[发明专利]一种3DP工艺中STL模型中心排样方法

权利要求书

1.一种3DP工艺中STL模型中心排样方法，其特征在于，该方法包括以下内容：

STL模型投影：得到所有待排样STL模型后，设定Z方向为零件成型方向，首先计算每个STL模型XOY平面最小不规则外包框的投影面积和无重复法向量数量，根据最小不规则外包框的投影面积和无重复法向量数量确定模型摆放顺序，优先摆放投影面积大、模型复杂程度高的STL模型；

中心排样：成型空间中心位置优先摆放投影面积大、零件复杂程度高的零件，剩余的零件按照模型摆放顺序寻找距中心距离最近的排样位置进行布置；

中心排样的具体过程是：计算所有待排样模型投影平面的最小外接圆，以第一个排入模型为中心，沿圆周方向按照排样顺序依次排入模型，每次排入的模型的外接圆都至少与一个已排入模型外接圆相切，再通过几何关系得到待排入模型的初始位置；一周排完后进行下一周的排布，直至所有模型按照外接圆相切的方式排好；

去除所有模型的外接圆，将所有模型按照模型摆放顺序向中心靠接，找到每个模型最优的摆放位置和姿态，获得整个排样图；再将整体排样图中心移动到坐标系中心，完成模型排样；

所述最小不规则外包框的计算过程是；

1)首先计算STL模型XOY平面的中心坐标：计算STL模型在XOY平面的最小矩形外包框，规定矩形外包框的中心坐标为该STL模型中心坐标；得到STL模型中心坐标后，将STL模型移动至坐标系中心，使STL模型中心坐标与坐标系中心重合；

2)对坐标系的四个象限进行均匀扇区划分；

3)对零件STL模型进行预处理：去除掉STL模型中每个坐标点的Z坐标值，将所有顶点投影到XOY平面上，记录全部点投影数据到待计算的模型外包框坐标容器中，同时计算XOY平面上每个顶点的极坐标，并构造STL模型的边信息哈希表，得到STL模型无重复的边列表信息，并记录STL模型的每条边的首尾点之间的跨度，跨度为线段两点所跨的完整扇区的个数，如果线段的跨度大于1，则需要对该条边进行插点处理，将插点数据加到待计算的模型外包框坐标容器中用于之后外包框计算；插点处理的过程是：对线段所跨每个完整扇区极角中心位置插入新点；

若边的跨度小于1，则不需要进行插点处理；

根据STL模型的边信息哈希表按照上述的插点处理方式循环计算表内的每一条边，将插点及原来的顶点均记为对应模型的投影点，获得待计算模型的所有投影点；

4)计算所有投影点的极坐标，按照极角大小进行分类，分类后确定每个扇区内的极径最远点，以极径最远点作为外轮廓计算点，获得外轮廓计算点的极径，在外轮廓计算点所在扇区的两条扇区边界上找到与该极径相等的坐标点位置，并以该坐标点位置为垂足向对应扇区内做垂线，两条扇区边界的这两条垂线相交于一点，以两个垂足及垂线相交点这三个点作为该扇区的外轮廓的顶点，顶点依次连接，进而获得所有扇区的外轮廓，得到当前模型的最小不规则外包框。

2.根据权利要求1所述的排样方法，其特征在于，中心排样包括：排序方案、排样路径和重叠检测；

排序方案：需要将打印的所有模型进行排序，计算所有模型的投影面积和无重复法向量数量，对这两个参数进行归一化处理，并加上对应权值作为Key值进行模型排序，确定模型摆放顺序，排样时按照顺序依次排入零件；

排样路径：零件排序完成后计算所有零件投影的最小外接圆，将首个零件放在坐标系中心，其他零件依次排入；首先零件排样层进行外接圆排样，排样层记录每一层零件位置信息，定义每一层起始和终止零件；每层排入结束后开始下一层的零件排样，与上一层路径反向，实现零件的中心排样；每个零件中心坐标计算规则全部相同，由相邻两个零件位置及尺寸确定，之后按照相同规则排放零件；当零件摆放完成后，将零件向中心靠拢来消除间隙增加排样密度；

每次零件向中心靠接一个单位并对零件进行绕成型方向Z轴旋转，当零件位置所有旋转角度都经重叠检测后发生重叠，则零件后退一个单位并以该后退一个单位时所对应的第一个可行的排样姿态和中心坐标作为模型最终的排样位置，此时零件靠接完成；

所述重叠检测：将投影计算得到的最小不规则外包框进行分割，以最小不规则外包框的中心点为顶点将多边形拆分成多个小三角形，得到更多潜在分离轴，再应用分离轴检测算法进行凹多边形重叠检测，只要有一个小三角形重叠，则认为重叠。