[논문]사출금형 설계를 위한 웹 기반 간섭 검사시스템

박종명; 송인호; 정성종

doi:10.3795/ksme-a.2006.30.7.816

사출금형 설계를 위한 웹 기반 간섭 검사시스템
Web-based Interference Verification System for Injection Mold Design 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.30 no.7 = no.250, 2006년, pp.816 - 825

박종명 (한양대학교 기계설계학과) , 송인호 (한양대학교 기계설계학과) , 정성종 (한양대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper describes the development of a web-based interference verification system in the mold design process. Although several commercial CAD systems furnish interference verification functions, those systems are very expensive and inadequate to perform collaborative works over the Internet. In this paper, an efficient and precision hybrid interference verification algorithm for the web-based interference verification system over the distributed environment has been studied. The proposed system uses lightweight CAD files produced from the optimally transformed CAD data through ACIS kernel and InterOp. Collaborators related to the development of a new product are able to verify the interference verification over the Internet without commercial CAD systems. The system reduces production cost, errors and lead-time to the market. Validity of the developed system is confirmed through case studies.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서, 본 논문에서는 사출금형의 효과적인 간섭검사를 위하여 기존의 간섭검사 알고리듬의 단 점을 극복할 수 있는 AABBtree와 경량캐드파일의 계층구조를 이용한 간섭검사 알고리듬을 제안한다. AABBtree는 물체에 좌표평면과 평행한 BV를 생성하여 물체 사이의 간섭을 BV를 이용하여 검사하는 방법이다.
사출금형의 실제 CAD 파일을 이용하여 본 논문에서 제안한 간섭검사 시스템의 효용성을 입증하고자 한다. 설계자가 상용 CAD 시스템을 이용하여 사출금형 설계 후 도면을 웹페이지를 이용하여 본 시스템에 등록한다.

가설 설정

1) 첫번째 단계는 페이스의 BV 계산 단계이다. Fig.
3) 세번째 단계는 솔리드간 간섭검사 단계이다. i 번째 솔리드의 BV인 SVi 와 나머지 솔리드의 BV간 간섭검사는 솔리드의 식 (1)을 통해 반복 수행한다.
4) 네번째 단계는 페이스간 간섭검사 단계이다. 두 솔리드의 BV가 간섭으로 판단될 경우, 판단된 솔리드 Si가 포함하고 있는 페이스 데이터들 중 하나의 페이스 Fi,j의 BV와 간섭 확인된 다른 솔리드의 페이스들의 BV간 간섭검사를 순차적으로 수행한다.

