CN105710370A - 一种用于逐层制造三维物体的扫描方法 - Google Patents

一种用于逐层制造三维物体的扫描方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于逐层制造三维物体的扫描方法，所述三维物体截面至少具有一个孔径区，包括：对三维物体截面进行平行线扫描路径规划，根据规划的扫描路径用能量束进行扫描，扫描时，对在扫描方向上位于孔径区两侧的三维物体截面连续区域分别独立扫描。本发明避免了现有扫描方法对具有孔径区三维物体截面进行扫描时，将在扫描方向上位于孔径区两侧三维物体截面的连续区域作为一个整体进行扫描，能量束从孔径边界一侧到另一侧的多次跳跃产生的时间浪费，大大缩短了此类三维物体的扫描时间，提高了此类三维物体的扫描加工效率。

Description

一种用于逐层制造三维物体的扫描方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种用于逐层制造三维物体的扫描方法。
背景技术
在增材制造过程中，对三维物体截面进行扫描加工时，采用的填充扫描方式主要分为平行线扫描、轮廓等距线扫描、以及平行线与轮廓等距线混合方式扫描，采用混合式扫描时，截面轮廓的边界按轮廓等距线扫描，内部按平行线扫描。平行线扫描路径是在三维物体截面待扫描区域内形成的一组间距相等互相平行的矢量线段，该组矢量线段可以为同向，也可以为反向。
目前，对孔径类三维物体采用平行线扫描方式进行扫描时，如图1所示，能量束从三维物体截面的一侧边界沿扫描路径进行扫描，直到三维物体截面的另一侧边界结束，之后跳跃至相邻扫描线的起始位置，继续扫描，如此反复，直至完成整个三维物体截面的扫描。在这一过程中，当扫描遇到孔径边界时，能量束完成从孔径边界一侧到另一侧的跳跃之后接着沿扫描路径继续扫描至三维物体截面的另一侧边界；即现有技术将在扫描方向上位于孔径区两侧的区域作为一个整体进行扫描。
采用上述方法对孔径类三维物体进行扫描加工时，由于扫描过程中，能量束在遇到孔径边界时要完成从孔径边界一侧到另一侧的多次跳跃，而在跳跃过程中能量束是不工作的，这就大大降低了扫描效率；当三维物体截面具有多个孔径或孔径较大时，扫描将在孔径区浪费过多的时间，严重影响三维物体的加工效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于逐层制造三维物体的扫描方法，解决了现有扫描方法存在的因能量束跳跃、扫描在孔径区耗费时间过多而导致的加工效率低的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种用于逐层制造三维物体的扫描方法，所述三维物体截面至少具有一个孔径区，该方法包括：对三维物体截面进行平行线扫描路径规划，根据规划的扫描路径用能量束进行扫描，扫描时，对在扫描方向上位于孔径区两侧的三维物体截面连续区域分别独立扫描。
本发明的特点还在于，
对在扫描方向上位于孔径区两侧的三维物体截面连续区域分别独立扫描时，当在扫描过程中遇到孔径边界时，能量束跳跃至垂直于扫描方向的下一条邻近扫描路径的起点，继续扫描，即扫描不发生从孔径边界一侧到另一侧的跳跃；当扫描起点位于孔径边界处时，能量束不发生跳跃。
相邻的平行线扫描路径为同向或反向。
能量束为激光束、电子束、等离子束。
孔径区的形状为任意规则或不规则形状。
本发明的有益效果是：一种用于逐层制造三维物体的扫描方法，扫描时，对在扫描方向上位于孔径区两侧的三维物体截面连续区域分别独立扫描，通过本方法避免了现有扫描方法对具有孔径区三维物体截面进行扫描时，将在扫描方向上位于孔径区两侧的三维物体截面连续区域作为一个整体进行扫描，能量束从孔径边界一侧到另一侧的多次跳跃产生的时间浪费。本发明扫描方法，大大缩短了具有孔径区三维物体的扫描时间，提高了此类三维物体的扫描加工效率。
