一种基于最小化工序分解次数的增减材制造刀具干涉检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于最小化工序分解次数的增减材制造刀具干涉检测方法，按照刀具的干涉类型、打印头与铣刀的不同特性、刀具自干涉的不同，将刀具干涉检测分为四个步骤按照“模型检验—碰撞干涉—铣刀自干涉—打印头自干涉”顺序检测，最后得到“操作标志、非碰撞干涉分解、更新后的当前模型、干涉信息”等数据信息用于指导工序分解。本发明专利技术提出了检测顺序为“模型检验—碰撞干涉—铣刀自干涉—打印头自干涉”的、检测内容有十三项的、检测目的为最小化工序分解次数的增减材制造刀具干涉检测方法，该方法是由最小化工序分解次数所驱动的，该方法增加了刀具干涉检测的次数，但是可以指导工序分解使工序分解次数最小化，进而促进工序规划。序规划。序规划。

【技术实现步骤摘要】
一种基于最小化工序分解次数的增减材制造刀具干涉检测方法


[0001]本专利技术属于增减材制造工艺设计
，具体涉及一种基于最小化工序分解次数的增减材制造刀具干涉检测方法。

技术介绍

[0002]增减材制造技术(Additive/Subtractive Hybrid Manufacturing)是基于AM增材制造技术和CNC减材制造技术提出的一种先进复合制造技术。该技术融合了增材制造分层成形的特点与减材制造铣削质量的特点，在航空、航天、兵器装备等领域有着广阔的前景。技术中心趋于自动化、一体化，所以增减材制造工艺设计显得尤为重要。
[0003]在增减材制造工艺设计过程中，工序规划直接决定了增减材制造过程的高效性与可行性。在增减材制造工序规划中，要考虑效率，工序分解的次数需要尽可能得少，进而降低换刀次数，可行地提高加工效率。与此同时，更要考虑加工可行性，加工可行性的判别，即刀具干涉检测要体现在工序规划全过程中。
[0004]目前，关于增减材制造刀具干涉检测的方法比较少，有将刀具建模成光束的检测方法，也有将模型外包络表示刀具建模的检测方法，但很大一部分是针对静态几何样貌的干涉检测。上述方法基本没有考虑到增减才制造加工中心的机械臂等其他干涉设备，且基本与工序规划的效率建立起联系。所以，针对增减材制造中动态复杂的几何形貌，研究动态考量的刀具干涉检测方法是当下研究构件增减材制造工艺设计的关键问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于最小化工序分解次数的增减材制造刀具干涉检测方法。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0007]一种基于最小化工序分解次数的增减材制造刀具干涉检测方法，包括：
[0008]1)由最小化工序分解次数驱动、逆生长方向对不同模型间的迭代增材工位T
i
对应成形区域Q
i
进行刀具干涉检测，检测开始，输入当前增材工位T
i
及其成形区域Q
i
、当前模型其余成形区域P
i
、其他模型C
i
等数据；
[0009]2)判断当前增材工位T
i
是否满足T
i
＝T
n
，如是，则转到步骤3)进行分解，否则，转到步骤4)进一步判断；
[0010]3)保存增材工位T
i
对应成形区域Q
i
，记录为非碰撞干涉分解，去除当前模型，标志结束当前模型迭代工位检测且变换模型，转到步骤9)输出结果；
[0011]4)判断当前增材工位T
i
是否发生刀具碰撞干涉，如是，则转到步骤5)更新信息，否则，转到步骤6)进一步判断；
[0012]5)结合当前模型与同刀具发生碰撞干涉的模型，记录干涉信息，标志结束当前模型迭代工位检测且变换模型，转到步骤9)输出结果；
[0013]6)判断当前增材工位T
i
是否发生铣刀自干涉，如是，则转到步骤8)进行分解，否则，转到步骤7)进一步判断；
[0014]7)判断当前增材工位T
i
是否发生打印头自干涉，如是，则转到步骤8)进行分解，否则，标志继续当前模型迭代工位检测，转到步骤9)输出结果；
[0015]8)保存增材工位T
i
‑1对应成形区域Q
