CN111774565B - 基于特征提取思维模型的3d打印送粉修复识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印修复技术领域，具体公开了基于特征提取思维模型的3D打印送粉修复识别方法，具体是指：基于扫描策略与填充策略的工艺数据库，实时提取修复打印过程中当前层的打印形状的缺失，在下一层打印改变对应的填充路径和策略，完成修复。

Description

基于特征提取思维模型的3D打印送粉修复识别方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体的说，是基于特征提取思维模型的3D打印送粉修复识别方法。

背景技术

增材制造技术（又称“3D打印技术”）的概念起源于上世纪八十年代，它的出现对发展了2000多年的等材制造技术和发展了300多年的减材制造技术造成了深远的影响，它引入了一种新的思维制造模式，即：增材制造模式。从人类资源开发的未来发展模式看，增材制造技术的出现是解决未来资源紧缺情况下的一种有效途径。

最近十年，增材制造技术的快速发展已经给传统制造业带来了巨大变革，凭借该技术的任意自由度特点，重塑了设计思维，实现了变不可能为可能，缓解了设计方案向制造技术妥协的窘境。增材制造技术的出现不仅仅解决了传统制造方法不能制造的负责零件的出现，同时也利用该技术实现了对传统昂贵零部件出现缺陷以后的修复再延寿。

增材制造技术快速发展的同时也带来了相关其他行业的发展，如粉末原材料、3D打印设备、医疗生物、检验检测等，但是目前现有的检测手段还未能实现对增材制造结构的快速检测，尤其是增材制造修复技术修复结果的快速检测。

增材制造修复技术又称激光送粉成形修复技术，该技术不受修复尺寸限制，可以实现力学性能与锻件相当的复杂高性能构件的高效率制造和快速修复。该技术以信息技术为支撑，以柔性化的产品制造方式最大限度地满足无限丰富的个性化需求，技术应用前景广阔。

目前，激光送粉成形修复技术主要应用于昂贵金属构件的修复再延寿工作，利用该技术对已有缺陷构件进行修复时，通常情况下会留有修复余量，以便于后期机械加工，最终获得满足要求的修复构件。整个过程需要对修复构件进行多次外形尺寸检测，第一次检测打印修复组织外形尺寸是否满足既定的余量标准，第二次需要对结合区的原有缺陷三维图像和机械加工后的修复组织的三维图像进行检测对比，第三次需要对整体零件进行整体尺寸的检测对比。

现有的检测方法无论是三维扫描、蓝光检测以及多坐标特征检测等方法，都是将现有尺寸和既定尺寸进行直接比较，这种比较方法存在数模处理量大、处理速度慢的缺点。这些缺点主要是因为3D打印片层数模是由点-线-面，面-面叠加形成的，其数据量较大，点点对比模式会对处理器要求较高，处理结果需求时间长，而且无法进行原位测量，只能进行后期检测，严重影响修复的效率，未能满足实际需求。

发明内容

本发明的目的在于提供基于特征提取思维模型的3D打印送粉修复识别方法，实现原位修复检测和修复尺寸快速对比检测；大大的减低了运算量，节约时间；有效的提高了检测效率，由于修复数据可实时调控，修复精度高。

本发明通过下述技术方案实现：

基于特征提取思维模型的3D打印送粉修复识别方法，基于扫描策略与填充策略的工艺数据库，实时提取修复打印过程中当前层的打印形状的缺失，在下一层打印改变对应的填充路径和策略，完成修复。

进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：

步骤S1：提取前期修复构件数模的特征值；

步骤S2：提取修复区域三维数模特征值；

步骤S3：获取分层打印路径；

步骤S4：预估熔融态尺寸和最终修复结构沉积态的尺寸；

步骤S5：根据步骤S4中预估尺寸，在原位检测识别模块的协助下，选择熔融态和最终修复结构沉积态的结构特征点；

步骤S6：根据结构特征点划分比对区域、比对层数；

步骤S7：计算得到熔融态结构和沉积态结构分别与修复区域三维数模特征点的差值；并判断差值是否符合要求；

步骤S8：若熔融态结构与修复区域三维数模特征点的差值不符合要求，返回步骤S2；

若沉积态结构与修复区域三维数模特征点的差值不符合要求，停止修复指令，返回步骤S3；

符合要求，执行修复做作业，直至修复完成。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述原位检测识别模块包括：设置在熔覆头上有用于识别熔融态特征点的A原位检测模块、设置在机床工作台上且用于沉积台特征点检测的B原位检测识别模块。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S4具体是指：基于沉积态数模引入熔融-沉积缩比因子，得出熔融态数模尺寸。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S7中的差值包括：依据特征点对打印过程中熔融态的特征点进行对比得到预估熔融态结构与修复区域三维数模熔融态结构的差值A以及依据特征点对打印完成后沉积态的特征点对比得到预估沉积态与修复区域三维数模沉积态结构的差值B。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S8具体是指：对差值A和差值B的判断；若差值A和差值B符合要求，执行修复作业，完成修复；

