CN113857493A - 一种非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于三维打印技术领域，公开了一种非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法及系统，所述非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法包括：回转体母线分割；空间切割平面生成；骑缝面分割；三角形面片切割；带打印图形数据绘制。本发明的非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法，采用三维打印技术，能制造各种复杂结构曲面；三维打印，极大提高制作效率，采用曲面切片与路径规划。本发明给出在非可展回转体上进行喷墨打印路径规划的整个流程方法，增材制造实现在非可展曲面与回转体上制作频率选择表面；采用三维打印技术，对比专利1中采用车削，专利2未考虑回转体切片且未提出一整套系统的片与路径规划，本发明能制作各种复杂结构曲面。

Description

一种非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法及系统

技术领域

本发明属于三维打印技术领域，尤其涉及一种非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法及系统。

背景技术

目前，频率选择天线罩对于现代军事飞行器具有两个重要作用，其一是具有电磁波选择透过性，频率选择天线罩可以良好地保护飞行器的制导系统；其二是飞行器的雷达舱是一个主要的散射源，频率选择天线罩可以有效地降低飞行器的雷达散射面积（RCS），进而提高飞行器的电磁隐身能力和防空突防能力，在新一代隐身导弹、高超声速导弹、高隐身性能战机等平台上具有广泛的应用需求。而天线罩通常是一个非可展三维曲面结构，传统的车削与激光雕刻在制作罩体的频率选择表面存在工艺复杂、无法加工复杂结构和制作周期长等诸多问题。三维打印技术具有传统工艺所不能比拟的快速制造各种复杂曲面的优势。

三维打印技术是一系列增材制造技术的统称。这种制造方式不同于传统的减材制造方法，它采用“分层制造，逐层叠加”的基本原理，简化了工件的成型流程与加工难度，能快速制造各种复杂结构产品。由于采用分层制造的方式，即使是曲面通过控制叠加材料的形状也能打印曲面。但对于需要在复杂曲面上共形材料时，就必须能够进行曲面切片。目前为止鲜有曲面切片方法被提出。

三维打印技术分类有很多，而利用阵列压电喷头喷射材料的打印方式具有打印精度高和效率高的优势。阵列压电喷头利用压电效应原理，通过控制压电阵列喷头的驱动波形来实现控制液滴的初始动能。当给压电喷头内压电应力片施加梯形驱动信号时，压电片因压电效应发生形变，并推动前置硅化物形变。在压电梯形驱动波形的电压上升阶段，压电作动器的形变使得墨腔内的空间急速扩张产生对墨水的负压。在驱动波形高压保持时，由于声波传递，驱动信号波形上升产生的负压力在墨腔中间分别向喷嘴和进墨口两个相反的方向传播。当压力波传递到进墨口处的限流腔体上时被反射回来。而喷嘴方向传递到的压力波因为本身无反射介质，从而让原本的压力波在方向上维持不变。对于压电驱动信号电压有所降低时，压电作动器出现行形变会让硅化物出现变化从而使得墨腔中的空间有所收缩最终形成一定的墨水正压力。其产生的压力波与反射回来的压力波在墨腔内叠加传递到喷嘴处，该压力挤压墨水使得墨水从喷嘴处高速喷射出墨水。

对于回转体天线罩制作方法，专利1提出了一种半锥形透波天线罩加工装置及方法，该方法针对透波天线罩结构特征，制定并优化加工工艺路线，形成整罩车削加工、整罩剖分加工和半罩配合面铣削加工方案。该方案设计加工专用装置可以不采用复杂的五轴车削，而是采用三轴设备。

对于曲面三维打印路径规划，专利2提出了一种面向五轴3D打印行切路径规划的AC转角优化方法，该方案面向AC转角优化设计使得打印过程中喷嘴无需抬升，可以连续打印至工件打印结束，提高了打印效率；避免了工件的过切，保护工件不受损坏，提高了工件成品的打印质量。

