CN115994392A - 提高增材制造补偿过程中的准确性和可制造性的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于通过增材制造创建预补偿零件的系统和方法，该系统和方法通过区域的用户指定选择或区域的自动选择在零件区域中提供更精确的补偿。增材制造系统首先生成计算机辅助设计(CAD)图像，然后测量部件的物理表示，然后确定要补偿的量，并在整个零件上使用多级b样条变形生成补偿场，以创建3‑D零件。实施例还可以包括自动化以确定使整个增材制造零件上的所有点变形的最佳级别，使用增量变形，局部确定正确的变形级别，以及使用权重来确定哪些区域在它们被补偿时接收高级别变形。

Description

提高增材制造补偿过程中的准确性和可制造性的系统和方法
技术领域
本公开大体上涉及增材制造过程，并且更具体地，涉及包括基于测量的补偿的几何失真减轻制造过程和系统。
背景技术
增材制造(AM)过程可用于由数字模型制造精密的三维部件。这种部件可以使用增材过程制造，其中连续的材料层一层一层地固化。AM的发展趋势正在从原型设计转向工具应用和复杂的最终用途零件生产。例如，金属粉末床AM过程自2014年以来发展了50％以上，这得益于AM的优势并能够按需制造。
在金属粉末床AM中仍有待解决的基本挑战是失真减轻。由快速凝固速率、严重温度梯度和与温度相关的相变中的一种或多种引起的AM过程中变形的影响是，在计算机辅助设计(CAD)图像可以转变成几何相关零件之前通常需要多次(例如，五次或更多次)补偿迭代。不幸的是，许多迭代通常需要几个月的时间来产生几何相关零件。
附图说明
图1示意性地描绘了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的包括计算机系统的说明性分布式增材制造系统；
图2描绘了结合图1的计算机系统的用于增材制造的说明性系统；
图3描绘了用于使附加级别变形以补偿图1至图2的增材制造系统中的过拟合和欠拟合的说明性过程；
图4描绘了用于在图1至图2的增材制造系统中变形的两种说明性方法；
图5描绘了使用各种变形方法的增材制造零件的各种图像；和
图6描绘了图1的增材制造系统内的计算机系统。
具体实施方式
本公开大体上涉及用于通过生成部件的标称计算机辅助设计(CAD)图像来在增材制造过程中进行补偿的装置、系统和方法。本公开的装置、系统和方法通过提供一种指定变形零件几何图形与数据的拟合程度的新方法来帮助创建更精确的预补偿零件并提供补偿零件的更好的可制造性和准确性。这是通过使用受约束的变形来实现的，这可以包括在零件区域上强制取向或高度、局部和全局到局部的变形，其中零件上有或多或少精细补偿的区域，这些区域由用户设置或自动设置，并通过结合产品和制造信息来指定需要更精确补偿的零件区域。
通常，迭代补偿方法和程序可以分为两种主要类型：基于测量数据的方法和基于模拟数据的方法。在关于AM类型制造的一些方面，CAD图像可以用作产生物理部件的基础。然而，当打印AM过程的产品时，由于一种或多种因素(例如，热变形等)，它通常至少部分地相对于CAD图像的尺寸变形或以其他方式失真。
传统的AM过程可包括基于CAD图像设计打印部件，测量产生的(即，打印的)部件以获得包括打印的物理部件和部件的理想CAD图像之间的偏差的测量数据，基于测量数据使CAD图像的几何图形变形(即，改变)(这是通过将测量的偏差反演并将其应用于CAD图像以获得补偿的几何图形)，将变形的CAD图像提交给AM打印过程，并重复上述操作进行多次迭代，以产生具有可接受的残余几何误差的部件。
当通过AM过程创建零件时，传统过程可能使用导致欠拟合和过拟合的无约束补偿。本公开的装置、系统和方法在变形过程中利用受约束的补偿，这意味着选择的几何特征以不同的级别变形，从而允许产生出更适合的零件。该方法可以包括自适应全局到局部补偿，其中在预定义区域中应用更高和更精细的变形级别，而对零件的其余部分应用更低或更粗略的变形级别。这可以创建更准确的零件并节省构建时间。
在某些方面，由AM过程产生的部件通常只是将单个b样条变形级别应用于要补偿的整个构建零件。(对b样条变形的任何参考可以参考US20170368753A1中的公开内容，其将b样条变形描述为在CAD图像中包括b样条表面几何图形以及使用具有多级b样条插值和逼近的b样条张量拟合，使用了三次、线性、二次、四次和其他b样条曲线，其中生成一系列b样条函数，并且可以使用精细化来组合这些函数)。此过程可能需要知识渊博的用户指定特定的全局级别，这需要有关特定零件及其环境的广泛知识。在某些情况下，部件或其部分可具有使用全局级别并响应于变形过程在各个区域中过度/欠补偿的趋势。
例如，如果部件正在变形以补偿一些失真(例如，1mm)，则主题部件的部分可能会比期望的1mm改变得更多，而部件的其他部分可能会通过比期望的1mm改变得更少来进行响应。也就是说，部件或其部分可能不会相同地(即，线性地)改变。在另一个示例中，单个全局级别可能导致在已经在公差范围内的区域/面中进行不必要的补偿，或者在具有严格公差的区域/面中导致补偿不足。不必要的补偿也可能导致迭代补偿过程的收敛速度较慢，因为零件几何图形往往对变形操作具有复杂的系统响应。此外，级别太高的变形会导致预补偿零件中的噪声测量数据，而级别太低的变形会平滑噪声测量数据，但代价是不适合存在于构建中的某些失真。