i
‑1，记录为非碰撞干涉分解，更新当前模型，标志继续当前模型迭代工位检测，转到步骤9)输出结果；
[0016]9)保存操作标志、非碰撞干涉分解、更新的当前模型、干涉信息，以便下一个工位的刀具干涉检测以及工序分解工作。
[0017]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0018]上述的1)中，所述由最小化工序分解次数驱动、逆生长方向对不同模型间的迭代增材工位T
i
对应成形区域Q
i
进行刀具干涉检测，以同平台多模型增减材制造工序规划为前提、最小工序分解次数为目标，其中模型为单生长方向的简单模型；
[0019]所述监测用于多生长方向的复杂模型的增减材制造工序规划中，将复杂模型粗分解为多构件时，当前模型为当前构件，其他模型为当前模型其他构件，部分模型为模型构件的部分；
[0020]工序分解是刀具干涉检测过程中发生干涉时将部分模型去除保存为在固定打印方向可以连续打印的成形区域的操作；
[0021]打印方向是对模型逆生长方向骨架点求取的增材制造最优工位方向；
[0022]打印底面F
i
是过骨架点P
i
垂直于的平面；
[0023]增材工位T
i
是增材制造过程中某一时刻的打印底面F
i
与打印方向的组合；
[0024]成形区域Q
i
是当前模型中从增材工位T
i
对应的打印底面F
i
开始沿着打印方向连续打印成形的部分模型；
[0025]当前模型其余成形区域P
i
是增材工位T
i
的打印底面F
i
之下的部分模型；
[0026]其他模型是增减材制造过程中的同平台其他模型，且模型数据为STL文件，基本单元为三角面片。
[0027]上述的2)中，T
i
＝T
n
为：
[0028]迭代的增材工位T
i
正好是当前模型逆生长方向最后一个增材工位T
n
。
[0029]当满足T
i
＝T
n
时，需要保存当前模型的最后一个成型区域为一个工序表征，即需要转到步骤3)进行工序分解，否则转到步骤4)进一步判断。
[0030]上述的步骤3)包括：
[0031]3.1)保存增材工位T
i
对应成形区域Q
i
：
[0032]将成形区域保存为可以导出一个完整闭合模型的数据；
[0033]3.2)将保存的成形区域记录为非碰撞干涉分解；
[0034]3.3)去除当前模型，不再进行当前模型的迭代工位刀具干涉检测；
[0035]3.4)标志结束当前模型迭代工位检测且变换模型，以指示下一步进行其他模型C
i
的迭代工位刀具干涉检测；
[0036]3.5)最后转到步骤9)输出结果。
[0037]上述的4)中，判断当前增材工位T
i
是否发生刀具碰撞干涉，具体分为如下情况：
[0038]A.打印头及机械臂与其他模型C
i
是否发生碰撞干涉：
[0039]①
将面F
i
朝着方向偏移机械臂宽容高度h
A
得面F
i
′
，判断面F
i
′
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于最小化工序分解次数的增减材制造刀具干涉检测方法，其特征在于，包括：1)由最小化工序分解次数驱动、逆生长方向对不同模型间的迭代增材工位T
i
对应成形区域Q
i
进行刀具干涉检测，检测开始，输入当前增材工位T
i
及其成形区域Q
i
、当前模型其余成形区域P
i
、其他模型C
i
等数据；2)判断当前增材工位T
i
是否满足T
i
＝T
n
，如是，则转到步骤3)进行分解，否则，转到步骤4)进一步判断；3)保存增材工位T
i
对应成形区域Q
i
，记录为非碰撞干涉分解，去除当前模型，标志结束当前模型迭代工位检测且变换模型，转到步骤9)输出结果；4)判断当前增材工位T
i
是否发生刀具碰撞干涉，如是，则转到步骤5)更新信息，否则，转到步骤6)进一步判断；5)结合当前模型与同刀具发生碰撞干涉的模型，记录干涉信息，标志结束当前模型迭代工位检测且变换模型，转到步骤9)输出结果；6)判断当前增材工位T
i
是否发生铣刀自干涉，如是，则转到步骤8)进行分解，否则，转到步骤7)进一步判断；7)判断当前增材工位T
