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CATIA API를 활용한 프레스금형 트림스틸 설계 자동화 S/W 모듈 개발
김강연(Gang-Yeon Kim) 한국산학기술학회 2017 한국산학기술학회논문지 Vol.18 No.3
본 논문은 자동차 프레스 절단 금형의 설계 자동화를 위한 설계 지원 툴 개발에 관한 연구을 다룬다. 현업에서 진행하는 자동차 패널 절단 공정 금형설계 프로세스를 분석하고 패턴을 가지는 반복 작업들을 그룹화 하여 자동화 모듈을 개발하였다. 제안하는 시스템은 절단금형 스틸파트를 자동 생성하는 템플릿 모델과 자동 생성된 절단금형 스틸파트를 자동 배치하는 UI 기능의 두 가지 모듈로 구성 하였다. 템플릿 모델은 트림스틸 설계에 활용되는 유형들을 고려하여 4가지 종류로 개발하였으며, 자동생성시 오류발생을 제로화 하기 위해 벡터 내적과 외적을 활용하여 설계기준이 되는 점, 선, 곡선, 면, 곡면의 방향을 체크 하고 바로잡는 방향성 제어 관계식 룰을 구현 하였다. 개발한 시스템을 대표 상용 CAD시스템 중 하나인 CATIA V5의 확장 메뉴형태로 탑재하기 위하여 CATIA Knowledgeware, CATIA SDK, Visual C++를 사용하여 개발하였다. 제안하는 시스템을 다양한 자동차 외관 패널에 적용한 결과 전통적인 방법에 비해 약 74%의 시간감축 효과를 얻을 수 있었다. This paper focuses on the development of a supporting S/W tool for the automated design of an automotive press trim die. To define the die design process based on automation, we analyze the press die design process of the current industry and group repetitive works in the 3D modeling process. The proposed system consists of two modules, namely the template models of the trim steel parts and UI function for their auto-positioning. Four kinds of template models are developed to adapt to various situations and the rules of the interaction formula which are used for checking and correcting the directions of the datum point, datum curve, datum plane are implemented to eliminate errors. The system was developed using CATIA Knowledgeware, CAA(CATIA SDK) and Visual C++, in order for it to function as a plug-in module of CATIA V5, which is one of the major 3D CAD systems in the manufacturing industry. The developed system was tested by applying it to various panels of current automobiles and the results showed that it reduces the time-cost by 74% compared to the traditional method.
CATIA CAD 시스템 기반 핫폼금형의 냉각수로 설계 자동화에 관한 연구
김강연(Gang-Yeon Kim),박시환(Si-Hwan Park),김상권(Sang-Kwon Kim),박두섭(Doo-Seob Park) 한국산학기술학회 2018 한국산학기술학회논문지 Vol.19 No.3
본 논문은 흔히 핫스탬핑 공법으로 알려진 냉각수로가 있는 핫폼 금형의 설계 데이터를 신속히 생성하는 지원 시스템개발에 초점을 둔다. 현장에서의 핫폼 금형의 설계조건과 설계 프로세스 분석을 통해 설계지원 시스템의 핵심기능들을 도출하고, 이를 기반한 새로운 핫폼 금형의 설계 프로세스를 제안 한다. 개발한 설계 지원 시스템은 핫폼 금형의 3차원 형상 모델과 2차원 도면을 생성하는 두 개의 모듈로 구성된다. 핫폼 금형의 3D 모델링 자동화 모듈은 CATAI V5 Knowledgeware를 기반한 CATAI 템플릿 모델 형태로 구현하였다. 이 모듈은 성형 곡면형상, STEEL(금형 Product를 구성하는 파트) 개수와 냉각수로의 개수에 대응하여 냉각수로를 포함한 핫폼금형의 3D 모델을 자동으로 생성한다. 또한 냉각수로의 위치와 자세를 편집하는 기능과 성형곡면과 냉각수로 사이의 거리에 대한 구속조건 만족여부를 판별하는 기능을 제공한다. 두 번째 모듈인 2D 가공도면을 자동 생성하는 모듈은 CAA(CATIA SDK)와 Visual C++를 활용하여 CATIA CAD시스템에 이식 가능한 플러그인 형태로 개발 하였다. 제안하는 방법의 성능을 평가하기 위해 사용자 정의 시나리오 기반 소프트웨어 테스트를 수행하였다. 실험결과 제안하는 방법은 수작업 기반의 전통적인 방법에 비해 설계 오류 없이 약 29배 빠르게 핫폼 금형 3D모델과 홀테이블을 포함하는 가공도면을 생성하였다. This paper focuses on the development of a support system that can rapidly generate the design data of a hot-form die with cooling channels, commonly known as hot stamping technology. We propose a new process for designing hot-form dies based on our (automated) system, whose main features are derived from the analysis of the design requirements and design process in the current industry. Our design support system consists of two modules, which allow for the generation of a 3D geometry model and its 2D drawings. The module for 3D modeling automation is implemented as a type of CATIA template model based on CATIA V5 Knowledgeware. This module automatically creates a 3D model of a hot-form die, including the cooling channels, that depends on the shape of the forming surface and the number of STEELs (subsets of die product) and cooling channels. It also allows for both the editing of the positions and orientations of the cooling channels and testing for the purpose of satisfying the constraints on the distance between the forming surface and cooling channels. Another module for the auto-generation of the 2D drawings is being developed as a plug-in using CAA (CATIA SDK) and Visual C++. Our system was evaluated using the S/W test based on a user defined scenario. As a result, it was shown that it can generate a 3D model of a hot form die and its 2D drawings with hole tables about 29 times faster than the conventional manual method without any design errors.