在制造曲面天线罩的频率选择表面时，传统方式为五轴机床车削加工或激光雕刻，工艺复杂，导致生产周期长。喷墨三维打印技术具有打印精度高和效率高的特点，而目前的喷墨打印只能打印平面。为了实现打印回转体天线罩的可行性，要解决曲面回转体的切片与打印路径规划的技术问题。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

（1）传统的五轴车削（铣削）与激光雕刻系统在制作罩体的频率选择表面存在制作工艺复杂、无法加工复杂曲面结构等诸多问题。

（2）传统的激光雕刻系统在制作罩体的频率选择表面存在制作周期长、成本高、对于复杂结构曲面无能为力等诸多问题。

（3）传统的三维打印技术为平面切片与路径规划，平面频率选择表面采用PCB工艺，只能打印平面，不能制作非可展曲面，复杂结构曲面无能为力。

解决以上问题及缺陷的难度：上述问题是各种传统工艺本身所具有的缺陷，而为了克服这些缺陷，必须采用一种创新且可行的工艺方法。本发明采用喷墨打印在回转曲面上打印。但是喷头本身是为平面打印设计的，所以对回转体进行曲面切片与路径规划，确保打印出来的结构精度高在且曲面上共形时不变形，从而保证天线罩的电性能，这是一项十分复杂的系统工程。

解决以上问题及缺陷的意义：针对以上问题，本发明提出的曲面切片与路径规划实现了三维打印制作非可展天线罩，极大简化了天线罩制作工艺，降低了天线罩制作周期。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法及系统。

本发明是这样实现的，一种非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法，所述非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法包括以下步骤：

步骤一，回转体母线分割：对回转体母线分割是进行算法处理，并依据回转体天线罩的拱高误差进行打印带分割，为后续空间切割平面的生成奠定基础；

步骤二，空间切割平面生成：求解各带近似直线与回转轴夹角，并利用该夹角构成的三角关系将切割问题转换为垂直于回转轴和变间距切割平面，为后续的三角形面片切割奠定了基础；

步骤三，骑缝面分割：筛选得到存在跨骑缝分割面的三角形，并依据跨面三角形的顶点数据和骑缝切割面方程计算跨面交点，重构跨面三角形，为后续切平面切割奠定基础；

步骤四，三角形面片切割：将三角形面片数据进行切割得到线段，通过展开算法将线段绘制到平面图形数据中，实现三角形面片的切割为后续带打印图形数据绘制奠定基础；

步骤五，带打印图形数据绘制：根据分割带内部的切割层，将切割三角形面片获得的线段绘制到平面图形中，并分别输出各带的打印图形数据。

进一步，步骤一中，所述回转体母线分割，包括：

天线罩通常是外形为冯卡门母线回转体的罩子，表面为非可展三维曲面，要在表面一体化喷印成形FSS天线。针对阵列压电喷头结构特点，对回转体母线分割是进行算法处理。阵列压电喷头表面有一列位于喷头表面的喷孔，而材料需沉积在回转体母线中凸起的地方，依据回转体天线罩的拱高误差进行打印带分割，包括：

（1）依据回转体母线前一点坐标和阵列喷头喷嘴列宽度，在回转体母线上迭代搜索与前一点距离为喷头宽度的坐标点；

（2）搜索到距离为喷头宽度的坐标点后，计算其与前一坐标点的空间直连线的中点和回转体母线上中点；

（3）计算两中点的空间距离并将此作为拱高误差，与设定拱高误差进行对比，若拱高误差太大，则将两点作为搜索边界，通过二分法继续搜索能满足拱高误差的分割带，若拱高误差满足设定，则直接将喷头宽度对应坐标点作为一个分割点；

（4）重复所述迭代搜索过程，将回转体母线分割为多个满足拱高误差要求的打印带。

进一步，步骤二中，所述空间切割平面生成，包括：

分割带将回转体母线近似为一些列长度不超过喷头喷嘴列宽度的直线段，不同的近似直线段与回转轴之间的夹角不同，由于天线罩一体化喷印过程要保持喷头表面与母线切线方向平行，而喷头阵列孔在喷头平面内等距分布，故切割过程沿着各带近似直线的法向进行；通过求解各带近似直线与回转轴夹角，并利用该夹角构成的三角关系将垂直于线段的切割问题转换为垂直于回转轴和变间距切割平面。

