基于增材再制造点云模型的等距曲面分层方法技术

本发明专利技术涉及一种基于增材再制造点云模型的等距曲面分层方法，包括如下步骤：①拟合圆柱面：选取轴类零件未损坏区域的点云进行圆柱面拟合，作为标准的模型即标准圆柱面；②提取增材再制造点云模型：选中缺损零件点云，计算各个点到标准圆柱面的距离作为每个点的缺损量e，并遵循

【技术实现步骤摘要】
基于增材再制造点云模型的等距曲面分层方法
本专利技术涉及增材再制造工程
，特别涉及一种基于增材再制造点云模型的分层方法。
技术介绍
目前增材再制造技术是一系列用于恢复损伤零（构）件的缺损尺寸和服役性能的先进技术的统称，其对损伤零（构）件尺寸恢复和性能提升的过程是以数字模型驱动为特征的离散―堆积过程。其中，离散过程是以零件缺损部分的三维模型为对象的切片分层过程。零件模型无论是在造型软件中生成还是由反求工程构建，都必须经过分层处理才能输入到增材再制造设备中，因此分层方法是增材再制造过程中的一个关键环节。分层方法不仅影响增材再制造的精度，对其效率也有重要的影响，因此分层方法一直是增材再制造研究的重点和难点问题。国内外学者提出了基于STL（StereoLitbography）模型的分层算法，主要有等层厚分层算法、适应性分层算法、斜边分层算法以及曲面分层算法。等层厚分层算法实现简单、程序执行速度快，但台阶效应明显；适应性分层算法采用适应性变化层厚的方法进行分层，有效地减小了台阶效应，但并不能完全消除台阶效应；采用斜边分层或曲面分层等先进分层算法能够完全消除台阶效应，但在系统实现上较为困难。同时，因上述分层算法均是基于STL模型开发的，须经历数据处理中最复杂耗时的曲面重构过程，由此导致了运算过程的复杂化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于增材再制造点云模型的精确、高效、台阶效应小的等距曲面分层方法。实现本专利技术目的的技术方案是提供一种基于增材再制造点云模型的等距曲面分层方法，包括如下步骤：①拟合圆柱面：选取轴类零件未损坏区域的点云进行圆柱面拟合，作为标准的模型即标准圆柱面；拟合计算结果可得轴线上一点、轴线的单位方向矢量以及柱面半径；②提取增材再制造点云模型：选中缺损零件点云，计算各个点到标准圆柱面的距离作为每个点的缺损量e，并遵循原则提取出缺损严重的数据点云以及其e，作为增材再制造点云模型；求解缺损点云任意一点P(x,y,z)到标准圆柱面的距离即缺损量e，转换为点P到轴心所在直线L的距离与柱体半径之差；即：，其中r表示柱体半径，d(P,L)表示点P到轴心所在直线L上对应点P0的距离；缺损量e的大小反映了零件在该点处的缺损程度，选择emax作为分层的高度范围值；③建立标准圆柱面的等距曲面族；建立标准圆柱面的等距曲面族，轴线经过点、轴线方向矢量以及圆柱面半径，其中h表示分层距离；分层距离h和分层数目n根据实际需要来确定，h取区间[hminhmax]中的优化值；h和n的关系应满足：因此，在成形方向上的一系列柱面半径值就被确定了出来：；④构建轮廓数据P’(x’,y’,z’)；将相邻圆柱面之间的点云映射至下层面上，构建出轮廓数据；根据需要，下层面以下的点云也可映射至该层面，作为轮廓内部数据保存，以备生成增材再制造路径；增材再制造点云模型中的点P(x,y,z)映射至分层之间的下层柱面时，需要首先计算该点所属的分层区间序号i：，映射机制采用分层方向上的直接投影算法，轮廓数据P’(x’,y’,z’)依据下式得出：，遍历增材再制造点云中的所有点，求取出其所对应的轮廓数据就完成了等距曲面分层，获得的轴类零件等距曲面分层模型图。进一步的，步骤③具体来讲：建立标准圆柱面的等距曲面族，轴线经过点、轴线方向矢量以及圆柱面半径，其中h表示分层距离；分层距离h和分层数目n可根据实际需要来确定，一般h取区间[hminhmax]中的优化值；h和n的关系应满足：因此，在成形方向上的一系列柱面半径值就被确定了出来：。本专利技术具有积极的效果：（1）针对增材再制造过程中数字模型分层算法误差大、效率低、台阶效应明显等问题，本专利技术提供基于增材再制造点云模型的直接分层方法，具体涉及等距曲面分层方法。通过对增材再制造点云模型直接进行分层，省去了数据处理中复杂耗时的曲面重构过程，既提高了效率、减少了误差来源，又较好的消除了台阶效应。（2）针对常见的轴类零件，提出基于增材再制造点云模型的等距曲面分层法，由二次曲面拟合确定出等距圆柱面族为分层曲面，采用极轴方向映射，实现了基于增材再制造点云模型的等距曲面分层，由于将平面分层面改为由模型所产生的曲面，消除了台阶效应，提高了成形精度，保证了增材再制造成形的“快速性”和“精确性”。附图说明图1是某轴类零件等距曲面分层模型图。具体实施方式（实施例1）传统的分层方式都采用平面分层，而曲面分层可将分层方式由传统的二维平面分层发展为空间的曲面分层，成形方式更接近于智能制造模式。由于平面分层不可避免的会出现分层台阶，将平面分层面改为因应模型所产生的曲面，会使得零件的成形曲面由于没有台阶而变得平滑，提高了成形精度。本实施例的基于增材再制造点云模型的等距曲面分层方法，用于轴类零件增材再制造模型的分层，具体步骤如下：①拟合圆柱面：选取轴类零件未损坏区域的点云进行圆柱面拟合，作为标准的模型即标准圆柱面。拟合计算结果可得轴线上一点、轴线的单位方向矢量以及柱面半径。②提取增材再制造点云模型：选中缺损零件点云，计算各个点到标准圆柱面的距离作为每个点的缺损量e，并遵循原则提取出缺损严重的数据点云以及其e，作为增材再制造点云模型。求解缺损点云任意一点P(x,y,z)到标准圆柱面的距离即缺损量e，可以转换为点P到轴心所在直线L的距离与柱体半径之差。即：，其中r表示柱体半径，d(P,L)表示点P到轴心所在直线L上对应点P0的距离；缺损量e的大小反映了零件在该点处的缺损程度，选择emax作为分层的高度范围值。③建立标准圆柱面的等距曲面族；建立标准圆柱面的等距曲面族，轴线经过点、轴线方向矢量以及圆柱面半径，其中h表示分层距离。分层距离h和分层数目n可根据实际需要来确定，一般h取区间[hminhmax]中的优化值。h和n的关系应满足：因此，在成形方向上的一系列柱面半径值就被确定了出来：。④构建轮廓数据P’(x’,y’,z’)。将相邻圆柱面之间的点云映射至下层面上，构建出轮廓数据；根据需要，下层面以下的点云也可映射至该层面，作为轮廓内部数据保存，以备生成增材再制造路径。增材再制造点云模型中的点P(x,y,z)映射至分层之间的下层柱面时，需要首先计算该点所属的分层区间序号i：，映射机制采用分层方向上的直接投影算法，轮廓数据P’(x’,y’,z’)依据下式得出：遍历增材再制造点云中的所有点，求取出其所对应的轮廓数据就完成了等距曲面分层，获得的轴类零件等距曲面分层模型图，如图1所示。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本专利技术所作的举例，而并非是对本专利技术的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本专利技术的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利技术的保护范围之中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于增材再制造点云模型的等距曲面分层方法，其特征在于包括如下步骤：①拟合圆柱面：选取轴类零件未损坏区域的点云进行圆柱面拟合，作为标准的模型即标准圆柱面；拟合计算结果可得轴线上一点

