一种二维轮廓区域单轨迹填充生成方法技术

本发明专利技术为一种二维轮廓区域单轨迹填充生成方法，属于增材制造(3D打印或快速原型)技术领域，其特征在于：对符合左手定则、无自相交和互相交的复杂二维区域轮廓线组，首先将其分解为单联通区域轮廓线组，并将构成单连通区域的内外轮廓线组连接成为单条轮廓线；对单连通区域的单条轮廓线进行偏置时，处理轮廓连接线保证等距偏置，并对轮廓线上的尖角进行截断处理；将各单连通区域轮廓线的偏置轮廓线进行分类，分别进行只进不出的连接和有进有出的连接，最终一个单连通区域生成一条连续的填充轨迹。该方法能够由任意复杂的二维轮廓区域有效生成数量最少的填充轨迹，提高成型效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于增材制造(3D打印或快速原型)
，特别涉及。
技术介绍
增材制造技术中的熔融沉积(FDM)工艺，其零件的成型需要通过熔丝填充分层后的二维轮廓区域完成。填充过程中，每一条单独的填充轨迹都需要熔丝喷嘴开和关、进和退、喷嘴清理等辅助动作。因此，二维轮廓区域填充的连续轨迹数量对填充效率和填充质量有着重要影响，连续轨迹的数量越少，需要的辅助时间越少，熔丝断点也越少，成型质量也就越好。目前，增材制造中，二维轮廓区域的填充轨迹生成算法主要有zigzag填充、轮廓偏置填充、Hi Ibert曲线填充、Voronoi图构造螺旋轨迹等。Zigzag填充算法主要是通过连接区域内的平行扫描线来生成“弓”形填充轨迹，如果区域内部包含不需填充区域或在扫描线垂直方向上存在凹区域，则无法形成连续轨迹;轮廓偏置填充算法主要是轮廓线偏置实现区域填充，每条偏置轨迹之间是不连通的，对于复杂轮廓还将出现偏置轮廓自相交或互相交导致偏置轮廓分裂;Hilbert曲线填充算法通过Hilbert曲线来填充区域，由于区域轮廓的不规则，Hilbert曲线不可避免地被截断而产生中断;利用Voronoi图构造螺旋轨迹时，算法较为复杂，在轨迹间的过渡不符合一个偏置轨迹的规则，并且该方法在复杂轮廓下还是会出现很多的退刀次数。由此可见，这些算法虽然能够填充二维轮廓区域，但对于复杂二维轮廓区域，即使是单连通区域，也需多条的连续轨迹才能实现全区域的填充。因此，有必要研究新的复杂二维轮廓区域填充方法，生成连续填充轨迹数量最少的填充轨迹，提高填充效率和填充质量。
技术实现思路
专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供，可以由任意复杂的单连通区域生成单条填充轨迹，并最终实现任意复杂二维轮廓区域的最少连续轨迹数量的填充轨迹生成，具有较高的鲁棒性和效率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:提供，包括如下步骤:Al、二维区域轮廓线组的分组和连接处理；A2、单连通区域连接轮廓线的偏置处理；A3、将每个单连通区域内的偏置轮廓线连接生成各单连通区域的单条轨迹。优选的，所述步骤Al具体为:B1、对符合左手定则、无自相交和互相交的二维区域轮廓线组进行处理，通过各轮廓线极值点判断各轮廓线是内轮廓还是外轮廓，并分别保存到内轮廓动态数组和外轮廓动态数组，计算各轮廓线的AABB包围盒；B2、将复杂二维区域轮廓线组分解为单联通区域轮廓线组；B3、将单连通区域的内、外轮廓线组连接成为单条轮廓线:设某个单连通区域的外轮廓顶点动态数组为Cf，其包含的内轮廓组为(C1，C2，…，Cn)。优选的，所述步骤B2具体为:Cl、从内轮廓数组中取出一个取出一个内轮廓C;C2、将C的AABB包围盒依次与外轮廓数组中的各外轮廓AABB进行比较，判断C被哪些外轮廓包含；C3、如果C只被一条外轮廓包含，则该外轮廓为C的直接包括外轮廓Cw;如果C被多条外轮廓包含，分别计算这些外轮廓的AABB包围盒面积，所求面积最小的外轮廓为内轮廓C的直接包括外轮廓Cw;C4、将内轮廓C加入到其直接包括外轮廓Cw的内轮廓索引数组中；C5、重复操作步骤①到④，直至所有内轮廓的均被插入各个外轮廓的内轮廓索引数组中；其结果是每一条外轮廓和若干条直接被包含的内轮廓构成一个单连通区域。