光固化快速成形技术中的外轮廓等距线填充算法研究

提出一种外轮廓等距线填充扫描的生成算法。讨论了填充扫描线生成的关键技术，包括偏移矢量的计算方法、无效环的剔除方法、多边形之间的布尔运算以及外轮廓等距填充扫描线生成算法。提出的方法不仅简单，且易于编程实现。应用表明，算法十分稳定可靠。     

快速成型技术中的光斑半径补偿算法研究

光固化快速成型数据模型切片分层的结果是一系列封闭的多边形截面轮廓,由于光斑（或喷嘴）具有一定的尺寸大小,为了保证零件的制造精度,就需要对多边形截面轮廓进行补偿。为此,简化了补偿矢量计算方法,并针对两种尖角情况,提出了新的处理方法。对多边形轮廓补偿后可能出现的自相交现象,采用基于单调链的平面扫描算法,对自交点进行了求解,并提出了一种无效环的简单判别方法,提高了无效环的去除效率。通过无效环的去除,保证了补偿轮廓的正确性,提高了零件的制造精度。     

FDM成型技术中的扫描路径生成方法研究

针对FDM成型技术中扫描填充方法直接影响成型件的质量,比如翘曲变形问题,对FDM成型技术中的轮廓偏置扫描填充和Z字型扫描填充进行了研究分析,提出了轮廓偏置和Z字型的混合路径扫描填充方法。并且,在提出的算法中加入了把打印起点和打印终点置于打印模型内部的方法。通过打印测试,证明该方法可以提高成型件的质量。     

增材制造中复杂区域的分割填充扫描算法

针对增材制造技术中复杂分层区域的填充扫描问题,提出一种区域分割扫描算法。首先,识别内轮廓上区域分割点及所有轮廓上的分割交点,并按顺序存储、更新轮廓数据;然后,利用提出的区域轮廓搜索算法遍历新的轮廓数据,实现了对独立填充扫描区域的快速提取;考虑3D打印机的运动学特性,给出了以打印时间最短为目标的最优填充扫描方向计算方法,完成了对打印区域的快速填充。所提算法可将含有孔、岛屿等内轮廓特征的复杂打印平面分割为若干个可以连续打印成型的子区域,减少了打印喷头跨越内孔等非打印区域时的抬头次数,结合优化后的扫描方向,能有效提高打印效率。通过算例验证了所提算法的有效性和正确性。     

振镜矢量扫描的自适应轮廓控制

分析了振镜矢量扫描系统的拐角轮廓误差，采用扫描矢量间进行自适应延时的方法来保证轮廓精度和扫描效率。研究了拐角误差与延时量、扫描速度、矢量间的夹角、系统动态参数之间的关系，给出了延时量的计算方法。实验验证了算法的正确性。     

激光金属沉积成形的扫描方式

扫描方式是激光金属沉积成形(Laser metal deposition shaping,LMDS)制造过程中的关键技术,在分析现有扫描方式及其对成形质量和成形效率影响的基础上,指出现有扫描方式的缺陷,并提出一种基于层面轮廓优化单调区分解的分区平行扫描方式。该方式基于极值顶点可见性原理,对分层后的断面轮廓进行去除内环、非单调多边形的单调剖分等处理,可最大限度地减少分区数量,获得若干个单调子区域。针对各单调子区域采用适应性变间距平行路径填充,可减小扫描线的长度,并保证均匀致密性填充。试验表明这种扫描方式能够提高成形效率和成形质量。     

二维异形切割件优化排样的拟合算法

多种异形零件在钢板上的优化排样问题 ,实际上也可看作多边形(异形零件的外轮廓 )对多边形 (矩形 )的最优填充问题。从拼图游戏的启发构造了一个异形零件优化排样的拟合算法。用该算法对一些优化排样问题进行了计算 ,得到较为满意的结果     