通过所述空间切割平面生成方法，在回转体天线罩母线的低端和顶端之间的回转轴上产生了一系列分割平面位置坐标。根据回转轴的方向向量，结合其上切割平面所在位置坐标，将回转轴向量作为切割平面的法向量，将位置坐标点作为平面内一点，依据点法式平面方程构建出一系列变间距切割平面，从而构建出空间切割平面族。

进一步，步骤三中，所述骑缝面分割，包括：

经过带分割算法处理后，将非可展回转体表面近似为一系列锥段构成的回转体，每一个锥段展开为平面内扇形带，但由于STL三维曲面文件分割带内三角形是相互呈现锯齿交织特性，不能直接沿着一个展开缝切面进行展开，故需对骑缝三角形面片数据进行三维重构。

要重新构建跨面三角形数据，首先遍历三角形数据，并从中筛选出存在跨骑缝分割面的三角形，在此基础上，依据跨面三角形的顶点数据和骑缝切割面方程计算跨面交点，并据此重构跨面三角形，包括：

（1）遍历所有STL三维曲面文件，从中搜索与骑缝分割平面具有交点的三角形面皮数据；

（2）求解跨面三角形面片三个线段与骑缝分割面的交点，同时判断跨面三角形面皮与骑缝分割平面的相交模式，并通过重组三角形顶点和骑缝面交点来重构跨面三角形；

（3）将重构后的三角形数据加入到STL文件读取数据结构中。

进一步，步骤四中，所述三角形面片切割，包括：

经骑缝分割面重构STL文件三维曲面数据后，所有的三角形面片数据都分布在骑缝分割平面两侧，此时将每一个三角形面片数据进行切割得到一系列线段，通过展开算法将这些线段绘制到平面图形数据中，实现三角形面片的切割，包括：

（1）依据空间切割平面生成的切割平面簇及位置点坐标，沿着回转轴方向计算三角形面片的最高点和最低点，并根据其点坐标使用二分法在切平面中确定与该三角形有交点的起始切平面和终止切平面；

（2）从上一步确定的起始切平面开始，计算三角形三个边与每个切平面的交点，并将两交点作为线段的两端点存储起来，同时标记线段所在分割层编号，执行该过程到终止切割平面；

（3）重复执行所述单个三角形面片切片过程，将非可展开空间曲面STL文件中的每一个三角形进行切片处理，得到一系列线段，并且每一个线段都标记其对应的分割层。

进一步，步骤五中，所述带打印图形数据绘制，包括：

将STL文件中的所有三角形面片切割成小线段后，需要将其转换为实际可用的打印图形数据。采用的方法是根据分割带内部的切割层，将切割三角形面片获得的线段绘制到平面图形中，线宽为一个像素点单位，将所有的切割线段绘制完成后分别输出各带的打印图形数据。

综合所述母线带分割、空间切割平面生成、骑缝面分割、三角形面片切割、带打印图形数据绘制在内的五个模块，将功能串联起来回转体天线罩一体化喷印成形路径规划及模型处理软件，通过输入冯卡门曲线控制参数、带分割控制参数、切割图形单像素尺寸，最终输出各带喷印图形数据、切割效果三维图形显示以及五轴联动G代码数据。

其中，所述冯卡门曲线控制参数，包括端面半径和高度；所述带分割控制参数，包括喷头宽度、公告误差和迭代终止误差标准。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法的非可展回转体天线罩表面打印路径规划系统，所述非可展回转体天线罩表面打印路径规划系统包括：

回转体母线分割模块，用于对回转体母线分割是进行算法处理，并依据回转体天线罩的拱高误差进行打印带分割；

空间切割平面生成模块，用于通过求解各带近似直线与回转轴夹角，并利用该夹角构成的三角关系将切割问题转换为垂直于回转轴和变间距切割平面；

骑缝面分割模块，用于筛选得到存在跨骑缝分割面的三角形，并依据跨面三角形的顶点数据和骑缝切割面方程计算跨面交点，重构跨面三角形；

三角形面片切割模块，用于将三角形面片数据进行切割得到线段，通过展开算法将线段绘制到平面图形数据中，实现三角形面片的切割；

带打印图形数据绘制模块，用于根据分割带内部的切割层，将切割三角形面片获得的线段绘制到平面图形中，并分别输出各带的打印图形数据。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

