CN112417646B - 基于奇数多激光器的扫描路径规划方法、装置以及三维物体制造设备 - Google Patents
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Abstract
一种基于奇数多激光器的扫描路径规划方法、装置以及三维物体制造设备，其中方法包括：计算当前工作区域中所有工件轮廓的扫描线总长度S1，通过公式L1=S1/N得到第一平均扫描线长度L1；分别计算位于各区域内的工件轮廓的扫描线长度M1，并将每一区域内的工件轮廓的扫描线长度M1分别与L1进行比较，当所有区域内的工件扫描轮廓的扫描线长度M1均大于L1时，由全覆盖激光器分配到各区域以协同其对应的激光器进行共同扫描，结束流程；否则，当某区域内的工件轮廓的扫描线长度M1≤L1时，该区域由其对应的激光器负责扫描，而当某区域内的工件轮廓的扫描线长度M1＞L1时，该区域待分配激光器。本发明合理规划了多激光器的扫描路径，降低扫描时间，提升扫描效率。
Description
技术领域
本申请涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种基于奇数多激光器的扫描路径规划方法、装置以及三维物体制造设备。
背景技术
增材制造技术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。
随着增材制造技术的不断发展，用户的需求也日益增多，因此单激光器越来越不能满足客户的所有需求。多激光器全覆盖打印设备，其可通过多个激光器来提高增材制造的生产效率，每个激光既可以分别制造工作区域内的每一个独立的零件，也可以协同制造一个单件大型部件。这样的灵活性，使得增材制造生产效率得到提升。
然而,目前的多激光器在协同制造一个大型部件时，先将整个烧结区域分成了多个区域，再由每个激光器分别扫描对应的区域。但由于工件形状多样，摆放可能存在不对称性，导致分配在每一个激光区域的扫描时间不一致，从而可能导致有些激光器扫描的时间较长，而有些激光器的扫描时间较短，而需所有激光器扫描完才能执行下一层铺粉，这样便影响了待打印制件的成型效率。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种合理规划多激光器的扫描路径以减少扫描时间的基于奇数多激光器的扫描路径规划方法、装置以及三维物体制造设备。
为实现上述目的，本申请提供了一种基于奇数多激光器的扫描路径规划方法，包括以下步骤：
步骤一、将当前工作区域划分为N-1个区域，并将N-1个激光器分别一一对应设置于每一区域的上方，以负责对应区域的扫描；且在当前工作区域的上方设置一个用于覆盖整个当前工作区域的全覆盖激光器，所述N为3个或3个以上的奇数；计算当前工作区域中所有工件轮廓的扫描线总长度S1，通过公式L1=S1/N得到第一平均扫描线长度L1；
步骤二、分别计算位于各区域内的工件轮廓的扫描线长度M1，并将每一区域内的工件轮廓的扫描线长度M1分别与L1进行比较，当所有区域内的工件扫描轮廓的扫描线长度M1均大于L1时，由全覆盖激光器分配到各区域以协同其对应的激光器进行共同扫描，结束流程；否则，当某区域内的工件轮廓的扫描线长度M1≤L1时，该区域由其对应的激光器负责扫描，而当某区域内的工件轮廓的扫描线长度M1＞L1时，该区域待分配激光器；
步骤三、获取所有待分配激光器的区域内工件轮廓的扫描线总长度S2，通过公式L2=S2/T得到第二平均扫描线长度L2,T为未分配的激光器总数量；
