用于逐層制造三維物體的掃描路徑規(guī)劃方法及掃描方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于逐層制造三維物體的掃描路徑 規(guī)劃方法，本發(fā)明還涉及一種用于逐層制造三維物體的掃描方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 增材制造技術(shù)是基于三維CAD模型數(shù)據(jù)，通過增加材料逐層制造的加工方式。其是 以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用高能束將材料進(jìn) 行逐層堆積，最終疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品。
[0003] 增材制造的工藝方法有很多種，主要分為基于送粉方式和鋪粉方式的制造方法。 該兩種工藝方法的核心思想基本一致，即：先在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)出三維物體的三維實(shí)體模型， 然后通過切分軟件對該三維模型進(jìn)行切片分層，并對各層進(jìn)行掃描路徑規(guī)劃，之后將得到 的各層信息導(dǎo)入增材制造設(shè)備，進(jìn)行堆積成型。
[0004] 目前，對帶尖角類三維物體按照常規(guī)掃描路徑規(guī)劃和掃描時(shí)，如圖1所示，在掃描 至尖角處時(shí)，由于尖角頂點(diǎn)區(qū)域窄小，常規(guī)掃描過程通常丟棄尖角頂點(diǎn)處內(nèi)切圓直徑小于 光源光斑直徑的部分，不對其進(jìn)行掃描燒結(jié)。這樣，將導(dǎo)致尖角處實(shí)際燒結(jié)尺寸小于原型尺 寸，產(chǎn)生一定的缺損量，造成三維物體尖角處精度受損。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種用于逐層制造三維物體的掃描路徑規(guī)劃方法，解決了現(xiàn) 有規(guī)劃方法丟棄尖角頂點(diǎn)處內(nèi)切圓直徑小于光源光斑直徑的部分導(dǎo)致的三維物體精度變 差的問題;本發(fā)明的另一目的是提供一種用于逐層制造三維物體的掃描方法，解決了現(xiàn)有 掃描方法尖角處實(shí)際燒結(jié)尺寸小于原型尺寸，產(chǎn)生一定的缺損量的問題。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種用于逐層制造三維物體的掃描路徑規(guī)劃方法， 在帶有尖角的三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)與三維物體截面尖角頂點(diǎn)之間添 加補(bǔ)償路徑。
[0007] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0008] 補(bǔ)償路徑以所述三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)為起點(diǎn)，指向所述三維 物體截面尖角頂點(diǎn)方向，其長度等于或小于所述三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn) 到所述三維物體截面尖角頂點(diǎn)間的距離減去光源光斑半徑的長度。
[0009] 當(dāng)所述補(bǔ)償路徑長度小于所述三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)到所述 三維物體截面尖角頂點(diǎn)間的距離減去光源光斑半徑的長度時(shí)，該補(bǔ)償路徑的規(guī)劃方法包括 補(bǔ)償路徑終點(diǎn)的確定，補(bǔ)償路徑終點(diǎn)的確定包括：
[00?0] 1)確定米用常規(guī)掃描方法時(shí)，二維物體截面尖角處缺損面積A0:
[0012]式(1)中，R為光源光斑半徑，Θ為尖角角度；
[0013] 2)讀入用戶自定義的步長常數(shù)c，其中c>l;
[0014] 3)以三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)為起點(diǎn)，使與光源光斑半徑相同的 圓沿由三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)和三維物體截面尖角頂點(diǎn)確定的直線，以 R/c的步長向三維物體截面尖角頂點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng)，直至該圓靠近三維物體截面尖角一側(cè)的端 部與三維物體截面尖角頂點(diǎn)重合為止；同時(shí)，在該圓運(yùn)動(dòng)過程中，該圓每運(yùn)動(dòng)一個(gè)步長的距 離，確定此時(shí)三維物體截面尖角處缺損量面積與掃描余量面積之和，得到Μ個(gè)面積值A(chǔ)i，其 中，0〈i〈M，i為整數(shù)；