若差值A不符合要求，返回步骤S2执行，修正修复区域三维数模尺寸；

若差值B不符合要求，停止修复工作，检查工艺路径是否需要修正，并返回步骤S3。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明本发明同传统检测方法相比，极大的减低了运算量，节约了时间，大幅度提升了检测效率，同时可以实现修复数据的实时调控，确保最终修复结构完全满足精细机械加工的需求。

附图说明

图1为本发明的工作流程图；

图2为本发明中实施例7示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本发明通过下述技术方案实现，如图1所示，基于特征提取思维模型的3D打印送粉修复识别方法，基于扫描策略与填充策略的工艺数据库，实时提取修复打印过程中当前层的打印形状，并与预估的形状尺寸对比，在下一层打印改变对应的填充路径和策略，完成修复。

需要说明的是，通过上述改进，对于实时提取修复打印过程中当前层的打印形状采用的是增加了原位检测识别模块来实现实时提取特征点，将每层的特征点与修复区域三维数模进行对比，从而大大缩小数据对比运算量，实现实时答应过程中的数据与理论数据的快速匹配，提高了修复打印的精度。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：

步骤S1：提取前期修复构件数模的特征值；

步骤S2：提取修复区域三维数模的特征值；

步骤S3：获取分层打印路径；打印路径为工艺数据库中储存的一项参数指标。

步骤S4：基于工艺数据库，预估每层打印或前几层打印熔融态结构尺寸和最终修复结构沉积态尺寸；

步骤S5：根据步骤S4中预估的熔融态结构尺寸和最终修复结构沉积态尺寸，在原位检测识别模块的协助下，选择打印时熔融态和最终修复结构沉积态的结构特征点；

步骤S6：根据特征点划分比对区域、比对层数；

步骤S7：计算得到熔融态结构和沉积态结构分别与修复区域三维数模特征点的差值；并判断差值是否符合要求；

若熔融态结构与修复区域三维数模特征点的差值不符合要求，返回步骤S2；

若沉积态结构与修复区域三维数模特征点的差值不符合要求，停止修复指令，返回步骤S3；

若差值符合要求，执行修复做作业，直至修复完成。

需要说明的是，通过上述改进，通过将理论状态和实时打印状态下熔融态对比、将理论状态和实时打印状态下沉积态的对比可以，减小计算量的同时实现信息实时交互纠正。当熔融态的结构尺寸不满足给定要求时，可以实时调整当前打印路径，对熔融态结构重新进行补充修复，确保最终的沉积态结构可以完全满足后续加工需求，实现了同时修复、同时监测、同时修正模式。

通过增添原位检测识别模块，满足修复打印过程中的原位识别检测功能，同样将每层的数据进行单层或多层整合，选择同样的特征点。最终只要将这些特征点进行采集以后，同给定的修复方案数模上相应的特征点进行分析对比就可以大大缩小数据对比的运算量，实现实际情况与理论数值的快速匹配。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述原位检测识别模块包括：设置在熔覆头上有用于识别熔融态特征点的A原位检测模块、设置在机床工作台上且用于沉积台特征点检测的B原位检测识别模块。

需要说明的是，通过上述改进，A原位检测模块设置在熔覆头上，主要用于对打印时当前层熔融态结构特征点的提取；B原位检测识别模块设置在待修复构件的四周，安装在机床的工作台上，主要用于打印完成后该层沉积态结构特征点的提取。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S4具体是指：基于沉积态数模引入熔融-沉积缩比因子，得出熔融态数模尺寸。

需要说明的是，通过上述改进，通过熔融-沉积缩比因子与沉积态数模尺寸，计算得到熔融态数模尺寸。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S7中的差值包括：依据特征点对打印过程中熔融态的特征点进行对比得到预估熔融态结构与修复区域三维数模熔融态结构的差值A以及依据特征点对打印完成后沉积态的特征点对比得到预估沉积态与修复区域三维数模沉积态结构的差值B。

