[发明专利]一种基于主成分分析的填充轨迹规划方法

说明书

本发明属于増材制造相关技术领域，并公开了一种基于主成分分析的填充轨迹规划方法。该方法包括下列步骤：S1采用主成分分析单个切片层中成形轮廓的第一主方向和与该第一主方向正交的第二主方向；S2将成形轮廓设定为初始轮廓C0，将该初始轮廓按照设定长度d1和d2等距向外偏移，获得新的轮廓C1和C2；在新的轮廓C2内获得多条平行线段，连接每条平行线段的中点获得一条中轴线，以该中轴线为中心，将该中轴线向其两侧进行偏置获得多条平行中轴线的曲线，该曲线与新的轮廓C1相交获得多条曲线线段，该多条曲线线段即为所需的填充轨迹；通过本发明，减小台阶效应，填充轨迹光滑平顺，提高加工精度。

技术领域

本发明属于増材制造相关技术领域，更具体地，涉及一种基于主成分分析的填充轨迹规划方法。

背景技术

增材制造是通过层层堆叠实现零件成形，而每一层轨迹的熔积质量会影响零件的成形质量。每一层轨迹是由切片轮廓与其填充轨迹构成，填充轨迹的基本样式为平行直线、平行轮廓线等。对于不规则轮廓的轨迹填充，平行直线是最常用的增材制造轨迹填充样式，然而在熔积过程中存在台阶效应，难以消除，影响制造精度。

为减小使用平行直线时的台阶效应的影响，需要寻找轮廓的最优直线填充方向，另一方面，对于不规则轮廓，轨迹填充样式有限，需要寻求更多样化的轨迹填充样式，以满足多样化的工艺要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于主成分分析的填充轨迹规划方法，其中通过将成形轮廓按照不同的步长进行平行偏移，扩大成形外轮廓，一方面保按照扩大轮廓生成的填充轨迹生产的切面覆盖面积更大，保证加工余量，另一方面，通过调节步长使得获得的填充轨迹内不存在曲率突变的点，降低加工难度，提高加工精度。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于主成分分析的填充轨迹规划方法，该方法包括下列步骤：

S1对于待成形零件的三维模型进行切片，以此获得多个切片层和每个切片层内待成形零件的成形轮廓，采用主成分分析方法获得该成形轮廓的第一主方向和与该第一主方向正交的第二主方向；

S2对于单个切片层内的填充轨迹，采用下列方式获得填充轨迹：

(a)将所述成形轮廓设定为初始轮廓C0，将该初始轮廓按照设定长度d1和d2等距向外偏移，获得新的轮廓C1和C2，其中，d2d1；

(b)采用多条平行的等距直线与所述新的轮廓C2相交，以此在所述新的轮廓C2内获得多条平行线段，连接每条平行线段的中点获得一条中轴线，以该中轴线为中心，将该中轴线向其两侧进行偏置获得多条平行所述中轴线的曲线，该多条平行所述中轴线的曲线与所述新的轮廓C1相交，在该新的轮廓C1中获得多条曲线线段，该多条曲线线段即为所需的填充轨迹。

进一步优选地，在步骤(b)中，所述多条平行的等距直线均平行于所述第二主方向。

进一步优选地，在步骤(b)中获得填充轨迹后，还包括下列步骤：返回步骤(a)调整所述设定长度d1和d2，直至所述步骤(b)中获得的填充轨迹上不存在曲率突变的点。

进一步优选地，在步骤S2中，所述获得填充轨迹还可以采用下列方式：

在所述成形轮廓内获得多条平行线段，将该多条平行线段的首尾相连，以此获得一条连续的Z型曲线，该Z型曲线即为所需的填充轨迹。

进一步优选地，在步骤S2中，所述获得填充轨迹还可以采用下列方式：

在所述成形轮廓内获得多条平行线段，连接每条平行线段的中点获得一条中轴线，以该中轴线为中心，将该中轴线向其两侧进行偏置获得多条平行所述中轴线的曲线，该曲线与所述成形轮廓相交获得多条与所述中轴线平行的曲线线段，该多条与中轴线平行的曲线线段即为所需的填充轨迹。