[发明专利]基于增材再制造点云模型的等距曲面分层方法

说明书

本发明涉及一种基于增材再制造点云模型的等距曲面分层方法，包括如下步骤：①拟合圆柱面：选取轴类零件未损坏区域的点云进行圆柱面拟合，作为标准的模型即标准圆柱面；②提取增材再制造点云模型：选中缺损零件点云，计算各个点到标准圆柱面的距离作为每个点的缺损量e，并遵循原则提取出缺损严重的数据点云以及其e，作为增材再制造点云模型；求解缺损点云任意一点P(x,y,z)到标准圆柱面的距离即缺损量e，转换为点P到轴心所在直线L的距离与柱体半径之差；③建立标准圆柱面的等距曲面族；④构建轮廓数据P’(x’,y’,z’)，遍历增材再制造点云中的所有点，求取出其所对应的轮廓数据完成分层，获得的轴类零件等距曲面分层模型图。

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、台阶效应小的等距曲面分层方法。

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等距曲面分层方法，包括如下步骤：

①拟合圆柱面：选取轴类零件未损坏区域的点云进行圆柱面拟合，作为标准的模型即标准圆柱面；拟合计算结果可得轴线上一点、轴线的单位方向矢量以及柱面半径；

②提取增材再制造点云模型：

选中缺损零件点云，计算各个点到标准圆柱面的距离作为每个点的缺损量e，并遵循原则提取出缺损严重的数据点云以及其e，作为增材再制造点云模型；

求解缺损点云任意一点P(x,y,z)到标准圆柱面的距离即缺损量e，转换为点P到轴心所在直线L的距离与柱体半径之差；即：

，其中r表示柱体半径，d(P,L)表示点P到轴心所在直线L上对应点P₀的距离；

缺损量e的大小反映了零件在该点处的缺损程度，选择emax作为分层的高度范围值；

③建立标准圆柱面的等距曲面族；

建立标准圆柱面的等距曲面族，轴线经过点、轴线方向矢量以及圆柱面半径，其中h表示分层距离；分层距离h和分层数目n根据实际需要来确定， h取区间[h_min h_max]中的优化值；h和n的关系应满足：

因此，在成形方向上的一系列柱面半径值就被确定了出来：

；

④构建轮廓数据P’(x’,y’,z’)；