[发明专利]一种増减材制造中基于体素曲面距离场的轨迹规划方法

说明书

本发明属于増材制造相关技术领域，并公开了一种増减材制造中基于体素曲面距离场的轨迹规划方法。该方法包括：S1对于待加工对象的底座上表面体素化，与底座上表面相交的体素形成体素曲面；S2根据待成形对象预设初始加工曲线，初始加工曲线与体素曲面相交形成初始体素曲线；S3计算体素曲面上所有体素与初始体素曲线的距离值，距离值相同且相邻的体素形成等值体素曲线；S4计算等值体素曲线上所有体素对应的当前距离值；S5选取目标体素，利用该目标体素形成等值线，该等值线即为该加工对象表面的增材或减材加工轨迹。通过本发明，实现加工轨迹的基于等值线距离场规划，规划路径准确，加工精度高。

技术领域

本发明属于増材制造或减材制造相关技术领域，更具体地，涉及一种増减材制造中基于体素曲面距离场的轨迹规划方法。

背景技术

等值线是计算机图形学的研究热点，其在工程分析、制造、计算领域的应用很广，如航空测量的等高线地形图、温度场中的等温线图、有限元分析过程中等效应力应变场的等值线图、增减材制造加工轨迹等。

目前，由于开发等值线软件的专业性强、难度大、周期长，目前国外的正版等值线软件价格昂贵，国内尚无专门的等值线软件；随着国内工业迅猛的发展，对等值线技术的应用日益广泛，如曲面加工领域、增材制造领域的应用，另外，等值线的应用日趋多样化、个性化；为解决上述问题，本发明提出了一种増减材制造中基于体素曲面距离场的轨迹规划方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种増减材制造中基于体素曲面距离场的轨迹规划方法，该方法通过多次利用距离场计算，以此获得单个切片层中的加工轨迹，从而获得最终的加工轨迹，实现加工轨迹的基于等值线距离场规划，规划路径准确，加工精度高。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种増减材制造中基于体素曲面距离场的轨迹规划方法，该方法包括下列步骤：

S1对于待加工对象所处的底座，将该底座上表面的曲面网格化，然后采用包围框将所述网格化曲面进行包络，将所述包围框分割为多个大小相同的立方体，每个立方体为一个体素，即获得多个体素，选取体素上的一个顶点代表该体素，即标记顶点，将获得的多个体素中与所述底座上表面相交，相交的体素形成体素曲面；

S2根据待加工对象的形态预设初始加工曲线，该初始加工曲线与所述步骤S1中获得的体素曲面相交，相交的体素形成初始体素曲线；

S3以所述初始体素曲线作为初始位置，计算体素曲面上的所有体素与所述初始体素曲线的距离值，将距离值相同的体素形成一个集合，对于一个集合中的体素，将相邻的体素相连，以此形成一条或多条距离值相同的体素曲线，即等值体素曲线；

S4对于每条等值体素曲线，在该等值曲线上选取一个体素作为初始体素，以该初始体素作为分界，将所述等值体素曲线分为两个部分，分别计算两个部分中每个体素与所述初始体素之间的距离，将其中一个部分体素与所述初始体素之间的距离值替换为该距离值的相反数，该相反数作为该体素当前距离值，以此获得所述等值体素曲线上所有体素对应的当前距离值；

S5步骤S4中每个当前距离值对应的体素中，选取与该当前距离值对应的一个体素作为目标体素，计算该目标体素上每个顶点到所述初始体素曲线的距离，在最大距离值和最小距离值对应的顶点之间进行插值，获得一个插值点，该插值点为所需的等值点，将所有目标体素的等值点连接形成等值线，该等值线即为増材制造或减材制造中一个切片层上的加工轨迹，将加工轨迹进行多次偏移，即获得所有切片层的加工轨迹，以此实现増减材制造中待加工对象的曲面轨迹规划。

进一步优选地，在S1中，所述包围框的建立是按照下列方式进行：建立空间坐标系，以该空间坐标系的三个坐标轴方向建立最小长方体，该最小长方体为所需的包围框。

进一步优选地，在步骤S3中，所述计算体素曲面上的所有体素与所述初始体素曲线的距离值采用广度优先遍历和最短路径算法进行计算。