선박용 프로펠러의 곡면 모델링 및 5축 NC 데이터 생성에 관한 연구

이재현 전남대학교 대학원 2001 국내석사

소형 선박용 프로펠러(테스트 용)는 일반적으로 5 축 가공에 의하여 가공된다. 이를 위해서 기학적 모델과 5 축 CL 데이터가 필요하다. 본 논문은 프로펠러 모델링과 5 축 가공 데이터 생성의 방법을 제안한다. 프로펠러의 곡면 모델은 허브와 날개로 구성되어 있다. 입력 데이터는 다양한 유체역학적 실험을 거쳐 산출된 점렬 데이터를 사용한다. 이 곡면 모델은 다각형 모델로 근사화 된 후 가공 데이터를 생성에 사용된다. 본 논문은 5 축 CL 데이터를 생성하는 2 가지 방법을 제시한다. 첫번째 방법은 한번의 셋팅 자세로 프로펠러를 가공 할 수 있는 방법이다. 공구가 XY 평면과 평행한 방향으로 움직이도록 되어있어서 4 축 가공에 의해 프로펠러의 전체 형상을 가공한다. 공구의 축 방향을 효율적으로 결정하기 위해 틸팅 가이드 라인(Tilting Guide Line)을 사용하였다. 이것은 이웃 하는 두 날개 사이의 중간에 존재하며 간섭 제거된 틸팅 각도정보를 가지고 있다. 두 번째 방법은 보조곡선을 이용하는 방법이다. 두 종류의 보조 곡선이 있는데, 영역(Area) 보조 곡선은 공구의 경로를 생성하고 틸팅(Tilting) 보조 곡선은 공구의 방향을 결정한다. 보조 곡선은 곡면 모델로부터 자동이나 수동으로 생성될 수 있고, 다양한 가공물에 적용할 수 있다는 장점이 있다. 제안된 알고리즘은 C 로 프로그래밍 되었으며, 5 축 기계에서 가공되어 산업현장에서 사용되고 있다. Small marine propeller is generally machined by 5-axis milling. And it needs a geometric model and 5-axis CL data. This paper proposes the method of propeller modeling and 5-axis CL data generation. Geometric model of propeller is composed of hub and wing. Input data is point array calculated from various hydrodynamics test. Then it is approximated to Polyhedral model. This paper introduces 2 kinds of 5-axis CL data generation. One is a method to machine propeller by single setup. The cutter moves along the parallel direction to the XY plane. So this method machines propeller by 4-axis machining. To determine the cutter orientation efficiently, Tilting Guide Line is proposed. It represents interference-free tilt angle range between adjacent two wings. The other is a method to use Auxiliary Curves. They are 2 kinds. Tool position is determined by Area Auxiliary Curves, and tool orientation is by Tilting Auxiliary Curves. They are created from geometric model automatically or manually, and this method can be applied to various geometric models. A proposed algorithm is written in C language and successfully applied to the 5-axis milling machine of industrial field.