为了解决这个问题和其他问题，本公开的装置、系统和方法包括用户可以在零件上指定“精细化区域”的方法。在这些区域中，存在需要较高级别的变形的特征(例如，构建线或其他特征)。在这些区域中应用较高级别的变形，而对零件的其余部分应用较低级别的变形。由于可能希望在高级别和低级别的变形区域之间进行平滑过渡，同时限制它们之间的重叠，因此高级别的变形不应影响远离低级别的变形区域的点。该方法可以应用多级b样条变形操作，其中所有点将通过两个级别中的较低级别进行变形，而指定区域中的点将通过附加级别进行变形，终止于期望的高级别。
本公开的另一个实施例包括一种方法，该方法利用自动化来指定用于使整个零件变形的最佳全局级别，从而消除用户的责任。此方法从低级别开始将增量变形应用于整个零件。在第一次变形之后，根据一个或多个标准检查偏差残差。标准示例可以包括，例如，点的固定百分比在距离公差内，所有点在几何尺寸和公差(GD+T)标准内，并且所有点的均方根误差低于某个阈值。如果指定了所有标准，则执行更高级别的变形，直到满足所有标准。
本公开的第三实施例可以局部地而不是全局地自动确定正确的变形级别。这可以包括以下步骤：将公差信息分配给每个偏差数据点，以连续级别运行补偿并计算残余偏差，去除满足局部公差的点(例如，给定点的残余偏差小于公差)，如果剩余的数据点数量大于0则连续移动通过这些点并返回至以连续级别运行补偿。这样，精细补偿仅应用于更严格的公差特征。如在本文公开的其他方法中，公差信息可以来自产品和制造信息(PMI)、GD+T、单个全局公差、用户指定的公差或类似变量。
另一个实施例可以包括向数据点添加权重，其中更严格的公差区域中的点将具有更大的权重。这些方法的优点可以包括较少的几何修改/补偿，以使零件尺寸在公差范围内，从而使用较少的迭代次数，因此花费较少的时间来开发可接受的补偿构建几何图形。
高级变形的示例可以包括局部、全局和受约束的变形的多种组合。全局变形可以定义为将相同的b样条变形参数应用于整个几何图形。局部变形可以定义为特定区域中的b样条变形参数，这些参数与在该区域之外指定的参数不同地指定。该区域可能仅包含要变形的一些几何图形。最后，受约束的变形可以定义为约束区域内的点被强制保留在定义的表面(例如平面)上，从而不允许沿局部表面法线平移。结果是局部点可以自由地平行于该表面但不能垂直于该表面移动。或者，可以应用刚体变换，在这种情况下，变形时只允许选定几何特征沿x、y、z平移和/或旋转。
此外，该方法可以包括没有约束并且还定义高级变形的域的初始变形。这可以通过使用最小和最大点创建边界框和/或创建仅存在于感兴趣区域中的偏差数据子集来完成。例如，感兴趣区域可以是平面或弯曲表面，在其上方和下方具有指定的“厚度”，也称为挤压。偏差数据可以由用户手动选择，或者偏差可以基于与标称上的哪些表面相关联进行分类。用户可以进一步定义超出高级变形区域的过渡区域，其中域中的所有内容都将进行100％高级变形，过渡区域内的点将受到高级变形的部分影响，以及域外的所有内容和相应的过渡区域将不受高级变形的影响。过渡区域具有定义的传递函数，该传递函数确定如何处理区域内的点。过渡还应保持一定程度的连续性(例如C1、C2等)。过渡区域定义的一个示例可以是斜坡函数。
可以定义多个高级变形域，并且每个区域可以具有其自己的独立于其他区域的参数。受约束的变形可以包括“捕捉”域中的点以确保应用该约束。可以在已经执行主b样条变形后应用此约束操作。或者，这可以创建可用于高级变形的新偏差向量。全局到局部的变形可以包括高级变形域内的变形场精细化，其与域外的变形场的精细化不同地定义。这种特殊的方法使用域内修改的偏差向量创建高级变形场。
步骤还可以包括根据高级变形参数对高级变形场内的标称点进行变形。过渡区域中的点根据过渡区域传递函数进行部分变形。高级变形域和过渡区域之外的点不受高级变形和过渡的影响。
在一些实施例中，零件的几何图形在单个变形中以多个不同的控制点间距或级别进行变形。可以根据构建线的存在、测量数据质量、零件公差、壁或特征厚度以及模拟中的有限元网格间距来修改控制点间距。变形可以进一步基于测量数据或模拟数据。另外，每个维度的控制点间距可以不同，过渡区域可以在不同的控制点间距区域之间。例如，在实验中，与5级基线相比，基于区域的方法将构建线深度减少了约75％(0.3mm至0.08mm)，并产生了更平滑的表面。
实施例可以进一步包括：变形场具有一个或多个应用的约束，包括但不限于，其中该约束确保面向上或面向下的表面的平坦度，其中该约束确保平坦表面或弯曲表面的平面、平行或刚体变换，其中该约束使用多个连续变形来应用，其中该约束通过将变形场结果与传递函数(例如平滑斜坡函数)相乘来应用，其中该约束是平面、平行或刚体，或者其中在受约束和不受约束的区域之间应用过渡区域。此外，该约束可用于确保表面上的所有点都沿着不允许平面旋转的特定平面被保持。此约束可以防止楼梯踩在(stair-stepping)面朝上的表面上，并且可以用在零件的构建板上。