对回转体母线分割是进行算法处理，并依据回转体天线罩的拱高误差进行打印带分割；通过求解各带近似直线与回转轴夹角，利用该夹角构成的三角关系将垂直于线段的切割问题转换为垂直于回转轴和变间距切割平面，实现空间切割平面生成；遍历三角形数据，从中筛选出存在跨骑缝分割面的三角形，在此基础上，依据跨面三角形的顶点数据和骑缝切割面方程计算跨面交点，据此重构跨面三角形；将每一个三角形面片数据进行切割得到一系列线段，通过展开算法将这些线段绘制到平面图形数据中，实现三角形面片的切割；根据分割带内部的切割层，将切割三角形面片获得的线段绘制到平面图形中，线宽为一个像素点单位，将所有的切割线段绘制完成后分别输出各带的打印图形数据。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

对回转体母线分割是进行算法处理，并依据回转体天线罩的拱高误差进行打印带分割；通过求解各带近似直线与回转轴夹角，利用该夹角构成的三角关系将垂直于线段的切割问题转换为垂直于回转轴和变间距切割平面，实现空间切割平面生成；遍历三角形数据，从中筛选出存在跨骑缝分割面的三角形，在此基础上，依据跨面三角形的顶点数据和骑缝切割面方程计算跨面交点，据此重构跨面三角形；将每一个三角形面片数据进行切割得到一系列线段，通过展开算法将这些线段绘制到平面图形数据中，实现三角形面片的切割；根据分割带内部的切割层，将切割三角形面片获得的线段绘制到平面图形中，线宽为一个像素点单位，将所有的切割线段绘制完成后分别输出各带的打印图形数据。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的非可展回转体天线罩表面打印路径规划系统。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法，采用三维打印技术（具体为喷墨打印），能够制造各种复杂结构曲面；三维打印（采用阵列压电喷头喷墨），能极大提高制作效率，采用曲面切片与路径规划。

目前的喷墨打印只能进行平面打印，本发明给出了在非可展回转体上进行喷墨打印路径规划的整个流程方法，增材制造实现在非可展曲面与回转体上制作频率选择表面。本发明采用三维打印技术，对比专利1中采用的车削，专利2中未考虑回转体切片且未提出一整套系统的片与路径规划，本发明能制作各种复杂结构曲面。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法的流程图。

图2是本发明实施例提供的非可展回转体天线罩 表面打印路径规划系统的结构框图；

图中：1、回转体母线分割模块；2、空间切割平面生成模块；3、骑缝面分割模块；4、三角形面片切割模块；5、带打印图形数据绘制模块。

图3是本发明实施例提供的回转体母线分割思路示意图。

图4是本发明实施例提供的切割平面构建过程示意图。

图5是本发明实施例提供的非可展回转体表面近似处理算法示意图。

图6是本发明实施例提供的三角形面片切割原理示意图。

图7是本发明实施例提供的打印带图形数据生成示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法包括以下步骤：

S101，回转体母线分割：以冯卡门曲线回转体为例，对回转体母线分割是进行二分法迭代算法处理，并依据回转体天线罩的拱高误差进行打印带分割，得到满足要求的打印带；

S102，空间切割平面生成：求解各带近似直线与回转轴夹角，并利用该夹角构成的三角关系采用正余弦定理将切割问题转换为垂直于回转轴和变间距切割平面，产生一系列变间距切割平面；

S103，骑缝面分割：经过编间距截面分割后的回转体，近似等效为圆台，将其展开为平面内的扇形带。在展开缝切割平面处，筛选得到存在跨骑缝分割面的三角形，并依据跨面三角形的顶点数据和骑缝切割面方程计算跨面交点，重构跨面三角形；