附图说明
图1是现有技术对孔径类三维物体采用平行线扫描方式进行扫描时的加工示意图；
图2是本发明实施例1三维物体截面平行线扫描路径规划示意图；
图3为本发明实施例1三维物体截面划分示意图；
图4为本发明实施例1第一区域扫描方法示意图；
图5为本发明实施例1孔径区一侧三维物体截面连续区域扫描方法示意图；
图6为本发明实施例1第二区域扫描方法示意图；
图7为本发明实施例1孔径区另一侧三维物体截面连续区域扫描方法示意图；
图8为本发明实施例2三维物体截面划分示意图；
图9为本发明实施例2三维物体截面扫描方法示意图；
图10为本发明实施例3三维物体截面划分示意图；
图11为本发明实施例3三维物体截面扫描方法示意图。
图中，1.三维物体截面，2.三维物体截面边界，3.孔径区，4.孔径边界，5.平行线扫描路径，6.跳跃路径，7.第一区域，8.孔径区一侧三维物体截面连续区域，9.第二区域，10.孔径区另一侧三维物体截面连续区域，11.第一孔径区，12.第二孔径区。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
本发明一种用于逐层制造三维物体的扫描方法，该三维物体截面至少具有一个孔径区，包括：首先对三维物体截面1进行平行线扫描路径规划，然后根据规划的扫描路径用能量束进行扫描，扫描时，对在扫描方向上位于孔径区3两侧的三维物体截面连续区域分别独立扫描，其中，相邻的平行线扫描路径5为同向或反向，能量束为激光束、电子束、等离子束等，孔径区3的形状为圆形、椭圆型、多边形或异形等规则或不规则形状。
进一步地，对在扫描方向上位于孔径区3两侧的三维物体截面连续区域分别独立扫描时，当在扫描过程中遇到孔径边界4时，能量束跳跃至垂直于扫描方向的下一条邻近扫描路径的起点，继续扫描，即扫描不发生从孔径边界一侧到另一侧的跳跃；当扫描起点位于孔径边界处时，能量束不发生跳跃。
实施例1
为了更清楚的阐述本发明技术方案，以图2所示三维物体截面为例，该三维物体截面具有一个孔径区，计算机系统对该三维物体截面进行平行线扫描路径规划，为了方便描述，如图3所示，将该三维物体截面划分为第一区域7、孔径区一侧三维物体截面连续区域8、孔径区另一侧三维物体截面连续区域10、第二区域9，扫描方法具体包括以下步骤：
步骤1：如图4所示，能量束从第一区域7一侧三维物体截面边界的扫描路径起点开始扫描，直至第一区域7另一侧三维物体截面边界，然后能量束沿跳跃路径6跳跃至下一条相邻扫描路径起点，继续扫描，如此反复，遍历第一区域7内所有扫描路径，完成第一区域7的扫描；
步骤2：如图5所示，位于第一区域7内扫描路径终点的能量束跳跃至孔径区一侧三维物体截面连续区域8的描路径起点，开始孔径区该侧三维物体截面连续区域8的扫描，当扫描遇到孔径边界4时，能量束沿跳跃路径6跳跃至该侧下一条相邻扫描路径起点继续扫描，如此反复，遍历孔径区该侧三维物体截面连续区域8的扫描路径，完成孔径区该侧三维物体截面连续区域8的扫描；
步骤3：如图6所示，孔径区一侧三维物体截面连续区域8扫描结束后，能量束从该区域扫描路径终点跳跃至第二区域9一侧三维物体截面边界的扫描路径起点，开始三维物体截面第二区域9的扫描，直至第二区域9另一侧三维物体截面边界，然后沿跳跃路径6跳跃至下一条相邻扫描路径的起点继续扫描，如此反复，遍历第二区域9内所有扫描路径，完成三维物体截面第二区域9的扫描；
步骤4：如图7所示，第二区域9扫描结束后，能量束从该区域扫描路径终点跳跃至孔径区另一侧三维物体截面连续区域10内距第二区域9扫描路径终点最近的一条扫描路径起点，开始孔径区另一侧三维物体截面连续区域10的扫描，直至三维物体截面边界2，能量束沿跳跃路径6跳跃至孔径区该侧下一条相邻扫描路径起点继续扫描，如此反复，遍历孔径区另一侧三维物体截面连续区域9内的扫描路径，完成整个三维物体截面的扫描成形。
