CN117340277A - 一种双光学系统避风分区扫描方法、装置及增材制造设备 - Google Patents

一种双光学系统避风分区扫描方法、装置及增材制造设备 Download PDF

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Abstract

一种双光学系统避风分区扫描方法、装置及增材制造设备，通过获取工作区域中每一区域中所有截面轮廓中的所有顶点坐标，以及截面轮廓与分界线和分区线相交的所有交点坐标，并将所有顶点坐标和交点坐标代入公式得到每一个区域的轮廓总面积；再任意选定一组相对角的两个区域，通过平行移动分区线，使得该选定的相对角的两个区域的轮廓总面积的差值绝对值最小，此时分区线位置为最佳位置；最后按照最佳位置的分区线重新划分得到的四个区域，控制双光学系统同时对上述选定的相对角的两个区域分别进行平行扫描；当该两个区域扫描完成后，同时对另一组相对角的对应两个区域分别进行平行扫描，减少双光学扫描系统的避风等待时间，提高工件的烧结效率。

Description

一种双光学系统避风分区扫描方法、装置及增材制造设备
技术领域
本申请涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种双光学系统避风分区扫描方法、装置及增材制造设备。
背景技术
增材制造技术是一种通过控制激光器逐层扫描，层层叠加形成三维物体的快速制造技术。其工艺流程如下：首先对工件的三维模型进行切片处理，得到工件每一层的轮廓信息；将粉末状材料均匀地铺洒在工作平台表面上，激光器根据系统指令选择性地熔化粉末；一个截面完成后，再铺上一层新材料，继续有选择性地根据三维物体对应的截面信息进行扫描；按照此方法再对下一个截面进行铺粉扫描，最终得到三维物体。
在增材制造技术的成型过程中，随着打印的工件尺寸越来越大，激光器的使用数量也越来越多。然而，在具有多激光器的打印设备中，虽然提高了增材制造的生产效率，但不同的激光器同时烧结时，产生的烟尘可能会影响到另外激光器的烧结效果。
为了解决上述技术问题，现有技术一般采用避风分区扫描方法，该扫描方法在垂直于风场方向上所覆盖的范围，按平行于风场方向上排布的扫描系统的数目进行均分，使每一个扫描系统在同一时间内只扫描所分配的区域，而每个扫描系统在同一时间内所分配的区域不存在上下风方向上的其它扫描系统。在所有扫描系统的被分配扫描区域内的扫描任务完成后，一起切换到下一个被分配的扫描区域。
该避风分区扫描方法虽然能够解决烧结过程中烟尘的影响，但是当每个扫描系统在被分配扫描区域内的扫描任务不一致时，会导致扫描任务少的扫描系统先完成扫描任务，然后等待扫描任务多的扫描系统完成扫描任务后，才开始下一个扫描任务。这样会产生多扫描系统的额外等待时间，降低了工作效率。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种双光学系统避风分区扫描方法、装置及增材制造设备，该双光学系统避风分区扫描方法通过对风向上双光学系统所需扫描的工作区域中扫描截面的面积总和进行避风扫描任务分配，使不同的扫描系统完成所分配任务的用时尽可能相等或相近，从而减少了双光学系统的避风等待时间，进而提高了待打印制件的烧结效率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种双光学系统避风分区扫描方法，包括以下步骤：
步骤一、将双光学系统沿风场方向进行依次分布，以使工作区域沿垂直于风场方向的分界线为基准，被双光学系统进行分别覆盖；
步骤二、通过切片获取烧结区域中当前层的截面轮廓；并沿风场方向获取烧结区域的中心线，记作分区线；
步骤三、获取工作区域中被分界线和分区线划分得到的四个区域，获取每一区域中所有截面轮廓中的所有顶点坐标，以及截面轮廓与分界线和分区线相交的所有交点坐标，并将所有顶点坐标和交点坐标代入下述公式得到每一个区域的轮廓总面积；
其中，第i点的坐标为(xi,yi)，n为每一区域中所有顶点和交点的总数量；