步骤四、分别计算位于每一待分配激光器的区域内的工件轮廓的扫描线长度M2，并将每一区域的工件轮廓的扫描线长度M2分别与L2进行比较，当所有区域的扫描线长度M2均大于L2时，由全覆盖激光器分配到各待分配激光器的区域以协同其对应的激光器进行共同扫描，结束流程，否则，当某区域内的M2≤L2时，该区域由其对应的激光器负责扫描，否则该区域待分配激光器，并返回执行上述步骤三。
作为本发明的进一步优选方案，所述全覆盖激光器固定设置于当前工作区域的中部，或者所述全覆盖激光器移动地设置于当前工作区域的上方。
作为本发明的进一步优选方案，所述扫描线包括轮廓扫描线和填充扫描线。
作为本发明的进一步优选方案，所述N-1个区域呈阵列式分布，且每个区域的面积相等。
作为本发明的进一步优选方案，当全覆盖激光器分配到相邻两个区域协同扫描，且该相邻两个区域存在跨区域的工件轮廓时，如果该工件轮廓的扫描线长度和小于或等于全覆盖激光器分配到该相邻两个区域的扫描线长度和，则该工件轮廓全部由全覆盖激光器进行扫描。
作为本发明的进一步优选方案，当全覆盖激光器分配到相邻两个区域协同扫描，且该相邻两个区域存在跨区域的工件轮廓时，如果该工件轮廓的跨区域的扫描线长度是否小于或等于全覆盖激光器分配到该相邻两个区域的扫描线长度和，则该工件轮廓的跨区域的扫描线全部由全覆盖激光器进行扫描，否则，如果该工件轮廓的轮廓扫描线长度是否小于或等于全覆盖激光器分配到该相邻两个区域的扫描线长度和，则该工件轮廓的轮廓扫描线全部由全覆盖激光器进行扫描。
本发明还提供了一种基于奇数多激光器的扫描路径规划装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述基于奇数多激光器的扫描路径规划方法的步骤。
本发明还提供了一种三维物体制造设备，其包括上述所述的基于奇数双激光器的扫描路径规划装置。
本发明的基于奇数多激光器的扫描路径规划方法、装置以及三维物体制造设备，通过采用上述技术方案，使得本发明合理规划了多激光器的扫描路径，降低了扫描时间，提升了扫描效率。
附图说明
图1为本发明基于奇数多激光器的扫描路径规划方法提供的一实施例的方法流程图；
图2为本发明基于奇数多激光器的扫描路径规划方法提供的一实施例中的工作区域划分图；
图3为本发明基于奇数多激光器的扫描路径规划方法提供的一实施例中的待打印制件的扫描截面示意图；
图4为本发明提供基于奇数多激光器的扫描路径规划方法提供的另一实施例中的待打印制件的扫描截面示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，本申请提供了一种基于奇数多激光器的扫描路径规划方法，包括以下步骤：
步骤11、将当前工作区域（也可称作烧结区域）划分为N-1个区域，并将N-1个激光器分别一一对应设置于每一区域的上方，以负责对应区域的扫描；且在当前工作区域的上方设置一个用于覆盖整个当前工作区域的全覆盖激光器（也就是说激光器的总数量为N个，当前工作区域划分为N-1个区域），所述N为3个或3个以上的奇数，例如可为3个，5个或7个等等；计算当前工作区域中所有工件轮廓的扫描线总长度S1，通过公式L1=S1/N得到第一平均扫描线长度L1；
优选地，所述N-1个区域呈阵列式分布，且每个区域的面积相等，这样不仅便于多激光器的布局，也便于多激光器的规划。当然，在具体实施中，N-1个区域的各面积可以有少许差异，在此不做限定。
所述全覆盖激光器固定设置于当前工作区域的中部，或者所述全覆盖激光器移动地设置于当前工作区域的上方，其主要用于协助上述N-1个区域中的一个或几个。
步骤12、分别计算位于各区域内的工件轮廓的扫描线长度M1，并将每一区域内的工件轮廓的扫描线长度M1分别与L1进行比较，当所有区域内的工件扫描轮廓的扫描线长度M1均大于L1时，由全覆盖激光器分配到各区域以协同其对应的激光器进行共同扫描，结束流程；否则，继续下一步判断，当某区域内的工件轮廓的扫描线长度M1≤L1时，该区域由其对应的激光器负责扫描，而当某区域内的工件轮廓的扫描线长度M1＞L1时，该区域待分配激光器；
