KR101470175B1

KR101470175B1 - 금형의 외관 레이저가공 방법

Info

Publication number: KR101470175B1
Application number: KR20130073518A
Authority: KR
Inventors: 서창수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2014-12-08
Anticipated expiration: 2033-06-26
Also published as: CN104249221B; US20150001748A1; CN104249221A; US9409319B2

Abstract

레이저가공을 이용하여 금형에 엠보를 형성하기 위한 맵핑 데이터를 추출하는 데이터 획득단계; 금형을 스캔하여 스캔 데이터를 추출하고, 상기 맵핑 데이터와 스캔 데이터를 매칭시킨 후 레이저가공을 위한 가공 데이터를 추출하는 가공데이터 획득단계; 상기 가공데이터를 이용하여 금형에 엠보를 가공시 실측 금형 데이터와 가공 데이터의 오차를 사전 검측하기 위한 리버스 엔지니어링을 수행하는 체크 단계; 및 상기 리버스 엔지니어링을 수행하여 가공 데이터가 실측 금형 데이터와의 오차범위가 허용오차 범위 내일 경우 검증된 가공 데이터를 이용하여 레이저가공을 수행하는 가공단계;를 포함하는 금형의 외관 사출용 레이저가공 방법이 소개된다.

Description

금형의 외관 레이저가공 방법 {METHOD FOR LASER CUTTING FOR APPEARANCE OF MOLD}

본 발명은 금형의 외관에 엠보를 형성함으로써 시각적 고급화를 달성하기 위한 금형의 외관 레이저 가공방법에 관한 것이다.

최근에는 차량을 판단함에 있어, 차량의 성능뿐만 아니라 차량 디자인도 중요시되고 있다. 차량의 디자인은 구매자에게 있어 차량을 처음 봤을 때 이미지를 좌우할 수 있는 중요한 요소이다. 이에 따라, 차량의 다양한 부분에 디자인의 고급화가 이루어지고 있고, 차량의 도어 내외부 가니쉬, 대쉬보드 등 플라스틱 판넬에 있어서도, 단순히 플라스틱의 딱딱한 이미지보다는 직물 형태로 외관에 엠보를 구현함으로써 시각적 고급화를 달성하고 있다.

이렇게, 플라스틱 판넬에 엠보를 형성함에 있어서, 사출 엠보의 트랜드는 패턴의 흐름성을 강조한 클로스 룩킹(Cloth Looking) 엠보가 주목받고 있다. 도 1에서 볼 수 있듯이, 기존의 사용되었던 네츄럴 타입(1)의 엠보는 플라스틱 감으로 딱딱한 이미지가 있어 디자인이 저급해지는 경향이 있었다. 이로 인해, 최근에는 플라스틱 사출시 클로스 룩킹 엠보 구조를 적용함으로써 기존에 볼 수 없었던 부드러운 터치감과 섬유의 소재 느낌을 구현하고, 고급스러운 느낌을 부여해 승차시 만족도를 한층 향상시켰다.

그러나, 이러한 엠보 구조를 가공시 기존 화학 에칭으로는 기술 특성상 흐름 없는 셀타입의 지오메트릭(2) 형태까지 가공이 가능하여 연속적인 패턴의 직물 외관 구현에 이르지 못하고 있다.

구체적으로 대형 3D 사출금형의 엠보 가공은 화학 에칭으로 엠보 패턴을 마스킹 필름에 인쇄한 후 금형면에 부착시키고, 선별적으로 부식하는 간접 가공법이다. 이러한 화학 에칭방법으로 금형의 곡면부에 엠보를 가공할 경우 필름의 늘어짐과 분할이 불가피 하여 이음매가 발생되고, 이를 보수하기 위한 별도의 과정이 필요하였다.