实施例2
以图8和图9所示三维物体截面为例，该三维物体截面具有两个孔径区，计算机系统对该三维物体截面进行平行线扫描路径规划，为了方便描述，如图8所示，将该三维物体截面划分为A区域、B区域和C区域，扫描方法具体包括以下步骤：
步骤1：如图9所示，能量束从A区域一侧三维物体截面边界的扫描路径起点开始扫描，直至A区域另一侧三维物体截面边界，然后跳跃至下一条相邻扫描路径的起点继续扫描，如此反复，遍历A区域内所有扫描路径，完成A区域的扫描；
步骤2：位于A区域内扫描路径终点的能量束跳跃至B区域第一孔径区11左侧三维物体截面连续区域扫描路径起点，开始B区域第一孔径区11该侧三维物体截面连续区域的扫描，当扫描遇到B区域第一孔径区11边界时，能量束跳跃至B区域第一孔径区11该侧下一条相邻扫描路径起点继续扫描，如此反复，遍历B区域第一孔径区11该侧三维物体截面连续区域内所有扫描路径，完成B区域第一孔径区11左侧三维物体截面连续区域的扫描；
步骤3：B区域第一孔径区11左侧三维物体截面连续区域扫描结束后，能量束从该区域扫描路径终点跳跃至与其相邻的C区域一侧三维物体截面边界的扫描路径起点，开始C区域的扫描，直至C区域另一侧三维物体截面边界，然后跳跃至下一条相邻扫描路径的起点继续扫描，如此反复，遍历C区域内所有扫描路径，完成C区域的扫描；
步骤4：C区域扫描结束后，能量束从该区域扫描路径终点跳跃至B区域第一孔径区11右侧三维物体截面连续区域扫描路径起点，开始B区域第一孔径区11该侧三维物体截面连续区域的扫描，当扫描遇到B区域第二孔径区12边界时，能量束跳跃至B区域第一孔径区11该侧下一条相邻扫描路径起点继续扫描，如此反复，遍历B区域第一孔径区11右侧三维物体截面连续区域内所有扫描路径，完成B区域第一孔径区11右侧三维物体截面连续区域的扫描；
步骤5：B区域第一孔径区11右侧三维物体截面连续区域的扫描结束后，能量束从该区域扫描路径终点跳跃至B区域第二孔径12区右侧三维物体截面连续区域的扫描路径起点，开始B区域第二孔径区12右侧三维物体截面连续区域的扫描，直至三维物体截面边界，能量束跳跃至B区域第二孔径区12右侧下一条相邻扫描路径起点继续扫描，如此反复，遍历B区域第二孔径区12右侧三维物体截面连续区域内所有扫描路径，完成整个三维物体截面的扫描成形。
实施例3
以图10和图11所示三维物体截面为例，该三维物体截面具有三个孔径区，计算机系统对该三维物体截面进行平行线扫描路径规划，为了方便描述，如图10所示，将该三维物体截面划分为A1区域、B1区域和C1区域，扫描方法具体包括以下步骤：
步骤1：如图11所示，能量束从A1区域一侧三维物体截面边界的扫描路径起点开始扫描，直至A1区域另一侧三维物体截面边界，然后跳跃至下一条相邻扫描路径的起点继续扫描，如此反复，遍历A1区域内所有扫描路径，完成A1区域的扫描；
步骤2：位于A1区域内扫描路径终点的能量束跳跃至B1区域a孔径区左侧三维物体截面连续区域的描路径起点，开始B1区域a孔径区该侧三维物体截面连续区域的扫描，当扫描遇到B1区域a孔径区边界时，能量束跳跃至B1区域a孔径区该侧下一条相邻扫描路径起点继续扫描，如此反复，遍历B1区域a孔径区该侧三维物体截面连续区域内所有扫描路径，完成B1区域a孔径区该侧三维物体截面连续区域的扫描；
步骤3：B1区域a孔径区左侧三维物体截面连续区域扫描结束后，能量束从该区域扫描路径终点跳跃至与其相邻的C1区域一侧三维物体截面边界的扫描路径起点，能量束开始沿C1区域内扫描路径起点进行扫描，直至C1区域三维物体截面另一侧边界，然后能量束跳跃至下一条相邻扫描路径的起点继续扫描，如此反复，遍历C1区域内所有扫描路径，完成C1区域的扫描；