S104，三角形面片切割：将三角形面片数据进行切割得到线段，通过展开算法将线段绘制到平面图形数据中；

S105，带打印图形数据绘制：根据分割带内部的切割层，将切割三角形面片获得的线段绘制到平面图形中，并分别输出各带的打印图形数据与对应G代码。

如图2所示，本发明实施例提供的非可展回转体天线罩表面打印路径规划系统包括：

回转体母线分割模块1，用于对回转体母线分割是进行算法处理，并依据回转体天线罩的拱高误差进行打印带分割；

空间切割平面生成模块2，用于通过求解各带近似直线与回转轴夹角，并利用该夹角构成的三角关系将切割问题转换为垂直于回转轴和变间距切割平面；

骑缝面分割模块3，用于筛选得到存在跨骑缝分割面的三角形，并依据跨面三角形的顶点数据和骑缝切割面方程计算跨面交点，重构跨面三角形；

三角形面片切割模块4，用于将三角形面片数据进行切割得到线段，通过展开算法将线段绘制到平面图形数据中，实现三角形面片的切割；

带打印图形数据绘制模块5，用于根据分割带内部的切割层，将切割三角形面片获得的线段绘制到平面图形中，并分别输出各带的打印图形数据。

下面结合术语解释对本发明的技术方案作进一步描述。

频率选择表面：是一种周期性金属图案结构，其容性部分和感性部分在谐振点发生谐振，从呈现带通或带阻特性，是一种空间滤波器。

压电喷墨打印：利用压电片产生机械震动，通过压力完成压电原件控制喷墨的整个过程。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

1. 回转体母线分割

天线罩通常是外形为冯卡门母线回转体的罩子，其表面为非可展三维曲面，要在其表面一体化喷印成形FSS天线。针对阵列压电喷头结构特点，对回转体母线分割是进行算法处理。如图3所示，阵列压电喷头表面有一列位于喷头表面的喷孔，而材料需要沉积在回转体母线中凸起的地方，为了提高一体化喷印成形天线罩的精度，需要依据回转体天线罩的拱高误差进行打印带分割，具体的过程可以分为一下几步：

(1)依据回转体母线前一点坐标和阵列喷头喷嘴列宽度，在回转体母线上迭代搜索与前一点距离为喷头宽度的坐标点。

(2)搜索到距离为喷头宽度的坐标点后，计算其与前一坐标点的空间直连线的中点和回转体母线上中点。

(3)计算两中点的空间距离并将此作为拱高误差，与设定拱高误差进行对比，若拱高误差太大，则将两点作为搜索边界，通过二分法继续搜索能满足拱高误差的分割带，若拱高误差满足设定，则直接将喷头宽度对应坐标点作为一个分割点。

(4)重复上述迭代搜索过程，将回转体母线分割为多个满足拱高误差要求的打印带。

2. 空间切割平面生成

分割带将回转体母线近似为一些列长度不超过喷头喷嘴列宽度的直线段，不同的近似直线段与回转轴之间的夹角不同，由于天线罩一体化喷印过程要保持喷头表面与母线切线方向平行，而喷头阵列孔在喷头平面内等距分布。因此，切割过程要沿着各带近似直线的法向进行，为了简化这一过程，通过求解各带近似直线与回转轴夹角，并利用该夹角构成的三角关系将垂直于线段的切割问题转换为垂直于回转轴和变间距切割平面，该过程的如图4所示。

通过上述方法，在回转体天线罩母线的低端和顶端之间的回转轴上产生了一系列分割平面位置坐标。根据回转轴的方向向量，结合其上切割平面所在位置坐标，将回转轴向量作为切割平面的法向量，将位置坐标点作为平面内一点，依据点法式平面方程构建出一系列变间距切割平面，从而构建出空间切割平面族。

3. 骑缝面分割

经过带分割算法处理后，可以将非可展回转体表面近似为一系列锥段构成的回转体，每一个锥段可以展开为平面内扇形带，但由于STL三维曲面文件分割带内三角形是相互呈现锯齿交织特性，不能直接沿着一个展开缝切面进行展开，需要对骑缝三角形面片数据进行三维重构，其原理如图5所示。

