一种基于图论结构和视觉实时检测的增材路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图论结构和视觉实时检测的增材路径规划方法，包括：根据逐层分解的层厚参数，对金属结构件的三维STL模型进行逐层分解；根据轮廓点采集间隔，对三维STL模型进行轮廓点信息采集；提出一种融合了温度权重的轮廓点信息矩阵；计算轮廓点之间的信息差；获取轮廓点信息差值矩阵，计算绝对路径长度并选取最优路径；根据选取的最优路径控制激光发射器对金属材料进行增材；实时检测激光熔覆熔池的实际位置，与选择的最优路径对比形成闭环反馈，最终完成金属结构件的增材。本发明专利技术融合了金属结构件物理形状信息和增材温度信息，通过图论结构遍历所有可能的增材路径后选取最优增材路径，使金属增材效率更高、耗材更少。少。少。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图论结构和视觉实时检测的增材路径规划方法


[0001]本专利技术属于增材制造
，涉及复杂金属零件增材路径规划，具体涉及一种基于图论结构和视觉实时检测的增材路径规划方法。

技术介绍

[0002]随着我国制造业转型的不断深入，金属增材制造
的发展也逐渐迅速，为大型桥梁、高层楼宇、航天器材等重大工程项目提供了有力技术支撑。近几年的资金投入与实际应用，为我国的金属增材制造技术提供了丰富的技术积累，已能够独立自主完成高强度、高精度、复杂的金属结构件制造，但是，增材效率问题却依然低下，难以满足日益增长的工业需求。增材路径规划是金属增材过程中重要环节之一，对于金属结构件的顺利成型和增材效率至关重要。
[0003]目前，广泛使用的金属零件增材路径规划方法主要有往复直线填充路径、分区填充路径、分形线填充路径等方法，这些方法主要考虑金属增材的形状精度和通用性，强调将形状各异的金属结构件顺利成型并满足强度要求。但是，现有的这些方法忽视了增材过程中金属结构件不同部位所需温度的变化，导致了大量的冷却等待时间或加温等待时间，直接导致了金属结构件的增材效率问题。同时，忽视增材过程中的温度变化，不仅会增加金属材料耗材，更会使得金属材料积累过度，增加后期金属结构件减材的工作量，间接降低了金属结构件的成型效率。
[0004]因此，需要一种新的增材路径规划方法来弥补现有方法的缺陷，解决上述问题。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为了解决现有技术中存在的增材制造路径规划中的复杂问题，提供一种基于图论结构和视觉实时检测的增材路径规划方法，可实现复杂金属零件模型的高效增材，充分考虑金属结构件的形状与温度因素，具有在高精度、高强度的要求下提高增材效率的优点。
[0006]技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种基于图论结构和视觉实时检测的增材路径规划方法，包括如下步骤：
[0007]S1：将金属结构件的三维STL模型导入切片软件，根据用户输入的逐层分解的层厚参数对金属结构件进行逐层轮廓点信息的提取，并对轮廓点的信息进行记录；
[0008]S2：遍历每两个轮廓点，并记录每两个轮廓点之间的信息差，具体包括x坐标差，y坐标差和增材温度差；
[0009]S3：基于图论结构搜索所有路径，提出一种融合了温度权重的绝对路径计算方法，通过比较所有路径的绝对长度选取最优路径；
[0010]S4：按照选取的最优路径，进行金属材料激光打印，并通过单目视觉传感器，实时检测激光熔覆熔池的实际位置；
[0011]S5：对比选取的最优路径和单目视觉检测的激光熔覆熔池的实际位置，并进行闭
环反馈，使得打印路径严格符合选取的最优路径，最终完成增材。
[0012]进一步地，所述步骤S1包括如下步骤：
[0013]A1：对导入的金属结构件的三维STL模型进行逐层分解；
[0014]A2：对逐层分解后的金属结构件的三维STL模型进行轮廓点信息的提取，并对轮廓点信息进行记录。
[0015]进一步地，所述步骤A1具体为：
[0016]A1
‑
1：用户在切片软件中，输入逐层分解的层厚参数，记用户输入的逐层分解的层厚参数为s
h
；
[0017]A1
‑
2：根据s
h
，对金属结构件的三维STL模型进行逐层分解，将分解后得到的切面进行标号，具体如以下公式(1)所示；
[0018]Q＝{q
m
|m＝1，2，
…
，n}
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0019]式中，Q为代指金属结构件的三维STL模型逐层分解后的切面集合，q
m
为代指金属结构件的三维STL模型逐层分解后的第m个切面，n为代指金属结构件的三维STL模型逐层分解后的切面的个数。
[0020]进一步地，所述步骤A2具体为：
[0021]A2
‑
1：用户在切片软件中，输入轮廓点采集间隔，记用户输入的轮廓点采集间隔为s
d
；
[0022]A2
‑
2：根据s
d
，对q
m
进行轮廓点的信息采集，信息采集具体如以下公式(2)所示：
[0023][0024]其中，A
m
代指q
m
的轮廓点信息矩阵，r代指q
m
上轮廓点的个数，a
m.s
代指q
m
上的第s个轮廓点的单点信息，a
m.s
包含x
m，s
、y
m，s
和t
m，s
，分别表示切面q
m
上第s个轮廓点的x坐标、y坐标和增材温度。
[0025]进一步地，所述步骤S2具体为：
[0026]B1：沿垂直于塑性要求高的方向，即一般取Z轴方向作为成形方向，在复杂金属零件的Z轴方向上按对不同精度的要求进行非等距划分；
