(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210765782.2 (22)申请日 2022.07.01 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市孝陵卫 街200号 申请人 南京中科 煜宸激光 技术有限公司 (72)发明人 李大伟　王文海　张长东　刘婷婷　 廖文和　邢飞　唱丽丽　锁红波　 史建军　 (74)专利代理 机构 南京钟山专利代理有限公司 32252 专利代理师 张力 (51)Int.Cl. B29C 64/386(2017.01) B33Y 50/00(2015.01) G06F 30/20(2020.01)G06T 17/20(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 113/10(2020.01) (54)发明名称 一种用于柱模型多轴增材制造的工位优化 方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于柱模型多轴增材制 造的工位优化方法， 基于柱模型骨架信息可以表 示模型生长方向的特性， 逆生长方向顺序枚举骨 架点对应的最优工位， 直至满足工位变换条件进 行工位变换， 工位变换后若满足优化结束条件便 结束优化， 可以在满足工位对应最危险面片最小 危险化的目标的同时使工位变换次数最少。 本发 明借助四个约束条件进行求取的工位变换方案， 使顺序方案中每一个工位都满足且逼近加工悬 垂要求， 可以使工位变换次数最小。 权利要求书3页 说明书7页 附图5页 CN 115214145 A 2022.10.21 CN 115214145 A 1.一种用于柱模型多轴增材制造的工位优化方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 1)导入柱模型的STL文件及多轴增材制造加工最大 许可悬垂角度 2)从STL文件中提取柱模型的骨架信息来表示模型生长方向， 逆生长方向顺序存储骨 架点P0、 P1、 P2、 、 、 ； 3)传入设定的初始方向 利用最优工位方向求解算法计算骨架点P0的最优工位方 向 4)传入 利用最优工位方向求解算法计算下一个骨架 点Pi的最优工位方向 骨架 点Pi与其最优工位方向 组成工位Ti， 同时计算骨架点Pi的最小危险距离dmini； 5)判断当前工位Ti是否发生打印头干涉， 如是， 则转到步骤7)利用工位Ti‑1进行工位变 换,否则转到步骤6)进一 步判断； 6)判断当前工位Ti是否不满足加工许可悬垂要求， 如是， 则 转到步骤7)利用工位Ti‑1进 行工位变换,否则转到步骤9)进一 步判断； 7)在工位Ti‑1处进行工位变换， 将工位Ti+1对应的成形区域与对应工位信息顺序保存； 8)判断其余成形区域是否不满足加工许可悬垂要求， 如是， 则转到步骤11)保存工位变 换方案,否则转到步骤4)进行 下一个骨架点Pi+1的求取判断； 9)判断骨架点Pi是否为最后一个骨架点Pn， 如是， 则转到步骤10)利用工位Ti进行工位 变换,否则转到步骤4)进行 下一个骨架点的求取判断； 10)在工位Ti处进行工位变换， 将工位Ti对应的成形区域与对应工位信息顺序保存； 11)保存优化后的工位变换 方案， 用有序成形区域与自定义组合数据表征。 2.如权利要求1所述的一种用于柱模型多轴增材制造的工位优化方法， 其特征在于： 1) 中， 导入的柱模型是生长方向单一的且过骨架 点垂直于生长方向的截面只能得到一个封闭 轮廓的实体三维模型； 定义加工最大许可悬垂角度 是成形区域三角面片法向量与当前工位方向向 量的夹角最大允许角度； 定义真危险三角面片fmaxhang是法向量与当前工位方向向量夹角 大于加工最大许 可悬垂角度 的三角面片， 如果某工位Ti对应的成形区域存在真危险三角面片 fmaxhang， 便称工位Ti不满足加工许可悬垂要求， 此外， 模型打印底面M0三角面片不受此要求 限制。 3.如权利要求1所述的一种用于柱模型多轴增材制造的工位优化方法， 其特征在于： 2) 中， 初步提取骨架信息为散乱的点对； 再利用共索引法连接为骨架线表示模型生长方向， 再 以逆生长方向存 储骨架点P0、 P1、 P2、 、 、 。 4.