要重新构建跨面三角形数据，首先需要遍历三角形数据，并从中筛选出存在跨骑缝分割面的三角形，在此基础上，依据跨面三角形的顶点数据和骑缝切割面方程计算跨面交点，并据此重构跨面三角形，具体的算法步骤包括以下几步：

(1)遍历所有STL三维曲面文件，从中搜索与骑缝分割平面具有交点的三角形面皮数据。

(2)求解跨面三角形面片三个线段与骑缝分割面的交点，同时判断跨面三角形面皮与骑缝分割平面的相交模式，并通过重组三角形顶点和骑缝面交点来重构跨面三角形。

(3)将重构后的三角形数据加入到STL文件读取数据结构中。

4. 三角形面片切割

如图6所示，经骑缝分割面重构STL文件三维曲面数据后，所有的三角形面片数据都分布在骑缝分割平面两侧，此时将每一个三角形面片数据进行切割可以得到一系列线段，通过展开算法将这些线段绘制到平面图形数据中，实现三角形面片的切割，该过程具体的算法包括以下几步：

(1)依据空间切割平面生成的切割平面簇及位置点坐标，沿着回转轴方向计算三角形面片的最高点和最低点，并根据其点坐标使用二分法在切平面中确定与该三角形有交点的起始切平面和终止切平面；

(2)从上一步确定的起始切平面开始，计算三角形三个边与每个切平面的交点，并将两交点作为线段的两端点存储起来，同时标记线段所在分割层编号，执行该过程到终止切割平面；

(3)重复执行上述单个三角形面片切片过程，将非可展开空间曲面STL文件中的每一个三角形进行切片处理，得到一系列线段，并且每一个线段都标记了其对应的分割层。

5. 带打印图形数据绘制

将STL文件中的所有三角形面片切割成小线段后，需要将其转换为实际可用的打印图形数据。采用的方法是根据分割带内部的切割层，将切割三角形面片获得的线段绘制到平面图形中，线宽为一个像素点单位，将所有的切割线段绘制完成后分别输出各带的打印图形数据，具体过程如图7所示。

综合上述母线带分割、空间切割平面生成、骑缝面分割、三角形面片切割、带打印图形数据绘制等五个模块，将其功能串联起来回转体天线罩一体化喷印成形路径规划及模型处理软件，通过输入冯卡门曲线控制参数（端面半径、高度）、带分割控制参数（喷头宽度、公告误差、迭代终止误差标准）、切割图形单像素尺寸，最终输出各带喷印图形数据、切割效果三维图形显示，以及五轴联动G代码数据。

目前的喷墨打印只能进行平面打印，本发明给出了在非可展回转体上进行喷墨打印路径规划的整个流程方法，增材制造实现在非可展曲面与回转体上制作频率选择表面。本发明采用三维打印技术，对比专利1中采用车削，能制作各种复杂结构曲面。而专利2中未考虑回转体切片，未提出一整套系统的片与路径规划。

基于本发明制作的切片与路径规划及模型处理软件，制作的三维打印一体化成型天线罩(底部直径400mm、高400mm)。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法，其特征在于，所述非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法包括以下步骤：

步骤一，回转体母线分割：对回转体母线分割是进行算法处理，并依据回转体天线罩的拱高误差进行打印带分割；

步骤二，空间切割平面生成：求解各带近似直线与回转轴夹角，并利用该夹角构成的三角关系将切割问题转换为垂直于回转轴和变间距切割平面；

步骤三，骑缝面分割：筛选得到存在跨骑缝分割面的三角形，并依据跨面三角形的顶点数据和骑缝切割面方程计算跨面交点，重构跨面三角形；

步骤四，三角形面片切割：将三角形面片数据进行切割得到线段，通过展开算法将线段绘制到平面图形数据中，实现三角形面片的切割；

步骤五，带打印图形数据绘制：根据分割带内部的切割层，将切割三角形面片获得的线段绘制到平面图形中，并分别输出各带的打印图形数据与G代码。

2.如权利要求1所述非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法，其特征在于，步骤一中，所述回转体母线分割，包括：