步骤13、获取所有待分配激光器的区域内工件轮廓的扫描线总长度S2，通过公式L2=S2/T得到第二平均扫描线长度L2,T为未分配的激光器总数量，也就是用N减去上述步骤12中已经负责某些对应区域扫描的激光器数量，得到的未分配的激光器总数量；
步骤14、分别计算位于每一待分配激光器的区域内的工件轮廓的扫描线长度M2，并将每一区域的工件轮廓的扫描线长度M2分别与L2进行比较，当所有区域的扫描线长度M2均大于L2时，由全覆盖激光器分配到各待分配激光器的区域以协同其对应的激光器进行共同扫描，结束流程，否则，当某区域内的M2≤L2时，该区域由其对应的激光器负责扫描，否则，即某区域内的M2＞L2时，则该区域待分配激光器，并返回执行上述步骤13以进行继续判断，直到所有区域的扫描线长度M2均大于L2，结束流程。
具体地,所述扫描线包括轮廓扫描线和填充扫描线,而上述扫描线总长度S1、扫描线总长度S2、扫描线长度M1、扫描线长度M2包括扫描线（填充扫描线和/或轮廓扫描线）长度以及扫描线与扫描线之间的跳转长度。
上述步骤12和14中的由全覆盖激光器分配到各待分配激光器的区域以协同其对应的激光器进行共同扫描，其主要含义是指，由于各待分配激光器的区域如果仅有其对应的激光器进行扫描，可能需要太多扫描时间，因此可由全覆盖激光器协助扫描，以减少扫描时间，当然，具体哪个激光器对每个区域分配多少时间，可以根据具体要求以及每个激光器分配的时间具体选择，在此不做具体阐述，当然，以下也给出了一些比较好的优选方案。
优选地，当全覆盖激光器分配到相邻两个区域协同扫描，且该相邻两个区域存在跨区域的工件轮廓时，如果该工件轮廓的扫描线长度和小于或等于全覆盖激光器分配到该相邻两个区域的扫描线长度和，则该工件轮廓全部由全覆盖激光器进行扫描，目的是减少激光搭接量，从而提高成型质量。
为了进一步减少激光搭接量，提高成型质量，优选地，所述方法还包括：当全覆盖激光器分配到相邻两个区域协同扫描，且该相邻两个区域存在跨区域的工件轮廓时，如果该工件轮廓的跨区域的扫描线长度（包括轮廓扫描线和跨区域的填充扫描线）是否小于或等于全覆盖激光器分配到该相邻两个区域的扫描线长度和，则该工件轮廓的跨区域的扫描线全部由全覆盖激光器进行扫描，否则，如果该工件轮廓的轮廓扫描线长度是否小于或等于全覆盖激光器分配到该相邻两个区域的扫描线长度和，则该工件轮廓的轮廓扫描线全部由全覆盖激光器进行扫描。也就是说，在全覆盖激光器分配的扫描时间允许下，优先扫描跨区域的工件轮廓的轮廓扫描线和跨区域的填充扫描线，如果时间不够，仅扫描轮廓扫描线或跨区域的填充扫描线，如果时间足够，扫描全部的轮廓扫描线和跨区域的填充扫描线。
本发明还提供了一种基于奇数多激光器的扫描路径规划装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一实施例所述基于奇数多激光器的扫描路径规划方法的步骤。
本发明还提供了一种三维物体制造设备，其包括上述所述的基于奇数双激光器的扫描路径规划装置。
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5个激光器为了对本发明的技术方案进行具体阐述。
1、A激光器位于工作区域上方的左上角，其对应的扫描区域为左上角部分；B激光器位于工作区域上方的右上角，其对应的扫描区域为右上角部分；C激光器位于工作区域的左下角，其对应的扫描区域为左下角部分；D激光器位于工作区域的右下角，其对应的扫描区域为右下角部分。E激光器（即全覆盖激光器）位于工作区域上方的中央，扫描区域为整个工作区域，如图2所示。
