Feature-based Extraction of Machining Features

한국

CAD/CAM

논문집

제 4 권 제 2 호 1999

6월 pp.

특징형상 접근방법에 의한 가공특징형상 추출* *

본 연구는

(대학부설연구소 지

연구비

*

전자통신

컴 퓨터소프트웨

**

산업공학과

이재열

*

, 김광수**

Feature-Based Extraction of Machining Features

Jae Yeol Lee * and Kwangsoo Kim **

ABSTRACT

This

paper

a feature-based approach

extractiiig

frbni

feature

based design model. In the

a

to

feature conversion

added design

a

features.

proposed

protrusion

and interacting

design

intent,

functional

extraction.

into

the

sunounding protrusion

extracted and

into machining

Moreover,

handled

interacting

handling

feature information

well

geometry

the proposed approach

inherent

such

intent. In addition,

feature extraction

and

set

parts

be handled

Key words : Feature-based

Feature recognition, Feature extraction, Feature

1. 서 론

최근

CAD와

을

CAD/

CAM 시스템을 구축하려는

노력이

진되고 있다.

통합의

것이 제조와

개발에는

특징형상의 자동인식

설계, 해석,

검사, 조립

각 생산의

분야별로

수행에

말한다.

생산의 각 분야는

광범위한

의사결정을 필요로

작업이지만

이용하게 되면

수행작업

시스템

게

진행시킬

있다孔

가공분야에

하기

설계

적으로

수

필수적이다.

각

있기

분야들간의

크게

가지 접근방 법이

1)

(geometry-bagd

proach)

2)

형상

기하학적 접근방법에서는 B-rep

과

및

정보로부터 특징형상을 자동적으로

다.

주된

있으며 인식방법이

설

있다. 주된

㈣

매칭

佝,

Convex Hull

16,71

3) Cell

based

(hint

*

등이 있다.

접근방법들

139

140 이재열,

김광수

이

입증하였 지만

개선될

남아있다.

큰

아니라 설계과정에서 사용된

정보들(여유공

치수,

잃어버리는 단점이

반면 에,

상으로 변환시키는

라이브러리에

있으며 이로부터

설계단계에 서 이용된다心찌. 설계된

특징형상

모델로 변환된다. 그러나,

단순하지는

예를 들면,

사용될

(protrusion)

같은 설계특징형상이 반드시

일치하 지는 않는다.

돌출형상의

계산하 여

변환과정 개발이 필요하다.

설계

저장된 형상정보뿐만

를

서

단순화시킬

형상 들을

있다. 본

스템에서 설계된 형상모델로부터

모델

feature model)을

(incrementally)

추출하는 새로운 방법론을

제시한다. 제시된

세

(Fig. 1참조):

전처리

of

features),

design features to ma

features),

tracted

machining

과정에서는

추가된 설계특징형상과 이전 설계

추출된

추가된 설계특징형상을 간섭유무,

및 비기하학적 정보에 따라서

다수의 가

변환시킨다. 이 과정에서

(protrusion)

직접적으로

않 기

주위

추출하여

£

변환시킨다.

아니라

특징

통해서

분석 과정에서는 추출된

형상에

접근가능성

및

차

(dimension & tolerance compatibility)

분

논문의

및 가공특징형상을

절에서는 가공특징형상

절 ' 에서는

및

연구과제에 대하여

Ml M2

Fig. 1. Feature-based feature

한국CAD/CAM 학회 논문집

권

2 호 1999년 6월

특징형상 접근방법에

의한 가공특징형상 추출 141

2. 특징형상

2.1

본

논문에서

설계특징

크게

나뉜다:

시스템 정의 특징형상(pre-defined

2)

정의 특징

(user-de

fined

정의

슬롯, 흘,

있다.

공특징형상과 일대일 대응이

반면에

정의

단

(planar

형상이다:

1) extrusions (translational

스위핑),

revolutions (rotational

기하학적

된다. Extrusion

칭면에

slational

스위핑

거쳐서

중심으로

회전시켜서

이들형상들은 사용자의도에 따라

첨하형상이나

출형상이 된다. 특징형상을

제약조건 해결,

블리언

따

진행된다 ㈤ "

찌. 우선

특징형상

스케치

시스템은 형상요소들간의

및 위상학적인

또한

사용자는

및

바탕으로 제약조건을 풀어서

히스토리를 생성한다.

건

표현법을

따른다"찌. 우선 설계

straint graph)

표현한다. 각

형상요소를 나

형상요소들간의 제약조건을

낸다.