需要说明的是，通过上述改进，通过实时打印时熔融态的特征点与预估打印的熔融态的特征点进行对比得到差值A；通过打印完成后沉积态的特征点对比得到预估沉积态的特征点进行对比得到差值B；即可得到每一块图像识别区域上的差异，最后进行累加，即可得到整个数模实际特征点与理论数模特征点之间的差值。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S8具体是指：对差值A和差值B的判断；若差值A和差值B符合要求，执行修复作业，完成修复；

若差值A不符合要求，返回步骤S2执行，修正修复区域三维数模尺寸；

若差值B不符合要求，停止修复工作，检查工艺路径是否需要修正，并返回步骤S3。

需要说明的是，通过上述改进，

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例7：

本实施例为采用本方法实现修改的实施例，如图2所示，数模为一个虚线实体，确定修复打印数模以及打印修复路径以后，预估打印出的沉积态实体形状为一个个长条形组成的待精细机械加工的异形结构，基于沉积态数模引入数据库存储的熔融—沉积缩比因子，得出熔融态数模形貌尺寸，同样由长条形结构组成。这一个个大小不同的长条形结构即为独立的图像识别区域，具有可识别的特征点；可识别的特征点可采用单层或多层选择，主要根据数模的结构外形来确定。识别一个个不同尺寸的长条形图像识别区域内的特征点，并与实际图像上相应的特征点进行对比，即可得到每一块图像识别区域上的差异，最后进行累加，即可得到整个数模与理论数模之间的差值。

熔覆头和机床工作台的四周设置的原位检测识别模块，用于对每层或多层结构的外观尺寸进行采集，得到特征点，可以随着打印过程的进行对三角形区域（熔融区：当前打印层或前面几层的给定特征点描绘的区域）的特征点进行识别对比分析，判断打印维修路径的合理性，以便随时做出修正调整方案，最终保证得到合理有效的打印修复结构。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于特征提取思维模型的3D打印送粉修复识别方法，其特征在于：基于扫描策略与填充策略的工艺数据库，实时提取修复打印过程中当前层的打印形状的缺失，在下一层打印改变对应的填充路径和策略，完成修复；

具体包括以下步骤：

步骤S1：提取前期修复构件数模的特征值；

步骤S2：提取修复区域三维数模特征值；

步骤S3：获取分层打印路径；

步骤S4：预估熔融态尺寸和最终修复结构沉积态的尺寸；

步骤S5：根据步骤S4中预估尺寸，在原位检测识别模块的协助下，选择熔融态和最终修复结构沉积态的结构特征点；

步骤S6：根据结构特征点划分比对区域、比对层数；

步骤S7：计算得到熔融态结构和沉积态结构分别与修复区域三维数模特征点的差值；并判断差值是否符合要求；

步骤S8：若熔融态结构与修复区域三维数模特征点的差值不符合要求，返回步骤S2；

若沉积态结构与修复区域三维数模特征点的差值不符合要求，停止修复指令，返回步骤S3；

符合要求，执行修复做作业，直至修复完成。

2.根据权利要求1所述的基于特征提取思维模型的3D打印送粉修复识别方法，其特征在于：所述原位检测识别模块包括：设置在熔覆头上有用于识别熔融态特征点的A原位检测模块、设置在机床工作台上且用于沉积台特征点检测的B原位检测识别模块。

3.根据权利要求1所述的基于特征提取思维模型的3D打印送粉修复识别方法，其特征在于：所述步骤S4具体是指：基于沉积态数模引入熔融-沉积缩比因子，得出熔融态数模尺寸。

4.根据权利要求1所述的基于特征提取思维模型的3D打印送粉修复识别方法，其特征在于：所述步骤S7中的差值包括：依据特征点对打印过程中熔融态的特征点进行对比得到预估熔融态结构与修复区域三维数模熔融态结构的差值A以及依据特征点对打印完成后沉积态的特征点对比得到预估沉积态与修复区域三维数模沉积态结构的差值B。

5.根据权利要求4所述的基于特征提取思维模型的3D打印送粉修复识别方法，其特征在于：所述步骤S8具体是指：对差值A和差值B的判断；若差值A和差值B符合要求，执行修复作业，完成修复；

若差值A不符合要求，返回步骤S2执行，修正修复区域三维数模尺寸；

若差值B不符合要求，停止修复工作，检查工艺路径是否需要修正，并返回步骤S3。

Images