Top 44 역 설계 프로세스 The 125 Correct Answer

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제품을 다시 설계하는 역설계(Reverse Engineering)의 의미와 작업 프로세스 : 네이버 블로그

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[BIM Practices] 역설계 프로세스 및 국내외 활용 사례 소개 – AURIC
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제품을 다시 설계하는 역설계(Reverse Engineering)의 의미와 작업 프로세스

제품을 다시 설계하는 역설계의 의미와 작업 프로세스

안녕하십니까. 3D 프린팅, 3D 스캐닝, 기구설계, 역설계 전문 회사 한국 H.T.C입니다.

이번에는 제품을 다시 재설계하는 역설계의 의미와 과정에 대해 알려드리려고 합니다.

역설계의 의미

우선’역설계(Reverse Engineering)”란 CAD 데이터가 존재하지 않은 실물의 형상을 여러 가지 방법을 활용하여 디지털화된 형상 정보를 획득하고 이를 기반으로 CAD 데이터를 생성하는 기술 및 이와 연관한 작업을 의미한다. 이러한 리버스엔지니어링은 국내에서 리버스 모델링, 혹은 역설계 등의 용어와 같은 의미로 통용되고 있으며 상당히 오래전부터 일부 기술 선도 제조 업체 내부에서 수행되어왔던 독특한 설계기법이다. 2000년대이전에는 실물의 형상 정보를 획득하는 방식으로써 대부분 캘리퍼스와 같은 접촉식 측정기 등을 활용하여 형상을 대표하는 치수를 측정하고 이를 기반으로 기존의 CAD 모델러에서 제품 설계 작업을 하거나 조금 발전된 형태인 CMM을 활용한 자동화 측정을 통하여 형상 특징 점들을 취득한 후 이를 기반으로 제품을 설계하는 방식을 활용하여 왔다. 그러나 2000년대 들어오면서 3차원 스캐닝이라는 기술이 업계에 본격적으로 소개돼면서 이를 기반으로 한 역설계 기법이 시도되었으며 최근에는 대부분의 역설계작업이 이러한 3차원 스캐닝 기술 기반으로 이루어지고 있다고 해도 과언이 아니다. 기존 캘리퍼스 및 CMM기반의 접촉식 측정 방식과 최신의 3차원 스캐닝 기법을 이용한 비접촉식 측정 방식의 차이점은 측정 결과물에서 직관적으로 설명 가능하다. 속도가 느린 CMM에 반해 3차원 스캐너를 이용한 경우 대상 제품에 대한 고밀도의 측정 데이터를 빠른 시간에 획득할 수 있기 때문에 기하 특징 형상 및 자유 곡면을 점군 자체로 표현할 수 있을 정도의 충분한 데이터 획득이 가능하다. 따라서 작업시간을 대폭 단축시킬 수 있고 기존에 모델링이 어려웠던 자유 곡면 도 수월하게 CAD에서 설계하는 것이 가능하다. 그리고 3차원 스캐닝 기술이 제품 설계, 개발, 생산, 품질관리 등에 효과적으로 적용됨으로써 전체적인 신제품 개발 사이클이 혁신적으로 단축될 수 있었을 뿐만 아니라 기술의 특성상 토목, 건축 문화재, 의료, 컴퓨터그래픽스 등 다양한 응용분야에도 3차원 스캐닝 기술이 빠른 속도로 파급되고 있어 다양한 분야에서 주목받는 혁신적인 솔루션으로서 정착하고 있다. 최근 들어 활용 현장에서 3차원 스캐닝 관련 솔루션에 대한 기술적 이해는 이제 상당한 수준까지 올라와 있으며, 특히 자동차 또는 전자 업계를 중심으로 제품의 설계 및 생산 공정에 3차원 스캐닝 기술을 도입하고자 하는 시도가 활발하게 이루어지고 있다.

