基于增材制造后处理的谢尔宾斯基曲线路径规划方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于增材制造加工后，进行减材精加工的基于谢尔宾斯基曲线的路径规划方法，包括：根据模型的几何特征进行映射区域分类；映射平面内求取谢尔宾斯基路径；将谢尔宾斯基路径映射到曲面上，获得精加工路径。本发明专利技术方法对复杂增材制造模型采用先进的减材制造路径，提高加工的无序性、消除中频、高频误差并消除抛光纹理；提高了加工效率和质量；采用根据曲面的几何特征进行映射区域类型的判断，选用合适的映射区域，保证不存在未加工到的残留区域以及重复区域；并根据去除精度设定阶数，保证质量的前提下要求加工路径短、效率高；该路径规划方式有效防止单一方向运行，消除中频、高频误差，实现高效的精密加工。实现高效的精密加工。实现高效的精密加工。

【技术实现步骤摘要】
基于增材制造后处理的谢尔宾斯基曲线路径规划方法


[0001]本专利技术涉及计算机图形学、增/减材制造加工及轨迹规划等技术，具体为一种适用于在增材制造后的曲面上进行精密加工，采用平面区域规划谢尔宾斯基路径后得到曲面映射轨迹的方法。

技术介绍

[0002]增材制造技术可以打印复杂构件，逐层累积加工的制造方法可以制造出具有优异的力学性能的部件，与减材制造相比，其具有节省加工材料、避免加工应力集中等优点。由于增材加工制造的部件具有高刚度和易于制造等优势，使其在太空光学器件、汽车、航空航天等领域具有广泛的应用前景。尤其是在国家军事防御领域，如高速制导武器的某些高强度的一些关键部件，而其加工质量将直接影响整体设备的使用质量。此外，对于这些军用部件，最终的表面质量甚至将决定其物理性能及准确性；即便是对于民用产品，美观光滑的表面质量同样重要。
[0003]而增材制造的工件，尤其是通过激光送粉加工的工件，往往表面质量非常差，需要进行精密加工。对增材部件进行精密加工后处理，往往采用机器人或机床，采用传统减材制造路径进行精密铣削、打磨或抛磨，其加工效率及质量一直是亟待解决的难题，本专利技术针对传统减材制造路径应用于抛光过程中产生的路径单一方向、产生中频、高频误差的瓶颈问题，通过计算机图形学技术，采用在平面域规划谢尔宾斯基路径再映射到曲面获得减材精密加工路径的解决方法，将曲面映射、路径规划等工艺技术的创新整合，开发出增材制造后处理的高效减材路径生成方法。
[0004]现阶段要通过传统减材路径规划的方式的缺点是很明显的：首先易存在未加工到的残留区域以及重复区域，多边形的形状多种多样，传统路径对边界的覆盖大多不理想，路径稀疏不均匀，易造成部分区域过加工而部分区域欠加工；采用传统的等距轮廓偏置路径(CPO)或往复行切路径(Zig-Zag)效率不高、费时费力，而且后者的往复运行更容易造成锯齿状边界，导致加工精度不高；传统路径大多沿单一方向运行，会导致大量的中频、高频误差，依照这种方式进行加工将导致大量的加工纹理。
[0005]要实现增材制造后处理的精密加工需要对现有的路径规划方式进行改进和创新，能够根据几何特征自适应选择映射方案并生成方向不断变化的路径是增材制造后处理高效、高精度加工的核心所在。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的上述不足之处，本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于谢尔宾斯基路径映射的增材制造后处理的精密减材轨迹规划方法。
[0007]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：基于增材制造后处理的谢尔宾斯基曲线路径规划方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：根据曲面的几何特征采用固定边界表面参数化法，确定曲面对应的平面映
射区域形状；
[0009]步骤2：在该平面映射区域内，按照该映射区域及曲面尺寸确定对应的谢尔宾斯基路径的参数；
[0010]步骤3：确定该平面映射区域内谢尔宾斯基路径的三角形面片；
[0011]步骤4：将平面映射区域内的三角形面片加工路径映射到曲面上，获得检测加工轨迹。
[0012]所述根据曲面的几何特征采用固定边界表面参数化法为通过计算投影区域的圆形度，将映射域分为单位圆域与方域。
[0013]所述圆形度定义为面积与周长的比例关系并进行单位化，圆形度数值越接近1则越接近圆。
[0014]所述圆形度的数值为4倍面积除以周长的平方。
[0015]所述的根据该映射区域及曲面尺寸确定对应的谢尔宾斯基路径的参数包括：
[0016]行距，其与谢尔宾斯基路径的阶数成正比，调整阶数的大小获得合适行距；
[0017]步长，以弦高差法在谢尔宾斯基曲面路径上，在每两点之间进行插补。
[0018]所述的确定区域内谢尔宾斯基路径的三角形面片为：
