一种协同840D数控系统的EBM变方向成形动态切片方法技术方案

本发明专利技术公开了一种协同840D数控系统的EBM变方向成形动态切片方法，建立顶点数组对象VAO，在三维模型渲染时调整投影矩阵到切片高度，采用反向光线追踪算法，输出二维截面的二值图；采用二维轮廓提取方法从二值图中获得轮廓线的数据，输出首尾相接的闭合轮廓坐标，将所有相邻坐标连成直线，各直线首尾相接形成封闭曲线；当三角公差为1时，以夹角为140°的小直线起点作为分割点将轮廓数据分为直线部分和曲线部分，去除同一直线的邻近点、重复点和内部点，采用NURBS曲线对切片数据曲线部分进行分段拟合，然后通过840D数控系统进行动态切片。本发明专利技术减少了计算时间以及STL文件的转化误差，同时降低直线拐点的过堆积现象。

A dynamic slicing method of EBM variable direction forming with 840D CNC system

【技术实现步骤摘要】
一种协同840D数控系统的EBM变方向成形动态切片方法
本专利技术属于快速成形
，具体涉及一种协同840D数控系统的EBM变方向成形动态切片方法。
技术介绍
电子束增材制造(EBM)广泛用于航空航天领域的精密毛坯件快速制造。(1)传统的成形方法是在加工前将STL文件按指定高度进行切片，难以根据实际厚度调整切片高度，主要限制因素是单层切片时间过长，容易破坏成形步调；(2)STL文件直接切片产生过多的小直线，成形过程电机频繁启停，导致电子枪“抖动”。(3)当曲线曲率较大时，微直线逼近的成形方式会在拐点产生金属过堆积现象，如图2所示，导致成形无法继续。(4)传统3轴机床无法根据模型曲率变化调成成形姿态，对于大曲率过渡零件或悬垂零件需要添加额外的支撑设计，而EBM成形中能量输入极大且单道熔池宽度为5mm左右，导致支撑结构无法轻易去除，因此并不适合添加支撑；(5)由于成形层表面的凹凸轮廓多为曲线或曲面，即使采用精密的五轴机床要保证电子枪与当前成形层的距离恒定也需要3轴以上的联动配合。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种协同840D数控系统的EBM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种协同840D数控系统的EBM变方向成形动态切片方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、加载STL文件，建立顶点数组对象VAO，开启模板缓冲，在三维模型渲染时调整投影矩阵到切片高度，采用反向光线追踪算法，通过视点与体素的相交判断，依次遍历视野中的所有像素点，从设定高度处的像素点中读取图像数据，输出二维截面的二值图；S2、采用二维轮廓提取方法从步骤S1得到的二值图中获得轮廓线的数据，输出首尾相接的闭合轮廓坐标，将所有相邻坐标连成直线，各直线首尾相接形成封闭曲线；S3、当三角公差为1时，以夹角为140°的小直线起点作为分割点将轮廓数据分为直线部分和曲线部分，去除同一直线的邻近点、重复点和内部点...

【技术特征摘要】
1.一种协同840D数控系统的EBM变方向成形动态切片方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、加载STL文件，建立顶点数组对象VAO，开启模板缓冲，在三维模型渲染时调整投影矩阵到切片高度，采用反向光线追踪算法，通过视点与体素的相交判断，依次遍历视野中的所有像素点，从设定高度处的像素点中读取图像数据，输出二维截面的二值图；S2、采用二维轮廓提取方法从步骤S1得到的二值图中获得轮廓线的数据，输出首尾相接的闭合轮廓坐标，将所有相邻坐标连成直线，各直线首尾相接形成封闭曲线；S3、当三角公差为1时，以夹角为140°的小直线起点作为分割点将轮廓数据分为直线部分和曲线部分，去除同一直线的邻近点、重复点和内部点，采用NURBS曲线对切片数据曲线部分进行分段拟合，然后通过840D数控系统进行动态切片。2.根据权利要求1所述的协同840D数控系统的EBM变方向成形动态切片方法，其特征在于，步骤S1中，根据STL网格与空间中任意坐标点x间的位置关系，从摄像机位置发出的射线r(d)以及空间中任意三角网格的平面方程判断从视点发出指向像素点的射线与三维网格是否相交，依次遍历视野中的所有像素点，得到模型在指定高度处的二值图像。3.根据权利要求2所述的协同840D数控系统的EBM变方向成形动态切片方法，其特征在于，采用反向光线追踪算法，STL网格与空间中任意坐标点x间的位置关系表示为：从摄像机位置发出的射线r(d)为：r(d)＝c+dn其中，d＞0，d为光线距离，c为摄像机位置坐标；空间中任意三角网格的平面方程为：[r(d)-o)]·N＝0其中，o为三角网格坐标，N为该三角网格的法向量。4.根据权利要求1所述的协同840D数控系统的EBM变方向成形动态切片方法，其特征在于，步骤S1中，使用OpenGL的模板缓冲进行三维切片，根据光线追踪方法，对模型进行三次渲染：当遇到外部网格时f(x)值+1；当遇到内部网格时f(x)值-1；删除缓冲区中值为0的区域。5.根据权利要求1所述的协同840D数控系统的EBM变方向成形动态切片方法，其特征在于，步骤S2中，轮廓提取步骤如下：S201、将位置坐标和标记存入特定的数组中；S202、从网格中提取一个区块，成为当前激活区块并获得4个格点的坐标和凹凸信息；S203、设搜索后的相邻坐标为p1(x1，y1)和p2(x2，y2)，对以中点为交点的坐标序列进行插值修正得到插值点p(x，y)，完成轮廓提取。6.根据权利要求5所述的协同840D数控系统的EBM变方向成形动态切片方法，其特征在于，插值点p(x，y)为：。7.根据权利要求1所述的协同840D数控系统的EBM变方向成形动态切片方法，其特征在于，步骤S3中，SINUMERIK840DSL的BSPLIN...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏正英，来旭辉，李俊峰，吴云肖，周博康，杨理想，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61