This paper describes a dedicated three-dimensional CAD system for design of drawing dies for automotive body panels. Since solid die models are useful not only for simulations for design verification, but also for NC tool path generation to machine dies and their Styrofoam patterns, 3-D CAD systems have been introduced in the tooling shop of automotive manufacturers. However, the work to build solid models requires a lot of time and effort if the designer uses only the general modeling capabilities of commercial 3-D CAD systems. To solve this problem, we customized a 3-D CAD system for the drawing die design. The system provides not only 3-D design capabilities, but also standard part libraries to enhance design productivity. By introducing this system, the drawing dies can be designed more rapidly in the 3-D space, and their solid data can be directly transferred to CAM tools for NC tool path generation and simulation tools for virtual manufacturing
최근 3차원 레이저 스캐너는 토목 분야의 적용에 관한 다수의 연구가 수행되고 있으며, 연구 분야 역시 터널 및 교량, 토공량 산정, 시공검측, 암반절리 측정 등 여러 분야에서 이루어지고 있다. 그 중 터널 시공 시 여굴량 및 미굴량을 산정함에 있어 3차원 레이저 스캐너를 활용하는 연구가 점차적으로 이루어지고 있으며, 지금까지의 연구는 스캔 데이터와 2차원 CAD 도면과의 비교를 통해 여굴량 및 미굴량을 산정하는 방식으로 이루어 졌다. 그러나 터널이 비교적 단순한 형상의 구조물이라 하더라도 3차원 형상의 구조물로 정확한 여굴량 및 미굴량을 산정하기 위해서는 3차원적인 비교가 필요하다. 본 연구에서는 3차원 레이저 스캐너로 획득한 스캔 데이터와 3차원 설계 모델링인 BIM을 활용하여 시공시 발생하는 여굴량 및 미굴량을 산정하는 시공오차 평가 프로그램을 개발하였으며, 이를 위한 효율적인 스캔 데이터의 처리 프로세스를 제안하였다. 또한 실제 현장에 3차원 레이저 스캐너를 적용하여 시공오차를 산정하였으며, 프로그램의 성능을 검증하였다.
2차원 도면으로부터 3차원 입체형상으로의 재구성은 CAD/CAM에서 많이 연구되어 온 분야이다. 이 논문에서는 건축에서 쓰이는 3점 소실법을 이용하여, 자유곡선을 포함하는 하나의 투시도로부터 3차원 정보를 추출하고, 그 위상학적 관계와 loop detection 알고리즘을 통해서 면정보를 추출한다. 추출된 면정보를 입체 구조로 변환하고 연속성을 부여한다. 그리고 쉬운 사용자 인터페이스를 제공하여 사용자의 의도에 맞는 적절한 입체영상을 만들어 내고자 하였다.
컴퓨터 하드웨어 기술의 발전으로 그 동안 고급의 워크스테이션급에서 수행되던 많은 응용들을 개인용 컴퓨터 (pc)에서 구별할 수 있게 되었다. 특히, CAD/CAM, 가상현실, 영화, 게임 등과 관련된 3차원 그래픽스 기술들은 pc용 3차원 영상처리 그래픽스 하드웨어의 보급과 더불어 개인 사용자들에게서 이용되기 시작하고 있다. 본 고에서는 이 시점에서 3차원 영상처리 그래픽스 시스템을 하드웨어 측면에서 그것에 대한 동향과 성능을 비교 분석한다.
High efficiency production requires the improved performance of CAD/CAM system. Although the CAD and CAM have been significantly developed over the last three decades, they must still study on the reuse of information during process. In this study, we developed a new integrated CAD/CAM system which can reuse the information generated in previous processes, in order to improve its performance. In addition, the developed system was verified by comparing with working-time, and system reproducibility was also examined with tolerance in the unmanned operation. Experimental results showed 58% reduction in working-time of 2D Auto-CAM module, 80% in case of 3D Auto-Exchange module, and 54.5% in case of Auto-Design module.
