[发明专利]一种曲母线锥形面点阵结构及其增材制造方法和装置

权利要求书

1.一种曲母线锥形面点阵构件的增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、建立曲母线锥形面点阵构件的三维包络面，所述三维包络面表示每层点阵结构的厚度；

基于所述三维包络面构建若干层点阵结构模型，所述点阵结构模型包括阵列排列的多个胞元结构，所述胞元结构包括若干底点和一个顶点，底点与顶点通过杆连接；对任意第i层点阵结构模型，其中任意一个胞元结构的底点为第i-1层点阵结构模型中若干胞元结构的顶点，i≥2；

S2、基于若干层点阵结构模型，通过电弧增材工艺在曲母线锥形筒上逐层打印点阵结构，得到曲母线锥形面点阵构件。

2.如权利要求1所述的曲母线锥形面点阵构件的增材制造方法，其特征在于，基于所述三维包络面构建若干层点阵结构模型，包括：

基于第i-1层的胞元结构的顶点坐标确定第i层的底点组合方式，所述底点组合方式中包括多个底点对，每个底点对对应第i层的一个胞元结构；

对任意一个底点对，

获取其中各底点对应的第i-1层的胞元结构，并基于此确定各胞元结构对应的法向量，法向量指每个胞元结构的底点形状中心到顶点的连线向量；

基于所述底点对中每一个底点对应的法向量确定第i层胞元结构对应的法向量；

获取第i层对应的三维包络面，进而确定第i层对应的三维包络面与所述第i层的胞元结构对应的法向量的交点；

基于所述交点确定第i层胞元结构的顶点坐标；

基于所述顶点坐标以及底点对确定第i层的胞元结构。

3.如权利要求2所述的曲母线锥形面点阵构件的增材制造方法，其特征在于，基于所述底点对中每一个底点对应的法向量确定第i层胞元结构对应的法向量时，对每一个底点对应的法向量进行加权求和得到第i层胞元结构对应的法向量。

4.如权利要求3所述的曲母线锥形面点阵构件的增材制造方法，其特征在于，所述每一个底点对应的法向量对应的权重不同。

5.如权利要求2所述的曲母线锥形面点阵构件的增材制造方法，其特征在于，基于第i-1层的胞元结构的顶点坐标确定第i层的底点组合方式，包括：

获取所有第i-1层的胞元结构的顶点坐标；

以第i-1层的胞元结构的顶点坐标中的角落点为原点，基于最近邻算法开始匹配预设阈值内的若干其他顶点；

获取多种底点组合方式，并基于组合方式中的孤立点以及点数方差值对组合方式进行评价，获得满足预设条件的底点组合方式。

6.如权利要求2所述的曲母线锥形面点阵构件的增材制造方法，其特征在于，基于所述交点确定第i层胞元结构的顶点坐标，包括：

基于电弧增材工艺确定单点沉积量；

基于所述单点沉积量对所述交点位置进行修正，获得所述顶点坐标。

7.如权利要求1-6任一项所述的曲母线锥形面点阵构件的增材制造方法，其特征在于，基于若干层点阵结构模型，通过电弧焊在曲母线锥形筒上逐层打印点阵结构，具体为：

从直接连接曲母线锥形筒的第一层点阵结构开始逐层打印；

对于任一层点阵结构，逐个打印该层周向排列的某一排胞元结构，然后进行下一排胞元结构打印，直至完成该层点阵结构打印。

8.如权利要求7所述的曲母线锥形面点阵构件的增材制造方法，其特征在于，同一个胞元结构中四根杆的成型堆积参数不同。

9.一种曲母线锥形面点阵构件，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的增材制造方法制造而成。

10.一种用于实现如权利要求1-8任一项所述的增材制造方法的装置，其特征在于，包括电弧增材制造系统、视觉系统和控制系统，其中：

所述电弧增材制造系统包括机器人(2)、弧焊枪(6)和变位机(11)，所述机器人(2)用于带动所述弧焊枪(6)运动，所述变位机(11)用于调整曲母线锥形筒(10)位置；

所述视觉系统(3)固定在所述弧焊枪(6)上，该视觉系统(3)用来拍摄丝材与杆件的位置；

所述控制系统用于根据所述视觉系统(3)拍摄的丝材与杆件的位置，计算丝材末端与杆件顶点相对位置的偏差值，进而根据该偏差值控制机器人(2)运动，使得弧焊枪(6)上的丝材到达预定位置。