i
是否发生打印头自干涉，如是，则转到步骤8)进行分解，否则，标志继续当前模型迭代工位检测，转到步骤9)输出结果；8)保存增材工位T
i
‑1对应成形区域Q
i
‑1，记录为非碰撞干涉分解，更新当前模型，标志继续当前模型迭代工位检测，转到步骤9)输出结果；9)保存操作标志、非碰撞干涉分解、更新的当前模型、干涉信息，以便下一个工位的刀具干涉检测以及工序分解工作。2.根据权利要求1所述的一种基于最小化工序分解次数的增减材制造刀具干涉检测方法，其特征在于，所述1)中，所述由最小化工序分解次数驱动、逆生长方向对不同模型间的迭代增材工位T
i
对应成形区域Q
i
进行刀具干涉检测，以同平台多模型增减材制造工序规划为前提、最小工序分解次数为目标，其中模型为单生长方向的简单模型；所述监测用于多生长方向的复杂模型的增减材制造工序规划中，将复杂模型粗分解为多构件时，当前模型为当前构件，其他模型为当前模型其他构件，部分模型为模型构件的部分；工序分解是刀具干涉检测过程中发生干涉时将部分模型去除保存为在固定打印方向可以连续打印的成形区域的操作；打印方向是对模型逆生长方向骨架点求取的增材制造最优工位方向；打印底面F
i
是过骨架点P
i
垂直于的平面；增材工位T
i
是增材制造过程中某一时刻的打印底面F
i
与打印方向的组合；成形区域Q
i
是当前模型中从增材工位T
i
对应的打印底面F
i
开始沿着打印方向连续打印成形的部分模型；当前模型其余成形区域P
i
是增材工位T
i
的打印底面F
i
之下的部分模型；其他模型是增减材制造过程中的同平台其他模型，且模型数据为STL文件，基本单元为三角面片。
3.根据权利要求1所述的一种基于最小化工序分解次数的增减材制造刀具干涉检测方法，其特征在于，所述2)中，T
i
＝T
n
为：迭代的增材工位T
i
正好是当前模型逆生长方向最后一个增材工位T
n
；当满足T
i
＝T
n
时，需要保存当前模型的最后一个成型区域为一个工序表征，即需要转到步骤3)进行工序分解，否则转到步骤4)进一步判断。4.根据权利要求1所述的一种基于最小化工序分解次数的增减材制造刀具干涉检测方法，其特征在于，所述步骤3)包括：3.1)保存增材工位T
i
对应成形区域Q
i
：将成形区域保存为可以导出一个完整闭合模型的数据；3.2)将保存的成形区域记录为非碰撞干涉分解；3.3)去除当前模型，不再进行当前模型的迭代工位刀具干涉检测；3.4)标志结束当前模型迭代工位检测且变换模型，以指示下一步进行其他模型C
i
的迭代工位刀具干涉检测；3.5)最后转到步骤9)输出结果。5.根据权利要求1所述的一种基于最小化工序分解次数的增减材制造刀具干涉检测方法，其特征在于，所述4)中，判断当前增材工位T
i
是否发生刀具碰撞干涉，具体分为如下情况：A.打印头及机械臂与其他模型C
i
是否发生碰撞干涉：
①
将面F
i
朝着方向偏移机械臂宽容高度h
A
得面F
i
′
，判断面F
i
′
与其他模型C
i
是否相交；
②
增材工位T
i
的打印底面F
i
与当前模型求交得多边形外轮廓R
i
，将其按弦长精度离散，遍历R
i
离散点，判断其他模型C
i
是否与某一打印头尾部体积V
A
相交；如果
①②
判断都为否，则增材工位T
i
没有发生打印头碰撞干涉，即当前增材工位T
i
发生了刀具碰撞干涉，否则发生了打印头碰撞干涉，即当前增材工位T
i
未发生刀具碰撞干涉；B.平/侧铣刀及机械臂与其他模型C
i
是否发生碰撞干涉：将增材工位T
i
对应成形区域Q
i
的模型原表面根据三角面片顶点的高斯曲率分为若干表面区域，针对每个表面区域分别进行平铣判断与侧铣判断，判断出是否发生了平铣碰撞干涉与侧铣碰撞干涉；当所有表面区域都没有同时发生平铣碰撞干涉与侧铣碰撞干涉...

【专利技术属性】
技术研发人员：张长东，王文海，李大伟，刘婷婷，廖文和，邢飞，唱丽丽，锁红波，史建军，
申请(专利权)人：南京中科煜宸激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：