该过程可以包括利用b样条变形过程并通过定义平面、平面上方和下方的受约束变形区域距离以及过渡区域来在图像上创建一个或多个感兴趣区域。在感兴趣区域(ROI)内，约束由以下规则之一定义：受约束区域内的点被强制保留在所定义的平面上(不允许沿平面法线平移)，并针对受约束区域内的所有点计算平均平移。然后每个点都可以沿平面法线按该平均值变形，从而允许图像表面保持平坦。
本公开所设想的变形方法包括(1)没有约束的初始变形，随后是利用根据上述规则之一在受约束区域内修改的偏差向量的第二变形，和(2)根据上述规则之一在受约束区域内修改的偏差向量和斜坡函数的单个变形，其中斜坡函数将偏差向量修改从受约束区域通过过渡区域转换到无约束区域。
此外，该过程可以包括通过定义以下内容而在图像上创建一个或多个感兴趣区域(ROI)来利用b样条变形过程：使用最小/最大点的边界框，创建受限于ROI并在每个ROI内的第二组偏差数据，定义了以下参数：B样条变形级别或bin大小；过渡区域大小(边界框内的所有内容都可以进行100％局部变形)，过渡区域内的点，其将受到局部变形的部分影响，而边界框和过渡之外的所有内容都不会受到局部变形的影响。
变形方法还可以包括将初始全局变形应用于整个几何图形，随后将随后的变形应用于每个ROI其对应参数。该方法还可以包括具有斜坡函数的单个变形，该斜坡函数将变形参数从在ROI中定义的那些参数通过过渡区域转换为针对零件的其余部分定义的变形参数。
转向图1，提供了根据一些实施例的系统100。在一个或多个实施例中，系统100被调节为执行图3中的过程300。实施这些过程的软件可以存储在任何非暂时性有形介质中，包括固定磁盘、软盘、CD、DVD、闪存驱动器或磁带。下面将针对系统的实施例描述这些过程的示例，但实施例并不限于此。
开始，在步骤103处，要通过增材制造(AM)装置104制造的部件102的标称计算机辅助设计(CAD)图像101由计算机系统106生成，该计算机系统106也可以称为几何补偿模块。计算机系统106可以包括处理器110和存储器112。处理器110例如可以是传统的微处理器，并且可以操作以控制计算机系统106的整体功能。在一个或多个实施例中，计算机系统106可以包括通信控制器，用于允许处理器110以及因此允许计算机系统106通过数据网络与其他装置(例如，测量装置108)进行通信。在一个或多个实施例中，计算机系统106可以包括一个或多个存储器和/或数据存储装置112，其可以包括硬盘驱动器、RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、闪存存储器等的一个或多个的任意组合。存储器/数据存储装置122可以存储对处理器110和计算机系统106进行编程以执行如本文描述的功能的软件。
在一个或多个实施例中，图像中的标称CAD几何图形(边界表示(B-rep))或构造实体几何图形(CSG)可以转换为.stl格式(立体光刻文件格式)或任何其他合适的辅助格式，其中辅助格式与原始文件格式不同。传统上，B-rep和CSG可以是在实体建模或成像中表示形状的方法。立体光刻格式文件可以仅使用三角形网格描述三维对象的表面几何图形，而没有任何颜色、纹理或其他常见CAD图像属性的表示，这可能使其成为快速原型制作更理想的文件格式。在一些实施例中，可以将.stl格式的标称CAD图像101传输103到AM装置104以构建物理部件102。在一些实施例中，标称CAD图像101在传输到AM装置104之前不能转换为另一种格式。应该理解的是，CAD图像也可以被称为CAD模型，如通常理解的那样。
在步骤105中，在AM装置104处使用AM过程产生物理部件102。例如，如图5所示，图1的物理部件102可以是机械部件。可以使用可通过AM过程产生的任何其他合适的部件。在一些实施例中，在产生物理部件102之前，可以用一组平面对标称CAD图像101进行切片，从而产生一组一个或多个二维(2D)层，以获得在增材制造过程期间每个层的激光路径。
在步骤107中，通过测量装置108测量物理部件102以捕获图1的物理部件102的外表面和内表面中的至少一个的几何图形，如图5所示。测量装置108可以是坐标测量机(CMM)、X射线计算机断层扫描(CT)系统、CT、蓝光、超声波测试、涡流或任何其他合适的检查/计量装置。在一个或多个实施例中，测量数据可以是点云坐标数据。在一个或多个实施例中，可以将点云坐标测量值转换(例如，通过AM装置处的后处理)成三角形网格数据。所测量的数据109可以被传输到计算机系统106。
在该阶段，计算机系统通过补偿场生成修改标称CAD图像的补偿模型，其中补偿场进一步使用多级变形来创建，其中标称CAD图像的所有点可以通过两个级别中的较低级别来进行变形，而用户指定区域中的点通过附加的级别进行变形。然后使用此修改后的CAD图像生成部件的物理零件表示。
