一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法与流程

本发明设计一种增材制造技术领，特别是一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法。

背景技术：

激光选区熔化技术的机理无非是高能激光束与粉末状材料之间的作用，即成形过程中能量吸收与传递范围控制机理与机制。然而，对于激光选区熔化技术，粉末在快速熔化凝固过程中产生热量及其传递及其传递对成形能力、残余应力与变形具有重大影响。因此，合理的激光扫描路径是对热量的有效管理和控制，能够在很大程度上避免零件产生过大变形。

目前，增材制造技术对金属实体采用四种扫描路径生成方式，即轴平行扫描、等距、变角度平行扫描以及棋盘分区扫描。其中主要采取的对热量进行分配和控制的方法是通过平面轮廓生成棋盘状分区并生成扫描路径。

棋盘分区扫描对输入热量的管理和控制主要体现在其棋盘格子的加载策略上，目前大多数软件所采用的加载策略为，回形加载，或者随机加载，这些加载策略难以对高能束激光的输入热量进行有效管理和控制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法，该方法能够克服高能束激光加工过程中无法对输入热量进行有效管理和控制的问题。

该方法包括以下步骤：

步骤1，建立直角坐标系将切片放置于直角坐标系中获取切片轮廓坐标信息并获取切片轮廓包围盒，其中包围盒边界由切片轮廓在直角坐标系中x、y轴最大值、最小值对应的平行于x、y轴的直线组成；

步骤2，布置正方形格子覆盖包围盒，正方形格子的集合记为{S_ij}_p×q，其中p、q分别为正方形格子的行数和列数，i∈p，j∈q；

步骤3，将集合{S_ij}_p×q中的格子逐个与切片轮廓进行布尔求交运算得到离散切片集合{C1_ij}_p×q；

步骤4，滤除{C1_ij}_p×q为空的切片得到集合{C2_ij}_p×q；

步骤5，对于{C2_ij}_p×q定义基于象限区域引导的伪随机岛形加载策略，得到最终的切片集合{C_ij}_p×q；

步骤6，遍历集合{C_ij}_p×q针对每一个切片求取内部扫描填充路径，得到格子路径集合{P_ij}_p×q。

基于上述方法，所述步骤5具体包括以下步骤：

步骤5.1，以包围盒的中心点为原点建立相对坐标系，将包围盒分为四个象限区域；

步骤5.2，遍历{C2_ij}_p×q，将每个切片存入其所在的象限容器中且各个象限容器中所存储的切片的数目分别为n1、n2、n3、n4；

步骤5.3，生成四组连续的随机数范围分别为1到n1，1到n2，1到n3，1到n4，并按照随机数的次序对于每个象限的切片次序进行重新排列且不同象限中的同一随机数代表的切片不相邻；

步骤5.4，将重新分配次序后的切片存入集合{C_ij}_p×q且存入顺序为不同象限中相同次序代表的切片存入{C_ij}_p×q后再存入不同象限中另一相同次序代表的切片。

作为上述方法的一种改进，采用下述步骤替代：

步骤5.31，生成四组连续的随机数范围分别为1到n1，1到n2，1到n3，1到n4，并按照随机数的次序对于每个象限的切片次序进行重新排列；

步骤5.41，将重新分配次序后的切片存入集合{C_ij}_p×q且存入顺序为每个象限相同次序代表的切片按照1-3-2-4的象限顺序存入{C_ij}_p×q后再将每个象限中另一相同次序代表的切片按照1-3-2-4的象限顺序存入{C_ij}_p×q；

所述步骤5.41中四个象限存入顺序可以用以下方式替代：

第一顺位和第三顺位为其中一对相对象限的排列组合，第二顺位和第四顺位为另一对相对象限的排列组合。

现有技术的岛形扫描所采用的加载策略是完全随机的加载策略，这就使得在岛(即相交所得的切片)的数目较多的情况下，可能会出现相邻次序的两个岛在几何位置上也相邻，从而使得局部区域激光输入能量过高，产生较大的热变形。而本发明所采用的这种加载策略能够完全使得次序上能够相邻的两个岛在几何位置上不相邻，从而使得激光的能量输入均匀化，减少了增材制造过程中的热变形，能够很好的解决激光选区熔化技术无法对输入热量进行有效管理和控制的问题。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

图2是轮廓包围盒示意图。

具体实施方式

结合图1，一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法，包括以下步骤：

步骤1，建立直角坐标系将切片放置于直角坐标系中获取切片轮廓坐标信息并获取切片轮廓包围盒，其中包围盒边界由切片轮廓在直角坐标系中x、y轴最大值、最小值对应的平行于x、y轴的直线组成；

步骤2，布置正方形格子覆盖包围盒，正方形格子的集合记为{S_ij}_p×q，其中p、q分别为正方形格子的行数和列数，i∈p，j∈q；

步骤3，将集合{S_ij}_p×q中的格子逐个与切片轮廓进行布尔求交运算得到离散切片集合{C1_ij}_p×q；

步骤4，滤除{C1_ij}_p×q为空的切片得到集合{C2_ij}_p×q；

步骤5，对于{C2_ij}_p×q定义基于象限区域引导的伪随机岛形加载策略，得到最终的切片集合{C_ij}_p×q；

步骤6，遍历集合{C_ij}_p×q针对每一个切片求取内部扫描填充路径，得到格子路径集合{P_ij}_p×q。

切片材料包括：钢、铝合金、钛合金以及陶瓷。

所述步骤5具体包括以下步骤：

步骤5.11，以包围盒的中心点为原点建立相对坐标系，将包围盒分为四个象限区域；

步骤5.12，遍历{C2_ij}_p×q，将每个切片存入其所在的象限容器中且各个象限容器中所存储的切片的数目分别为n1、n2、n3、n4；

步骤5.13，生成四组连续的随机数范围分别为1到n1，1到n2，1到n3，1到n4，并按照随机数的次序对于每个象限的切片次序进行重新排列且不同象限中的同一随机数代表的切片不相邻；

步骤5.14，将重新分配次序后的切片存入集合{C_ij}_p×q且存入顺序为不同象限中相同次序代表的切片存入{C_ij}_p×q后再存入不同象限中另一相同次序代表的切片。

所述步骤5还可以通过以下步骤来实现：

步骤5.21，以包围盒的中心点为原点建立相对坐标系，将包围盒分为四个象限区域；

步骤5.22，遍历{C2_ij}_p×q，将每个切片存入其所在的象限容器中且各个象限容器中所存储的切片的数目分别为n1、n2、n3、n4；

步骤5.23，生成四组连续的随机数范围分别为1到n1，1到n2，1到n3，1到n4，并按照随机数的次序对于每个象限的切片次序进行重新排列；

步骤5.24，将重新分配次序后的切片存入集合{C_ij}_p×q且存入顺序为每个象限相同次序代表的切片按照1-3-2-4的象限顺序存入{C_ij}_p×q后再将每个象限中另一相同次序代表的切片按照1-3-2-4的象限顺序存入{C_ij}_p×q；

所述步骤5.24中四个象限存入顺序可以用以下方式替代：

第一顺位和第三顺位为其中一对相对象限的排列组合，第二顺位和第四顺位为另一对相对象限的排列组合，所谓第一象限和第三象限为相对象限，第二象限和第四象限为相对象限，顺序可以为3-1-2-4或1-3-4-2或3-1-4-2等。