[0015] 4)比較A0及Μ個(gè)面積值A(chǔ)i，確定該M+1個(gè)面積值中最小的面積值所對應(yīng)的圓的位 置，并以該圓的圓心作為補(bǔ)償路徑終點(diǎn)。
[0016] 步長常數(shù)c由用戶根據(jù)三維物體加工精度要求及光源光斑半徑自定義設(shè)置。
[0017] 光源為激光束、電子束、等離子束。
[0018] 本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種用于逐層制造三維物體的掃描方法，包括 以下步驟：
[0019] 步驟1、對帶有尖角的三維物體截面進(jìn)行常規(guī)掃描路徑規(guī)劃；
[0020] 步驟2、對帶有尖角的三維物體截面進(jìn)行補(bǔ)償路徑規(guī)劃；
[0021] 步驟3、根據(jù)步驟1和步驟2確定的常規(guī)掃描路徑和補(bǔ)償路徑，對三維物體截面進(jìn)行 掃描燒結(jié)，完成三維物體成型加工。
[0022] 本發(fā)明另一技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，
[0023] 步驟2中，進(jìn)行補(bǔ)償路徑規(guī)劃的具體方法為：
[0024] 1)確定采用常規(guī)掃描方法時(shí)，三維物體截面尖角處缺損面積A0;
[0025] 2)讀入用戶自定義的步長常數(shù)c，其中c>l;
[0026] 3)以三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)為起點(diǎn)，使與光源光斑半徑相同的 圓沿由三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)和三維物體截面尖角頂點(diǎn)確定的直線，以 R/c的步長向三維物體截面尖角頂點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng)，直至該圓靠近三維物體截面尖角一側(cè)的端 部與三維物體截面尖角頂點(diǎn)重合為止；同時(shí)，在該圓運(yùn)動(dòng)過程中，該圓每運(yùn)動(dòng)一個(gè)步長的距 離，確定此時(shí)三維物體截面尖角處缺損量面積與掃描余量面積之和，得到Μ個(gè)面積值A(chǔ)i，其 中，0〈i〈M，i為整數(shù)；
[0027] 4)比較A0及Μ個(gè)面積值A(chǔ)i，確定該M+1個(gè)面積值中最小的面積值所對應(yīng)的圓的位 置，并以該圓的圓心作為補(bǔ)償路徑終點(diǎn)。
[0028]步長常數(shù)c由用戶根據(jù)三維物體加工精度要求及光源光斑半徑自定義設(shè)置。
[0029]光源為激光束、電子束、等離子束。
[0030]本發(fā)明的有益效果是，
[0031] 1) 一種用于逐層制造三維物體的掃描路徑規(guī)劃方法，通過在三維物體截面尖角處 添加補(bǔ)償路徑，補(bǔ)償路徑的長度等于或小于三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)到所 述三維物體截面尖角頂點(diǎn)間的距離減去光源光斑半徑的長度，使得三維物體尖角處得以掃 描，彌補(bǔ)了常規(guī)掃描帶來的缺損量;特別是，當(dāng)補(bǔ)償路徑長度小于三維物體截面尖角處常規(guī) 掃描路徑跳躍點(diǎn)到所述三維物體截面尖角頂點(diǎn)間的距離減去光源光斑半徑的長度時(shí)，該方 法在最大程度上提高了三維物體的尺寸精度，實(shí)現(xiàn)了三維物體尖角處缺損量與掃描余量的 平衡。
[0032] 2)-種用于逐層制造三維物體的掃描方法，通過對尖角頂點(diǎn)處內(nèi)切圓直徑小于光 源光斑直徑的部分進(jìn)行掃描，提高三維物體尖角處精度，從而有效提高三維物體的良品率， 降低企業(yè)生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0033] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)掃描路徑規(guī)劃示意圖；
[0034] 圖2是采用本發(fā)明第一種方法對待加工三維物體截面進(jìn)行掃描路徑規(guī)劃的示意 圖；
[0035] 圖3是采用本發(fā)明第二種方法對待加工三維物體截面進(jìn)行掃描路徑規(guī)劃的示意 圖。
