CN106825570B - 用于三维物体制造的切片扫描处理方法及系统 - Google Patents

用于三维物体制造的切片扫描处理方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种用于三维物体制造的切片扫描处理方法及系统，其中方法包括步骤：将原始轮廓向实体部分偏置得到偏置轮廓；将偏置轮廓进行布尔运算得到至少一个填充路径；分别针对每一填充路径判读其是否满足与上述原始轮廓中外轮廓预定义走向相反，且是否被包含的轮廓个数为偶数的条件；当满足则提取该填充路径的主骨架线，并将该主骨架线作为待扫描路径；否则该填充路径作为待扫描区域，本发明的用于三维物体制造的切片扫描处理方法及系统克服了传统方法由于轮廓偏置而导致部分区域的扫描缺失，从而影响扫描精度的弊端，因此，本发明的用于三维物体制造的切片扫描处理方法及系统大大提高了三维物体的扫描精度。

Description

用于三维物体制造的切片扫描处理方法及系统
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种用于三维物体制造的切片扫描处理方法及系统。
背景技术
增材制造技术（Additive Manufacturing，简称AM）是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，由于其不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，因此应用范围非常广。选区激光熔融技术（Selective Laser Melting，简称SLM）是近年来发展迅速的增材制造技术之一，其以粉末材料为原料，采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造，不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，应用范围广。选择性激光熔融工艺的基本过程是：送粉装置将一定量粉末送至工作台面，铺粉装置将一层粉末材料平铺在成型缸底板或已成型零件的上表面，激光振镜系统控制激光以一个近似不变的光斑大小和光束能量按照该层的截面轮廓对实心部分粉末层进行扫描，使粉末熔化并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉装置又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个原型制造。
在增材制造过程中，因为高能束具有一定的光斑大小，因此将切片层进行扫描时，需要将高能束的扫描路径向实体内偏移一定的光斑大小以保证成型精度，即对切片层进行填充前，需要对切片轮廓进行偏置。现有技术中，一般是利用线段偏置或者点偏置来实现轮廓的偏置，然而由于切片层经常存在薄壁或尖锐区域，使得经过上述方法偏置后的切片层中部分区域因为比较狭窄出现自相交而被处理掉，从而导致切片层有一部分因为被处理掉未能进行扫描填充，进而影响了成型精度。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种可大大提高成型精度的三维物体制造的切片扫描处理方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于三维物体制造的切片扫描处理方法，包括以下步骤：
将原始轮廓向实体部分偏置得到偏置轮廓；
将偏置轮廓进行布尔运算得到至少一个填充路径；
分别针对每一填充路径判读其是否满足与上述原始轮廓中外轮廓预定义走向相反，且是否被包含的轮廓个数为偶数的条件；当满足则提取该填充路径的主骨架线，并将该主骨架线作为待扫描路径；否则该填充路径作为待扫描区域。
作为本发明的进一步优选方案，原始轮廓中外轮廓预定义走向为逆时针走向。
作为本发明的进一步优选方案，所述方法还包括：
判断主骨架线是否小于或等于预设长度，当是则舍弃该主骨架线，否则继续保留该主骨架线作为待扫描路径。