김강연(Kang-yeon Kim),조지호(Ji-ho Cho),이재영(Jae Y. Lee),이관행(Kwan H. Lee) 한국정보과학회 2005 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.32 No.2
본 연구의 목적은 오브젝트의 3차원 형상 정보와 사진이 주어졌을 때, 3D-2D 정합을 통하여 고품질의 가상모델을 생성하는데 있다. 이러한 실세계 오브젝트의 3D-2D 정합은 3차원 형상에 대응되는 2차원 이미지 정보의 매칭을 통한 텍스쳐 매개변수화 과정으로 정의 할 수 있다. 본 연구에서는 카메라 내부파라미터 검정 과정, 신뢰도가 높은 초기해 설정과정, 비선형 최적화 과정을 통한 효율적인 텍스쳐 매개변수화 기법(texture parameterization)을 제안한다.
Design of Thumb Adduction Assistive Mechanism with Cable-Driven Mechanism
Kangyeon Kim(김강연),Yechan Lee(이예찬),Hyung-Soon Park(박형순) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
Thumb is the most important part of the human hand since it serves various grip tasks. Thumb adduction movement that adducts the thumb toward the index finger is used in activities of daily living (ADL), such as lateral grasp or manipulation of smartphones. Many patients with neurological disorders cannot control their thumbs dexterously. Most of the previous mechanisms to assist thumb adduction had complex and bulky structures since they focused on the movement, not performing ADL. In this study, we introduce a mechanism capable of thumb adduction in a compact volume so that it can be used in ADL. A Soft wearable glove with a cable-driven mechanism was applied to assist thumb adduction. Two cables: each cable pulling thumb to the palmar direction and dorsal direction, were used in this mechanism. Thumb was adducted by pulling the cable in the ratio of 6:7 for the palmar and dorsal direction in order to guide the thumb on the palm plane. We demonstrated the feasibility of the proposed mechanism through a motion capture system. As a result, we can observe that the thumb was adducted by 35° from the neutral position. Since this mechanism is compact, it could assist in-hand manipulation tasks.
Realistic 3D model generation of a real product based on 2D-3D registration
Gang Yeon Kim(김강연),Seong Min Son(손성민) 한국산학기술학회 2013 한국산학기술학회논문지 Vol.14 No.11
온라인을 기반한 제품의 구매가 활성화 됨에 따라, 소비자들의 제품 디자인에 대한 사실적이고 정확한 정보 를 요구하고 있다. 본 연구에서는 제품의 형상정보(3D mesh)와 색/질감정보(image)를 이용하여 텍스쳐 맵핑된 실사적 3차원 모델을 생성하는 효율적인 방법을 제안한다. 3 차원 형상정보에 대응하는 이미지 상의 텍스쳐 좌표 관계를 구 하기 위해 오브젝트 좌표계와 카메라 좌표계 사이의 변환행렬, 카메라의 초점거리, 카메라 CCD 와 프레임상의 이미 지 사이의 종횡비를 파라미터로 하는 2D-3D 정합을 수행한다. 이러한 2D-3D 정합에 있어 발생하는 연산의 복잡도와 비선형도를 낮추기 위하여, 카메라 내부파라미터 검정단계, 임의의 회전행렬에 대한 임시적 최적 이동 벡터 (TOTV), 회전행렬에 대한 비선형 최적화 단계로 접근한다. 제안하는 방법의 유용성을 시현하기 위해 3차원 컬러 측정기로는 색외관을 획득하기 힘든 메탈릭 페인트 재질로 이루어진 제품에 적용한 구현결과를 보인다. As on-line purchases is activated, customers’ demand increases for the realistic and accurate digital information of a product design. In this paper, we propose a practical method that can generate a realistic 3D model of a real product using a 3D geometry obtained by a 3D scanner and its photographic images. In order to register images to the 3D geometry, the camera focal length, the CCD scanning aspect ratio and the transformation matrix between the camera coordinate and the 3D object coordinate must be determined. To perform this 2D-3D registration with consideration of computational complexity, a three-step method is applied, which consists of camera calibration, determination of a temporary optimum translation vector (TOTV) and nonlinear optimization for three rotational angles. A case study for a metallic coated industrial part, of which the colour appearance is hardly obtained by a 3D colour scanner has performed to demonstrate the effectiveness of the proposed method.