역설계 작업 프로세스

일반적으로 제품을 개발하는 설계 프로세스는 디자인 검토, 개년 설계, 조립품 설계, 단품 상세 설계, 성능해석, 시제품 제작 등의 과정을 거치게 된다. 이에 반해 역설계프로세스는 대상물을 측정(데이터 획득) 하는 것과 측정한 데이터로부터 3차원 모델을 생성하는 두 가지 단계로 크게 나눌 수 있고 좀 더 세분하여 다음과 같은 4단계로 나눌 수 있다.

첫 번째 단계는 스캐닝을 시작하기 전에 대상물의 크기, 수량, 형상의 복잡성, 표면광택 등의 특성과 요구되는 정밀도를 파악하여 적합한 스캐너를 선정하는 것부터 시작한다.

스캐너의 종류는 삼각 측정법, 레인징방식,간섭방식,광패턴방식,이미지 분석 법, TOF 방식 등이 있다. 그리고 선정한 스캐너로 스캔을 하여 3차원 점 데이터를 구한다.

두 번째 단계의 스캔 데이터 프로세싱은 첫 번째 단계에서 획득한 점군 데이터를 처리하여 양질의 포인트 또는 폴리곤 데이터를 생성하는 과정이다. 대상 물체와 상관없는 점들을 삭제, 노이즈에 해당되는 점들을 솎아내기, 후속작업에 필요한 양만 얻기 위해 일정 비율만큼 줄이기, 점 데이터로부터 삼각 메시를 생성하는 폴리곤화, 서로 다른 위치와 방향에서 측정한 데이터를 동일 기준 좌표계로 맞추어주는 정합, 각각의 데이터를 하나의 단일 데이터로 합치는 병합, 삼각 메시 데이터를 간략화하여 줄이는 데시메이션, 삼각 메시의 표면을 매끄럽게 만드는 스무딩, RP나 해석용 메시를 생성하기 위한 폴리곤 최적화 등의 과정들이 모두 이 단계에 속한다.

세 번째 단계에서는 두 번째 단계에서 생성된 포인트, 폴리곤 데이터로부터 곡선, 곡면, 솔리드 형상 같은 CAD 모델을 생성하는 과정이다. 일반적인 설계 프로세스에서 CAD 모델을 생성하는 것과는 달리 역설계에서는 측정 데이터로부터 생성된 폴리곤 모델과 동일하거나 닮은 모델을 생성하는 것이기 때문에 역설계과정의 핵심이라 할 수 있다. 곡선이나 곡면처럼 역설계 파라미터를 추출하기 어려운 형상에 대해서는 주로 피팅을 사용하여 생성한다. 피팅은 보간법과 근사 법 같은 방식으로 분류된다. 보간법은 측정 데이터를 지나는 곡면을 생성하고 근사 법은 측정 데이터를 오차 범위 내에서 지나는 고면을 생성한다. 보간법은 측정 데이터가 높은 정밀도를 갖고 있고, 피팅 결과가 측정 데이터를 유지하려는 경우에 사용된다.근사 법의 대표적인 예는 최소지승피팅이다. 피팅에 의해 생성된 곡면은 IGES나 STEP 같은 파일 포맷을 통해 CAD 소프트웨어 간 변환이 가능하나 수정할 수 없는 덤 지오 메트리이기 때문에, 진정한 역설계를 실현하기 위해 스캔 데이터를 설계 가이드 혹은 템플릿으로 활용하여 원시 설계 변수 및 설계 의도를 파악하는 파라메트릭 역설계 과정이 필요하다. 이러한 과정은 폴리곤 데이터를 최적화하고 잘못된 기하 형상을 바로잡는데 시간이 훨씬 적게 걸리기 때문에 피팅 방식보다 빠르게 진행할 수 있다.이러한 프로세스를 예를 들어 설명하자면, 임의의 3차원 스캔 데이터로부터 추출된 형상을 찾아서 해당 형상이 추출된 방향을 찾는다. 그리고 폴리곤 상에서 횡단면을 잘라내어 이것을 2차원 스케치를 생성하기 위한 참조 데이터로 활용한다. 스케치 상에서 사용자는 설계 변수에 필요한 모든 조건을 만족시킬 수 있도록 특정 부분을 제약하거나 임의의 치수를 스케치에 입력할 수도 있으나, 대부분의 변수는 스캔 데이터로부터 자동/반자동으로 추출할 수 있다. 이러한 스케치 기반의 역설계 방식은 일반 CAD 시스템에서 형상을 설계하는 경우에도 가장 일반적으로 활용되는 방식이다. 3차원 스캔 데이터 기반의 역설계 과정은 일반 CAD 시스템을 이용하여 형상을 설계하는 방식과 동일하지만, 설계 과정 중에 다양한 설계 특징 형상의 변수를 입력해야 하는 것과 설계 의도를 3차원 스캔 데이터로부터 자동으로 추출하는 것에 차이점을 갖는다.역설계의 시작은 스캔 데이터를 후작업이 용이하게 처리하는 것으로부터 시작한다. 스캔 데이터는 메쉬 모델링으로 보다 완벽하고 중요한 형상 정보를 만들 수 있다. 스캔 데이터로부터 피팅 방식의 곡면 모델링은 자유형상을 정확하고 빠르게 CAD 서피스로 제작할 수 있고, 일반적인 CAD의 파라메트릭 방식의 솔리드 모델링은 스캔 데이터를 기반으로 한 역설계에서 설계에 변경된 스캔 데이터를 역설계 된 모델 전체에 쉽고 빠르게 반영할 수 있다. 이러한 역설계의 모델링 방법은 전통적인 CAD 모델링과 비교한다면 스캔 데이터를 처리하고 이를 기반으로 모델링이 이루어진다는 것이 차이점이다. 이러한 혼합 설계 방식은 역설계과정에서 복잡한 형상을 빠르고 정확하고 효과적으로 생성할 수 있게 해준다.