[0036]圖中，1.常規(guī)掃描路徑，2.三維物體截面尖角頂點(diǎn)，3.缺損量，4.掃描余量，5.補(bǔ)償 路徑，6.常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)，7.光源光斑。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0038] 本發(fā)明一種用于逐層制造三維物體的掃描路徑規(guī)劃方法，具體實(shí)施步驟如下：如 圖2所示，在帶有尖角的三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)6與三維物體截面尖角頂 點(diǎn)2之間添加補(bǔ)償路徑5,其中，補(bǔ)償路徑5以所述三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn) 6為起點(diǎn)，指向所述三維物體截面尖角頂點(diǎn)2方向，其長度等于所述三維物體截面尖角處常 規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)6到所述三維物體截面尖角頂點(diǎn)2間的距離減去光源光斑7半徑的長度。 [00 39]米用上述第一種方法的掃描路徑對二維物體截面尖角處進(jìn)行掃描，使得二維物體 截面尖角處得以掃描，彌補(bǔ)了采用常規(guī)掃描路徑1進(jìn)行三維物體截面尖角處掃描時(shí)帶來的 尖角缺彳貝M3。
[0040] 采用上述第一種方法的掃描路徑對三維物體截面尖角處進(jìn)行掃描時(shí)，同時(shí)會(huì)造成 實(shí)際燒結(jié)尺寸大于原型尺寸，產(chǎn)生過多的掃描余量4,從而影響三維物體尺寸精度。因此，為 了實(shí)現(xiàn)三維物體截面尖角處缺損量3與掃描余量4的平衡，最大程度上提高三維物體尺寸精 度，如圖3所示，本發(fā)明提出另一種用于逐層制造三維物體的掃描路徑規(guī)劃方法，其大致與 第一種方法相同，不同的是，該方法的補(bǔ)償路徑長度5小于所述三維物體截面尖角處常規(guī)掃 描路徑跳躍點(diǎn)6到所述三維物體截面尖角頂點(diǎn)2間的距離減去光源光斑7半徑的長度。
[0041] 本發(fā)明第二種方法的補(bǔ)償路徑5的規(guī)劃方法包括補(bǔ)償路徑終點(diǎn)的確定，其中補(bǔ)償 路徑終點(diǎn)的確定包括：
[0042] 1)確定采用常規(guī)掃描方法時(shí)，三維物體截面尖角處缺損面積A0:
[0044] 式(1)中，R為光源光斑半徑，Θ為尖角角度；
[0045] 2)讀入用戶自定義的步長常數(shù)c，步長常數(shù)c由用戶根據(jù)三維物體加工精度要求及 光源光斑半徑自定義設(shè)置，其中c>l;
[0046] 3)如圖3所示，以三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)6為起點(diǎn)，使與光源光 斑7半徑相同的圓沿由三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)6和三維物體截面尖角頂 點(diǎn)2確定的直線，以R/c的步長向三維物體截面尖角頂點(diǎn)2方向運(yùn)動(dòng)，直至該圓靠近三維物體 截面尖角一側(cè)的端部與三維物體截面尖角頂點(diǎn)2重合為止；同時(shí)，在該圓運(yùn)動(dòng)過程中，該圓 每運(yùn)動(dòng)一個(gè)步長的距離，確定此時(shí)三維物體截面尖角處缺損量3面積與掃描余量4面積之 和，得到Μ個(gè)面積值A(chǔ)i，其中，0〈i<M，i為整數(shù)；
[0047] 4)比較A0及Μ個(gè)面積值A(chǔ)i，確定該M+1個(gè)面積值中最小的面積值所對應(yīng)的圓的位 置，并以該圓的圓心作為補(bǔ)償路徑終點(diǎn)。
[0048]本發(fā)明還提供了一種用于逐層制造三維物體的掃描方法，包括以下步驟：
[0049] 步驟1、對帶有尖角的三維物體截面進(jìn)行常規(guī)掃描路徑1規(guī)劃；
[0050] 步驟2、對帶有尖角的三維物體截面進(jìn)行補(bǔ)償路徑5規(guī)劃，該補(bǔ)償路徑以三維物體 截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)6為起點(diǎn)，指向所述三維物體截面尖角頂點(diǎn)2方向，其終點(diǎn) 的具體確定方法為：
[0051] 1)確定采用常規(guī)掃描方法時(shí)，三維物體截面尖角處缺損面積A0;
[0052] 2)讀入用戶自定義的步長常數(shù)c，步長常數(shù)c由用戶根據(jù)三維物體加工精度要求及 光源光斑半徑自定義設(shè)置，其中c>l;