作为本发明的进一步优选方案，所述预设长度为光斑直径。
本发明还提供了一种用于三维物体制造的切片扫描处理方法，包括：将原始轮廓向实体部分进行两次或两次以上偏置，且对偏置距离最小的该次偏置采用上述任一项所述的方法进行扫描处理，对其余次的偏置均采用传统的方法进行扫描处理。
本发明还提供了一种用于三维物体制造的切片扫描处理系统，包括：
偏置模块，用于将原始轮廓向实体部分偏置得到偏置轮廓；
获取模块，用于将偏置轮廓进行布尔运算得到至少一个填充路径；以及
处理模块，用于分别针对每一填充路径判读其是否满足与上述原始轮廓中外轮廓预定义走向相反，且是否被包含的轮廓个数为偶数的条件；当满足则提取该填充路径的主骨架线，并将该主骨架线作为待扫描路径；否则该填充路径作为待扫描区域。
作为本发明的进一步优选方案，所述系统还包括判断模块，用于判断主骨架线是否小于或等于预设长度，当是则舍弃该主骨架线，否则继续保留该主骨架线作为待扫描路径。
作为本发明的进一步优选方案，原始轮廓中外轮廓预定义走向为逆时针走向。
作为本发明的进一步优选方案，所述预设长度为光斑直径。
本发明的用于三维物体制造的切片扫描处理方法，通过包括步骤：将原始轮廓向实体部分偏置得到偏置轮廓；将偏置轮廓进行布尔运算得到至少一个填充路径；分别针对每一填充路径判读其是否满足与上述原始轮廓中外轮廓预定义走向相反，且是否被包含的轮廓个数为偶数的条件；当满足则提取该填充路径的主骨架线，并将该主骨架线作为待扫描路径；否则该填充路径作为待扫描区域，克服了传统方法由于轮廓偏置而导致部分区域的扫描缺失，从而影响扫描精度的弊端，因此，本发明的用于三维物体制造的切片扫描处理方法大大提高了三维物体的扫描精度。
本发明的用于三维物体制造的切片扫描处理方法，通过包括：将原始轮廓向实体部分进行两次或两次以上偏置，且对偏置距离最小的该次偏置采用上述任一项所述的方法进行扫描处理，对其余次的偏置均采用传统的方法进行扫描处理，克服了传统方法由于轮廓偏置而导致部分区域的扫描缺失，从而影响扫描精度的弊端，因此，本发明的用于三维物体制造的切片扫描处理方法大大提高了三维物体的扫描精度。
本发明的用于三维物体制造的切片扫描处理系统，通过包括：偏置模块，用于将原始轮廓向实体部分偏置得到偏置轮廓；获取模块，用于将偏置轮廓进行布尔运算得到至少一个填充路径；以及处理模块，用于分别针对每一填充路径判读其是否满足与上述原始轮廓中外轮廓预定义走向相反，且是否被包含的轮廓个数为偶数的条件；当满足则提取该填充路径的主骨架线，并将该主骨架线作为待扫描路径；否则该填充路径作为待扫描区域，克服了传统方系统由于轮廓偏置而导致部分区域的扫描缺失，从而影响扫描精度的弊端，因此，本发明的用于三维物体制造的切片扫描处理系统大大提高了三维物体的扫描精度。
附图说明
图1为本发明用于三维物体制造的切片扫描方法提供的一实施例的方法流程图；
图2为本发明用于三维物体制造的切片扫描方法提供的一实施例的原始轮廓图；
图3为图2中原始轮廓偏置后得到的偏置轮廓图；
图4为图3中偏置轮廓得到的部分填充路径图；
图5为图3中偏置轮廓得到的另一部分填充路径图
图6为图4得到的待扫描区域图；
图7为图5得到的待扫描路径图；
图8为图2得到的整体待扫描截面轮廓图；
图9为本发明用于三维物体制造的切片扫描方法提供的一实施例的整体待扫描截面轮廓图；
图10为本发明用于三维物体制造的切片扫描处理系统提供的一实施例的结构框图。
具体实施方式
为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，以下将结合说明书附图和具体实施例做进一步详细说明。
图1为本发明用于三维物体制造的切片扫描方法提供的一实施例的方法流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤11、将原始轮廓向实体部分偏置得到偏置轮廓；
步骤12、将偏置轮廓进行布尔运算得到至少一个填充路径；
