[发明专利]曲面分层增材制造中的空间STL曲面等距路径规划方法

说明书

本发明公开了一种曲面分层增材制造中的空间STL曲面等距路径规划方法，包括：将预设空间STL曲面层构建成体素化模型；输入初始源曲线；计算曲面上任意一个体素点到初始源曲线的最短距离，采用从初始源曲线出发，根据曲线积分思想不断计算周围未知距离的体素点，直至遍历结束所有的体素点，在每一次循环遍历中，通过分组遍历的方案来保证新的体素点到初始曲线的距离基本相同；根据预设道间距，筛选出到源曲线距离等于最短路径的整数倍的点，作为最后等距路径上的点；将最短路径和最后等距路径上的点拟合生成有序路径。该避免了局部自交与全局自交的问题，并对曲面曲率变化的形式、曲面模型三角网格的大小均不敏感，适用于任意形式的STL空间曲面。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种曲面分层增材制造中的空间STL曲面等距路径规划方法。

背景技术

基于曲面分层的增材制造是目前研究热点之一。增材制造的主要步骤包括：分层切片、路径规划、参数规划等，相比于平面路径规划，曲面分层增材制造是采用曲面层代替平面层的一种新型的增材制造方法。而在曲率任意变化的复杂空间曲面蹭上进行路径规划算法研究较少，尤其是等距路径规划算法。

相关研究主要包含两个领域，除了在曲面分层增材制造领域有学者做过相关研究外，在计算机辅助制造CAD/CAM领域，曲面上的等距线构造同样是一个热点问题。因为空间曲面等距路径规划问题本质上就是如何在曲面上构造一组等距线的问题。

其中，在曲面分层增材制造领域代表性的研究主要有：

Chakrabort提出了一种通过平移路径上的控制点得到下一条路径的空间平行路径的规划方法。这种路径规划方法将相邻熔敷道道间的曲面近似为平面，然而当熔敷道道宽很大或曲面曲率变化剧烈时，难以保证路径规划的误差。

Allen给出了通过顺序连点形成空间路径的一种简单空间路径规划方法，这种方法实现的路径无法保证道间距，只能通过网格点之间的距离大约估计一个熔敷量，并且需要实时改变堆敷参数来弥补路径之间变化的间距，同样当熔敷道宽度较大时，这种方法并不适用。

牛其华提出了曲面“平面化”路径规划方法，曲面“平面化”路径规划方法由于曲面在Z方向曲率一般不为0，所以在XOY面上的等距路径投影到空间曲面，间距会发生变化，这样规划的路径不能保证空间上是等距的。

在计算机辅助制造CAD/CAM领域的研究主要有：

舒莲卿提出了基于扫描线的三角网格曲面上的等距路径规划算法。刘斌给出了一种使用分段Bezier样条曲线来表示源曲线，从而计算等距线的方法。上述算法均需要考虑路径局部自相交、全局自相交以及线段插补等情况，导致算法复杂、效率较低，而且在三角网格过大的情况下同样不能保证精度。

因此，亟待一种能从根本上避免局部自交与全局自交的问题，并对曲面曲率变化的形式、曲面模型三角网格的大小均不敏感，且适用于任意形式的STL空间曲面的空间STL曲面等距路径规划方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种曲面分层增材制造中的空间STL曲面等距路径规划方法。