步骤四、任意选定一组相对角的两个区域，通过平行移动分区线，使得该选定的相对角的两个区域的轮廓总面积的差值绝对值最小，此时分区线的位置为最佳位置；
步骤五、按照最佳位置的分区线重新划分得到的四个区域，控制双光学系统同时对上述选定的相对角的两个区域分别进行平行扫描；当该两个区域扫描完成后，同时对另一组相对角的对应两个区域分别进行平行扫描。
作为本发明的进一步优选方案，当当前层的截面轮廓关于所述分界线为对称图形时，在步骤四之后，以及步骤五之前还包括以下步骤：
获取选定一组相对角的两个区域的轮廓总面积之和，记作第一总和；以及获取另一组相对角的两个区域的轮廓总面积之和，记作第二总和，并通过继续平移分区线，使得第一总和和第二总和的差值绝对值最小，此时的分区线的位置更新为最佳位置。
作为本发明的进一步优选方案，平行移动分区线，并采用递归算法实现选定的相对角的两个区域的轮廓总面积的差值绝对值最小，以及实现第一总和和第二总和的差值绝对值最小。
作为本发明的进一步优选方案，分区线采用一上一下或者一下一上的方式进行平行且等距移动。
作为本发明的进一步优选方案，步骤五中的平行扫描是指对截面轮廓的填充区域采用若干条平行线进行填充扫描。
作为本发明的进一步优选方案，每一个区域中所有截面轮廓中的所有顶点坐标通过轮廓切片文件直接获取。
作为本发明的进一步优选方案，所述工作区域被分界线均分。
本发明还提供了一种双光学系统避风分区扫描装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的双光学系统避风分区扫描方法的步骤。
本发明还提供了一种增材制造设备，包括上述所述的双光学系统避风分区扫描装置。
本发明的双光学系统避风分区扫描方法、装置及增材制造设备，通过获取工作区域中每一区域中所有截面轮廓中的所有顶点坐标，以及截面轮廓与分界线和分区线相交的所有交点坐标，并将所有顶点坐标和交点坐标代入下述公式得到每一个区域的轮廓总面积；再任意选定一组相对角的两个区域，通过平行移动分区线，使得该选定的相对角的两个区域的轮廓总面积的差值绝对值最小，此时分区线的位置为最佳位置；最后按照最佳位置的分区线重新划分得到的四个区域，控制双光学系统同时对上述选定的相对角的两个区域分别进行平行扫描；当该两个区域扫描完成后，同时对另一组相对角的对应两个区域分别进行平行扫描，减少了双光学扫描系统的避风等待时间，提高了工件的烧结效率。
而且，本发明采用对当前层轮廓切片数据进行轮廓所包覆的区域进行面积计算的方法，计算所需的数据量少，计算过程快速简洁，避免上位机软件花费大量时间来进行避风扫描任务分配的计算，从而提高了避风扫描任务分配的效率。
附图说明
图1为本发明双光学系统避风分区扫描方法提供的实施例一的方法流程图；
图2为本发明双光学系统避风分区扫描方法提供的一实施例的状态图一；
图3为图2的局部状态图；
图4为本发明双光学系统避风分区扫描方法提供的一实施例的状态图二；
图5为本发明双光学系统避风分区扫描方法提供的实施例二的方法流程图。
图中标记：
1、风场方向，2、工作区域，3、截面轮廓，4、分区线，5、分界线，21、第一区域，22、第二区域，23、第三区域，24、第四区域。
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。
在增材制造设备的填充区域进行扫描时，通常采用平行扫描线，按设定好的线间距逐线完成填充区的扫描。因此，工件在当前层的填充扫描面积与所扫描的填充线的总长度存在线性关系。在工件采用设定的速度扫描的时候，工件在当前层的填充扫描面积与所扫描的填充线的总用时也存在线性关系。因此采用按轮廓所包覆的面积总和，进行避风扫描任务分配，可以等效为按所扫描的填充线的用时来进行避风扫描任务分配。
实施例一
本申请的发明人基于以上创新思路具体提出了一种双光学系统避风分区扫描方法，如图1所示，该扫描方法包括以下步骤：
步骤11、将双光学系统沿风场方向1进行依次分布，以使工作区域2沿垂直于风场方向1的分界线5为基准，被双光学系统进行分别覆盖；
