电弧增材制造分层算法与路径规划方法研究

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1、硕士学位论文电弧增材制造分层算法与路径规划方法研究RESEARCHONSLICINGALGORITHMANDPATHPLANNINGMETHODOFWIREANDARCADDITIVEMANUFACTURING李冉哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP391.7学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工学硕士学位论文电弧增材制造分层算法与路径规划方法研究硕士研究生：李冉导师：李成伟教授申请学位：工学硕士学科：仪器科学与技术所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP39

2、1.7U.D.C:681.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSLICINGALGORITHMANDPATHPLANNINGMETHODOFWIREANDARCADDITIVEMANUFACTURINGCandidate：LiRanSupervisor：Prof.LiChengweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentationScienceandTechnologyAffiliation：Depart

3、mentofAutomaticMeasurementandControlDateofDefence：June，2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要电弧增材制造（WireandArcAdditiveManufacturing，WAAM）技术是金属增材制造技术的重要分支之一，由于其高度灵活性、高生产效率的特点，得到了广泛的关注。电弧增材制造基于焊接工艺，按照设定路径将金属丝材层层熔化，直至形成完整构件；由于焊接的工艺特殊性，现有的增材制造数据处理方法不

4、能完全满足电弧增材制造的应用需要，因此结合焊接工艺特点，开发相应的数据处理方法是十分迫切的。本文围绕基于焊接技术的电弧增材制造过程，对其分层算法和路径规划方法进行了分析和改进，并实现了完整的应用程序；主要完成的工作如下：（1）针对STL文件数据冗余以及缺乏拓扑信息等问题，实现了基于哈希查找的拓扑重构算法；该算法通过选取合适的哈希函数，达到快速滤除冗余顶点、重构拓扑结构的目的；通过实例验证，证明了本文选择的哈希函数性能良好，算法效率优于其他现有算法。（2）针对现有分层算法效率低下的问题，实现了一种改进的分层处理算法；该算法预先利用上述方法建立整体拓扑结构，然后通过建立

5、分层关系矩阵减少分层计算的搜索范围，有效降低了STL模型分层耗时。同时，该算法可以在分层过程中自动识别内外轮廓，直接获得有向轮廓线，简化了后续的数据处理。通过实例验证，证明本文算法能够正确生成截面轮廓，并且有效提高了分层效率。与其他算法相比，本文算法具有更小的时间代价，尤其是对于较复杂的STL模型，本文算法优势更加明显。（3）结合焊接工艺的特点，实现了一种结合轮廓偏置路径和锯齿形路径的自动分区复合填充路径生成算法；该算法以轮廓偏置路径填充内外轮廓附近区域，以锯齿形路径填充内部区域，并对复杂形状截面的锯齿形路径生成方法进行深入研究，实现了自动分区填充，最大程度上减少了

6、起弧、停弧的次数，最终输出为CLI文件。通过实例验证，证明该算法正确可行。（4）结合以上算法，在VisualC++开发环境下，利用OpenGL三维图形库，实现了面向电弧增材制造的数据处理软件，并通过应用实例介绍了该软件的处理流程。关键词：电弧增材制造；拓扑重构；分层算法；路径规划；OpenGL-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsoneofthemostimportantbranchesofadditivemanufacturingformetalparts,WireandArcAdditiveManufacturing(WAAM)hasbeenw

7、idelyconcernedforitshighflexibilityandhighefficiency.WAAMisbasedonweldingtechnology,whichmeltsmetalwireslayerbylayeraccordingtothegivenpathuntilthepartisbuiltup.TheexistingdataprocessingmethodsforadditivemanufacturingcannotsuittheneedsofWAAMduetotheparticularityoftheweldingprocedure,