아울러, 네츄럴 패턴(1)과 같은 경우 이음매를 보수하면 비정형 형상이므로 제품 외관에 노출되지 않으나, 지오메트릭이(2)나 테크니컬 패턴(3)의 경우 보수를 하더라도 외관에 이음매가 노출되어 외관품질이 저하되고, 연속적인 선상형태의 직물 외관 엠보는 다중 필름의 수작업 불일치로 가공이 불가능하였다.

따라서, 기존의 화학 에칭의 기술적 한계로 인해 가공할 수 없었던 3D 부품의 직물 외관을 가진 엠보 구조를 형성함으로써 디자인의 향상을 통해 시각적 고급화를 달성할 수 있는 엠보 구조 가공방법이 필요하다.

KR 10-2009-0061380 (2009.06.16)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 3D 부품에 테크니컬 패턴의 직물 외관을 가지는 엠보 구조를 형성시 이음매의 노출을 방지하고, 엠보 구조의 패턴이 동일하게 가공되도록 함으로써 디자인의 향상을 달성할 수 있는 금형의 외관 레이저가공 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 금형의 외관 레이저가공 방법은 레이저가공을 이용하여 금형에 엠보를 형성하기 위한 맵핑 데이터를 추출하는 데이터 획득단계; 금형을 스캔하여 스캔 데이터를 추출하고, 상기 맵핑 데이터와 스캔 데이터를 매칭시킨 후 레이저가공을 위한 가공 데이터를 추출하는 가공데이터 획득단계; 상기 가공데이터를 이용하여 금형에 엠보를 가공시 실측 금형 데이터와 가공 데이터의 오차를 사전 검측하기 위한 리버스 엔지니어링을 수행하는 체크 단계; 및 상기 리버스 엔지니어링을 수행하여 가공 데이터가 실측 금형 데이터와의 오차범위가 허용오차 범위 내일 경우 검증된 가공 데이터를 이용하여 레이저가공을 수행하는 가공단계;를 포함한다.

상기 데이터 획득단계는, 금형을 이차원적으로 나타낸 면 데이터를 추출하는 단계; 상기 면 데이터를 바탕으로 금형의 곡률 및 형상이 표현되도록 메쉬로 구성하여 삼차원 형상으로 렌더링하는 단계; 상기 삼차원 형상으로 표현된 렌더링 데이터를 통해 엠보가 금형의 형상과 조화되는지를 판단하는 단계;를 통해 맵핑 데이터를 추출하도록 할 수 있다.

상기 가공데이터 획득단계는 가공 데이터의 오차가 허용오차를 초과할 경우 허용오차 범위를 벗어나는 부분의 면 데이터를 수정하도록 할 수 있다.

상기 체크단계의 리버스 엔지니어링은, 금형의 엠보 가공영역을 다수개의 패치로 분할하는 단계; 금형의 엠보 가공영역에 왁스를 도포하는 단계; 상기 각각의 패치에 부분적으로 레이저를 조사하여 엠보를 가공하는 단계; 상기 각각의 패치에 엠보가 동일하게 형성되었는지 실측 금형 데이터와 비교판단하는 단계;로 구성될 수 있다.

상기 다수개로 분할되는 패치의 방향은 엠보의 패턴과 평행하지 않도록 일정각도 기울어지도록 형성할 수 있다.

상기 레이저가공은 금형의 곡률이 큰 부분에는 패치의 면적을 좁게 형성하고, 금형의 곡률이 작은 부분에는 패치의 면적을 크게 형성할 수 있다.

상기 엠보는 격자형태로 금형의 외관을 가지는 제1격자구조와 제1격자구조를 부분적으로 가로지르는 제2격자구조가 연속적으로 형성된 다중 패턴으로 이루어지도록 할 수 있다.

상기 가공단계는 검증된 가공 데이터를 이용하여 금형의 가공영역을 다수개의 패치로 분할하고, 각각의 패치에 부분적으로 레이저를 조사하여 엠보를 가공할 수 있다.

