매칭방법은 기하 및 입체 모델링에서 재단 곡면과 이들에 대한 부울 연산에 사용되는 기초적인 연산이다. 그러나 매칭연산은 부드러움을 정확하게 표현하는데 고 차수의 미분계수 제약조건으로 인하여 많은 계산량이 필요할 뿐만 아니라 곡면상의 여러 점을 동시에 선택하여 이동하였을 때, 곡면표현에 사용되는 복잡한 함수식으로 인하여 일반해를 구하기 어려운 단점을 가진다. 본 논문은 분수식에 의하여 RMC(Rotation-Minimizing Curve)을 정의하고 이를 이용하여 자유 형태 곡면간에 변형 매칭 방법을 제안한다. RMC는 매칭곡선과 곡면의 접선벡터, 회전벡터, 곡률의 변화율과 같은 기하학적 기법을 기반으로 한다. 제안한 방법은 입력으로 주어지는 곡면의 기하학적 복잡도와는 무관하게 매칭을 수행할 수 있으며 수행 성능은 계산된 매칭 곡선의 복잡도에 의해서만 좌우된다. 또한 곡선 표현에 사용된 값들을 정의된 매칭 곡선식에 그대로 적용할 수 있었으므로 최적화 응용 문제에 효율적으로 적용할 수 있다.
이 논문에서는 평행이동곡면 (surface of extrusion) 과 임의의 자유곡면 사이의 교차곡선의 구조를 분석하고 이를 계산하는 방법에 대해 설명한다. 평행이동곡면의 이동방향에 대하여 다른 곡면의 윤곽곡선 (silhouette curve) 을 구하고, 이를 평행이동곡면의 기준곡선과 교차시킴으로써 교차곡선의 구조를 분석한다. 또한, 교차곡선이 존재하는 범위와 특이점을 구함으로써 교차곡선 전체를 안정적이고 효율적으로 계산하는 알고리즘을 제시한다.
본 논문에서는 자유 형태 곡면을 설계할 수 있는 효과적인 방법으로 분산 데이터 보간 방법을 제안한다. 데이터 보간 방법은 다양한 물체를 모델링 하는데 필수적인 방법이다. 구조가 복잡한 자유형태곡면을 생성하기 위하여 기존의 방법은 제어 점의 가중치를 계산하여 물체를 나타낼 경우, 물체의 편평한 영역과 날카로운 모서리 부분이 나타나는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 분산 데이터 보간을 이용하여 새로운 근사곡면 생성방법을 제시한다. 이 방법은 주어진 제어 점들과 변환된 물체상의 점에 변화영역에서 최적의 값을 가지는 주요 곡률을 계산하여 B-스플라인 보간 함수를 구하고 이을 이용하여 근사된 자료의 변화량을 계산한다. 또한 최소의 가중치를 분산 데이터 보간에 이용함으로써 보다 자연스러운 자유형태 곡면을 설계하는 방법을 제안한다.
이 논문에서는 CAGD 및 기하모델링 분야에서 최근 발표된 Universal Parametrization의 계산적 또는 응용적 특성을 고찰하고자 한다. Universal Parametrization을 이용하여 구한 B-spline의 곡선이나 곡면에 아주 자연스러운 특성을 가지고 있다. 뿐만 아니라, 다른 매개변수(Parametrization)을 이용하는 경우, 점들의 기하학적 분포나 곡선/곡면의 차수에 따라 결과의 차이가 심한 경우가 있으나 새로운 방법은 B-spline이라는 기초함수의 특성을 고려한 매개변수법이므로 이러한 결과의 차이를 최대한 줄이는 특성이 있다. 또한 점 데이터에 관해서 Affine Invariant하고 Semi-localness의 특성을 보인다. 이외에도, 계산적인 관점에서 강인성을 보유하고 있고, 많은 응용분야에서 쉽게 자유곡선이나 자유곡면 모델링을 할 수 있도록 한다. 한 예로, 3D 다각형 메쉬로부터 B-spline을 이용한 자유곡면 모델을 구하는 소프트웨어 툴을 설명한다.