步骤12、通过切片获取烧结区域中当前层的截面轮廓3；并沿风场方向1获取烧结区域的中心线，记作分区线4；
步骤13、获取工作区域2中被分界线5和分区线4划分得到的四个区域，如图2所示，其包括第一区域21、第二区域22、第三区域23和第四区域24，第一区域21和第三区域23为对角区域，第二区域22和第四区域24为对角区域；
获取每一区域中所有截面轮廓3中的所有顶点坐标，以及截面轮廓3与分界线5和分区线4相交的所有交点坐标，如图3所示，其中41a、41b、41c、41d、41e、41f、41g、41h、41i、41j、41k为该截面轮廓3的所有顶点，其坐标值可通过轮廓切片文件直接获取；而42a、42b为分区线4与截面轮廓3相交的交点。
并将所有顶点坐标和交点坐标代入下述公式得到每一个区域的轮廓总面积；
其中，第i点的坐标为(xi,yi)，n为每一区域中所有顶点和交点的总数量；
步骤14、任意选定一组相对角的两个区域(例如，可以先选择第一区域21和第三区域23)，通过平行移动分区线4，使得该选定的相对角的两个区域的轮廓总面积的差值绝对值最小，此时分区线4的位置为最佳位置；
该步骤中，平行移动分区线4，并采用递归算法实现选定的相对角的两个区域的轮廓总面积的差值绝对值最小。其具体通过以下步骤如下：
图2中分区线4的初始位置(工作区域2的中线)时，记录一次选定的相对角的两个区域的轮廓总面积的差值绝对值，记作基准值，随着分区线4的每一次平行移动，记录选定的相对角的两个区域的轮廓总面积的差值绝对值，并将该差值绝对值与基准值进行比较，当其小于基准值时，替换基准值并保存，并继续平行移动分区线4；而当其大于基准值时，继续平行移动分区线4；直至得到一个最小的基准值停止，此时分区线4的位置便是最佳位置。
在具体实施中，本步骤还可以采用现有技术其它的算法实现，在此不做一一列举。
优选地，为了减少运算步骤，即节省数据处理时间，选定的相对角的两个区域的轮廓总面积的差值绝对值的最小值，所述分区线4采用一上一下或者一下一上的方式进行平行且等距移动。当然，在具体实施中，其还可以采用向上一直移动，向下一直移动，或者随机移动的方式进行，在本申请中对其不做限定。
步骤15、按照最佳位置的分区线4重新划分得到的四个区域，控制双光学系统同时对上述选定的相对角的两个区域分别进行平行扫描；当该两个区域(第一区域21和第三区域23)扫描完成后，同时对另一组相对角的对应两个区域(第二区域22和第四区域24)分别进行平行扫描。
该步骤中的平行扫描是指对截面轮廓3的填充区域采用若干条平行线进行填充扫描。优选地，所述工作区域2被分界线5均分，如图2和图4所示。
实施例二
该实施例的双光学系统避风分区扫描方法，如图5所示，包括以下步骤：
步骤21、将双光学系统沿风场方向1进行依次分布，以使工作区域2沿垂直于风场方向1的分界线5为基准，被双光学系统进行分别覆盖；
步骤22、通过切片获取烧结区域中当前层的截面轮廓3；并沿风场方向1获取烧结区域的中心线，记作分区线4；
步骤23、获取工作区域2中被分界线5和分区线4划分得到的四个区域，获取每一区域中所有截面轮廓3中的所有顶点坐标，以及截面轮廓3与分界线5和分区线4相交的所有交点坐标，并将所有顶点坐标和交点坐标代入下述公式得到每一个区域的轮廓总面积；
其中，第i点的坐标为(xi,yi)，n为每一区域中所有顶点和交点的总数量；
步骤24、任意选定一组相对角的两个区域，通过平行移动分区线4，使得该选定的相对角的两个区域的轮廓总面积的差值绝对值最小，此时分区线4的位置为最佳位置；
步骤25、获取选定一组相对角的两个区域的轮廓总面积之和，记作第一总和；以及获取另一组相对角的两个区域的轮廓总面积之和，记作第二总和，并通过继续平移分区线4，使得第一总和和第二总和的差值绝对值最小，此时的分区线4的位置更新为最佳位置。此处的第一总和和第二总和的差值绝对值最小也可以采用递归算法实现，在此不做详细介绍。
步骤26、按照最佳位置的分区线4重新划分得到的四个区域，控制双光学系统同时对上述选定的相对角的两个区域分别进行平行扫描；当该两个区域扫描完成后，同时对另一组相对角的对应两个区域分别进行平行扫描。