역설계의 마지막 단계는 최종 결과물인 CAD 모델을 검증하는 과정이다. 일반적인 설계 프로세스에서의 CAD 모델과 마찬가지로 가공하기에 적합한 곡면으로 이루어져 있는지 표면의 품질과 곡면 간의 연속성 등을 검사하는 것은 기본이다. 역설계과정에서 더 중요한 것은 생성된 CAD 모델과 원래 측정 데이터인 점군이나 폴리곤 모델과의 편차를 검사하는 것이다. 역설계과정에서 흔히 발생할 수 있는 에러로서 측정 대상물과의 오차를 검사하고 오차를 최소화하려는 노력이 필요하다. 실제 모델링 과정에서는 이러한 오차 최소화의 작업이 역설계 프로세스의 마지막 단계가 아니라 곡선, 곡면, 솔리드 형상을 생성하는 중간단계에서도 이루어진다. 스캔 데이터는 불완전한 측정 결과물이기 때문에 설계자는 스캔 데이터를 정확하게 따르는 역설계를 할지, 아니면 깨끗하고 이상적인 CAD 모델을 생성하기 위해서 스캔 데이터와 편차를 두어야 할지를 선택해야 한다.

지금까지 역설계(Reverse Engineering)의 의미와 작업 프로세스에 대해 알아 보았습니다.

저희 한국 H.T.C에서는 백색광 방식의 패턴 스캐너인 REXCAN3와 REXCANCS+를 이용한 역설계를 하고있습니다.

많은 관심 부탁 드립니다.

감사합니다.

제품 전문 기업, 한양3D팩토리

Hardware Guide 를 영상으로 시청해보세요!

역설계(Reverse Engineering)란 기성품의 수치를 직접 측정하거나 3D스캐너를 활용해 얻은 데이터를 기반으로 3D모델링을 생성하는 기술 및 관련 작업을 말합니다. 역설계를 이용하면 1 도면이 없는 기성품을 그대로 제작하거나 2 기성품을 변형하여 새로운 제품을 만들 수 있습니다. 이런 장점 덕분에 3 해외 생산 제품을 국산화 하는 데에도 활용되고 있습니다.

역설계를 위해서는 3D스캐닝이 선행되어야 합니다. 3D스캐닝은 실제 데이터가 없고 제품만 있을 때 3D데이터를 얻을 수 있는 작업입니다. 실제 현장에서는 제품을 제작한 뒤에 설계 데이터와 어느 정도의 오차가 있는지 검토하기 위해 사용하기도 합니다.

