3축 CNC 공작기계상에서 자유형상의 벽을 가진 자유곡면을 가공할 때 최종 NC (Numerical Control) 코드를 만들기 위한 공구 경로는 효율적으로 결정 되어져야 한다. 단일화된 황삭과 정삭 알고리즘 및 공구경로가 이미 그래픽으로 Part 1에서 시뮬레이션 되었다. 본 연구에서는 Part 1에서 보여진 시뮬레이션 결과를 3축 CNC 공작기계를 이용하여 자유곡면 바닥을 가진 일반적인 파켓 밀링을 위한 직선 보간 및 직선+아크를 혼합한 보간을 위한 NC 공구경로 데이터로 만들어서 3D 격자 항행 알고리즘을 실험하였고 그 효용성을 증명하였다.
효율적인 최종 NC코드를 만들어내기 위해서 공구경로는 효과적인 방법으로 결정되어 져야한다. 이는 3축 CNC 공작기계상에서 자유형상의 벽을 가진 자유곡면을 가공할 때 특히 중요하다. 많은 CAD/CAM 시스템들은 자유곡면가공을 위한 NC코드 생성 시 직선 보간을 이용한다. 그러나 이 방법은 가공된 바닥 표면의 매끄러움과 가공시간, 그리고 CL파일 사이즈를 줄이기 위해서 보정되어야 한다. 곡선 가공이 이러한 문제들을 줄이기 위한 해결책이 될 수 있다. 단일화된 황삭과 정삭 알고리즘과 공구경로가 그래픽으로 시뮬레이션 되었다. 본 연구에서는 자유곡면 바닥을 가진 파켓을 3축 CNC 공작기계를 이용하여 일반적인 파켓 밀링을 위한 직선 보간과 직선+아크를 혼합한 보간을 위한 NC 공구경로 데이터를 만들기 위한 3D 격자 항행 알고리즘을 개발하였다.
벡터 GIS에서 자연선형체는 통상 일련의 직선분(line segments)에 의해 표시되나 그 대안으로 곡선분(curve segments) 역시 사용될 수 있다. 곡선분은 스플라인보간법에 의해 생성가능하며 이를 위해 Bezier방법과 신보간법(유기윤, 1998)이 사용될 수 있는데 본 연구에서는 신보간법의 퍼포먼스를 테스트해 보았다. 테스트는 두 가지에 촛점을 두었는데 (1) 새보간법에 의해 생성된 선형분이 직선분 보다 정확하게 자연선형체를 표현할 수 있는지 여부와 (2) 새보간법에 의해 생성된 선형분이 Bezier방법에 의해 생성된 선형분 보다 자연선형체를 정확하게 표현할 수 있는지 여부에 대한 검정이다. 이를 위해 t-테스트에 의한 가설검정법이 이용되었으며 자료로는 미 지질조사국의 7.5분 지형도가 이용되었다. 테스트결과 새보간법과 Bezier방법에 의해 생성된 선형분이 직선분 보다 자연선 형체를 정확하게 표현하였으며 새보간법에 의해 생성된 선형분이 Bezier방법에 의해 생성된 선형분보다 정확하게 표현하였다.
h-version 유한요소에서 평활 곡선경계는 충분한 갯수의 직선경계에 의해 근사될 수 있다. 그러나, 일반적으로 곡선경계가 충분하지 않은 갯수의 직선변을 갖는 다각형요소, 또는 곡선요소등에 의한 사상이 정확하지 않을 경우 해가 수렴되지 않을 뿐만아니라 특히, 곡면에 수직방향의 응력은 다른 방향의 응력요소에 비해 수렴속도가 늦거나 틀린 해를 보여준다. 한편, p-version 유한요소는 사용되는 요소의 크기가 클 뿐아니라 변형되는 정도가 크므로 이러한 이산오차를 피하기 위해 초유한 보간기법에 제안되어 정확한 사상을 하게 된다. 본 연구에서는 직선경계는 물론 곡선경계에 초유한 사상을 h-version과 p-version에 적용하는 방법과 이에 필요한 초유한 보간자를 유도하여 세 문제의 예제를 통해 그 적용성과 우월성을 보이고자 한다.