该实施例是针对于工作区域的当前层的截面轮廓关于所述分界线为对称图形的特殊情况，当满足这一条件，采用实施例二的技术方案会尽可能地减少整个工作区域的扫描等待时间，即进一步提高了工作效率。
在此需说明的是，虽然图2-图4中显示的工作区域2的当前层的截面轮廓3包括两个工件，但在具体实施中，本申请并不限定于截面轮廓3包括工件的数量，例如其可为一个，多个等，其均适用于本申请的上述技术方案。当然，虽然图2-图4中的截面轮廓3不存在交点，但在具体实施中，其可能会与分界线5存在交点，此时，每一区域中轮廓总面积包含截面轮廓3与分界线5相交的所有交点坐标。
本发明还提供了一种双光学系统避风分区扫描装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的双光学系统避风分区扫描方法的步骤。
本发明还提供了一种增材制造设备，包括上述任一实施例所述的双光学系统避风分区扫描装置。
以上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 (9)

1.一种双光学系统避风分区扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将双光学系统沿风场方向进行依次分布，以使工作区域沿垂直于风场方向的分界线为基准，被双光学系统进行分别覆盖；
步骤二、通过切片获取烧结区域中当前层的截面轮廓；并沿风场方向获取烧结区域的中心线，记作分区线；
步骤三、获取工作区域中被分界线和分区线划分得到的四个区域，获取每一区域中所有截面轮廓中的所有顶点坐标，以及截面轮廓与分界线和分区线相交的所有交点坐标，并将所有顶点坐标和交点坐标代入下述公式得到每一个区域的轮廓总面积；
其中，第i点的坐标为(xi,yi)，n为每一区域中所有顶点和交点的总数量；
步骤四、任意选定一组相对角的两个区域，通过平行移动分区线，使得该选定的相对角的两个区域的轮廓总面积的差值绝对值最小，此时分区线的位置为最佳位置；
步骤五、按照最佳位置的分区线重新划分得到的四个区域，控制双光学系统同时对上述选定的相对角的两个区域分别进行平行扫描；当该两个区域扫描完成后，同时对另一组相对角的对应两个区域分别进行平行扫描。
2.根据权利要求1所述的双光学系统避风分区扫描方法，其特征在于，当当前层的截面轮廓关于所述分界线为对称图形时，在步骤四之后，以及步骤五之前还包括以下步骤：
获取选定一组相对角的两个区域的轮廓总面积之和，记作第一总和；以及获取另一组相对角的两个区域的轮廓总面积之和，记作第二总和，并通过继续平移分区线，使得第一总和和第二总和的差值绝对值最小，此时的分区线的位置更新为最佳位置。
3.根据权利要求2所述的双光学系统避风分区扫描方法，其特征在于，平行移动分区线，并采用递归算法实现选定的相对角的两个区域的轮廓总面积的差值绝对值最小，以及实现第一总和和第二总和的差值绝对值最小。
4.根据权利要求3所述的双光学系统避风分区扫描方法，其特征在于，分区线采用一上一下或者一下一上的方式进行平行且等距移动。
5.根据权利要求1所述的双光学系统避风分区扫描方法，其特征在于，步骤五中的平行扫描是指对截面轮廓的填充区域采用若干条平行线进行填充扫描。
6.根据权利要求1所述的双光学系统避风分区扫描方法，其特征在于，每一个区域中所有截面轮廓中的所有顶点坐标通过轮廓切片文件直接获取。
7.根据权利要求1至6任一项所述的双光学系统避风分区扫描方法，其特征在于，所述工作区域被分界线均分。
8.一种双光学系统避风分区扫描装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的双光学系统避风分区扫描方法的步骤。
9.一种增材制造设备，其特征在于，包括权利要求8所述的双光学系统避风分区扫描装置。
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