【技术特征摘要】
1.一种基于增材再制造点云模型的等距曲面分层方法，其特征在于包括如下步骤：①拟合圆柱面：选取轴类零件未损坏区域的点云进行圆柱面拟合，作为标准的模型即标准圆柱面；拟合计算结果可得轴线上一点、轴线的单位方向矢量以及柱面半径；②提取增材再制造点云模型：选中缺损零件点云，计算各个点到标准圆柱面的距离作为每个点的缺损量e，并遵循原则提取出缺损严重的数据点云以及其e，作为增材再制造点云模型；求解缺损点云任意一点P(x,y,z)到标准圆柱面的距离即缺损量e，转换为点P到轴心所在直线L的距离与柱体半径之差；即：，其中r表示柱体半径，d(P,L)表示点P到轴心所在直线L上对应点P0的距离；缺损量e的大小反映了零件在该点处的缺损程度，选择emax作为分层的高度范围值；③建立标准圆柱面的等距曲面族；建立标准圆柱面的等距曲面族，轴线经过点、轴线方向矢量以及圆柱面半径，其中h表示分层距离；分层距离h和分层数目n根据实际需要来确定，h取区间[hminhmax]中的优化值；h和n的关系应满足：因此...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱胜，沈灿铎，王晓明，韩国峰，陈永星，任智强，赵阳，周超极，邱六，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：北京,11