2、由于扫描线长度与扫描时间正相关，统计所有工件轮廓的扫描线长度和S1，包括轮廓扫描线长度和填充扫描线长度。用长度和S除以激光器数量5得到每个激光区域的平均扫描线长度L1。
如图3所示，当前截面的扫描线长度为65cm,其中工件轮廓1为20厘米，工件轮廓2为15cm，工件轮廓3为12cm，工件轮廓4为10cm，工件轮廓5为8cm；计算得到每个激光区域的平均扫描线长度为13cm。
3、统计位于每一个区域内（不含全覆盖激光器E）内扫描线段的长度和，如果扫描线跨过多个激光区域，则根据区域分割线，将该扫描线截断，分别计入各自所在的区域的扫描长度。如图3所示，轮廓5的填充扫描线跨过A激光器对应的区域和B激光器对应的区域，则将该扫描线从分割线处分成两段，分别计入A激光器对应的区域和B激光器对应的区域。
如图3所示，则A激光器对应区域的扫描线长度和为25cm，B激光器对应区域的扫描线长度和为18cm，C激光器对应区域的扫描线长度和为12cm，D激光器对应区域的扫描线长度和为10cm。如果按照现有技术的扫描方式，其分别由各自激光器进行扫描，则当前层的扫描时间取各激光器的最大值，即为A激光器扫描25cm的时间。
4、将每个区域内的扫描线长度与平均扫描线长度比较，如果该区域的扫描线长度小于平均扫描线长度，则不需分配全覆盖激光器E进行扫描，而是仅有该区域对应的激光器负责扫描。
如图3所示，C激光器对应区域的扫描线长度为12cm、D激光器对应区域的扫描线长度为10cm，均小于平均扫描线长度13cm，分别由C激光器和D激光器完成各自区域内的扫描。
5、若存在大于该平均时间的区域，该区域需重新以剩余激光器数量计算剩余每个激光区域的平均扫描线长度。
重复步骤4和5，直到每个激光区域内的扫描时间大于平均扫描时间。再将全覆盖激光器E的扫描时间分配到余下的区域中，得到平均扫描时间。
如图3所示，只剩A激光器和B激光器分别对应的两个区域，剩下的扫描线长度和为A激光器对应区域的扫描线长度和25cm和B激光器对应区域的扫描线长度和18cm，除以3得到平均扫描线长度为14.3cm。A激光器对应的区域和B激光器对应的区域的扫描线长度和均大于14.3cm，则将全覆盖激光器E分配到这两个激光区域中。
由于全覆盖E激光器的合理分配扫描长度，得到A、B、E激光器分别对应区域的扫描线长度为14.3cm，C激光器对应区域的扫描线长度为12cm，D激光器对应区域的扫描线长度为10cm。则当前层的扫描时间为取最大值为14.3cm的扫描线时间。与现有技术的扫描方式相比，节省了9.7cm的扫描时间。
当E激光器被分配到相邻两个区域时，如果这两个区域存在跨激光区域的工件轮廓时，如果跨区域的工件轮廓扫描线长度和小于全覆盖激光器E的分配到这两个区域的扫描线长度和，则该跨区域工件轮廓全部由全覆盖激光器E进行扫描，消除搭接量，否则合并部分被分割的扫描线由全覆盖激光E进行扫描，减少激光搭接量，提高成型质量。
如图3所示，轮廓5的扫描线被分割到激光A区域和激光B区域，由于A区域与B区域均存在激光器E扫描。轮廓5的扫描线长度为8cm小区域全覆盖激光E在A和B区域的扫描线长度14.3cm，所以轮廓5可以由激光器E进行扫描，消除轮廓5的搭接。
当一个工件轮廓由两个激光器扫描时，该工件轮廓的轮廓扫描线由一个激光器完成，填充扫描线由两个激光器完成。
如图3所示，轮廓1将由激光器A和激光器E进行协同扫描，则轮廓扫描线由激光器A或激光器E负责，填充扫描线由激光器A和激光器E协同扫描。
当选择质量优先时，跨越多个区域的工件轮廓，其轮廓扫描线由全覆盖激光器E负责，如果填充扫描线跨越多个扫描区域，则该填充扫描线也有激光器E进行扫描。