步骤13、分别针对每一填充路径判读其是否满足与上述原始轮廓中外轮廓预定义走向相反，且是否被包含的轮廓个数为偶数的条件；当满足则提取该填充路径的主骨架线，并将该主骨架线作为待扫描路径；否则该填充路径作为待扫描区域。可以理解的是，该步骤中否则是指不符合上述“与上述原始轮廓中外轮廓预定义走向相反，且是否被包含的轮廓个数为偶数”条件，这样便按照现有技术的扫描方式对这个填充路径进行扫描，由于现有技术方法不限于一种，而且对于本领域技术人员来说，也是清楚如何实现的，因此在此不做具体阐述。
在此需说明的是，上述步骤12中得到的填充路径至少为一个，因此，其可为两个或者多个，其每个填充路径均参照步骤13的方式进行处理，以最后确定是提取该填充路径的主骨架线或者按照现有方法扫描。另外，上述偶数是指0,2,4,6,8,10等等。
具体实施中，原始轮廓一般都是封闭的多边形。其中，外轮廓是指不被任何其他边界包含或者被包含的轮廓个数为偶数的轮廓，内轮廓是指包含他的轮廓个数为奇数的轮廓。实体截面区域是由外轮廓和它所包含的内轮廓所围成的区域，当然，有些实体截面也可能仅有外轮廓构成。一般可将内轮廓的走向预定义为顺时针走向，而外轮廓预定义为逆时针走向；当然也可以将内轮廓的走向预定义为逆时针走向，而外轮廓预定义为顺时针走向。
优选地，为了同时兼顾成型精度和效率，所述方法还包括：
判断主骨架线是否小于或等于预设长度，当是则舍弃该主骨架线（即不对其进行扫描处理），否则继续保留该主骨架线作为待扫描路径。所述预设长度可为光斑直径，当然还可以根据设计需要设定其它具体数值，在此不做一一例举。
为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，下面以一个三维物体切面为例并结合附图对本发明的技术方案进行具体阐述。
将三维模型进行切片获得当前层的二维截面轮廓，如图2所示，根据高能束光斑的大小或者设定的宽度值，截面轮廓边界进行一次偏置运算，一般外轮廓向内偏置，内轮廓向外偏置，且可将内轮廓的走向预定义为顺时针走向，而外轮廓预定义为逆时针走向，如图3所示；
对偏置后的截面轮廓进行布尔运算产生新的填充路径，如图4和图5所示，经过布尔运算后形成两个填充路径，图5的多边形轮廓由顺时针的点组成，由于其与原始轮廓中外轮廓预定义的逆时针走向相反，且被包含的轮廓个数为0，即为偶数，因此无法形成实体截面区域，如果不进行特殊处理，在成型过程中无法成型，导致精度缺失；而图4的多边形填充路径由逆时针的点组成，其不符合“与上述原始轮廓中外轮廓预定义走向相反，且是否被包含的轮廓个数为偶数”的条件，因此其可以形成图6所示的实体截面区域，即图6多边形填充路径作为待扫描区域。
如图7所示，对上述不属于任何外轮廓的顺时针多边形轮廓（即图7中的多边形轮廓），提取该多边形的主骨架线，该主骨架线能较好地反映多边形的主延伸方向和主体形状特征，所以，将该主骨架线作为填充扫描路径能够较好的保持截面形状，从而提高成型精度。优选地，当提取的主骨架线的长度小于光斑直径或者设定的长度值时，可以进行舍弃，以提高成型效率。
图8为该实施例最后得到的整体待扫描截面轮廓图，如图8所示，其相对于现有技术，新增了提取的主骨架线作为填充扫描路径，扫描精度能基本保持原始切片形状，提高了扫描精度。
针对某些特殊形状的成型工件，为了更好地保证成型工件表面的光滑度和致密度，需要对原始轮廓进行两次或两次以上的偏置，然而为了避免对提取的主骨架线重复扫描以提高成型效率，因此只对其中的一次偏置操作做特殊处理，对符合要求的多边形轮廓提取主骨架线，其他偏置大小形成的扫描轮廓按照现有技术的轮廓处理方法进行处理即可。因此，本发明还提供了一种用于三维物体制造的切片扫描处理方法，包括：将原始轮廓向实体部分进行两次或两次以上偏置，且对偏置距离最小的该次偏置采用上述任一项所述的方法进行扫描处理，对其余次的偏置均采用传统的方法进行扫描处理。
图9示出了一种具体实施例，该实施例对原始轮廓采用了两次偏置，即偏置1和偏置2，其中偏置1的偏置距离小于偏置2的偏置距离，即可对偏置采用本发明的上述方案进行处理，而对偏置2则采用现有技术的方法进行处理，最好得到整体扫描截面轮廓图如图9所示。