3차원 측정데이타를 이용한 자동차 차체의 모델링 시스템 개발

민승재 서울대학교 대학원 1991 국내석사

자동차 외형설계를 위한 CAD 시스템의 개발

이상찬 서울대학교 1992 국내박사

Chordlength Domain 기법을 이용한 ABS(Attribute Based Surface) Modeling

김정화 숙명여자대학교 대학원 2006 국내석사

컴퓨터 그래픽스에서 곡면 모델링에 대한 연구는 수십 년간 계속 되어온 과제이다. 실제로 곡면 모델링을 위해 베지어(Bezier), B-스플라인(B-spline), 넙스(Nurbs) 등과 같은 여러 가지 방법이 제공되었으며, 또한 널리 사용되고 있다. 현재 사용되고 있는 모델링 방법은 수학적이고 기술적인 부분에서 전문적이고 복잡하기에 디자인된 형상을 기하학적인 형태로 변화시키는데 종종 한계를 보인다. 형상 디자인을 모델링하는 ABS 방법은 물체의 기하학적 특성 속성 정보(점, 곡선, 기울기 등)를 기반으로 하는 모델링 방법으로서, 디자이너들에게 직관적으로 디자인할 수 있게 지원해 준다. 즉, ABS 방법은 수학적으로 복잡한 알고리즘을 필요로 하는 다른 모델링 기술 보다 다각패치, 자유로운 형식의 기술, 특성속성 기반, 데이터양의 감소와 같은 다양한 장점을 지원한다. 그러나, ABS 모델링은 다각 패치에 대해 직각삼각형, 정사각형과 같은 항상 균일한 도메인을 가지고 모델링 한다. 이와 같은 방법은 모델링의 속도는 단축시킬 수 있으나 물체 모델링의 특성들과의 보간 과정에서 디자이너의 의도와 다른 오차가 발생 할 수 있다. 따라서, 본 논문은 ABS(Attribute Based Surface) 기법을 이용하여 형상을 모델링 할 때 위에 언급한 차이를 최소화하는 방법으로 코드랭스(Chordlength) 도메인 기법을 제안한다. 비균일한 도메인을 생성하는 방법 중 하나인 코드랭스 기법은 형상을 구성하는 각 속성들의 길이와 형태에 따라 도메인을 변화시키는 방법이다. 또한 추가적인 특성 정보의 입력에 있어 사용자가 원하고 생각하는 곳에 입력이 가능하고 사용자가 형태의 변화를 예측 할 수 있다. 코드랭스 도메인 기법은 MEL(Maya Embedded Language)을 이용하여 구현하였다. In computer graphics, a study on surface modeling has been conducted over the past few decades. Actually, various modeling methods such as Bezier, B-spline and Nurbs are provided and widely used for surface modeling. Unfortunately, however, these current modeling methods have limitations in transforming a 3D object modeling to a geometry based format because they are specialized and complicated mathematically and technically. The ABS method modeling the shape-design helps designers concentrate upon the design intuitively, using the modeling method based on the geometrical characteristics, the property information (a point, a curve, slopes, etc.)  In other words, the method provide such advantages as multi-sided patches, freeform topology, attribute base, the reduction of data quantity, other than other modeling methods requiring the mathematically complicated algorithm. However, for the multi-sided patches, the ABS Modeling attempts the modeling with the uniform domain like a right triangle and a regular square. The mentioned method can reduce the speed of modeling but it can cause the difference from a designer’s intention in the process of interpolation between the attributes for object modeling. Therefore, in this study, Chordlength domain method is suggested to minimize the mentioned differences when ABS(Attribute Based Surface)is used to perform shape modeling. The Chorldlength, one of the methods generating irregular domain, is the technique transforming the domain in accordance with the length and form of attributes which a shape consists of. In addition, it allows users to enter property information in their desired place and forecast a format change. The Chordlength domain method is performed using MEL(Maya Embedded Language)

디자인 의도를 고려한 3차원 곡선 네트워크의 곡면 모델 생성

박지순 서울대학교 대학원 2014 국내석사

최근 스케치 기반 인터페이스를 이용한 자연스러운 기하모델링 방법들이 제시됨에 따라, 스케치를 통해 얻어진 3차원 곡선 네트워크로부터 모델을 생성하는 방법에 대한 다양한 연구가 진행되어왔다. 하지만 3차원 곡선들로부터 곡면 패치를 생성하는 것은 기하학적 정보의 부재로 인해 최적의 해가 존재하기 보다는 다양한 방법으로 해석할 수 있는 모호한 문제이다. 이 논문에서는 3차원 곡선 네트워크로부터 곡면 패치를 생성하는 알고리듬을 제안하며, 문제의 모호성을 해결하기 위해 스케치 특성에 따른 기하 구속조건을 추가적으로 부가한다. 각각의 기하 구속조건들은 곡면의 법선 벡터에 관하여 수식화되며, 최적 해를 찾는 방법으로 디자인 의도를 고려한 곡면의 법선 벡터를 추정한다. 이렇게 추정된 법선 벡터를 이용하여 곡선 네트워크가 이루는 곡면 모델을 생성하게 된다. 제안한 알고리듬은 다양한 곡선 네트워크에 대한 모델 생성을 통해 검증하였으며, 디자인 의도를 충분히 반영하기 위해 곡선에 기하 구속조건을 정의하여 새로운 기하정보를 추정했다는 점에서 기존의 논문들에 비해 시각적으로 합리적인 결과를 얻었다. 이 연구의 3차원 곡선의 기하정보를 추정하는 기술은 스케치를 기반으로 하는 모델링 방식에서 새로운 정보를 추출하기 위한 방법으로 사용될 수 있다. 더 나아가, 곡선 네트워크의 각각의 곡면에서 구한 곡선의 법선 벡터들은 인접 곡면의 법선 벡터 정보와 더해져 사용자 의도에 더욱 가까운 곡면 모델을 얻을 수 있을 것이다. 또한 곡선 네트워크 생성기술과의 결합은 3차원 모델링의 새로운 프레임워크를 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

곡면을 포함하는 3차원 물체의 영상 기반 모델링

이만희 인하대학교 대학원 일반대학원 2008 국내석사

본 논문에서는 NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)로 표현된 3차원 곡면을 복원하기 위한 영상 기반 곡면 모델링 기법을 제안한다. 카메라 보정이 수행된 복수의 영상으로부터 사용자가 2차원 NURBS 곡선 형식의 대응 곡선을 지정하면 카메라의 정보와 스테레오 복원을 이용하여 대응 곡선의 3차원 복원을 수행한다. 이러한 방법으로 복원된 3차원 NURBS 곡선들을 이용하여 bilinear surface, ruled surface, generalized cylinder, surface of revolution등의 기본 곡면뿐만 아니라 skinned surface, swept surface, boundary patch등의 고급 곡면을 생성할 수 있고, 결국 이러한 곡면 모델링 기술을 기반으로 다양한 모양의 곡면 물체를 모델링 할 수 있다. 또한 입력 영상으로부터 곡면의 표면 텍스처를 생성하여 시각적으로 사실적인 3차원 물체의 모델링을 수행한다.

