[發明專利]一種用于激光熔覆3D打印轉角優化的方法

有效

• 申請號: 202011058531.8
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112157260B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 劉軍;江瀾;趙風君
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y50/02
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業

1.一種用于激光熔覆3D打印轉角優化的方法，包括如下步驟：

S1.獲取原始Gcode代碼；

S2.根據目標圖形，判斷并對轉角的頂點進行標注，得到標注后的Gcode代碼；

S3.根據步驟S2得到的標注后的Gcode代碼，找到路徑中不連續的轉角頂點，并定位；具體為采用如下步驟找到轉角頂點并定位：

A.設定標注后的Gcode代碼中，任意一個角為：起點S，運動到轉角頂點V，最后運動到終點E，從而形成夾角SVE，角的頂點為V；其中，起點S的坐標為S(xs,ys)，終點E的坐標為E(xe,ye)，頂點V的坐標為V(xv,yv)，夾角SVE定義為∠α；

B.根據標注后的Gcode代碼，判斷角∠α的路徑運行過程中，行徑速度是否超過設定的行徑速度閾值：

若行徑速度大于行徑速度閾值，則角∠α及其對應的路徑不連續，角∠α及其對應的路徑需要優化，并進行定位；

若行徑速度小于或等于行徑速度閾值，則角∠α及其對應的路徑連續，角∠α及其對應的路徑不需要優化；

C.根據標注后的Gcode代碼，判斷角∠α的余弦值是否超過設定的余弦閾值：

若角∠α的余弦值大于或等于余弦閾值，則角∠α及其對應的路徑不連續，角∠α及其對應的路徑需要優化，并進行定位；

若角∠α的余弦值小于余弦閾值，則角∠α及其對應的路徑連續，角∠α及其對應的路徑不需要優化；

S4.獲取步驟S3定位得到的轉角頂點及其對應的路徑信息；

S5.對步驟S4獲取的轉角頂點及其對應的路徑信息進行算法插補；具體為采用如下步驟進行算法插補：

設定任意一個角為：起點S，運動到轉角頂點V，最后運動到終點E，從而形成夾角SVE，角的頂點為V；其中，起點S的坐標為S(xs，ys)，終點E的坐標為E(xe,ye)，頂點V的坐標為V(xv,yv)，夾角SVE定義為∠α；

直線漸進插補算法：

1)設定起始速率為Fs，終點速率為Fe，設定的行徑速度閾值為Fv，且Fs＞Fv，Fe＞Fv；

2)將線段SV拆分成N個子線段，并且從第1段子線段開始，每一段子線段的路徑速率逐步遞減，直至第N個子線段對應的路徑速率為Fv；

3)將線段VE拆分成M個子線段，并且從第1段子線段開始，每一段子線段的路徑速率逐步遞增，直至第M個子線段對應的路徑速率為Fe；

復合運動插補算法：

(1)求解三角形△SVE的內切圓；其中內切圓與線段SV的切點為Ps(xps,yps)，內切圓與線段VE的切點為Pe(xpe,ype)；內切圓的半徑為R；內切圓的圓心坐標為(xc,yc)；內切圓的圓心坐標為O(xc,yc)，向量OPs與OPe形成的向量夾角為β，β取值范圍為(-π,π)，且abs(β)＝π-α，abs()為絕對值函數；

(2)將圓弧PsPe切分成N2個直線段，且保證相鄰兩個直線段的夾角弧度值大于設定的弧度閾值Jv；

(3)根據步驟(2)得到的N2個直線段，生成刀路的運動軌跡，并控制刀路做勻速運動；

(4)根據刀路運動的直線段的速度，分別在X軸運動分量、Y軸運動分量，以及起始速率Fs，生成互補的X軸運動速度分量和互補的Y軸運動速度分量；

(5)根據上一時刻平臺運動的目標點D_t-1，根據平臺當前的速度Fdt，以及運動時間Tt，計算平臺運動路徑的下一軌跡到達的目標點D_t；

(6)當刀路運動到線段Pe時，平臺停止運動，而刀路則保持VE的原路徑運動；

上述的直線漸進插補算法和復合運動插補算法的適用范圍為：

直線漸進插補算法的適用范圍：要求機床支持三軸運動，且行徑運動速度不高于300mm/min，精度要求誤差不高于0.03mm；

復合運動插補算法的適用范圍：要求平臺的噴頭能夠獨立完成二維平面運動，平面運動精度要求誤差不高于0.03mm，行徑速度不高于600mm/min；

S6.根據步驟S5得到的插補后的轉角頂點及其對應的路徑信息，生成優化后的Gcode代碼文件，從而完成用于激光熔覆3D打印的轉角優化。