[0027]B2：根据步骤B1中的非等距划分对参考曲面进行非等距偏移，用以确定切片曲面。
[0028]进一步地，所述步骤B1具体为：
[0029]使用DFS算法对a
m.s
进行遍历，计算每两个轮廓点之间的信息差，信息差具体如以下公式(3)、(4)、(5)所示：
[0030]x
m，c，d
＝x
m，c
‑
x
m，d
ꢀꢀꢀ
(3)
[0031]y
m，c，d
＝y
m，c
‑
y
m，d
ꢀꢀꢀ
(4)
[0032]t
m，c，d
＝t
m，c
‑
t
m，d
ꢀꢀꢀ
(5)
[0033]其中，x
m，c，d
代指x
m，c
与x
m，d
的x坐标差，y
m，c，d
代指y
m，c
与y
m，d
的y坐标差，t
m，c，d
代指t
m，c
与t
m，d
的增材温度差，c与d均为正整数且满足1≤c＜d≤r；
[0034]所述步骤B2具体为：
[0035]记录A
m
中每两个轮廓点之间的信息差，具体如以下公式(6)所示：
[0036][0037]其中，B
m
代指q
m
的轮廓点信息差值矩阵，b
m.c，d
代指q
m
上的第c个轮廓点和第d个轮廓点的组合信息差值，b
m，c，d
包含x
m，c，d
、y
m，c，d
和t
m，c，d
。
[0038]进一步地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图论结构和视觉实时检测的增材路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将金属结构件的三维STL模型导入切片软件，根据用户输入的逐层分解的层厚参数对金属结构件进行逐层轮廓点信息的提取，并对轮廓点的信息进行记录；S2：遍历每两个轮廓点，并记录每两个轮廓点之间的信息差，具体包括x坐标差，y坐标差和增材温度差；S3：基于图论结构搜索所有路径，提出一种融合了温度权重的绝对路径计算方法，通过比较所有路径的绝对长度选取最优路径；S4：按照选取的最优路径，进行金属材料激光增材制造，并通过单目视觉传感器，实时检测激光熔覆熔池的实际位置；S5：对比选取的最优路径和单目视觉检测的激光熔覆熔池的实际位置，并进行闭环反馈，使得增材路径严格符合选取的最优路径，最终完成增材。2.根据权利要求1所述的一种基于图论结构和视觉实时检测的增材路径规划方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：A1：对导入的金属结构件的三维STL模型进行逐层分解；A2：对逐层分解后的金属结构件的三维STL模型进行轮廓点信息的提取，并对轮廓点信息进行记录。3.根据权利要求2所述的一种基于图论结构和视觉实时检测的增材路径规划方法，其特征在于，所述步骤A1具体为：A1
‑
1：用户在切片软件中，输入逐层分解的层厚参数，记用户输入的逐层分解的层厚参数为s
h
；A1
‑
2：根据s
h
，对金属结构件的三维STL模型进行逐层分解，将分解后得到的切面进行标号，具体如以下公式(1)所示；Q＝{q
m
|m＝1，2，...，n}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，Q为代指金属结构件的三维STL模型逐层分解后的切面集合，q
m
为代指金属结构件的三维STL模型逐层分解后的第m个切面，n为代指金属结构件的三维STL模型逐层分解后的切面的个数。4.根据权利要求2所述的一种基于图论结构和视觉实时检测的增材路径规划方法，其特征在于，所述步骤A2具体为：A2
‑
1：用户在切片软件中，输入轮廓点采集间隔，记用户输入的轮廓点采集间隔为s
d
；A2
‑
2：根据s
d
，对q
m
进行轮廓点的信息采集，信息采集具体如以下公式(2)所示：其中，A
m
代指q
m
的轮廓点信息矩阵，r代指q
m
上轮廓点的个数，a
m.s
代指q
m
上的第s个轮廓点的单点信息，a
m.s
包含x
m，s
、y
m，s
和t
m，s
，分别表示切面q
m
上第s个轮廓点的x坐标、y坐标和增材温度。
5.根据权利要求4所述的一种基于图论结构和视觉实时检测的增材路径规划方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：B1：使用DFS算法对a
m.s
进行遍历，计算每两个轮廓点之间的信息差，信息差具体如以下公式(3)、(4)、(5)所示：x
m，c，d
＝x
m，c
‑
x
m，d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)y
m，c，d
＝y
m，c
‑
y
m，d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)t
m，c，d
＝t
m，c
‑
t
m，d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中，x
m，c，d
代指x
m，c
与x
m，d
的x坐标差，y
m，c，d
代指y
m，c
与y
m，d
的y坐标差，t
m，c，d
代指t
m，c
与t
m，d
的增材温度差，c与d均为正整数且满足1≤c＜d≤r；B...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈瑾杰，谢非，杨继全，叶欣雨，凌旭，刘谦，唐俊秋，陈羽馨，施梦臣，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：