如图4所示，该工件轮廓跨越了4个激光区域，该轮廓的轮廓扫描由全覆盖的激光E负责扫描，如图4所示的扫描线2和扫描线3，穿过了3个扫描区域，则由激光器E负责扫描。扫描线1只穿过了A激光区域则有A激光器进行扫描。扫描线4只穿过D激光扫描区域，则由D激光器进行扫描。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种基于奇数多激光器的扫描路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将当前工作区域划分为N-1个区域，并将N-1个激光器分别一一对应设置于每一区域的上方，以负责对应区域的扫描；且在当前工作区域的上方设置一个用于覆盖整个当前工作区域的全覆盖激光器，所述N为3个或3个以上的奇数；计算当前工作区域中所有工件轮廓的扫描线总长度S1，通过公式L1=S1/N得到第一平均扫描线长度L1；
步骤二、分别计算位于各区域内的工件轮廓的扫描线长度M1，并将每一区域内的工件轮廓的扫描线长度M1分别与L1进行比较，当所有区域内的工件扫描轮廓的扫描线长度M1均大于L1时，由全覆盖激光器分配到各区域以协同其对应的激光器进行共同扫描，结束流程；否则，当某区域内的工件轮廓的扫描线长度M1≤L1时，该区域由其对应的激光器负责扫描，而当某区域内的工件轮廓的扫描线长度M1＞L1时，该区域待分配激光器；
步骤三、获取所有待分配激光器的区域内工件轮廓的扫描线总长度S2，通过公式L2=S2/T得到第二平均扫描线长度L2,T为未分配的激光器总数量；
步骤四、分别计算位于每一待分配激光器的区域内的工件轮廓的扫描线长度M2，并将每一区域的工件轮廓的扫描线长度M2分别与L2进行比较，当所有区域的扫描线长度M2均大于L2时，由全覆盖激光器分配到各待分配激光器的区域以协同其对应的激光器进行共同扫描，结束流程，否则，当某区域内的M2≤L2时，该区域由其对应的激光器负责扫描，否则该区域待分配激光器，并返回执行上述步骤三。
2.根据权利要求1所述的基于奇数多激光器的扫描路径规划方法，其特征在于，所述全覆盖激光器固定设置于当前工作区域的中部，或者所述全覆盖激光器移动地设置于当前工作区域的上方。
3.根据权利要求1所述的基于奇数多激光器的扫描路径规划方法，其特征在于，所述扫描线包括轮廓扫描线和填充扫描线。
4.根据权利要求1所述的基于奇数多激光器的扫描路径规划方法，其特征在于，所述N-1个区域呈阵列式分布，且每个区域的面积相等。
5.根据权利要求1至4任一项所述的基于奇数多激光器的扫描路径规划方法，其特征在于，当全覆盖激光器分配到相邻两个区域协同扫描，且该相邻两个区域存在跨区域的工件轮廓时，如果该工件轮廓的扫描线长度和小于或等于全覆盖激光器分配到该相邻两个区域的扫描线长度和，则该工件轮廓全部由全覆盖激光器进行扫描。
6.根据权利要求5所述的基于奇数多激光器的扫描路径规划方法，其特征在于，当全覆盖激光器分配到相邻两个区域协同扫描，且该相邻两个区域存在跨区域的工件轮廓时，如果该工件轮廓的跨区域的扫描线长度是否小于或等于全覆盖激光器分配到该相邻两个区域的扫描线长度和，则该工件轮廓的跨区域的扫描线全部由全覆盖激光器进行扫描，否则，如果该工件轮廓的轮廓扫描线长度是否小于或等于全覆盖激光器分配到该相邻两个区域的扫描线长度和，则该工件轮廓的轮廓扫描线全部由全覆盖激光器进行扫描。
7.一种基于奇数多激光器的扫描路径规划装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述基于奇数多激光器的扫描路径规划方法的步骤。
8.一种三维物体制造设备，其特征在于，包括权利要求7所述的基于奇数多激光器的扫描路径规划装置。
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