模型补偿场可以通过对用户指定区域使用多级b样条变形来创建，对用户指定区域使用多级b样条变形考虑了产品和制造信息(PMI)、单个全局公差、用户指定公差或通过数据分析自动收集的公差。在一些实施例中，模型补偿场可以针对用户指定区域利用在单个变形中应用的多个不同的控制点间距或级别，并且控制点间距基于构建线的存在、测量数据质量、零件公差、壁或特征厚度或有限元网格间距进行修改。此外，计算机系统106可以基于过去的性能来创建用于变形数据的最佳全局级别的自动选择以使部件变形。计算机系统106还可以包括从低级别开始对整个部件应用增量变形，并且根据一组标准检查一组产生的偏差残差，该一组标准包括：距离公差内的点的固定百分比，是否所有点在几何尺寸和公差标准内，以及如果所有点的均方根误差低于阈值则执行更高级别的变形，直到满足所有标准。用户可以设置变形约束以确保面向上和面向下的表面的平整度以及平坦表面或弯曲表面的刚体变换。此外，通过利用存储器112和处理器110将公差信息分配给每个偏差数据点，以连续级别运行补偿并计算残余偏差，去除满足局部公差的点，并针对每个数据点重复，可以在局部级别自动确定正确的变形级别。
图2示出了用于完成AM过程和补偿AM零件的系统的另一个实施例。在一些实施例中，系统200可以分别实现图3所示的过程300。然而，本文公开的过程(例如，过程300和本文中的其他过程)可以使用硬件(例如，电路)、软件及其组合的任何合适的组合来执行。在一个实施例中，系统200被配置为实现本文中的过程，使得该系统是被配置为执行不可由通用计算机或装置执行的操作的专用元件。实施这些过程的软件可以通过任何非暂时性有形介质存储，包括固定磁盘、软盘、CD、DVD、闪存驱动器或磁带。下面将针对系统的实施例描述这些过程的示例，但实施例并不限于此。
系统200接收CAD图像，该CAD图像指定将由本文中的AM系统和过程产生的主题部件的几何特征和尺寸。在一些情况下，可以转换或以其他方式(预)处理CAD图像205，以将标称CAD几何图形转换为适合于由系统200的其他装置和模块处理和导入的所需格式。系统200包括AM系统210，其能够基于CAD图像设计产生物理表示(即，部件215)。由AM系统210产生部件215可能包括所打印的部件的后处理。部件215由测量装置220测量以获得由AM系统210产生的物理部件的测量数据。在一些实施例中，坐标测量机(CMM)、X射线、计算机断层扫描(CT)、以及其他精密成像和测量系统可用于获得与由AM系统210产生的物理部件215相对应的测量数据。
系统200进一步包括具有多个控制点间距和各种变形约束的补偿模块225，以计算补偿场以便通过补偿场修改标称CAD图像，其中补偿场是使用多级变形进一步创建的，其中标称CAD图像的所有点都通过两个级别中的较低级别进行变形，而用户指定区域中的点通过附加的级别变形；并由修改后的标称CAD图像生成部件的物理零件表示。在一些实施例中，本文的补偿场至少在最初可能不是完全准确的。测量数据可以有助于或以其他方式用于提高模拟的准确性，其中缺乏准确的数据可能使补偿不如期望的或可能的那样准确。也就是说，在一些实施例中，测量数据可用于提高仿真建模和本文其他过程的准确性。
补偿模块225操作以基于CAD图像205的几何图形和物理部件215之间的偏差确定补偿场，该偏差是基于由测量装置220产生的测量数据以及基于由补偿模块225产生的非线性补偿场确定的。标称CAD图像205可以基于由补偿模块225确定并由AM系统210使用的补偿场进行修改，以产生与CAD图像205精确对应的部件。补偿模块225可以在图1的计算机系统106中。
图3是根据本文的一些实施例的过程300的说明性描述。最初，在操作305处，要通过AM过程制造的部件的标称计算机辅助设计(CAD)图像由增材制造系统接收，以使用增材制造(AM)过程310由CAD产生部件的物理表示。
在某些情况下，在操作310处接收到的标称CAD图像几何图形的几何图形可以包括(边界表示(B-rep)或构造实体几何图形(CSG)数据，并可以转换为“.stl”格式(立体光刻文件格式)或任何其他合适的辅助格式，其中辅助格式与原始文件格式不同，用于过程300中的进一步处理。传统上，B-rep和CSG可以是实体建模中表示形状的方法。立体光刻格式文件可以仅使用三角形网格描述三维对象的表面几何图形，而没有任何颜色、纹理或其他常见CAD图像属性的表示，这可能使其成为快速原型制作更理想的文件格式。在一些实施例中，AM系统(例如，图2，210)可以使用“.stl”格式的标称CAD图像来构建物理部件。在一些实施例中，在操作310处接收的标称CAD图像在传输到AM系统之前可能不会转换为另一种格式。
在操作310处，使用AM过程产生部件的物理表示。过程300然后从操作310进行到操作315，其中通过测量装置测量由AM系统产生的物理部件，以捕获包括物理部件的外表面和/或内表面中的至少一个的几何图形的测量数据。测量装置可以是CMM、X射线、CT系统或任何其他合适的检查/测量装置。在一些实施例中，测量数据可以是点云坐标数据。在一个实施例中，可以将点云坐标测量值转换(例如，通过AM系统处的后处理)成三角形网格数据。