天线罩通常是外形为冯卡门母线回转体的罩子，表面为非可展三维曲面，要在表面一体化喷印成形FSS天线；针对阵列压电喷头结构特点，对回转体母线分割是进行算法处理；阵列压电喷头表面有一列位于喷头表面的喷孔，而材料需沉积在回转体母线中凸起的地方，依据回转体天线罩的拱高误差进行打印带分割，包括：

（1）依据回转体母线前一点坐标和阵列喷头喷嘴列宽度，在回转体母线上迭代搜索与前一点距离为喷头宽度的坐标点；

（2）搜索到距离为喷头宽度的坐标点后，计算其与前一坐标点的空间直连线的中点和回转体母线上中点；

（3）计算两中点的空间距离并将此作为拱高误差，与设定拱高误差进行对比，若拱高误差太大，则将两点作为搜索边界，通过二分法继续搜索能满足拱高误差的分割带，若拱高误差满足设定，则直接将喷头宽度对应坐标点作为一个分割点；

（4）重复所述迭代搜索过程，将回转体母线分割为多个满足拱高误差要求的打印带。

3.如权利要求1所述非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法，其特征在于，步骤二中，所述空间切割平面生成，包括：

分割带将回转体母线近似为一些列长度不超过喷头喷嘴列宽度的直线段，不同的近似直线段与回转轴之间的夹角不同，由于天线罩一体化喷印过程要保持喷头表面与母线切线方向平行，而喷头阵列孔在喷头平面内等距分布，故切割过程沿着各带近似直线的法向进行；通过求解各带近似直线与回转轴夹角，并利用该夹角构成的三角关系将垂直于线段的切割问题转换为垂直于回转轴和变间距切割平面；

通过所述空间切割平面生成方法，在回转体天线罩母线的低端和顶端之间的回转轴上产生了一系列分割平面位置坐标；根据回转轴的方向向量，结合其上切割平面所在位置坐标，将回转轴向量作为切割平面的法向量，将位置坐标点作为平面内一点，依据点法式平面方程构建出一系列变间距切割平面，从而构建出空间切割平面族。

4.如权利要求1所述非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法，其特征在于，步骤三中，所述骑缝面分割，包括：

经过带分割算法处理后，将非可展回转体表面近似为一系列锥段构成的回转体，每一个锥段展开为平面内扇形带，但由于STL三维曲面文件分割带内三角形是相互呈现锯齿交织特性，不能直接沿着一个展开缝切面进行展开，故需对骑缝三角形面片数据进行三维重构；

要重新构建跨面三角形数据，首先遍历三角形数据，并从中筛选出存在跨骑缝分割面的三角形，在此基础上，依据跨面三角形的顶点数据和骑缝切割面方程计算跨面交点，并据此重构跨面三角形，包括：

（1）遍历所有STL三维曲面文件，从中搜索与骑缝分割平面具有交点的三角形面皮数据；

（2）求解跨面三角形面片三个线段与骑缝分割面的交点，同时判断跨面三角形面皮与骑缝分割平面的相交模式，并通过重组三角形顶点和骑缝面交点来重构跨面三角形；

（3）将重构后的三角形数据加入到STL文件读取数据结构中。

5.如权利要求1所述非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法，其特征在于，步骤四中，所述三角形面片切割，包括：

经骑缝分割面重构STL文件三维曲面数据后，所有的三角形面片数据都分布在骑缝分割平面两侧，此时将每一个三角形面片数据进行切割得到一系列线段，通过展开算法将这些线段绘制到平面图形数据中，实现三角形面片的切割，包括：

（1）依据空间切割平面生成的切割平面簇及位置点坐标，沿着回转轴方向计算三角形面片的最高点和最低点，并根据其点坐标使用二分法在切平面中确定与该三角形有交点的起始切平面和终止切平面；

（2）从上一步确定的起始切平面开始，计算三角形三个边与每个切平面的交点，并将两交点作为线段的两端点存储起来，同时标记线段所在分割层编号，执行该过程到终止切割平面；

