Presented in this thesis are geometric algorithms in regional milling, a machining operation, occurring in a specified region limited by boundary curves, Issues and their corresponding prior results are addressed and four algorithms are suggested to cope with the unsolved issues: (1) 2D point-sequence curve (PS-curve) offset problem; (2) Areascan problem; (3) Clean-up tool-path for pocketing; and (4) Direction-parallel type (DP-type) tool-path linking
Foir the 2D PS-curve offset problem, a new offset algorithm, PWID offset algorithm, is proposed, and the algorithm is able to offset defined by 2D PS-curves. A key feature of the proposed algorithm is that all local invalid loops are removed from the input PS-curves before constructing raw offset curves, by invoking a pair-wise interference-detection (PWID) test. In the PWID test, each pair of elementary offset segments is tested for interference and then interfering segments are successively removed. Empirical tests show that the proposed PS-curve offsetting method is very fast and robust with a near O(n) time-complexity, where n is the number of points in PS-curves.
Area-scan algorithm is proposed for the generation of DP-type-tool-path-elements. The algorithm consists of two steps: (1) Finding an optimal inclination giving minimum number of tool-path-elements and (2) Calculating the tool-path-elements with the milling inclination. The optimal inclination is selected by reflecting the shape of the machining area as well as the tool-path interval. With the inclination, the tool-path-elements are calculated by making use of the concept of a monotone chain and the plane sweep paradigm. The concept of a monotone chain brings clarity and tight-time complexity to the proposed algorithm.
For die-cavity pocketing, a clean-up tool-path generation algorithm is presented to guarantee no uncut-regions. The solution based on the PWID offset algorithm, detects and removes the uncut-regions. To improve the efficiency of detecting uncut-regions, the algorithm uses the concept of the interfering-ranges, LIR and GIR of the PWID offset algorithm. Empirical tests show usefulness of the proposed algorithm for the improvement of machining productivity.
For the DP-type tool-path linking, a linking algorithm is proposed. The tool-path linking problem is modeled as a tool-path-element net (TPE-Net) traversing problem. For the two direction-parallel milling topologies, oneway and zigzag, tool-path linking algorithms are proposed. Empirical tests show that the proposed algorithm fulfils its requirements.
Based on the suggested four algorithms, a software component, "RM2000", is implemented and tested with various examples. The suggested four algorithms are expected to contribute to accommodating the requirements of regional milling.
본 논문에서는 영역가공 공구경로 생성을 위해 핵심적인 기하알고리즘들을 개발하고, 또한 실제 가공의 기술적인 요구 사항들을 고려함으로써, 공구경로 생성의 효율화 및 고품질화를 꾀하였다. 영역가공이란 가공물 상에서 이차원 커브로 정의되는 영역내부를 주어진 공구경로 토폴로지에 따라서 가공하는 것을 의미하며, 일반적인 자유곡면 가공에서 가장 많이 사용되는 가공방식 중에 하나이다.
본 논문에서는 영역가공의 기존 연구를 정리하여 해결 되지 않은 문제점들을 밝혔고, 이를 극복하기 위해 다음의 네 가지 알고리즘을 개발하였다. 1)이차원 커브의 오프셋 알고리즘, 2)영역 스캔 알고리즘, 3)포켓가공에서의 미삭영역 가공 공구경로 생성 알고리즘, 그리고 4)직선평행가공 공구경로의 연결 알고리즘을 제안하였다.
이차원 커브 오프셋을 위해서는 'PWID-offset' 알고리즘을 개발하였는데, 이 알고리즘은 영역이 여러 개의 섬들을 포함하고 있어도, 즉 단일 다각형이 아닌 경우라도 문제없이 오프셋을 할 수 있다. 'PWID-offset' 알고리즘의 가장 큰 특징은 초기 오프셋을 수행하기 전에 PWID 검사를 이용하여 부분 꼬임을 완전히 제거함으로써, 초기 오프셋 후에 발생하는 자체 꼬임의 개수를 격감시킨다는데 있다. 이 특징은 기존 오프셋 알고리즘들의 가장 큰 문제였던 'near-circular singularity'를 극복하게 할 뿐만 아니라 계산 속도의 큰 향상을 가져온다.
영역 스캔 알고리즘은 직선평행가공 공구경로 요소들을 생성하기 위해서 개발되었다. 이 알고리즘의 특징은 직선평행가공을 위한 가공의 각도를 결정하기 위해서 영역의 기하학적 모양 뿐만 아니라 공구경로 간격까지 고려함으로써 기존 알고리즘 보다 더 적합한 가공각도를 계산한다는 데 있다. 또한 공구경로 요소들의 계산을 위해서는 모노토운 체인의 개념을 이용함으로써 계산상의 효율을 향상 시켰다.
포켓가공에서의 미삭영역 제거는 실제 가공의 효율성을 위해서는 매우 중요한 문제이지만, 이 문제를 해결할 수 있는 기존연구는 거의 수행되지 않았었다. 본 논문에서는 이를 위해 이차원 커브 오프셋 알고리즘인 PWID-offset 알고리즘의 간섭영역 정보를 활용함으로써 미삭영역을 제거하는 공구경로를 효율적으로 생성하는 알고리즘을 제안하였다.
직선평행가공의 공구경로 연결을 위해서는 공구경로 요소들을 체계적으로 저장할 수 있는 TPE-net을 제안하여 활용하였다. TPE-net은 공구경로 요소들을 노드로 표현하고 기하학적으로 연결 가능한 관계들을 아크로 표현함으로써 공구경로 연결에 필요한 모든 정보들을 그래프의 형태로 표현한 것이다. 결과적으로 공구경로의 연결은 가공상의 기술적인 요구사항 들을 고려하여 TPE-net의 노드들을 아크를 따라서 추적함으로써 수행된다.
이렇게 제안된 알고리즘들은 하나의 소프트웨어 컴포넌트로 구현되었으며 상용 캠 소프트웨어에, Soft-Master, 이식되었다. 추후 연구로는 최근 주목 받고 있는 고속가공에 필요한 기술적인 요구사항들, 즉 피드 속도 제어 및 나선형 공구경로 생성 등을 고려할 수 있도록 제안된 알고리즘들을 확장하는 연구가 있을 수 있다.