상기 다수개로 분할된 패치의 방향은 엠보의 패턴과 평행하지 않도록 일정각도 기울어지도록 할 수 있다.

상기 가공단계는 레이저가공시 금형의 곡률이 큰 부분에는 패치의 면적을 좁게 형성하고, 금형의 곡률이 작은 부분에는 패치의 면적을 크게 형성할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 금형의 외관 레이저가공 방법은 기존의 화학 에칭으로 가공할 수 없는 직물 외관 엠보를 구현할 수 있으며, 기존의 레이저가공으로 엠보 가공시 가공 데이터가 정확하지 않아 패치 라인이 노출되는 문제를 리버스 엔지니어링을 수행함으로써 3D 부품의 테크니컬 패턴의 직물 외관을 가지는 엠보 구조를 구현할 수 있다.

이로 인해, 금형의 외관에 엠보 가공시 이음매의 발생을 방지하고, 엠보 구조의 패턴이 동일하게 가공되도록 함으로써 디자인의 향상을 달성할 수 있다.

도 1은 금형의 외관에 가공되는 엠보 구조의 다양한 예를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형의 외관 레이저가공 방법의 순서를 나타낸 도면.
도 3은 도 2에 도시된 금형의외관 레이저가공의 리버스 엔지니어링의 순서도.
도 4는 종래의 엠보 구조에 따른 패치 경계선이 노출된 것을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 엠보 구조에 따른 패치를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 엠보 구조를 나타낸 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금형의 외관 레이저가공 방법에 대하여 살펴본다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형의 외관 레이저가공 방법의 순서를 나타낸 도면으로서, 금형의 외관 레이저가공 방법은 레이저가공을 이용하여 금형에 엠보를 형성하기 위한 맵핑 데이터를 추출하는 데이터 획득단계(S100); 금형을 스캔하여 스캔 데이터를 추출하고, 상기 맵핑 데이터와 스캔 데이터를 매칭시킨 후 레이저가공을 위한 가공 데이터를 추출하는 가공데이터 획득단계(S200); 상기 가공데이터를 이용하여 금형에 엠보를 가공시 실측 금형 데이터와 가공 데이터의 오차를 사전에 검측하기 위한 리버스 엔지니어링을 수행하는 체크 단계(S300); 및 상기 리버스 엔지니어링을 수행하여 가공 데이터가 실측 금형 데이터와의 오차범위가 허용오차 범위 내일 경우 검증된 가공 데이터를 이용하여 레이저가공을 수행하는 가공단계(S400);를 포함한다.

상기의 데이터 획득단계(S100)는, 도 2에서 볼 수 있듯이, 금형을 이차원적으로 나타낸 면 데이터를 추출(S110)하는 단계; 상기 면 데이터를 바탕으로 금형의 곡률 및 형상이 표현되도록 메쉬로 구성(S120)하여 삼차원 형상으로 렌더링하는 단계; 상기 삼차원 형상으로 표현된 렌더링 데이터를 통해 엠보가 금형의 형상과 조화되는지를 판단하는 단계(S140);를 통해 맵핑 데이터를 추출할 수 있다.

본 출원은 기존의 화학 에칭과는 달리 엠보를 3D 곡면에 레이저가공을 통해 형성하기 위한 것으로, 금형 외관의 데이터를 추출하여 디지털화하는 작업이 필요하다.

우선적으로, 금형으로부터 2D(이차원)로 나타낸 면 데이터를 추출(S110)하도록 한다. 여기서 면 데이터는 CAD 데이터가 될 수 있으며, 이차원적으로 금형을 도면상에 나타낸 것이다. 이러한 면 데이터를 바탕으로 금형의 곡률 및 일부 형상이 표현되도록 메쉬(Mesh) 형태(S120)로 구성하고, U-V 좌표(S130)로 변환시킴으로써 이차원의 면 데이터를 삼차원의 데이터로 변환한다.

