[发明专利]一种增材制造与再制造快速路径规划方法

说明书

本发明提供一种增材制造与再制造快速路径规划方法，包括：将零件的损伤区域规则化成尽可能小且不干涉零件的其他结构的形状；扫描获得规则化后的损伤部位的一组点云数据；直接对点云数据利用平面进行等间距切片处理，得到一组离散点云环；将点云环投影到切片平面上，扫描填充得出扫描路径。能够避免复杂的建模过程，同时显著减少大量的数据运算，有效提高了实际工作效率。去除繁琐的CAD模型建立过程，并且采用相对较为简单的算法实现扫描路径规划，能够有效解决扫描路径规划过程中运算数据量大、计算效率低的问题，显著缩短增材再制造的时间周期。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，特别是涉及一种增材制造与再制造快速路径规划方法。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing)技术是根据CAD/CAM设计，使用激光/电弧等高能束作为热源熔化材料，采用逐层堆积的方法制造实体零件的技术，相对于传统的减材制造技术，它是一种材料累积的制造方法，其极大程度提高了材料的利用率、缩短产品的生产周期，大幅提高生产效率和制造技术的核心竞争力。

增材再制造是利用AM技术对因磨损、断裂、腐蚀等缘由造成零部件尺寸缺失进行增材修复，并在增材修复的同时利用新材料、新工艺及新技术使其综合性能到达甚至超过新品性能。增材再制造可极大程度的减少因服役损伤、加工失误损伤和制造缺陷等造成的大型零件的报废，极大程度上延长了零件的使用寿命，其在大型飞机结构件的修复上得到广泛运用。

目前，如图1所示的增材再制造中通用的扫描路径规划方法：将用三维软件设计的零件CAD模型转化为STL文件导入到成形软件中，然后按照增材制造的分层厚度将三维模型进行分层切片处理，得到实体模型的边缘轮廓线，最后确定每层的扫描路径并逐层堆积完成零件的制造或修复。

其具体操作方法如下：

1)建立CAD模型：增材再制造的结构为零件的损坏区域，如何得到缺损部分的实物模型，显然采用正向设计无法解决，这就需要用到逆向建模。逆向建模是采用三维扫描仪对实体模型进行点数据的采集，通过初步处理，然后将点云数据导入通用的三维CAD软件，运用逆向模块进行实体建模进而得到CAD模型。

2)模型切片处理：将CAD模型转化为STL格式文件，其中STL文件是采用离散化的思想将实体模型表面三角面化，即用大量的三角面片去拟合原来的三维模型。因此，切片处理也即求出切割平面与各三角形边的交点，并逐次连接各点从而求出切面轮廓，如图2所示。

3)扫描路径规划：对于某层截面轮廓线，以扫描间距为宽度，采用等间距的直线段分割轮廓线，求出各直线与轮廓线的交点，连接对应交点即为扫描路径，如图3所示。

4)按各层扫描线逐层扫描制造：按规划得到的每层扫描轨迹进行扫描，逐层累加制造，直至最终完成零件的增材制造或再制造。

在实际工作过程中发现，常用的扫描路径规划方法需要通过获取的点云数据建立CAD模型，然后对比标准模型从而获取零件损伤区域模型，其过程较为繁琐。同时，切片处理和路径规划两个过程均传统计算机算法，其计算数据量大，计算效率低，从而导致实际工作中零件修复效率低。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种增材制造与再制造快速路径规划方法，能够避免复杂的建模过程，同时显著减少大量的数据运算，有效提高了实际工作效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种增材制造与再制造快速路径规划方法，包括：

将零件的损伤区域规则化成尽可能小且不干涉零件的其他结构的形状；

扫描获得规则化后的损伤部位的一组点云数据；

直接对点云数据利用平面进行等间距切片处理，得到一组离散点云环；