바탕으로 규칙기반에서

규칙

찾아서

(fact

생성시킴으로써

기하학적

확정시켜

제약조건 해결과정에 관한

자세한

28

자세히

있다. 파라메트릭

된다. 생성된

파

B-rep

거쳐서

2

볼 수 있듯이

수행함으로써

2(e)

변경에

수정된

있다. 특징형상

변환을

및

관 계

및

모델

특징형상간의 관계정보는

저장된다. 특징형상

Adjacency Graph)에 의해서

FAG

트

구성되어

노드는 특징형상을

에지는 PCR(parent-child relation)

interaction relation)을 나타낸다(Fig.

실선 에지와

FIR를

새로운

특징형상

가

면위에 설계되면 PCR

FIR은 아래의 두 경우에

1)

z

以

种

2

;n z *

丑刑一 枪 。

7

위의 식에서 3

는

의

(boundary set)

며, D * 와

논문에서

*

regularized Boolean

을의 미한다.

위의

첫번째

Dr와 以간에

두번째

사이에 volu-

Add a slot Add a hole

Fig. 2. Feature-based parametric modeling.

한국CAD/CAM

제

권 제 2 호 1999년,

월

142 이재열,

김뢍수

(a) (b) ©

Fig. 3. Information

(a) a part, (b)

graph

metric

존재하지

근접하는 ad

jacent

㈣ . Volumetric 및 adjacent 간

섭

FIR을 의 미한다.

위의 두관계는

설계 및 가공과정에서

용된다. 특히,

은 가공에

특징형상들간의 합병 및 분할에

다수의 특징형상을

나의

둘 이상의

것 을

미한다.

분할의

가공공정을 최적화하는데 있다.

들면,

에서,

와

face)

합병되어 있다.

경우에

한번의

각각을달리 가공하는것보다경제적이면 둘은하나

의

정의될

있다.

간섭

설명한다.

2.2

본

논문에서

MRSEVsm

4에서 볼 수 있듯이 linear swept

즉, 포켓,

챔퍼

국한한다.

초기 공작물

로부터

P를

모델

M2,

M

_"})

한다.

(d)

Fig. 4. Machining

hole,

chamfer,

한국CAD/CAM 학회 논문집

권 제

호 1999

6월

특징형상 접근방법에

가공특징형상

가공특징형상 모델이 아래의 조건을 만족시키면 유 효한

모델로 정 의한다:

• 완전성

(completeness):

가공특징

의 합

A

즉, AC UM where

*

[10],

,

비침 입성

0

P=^> for each

존재성

각각의 가공특징형상 啊

어도

R

즉,

*

and

• 접근성

(accessibility):

한다.

2.3 특징형상 간섭

특징형상

공정계획 수립

특히 간섭이 발생할

표현하는 면들간에

(merging) 및

많은

야기시킨다 闽 .

5(a)에서

또

_E

R을

0)

Feature F,

8)

Fig. 5. Splitting and merging faces according to

하게 Fig.

5(b)

_Fj의 牝 右가 足의

경우를.보여주고 있다.

및 합병에

간섭현상은 단순히

및 위상학적인

분석

올바르게

(Step 1) Create a block: Figure (a) (Step 2) Create a slot: Figure (a)

(Step 3) Add the slot to the block: figure (b) (Step 4) Create another slot: Figure (b) (Step 5) Add another slot to the part Figure (c)

FaceldGraph generated by feature modeling

Note: In this example we use notation fmB denoting a face created during Stepld m and with index n at the step m.

Fig. 6.

by

한국CAD/CAM

권 제 2 호 1999년 6

144

김광수

적으로 관리할 수

있는

본

논문에서는 특징형상 간섭에 의해서

위상학적

효과적으로 처 리하기

(generic naming)

㈣ .

특징형상의

어떻게

삭제 되었는지에

정보를

로 구성되어

이루어진다.

는 방

그래프

graph)

입력

면의

에지는

모델링

발

생되는 면들의 변화과정을

FaceldGraph를 보여주고 있다.

에서

수행한다:

파 라메트릭

의해

합

Fig. 8. Incremental design

한국CAD/CAM 학회 논문집

호 1999년

월

특징형상 접근방법에

가공특징형상 추출

병

및

위상학적

찾기

특징형상 간섭에

확인 본 논문에서는

번째

대해서만

한다.

3. 가공톡징형상 추출

제시된 가공특징형상추출 방법은특징형상을

이 용하여

점진적으로 가공특징

보, 특징형상 간섭, 비기하학적

이용함으 로써

_(Fig

및

설계

가공특징

세

거친다:

설계특징형상

(preproces

features), 2) 설계특징형상의 가공특징

(conversion

to

ing

3)

(analysis

tracted machiningfeatures).우선 다음과같은 가정을

한다.