이로 인해, 이차원의 데이터의 엠보를 삼차원 데이터 면에 맵핑할 수 있으며, 렌더링 확인(S140)을 통해 엠보 방향이 금형의 형상과 잘 조화되었는지 확인할 수 있다.

여기서, 금형을 스캔하여 스캔 데이터를 추출(S210)하고, 상기 맵핑 데이터와 스캔 데이터를 매칭시킨 후 스캔 데이터를 기준으로 레이저가공을 위한 가공 데이터를 추출(S220)하도록 한다.

이렇게 렌더링을 통해 추출된 가공 데이터는 이론적으로 레이저가공에 사용될 수 있지만, 실질적으로 위에서 추출된 가공 데이터는 금형과 일정 공차가 발생된다. 즉, 레이저 가공시 허용 공차는 ±0.05㎜ 정도의 수준으로 제작되어야 레이저가공에 따른 오차의 발생을 방지할 수 있지만, 상기 가공 데이터와 금형 간의 공차는 ±0.2㎜ 정도로 허용 공차를 벗어나 정확하지 않은 가공이 수행될 수 있다.

여기서, 가공데이터의 공차가 허용 공차를 초과할 경우 허용 공차 범위를 벗어나는 부분의 면 데이터를 수정하도록 한다. 즉, 가공데이터와 금형 간의 공차가 허용 공차를 벗어나는 경우 허용 공차를 벗어나는 부분을 수정하되 상기의 맵핑 데이터를 새로 작성할 필요없이 면 데이터만을 수정하도록 하는 것이다.

만약, 가공데이터의 공차가 허용 공차가 벗어났을시 엠보 구조의 가공위치를 수정하게되면 맵핑 데이터를 새로 작성해야하기에 작업 분량이 증가되고, 실질적으로 엠보 구조는 레이저 가공시 금형의 공차가 일부 발생되어도 일정하게 가공되는바, 허용 공차가 벗어난 부분의 면 데이터만을 수정함이 바람직할 것이다.

상기의 가공데이터를 이용하여 금형에 엠보를 가공시 실측 금형 데이터와 가공데이터의 오차를 사전에 검측하기 위해 리버스 엔지니어링(S310)을 수행하도록 한다.

레이저 가공의 경우 공차에 의해 한번 오류가 나면 보정이 불가능하여 재가공 말고는 다른 수단이 없는 바, 반드시 가공 데이터의 사전 적합성을 확인하여야 한다. 이를 위해, 본 발명은 가공데이터가 허용 공차 내에 들 수 있도록 하기 위해 리버스 엔지니어링을 수행하는 것이다.

상기의 리버스 엔지니어링(S310)은, 금형의 엠보 가공영역을 다수개의 패치로 분할하는 단계(S312); 금형의 엠보 가공영역에 왁스를 도포하는 단계(S314); 상기 각각의 패치에 부분적으로 레이저를 조사하여 엠보를 가공하는 단계(S316); 상기 각각의 패치에 엠보가 동일하게 형성되었는지 실측 금형 데이터와 비교판단하는 단계;(S318)로 구성될 수 있다.

이에 대해서 구체적으로 설명하면, 우선 가공 데이터의 공차가 허용 공차를 초과시 면 데이터를 수정함으로써 보정된 맵핑 데이터를 가지고 금형의 형상에 따라 엠보 가공영역을 다수개의 패치로 분할하도록 한다.

본 발명에서 레이저가공은 분할된 패치 단위로 가공을 수행하는데, 레이저가공 후 패치의 경계선이 노출되지 않도록 다수개로 분할된 패치의 방향은 엠보의 패턴과 평행하지 않도록 일정각도 기울어지도록 한다.

이는 도 4에서 볼 수 있듯이, 패치(10)의 방향이 엠보의 패턴(20)과 평행하게 설정되면 패치(10)의 경계가 노출되어 외관 디자인이 저하된다. 이를 방지하기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이 패치(10)의 방향은 엠보의 패턴(20)과 45도 각도로 설정하게 되면 패치(10)의 경계선이 노출되지 않아 외관 디자인이 향상되도록 할 수 있다.

