하여 가장좋은 피치와 스탭수를 결정할 수 있다.

다음에, 설계자는 어느 절삭날을 어느 스텝에 배치하는가 결정한다(제10도(f)). 설계자가 결정한 내용에따라, 절삭날 사이의 내포관계, 배치후의 절삭날의 전단하중 모우멘트의 중심 위치등의 내용을 확인할 수 있게 된다.

다음에, 이 레이아웃 배치된 절삭날 루프를, 각각의 절삭날 특성을 기본으로 하여, 펀치용 형상, 받침대용 형상, 스트리퍼용 형상에로와, 각 클리어런스 분량의 오프셋트 확대를 행하고, 금형의 구성 부품의 실계에로 진행되어 간다.

제11도는, 본 발명의 방법에 의한 3차원화한 루프. 솔리드를 기구 부품의 설계에 적용한 예를 나타낸 것이다. 공간위의 임의인 평면상에 루프 형상을 정의하고, 그 양끝단의 곡면에서 둘러싸인 반공간으로 이루어진 공간을 프리미티브(15), (16)로 하여, 프리미티브(15), (16)사이의 집합연산에 의하여 복잡한 형상은 정의할 수 있다. 솔리드, 모델링 방법의 상기 공정은 제16도에 나타낸 장치에 의하여 실행된다.

제16도를 참조하면, 처리 목적의 데이타는 CPU와 메모리를 구비한 컴퓨터(22)에 키보드(20)로서 입력된다. 목적물의 그림은 CRT화면(23)상에 표시되고, 상기 CRT화면상에 표시된 그림의 위치는 "마우스(mouse)"와 같은 포인팅 장치(21)에 의해서 선택된다. 따라서, 종래는, 설계자가 대화로 처리하였던 설계를 일반화된 루프의 형상조작 및 형상 인식 처리의 조합으로서 프로그램화하고 자동화할 수 있다.

또한, 기존의 CAD시스템중에, 이 데이타 구조를 짜넣음으로써, 2차원의 와이어 프레임의 세계에서도 솔리드. 모델링 적인 취급을 가능하게 하는 전용 소프트를 구측할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 솔리드는, B-reps방식의 장점과 CSG방식의 장점인 조작성의 좋은점을 겸비하고, 또한 그 응용기능으로서 공간을 비트열로 취급할 수 있는 복합화 솔리드 모델이고, 많은 속성 데이타를 필요에 따라서 호출시키기 위하여 CAD의 적용분야를 확대하는 것이 가능하게 된다.

Claims (3)

1. CAD시스템상에서 정의된 2차원 와이어 프레임 정보에 관련하여, 설계대상을 표현하는 평면상에 있어서, 2차원 와이어 프레임 윤곽 정보의 각 인접하는 엘레멘트를 루프 형상으로 체인화 한 것을, 설계 대상물의 표현상의 최소 단위로 하고, 또한 설계 대상물의 존재를 결정하는 양끝단면을, 곡면식 표현 또는 상기 평면에 수직인 좌표에 의하여 부여함으로써, 설계 대상을 2차원 및 3차원으로 표현하고, 각각의 루프화된 형상 단위의 집합에 의하여 형성되는 물체를, 루프화 형상마다에, 존재 모우드 또는 제거 모우드의 지정에 의하여 표현하는 것을 특징으로 하는 솔리드. 모델링 방법.
2. 제1항에 있어서, 도형 표현 캐노니컬(Canonical)데이타를 대상 와이어 프레임 정보와 포인터 접속의 수법에 의하여 링크시켜, 상기 캐노니컬 데이타에 대하여, 루프화 형상 사이의 집합연산 및 루프화 형상에 대한 형상조작을 행한 결과에 기초하여, 표시 와이어 프레임 정보를 변경하는 것을 특징으로 하는 솔리드.모델링 방법.
3. 제1항 또는 제 2 항에 있어서, 대상 형상에 관련한 형상의의 속성 데이타를, 스스로의 데이타 캐논내, 또는 속성 데이타 캐논과, 포인터를 사용하여 링크하여 취급하는 것을 특징으로 하는 솔리드. 모델링 방법.

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