如权利要求1所述的一种用于柱模型多轴增材制造的工位优化方法， 其特征在于： 所 述最优工位方向求 解算法为： 传入向量 与骨架点Pi， 可以得到平面Fi‑1i， 计算模型中在此平面Fi‑1i之上与相交的 所有三角面片， 组成当前成形区域表征， 将所有三角面片的法向量进 行高斯映射， 得到高斯 球上的点集， 再将点集化为一个严格三角面片凸壳Ci， 遍历凸壳 的所有面片， 求取距离高斯权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115214145 A 2球心最近的凸壳面片facei： ①凸壳面片facei到高斯球心的距离被定义为骨架点Pi的最小危险距离为dmini，②凸壳 面片facei指向高斯球心的单位向量被定义为骨架点Pi的最优工位方向Ni，③骨架点Pi与其 最优工位方向 组成了工位Ti，④凸壳面片facei的顶点代表的模型三角面片被定义为骨 架点Pi的最危险面片fi， 此时最危险面片fi达到最小危险化的优化目标； ⑤当最危险面片 fi的法向量与最优工位方向Ni的夹角为加工最大许可悬垂角度时， 此 时的最小危险距离为dmini为加工最大许可悬垂距离dmaxhang， 当dmini>dmaxhang时， 代表fi＝ fmaxhang， 即当前工位Ti存在真危险三角面片fmaxhang， 即工位Ti不满足加工许 可悬垂要求。 5.如权利要求1所述的一种用于柱模型多轴增材制造的工位优化方法， 其特征在于： 5) 中， 设定打印头的半径为预设分割轮廓 偏置距离， 骨架点最优截面近似代替打印层， 所以如 果工位Ti的打印底面Fi与模型求交轮廓Qi的偏置轮廓Qi′与模型初始打印底面M0相交， 即 便是工位Ti发生了打印头干 涉， 转到步骤7)， 利用工位Ti‑1进行工位变换， 否则 转到步骤6)进一 步判断。 6.如权利要求1所述的一种用于柱模型多轴增材制造的工位优化方法， 其特征在于： 6) 中， 如果最小危险距离为dmini大于加工最大许可悬垂距离dmaxhang， 即dmini>dmaxhang， 代表fi＝ fmaxhang， 即当前工位Ti存在真危险三角面片fmaxhang， 即当前工位Ti不满足加工许可悬垂要 求， 转到步骤7)， 利用工位Ti‑1进行工位变换， 否则转到步骤9)进一 步判断。 7.如权利要求1所述的一种用于柱模型多轴增材制造的工位优化方法， 其特征在于： 7) 中， 在工位Ti‑1处进行工位变换： 将在工位底面Fi‑1平面之上的模型三角面片 保存到工位Ti‑1对应的成形 区域， 将与工位 底面Fi‑1平面相交的模型三角面片以交线为界上下重构保存到工位Ti‑1对应的成形区域与 模型中， 将工位Ti‑1的打印底面Fi‑1与模型求交轮廓Qi‑1进行Delaunay三角剖分填充新的三 角面片同时保存到工位Ti‑1对应的成形区域与模 型中， 最后将 工位Ti‑1对应的成形区域另外 保存。 8.如权利要求1所述的一种用于柱模型多轴增材制造的工位优化方法， 其特征在于： 8) 中， 对其余成形区域进行加工许 可悬垂要求判断： 模型初始打印底面M0为打印底面， 模型初始打印方向为打印方向组成工位T‑1， 遍历其 余成形区域所有模型三角面片， 如果存在真危险三角面片 fmaxhang， 即其余成形区域不满足 加工许可悬垂要求， 转到步骤11)保存工位变换方案， 否则转到步骤4)进行下一个骨架点 Pi+1的求取判断。 9.如权利要求1所述的一种用于柱模型多轴增材制造的工位优化方法， 其特征在于： 10)中， 在工位Ti处进行工位变换： 将在工位底面Fi平面之上的模型三角面片保存到工位Ti对应的成形区域， 将与工位底 面Fi平面相交的模型三角面片以交线为界上下重构保存到工位Ti对应的成形区域与模型 中， 将工位Ti的打印底面Fi与模型求交轮廓Qi进行Delaunay三角剖分填充新的三角面片同 时保存到工位Ti对应的成形区域与模型中， 最后将工位Ti对应的成形区域与对应工位信息 顺序保存。 10.如权利要求1所述的一种用于柱模型多轴增材制造的工位优化方法， 其特征在于： 11)中， 将其余成形区域与其对应工位信息顺序保存， 再将保存的信息倒序重新保存， 得到权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115214145 A 3