优选的，所述步骤B3具体为:Dl、将外轮廓Cw的所有顶点建立一颗k-d树；D2、取出Cw所包含的一个内轮廓Ulme (I，2，...，!!)}，分别将Cm每一个点作为搜索点，利用k-d树的查找到C沖最近点，求出距离，比较得到内外轮廓之间的最近点对(W，Vj(Cm)),其中Vi(Cw)为Cw中的第i个点，Vj(Cm)SCm中的第j个点；D3、将两个轮廓合并为一个外轮廓:外轮廓Cw在Vi之后插入以Vj(Cm)为起始点的内轮廓Cm中的所有点，然后在Cm末端按顺序插入两个点Vj(Cm)和Vi(Cw)，生成新的Cw;D4、清除原k-d树，以新Cw仓Il建新的k-d树；D5、删除内轮廓U，跳转至②直至Cw所包含的内轮廓遍历，最终只得到一个轮廓线Cffo优选的，所述步骤A2具体为:E1、对轮廓线进行基于顶点线段混合偏置，并去除偏置轮廓的自相交；E2、在单连通区域连接轮廓线的第一次偏置时，对轮廓间连接线的偏置进行特殊处理以获得间距一致的轨迹行距；E3、对轮廓中的狭长尖角进行截断处理后再进行偏置，以减轻轮廓狭长尖角对加工质量的影响。优选的，所述步骤E2具体步骤为: F1、对轮廓连接点(步骤D2中的各对Vi (Cw)和Vj (Cm))做标记；F2、对轮廓连接线段Vi(Cw)Vj(Cm)和Vj(Cm)Vi(Cw)分别偏置0.5d(d为轮廓线偏置距离)，而轮廓线其它线段则偏置距离d。优选的，所述步骤E3具体步骤为:Gl、复制轮廓线C为C ;G2、遍历轮廓线每个顶点，计算顶点的相邻两线段夹角Θ，夹角小于设定值(该值小于90°)时，对该顶点(设为V1)相邻轮廓线段进行截断处理；G3、以顶点V1为起点，分别沿顶点两相邻轮廓线段方向，选取两个顶点Vh和Vi+k，要求Vi沿轮廓线到V1-k和Vi+k的距离相等，且要求V1-k和Vi+k之间距离大于L = 2d/cos (Θ/2)，其中d为轮廓线偏置距离；G4、将轮廓线在顶AV1处的尖角截断，即删除Vni和V1+k之间的顶点，轮廓线修改为Vo、Vl、."、V1-k、Vi+k、...；G5、在轮廓线C中对应顶点V1处的轮廓段，修改为“弓”形轮廓段，实现无空隙填充；G6、对轮廓线C进行偏置，获得没有尖角的偏置轨迹。优选的，所述步骤A3具体步骤为:Hl、偏置轮廓线的分类处理，主要是对偏置自交后产生多个子偏置环进行分类编号；H2、分别在每个单连通区域内，进行无全局自相交偏置轮廓线的连接，即对分类编号为I的偏置轮廓线组由外向内进行只进不出的连接，设外层轮廓线为O，直接相邻的内层偏置轮廓线为C;H3、分别在每个单连通区域内，对全局自交偏置轮廓线生成的子偏置轮廓线组进行有进有出连接，设外层轮廓线C，其直接相邻的子偏置轮廓为C’。优选的，所述步骤Hl具体步骤为:I1、令单连通区域的连接轮廓线的分类编号为n(n的初始值为I);12、进行轮廓线偏置，偏置时没有出现全局自相交，则新偏置轮廓线的分类编号为η;如果出现全局自相交，偏置后是产生多个子偏置轮廓线，则分别设置新生成的子偏置轮廓线的分类编号为η++;13、重复操作步骤12直至确定所有偏置轮廓线的分类编号。优选的，所述步骤Η2具体步骤为:Jl、遍历轮廓线Cw的顶点，找到最平坦的顶点V1，在该处生成一个距离为轮廓偏置值d的切口，其切口顶点设为V1、Vi+1;按照Vi+1，Vi+2，…，Vn，Vo，V1，…，Vi的顺序，重新存储轮廓线Cw的顶点动态数组；J2、分别从Vi当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维轮廓区域单轨迹填充生成方法，其特征在于，包括如下步骤：A1、二维区域轮廓线组的分组和连接处理；A2、单连通区域连接轮廓线的偏置处理；A3、将每个单连通区域内的偏置轮廓线连接生成各单连通区域的单条轨迹。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄常标，林忠威，林俊义，刘斌，江开勇，路平，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建;35