在操作320处，确定用于产生物理部件的CAD图像的几何图形与在操作315处获得的物理部件的测量数据之间的偏差。在325处进一步评估确定的偏差以确定由AM系统产生的初始物理部件是否在可接受的公差内准确地产生，如为过程300的执行所确定的。
如果初始产生的物理部件被确定为可接受的(即，满足或超过设计几何标准)，则过程300可以在330处终止，而无需对物理部件进行进一步精细化。
如果最初产生的物理部件在决策点320处被确定为不可接受，则过程300可以如进一步说明的那样进行以修改CAD图像设计，从而可以通过AM系统产生足够准确的物理部件。在操作320处，测量数据被发送到计算机系统106以确定补偿场，从而改变CAD，以便补偿测量数据与CAD数据的偏差。
在一些实施例中，在这点上，用户可以使用图1中的计算机系统或其他方法在CAD中设置区域，以便区域可以通过不同级别变形325。在这点上，计算机系统106然后可以使用一个级别使所有点变形，并且利用第二级别使用户指定区域内的附加点变形，或者允许用户设置附加的变形约束，以便在操作330处创建修改的标称CAD图像。最后，AM系统在操作335处从修改的标称CAD图像产生物理零件。
仍然参考图3，特别是对于操作335，标称CAD图像由在操作330处确定的补偿场修改。在一些实施例中，部件的整体修改形状可以大于标称形状以考虑一些预期收缩。在一些实施例中，修改形状可以包括一个或多个大于标称形状的区域和一个或多个小于标称形状的区域(即非线性)。大于标称形状的区域可以考虑导致预期的收缩，而小于标称形状的区域可以考虑由于AM过程的应力而膨胀的区域。在一个或多个实施例中，标称CAD图像(例如，标称三角形网格)可以通过补偿场(例如，由三变量B样条超补丁表示)以具有修改形状。在一个或多个实施例中，节点或点可以根据补偿场从标称CAD图像中的第一位置移动到修改位置(例如，第二位置)以实现修改形状。过程300以基于修改后的标称CAD图像产生部件的物理表示而结束。
图4是在405中仅使用高级别和低级别变形的变形以及在410中的当前系统和方法的实施例的描述。如图所示，特别是在405中，高级别变形将导致对测量噪声的过度拟合，而低级别变形可能无法捕捉到测量数据的真实特征。410示出了应用多级b样条变形的优选方法，其中所有点都通过两个级别中的较低级别变形，而指定区域中的点通过附加级别变形，终止于期望的高级别。在410的开始，进行低级别变形，然后是高级别变形，其中有一个过渡区域，然后是低级别变形。这会创建更平滑的过渡区域，并允许零件的更平滑的光洁度。
图5示出了三个不同级别的变形示例。505描绘了级别5变形，其中级别太低，零件太平滑，无法捕捉构建线变形特征。515示出了级别9变形，其捕捉了构建线，但拾取了大量测量和打印噪声。510示出了基于区域的变形方法，其可以捕捉构建线并滤除噪声以产生更准确的零件。
图6是根据一些实施例的计算系统600的框图。系统600可以包括通用或专用计算设备并且可以执行程序代码以执行本文描述的任何方法、操作和功能。系统400可以包括一个或多个系统(例如，系统200或系统600)和过程(例如，300)的实现。根据一些实施例，系统600可以包括未示出的其他元件。
系统600包括操作地耦合到通信装置620的处理器610、数据存储装置630、一个或多个输入装置640、一个或多个输出装置650和存储器660。通信装置621可以促进与外部装置(例如数据服务器和例如向CAD图像设计存储库和其他系统、装置提供访问的其他数据源)和处理模块(例如补偿模块(例如，图2，225))的通信。例如，输入装置640可以包括键盘、小键盘、鼠标或其他指向装置、麦克风、旋钮或开关、红外(IR)端口、扩展底座和/或触摸屏。例如，可以使用输入装置640将信息输入到系统600。例如，输出装置650可以包括显示器(例如，显示非线性比例因子图的显示屏)、扬声器和/或打印机。
数据存储装置630可以包括任何适当的持久性存储装置，包括磁存储装置(例如，磁带、硬盘驱动器和闪存存储器)、光存储装置、只读存储器(ROM)装置等的组合，而存储器660可以包括随机存取存储器(RAM)、存储类存储器(SCM)或任何其他快速存取存储器。
变形引擎632可以包括由处理器610(以及在执行引擎内)执行的程序代码，以使系统600执行本文描述的任何一个或多个过程。实施例不限于由单个设备执行。处理逻辑634可以操作以进一步控制处理器610以实现本文公开的过程。数据存储装置630还可以存储用于提供附加功能和/或系统600的操作所必需的数据和其他程序文件636，例如设备驱动程序、操作系统文件等。
如本领域技术人员所知，本发明的各个方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开的各个方面可以采取全硬件实施例、全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或结合软件和硬件方面的实施例的形式，这些方面在本文中通常被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的各个方面可以采取体现在一种或多种计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述计算机可读介质具有体现在其上的计算机可读程序代码。