[0053] 3)以三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)6為起點(diǎn)，使與光源光斑7直徑相同 的圓沿由三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)6和三維物體截面尖角頂點(diǎn)2確定的直 線，以R/c的步長向三維物體截面尖角頂點(diǎn)2方向運(yùn)動(dòng)，直至該圓靠近三維物體截面尖角一 側(cè)的端部與三維物體截面尖角頂點(diǎn)重合為止；同時(shí)，在該圓運(yùn)動(dòng)過程中，該圓每運(yùn)動(dòng)一個(gè)步 長的距離，確定此時(shí)三維物體截面尖角處缺損量3與掃描余量4面積之和，得到Μ個(gè)面積值 △1，其中，0〈1〈1，1為整數(shù);光源為激光束、電子束、等離子束；
[0054] 4)比較Α0及Μ個(gè)面積值A(chǔ)i，確定該Μ+1個(gè)面積值中最小的面積值所對應(yīng)的圓的位 置，并以該圓的圓心作為補(bǔ)償路徑終點(diǎn)；
[0055]步驟3、根據(jù)步驟1和步驟2確定的常規(guī)掃描路徑1和補(bǔ)償路徑5,對三維物體截面進(jìn) 行掃描燒結(jié)，完成三維物體成型加工。
[0056]以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實(shí)施方式對本發(fā)明作出的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn) 定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不 脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其還可以對這些已描述的實(shí)施方式做出若干替代或變型，而這 些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于逐層制造三維物體的掃描路徑規(guī)劃方法，其特征在于，在帶有尖角的三維 物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)（6)與三維物體截面尖角頂點(diǎn)（2)之間添加補(bǔ)償路徑 (5)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于逐層制造三維物體的掃描路徑規(guī)劃方法，其特征在 于，所述補(bǔ)償路徑(5)以所述三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)（6)為起點(diǎn)，指向所 述三維物體截面尖角頂點(diǎn)（2)方向，其長度等于所述三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳 躍點(diǎn)(6)到所述三維物體截面尖角頂點(diǎn)(2)間的距離減去光源光斑(7)半徑的長度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于逐層制造三維物體的掃描路徑規(guī)劃方法，其特征在 于，所述補(bǔ)償路徑(5)以所述三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)（6)為起點(diǎn)，指向所 述三維物體截面尖角頂點(diǎn)（2)方向，其長度小于所述三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳 躍點(diǎn)(6)到所述三維物體截面尖角頂點(diǎn)(2)間的距離減去光源光斑(7)半徑的長度。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于逐層制造三維物體的掃描路徑規(guī)劃方法，其特征在 于，所述補(bǔ)償路徑（5)的規(guī)劃方法包括補(bǔ)償路徑終點(diǎn)的確定，所述補(bǔ)償路徑終點(diǎn)的確定包 括： 1) 確定采用常規(guī)掃描方法時(shí)，三維物體截面尖角處缺損面積A0; 2) 讀入用戶自定義的步長常數(shù)c，其中c>l; 3) 以三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)（6)為起點(diǎn)，使與光源光斑(7)半徑相同 的圓沿由三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)（6)和三維物體截面尖角頂點(diǎn)（2)確定 的直線，以R/c的步長向三維物體截面尖角頂點(diǎn)（2)方向運(yùn)動(dòng)，直至該圓靠近三維物體截面 尖角一側(cè)的端部與三維物體截面尖角頂點(diǎn)（2)重合為止；同時(shí)，在該圓運(yùn)動(dòng)過程中，該圓每 運(yùn)動(dòng)一個(gè)步長的距離，確定此時(shí)三維物體截面尖角處缺損量(3)面積與掃描余量(4)面積之 和，得到Μ個(gè)面積值A(chǔ)i，其中，0〈i<M，i為整數(shù)； 4) 比較A0及Μ個(gè)面積值A(chǔ)i，確定該M+1個(gè)面積值中最小的面積值所對應(yīng)的圓的位置，并 以該圓的圓心作為補(bǔ)償路徑終點(diǎn)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于逐層制造三維物體的掃描路徑規(guī)劃方法，其特征在 于，所述步長常數(shù)c由用戶根據(jù)三維物體加工精度要求及光源光斑半徑自定義設(shè)置。