[发明专利]基于增材再制造点云模型的梯度曲面分层方法

说明书

本发明涉及一种基于增材再制造点云模型的梯度曲面分层方法，包括如下步骤：①成形距离计算；计算对应网格的质心点的欧式距离d：距离d反映了缺损点云在该点处的缺损程度，也就是需要进行增材再制造的成形距离；②梯度距离确定；③分层数据的生成；梯度分层时，真实存在的分层曲面族不需要被确切的描述出来，而只是以各曲面上的分层数据来插值表示就足够了；分层数据包括两部分：轮廓数据和轮廓内部数据；对于第i层的分层数据，其轮廓数据直接记录为分层区间号num=i的数据点；轮廓内部数据P’(x’,y’,z’)则可由低于切层曲面(numi)的点云采用梯度距离增长得到。

技术领域

本发明涉及增材再制造工程技术领域，特别涉及一种基于增材再制造点云模型的分层方法。

背景技术

目前增材再制造技术是一系列用于恢复损伤零(构)件的缺损尺寸和服役性能的先进技术的统称，其对损伤零(构)件尺寸恢复和性能提升的过程是以数字模型驱动为特征的离散―堆积过程。其中，离散过程是以零件缺损部分的三维模型为对象的切片分层过程。零件模型无论是在造型软件中生成还是由反求工程构建，都必须经过分层处理才能输入到增材再制造设备中，因此分层方法是增材再制造过程中的一个关键环节。分层方法不仅影响增材再制造的精度，对其效率也有重要的影响，因此分层方法一直是增材再制造研究的重点和难点问题。

国内外学者提出了基于STL(Stereo Litbography)模型的分层算法，主要有等层厚分层算法、适应性分层算法、斜边分层算法以及曲面分层算法。等层厚分层算法实现简单、程序执行速度快，但台阶效应明显；适应性分层算法采用适应性变化层厚的方法进行分层，有效地减小了台阶效应，但并不能完全消除台阶效应；采用斜边分层或曲面分层等先进分层算法能够完全消除台阶效应，但在系统实现上较为困难。同时，因上述分层算法均是基于STL模型开发的，须经历数据处理中最复杂耗时的曲面重构过程，由此导致了运算过程的复杂化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于增材再制造点云模型的精确、高效、台阶效应小的梯度曲面分层方法。

实现本发明目的的技术方案是提供一种基于增材再制造点云模型的梯度曲面分层方法，包括如下步骤：

①成形距离计算；

首先认定增材再制造模型是完整的，由缺损点云和标准点云组成；将增材再制造模型进行空间网格划分，对于任意点P(x,y,z)，计算出它的网格号(m,n,q)：

其中，box_size指网格宽度，x_min，y_min，z_min分别为空间点云在x,y,z方向距离基准点的最小值；

计算网格(m,n,q)的质心点P_p(xx,yy,zz)，假设网格中点的个数为sum，则：

建立缺损点云所处的网格(m,n,q)与标准点云所处的网格(m’,n’,q’)的对应关系，对应原则是网格号满足：m＝m’且n＝n’；并计算对应网格的质心点的欧式距离：

距离d反映了缺损点云在该点处的缺损程度，也就是需要进行增材再制造的成形距离；选择d_max作为曲面分层的高度范围值；

②梯度距离确定；

2.1)首先确定分层数目n；考虑兼顾到增材再制造的快速性的要求，n值由下式进行估算：

n＝int(d_max/h_max)+1；其中h_max为曲面分层梯度距离的最大值；

2.2)然后，按照如下算法确定出点云的分层区间号num和梯度距离h_λ：