本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于三維物體制造的切片掃描處理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

增材制造技術(shù)（Additive Manufacturing，簡稱AM）是一項具有數(shù)字化制造、高度柔性和適應(yīng)性、直接CAD模型驅(qū)動、快速、材料類型豐富多樣等鮮明特點的先進制造技術(shù)，由于其不受零件形狀復雜程度的限制，不需要任何的工裝模具，因此應(yīng)用范圍非常廣。選區(qū)激光熔融技術(shù)（Selective Laser Melting，簡稱SLM）是近年來發(fā)展迅速的增材制造技術(shù)之一，其以粉末材料為原料，采用激光對三維實體的截面進行逐層掃描完成原型制造，不受零件形狀復雜程度的限制，不需要任何的工裝模具，應(yīng)用范圍廣。選擇性激光熔融工藝的基本過程是：送粉裝置將一定量粉末送至工作臺面，鋪粉裝置將一層粉末材料平鋪在成型缸底板或已成型零件的上表面，激光振鏡系統(tǒng)控制激光以一個近似不變的光斑大小和光束能量按照該層的截面輪廓對實心部分粉末層進行掃描，使粉末熔化并與下面已成型的部分實現(xiàn)粘接；當一層截面燒結(jié)完后，工作臺下降一個層的厚度，鋪粉裝置又在上面鋪上一層均勻密實的粉末，進行新一層截面的掃描燒結(jié)，經(jīng)若干層掃描疊加，直至完成整個原型制造。

在增材制造過程中，因為高能束具有一定的光斑大小，因此將切片層進行掃描時，需要將高能束的掃描路徑向?qū)嶓w內(nèi)偏移一定的光斑大小以保證成型精度，即對切片層進行填充前，需要對切片輪廓進行偏置?，F(xiàn)有技術(shù)中，一般是利用線段偏置或者點偏置來實現(xiàn)輪廓的偏置，然而由于切片層經(jīng)常存在薄壁或尖銳區(qū)域，使得經(jīng)過上述方法偏置后的切片層中部分區(qū)域因為比較狹窄出現(xiàn)自相交而被處理掉，從而導致切片層有一部分因為被處理掉未能進行掃描填充，進而影響了成型精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可大大提高成型精度的三維物體制造的切片掃描處理方法及系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于三維物體制造的切片掃描處理方法，包括以下步驟：

將原始輪廓向?qū)嶓w部分偏置得到偏置輪廓；

將偏置輪廓進行布爾運算得到至少一個填充路徑；

分別針對每一填充路徑判讀其是否滿足與上述原始輪廓中外輪廓預(yù)定義走向相反，且是否被包含的輪廓個數(shù)為偶數(shù)的條件；當滿足則提取該填充路徑的主骨架線，并將該主骨架線作為待掃描路徑；否則該填充路徑作為待掃描區(qū)域。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，原始輪廓中外輪廓預(yù)定義走向為逆時針走向。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述方法還包括：

判斷主骨架線是否小于或等于預(yù)設(shè)長度，當是則舍棄該主骨架線，否則繼續(xù)保留該主骨架線作為待掃描路徑。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述預(yù)設(shè)長度為光斑直徑。

本發(fā)明還提供了一種用于三維物體制造的切片掃描處理方法，包括：將原始輪廓向?qū)嶓w部分進行兩次或兩次以上偏置，且對偏置距離最小的該次偏置采用上述任一項所述的方法進行掃描處理，對其余次的偏置均采用傳統(tǒng)的方法進行掃描處理。