제안 방법

(1) 사출금형 부품간 주요 간섭 형상을 조사 및 분류하고 이에 적합한 복합 간섭검사 알고리듬을 도출하였다.
(4) 복합 간섭검사 알고리듬은 다면체 형상뿐만 아니라 자유곡면이 포함되어 있는 물체의 간섭검사도 수행 할 수 있도록 설계하였다.
11과 같이 경량캐드파일 변환기, 3차원 뷰잉 모듈, 간섭검증 모듈, 마크업 모듈, 저장 모듈 등으로 구성된다(6). 각 모듈은 Microsoft 사의 ActiveX 기술을 이용하여 MFC 로 프로그래밍하여 구현되 었으며, 3 차원 데이터의 처리를 위해 ActiveX 내부에 Silicon Graphics 사의 OpenGL 을 사용하였다.(17) ActiveX 를 웹상에 게시하기 위해 HTML 을 이용하였으며, 플러그인(plug-in)을 위한 인터페이스로 VBScript 를 사용한다.
(16) 설계 검증자는 인터넷을 통해 설계정보를 검색하고 설계 및 간섭검사 작업을 시작할 수 있다. 검색된 상용 CAD 데이터에 해당하는 경량캐드파일을 서버에서 클라이언트로 전송하여 검증작업이 가능하도록 한다. 검색한 설계정보에 간섭검사 및 설계검증 작업을 웹상에서 수행하며 검증 완료 후 결과데이터를 다시 경량캐드파일로 저장 후 통합 서버로 전송하여 다자간 공유를 가능케 한다.
이와 같은 계층구조의 엔터 티 를 이 용하여 솔리드(solid), 페이스(face) 및 삼각형 메시를 순차적으로 검색하여 간섭을 확인한다. 또한, 솔리드와 페이스의 간섭검사 과정에서는 신속한 간섭검사를 위하여 AABBtree 구조를 이용하여 간섭이 발생하 지 않는 엔터티를 신속하게 배제하는 방식을 적용 한다.
슬라이드와 록킹블록(locking block) 그리고, 엥글핀(angle pin)과 엥글핀의 도피홀(evasion hole)사이의 간섭은 슬라이드에 직접적인 영향이 있으며, 이젝터핀(ejector pin)과 코어(core) 사이의 간섭은 제품에 직접적인 영향을 주어 사출금형 제작에 많은 시간과 비용이 소비된다. 본 논문에木는 사출금형 부품간의 효율적인 간섭검사를 위하여 AABB(axis-aligned bounding boxes)tree(7)와 경량캐드파일의 계층 구조를 이용한 복합(hybrid) 간섭검사 알고리듬을 제시함으로써 페이스 하위의 삼각형단위까지 간섭 부위를 인식 표시함으로써 미소 간섭의 판단이 용이하도록 한다.
본 연구에서는 선행연구에서 웹상에 가시화를 위하여 개발한 Fig. 3의 경량캐드파일 계층구조(12) 와 AMBBtree(7)를 이용하여 효과적인 간섭검사를 수행한다. 본 연구에서 사용된 파일의 상세내용은 다음과 같다.
제안한 간섭검사 시스템의 효용성을 입증하고자 한다. 설계자가 상용 CAD 시스템을 이용하여 사출금형 설계 후 도면을 웹페이지를 이용하여 본 시스템에 등록한다. 등록된 CAD 파일은 변환서버를 통해 경량캐드파일로 변환한다.
두 솔리드의 BV가 간섭으로 판단될 경우, 판단된 솔리드 Si가 포함하고 있는 페이스 데이터들 중 하나의 페이스 Fi,j의 BV와 간섭 확인된 다른 솔리드의 페이스들의 BV간 간섭검사를 순차적으로 수행한다. 이때 간섭이 발생하지 않으면 첫번째 솔리드 Si의 다음 페이스 Fi,j+1의 BV와 Si+1 이 포함하고 있는 페이스들의 BV간 간섭검사를 수행한다. 이와 같은 방법을 반복하여 두 솔리드 에 포함된 전체 페이스의 BV간 간섭검사를 수행하고 간섭 발생된 페이스를 검출한다.
13의 #). 이러한 결과를 바탕으로 설계자는 엥글핀의 길이나 도피홀의 크기를 변경하여 금형 설계에 적용한다. Fig.
Face는 CAD모델 가시화를 위한 삼각화된 메시(mesh) 데이터와 외곽선표시를 위한 에지로 구성된다. 이와 같은 계층구조의 엔터 티 를 이 용하여 솔리드(solid), 페이스(face) 및 삼각형 메시를 순차적으로 검색하여 간섭을 확인한다. 또한, 솔리드와 페이스의 간섭검사 과정에서는 신속한 간섭검사를 위하여 AABBtree 구조를 이용하여 간섭이 발생하 지 않는 엔터티를 신속하게 배제하는 방식을 적용 한다.
이때 간섭이 발생하지 않으면 첫번째 솔리드 Si의 다음 페이스 Fi,j+1의 BV와 Si+1 이 포함하고 있는 페이스들의 BV간 간섭검사를 수행한다. 이와 같은 방법을 반복하여 두 솔리드 에 포함된 전체 페이스의 BV간 간섭검사를 수행하고 간섭 발생된 페이스를 검출한다. 식 (2)는 두 솔리드간 간섭이 발생한 경우, 페이스의 BV간 간섭 판단조건을 나타낸다.
여기서 k는 삼각형 메시의 순서이다. 이와 같은 방법을 이용하여 두 페이스가 포함하고 있는 전체 삼각형 메시들의 간섭검사를 반복적으로 수행하여 간섭이 판별된 삼각형 메시의 색상을 변경하여 간섭검사 결과를 나타낸다. 식 (3)은 삼각형 간 간섭 판단조건을 나타낸다.

