[發明專利]一種基于離散化點云面向增材制造的幾何建模方法

在審

• 申請號: 202110965810.0
• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113836694A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 王玉;李帥帥;丁穎;李思齊
• 申請（專利權）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: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

本發明涉及一種基于離散化點云面向增材制造的幾何建模方法，包括以下步驟：1)根據待加工物體的點云數據，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和平移的仿射變換，依次迭代并且以設定的位姿得到后續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)根據待加工物體的模型進行增材制造。與現有技術相比，本發明具有無需切片操作、降低數據處理量和所需存儲空間、設計思路新穎等優點。

技術領域

本發明涉及增材制造技術領域，尤其是涉及一種基于離散化點云面向增材制造的幾何建模方法。

背景技術

增材制造是一種區別于車銑切削等傳統減材制造方法的新型制造工藝，其特點是基于計算機處理后的數字模型，“自下而上”、“從無到有”地實現模型工件的制造過程。相比傳統加工方式，增材制造方法最主要的優勢在于將復雜的三維空間問題降維轉換為相對簡單的二維平面問題進行處理，將待加工模型離散化，從而可以制造出具有高度復雜度的零件，并且顯著降低了復雜零件的加工成本。

對于增材制造加工技術而言，對模型的切片處理方法是制造工藝中關鍵的一步，在得到模型原型后，對零件的分層處理結果將極大地影響打印的結果。目前普遍的方法是將建模結果轉換為STL文件格式，然后沿成型方向上按照一定的厚度對模型進行分層處理，提取模型各個高度上的截面信息，實現對模型的離散化處理。然而STL文件處理過程中會存在法向錯誤、孔洞精度差以及幾何線重疊或相交等問題，因此，考慮到STL格式文件在當前應用場景下的越來越明顯的局限性，目前業界需要優化和改良當前增材制造加工方式模型處理的新方法。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于離散化點云面向增材制造的幾何建模方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于離散化點云面向增材制造的幾何建模方法，包括以下步驟：

1)根據待加工物體的點云數據，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和平移的仿射變換，依次迭代并且以設定的位姿得到后續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)根據待加工物體的模型進行增材制造。

所述的步驟1)中，對中心軌跡線通過微分處理的方式實現離散化。

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離散化，得到初始層橫截面的離散化坐標值。

所述的步驟3)中，第i層的橫截面點矩陣根據第i-1層的橫截面點矩陣乘以羅德里格旋轉矩陣R得到，則有：

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

所述的旋轉軸向量與旋轉角度通過第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分別為對應層法向量在各坐標軸上的分量，即Q_i＝[a_i b_i c_i]^T。