本發(fā)明還提供了一種用于三維物體制造的切片掃描處理系統(tǒng)，包括：

偏置模塊，用于將原始輪廓向?qū)嶓w部分偏置得到偏置輪廓；

獲取模塊，用于將偏置輪廓進行布爾運算得到至少一個填充路徑；以及

處理模塊，用于分別針對每一填充路徑判讀其是否滿足與上述原始輪廓中外輪廓預(yù)定義走向相反，且是否被包含的輪廓個數(shù)為偶數(shù)的條件；當滿足則提取該填充路徑的主骨架線，并將該主骨架線作為待掃描路徑；否則該填充路徑作為待掃描區(qū)域。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述系統(tǒng)還包括判斷模塊，用于判斷主骨架線是否小于或等于預(yù)設(shè)長度，當是則舍棄該主骨架線，否則繼續(xù)保留該主骨架線作為待掃描路徑。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，原始輪廓中外輪廓預(yù)定義走向為逆時針走向。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述預(yù)設(shè)長度為光斑直徑。

本發(fā)明的用于三維物體制造的切片掃描處理方法，通過包括步驟：將原始輪廓向?qū)嶓w部分偏置得到偏置輪廓；將偏置輪廓進行布爾運算得到至少一個填充路徑；分別針對每一填充路徑判讀其是否滿足與上述原始輪廓中外輪廓預(yù)定義走向相反，且是否被包含的輪廓個數(shù)為偶數(shù)的條件；當滿足則提取該填充路徑的主骨架線，并將該主骨架線作為待掃描路徑；否則該填充路徑作為待掃描區(qū)域，克服了傳統(tǒng)方法由于輪廓偏置而導致部分區(qū)域的掃描缺失，從而影響掃描精度的弊端，因此，本發(fā)明的用于三維物體制造的切片掃描處理方法大大提高了三維物體的掃描精度。

本發(fā)明的用于三維物體制造的切片掃描處理方法，通過包括：將原始輪廓向?qū)嶓w部分進行兩次或兩次以上偏置，且對偏置距離最小的該次偏置采用上述任一項所述的方法進行掃描處理，對其余次的偏置均采用傳統(tǒng)的方法進行掃描處理，克服了傳統(tǒng)方法由于輪廓偏置而導致部分區(qū)域的掃描缺失，從而影響掃描精度的弊端，因此，本發(fā)明的用于三維物體制造的切片掃描處理方法大大提高了三維物體的掃描精度。

本發(fā)明的用于三維物體制造的切片掃描處理系統(tǒng)，通過包括：偏置模塊，用于將原始輪廓向?qū)嶓w部分偏置得到偏置輪廓；獲取模塊，用于將偏置輪廓進行布爾運算得到至少一個填充路徑；以及處理模塊，用于分別針對每一填充路徑判讀其是否滿足與上述原始輪廓中外輪廓預(yù)定義走向相反，且是否被包含的輪廓個數(shù)為偶數(shù)的條件；當滿足則提取該填充路徑的主骨架線，并將該主骨架線作為待掃描路徑；否則該填充路徑作為待掃描區(qū)域，克服了傳統(tǒng)方系統(tǒng)由于輪廓偏置而導致部分區(qū)域的掃描缺失，從而影響掃描精度的弊端，因此，本發(fā)明的用于三維物體制造的切片掃描處理系統(tǒng)大大提高了三維物體的掃描精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于三維物體制造的切片掃描方法提供的一實施例的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明用于三維物體制造的切片掃描方法提供的一實施例的原始輪廓圖；

圖3為圖2中原始輪廓偏置后得到的偏置輪廓圖；

圖4為圖3中偏置輪廓得到的部分填充路徑圖；

圖5為圖3中偏置輪廓得到的另一部分填充路徑圖

圖6為圖4得到的待掃描區(qū)域圖；

圖7為圖5得到的待掃描路徑圖；

圖8為圖2得到的整體待掃描截面輪廓圖；

圖9為本發(fā)明用于三維物體制造的切片掃描方法提供的一實施例的整體待掃描截面輪廓圖；

圖10為本發(fā)明用于三維物體制造的切片掃描處理系統(tǒng)提供的一實施例的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

為了讓本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解并實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案，以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例做進一步詳細說明。