复合式路径填充算法的熔融沉积制造

熔融沉积制造(FDM)是一种用填充方式来得到每层截面的快速成形工艺。因为填充路径的好坏直接影响着制件的质量和加工效率,所以选择一种合适的路径填充算法就显得非常重要。在众多路径生成算法中,复合式扫描法由于在制件精度和加工效率上的诸多优势,成为近期的研究热点。针对凹多边形凸分解得到的子区,应用一种偏置与直线复合式算法,对多边形轮廓进行填充。复合式路径填充算法作为FDM快速成形路径生成软件的核心算法之一,已成功应用在实际加工中。     

快速成形自适应扫描路径的研究与实现

结合激光金属沉积成形工艺和现有平行扫描路径生成方法分析了局部过熔覆或欠熔覆问题的根本成因.提出了一种自适应扫描路径生成方法,首先采用特征点和特征边识别的适应性扫描间距生成扫描填充线;然后提出基于待定过渡线中点和特征边位置关系判断来优化连接填充矢量生成扫描路径.应用表明,自适应扫描路径有利于成形质量的提高.     

提高虚拟车削仿真质量的工件建模方法

根据车削加工工件的几何外形和成形特点 ,提出了包含加工误差信息的回转体类工件半剖轮廓多边形建模方法和记录、组织加工误差信息的刀具轨迹法。在虚拟加工中 ,刀具扫描体被简化表示为刀具扫描体轮廓多边形 ,简化了仿真计算。同时还对加工过程仿真和反映加工误差的已加工表面形貌的构建等关键问题进行了研究。该建模方法在VMIS虚拟加工与检测系统中获得了应用     

基于锥束CT切片图像的复杂零件三维表面重构

根据锥束CT切片图像的特点，提出了一种面向复杂零件的三维表面重构新方法：首先采用3D亚体素边缘检测算法提取序列切片图像的高精度封闭轮廓，并重构出切片轮廓的拓扑信息，然后采用一种改进的基于截面属性的轮廓分割算法得到若干组局部结构轮廓集，最后对这些轮廓集进行叠加与拼合，形成零件的整个三维表面。实验结果表明，该方法分割轮廓准确，稳定性好，对具有复杂内外结构的零件，可确保其重构结果的拓扑正确性。     

PART BUILDING ORIENTATION OPTIMIZATION METHOD IN STEREOLITHOGRAPHY

Aiming at the part quality and building time problems in stereolithography (SL) caused by unreasonable building orientation, a part building orientation decision method in SL rapid prototyping (RP) is carried out. Bringing into fall consideration of the deformation, stair-stepping effect, overcure effect and building time related to the part fabrication orientation, and using evaluation function method, a multi-objective optimization model for the building orientation is defined. According to the difference in the angles between normal vectors of triangular facets in standard triangulation language (STL) model and z axis, the expressions of deformation area, stair-stepping area, overcure area are established. According to the characteristics in SL process, part building time is divided into four sections, that is, hatching scanning time, outline scanning time, support building time and layer waiting time. Expressions of each building time section are given. Considering the features of this optimization model, genetic algorithm (GA) is used to derive the optimization objective, related software is developed and optimization results are tested through experiments. Application shows that this method can effectively solve the quality and efficiency troubles caused by unreasonable part building orientation, an automatic orientation-determining program is developed and verified through test.     