本发明还提供了一种用于三维物体制造的切片扫描处理系统，如图10所示，该系统包括：
偏置模块101，用于将原始轮廓向实体部分偏置得到偏置轮廓；
获取模块102，用于将偏置轮廓进行布尔运算得到至少一个填充路径；以及
处理模块103，用于分别针对每一填充路径判读其是否满足与上述原始轮廓中外轮廓预定义走向相反，且是否被包含的轮廓个数为偶数的条件；当满足则提取该填充路径的主骨架线，并将该主骨架线作为待扫描路径；否则该填充路径作为待扫描区域。
优选地，为了同时兼顾成型精度和效率，所述系统还包括判断模块，用于判断主骨架线是否小于或等于预设长度，当是则舍弃该主骨架线，否则继续保留该主骨架线作为待扫描路径。所述预设长度可为光斑直径，当然还可以根据设计需要设定其它具体数值，在此不做一一例举。
具体实施中，原始轮廓一般都是封闭的多边形。其中，外轮廓是指不被任何其他边界包含或者被包含的轮廓个数为偶数的轮廓，内轮廓是指包含他的轮廓个数为奇数的轮廓。实体截面区域是由外轮廓和它所包含的内轮廓所围成的区域，当然，有些实体截面也可能仅有外轮廓构成。一般可将内轮廓的走向预定义为顺时针走向，而外轮廓预定义为逆时针走向；当然也可以将内轮廓的走向预定义为逆时针走向，而外轮廓预定义为顺时针走向。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均应属于本发明的保护范围。应当指出，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和修饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于三维物体制造的切片扫描处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
将原始轮廓向实体部分偏置得到偏置轮廓；
将偏置轮廓进行布尔运算得到至少一个填充路径；
分别针对每一填充路径判读其是否满足与上述原始轮廓中外轮廓预定义走向相反，且是否被包含的轮廓个数为偶数的条件；当满足则提取该填充路径的主骨架线，并将该主骨架线作为待扫描路径；否则该填充路径作为待扫描区域。
2.根据权利要求1所述的用于三维物体制造的切片扫描处理方法，其特征在于，原始轮廓中外轮廓预定义走向为逆时针走向。
3.根据权利要求1或2所述的用于三维物体制造的切片扫描处理方法，其特征在于，所述方法还包括：
判断主骨架线是否小于或等于预设长度，当是则舍弃该主骨架线，否则继续保留该主骨架线作为待扫描路径。
4.根据权利要求3所述的用于三维物体制造的切片扫描处理方法，其特征在于，所述预设长度为光斑直径。
5.一种用于三维物体制造的切片扫描处理方法，其特征在于，包括：将原始轮廓向实体部分进行两次或两次以上偏置，且对偏置距离最小的该次偏置采用权利要求1-4任一项所述的方法进行扫描处理，对其余次的偏置均采用传统的方法进行扫描处理。
6.一种用于三维物体制造的切片扫描处理系统，其特征在于，包括：
偏置模块，用于将原始轮廓向实体部分偏置得到偏置轮廓；
获取模块，用于将偏置轮廓进行布尔运算得到至少一个填充路径；以及
处理模块，用于分别针对每一填充路径判读其是否满足与上述原始轮廓中外轮廓预定义走向相反，且是否被包含的轮廓个数为偶数的条件；当满足则提取该填充路径的主骨架线，并将该主骨架线作为待扫描路径；否则该填充路径作为待扫描区域。
7.根据权利要求6所述的用于三维物体制造的切片扫描处理系统，其特征在于，所述系统还包括判断模块，用于判断主骨架线是否小于或等于预设长度，当是则舍弃该主骨架线，否则继续保留该主骨架线作为待扫描路径。
8.根据权利要求7所述的用于三维物体制造的切片扫描处理系统，其特征在于，原始轮廓中外轮廓预定义走向为逆时针走向。
9.根据权利要求8所述的用于三维物体制造的切片扫描处理系统，其特征在于，所述预设长度为光斑直径。
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