본 연구에서는 기존의 유연 볼 엔드밀의 절삭력 모델을 바탕으로 자유 곡면의 정삭 가공에서 발생할 수 있는 과대 또는 과소 절삭을 방지하면서 그 가공의 효율성을 높이기 위한 볼 엔드밀의 이송 속도 결정법을 제시하고자 한다. 먼저, 자유 곡면의 가공에서 발생될 수 있는 공구의 처짐에 따른 가공오차에 대하여 볼 엔드밀 공구의 처 짐벡터와 공작물의 공구 접촉점에서의 법선벡터로 표현되는 가공오차(machining error ) 예측 모델식을 유도하였다. 본 가공오차 예측 모델식은 다시 절삭날당 가지는 이 송량의 함수로 전개되어 그 곡면의 주어진 가공 공차(machining tolerance)를 만족시 키는 이송속도를 결정하게 된다.
Tool interference is one of the most critical problems in sculptured surface machining. When machining cavities and concaves, the tool frequently overcuts the portions of the surface, which cause inaccuracy in machining. So tool interference-free paths must be generated for rough cutting more efficiently. In this paper a software using SSI(Surface/Surface intersection) algorithm is developed for eliminating tool interference which occurs in an offset surface in 3-dimensional free form surface modeling. this work consists of two stages : using the offset data, the intersection curves are rapidly checked by this algorithm at the first stage. CL(cutter location) data are obtained by deleting the loop section of intersected offset patches at the second stage. This algorithm can reduce the amount of memory required to store machining data and also easily check region which have the possibility of intersection. Also, This software is verified to be useful in machining a curved object on a DNC milling machine.
자유곡면으로 이루어진 모형선의 표면을 가공할 수 있는 공작기계를 개발하고 서보시스템으로 절삭공구의 가공경로제어를 수행하였다. 서보시스템은 BLDC(Blushless DC) motor, 콘트롤 드라이버, 호스트 콘트롤러로 구성되어 있다. 또한 정밀한 가공을 위하여 PI제어기를 사용하였고 Visual C++를 이용한 GUI(Graphic User Interface)를 구성하였다. 개발된 자유곡면 가공시스템에 의해 모형선이 가공되었다.
표준우주모형이 예측하는 천체의 성장 역사를 추적하기 위해서는 보통의 밤하늘 밝기보다 약 1000배 어두운 낮은 표면밝기(Low Surface Brightness, LSB) 우주 탐사가 필요하지만, 관측기술의 한계로 아직 LSB 우주는 거의 미지의 세계에 있다고 할 수 있다. 한국천문연구원에서는 LSB 천체 관측에 최적화된 직경 300 mm K-DRIFT Pathfinder 망원경을 개발하였다. LSB 천체는 ~28 mag/arcsec2 보다 어두운 천체로 표면밝기가 매우 낮기 때문에 망원경 내부의 미광(stray light)을 최소화하는 것이 중요하다. 이를 구현하기 위해 K-DRIFT Pathfinder 망원경에는 선형 비점수차가 제거된 비축 자유곡면 삼 반사경 형태를 적용하였다. 본 연구를 통해 가시광 영역에서 선형 비점수차가 제거된 비축 자유곡면 삼 반사 망원경의 설계, 제작 및 측정 가능성을 검증하였다. 본 발표에서는 K-DRIFT Pathfinder 망원경에 적용된 비축 자유곡면 광학면의 가공, 삼 반사 망원경의 조립 및 정렬 결과를 소개한다.
곡면의 폴리싱은 형상 및 공정 자체의 복잡성 때문에 아직까지 기계화 및 자동화가 잘 이루어지지 않고 있으나 정밀 기계부품 및 금형 관련 산업현장에서 매우 중요한 공정이기때문에 곡면 폴리싱 공정의 기계화 또는 자동화 연구가 최근에 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 능률적이면서 정밀한 곡면 폴리싱을 위하여 유연성 있는 두 가지 형태의 자력폴리싱 공구를 제작,해석하고 이를 이용한 곡면의 2단계 자력폴리싱 방법에 대하여 실험을 수행하고 고찰하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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