[发明专利]一种3D打印单点激光扫描路径规划方法

说明书

本发明公开了一种3D打印单点激光扫描路径规划方法，该方法采用最小二乘共形映射，在二维平面上拉伸三维曲面，将二维空间中计算出的等距路径转化为三维空间中的等距路径。通过(1)扫描初始位置与方向定义，(2)建立三维空间与二维参数空间之间的映射，(3)生成扫描路径的驱动点，(4)确定导向矢量，(5)确定激光束轴导向矢量，五个步骤，完成扫描路径规划与控制，获得复杂结构零部件的三维模型。与现有技术相比，通过对激光束方向和覆盖率的控制，降低了相邻扫描路径间重叠区域的噪声，减少了扫描时间，提高了扫描效率与精度。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，尤其是涉及一种3D打印激光扫描路径规划方法。

背景技术

近年来，3D打印技术在各类复杂结构零部件快速成型中的应用日趋广泛。为实现复杂结构零部件的3D打印，首先需要对其进行三维建模。传统建模采用计算机模拟绘制，时间长、效率低，且精度与建模人员的熟练程度和准确度有较大关联。目前，3D打印中针对复杂结构零部件的三维建模，多采用立体扫描技术，其三维扫描方案主要包括拍照式和激光式。其中，拍照式由于自身的光学成像原理导致其精度不高。激光式则分为多头激光式与单点激光式，前者的精度高，但制造和维护成本较高；而后者以其低廉的制造成本和较高的稳定性，在实际工作中的应用较多。然而，在单点激光扫描过程中，相邻两条扫描路径之间会不可避免的出现重叠区域，因此，对激光束的方向和覆盖率进行控制，对于降低相邻扫描路径间重叠区域的噪声，减少扫描时间，提高扫描效率与精度，具有重要意义。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于，提供一种3D打印单点激光扫描路径规划方法，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种3D打印单点激光扫描路径规划方法，具体步骤如下：

步骤一，扫描初始位置与方向定义。

参见附图1，单点激光扫描仪中，传感器轨迹定义为一组有序的扫描仪配置，即一组位置和方向矢量的集合

其中，扫描仪的位置由点C_E定义，该点将扫描激光束定位在视场中：

扫描仪方向由矢量的耦合给出，为激光束轴的导向矢量，为数字化路径的导向矢量。

由此，单点激光扫描路径规划问题，即是寻找C_E的轨迹，以及由耦合定义的传感器方向，从而实现复杂结构零部件的立体扫描，完成其三维建模。

步骤二，建立三维空间与二维参数空间之间的映射。

参见附图2，本方法中采用共形映射，并将其定义为局部保持角度的双射。将三维三角曲面向二维空间(u，v)的转换可以看作是一个复函数ψ(s)＝u(x，y)+iv(x，y)。其中s＝x+iy，x、y是局部基xy中的坐标，且满足共形的Cauchy-Riemann条件：

一个属于集合S_T的面T_j：{(x¹_j，y¹_j)，(x²_j，y²_j)，(x³_j，y³_j)}提供了一个正交基xy，在此基础上，将三角形的一个点(x，y)映射到参数空间中的一个点(u，v)的函数为：

其中，(λ₁，λ₁，λ₁)表示点(x，y)的重心坐标：