该过程的一个实施例的步骤可以包括生成部件的CAD图像；使用增材制造(AM)过程由标称CAD图像生成部件的物理表示；测量部件的物理表示以获得测量数据；确定标称CAD图像的几何图形与部件的物理表示的测量数据之间的偏差；根据所确定的标称CAD图像的几何图形与部件的物理表示的测量数据之间的偏差确定补偿场；通过补偿场修改标称CAD图像，其中补偿场进一步使用多级变形来创建，其中标称CAD图像的所有点都通过两个级别中的较低级别变形，而用户指定区域中的点通过附加级别变形；以及由修改后的标称CAD图像产生部件的物理零件表示。
该方法可以进一步利用考虑产品和制造信息(PMI)、单个全局公差、用户指定公差或通过数据分析自动收集的公差的用户指定区域的变形。
该方法还可以针对用户指定区域利用在单个变形中应用的多个不同的控制点间距或级别，并且控制点间距基于构建线的存在、测量数据质量、零件公差、壁或特征厚度或有限元网格间距来修改。
此外，该方法可以包括自动选择最佳全局级别以使部件变形并从低级别开始将增量变形应用于整个部件，并且根据一组标准检查一组产生的偏差残差，该一组标准包括：距离公差内的点的固定百分比，是否所有点在几何尺寸和公差标准内，以及如果所有点的均方根误差低于阈值，则执行更高级别的变形直到满足所有标准。该方法可以包括变形约束以确保面向上和面向下的表面的平整度以及平坦表面或弯曲表面的刚体变换，并且其中通过将公差信息分配给每个偏差数据点，以级别n运行补偿并计算残余偏差，去除满足局部公差的点，并对每个数据点重复，可以在局部级别自动确定正确的变形级别。还可以基于具有更大权重的更严格公差区域的区域对数据点应用权重。
附图中的流程图和框图说明了根据本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个框可以表示模块、区段或代码的一部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应注意，在一些替代实施方式中，框中标注的功能可能不按图中标注的顺序出现。例如，连续显示的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还应注意的是，框图和/或流程图中的每个框，以及框图和/或流程图中各个框的组合，都可以通过执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统，或专用硬件和计算机指令的组合来实现。
应当注意，本文描述的任何方法可以包括提供系统的附加步骤，该系统包括体现在计算机可读存储介质上的不同软件模块；例如，模块可以包括框图中描绘和/或本文描述的任何或所有元件；作为示例而非限制，几何补偿模块。然后可以使用在一个或多个硬件处理器上执行的如上所述的系统的不同软件模块和/或子模块来执行方法步骤。此外，计算机程序产品可以包括具有代码的计算机可读存储介质，该代码适于被实现以执行本文描述的一个或多个方法步骤，包括提供具有不同软件模块的系统。
现在应该理解，本文所述的装置、系统和方法通过将多级b样条变形应用于零件的各个区域来产生改进的AM产生零件。
当介绍本公开的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在具有包容性，并表示可能存在除所列元件之外的其他元件。
本文所讨论的所有系统和过程可以体现在存储在一个或多个非暂时性计算机可读介质上的程序代码中。这样的介质可以包括例如软盘、CD-ROM、DVD-ROM、闪存驱动器、磁带和固态随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)存储单元。因此实施例不限于硬件和软件的任何特定组合。
本文描述的实施例仅用于说明目的。本领域技术人员将认识到可以通过对上述实施例的修改和改变来实践其他实施例。
该书面描述使用示例来解释本公开，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可专利范围由所附权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质差异的等效结构元件，则此类其他示例旨在落入权利要求的范围内。
本公开的进一步方面由以下条项的主题提供：
一种计算机实现的方法，包括：生成部件的标称计算机辅助设计(CAD)图像；使用增材制造(AM)过程由所述标称CAD图像产生所述部件的物理表示；测量所述部件的所述物理表示以获得测量数据；确定所述标称CAD图像的几何图形和所述部件的所述物理表示的所述测量数据之间的偏差；基于所确定的所述标称CAD图像的所述几何图形和所述部件的所述物理表示的所述测量数据之间的所述偏差确定补偿场；通过所述补偿场修改所述标称CAD图像，其中所述补偿场进一步使用多级变形来创建，其中所述标称CAD图像的所有点通过两个级别中的较低级别变形，而用户指定区域中的点通过附加级别变形；和由修改后的标称CAD图像产生所述部件的物理零件表示。