[0019]将单位圆域或者方域分割为若干三角形面片，以谢尔宾斯基路径进行填充，覆盖整个单位圆域或者方域。
[0020]所述将平面映射区域内的三角形面片加工路径映射到曲面上包括：
[0021]平面映射区域内，在谢尔宾斯基路径的加工阶数递减的情况下，依次计算平面映射区域内按照谢尔宾斯基路径被分割的各三角形面片的重心坐标，并按顺序存储；
[0022]曲面内，以重心坐标的先后顺序作为曲面上路径加工顺序，以谢尔宾斯基路径作为填充各个曲面面片的加工轨迹。
[0023]所述三角形面片上的重心点q的坐标(x
q
，y
q
)计算公式为：
[0024]x
q
＝{I x
p1
+J x
p2
+K x
p3
|I+J+K＝1,I,J,K≥0}，
[0025]y
q
＝{I y
p1
+J y
p2
+K y
p3
|I+J+K＝1,I,J,K≥0}；
[0026]其中，三角形面片的三个顶点的坐标分别为p1(x
p1
，y
p1
)、p2(x
p2
，y
p2
)、p3(x
p3
，y
p3
)，I、J、K为加权系数。
[0027]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0028]1.本专利技术方法采用一种基于谢尔宾斯基路径映射的增材制造后处理的精密减材轨迹规划方法，可以保证加工路径无交叉且方向不断变化，提高了加工效率和质量。
[0029]2.本专利技术采用了对曲面投影面圆度判断的方法，可实现映射单位圆域与单位方域的选择，可大大提高边界精度。
[0030]3.本专利技术中通过重心坐标系将投影域和曲面统一的方法，并调整投影域面片顺序保证两者面片顶点的顺/逆时针保证一致，可大大简化路径规划难度。
附图说明
[0031]图1为本专利技术方法步骤流程图。
[0032]图2为网格曲面的矩形域、圆型域图例。
[0033]图3为一个模型的映射平面矩形域、圆型域。
[0034]图4为另一模型的映射平面矩形域、圆型域。
[0035]图5平面网格面片上的重心坐标示意图。
[0036]图6三角形细分示意图。
[0037]图7平面的矩形域、圆型域分割及谢尔宾斯基轨迹生成。
[0038]图8矩形域、圆型域的面域被分割及谢尔宾斯基轨迹生成。
具体实施方式
[0039]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。
[0040]实施例：本专利技术基于谢尔宾斯基曲线的增材后处理的路径规划方法，首先采用固定边界表面参数化法，确定映射区域形状，在映射区域内规划谢尔宾斯基路径，然后在重心坐标系下确定参数区域与区域面片顺序(顺逆)的对应，将平面轨迹映射到曲面上生成减材路径。
[0041]具体的基于谢尔宾斯基曲线的增材后处理的路径规划方法步骤，如下：
[0042]针对曲面进行参数化，找到从合适的参数域到曲面的一对一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于增材制造后处理的谢尔宾斯基曲线路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据曲面的几何特征采用固定边界表面参数化法，确定曲面对应的平面映射区域形状；步骤2：在该平面映射区域内，按照该映射区域及曲面尺寸确定对应的谢尔宾斯基路径的参数；步骤3：确定该平面映射区域内谢尔宾斯基路径的三角形面片；步骤4：将平面映射区域内的三角形面片加工路径映射到曲面上，获得检测加工轨迹。2.根据权利要求1所述的基于增材制造后处理的谢尔宾斯基曲线路径规划方法，其特征在于，所述根据曲面的几何特征采用固定边界表面参数化法为通过计算投影区域的圆形度，将映射域分为单位圆域与方域。3.根据权利要求2所述的基于增材制造后处理的谢尔宾斯基曲线路径规划方法，其特征在于，所述圆形度定义为面积与周长的比例关系并进行单位化，圆形度数值越接近1则越接近圆。4.根据权利要求3所述的基于增材制造后处理的谢尔宾斯基曲线路径规划方法，其特征在于，所述圆形度的数值为4倍面积除以周长的平方。5.根据权利要求1所述的基于增材制造后处理的谢尔宾斯基曲线路径规划方法，其特征在于，所述的根据该映射区域及曲面尺寸确定对应的谢尔宾斯基路径的参数包括：行距，其与谢尔宾斯基路径的阶数成正比，调整阶数的大小获得合适行距；步长，以弦高差法在谢尔宾斯基曲面路径上，在每两点之间进行插补。6.根据权利要求1所述的基于增材制造后处理的谢尔宾斯基曲线路径规划方法，其特征在于，所述的确定区域内谢尔宾斯基路径的三角形面片为：将单位圆域或者方域分割为若干三角形面片，以谢尔宾...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵吉宾，周波，李论，田同同，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：