[發明專利]一種非連續柵格劃分三維點云面的路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201810196134.3
• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN108422670B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 連芩;李曉;李滌塵;何曉寧;顧恒
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C64/386
• 分類號: B29C64/386;B33Y50/00
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種非連續柵格劃分三維點云面的路徑規劃方法，以三維點云面為輸入，三維打印路徑為輸出，采用非連續柵格劃分三維點云面進行路徑規劃，采用多個參數控制路徑規劃的精度和運算量。參數包括兩類，基本參數：柵格尺寸參數，柵格間距參數；工藝相關參數：柵格中心點稀疏化參數，線間距參數，邊界縮進參數，多層打印參數，噴頭抬升參數。該方法直接通過三維點云面進行路徑規劃，不需要三維建模，非連續柵格在保證精度的前提下，減少了運算量，參數設置時考慮了不同打印工藝以及點云空洞、正交路徑等問題，可適用于多種的打印工藝。

技術領域

本發明屬于3D打印中材料修補以及原位打印領域，具體涉及一種非連續柵格劃分三維點云面的路徑規劃方法。

背景技術

根據零部件缺損部位的形狀及特征，直接在缺損處進行3D打印修復是一種快速簡便的修復方式，有望在零件替換中簡化加工過程，在生物機體組織損傷的快速修復(也被定義為原位打印)中提高修補或損傷恢復速度。

路徑規劃技術在很多領域都有廣泛的應用，比如機器人自主運動、無人機避障、導彈飛行、日常的GPS導航等。凡是可拓撲為點線網絡規劃的問題都可以認為是路徑規劃問題。3D打印技術中，路徑規劃是打印數據處理的重要組成部分，對成型件的精度、表面質量、打印速度等都有重要的影響，選擇合適的掃描路徑可以提高工件質量、打印效率和平穩性。根據特定需求和應用場合，需要采用不同的路徑規劃策略和方案。

以原位打印技術中的路徑規劃研究為例，康奈爾大學的研究人員在骨軟骨原位打印中采用了傳統的平面分層打印技術，表面點誤差在±1.25mm，成形精度較低。由于原位打印還處于研究初期，大多研究團隊沒有對原位打印中的路徑規劃進行研究，如維克森林大學的研究人員在皮膚原位打印修復中，只是確定了采用多個微閥噴頭在傷口處1滴/mm打印生物墨水；法國波爾多大學的研究人員采用激光輔助原位打印修復小鼠顱骨，由于缺損面積較小，沒有專門進行路徑規劃的研究。而對于面積較大，形貌復雜缺損的原位打印，路徑規劃是必不可少的。

路徑規劃中，傳統柵格法劃分的柵格是連續柵格，柵格數量多，運算量大，而原位打印中對運算速率要求高，需要一種適用于原位打印的路徑規劃方法。

發明內容

本發明針對大面積、形貌復雜的缺損修復需求，提供了一種非連續柵格劃分三維點云面的路徑規劃方法。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案來實現的：

一種非連續柵格劃分三維點云面的路徑規劃方法，以三維點云面為輸入，三維打印路徑為輸出，采用非連續柵格劃分對三維點云面進行路徑規劃，并采用多個參數控制路徑規劃的精度和運算量；其中，參數包括兩類：基本參數和工藝相關參數，基本參數包括柵格尺寸參數和柵格間距參數；工藝相關參數包括：柵格中心點稀疏化參數、線間距參數、邊界縮進參數、多層打印參數和噴頭抬升參數。

本發明進一步的改進在于，路徑規劃的具體步驟如下：

1)形成包圍盒

將三維點云面投影到二維平面，形成二維點云面，并在二維點云面中找到x_min、x_max、y_min和y_max，形成一個矩形的包圍盒將二維點云面包圍在內；

2)在包圍盒內確定基本參數

根據缺損面的點云分辨率確定柵格尺寸參數，保證柵格尺寸參數在1-2倍點云分辨率之間；根據允許的邊界特征誤差選取柵格間距參數，保證二分之一柵格尺寸參數與柵格間距參數的和小于允許的邊界特征誤差；

3)在包圍盒內確定工藝相關參數

將線間距參數設定為實際打印工藝中的線寬；邊界縮進參數設定為實際打印工藝中的線寬的一半；根據最終需要的路徑點的多少設定柵格中心點稀疏化參數；將多層打印參數設定為打印層數；將噴頭抬升參數15)設定為路徑不連續時噴頭的抬高高度；