圖1為本發(fā)明用于三維物體制造的切片掃描方法提供的一實施例的方法流程圖，如圖1所示，該方法包括以下步驟：

步驟11、將原始輪廓向?qū)嶓w部分偏置得到偏置輪廓；

步驟12、將偏置輪廓進行布爾運算得到至少一個填充路徑；

步驟13、分別針對每一填充路徑判讀其是否滿足與上述原始輪廓中外輪廓預(yù)定義走向相反，且是否被包含的輪廓個數(shù)為偶數(shù)的條件；當滿足則提取該填充路徑的主骨架線，并將該主骨架線作為待掃描路徑；否則該填充路徑作為待掃描區(qū)域?？梢岳斫獾氖?，該步驟中否則是指不符合上述“與上述原始輪廓中外輪廓預(yù)定義走向相反，且是否被包含的輪廓個數(shù)為偶數(shù)”條件，這樣便按照現(xiàn)有技術(shù)的掃描方式對這個填充路徑進行掃描，由于現(xiàn)有技術(shù)方法不限于一種，而且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，也是清楚如何實現(xiàn)的，因此在此不做具體闡述。

在此需說明的是，上述步驟12中得到的填充路徑至少為一個，因此，其可為兩個或者多個，其每個填充路徑均參照步驟13的方式進行處理，以最后確定是提取該填充路徑的主骨架線或者按照現(xiàn)有方法掃描。另外，上述偶數(shù)是指0,2,4,6,8,10等等。

具體實施中，原始輪廓一般都是封閉的多邊形。其中，外輪廓是指不被任何其他邊界包含或者被包含的輪廓個數(shù)為偶數(shù)的輪廓，內(nèi)輪廓是指包含他的輪廓個數(shù)為奇數(shù)的輪廓。實體截面區(qū)域是由外輪廓和它所包含的內(nèi)輪廓所圍成的區(qū)域，當然，有些實體截面也可能僅有外輪廓構(gòu)成。一般可將內(nèi)輪廓的走向預(yù)定義為順時針走向，而外輪廓預(yù)定義為逆時針走向；當然也可以將內(nèi)輪廓的走向預(yù)定義為逆時針走向，而外輪廓預(yù)定義為順時針走向。

優(yōu)選地，為了同時兼顧成型精度和效率，所述方法還包括：

判斷主骨架線是否小于或等于預(yù)設(shè)長度，當是則舍棄該主骨架線（即不對其進行掃描處理），否則繼續(xù)保留該主骨架線作為待掃描路徑。所述預(yù)設(shè)長度可為光斑直徑，當然還可以根據(jù)設(shè)計需要設(shè)定其它具體數(shù)值，在此不做一一例舉。

為了讓本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解并實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案，下面以一個三維物體切面為例并結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行具體闡述。

將三維模型進行切片獲得當前層的二維截面輪廓，如圖2所示，根據(jù)高能束光斑的大小或者設(shè)定的寬度值，截面輪廓邊界進行一次偏置運算，一般外輪廓向內(nèi)偏置，內(nèi)輪廓向外偏置，且可將內(nèi)輪廓的走向預(yù)定義為順時針走向，而外輪廓預(yù)定義為逆時針走向，如圖3所示；

對偏置后的截面輪廓進行布爾運算產(chǎn)生新的填充路徑，如圖4和圖5所示，經(jīng)過布爾運算后形成兩個填充路徑，圖5的多邊形輪廓由順時針的點組成，由于其與原始輪廓中外輪廓預(yù)定義的逆時針走向相反，且被包含的輪廓個數(shù)為0，即為偶數(shù)，因此無法形成實體截面區(qū)域，如果不進行特殊處理，在成型過程中無法成型，導致精度缺失；而圖4的多邊形填充路徑由逆時針的點組成，其不符合“與上述原始輪廓中外輪廓預(yù)定義走向相反，且是否被包含的輪廓個數(shù)為偶數(shù)”的條件，因此其可以形成圖6所示的實體截面區(qū)域，即圖6多邊形填充路徑作為待掃描區(qū)域。