P

설계하기

모델 D=｛

2

“｝

사용되었으며, 이로부터

특징형상

｛

1;

2

설계특징형상

이

3.1 설계륵징형상 전처리

새로운 설계특징형상 “

이 추가되

특징

전 단계 인

，

추가되

가공특징

에서

과

가공특징형상

｛

■；

M｝

제 2.3

celdGraph

확인하여

가공특징형

있다. 즉,

〜 의

및 분할된

FaceldNode

특징형상들이다. Fig. 6에서

있듯이 (Step

서 두번째

_.4

戎

^합병

/5.3

부터

(Step

의 첫번째

두번째 슬

추가되

에서

간섭특징

첫번째

3.2 설계특징형상의 가공특징형상 변환

가공특징형상 변환 과정은 설계특징형상 “卄의

형태에

따라서 아래의 4가지

1) 기본형상 변환

(conversion

a

2)

(conversion

a depression fea

ture)

3)

a transition fea

4)

(conversion

protrusion fea

3.2.1 기본형상

변환

기본형상

의 가공특징형상으로의

초기

로부터

뺀 나머지

상으로

초기 공작물은

의

될

변환과정은

같다:

1)

의 단면

둘러싸는

두께만큼

생성된 볼륨을 S

］

2)

변환시킨다.

Fig. 9은

Fig.

의 기본형상으로부터 가공특징형

추출하는

보여주고 있다. 으로부터 州, 场 ,肱의 가공특징 형상이 추출되 었다.

3.2.2 침하형상

변환

침하형상은 가공특징형상과

변

쉽게

간섭특징형상이

경우에는

간섭처리과정을 거친다:

1) 합병

(merging):

M와 합병

변환될

_(Fig.

들면, A

과 M

다음의

새로운 포켓 M

합병될

있다:

포켓이며, 2)

다

Fig. 9. Base

conversion.

한국

권 제

1999

6월

146 이재열,

김광수

u>

Reduction

(b)

Top view

Fig. 10.

handling operations:

(b)

slicing

접근방향

(accessibility direction)

있으며

둘의 바닥면이

합병될 수 있으며,

합병이

및

않는다.

2) 축소 (reducing):

로 변환될

다음의

만족하도록

킬

확인한다.

마찬가지다.

A-M-

*

* M- * U 1虬

위의

간섭을

M

징형상과

조건이며,

지니고

영역

시킨 것 的로

들

에서 "은 M ；=M r* 로 얻어질

있다.

3)

가공볼륨으로

다음, 합쳐진 가공볼륨을

에서 볼

수직 방향으로

가공특징

변환한다.

Fig. 11은 침하형상 £>2

간섭이

보여준다(Fig

단

제거된 也과

心 M,

3.2.3 전이형상

변환

전이형상 변환

과정에는

나타내는

D2 interacts with M2 and M3 that were extracted from in Fig. 9

(b)

Fig. 11. Depression

the reduction

로파일의

가지

있다:

과 2) 오목형

프로파일

가공특징형상으로

반면 에 오목형

전이형상은

아니다.

단지

기존의

변환시키는

한다.

공구선택에

fillet-ended

12

및 오목형

전이형

보여준다.

한국CAD/CAM 학회 논문집

호 1999년 6

특징형상

가공특징형상

을 기존의

기하학적 접근방법으로

많

3.2.4 돌출형상변환

돌출 형상은 가공 형상으로 직접적으로 변환되지

않는다. 따라서 주위

수의

변환시켜야 한다.

간섭을

가공특징형상이

수정이

우선

妇

Z 為 =玖+『

* S

& a * s.

원자재 s의 내부에

은

의 외부에 존재하는 볼륨이다

/當의

15에 잘 나타나 있다). 만약 D

*

Dg

면

초기공작물

가 Dg

포함하도록

를

확장된

가공특징형상으로 변

킨다.

간섭특징형상 및

출형상 변환과정에서

위해 돌출형상

은

기준은

접근방향(accessibility direc-

(growing direction)과

의 스위핑 방향과의

(Fig. 13

14):

1) 타입

1은

접근방향이나 확장볼

반대의 스위핑

지닌

2)

간섭특징

접근방향이나

(a)

Fig. 13. Growing, e미

and

directions:

(a) design

process,

feature extraction pro

GD: Growing Direction Dj： Design Feature

Fi

Protrusion feature types: (a) typel,

type2, and

Fig. 15. Typel protrusion

륨의

스위핑

3)

면에 설계된

타입

1 돌출형상

과정

1)

간섭특징 형상M

같이

게 정의한다: 瓦.