根据任一前述条项所述的计算机实现的方法，其中，所述计算机实现的方法利用针对用户指定区域的变形，所述针对用户指定区域的变形考虑到产品和制造信息(PMI)、单个全局公差、用户指定公差或通过数据分析自动收集的公差。
根据任一前述条项所述的计算机实现的方法，其中，所述计算机实现的方法利用多个不同的控制点间距或级别，所述多个不同的控制点间距或级别应用于用户指定区域的单个变形中，并且所述控制点间距根据构建线的存在、测量数据质量、零件公差、壁或特征厚度或有限元网格间距进行修改。
根据任一前述条项所述的计算机实现的方法，其中，所述计算机实现的方法包括自动选择最佳全局级别以使所述部件变形。
根据任一前述条项所述的计算机实现的方法，其中，所述计算机实现的方法包括从低级别开始对整个部件应用增量变形，其中根据一组标准检查一组产生的偏差残差，所述一组标准包括：距离公差内的点的固定百分比，所有点是否在几何尺寸和公差标准内，以及如果所有点的均方根误差低于阈值，则执行较高级别的变形直到满足所有标准。
根据任一前述条项所述的计算机实现的方法，进一步包括变形约束，以确保面向上和面向下的表面的平整度以及平坦表面或弯曲表面的刚体变换。
根据任一前述条项所述的计算机实现的方法，其中，通过将公差信息分配给每个偏差数据点、以级别n运行补偿并计算残余偏差、去除满足局部公差的点并且针对每个数据点重复，在局部级别自动确定正确的变形级别。
根据任一前述条项所述的计算机实现的方法，其中，基于具有更大权重的更严格公差区域的区域，将权重应用于数据点。
一种包含编程指令的计算机程序，所述编程指令使处理器：生成部件的标称计算机辅助设计(CAD)图像；使用增材制造(AM)过程由所述标称CAD图像产生所述部件的物理表示；测量所述部件的所述物理表示以获得测量数据；确定所述标称CAD图像的几何图形和所述部件的所述物理表示的所述测量数据之间的偏差；基于所确定的所述标称CAD图像的所述几何图形和所述部件的所述物理表示的所述测量数据之间的所述偏差确定补偿场；通过所述补偿场修改所述标称CAD图像，其中所述补偿场进一步使用多级变形来创建，其中所述标称CAD图像的所有点通过两个级别中的较低级别变形，而用户指定区域中的点通过附加级别变形；和由修改后的标称CAD图像产生所述部件的物理零件表示。
根据任一前述条项所述的计算机程序，其中，所述计算机程序针对用户指定区域利用产品和制造信息(PMI)、单个全局公差、用户指定公差或通过数据分析自动收集的公差。
根据任一前述条项所述的计算机程序，其中，所述计算机程序利用多个不同的控制点间距或级别，所述多个不同的控制点间距或级别应用于所述用户指定区域的单个变形中，并且所述控制点间距根据构建线的存在、测量数据质量、零件公差、壁/特征厚度或有限元网格间距进行修改。
根据任一前述条项所述的计算机程序，其中，通过将公差信息分配给每个偏差数据点、以级别n运行补偿并计算残余偏差、去除满足局部公差的点并且针对每个数据点重复，在局部级别自动确定正确的变形级别。
根据任一前述条项所述的计算机程序，其中，所述计算机程序包括从低级别开始对整个部件应用增量变形，其中根据一组标准检查一组产生的偏差残差，所述一组标准包括：距离公差内的点的固定百分比，所有点是否在几何尺寸和公差标准内，以及如果所有点的均方根误差低于阈值。
根据任一前述条项所述的计算机程序，其中，存在约束，以确保面向上和面向下的表面的平整度以及平坦表面或弯曲表面的刚体变换。
根据任一前述条项所述的计算机程序，其中，基于具有更大权重的更严格公差区域的区域，将权重应用于数据点。
一种系统，包括：增材制造装置，所述增材制造装置能够操作以制造第一部件；与所述增材制造装置通信耦合的几何补偿模块；和与所述增材制造装置通信并存储程序指令的存储器，所述几何补偿模块能够与所述程序指令和所述增材制造装置一起操作以执行如下功能：生成部件的标称计算机辅助设计(CAD)图像；使用增材制造(AM)过程由所述标称CAD图像产生所述部件的物理表示；测量所述部件的所述物理表示以获得测量数据；确定所述标称CAD图像的几何图形和所述部件的所述物理表示的所述测量数据之间的偏差；基于所确定的所述标称CAD图像的所述几何图形和所述部件的所述物理表示的所述测量数据之间的所述偏差确定补偿场；通过所述补偿场修改所述标称CAD图像，其中所述补偿场进一步使用多级变形来创建，其中所述标称CAD图像的所有点通过两个级别中的较低级别变形，而用户指定区域中的点通过附加级别变形；和由修改后的标称CAD图像产生所述部件的物理零件表示。
根据任一前述条项所述的系统，其中，所述系统针对用户指定区域利用产品和制造信息(PMI)、单个全局公差、用户指定公差或通过数据分析自动收集的公差。
根据任一前述条项所述的系统，其中，所述系统利用多个不同的控制点间距或级别，所述多个不同的控制点间距或级别应用于用户指定区域的单个变形中，并且所述控制点间距根据构建线的存在、测量数据质量、零件公差、壁/特征厚度或有限元网格间距进行修改。
根据任一前述条项所述的系统，其中，所述系统包括自动选择最佳全局级别以使所述部件变形。