如圖7所示，對上述不屬于任何外輪廓的順時針多邊形輪廓（即圖7中的多邊形輪廓），提取該多邊形的主骨架線，該主骨架線能較好地反映多邊形的主延伸方向和主體形狀特征，所以，將該主骨架線作為填充掃描路徑能夠較好的保持截面形狀，從而提高成型精度。優(yōu)選地，當提取的主骨架線的長度小于光斑直徑或者設(shè)定的長度值時，可以進行舍棄，以提高成型效率。

圖8為該實施例最后得到的整體待掃描截面輪廓圖，如圖8所示，其相對于現(xiàn)有技術(shù)，新增了提取的主骨架線作為填充掃描路徑，掃描精度能基本保持原始切片形狀，提高了掃描精度。

針對某些特殊形狀的成型工件，為了更好地保證成型工件表面的光滑度和致密度，需要對原始輪廓進行兩次或兩次以上的偏置，然而為了避免對提取的主骨架線重復掃描以提高成型效率，因此只對其中的一次偏置操作做特殊處理，對符合要求的多邊形輪廓提取主骨架線，其他偏置大小形成的掃描輪廓按照現(xiàn)有技術(shù)的輪廓處理方法進行處理即可。因此，本發(fā)明還提供了一種用于三維物體制造的切片掃描處理方法，包括：將原始輪廓向?qū)嶓w部分進行兩次或兩次以上偏置，且對偏置距離最小的該次偏置采用上述任一項所述的方法進行掃描處理，對其余次的偏置均采用傳統(tǒng)的方法進行掃描處理。

圖9示出了一種具體實施例，該實施例對原始輪廓采用了兩次偏置，即偏置1和偏置2，其中偏置1的偏置距離小于偏置2的偏置距離，即可對偏置采用本發(fā)明的上述方案進行處理，而對偏置2則采用現(xiàn)有技術(shù)的方法進行處理，最好得到整體掃描截面輪廓圖如圖9所示。

本發(fā)明還提供了一種用于三維物體制造的切片掃描處理系統(tǒng)，如圖10所示，該系統(tǒng)包括：

偏置模塊101，用于將原始輪廓向?qū)嶓w部分偏置得到偏置輪廓；

獲取模塊102，用于將偏置輪廓進行布爾運算得到至少一個填充路徑；以及

處理模塊103，用于分別針對每一填充路徑判讀其是否滿足與上述原始輪廓中外輪廓預(yù)定義走向相反，且是否被包含的輪廓個數(shù)為偶數(shù)的條件；當滿足則提取該填充路徑的主骨架線，并將該主骨架線作為待掃描路徑；否則該填充路徑作為待掃描區(qū)域。

優(yōu)選地，為了同時兼顧成型精度和效率，所述系統(tǒng)還包括判斷模塊，用于判斷主骨架線是否小于或等于預(yù)設(shè)長度，當是則舍棄該主骨架線，否則繼續(xù)保留該主骨架線作為待掃描路徑。所述預(yù)設(shè)長度可為光斑直徑，當然還可以根據(jù)設(shè)計需要設(shè)定其它具體數(shù)值，在此不做一一例舉。

具體實施中，原始輪廓一般都是封閉的多邊形。其中，外輪廓是指不被任何其他邊界包含或者被包含的輪廓個數(shù)為偶數(shù)的輪廓，內(nèi)輪廓是指包含他的輪廓個數(shù)為奇數(shù)的輪廓。實體截面區(qū)域是由外輪廓和它所包含的內(nèi)輪廓所圍成的區(qū)域，當然，有些實體截面也可能僅有外輪廓構(gòu)成。一般可將內(nèi)輪廓的走向預(yù)定義為順時針走向，而外輪廓預(yù)定義為逆時針走向；當然也可以將內(nèi)輪廓的走向預(yù)定義為逆時針走向，而外輪廓預(yù)定義為順時針走向。

以上實施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當指出，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干修改和修飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。