여기서, 레이저가공은 금형의 곡률이 큰 부분에는 패치의 면적을 좁게 형성하고, 금형의 곡률이 작은 부분에는 패치의 면적을 크게 형성하도록 한다. 본 발명에서 레이저가공시 각 패치에 수직한 각도로 레이저를 조사하는데, 평면과 같이 곡률이 작은 부분에는 동일각도로 레이저를 조사하여도 엠보를 일정하게 형성할 수 있다.

그러나, 곡률이 큰 부분은 수직한 각도를 유지하여 가공하는데 제한이 있는바, 곡률이 큰 부분에는 패치의 면적을 좁게 형성하여 세밀한 가공을 수행할 수 있도록 한다. 이렇게, 곡률이 큰 부분의 가공 정도를 높임에 따라 금형의 전체적인 가공 영역에 동일한 엠보를 형성할 수 있다.

이러한 상태에서 가공 데이터의 레이저 가공시 적합성을 검증하기 위해 금형의 엠보 가공영역에 왁스를 도포하고, 왁스가 도포된 가공영역에 분할된 패치 단위의 동일한 크기로 격자형태로 레이저가공을 수행한다. 여기서, 왁스는 레이저 조사시 제거가 가능한 물질로서, 파라핀 왁스, 합성 왁스, 천연 왁스 등 다양하게 적용가능할 것이다.

이렇게, 엠보 가공영역에 도포된 왁스 위에 레이저의 조사가 격자형태로 모두 완료되면 육안으로 엠보의 가공 상태를 확인하거나, 실측 금형 데이터와 일치하는지를 판단함으로써 금형의 외관에 엠보 구조의 가공을 수행할 수 있는 가공 데이터의 검증을 하는 것이다.

위와 같은, 리버스 엔지니어링의 수행을 검증된 가공 데이터를 이용하여 레이저가공을 수행함으로써 레이저가공의 오류발생을 원천적으로 방지할 수 있다.

한편, 상기 엠보는 격자형태로 금형의 외관을 가지는 제1격자구조(30)와 제1격자구조(30)를 부분적으로 가로지르는 제2격자구조(40)가 연속적으로 형성된 다중 패턴으로 이루어지도록 할 수 있다.

이는, 본 발명에 의해 가공될 수 있는 클로스 룩킹 엠보의 구조로서, 금형의 외관을 가지는 연속 패턴의 제1격자구조(30)와 제1격자구조(30)에 제2격자구조(40)를 연속으로 형성한 다중 패턴구조를 표현할 수 있는 것이다. 이렇게, 금형의 외관에 구현되는 엠보 구조는 기존 화학 에칭 방법으로는 제작하는데 무리가 있어 레이저가공을 통해 제작이 가능하며, 직물감을 구현하여 시각적 고급감이 증대되도록 할 수 있다.

이러한 과정을 수행 후, 상기 가공단계(S400)는 검증된 가공 데이터를 이용하여 금형의 가공영역을 다수개의 패치로 분할하고, 각각의 패치에 부분적으로 레이저를 조사하여 엠보를 가공하도록 한다.

여기서, 상기 다수개로 분할된 패치의 방향은 엠보의 패턴과 평행하지 않도록 일정각도 기울어지도록 하고, 레이저 가공시 금형의 곡률이 큰 부분에는 패치의 면적을 좁게 형성하고, 금형의 곡률이 작은 부분에는 패치의 면적을 크게 형성하도록 한다.

