金属件激光直接成形中截面轮廓线的生成算法研究

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1、《电加工与模具》"%%#年第@期设计·研究金属件激光直接成形中截面轮廓线的生成算法研究杨泰平!胡乾午"曾晓雁"于涛#（!华中科技大学材料科学与工程学院，湖北武汉$#%%&$；"华中科技大学激光技术与工程研究院，湖北武汉$#%%&$；#中原油田采油工程技术研究院电潜泵研究所，$’&%%!）摘要：截面线计算与扫描路径选择是激光直接成形工艺的重要控制环节。鉴于三角形拟合面与切平面的位置关系，提出了一种基于指针数组数据结构的截面轮廓线生成算法，通过()*+,-语言中.*-/0结构实现了分层处理后的内外轮廓自动识别，实际应用表

2、明该算法快速、准确，适于金属件的激光直接成形。关键词：激光直接成形；金属；1.2模型；()*+,-；轮廓线激光直接成形制造金属工件的方法是基于快速!5!截面轮廓的数学模型与分析成形原理，采用高功率激光器同步熔化供给的金属对金属实体1.2模型分层处理的过程，实际上粉末，按逐层累积的形式完成金属件的实体制造。就是用一系列以分层方向为法矢的平面与零件的数该技术的实质是计算机控制下的激光三维精密熔据模型求交的过程，通常把这些平面称之为切平面。覆［!，"］。针对激光直接成形金属的技术特点开发与在求出三角形拟合面与切平面的交点后

3、，必须对交之配套的控制程序，并完善相应的数据处理软件，如点做分析和整理，形成若干组有向的封闭折线，进而截面轮廓的快速生成、扫描路径的优化、扫描方式的构成工件的截面轮廓，实际应用时还要进行光斑半合理选择等，都还是需不断完善和发展的问题。径补偿。金属实体截面信息的计算与生成包括三角形拟在数学模型中轮廓线的生成可转化为以下问题：合面与切平面的交线计算、轮廓线的生成及内外轮设有!组数据记录，每组记录对应存放着!条有向廓的识别。截面信息的计算与生成速度，对于分层线段的起点坐标和终点坐标参数，该线段是切平面与处理速度有着重要影响

4、。在计算生成每一层的截面三角拟合面相交的两个端点；由特定算法确定有向线轮廓线时，都先要分析每一个三角形拟合面与切平段间的连接关系，即确定与有向线段起点和终点相连面的位置关系，若相交，需计算出交点。为了快速判的线段记录号；最后，根据有向线段间的连接关系生断三角形拟合面与切平面的位置关系，加快分层处成金属件激光自由成形的实际截面轮廓线。理速度，可先对1.2文件中的三角形拟合面做特殊!5"三角形拟合面与切平面的位置关系分析的排序处理，以缩短交点计算和三角形拟合面与切通常1.2文件中每个三角形拟合面由$个数平面位置关系判断的

5、时间。激光直接成形金属实体据项表示，即三角形的#个顶点坐标和该三角形拟每一个切片截面轮廓生成过程的技术关键是轮廓线合面的外法线矢量，1.2文件是多个三角形拟合面与扫描线交点的分析与计算。总而言之，数据处理的集合。软件中的路径选择，对金属激光自由成形合理性、成"/6783/9:;76)!""<7=｛（!）形件质量和精度都有重要的影响。本文采用分区域"/6783/9:;76)#""<-8栅格式轮廓填充扫描方式，避免激光束在轮廓边界由图!可以看出，每个三角拟合面都存在>向多次折返引起的尺寸精度降低，实现了金属件的快的最大值

6、和最小值，根据式（!），将给定扫描面（"/?速精确自由成形。6783/9:;76)）"值与三角形拟合面的最大"值和最小"值进行比较来选定每次截面区域。由于每一!截面轮廓快速生成算法原理个扫描面（1678/9:;76)）通常只扫描所有三角拟合面收稿日期："%%#3%&3"4的一部分，因此，算法选择的原则是：首先选择所有—#"—设计·研究《电加工与模具》,BB&年第A期的三角拟合面数据中最大!值大于扫描面!值的上面步骤已经生成的指针数组’()*+中选择三角三角面，然后选择三角拟合面中最小!值小于扫描面，并与切平面求交点。

7、因为每个三角面与切平面面!值的三角面，从而生成与该扫描面相交的三角有两个交点，将所有的交点保存到2/()*指针列表的面组。图"#显示了可能与扫描面相交的三角面的数据结构对象56*.789(6*中（:#756*.789(6*：2/()*），区域。而图"$、图"%则给出了两种扫描面不在该然后再对所求的交点进行顺序连接。具体描述为：区域的情况。式（"）是与三角面相交的扫描面的一（"）判断2/()*的56*.789(6*表是否为空，如果种表达式［&］。根据这个关系，先将与该切平面相交为空，则结束程序退出。如不为空，则执行（,

8、）。的三角拟合面存放到一个指针数组’()*+中，继续（,）取56*.789(6*表中的头两个元素分别放入对该链表中所有的三角拟合面进行处理，就可完成8;(7)*，8%<77.6*指针，并从56*.789(6*表中删除用过轮廓的切片扫描，采用这种方法可提高金属实体分的元素。层处理的速度。（&）用指针86.=*从头到尾遍历表中其他的元素，看是否与8