본 논문은 작업공간상에서 로봇 운동과 힘의 통합제어를 구현할 수 있는 플랫폼의 구현에 초점을 두고 있다. 조립 또는 디버링 같은 접촉작업에서의 매니플레이터 효율성 제고나 친 인간 환경에서의 휴머노이드 로봇의 안정성을 위해서는 종래의 PID 제어나 관절공간상에서의 CTM(Computed Torque Method) 제어보다는 작업공간상에서의 운동과 힘의 통합제어를 실시해야 한다. 이것을 위해서는 작업공간상에서의 엔드이펙트(end-effector, E-E)에 대한 동역학식과 자코비안(jacobian)을 도출해야 하며 이를 위해서는 각종 동적파라미터의 정확한 동정이 중요하다. 본 논문에서는 3D CAD 모델링, MATLAB, 동역학 시뮬레이터를 활용하여 로봇 모델링, 동역학식과 동적 파라미터 추출, 운동과 힘의 실시간 통합제어 시뮬레이션등을 쉽고 일관되게 진행할 수 있는 플랫폼을 구현하였고 적용예로써 JS-10로봇을 택해서 그 효용성을 입증하였다.
본 논문에서는 액정용 실드 케이스 (Shield Case)의 스트립 레이아웃 도 작성하였다. 프레스 금형에 있어서 스트립 레이아웃 도는 제품 양산을 결정하는 중요 요인이다. 장착되는 다른 부품과의 간섭요인을 용이하게 수정하기 위하여 3D CAD/CAM 시스템을 적용하였다. 블랭크 레이아웃을 최적화하고 광폭배열로 스트립 레이아웃 하여 재료 이용률을 60.17%로 향상시켰다. 또한 얇은 소재두께로 인해 변형 발생이 예상되는 노칭부위에 집중적으로 비딩공정을 추가하여 제품의 평탄도를 요구사항에 맞게 적용하였다. 사용된 3D CAD/CAM 소프트웨어는 Unigraphics NX 3.0이며 12개 공정으로 스트립 레이아웃 도를 작성하였다.
본 논문에서는 아이소-지오메트릭 형상 최적설계 기법에서 얻은 CAD 정보를 직접 활용하여, 3D 프린터를 활용한 실험적 검증을 위한 시편을 제작하였다. 유한요소법에서는 요소망에 내재하는 기하학적인 근사가 응답과 설계민감도 해석에서 정밀도 문제를 발생시킨다. 더욱이 유한요소 기반 형상 최적화 과정에서는 CAD와의 정보교환이 필수적이나 그 과정에서 최적설계 정보의 손실이 발생할 수 있다. 아이소-지오메트릭 기법은 CAD에서 사용된 동일한 NURBS 기저함수와 조정점을 사용하므로 법선벡터와 곡률과 같은 엄밀한 기하학적 정보를 응답해석과 설계민감도 해석에 사용할 수 있다. 또한 최적설계 과정에서 CAD와 정보교환 없이 복잡한 형상을 손쉽게 변경할 수 있다. 그러므로 최적의 설계의 재료량을 실험적 검증을 위한 시편제작에 엄밀하게 반영할 수 있다. 굽힘 하중을 받는 단순지지 구조물에 대한 최적설계 및 실험적 검증을 통해 최적형상이 초기 형상에 비해 더 큰 강성을 가지며 실험결과와 수치 해석결과가 매우 잘 일치함을 보였다. 또한 인장력을 받는 유공판에 대한 형상 최적설계를 수행하였으며, 비접촉식 3차원 변형 측정 장치를 이용하여 초기설계에 비해 최적설계에서 구멍주변에서의 응력집중 현상이 완화됨을 확인하였다. 따라서 수치적인 방법을 활용한 최적설계가 실제 구조물에 대한 실험에서도 유효함을 입증하였다고 할 수 있다. 또한, 아이소-지오메트릭 최적설계 방법론이 기존의 유한요소법에 비해서 최적설계 결과를 제작하여 활용하는데 있어서도 훨씬 효율적이고 엄밀한 방법임을 보였다.
솔리드 모델링은 형상 모델링(geometric modeling) 기법 중 3차원 형상을 솔리드의 형태로 표현하기 위한 기법으로 컴퓨터가 디자인에 사용되기 시작하면서 3차원 형상을 컴퓨터에 어떻게 표현할 것인가를 연구하는 분야이다. 이 분야는 다른 CAD분야의 핵심이 되고 있게 때문에 이들과 중복되는 내용이 많으나 다른 분야에 대한 내용이 별도로 서술되기 때문에 본 고에서는 이들과 중복되지 않는 내용을 중심으로 최근의 연구동향에 대하여 알아보기로 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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