즉, 위에서 설명된 리버스 엔지니어링을 수행하는 단계와 동일한 방법으로 금형의 외관에 엠보를 가공하는 것으로, 검증된 가공 데이터를 이용하여 동일한 방법으로 금형의 외관에 엠보를 형성함으로써 최종적인 제품의 생산시 가공데이터의 오차로 인한 제품이 불량생산되는 것을 원천적으로 방지할 수 있으며, 패치의 경계선이 노출되지 않고, 엠보 구조가 정밀하게 형성되도록 함으로써 외관 디자인이 향상되도록 할 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

S100:데이터 획득단계 S200:가공데이터 획득단계
S300:체크 단계 S400:가공단계

Claims

레이저가공을 이용하여 금형에 엠보를 형성하기 위한 맵핑 데이터를 추출하는 데이터 획득단계;
금형을 스캔하여 스캔 데이터를 추출하고, 상기 맵핑 데이터와 스캔 데이터를 매칭시킨 후 레이저가공을 위한 가공 데이터를 추출하는 가공데이터 획득단계;
상기 가공데이터를 이용하여 금형에 엠보를 가공시 실측 금형 데이터와 가공 데이터의 오차를 사전 검측하기 위한 리버스 엔지니어링을 수행하는 체크 단계; 및
상기 리버스 엔지니어링을 수행하여 가공 데이터가 실측 금형 데이터와의 오차범위가 허용오차 범위 내일 경우 검증된 가공 데이터를 이용하여 레이저가공을 수행하는 가공단계;를 포함하며,
상기 데이터 획득단계는,
금형을 이차원적으로 나타낸 면 데이터를 추출하는 단계;
상기 면 데이터를 바탕으로 금형의 곡률 및 형상이 표현되도록 메쉬로 구성하여 삼차원 형상으로 렌더링하는 단계;
상기 삼차원 형상으로 표현된 렌더링 데이터를 통해 엠보가 금형의 형상과 조화되는지를 판단하는 단계;를 통해 맵핑 데이터를 추출하는 것을 특징으로 하는 금형의 외관 사출용 레이저가공 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 가공데이터 획득단계는 가공데이터의 오차가 허용오차를 초과할 경우 허용오차 범위를 벗어나는 부분의 면 데이터를 수정하는 것을 특징으로 하는 금형의 외관 사출용 레이저가공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 체크단계의 리버스 엔지니어링은,
금형의 엠보 가공영역을 다수개의 패치로 분할하는 단계;
금형의 엠보 가공영역에 왁스를 도포하는 단계;
상기 각각의 패치에 부분적으로 레이저를 조사하여 엠보를 가공하는 단계;
상기 각각의 패치에 엠보가 동일하게 형성되었는지 실측 금형 데이터와 비교판단하는 단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 금형의 외관 사출용 레이저가공 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 다수개로 분할되는 패치의 방향은 엠보의 패턴과 평행하지 않도록 일정각도 기울어진 것을 특징으로 하는 금형의 외관 사출용 레이저가공 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 레이저가공은 금형의 곡률이 큰 부분에는 패치의 면적을 좁게 형성하고, 금형의 곡률이 작은 부분에는 패치의 면적을 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 금형의 외관 사출용 레이저가공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 엠보는 격자형태로 금형의 외관을 가지는 제1격자구조와 제1격자구조를 부분적으로 가로지르는 제2격자구조가 연속적으로 형성된 다중 패턴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 금형의 외관 사출용 레이저가공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가공단계는 검증된 가공 데이터를 이용하여 금형의 가공영역을 다수개의 패치로 분할하고, 각각의 패치에 부분적으로 레이저를 조사하여 엠보를 가공하는 것을 특징으로 하는 금형의 외관 사출용 레이저가공 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 다수개로 분할된 패치의 방향은 엠보의 패턴과 평행하지 않도록 일정각도 기울어진 것을 특징으로 하는 금형의 외관 사출용 레이저가공 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 가공단계는 레이저가공시 금형의 곡률이 큰 부분에는 패치의 면적을 좁게 형성하고, 금형의 곡률이 작은 부분에는 패치의 면적을 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 금형의 외관 사출용 레이저가공 방법.