（3）重复执行所述单个三角形面片切片过程，将非可展开空间曲面STL文件中的每一个三角形进行切片处理，得到一系列线段，并且每一个线段都标记其对应的分割层。

6.如权利要求1所述非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法，其特征在于，步骤五中，所述带打印图形数据绘制，包括：

将STL文件中的所有三角形面片切割成小线段后，需要将其转换为实际可用的打印图形数据；采用的方法是根据分割带内部的切割层，将切割三角形面片获得的线段绘制到平面图形中，线宽为一个像素点单位，将所有的切割线段绘制完成后分别输出各带的打印图形数据；

综合所述母线带分割、空间切割平面生成、骑缝面分割、三角形面片切割、带打印图形数据绘制在内的五个模块，将功能串联起来回转体天线罩一体化喷印成形路径规划及模型处理软件，通过输入冯卡门曲线控制参数、带分割控制参数、切割图形单像素尺寸，最终输出各带喷印图形数据、切割效果三维图形显示以及五轴联动G代码数据；

其中，所述冯卡门曲线控制参数，包括端面半径和高度；所述带分割控制参数，包括喷头宽度、公告误差和迭代终止误差标准。

7.一种实施权利要求1~6任意一项所述非可展回转体天线罩表面打印路径规划方法的非可展回转体天线罩表面打印路径规划系统，其特征在于，所述非可展回转体天线罩表面打印路径规划系统包括：

回转体母线分割模块，用于对回转体母线分割是进行算法处理，并依据回转体天线罩的拱高误差进行打印带分割；

空间切割平面生成模块，用于通过求解各带近似直线与回转轴夹角，并利用该夹角构成的三角关系将切割问题转换为垂直于回转轴和变间距切割平面；

骑缝面分割模块，用于筛选得到存在跨骑缝分割面的三角形，并依据跨面三角形的顶点数据和骑缝切割面方程计算跨面交点，重构跨面三角形；

三角形面片切割模块，用于将三角形面片数据进行切割得到线段，通过展开算法将线段绘制到平面图形数据中，实现三角形面片的切割；

带打印图形数据绘制模块，用于根据分割带内部的切割层，将切割三角形面片获得的线段绘制到平面图形中，并分别输出各带的打印图形数据。

8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

对回转体母线分割是进行算法处理，并依据回转体天线罩的拱高误差进行打印带分割；通过求解各带近似直线与回转轴夹角，利用该夹角构成的三角关系将垂直于线段的切割问题转换为垂直于回转轴和变间距切割平面，实现空间切割平面生成；遍历三角形数据，从中筛选出存在跨骑缝分割面的三角形，在此基础上，依据跨面三角形的顶点数据和骑缝切割面方程计算跨面交点，据此重构跨面三角形；将每一个三角形面片数据进行切割得到一系列线段，通过展开算法将这些线段绘制到平面图形数据中，实现三角形面片的切割；根据分割带内部的切割层，将切割三角形面片获得的线段绘制到平面图形中，线宽为一个像素点单位，将所有的切割线段绘制完成后分别输出各带的打印图形数据。

9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

对回转体母线分割是进行算法处理，并依据回转体天线罩的拱高误差进行打印带分割；通过求解各带近似直线与回转轴夹角，利用该夹角构成的三角关系将垂直于线段的切割问题转换为垂直于回转轴和变间距切割平面，实现空间切割平面生成；遍历三角形数据，从中筛选出存在跨骑缝分割面的三角形，在此基础上，依据跨面三角形的顶点数据和骑缝切割面方程计算跨面交点，据此重构跨面三角形；将每一个三角形面片数据进行切割得到一系列线段，通过展开算法将这些线段绘制到平面图形数据中，实现三角形面片的切割；根据分割带内部的切割层，将切割三角形面片获得的线段绘制到平面图形中，线宽为一个像素点单位，将所有的切割线段绘制完成后分别输出各带的打印图形数据。

10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求7所述非可展回转体天线罩表面打印路径规划系统。

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