대상 데이터

14는 사출금형의 슬라이드와록킹블록 사이의 간섭을 검출한 결과이다. 본 사례는 슬라이드와 록킹블록 이 접하는 모서리 부분에서 슬라이드의 곡면의 반경이 록킹블록의 곡면의 반경보다 작아 부품간 간섭이 발생하였다. 간섭이 검출된 부분은 색상변경을 통하여 Fig.
10은 개발된 시스템의 전체 구조를 나타낸다. 본 시스템은 웹기반의 클라이언트-서버 구조를 가지며 서버와 클라이언트는 소켓통신을 통해 설계정보를 주고 받는다. 시스템은 설계자 클라이언트, 통합 서버, 웹 클라이언트의 세 부분으로 구성된다.

데이터처리

제안된 알고리듬의 효율성을 검증하기 위하여 두 솔리드의 간섭 검사량을 비교한다. 두 솔리드가 포함하고 있는 페이스의 개수를 각각 ft, fm이라 하고 간섭이 발생한 페이스 쌍의 개수를 fn이라 한다.

이론/모형

각 모듈은 Microsoft 사의 ActiveX 기술을 이용하여 MFC 로 프로그래밍하여 구현되 었으며, 3 차원 데이터의 처리를 위해 ActiveX 내부에 Silicon Graphics 사의 OpenGL 을 사용하였다.(17) ActiveX 를 웹상에 게시하기 위해 HTML 을 이용하였으며, 플러그인(plug-in)을 위한 인터페이스로 VBScript 를 사용한다. 이와 같은 구조는 사용자가 처음 간섭검증 시스템에 접속시 ActiveX 를 자동으로 사용자 PC 에 설치하며 이후의 접속시에는 ActiveX 의 버전을 비교하여 버전업이 되었을 경우에만 프로그램을 교체하게 된다.

성능/효과

(2) 개발된 복합 간섭검사 알고리듬을 기 개발된 웹기반 협업 뷰잉시스템에 적용하여 고가의 CAD 시스템 없이 사출금형 간섭검사를 수행 할 수 있다.
(3) 도출된 간섭검사 알고리듬은 기존의 VRML 모델을 이용한 일반적인 간섭검사 방법에 비하여약 2%의 계산만으로 미소 간섭부위를 파악 할 수 있다.
(5) 실제 사출금형 부품모델을 대상으로 한 간섭검사 사례연구를 통하여 본 연구에서 개발된 시스템의 효용성을 입증하였다.
전체 삼각 메시간 간섭을 검사할 경우인 Table 1의 네번째 열의 결과와 본 연구에서 제안하는 알고리듬을 이용하는 경우인 Table 1의 다섯번째 열을 비교한 결과 약 2%의 계산 만으로도 정확한 간섭부위를 파악할 수 있다. 그러므로, 협업 뷰어 시스템에 적용하는 본 알고리듬은 사출금형과 같이 미소간섭인 경우 계산량이 현저하게 작기 때문에 효율성이 검증되었다.

후속연구

또한, Chin 과 Wong(4)은 사출금형의 개념설계 단계에서 부품 개발을 위한 지식 기반의 평가 시스템을 연구하였다 사출금형을 대상으로 한 간섭검사 연구로 Shin과 Lee(5)는 사출금형에서 제품 취출시 문제가 되는 간섭면을 검색하여 간섭이 발생할 경우 이 부분에 사이드 코어(side core)를 설계하는 방법을 개발하였다.그러나 이 논문은 구배각을 이용하여 제품과 코어 사이의 간섭만을 확인할 수 있기 때문에 전체 사출금형 부품간 간섭을 파악하지 못한다.
Hubbard(9)는 Spheretree를 이용한 간섭검사 방법을 제안하였다. 이 연구는 Spheretree와 더불어 Space-Time bounds를 적용하여 더욱 신속하 고 정확한 간섭검사 수행이 가능하다. 그러나 이 논문에서는 신속한 간섭검사가 수행되는 반면, 사 출금형 부품과 같은 직육면체를 모델링 하기 위해 서는 다수의 구가 필요하고, 구에 발생하는 빈 공간으로 인하여 정확한 간섭검사가 어렵다.

참고문헌 (17)

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Cimmetry Homepage, http://www.cimmetry.com
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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