Ferguson의Bi-cubic surface patch를 이용한 자유곡면의 모델링 및NC가공에 관한 연구

이창현 漢陽大學校 1988 국내석사

3차원 비접촉 측정 및 자유곡면 모델링

朱柄權 충남대학교 1999 국내석사

As the measuring data of physical object can be easily obtained in large quantities and of high precision, the importance of surface reconstruction from the these data is rapidly increasing in many application domains such as reverse engineering, CAD/CAM, geographic data process, and 3D visualization. In this study, the noncontact measuring algorithm has been described for data measurement using the CCD carmera and the laser slit beam. Also, the NURBE surface approximation method has been introduced for creating the surface patches from the data points. Data obtained from noncontact measurements using CCD carmera and laser slit beam and they have noises and are not regular due to the dispersion of light. therefore, the surface reconstruction mehtod form scattered data is required for surface modeling. But, this method is complex, difficult and needs much of calculation time. This study proposes the regulation method and the interpolation algorithm of measuring data to increase the efficiency of data processing such as filtering and extraction of interest. The regulated data are converted to either triangle mesh surface or NURBS surface. Furthermore, the research explains each step of the modeling process. This study is implemented using C++ language and Open Inventor and the results of this study are as follows. 1) Noncontact measuering device using CCD camera and laseer enabled us to swift 3D measurement. 2) By regulating measured data from the step of measurement, it is possible efficient data process and we can obtain more complete model through applying data interpolation at overlapped data, 3) By developing a system witch can be applied to either triangle mesh or NURBS surface model form measurment data, we were able to stand on the basis of reverse engineering. Also, we can implement efficient reverse engineering process by integrating measuring system and modeling system, * A thesis submitted to the Committee of Graduate School, Chungnam National University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Mechanical Design Engineering in February 1999.

NC 가공을 위한 곡면 모델링에 관한 연구

성원징 전북대학교 대학원 1990 국내석사

Efficient manufacturing of curved objects is an important issue in modern industry as more variety of industrial products is being designed with "free formed" or "sculptured" surfaces. Designing curves and surfaces plays an important role in the construction of different products. such as car bodies, ship hulls and airplane fuselages and wings. The purpose of this paper is to express how much we could show the real surface accurately in sculptured surface modeling for computer-aided design and manufacturing, comparing Ferguson surface, uniform B-spline surface and non-uniform B-spline surface with real surface. The results obtained are as follows. 1. If we give the same boundary condition in surface modeling of the Ferguson surface and the UBS, we can obtain the same surface. Therefore, because calculation is shorter in the Ferguson surface, the Ferguson surface is more efficient than UBS. 2. In the even surface, the value of error in the NUBS is larger than that of UBS or Ferguson surface surrounding start point. 3. In case of uneven data, though the length of each knot segment is relatively large, the error decreased in which the average length of knot segment is even. 4. In the uneven surface, the interpolation point appeared in narrow side of knot width, because the knot significiantly influenced on concentrated distribution of control vertices on the UBS and Ferguson surface.

Agnostic G^1 Gregory 곡면을 이용한 선체 곡면 모델링

김도환 서울대학교 대학원 2017 국내석사

G^1 연속 조건을 만족하는 선체 곡면의 필요성은 선형 설계자와 선형을 활용하는 이후 설계 작업자들의 설계 결과물의 차이를 줄이기 위하여 꾸준히 대두되어왔다. 선형 설계 결과물과 모델링된 선체 곡면의 차이로 인하여 구조/저항 및 추진 성능에 대한 정확한 성능 평가가 이루어지지 않으며, 이는 곡판 전개 등의 생산 작업의 자동화율 감소에 영향을 준다. G^1 연속 조건을 만족하는 선체 곡면 생성을 위한 다양한 연구가 진행되었지만, 선박 형상의 특성상 복잡한 설계선(lines)으로 생성되는 다양한 삼각/사각형 곡면 간 경계 조건에 모두 적용 가능한 알고리즘은 개발되지 않았다. 본 논문에서는 agnostic G^1 Gregory 곡면 생성 알고리즘을 선박에 적용하고 검증하였다. 해당 알고리즘은 기존 Gregory 곡면을 활용하여 삼각/사각형 곡면이 혼합되어 사용된 영역에서 곡면 간 G^1 연속 조건을 만족하도록 개선된 곡면 생성 알고리즘이다. Agnostic G^1 Gregory 곡면 생성 알고리즘을 선박의 lines에 적용하여 선체 곡면을 생성하고, 곡면 간 법선 벡터 사이의 각도를 측정하여 G^1 연속 조건을 만족함을 검증하였다.