步骤4：C1区域扫描结束后，能量束从该区域扫描路径终点跳跃至B1区域a孔径区右侧三维物体截面连续区域内扫描路径起点，开始B1区域a孔径区该侧三维物体截面连续区域的扫描，当扫描遇到B1区域b孔径区边界或c孔径区边界时，能量束跳跃至B1区域a孔径区该侧下一条相邻扫描路径起点继续扫描，如此反复，遍历B1区域a孔径区右侧三维物体截面连续区域内所有扫描路径，完成B1区域a孔径区右侧三维物体截面连续区域的扫描；
步骤5：B1区域a孔径区右侧三维物体截面连续区域的扫描结束后，能量束从该区域扫描路径终点跳跃至B1区域b孔径区右侧三维物体截面连续区域内扫描路径起点，能量束开始沿B1区域b孔径区右侧三维物体截面连续区域内扫描路径起点开始扫描，直至三维物体截面边界，能量束跳跃至B1区域b孔径区右侧下一条相邻扫描路径起点继续扫描，如此反复，遍历B1区域b孔径区右侧三维物体截面连续区域内所有扫描路径，完成B1区域b孔径区右侧三维物体截面连续区域的扫描；
步骤6：B1区域b孔径区右侧三维物体截面连续区域的扫描结束后，能量束从该区域扫描路径终点跳跃至B1区域c孔径区右侧三维物体截面连续区域内扫描路径起点，能量束开始沿B1区域c孔径区右侧三维物体截面连续区域内扫描路径起点开始扫描，直至三维物体截面边界，能量束跳跃至B1区域c孔径区右侧下一条相邻扫描路径起点继续扫描，如此反复，遍历B1区域c孔径区右侧三维物体截面连续区域内所有扫描路径，完成整个三维物体截面的扫描成形。
上述扫描方法仅为各实施例所述三维物体截面的一种扫描方法，在保证对在扫描方向上位于三维物体截面孔径区两侧的连续区域进行独立扫描的前提下，对上述各实施例所述三维物体截面的扫描可以起始于该三维物体截面边界的任意处，且对所述三维物体截面各区域的扫描顺序也不局限于上述顺序。
以上仅列举了具有一个、两个、三个孔径区的三维物体截面扫描方法，对于具有四个或四个以上孔径区的三维物体截面，本发明的扫描方法同样适用，本发明具体扫描方法与三维物体截面中孔径区的形状、位置等相关，由于篇幅限制，在此不一一列举。
本发明构思的核心思想为：扫描时，对位于孔径区两侧的三维物体截面连续区域分别独立扫描，即在扫描过程中，当扫描遇到孔径边界时，能量束不发生从孔径边界一侧向另一侧的跳跃，当扫描起点位于孔径边界处时，能量束不发生跳跃。因此，在不脱离本发明构思的前提下，对这些已描述的实施方式做出的若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于逐层制造三维物体的扫描方法，所述三维物体截面至少具有一个孔径区，其特征在于，包括：对三维物体截面(1)进行平行线扫描路径(5)规划，根据规划的扫描路径用能量束进行扫描，扫描时，对在扫描方向上位于孔径区(3)两侧的三维物体截面连续区域分别独立扫描。
2.根据权利要求1所述的一种用于逐层制造三维物体的扫描方法，其特征在于，对在所述扫描方向上位于孔径区(3)两侧的三维物体截面的连续区域分别独立扫描时，当在扫描过程中遇到孔径边界(4)时，能量束跳跃至垂直于扫描方向的下一条邻近扫描路径的起点，继续扫描；当扫描起点位于孔径边界(4)处时，能量束不发生跳跃。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于逐层制造三维物体的扫描方法，其特征在于，相邻的所述平行线扫描路径(5)为同向或反向。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于逐层制造三维物体的扫描方法，其特征在于，所述能量束为激光束、电子束、等离子束。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于逐层制造三维物体的扫描方法，其特征在于，所述孔径区(3)的形状为任意规则或不规则形状。
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