역설계의 한계

피사체의 형상이 지나치게 복잡하여 3D스캐너로 치수 데이터를 얻을 수 없다면 역설계가 어려울 수 있습니다.

비접촉식 3D스캐너의 경우 1 난반사가 있는 유광 제품은 스캔이 어렵습니다. 이런 경우에는 스캔이 쉬워질 수 있도록 피사체에 스프레이 코팅제를 뿌려 광을 최소화하는 작업이 필요합니다.

2 피사체가 투명한 경우에도 3D스캐너 인식이 어려워 피사체에 필수적으로 색을 칠해줘야 합니다. 이러한 추가 작업이 허용되지 않는다면 비접촉식 3D스캐너를 이용한 역설계는 어려울 수 있습니다.

역설계의 범위

3D프린팅, 어디까지 알아야 할까요?

산업에서 많이 사용되는 SLA, SLS, FDM의 출력 방식부터 원리, 재료, 장단점까지 한 눈에 비교해드립니다.

역설계의 정의

역설계(Reverse Engineering)란 CAD 데이터가 없는 실물의 형상을 여러 가지 방법을 통해 CAD 데이터를 생성하는 기술 및 관련 작업을 의미합니다. 국내에서 리버스 모델링 또는 역설계 등의 용어로 통용되고 있습니다.

역설계 프로세스

① 대상물 확인

우선 대상물의 크기, 형상의 복잡성, 표면 특성과 요구 정밀도를 확인하여 측정 방법을 선정합니다. 사출 파팅라인 또는 용접 비드 또한 구조를 파악하는데 도움이 됩니다.

② 대상물 측정 [접촉식]
캘리퍼스와 같은 접촉식 측정기 등을 활용하여 형상을 대표하는 치수를 측정합니다. 곡면이 적은 대상물, 표준 규격 나사 등은 게이지를 통해 치수를 바로 확인할 수 있습니다.

③ 대상물 측정 [비접촉식]
접촉식 측정기로 측정하기 어려운 형상의 경우, 3D 스캐너를 통해 대상물을 측정합니다. 스캐너의 종류는 삼각 측정법, 광 패턴방식, 이미지 분석법 등을 사용합니다.

④ 데이터 획득

비접촉식 측정을 통해 획득한 포인트 데이터를 처리하여 폴리곤 데이터를 생성하는 과정입니다. 노이즈 삭제, 폴리곤화, 좌표계 정합, 데이터 병합 등의 프로세싱 단계입니다.

⑤ 3D 모델 생성

획득한 데이터를 토대로 CAD 모델을 생성하는 과정입니다. 기존의 방식과 혼합된 설계 방식으로, 측정 데이터로부터 대상물과 동일하거나 닮은 형상의 CAD 모델을 생성합니다.

⑥ 모델 검증

일반적인 설계 프로세스에서의 CAD 모델과 마찬가지로 가공에 적합한 구조인지, 또는 비접촉식 측정을 통해 획득한 폴리곤 모델과 편차를 검사하기도 합니다.

역설계의 한계 역설계를 통해 모든 제품을 재현할 수 있는 것은 아닙니다. 제조방식 또는 합금비율을 확인하기 어려운 경우, 제품 구조의 분해 가능성, 동일 수준의 정밀생산 기계 등의 경우가 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다. 복잡한 형상을 가진 부품의 주조 또는 절삭 여부, 분해 또는 절단 접촉면의 파손으로 역설계가 어려운 경우, 동일한 제품을 제작할 기계의 정밀도가 부족한 경우가 이에 속합니다.

역설계를 바탕으로 제작하고자 하는 제품이 있으시다면 한양3D팩토리에 문의해주세요!

한양3D팩토리는 역설계를 비롯하여 3D모델링, 3D프린팅, 제품 양산 등 3D프린팅 전문 제조 서비스를 제공하고 있습니다.

아래 배너에서 바로가기 버튼을 누르시면 한양3D팩토리에서 제공하는 3D프린팅 전문 지식을 보실 수 있습니다.

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