根据任一前述条项所述的系统，其中，所述系统包括从低级别开始对整个部件应用增量变形，并且根据一组标准检查一组产生的偏差残差，所述一组标准包括：距离公差内的点的固定百分比，所有点是否在几何尺寸和公差标准内，以及如果所有点的均方根误差低于阈值。
根据任一前述条项所述的系统，其中，存在约束，以确保面向上和面向下的表面的平整度以及平坦表面或弯曲表面的刚体变换。
根据任一前述条项所述的系统，其中，通过将公差信息分配给每个偏差数据点、以级别n运行补偿并计算残余偏差、去除满足局部公差的点并且针对每个数据点重复，在局部级别自动确定正确的变形级别。
根据任一前述条项所述的系统，其中，基于具有更大权重的更严格公差区域的区域，将权重应用于数据点。

Claims (10)

1.一种计算机实现的方法，其特征在于，包括：
生成部件的标称计算机辅助设计(CAD)图像；
使用增材制造(AM)过程由所述标称CAD图像产生所述部件的物理表示；
测量所述部件的所述物理表示以获得测量数据；
确定所述标称CAD图像的几何图形和所述部件的所述物理表示的所述测量数据之间的偏差；
基于所确定的所述标称CAD图像的所述几何图形和所述部件的所述物理表示的所述测量数据之间的所述偏差确定补偿场；
通过所述补偿场修改所述标称CAD图像，其中所述补偿场进一步使用约束变形来创建，其中如果未达到可接受的公差，则所述标称CAD图像的所有点通过多个级别中的一个级别变形，而用户指定区域中的点通过附加级别变形，并且如果达到可接受的公差，则不应用附加的b样条变形或改变级别；和
由修改后的标称CAD图像产生所述部件的物理零件表示。
2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，其中，所述计算机实现的方法利用针对用户指定区域的变形，所述针对用户指定区域的变形考虑到产品和制造信息(PMI)、单个全局公差、用户指定公差或通过数据分析自动收集的公差。
3.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，其中，所述计算机实现的方法利用多个不同的控制点间距或级别，所述多个不同的控制点间距或级别能够沿着x、y和z轴不同，应用于用户指定区域的单个变形中，并且所述控制点间距根据构建线的存在、测量数据质量、零件公差、壁或特征厚度或有限元网格间距进行修改。
4.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，其中，所述计算机实现的方法包括自动选择最佳全局级别以使所述部件变形。
5.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，其中，所述计算机实现的方法包括从低级别开始对整个部件应用增量变形，其中根据一组标准检查一组产生的偏差残差，所述一组标准包括：距离公差内的点的固定百分比，所有点是否在几何尺寸和公差标准内，以及如果所有点的均方根误差低于阈值，执行直到满足所有标准。
6.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，进一步包括变形约束，以确保所述表面上的所有点都沿着不允许平面旋转的特定平面被保持。
7.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，其中，通过将公差信息分配给每个偏差数据点、以级别n运行补偿并计算残余偏差、去除满足局部公差的点并且针对每个数据点重复，在局部级别自动确定正确的变形级别。
8.一种包含编程指令的计算机程序，其特征在于，所述编程指令使处理器：
生成部件的标称计算机辅助设计(CAD)图像；
使用增材制造(AM)过程由所述标称CAD图像产生所述部件的物理表示；
测量所述部件的所述物理表示以获得测量数据；
确定所述标称CAD图像的几何图形和所述部件的所述物理表示的所述测量数据之间的偏差；
基于所确定的所述标称CAD图像的所述几何图形和所述部件的所述物理表示的所述测量数据之间的所述偏差确定补偿场；
通过所述补偿场修改所述标称CAD图像，其中所述补偿场进一步使用约束变形来创建，其中如果未达到可接受的公差，则所述标称CAD图像的所有点通过多个级别中的一个级别变形，而用户指定区域中的点通过附加级别变形，并且如果达到可接受的公差，则不应用附加的b样条变形或改变级别；和
由修改后的标称CAD图像产生所述部件的物理零件表示。
9.根据权利要求8所述的计算机程序，其特征在于，其中，所述计算机程序针对用户指定区域利用产品和制造信息(PMI)、单个全局公差、用户指定公差或通过数据分析自动收集的公差。
10.根据权利要求8所述的计算机程序，其特征在于，其中，所述计算机程序利用多个不同的控制点间距或级别，所述多个不同的控制点间距或级别能够沿着x、y和z轴不同，应用于用户指定区域的单个变形中，并且所述控制点间距根据构建线的存在、测量数据质量、零件公差、壁/特征厚度或有限元网格间距进行修改。
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