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于逐層制造三維物體的掃描路徑規(guī)劃方法，其特征在 于，所述光源為激光束、電子束、等離子束。7. -種用于逐層制造三維物體的掃描方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、對帶有尖角的三維物體截面進(jìn)行常規(guī)掃描路徑（1)規(guī)劃； 步驟2、對帶有尖角的三維物體截面進(jìn)行補(bǔ)償路徑(5)規(guī)劃； 步驟3、根據(jù)步驟1和步驟2確定的常規(guī)掃描路徑（1)和補(bǔ)償路徑(5)，對三維物體截面進(jìn) 行掃描燒結(jié)，完成三維物體成型加工。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于逐層制造三維物體的掃描方法，其特征在于，步驟2 中，所述補(bǔ)償路徑(5)以所述三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)（6)為起點(diǎn)，指向所 述三維物體截面尖角頂點(diǎn)(2)方向，補(bǔ)償路徑終點(diǎn)的確定方法為： 1) 確定采用常規(guī)掃描方法時(shí)，三維物體截面尖角處缺損面積A0; 2) 讀入用戶自定義的步長常數(shù)c，其中c>l; 3) 以三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)（6)為起點(diǎn)，使與光源光斑(7)半徑相同 的圓沿由三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)（6)和三維物體截面尖角頂點(diǎn)（2)確定 的直線，以R/c的步長向三維物體截面尖角頂點(diǎn)（2)方向運(yùn)動(dòng)，直至該圓靠近三維物體截面 尖角一側(cè)的端部與三維物體截面尖角頂點(diǎn)（2)重合為止；同時(shí)，在該圓運(yùn)動(dòng)過程中，該圓每 運(yùn)動(dòng)一個(gè)步長的距離，確定此時(shí)三維物體截面尖角處缺損量(3)面積與掃描余量(4)面積之 和，得到Μ個(gè)面積值A(chǔ)i，其中，0〈i<M，i為整數(shù)； 4)比較A0及Μ個(gè)面積值A(chǔ)i，確定該M+1個(gè)面積值中最小的面積值所對應(yīng)的圓的位置，并 以該圓的圓心作為補(bǔ)償路徑終點(diǎn)。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于逐層制造三維物體的掃描方法，其特征在于，所述步 長常數(shù)c由用戶根據(jù)三維物體加工精度要求及光源光斑半徑自定義設(shè)置。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于逐層制造三維物體的掃描方法，其特征在于，所述 光源為激光束、電子束、等離子束。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于逐層制造三維物體的掃描路徑規(guī)劃方法，在帶有尖角的三維物體截面尖角處常規(guī)掃描路徑跳躍點(diǎn)與三維物體截面尖角頂點(diǎn)之間添加補(bǔ)償路徑。本發(fā)明還公開了一種用于逐層制造三維物體的掃描方法，包括：對帶有尖角的三維物體截面進(jìn)行常規(guī)掃描路徑規(guī)劃；對帶有尖角的三維物體截面進(jìn)行補(bǔ)償路徑規(guī)劃；根據(jù)常規(guī)掃描路徑和補(bǔ)償路徑，對三維物體截面進(jìn)行掃描燒結(jié)，完成三維物體成型加工。本發(fā)明使三維物體尖角處得以掃描，既減少了掃描余量，又提高了三維物體的尺寸精度，從而有效提高三維物體的良品率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。
【IPC分類】B33Y10/00, B22F3/105, B29C67/00
【公開號】CN105710368
【申請?zhí)枴緾N201610120847
【發(fā)明人】楊東輝, 薛蕾
【申請人】西安鉑力特激光成形技術(shù)有限公司