基于运动学、刚度和动力学性能的并联机构有序递进三级优化设计及其应用

提出一种基于运动学、刚度和动力学性能的并联机构有序递进三级优化策略,即分别应用遗传算法（GA）、粒子群算法（PSO）、差分进化算法（DE）三种智能算法,以工作空间性能和运动/力传递性能为目标的尺度参数优化方法,又在优化尺度参数基础上,以机构承载刚度和整体刚度为目标进行构件截面参数优化,再在优化尺度参数和截面参数基础上,以动力学灵巧度和能量传递效率为目标进行构件质量参数优化,从而使得机构的尺度、截面及质量参数达到最优。以一种零耦合度三平移一转动（SCARA）并联操作手为例,运用矢量法建立了并联操作手的运动学模型,通过工作空间性能和运动/力传递性能两个运动学指标,优化其尺度参数;运用虚拟弹簧法得到该并联操作手的刚度模型,通过对三维模型的参数识别得到其柔度矩阵,并分析了承载刚度、整体刚度两个刚度性能指标,优化了构件的截面参数;利用动力学普遍方程导出了该并联操作手的动力学模型,通过动力学灵巧度和能量传递效率两个动力学性能指标,优化了构件的质量参数。最终,该并联操作手的运动学、刚度和动力学综合性能达到最优,也得到了一些尺度、截面及质量参数的设计准则。     

基于激光扫描的密集泡状流三维重建与优化

为测量密集气液泡状流的流动形态及参数,建立了基于激光扫描的三维可视化测量系统。采用片状激光结合旋转正多边形棱镜实现对流场的光学扫描,高速摄像机采集扫描切片图像,首先对图像进行预处理。针对扫描成像中产生的切片重复曝光问题,提出二阶微分平均卷积优化算法,该方法不仅可以有效提取多切片图像中重复曝光的特征点,而且可以去除冗余及噪声信息。实验结果表明,针对分散相遮挡的密集泡状流,基于激光扫描可完整重建其三维结构,二阶微分优化算法可以有效降低重建畸变影响,重建后体积含气率的相对误差优于6%。激光扫描方法非侵入、重建精度高,具有传统方法不可比拟的优势。     

空间凸轮机构压力角自动求解的一种新方法

在凸轮廓面自动综合基础上 ,提出空间凸轮机构压力角自动求解的一种新方法。该方法在凸轮廓面数值自动综合的过程中获得接触点上的法矢 ,从而同时求得该位置的机构压力角。这种方法将各种类型凸轮机构的压力角求解按从动件运动方式统一起来 ,为凸轮CAD系统的构建提供了一致的求解模型 ,避免了廓面解析公式和压力角公式的繁琐推导。     

面向快速成型制造的CAD平台内嵌式通用接口

面向快速成型设备的CAD平台中的内嵌式通用接口，可直接在CAD建模环境下零件模型实施自适应直接切片操作，同时生成以片层结构数据为单位的快速成型接口文件，该接口使用NURBS曲线对各截面的片层结构轮廓进行精确地解析重构；依据重构后的NURBS截面轮廓，自动填充功能可精确地生成快速成型设备的X，Y向栅线扫描路径。实验数据表明，与利用STL模型切片获得的得的多义线轮廓对比，经NURBS解析重构后的自适应直接切片轮廓与原始轮廓间的拟合误差降低98％以上，所需的NURBS线段数目减少77％以上。     

基于轮廓线法的三维重建技术研究

提出基于轮廓线法的改进算法,使其更加适用人体组织的三维重建。先根据医学图像的特点将轮廓数据进行分类,然后分别在各类中进行对应处理和分支处理确定轮廓间的拓扑关系,最后以最小对角线为优化目标进行三角面片的拼接,进而得到三维模型。由于较好地确定了拓扑关系,使得组织器官的三维模型表达更精确,建模效率更高。     

螺旋刀具的仿形制造

本文利用螺旋面理论。结合计算几何知识，根据－麻花钻实物求出了加工该工件用的二次圆盘刀具截形。本方法可靠实用．计算方便．在实际生产中得到了验证。     

金属快速原型层积成形表面光整CAM系统

针对金属原型层积成形的特点，提出采用铣削光整加工来提高其表面精度。根据相邻轮廓线同步前进算法来进行层间三角面片连接，以三角面片逼近层间曲面，并由法向可求出等距面进而得到刀位轨迹和刀轴矢量，经过后置处理后最终得到NC代码，从而建立了金属原型层积成形表面光整CAM系统。