2)

Dg

포함하도록 초기

한국CAD/CAM

제

권 제

호 1999

148

김광수

S를

^{확장시 킨다. 확장된}

집

E

3)

E,

대해서

r * D m

Fig. 15

14(a)

£>3

때

보여주고

정보는

이며 가공형상

= M4-

수정되고

M5=£

* 으로

타입

• 만약 이 존재하고(%,村),

以祁의 스위핑

향이 Fig. 14(b)(i)와

16(a)에서

있듯이

작물의

있으면:

1) 공작물 S를

확장시킨다.

E

하자.

2) D“

r

공작물에

는

3) 찾아진

단면이

스위핑

V■를

4) 각 E,에

대해서 M

： U=&-

(Fig. 16(a)(i)).

정

M

=V-

(Fig. 16(a)(ii)).

*

*

•

만약 玖■이 존재하고

스위핑

형상의 접근방향과 수직

(Fig.

1)

D

스위핑

확 인한다.

2)

주위

가공특징형

(Fig. 16(b)(i)

그리고

각의

간섭특징형상

정한다

(Fig. 16(b)(ii)).

타입 3

돌출형상 처리

1) 모든

간섭특징형상의

확장볼륨의

(Fig. 17). 2) 瓦

합을 /라고

각각의 면 /e f

玖

방향으로

ing

생성된

그

다음과

_n„

3) 儿 "로부터 최소볼륨의 가공특징형상을

기

스위핑

분할한다.

이

때

가공특징

4)

Z

g을 4

라고 흐}자. 丛

설명한

가공특징형상

중

한 면 은 파트에

조건에 위배되어 유효하지

*

r={M!}

(b)

Fig. 16. Type2 protrusion feature

못한

가공특징 형상이다.

/加는

P의

에 접해있기

근접한 가공특징형상예,

17의

4

玲는

가공이 가능하다.

S가

면 /加는 근접한

자식형상

M에는저장하지 않는다.

5)

”

같이 수정한다: 琮'=" Iu'. E/

도 분할하여 가공특징

변환한다.

*

Fig. 17에 도시된 예를

보면

}

E={EJ이며

바탕으로

3

场

^거하고

4

5

M를

Fig.

14(아의

가공하기

한국CAD/CAM 학회 논문집

권 제 2 호 1999

특징형상 접근방법에 의한

149

1= {M2} is a set of interacting features with D4

E= (EJ is a set of volumes generated by stock enlargement

Fig. 17.

protrusion feature

특징형상

집합은 M

M｝이다.

3.2.5

최대

볼륨

추출된 가공특징형상은

실제

거

removal volume)을 나타낼

있고 그렇지

있다'이.

들면,

있듯이

두개의 가공특징형상으 로

있다.

우선적으로 가공이

미끄러질

크다. 따라서

18(c)

모양이 된다.

모

M)

최대 볼륨(maximal

F

없이

로부터

최대의

볼륨이다.

최대

볼륨

볼

최대 및

다음의 두 가지 목적으로 사

있다:

형상의

tiveinterpretation)과

2) 설계 과정

유효하지

口 F

H

Maximal

어

(c) (d)

Fig. 18.

volumes.

설계특징형상

다중해석은

및

정계획 과정에서

18(b)

와©는 다중해석의

하지만,

설명은 본 논문의

유효하지 못

설계과정에서

만 약 새롭게

돌출형상이 이미

가공특징

실제

간섭이

선택

일으키면

가공을

접근이 불가능하기

추가된

유효하지

33

추출된

(accessibility):

가공특징형상의 접근볼륨(ac

cessibility

P와

접근볼륨은 특징형상을

때 공구의

볼륨이다. 하지만 접근볼륨을

것이 쉽지 않기 때문에 본 연구에서는

핑하여

간주한다.

2) 위치선정

특징형상을

없으면

형상이다.

흘의

평면이 아니면 공구가

가능성이

한국

학화 논문집

권

호 1999냔.

월

150

에 유효하지 못한

경우다.

3)

중복성 (redundancy):

이

면 가공특징형상 场

중복이며 유효하지

4) 공차

적합성 (tolerance compatibility):

가 공공정은

(nominal geometry)

변 형된

이러한

부여한다".

설계

각

한다.

특징형상의

면에 부 여된

명명법이 합병된

조상들을

적합성

있다.

4

본

설계특징형상 모델에서 점진적으로

공특징형상

된 방법은 기하학적

간섭형상이나

포함하는

수 있다. 특히, 간섭특징형상

및 분할에

유 명명법에 의해서

있어서

•간섭문제를효율적으로 처리할 수 있다. 본 논문은

Fig. 20. Extracted

machine the

part

Fig. 7(a).

한국

학회 논문집

호 1999년 6월