카메라 캘리브레이션은 실제 세상인 3차원의 좌표와 카메라가 만든 영상의 2차원 좌표 사이에서 수학적 관계를 알기 위해서 필요하다. 보통 체커보드의 교점을 이용하여 2차원의 좌표를 정확하게 찾는데 사용하며, 이는 카메라 캘리브레이션 계산으로 응용된다. 따라서 체커보드의 교점을 정확하게 찾아야만 카메라 캘리브레이션이 정상적인 성능을 낼 수 있다. 현존하는 체커보드 검출 방법은 입력 인수를 많이 필요로 하거나 정확도가 낮아 체커보드의 교점을 정확히 입력하지 못하면 좋지 않은 결과가 나타난다. 따라서 체커보드를 자동으로 검출하여 카메라 캘리브레이션 하는 방법은 아직 신뢰도가 낮은 편이다. 본 논문에서는 보다 안정적인 카메라 캘리브레이션을 위해서 체커 보드의 검출 성능을 높이고자 한다. 주위 픽셀들간의 미분 값을 기준삼아 검출된 교점들을 이용하여 체크 모양의 직선을 추측한다. 이 직선을 이용하면 장애물이 있거나 노이즈가 있어서 검출하기 어려운 교점들이 있는 경우에도 교점 보간 (point interpolation) 방법을 사용하여 나머지 교점들을 찾을 수 있다. 보간 과정을 통해서 검출에 방해가 되는 요소들이 있는 상황에서 체커 보드 교점 검출의 성능을 높이도록 하였다.
An attempt has been made to determination the NC milling machine's tool-path through the adaptive parabolic interpolation method & the adaptive linear-parabolic interpolation method in consideration of the economical machining time. The algorithms for the above-mentioned interpolation methods have been designed and the numerical experiments for these methods have been conducted with the existing adaptive linear interpolation methods for comparision.
보간기(Interpolator)는 NC 공작기계에서 공구의 궤적 및 이송속도를 제어하는 주요한 요소이다. 보간기는 보간계산 과 펄스의 발생을 전자회로로서 행하는 하드웨어 보간기와 컴퓨터 프로그램으로 수행하는 소프트웨어 보간기로 나눌 수 있는데 하드웨어 보간기는 고속보간이 가능하지만, 유연성이 부족한 단점이 있기 때문에 CNC 화 뒤로는 그 의존도가 점점 낮아지고 있다. 본 연구에서는 더 광범위한 기준펄스 보간기의 특성을 조사하기 위하여 DDA, SPD(Smooth Pulse Distribution), SFG(Saita Function Generator) 방식의 직선, 원호, 타원보간 성능을 알고리즘의 처리속도, 경로오차의 측면에서 비교, 분석하였다.
샘플링되지 않은 불확실한 이동객체의 위치값을 추정하기 위한 기존의 연구방범 중 가장 보편적으로 사용하고 있는 방법은 선형 보간법이다. 선형 보간법을 사용할 경우 샘플링 구간은 좁게하여 오차를 줄일 수 있고 계산 시간을 단축할 수 있지만, 연속적인 이동객체의 경로는 직선이라기 보다는 곡선으로 나타내어지므로 샘플링되지 않은 이동객체의 위치값에 대해 불확실한 위치정보를 사용자에게 반환하게 된다. 따라서 이 논문에서는 샘플링된 이동객체의 위치값에 오차가 없다는 가정하에서 모든 위치점을 지나는 보간 다항식을 구해서 처리하는 선형 보간법 대신 이동객체의 위치값 자체의 오차범위까지 고려하는 다항회귀모형(polynomial regression model)을 이용한 이동객체의 불확실한 이동위치 추정방법을 제시한다. 다항회지모형은 이용할 경우 선형 보간법 보다 추정된 위치값에 대한 오차를 줄일 수 있으며, 이동객체의 과거 및 미래 위치값을 사용자에게 반환해 줄 수 있는 장점을 가진다.
3D linear and circular interpolations are a basic part for the machining of complex shapes. Until now, because of the absence of appropriate algorithms for the generation of 3D lines and circles, a full accomplishment for available machine tool resolution is difficult. this paper presents new algorithms for 3D linear and circular interpolation in the reference pulse technique. In 3D space, the line or circle is not expressed as an implicit function, it is only defined as the intersection of two surfaces. A 3D line is defined as the intersection of two planes, and a 3D circle is defined as the intersection of a plane and the surface of a sphere. Based on these concepts, interpolation algorithms are designed to follow intersection curves in 3D space, and a real-time 3D linear and circular interpolator was developed in software using a PC. The algorithm implemented in a PC showed promising results in interpolation error and speed performance. It is expected that it can be applied to the next generation computerized numerical control systems for the machining of 3D lines, circles and some other complex shapes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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