[發(fā)明專利]一種基于離散化點云面向增材制造的幾何建模方法

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• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113836694A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王玉;李帥帥;丁穎;李思齊
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州同異三維打印科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/10
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

1.一種基于離散化點云面向增材制造的幾何建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)根據(jù)待加工物體的點云數(shù)據(jù)，確定模型的中心軌跡線，并進行離散化處理得到中心軌跡線上每層對應(yīng)的離散點的坐標和切向量；

2)獲取模型初始層橫截面的離散化坐標值；

3)對模型初始層橫截面離散化坐標值進行旋轉(zhuǎn)和平移的仿射變換，依次迭代并且以設(shè)定的位姿得到后續(xù)每層橫截面離散化坐標值，最終形成待加工物體的模型并進行后處理；

4)根據(jù)待加工物體的模型進行增材制造。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于離散化點云面向增材制造的幾何建模方法，其特征在于，所述的步驟1)中，對中心軌跡線通過微分處理的方式實現(xiàn)離散化。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于離散化點云面向增材制造的幾何建模方法，其特征在于，所述的步驟2)中，對模型初始橫截面通過微分處理的方式實現(xiàn)離散化，得到初始層橫截面的離散化坐標值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于離散化點云面向增材制造的幾何建模方法，其特征在于，所述的步驟3)中，第i層的橫截面點矩陣根據(jù)第i-1層的橫截面點矩陣乘以羅德里格旋轉(zhuǎn)矩陣R得到，則有：

其中，R為羅德里格旋轉(zhuǎn)矩陣，E為單位矩陣，θ為旋轉(zhuǎn)角度，k_x、k_y、k_z分別為旋轉(zhuǎn)軸在向量形式下的各坐標軸分量。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于離散化點云面向增材制造的幾何建模方法，其特征在于，所述的旋轉(zhuǎn)軸向量與旋轉(zhuǎn)角度通過第i-1層橫截面與第i層橫截面的平面法向量計算得到，則有：

其中，i，j，k分別為標準笛卡爾坐標系的單位基底，Q_i、Q_i-1分別為第i-1層與第i層橫截面的法向量，a、b、b分別為對應(yīng)層法向量在各坐標軸上的分量，即Q_i＝[a_i b_i c_i]^T。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于離散化點云面向增材制造的幾何建模方法，其特征在于，所述的步驟4)還包括以下步驟：

根據(jù)待加工的物品判斷是否需要布爾運算，對于僅具有一條中心軌跡線時，則無需進行布爾運算，對于包含兩條以上相交的中心軌跡線時，則需要進行布爾運算，實現(xiàn)子部件的拼接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于離散化點云面向增材制造的幾何建模方法，其特征在于，對于包含兩條相交的中心軌跡線的三通管道，通過布爾運算完成待加工的物品各子部件的拼接具體為：

41)以平方向子部件B作為工具體，以豎直方向子部件A作為被切割體進行差運算，得到部件C；

42)以差運算得到的部件C作為工具體，以平方向子部件B作為被切割體進行差運算，得到部件D；

43)將部件C與部件D進行并運算，得到最終的三通管道模型。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于離散化點云面向增材制造的幾何建模方法，其特征在于，所述的差運算具體為：

將工具體模型在三視圖方向分別進行投影，根據(jù)投影獲取三個視圖方向內(nèi)的邊界線，對被切割體模型中的所有點逐個判斷其是否在三個視圖方向均位于邊界線內(nèi)部，若是，則將其加入刪除列表，全部判斷完畢后，將刪除列表里的點刪除即完成差運算。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于離散化點云面向增材制造的幾何建模方法，其特征在于，通過改變初始截面形狀，增加模型的復(fù)雜度，以適應(yīng)不同形狀的物體。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于離散化點云面向增材制造的幾何建模方法，其特征在于，所述的不同形狀的物體包括具有加強筋的管道和變截面的管道。