凹多边形凸分解算法在快速原型中的应用.pdf

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1、CAD／CAE／CAPP／CAM现代制造工程2010年第2期凹多边形凸分解算法在快速原型中的应用+朱传敏，唐瑁，许田贵(同济大学机械工程学院，上海201804)摘要：快速原型是近年来兴起的一项新技术，而扫描路径规划是其核心问题之一。在众多路径生成算法中，分区式扫描由于在制件精度和效率上存在着诸多优势，逐渐成为应用最为广泛的算法。将计算机图形学中的凹多边形凸分解方法应用到分区算法中，将复杂的情形化繁为简，避免出现多边形求交的情形，极大地减小了算法的复杂程度。该算法作为快速原型路径生成软件的基本算法，已经在熔融

2、沉积(FDM)快速原型机中应用，提高了制件的精度，缩短了加工时间。关键词：快速原型；凹多边形凸分解；分区扫描；路径规划中图分类号：THl6文献标识码：B文章编号：1671--3133(2010)02—0053-．----04TheapplicationofconcavepolygonconvexdecompositionalgorithmtorapidprototypingZHUChuan．min．TANGJun。XUTian—gui(CollegeofMechanicalEngineering，Tongj

3、iUniversity，Shanghai201804，China)Abstract：RapidPrototyping(RP)isanewlydevelopedtechnologyinthepastafewyears．Scanningpathplanningisoneofitscoreproblems．Withthemajoradvantagesinthepartsprecisionandefficiency，sub·regionalpathgenerationmethodbecomesmorepopular

4、withinallofthepathgenerationmethods．Concavepolygonconvexdecompositionmethodofcomputergraphicsisappliedtothesub-re百onalpathgenerationalgorithm，intheconsiderationofrequirementsofRP，whichsimplifiesthecomplexconditionsandavoidsthepolygonsintersection，therefore

5、largelydecreasesthealgorithmcomplexity．Thealgorithmisusedasthefundamen-talalgorithmintheFDMRPpathgenerationsoftware，whichreducestheproductiontimeandenhancesthepartsprecision．Keywords：RapidPrototyping(RP)；concavepolygonconvexdecomposition；sub—regionalscanni

6、ng；pathplanning快速原型技术(RapidPrototyping，RP)是20世纪80年代末发展起来的一项新的技术，在短短的二十多年时间里得到迅速的发展。它是将三维实体分解为一个个具有一定厚度的两维层片，将层片按顺序加工，堆积起来形成所需的零件。每一个层片的加工都是按一定的路径进行填充扫描。由于扫描路径的好坏直接影响到加工中最关键的两个因素：加工效率、制件的精度，所以填充路径的规划非常重要。目前，路径生成方法主要有以下几种：1)直线往复式扫描(zigzag)；2)偏置式扫描(offset)；3)

7、分形扫描；4)分区扫描。分区扫描是使用最为广泛的一种扫描方式，利用一定的方法，将整个轮廓分解成若干个小的区域，然后在各个小区域内进行连贯的路径规划，这种化繁为简的方法既可以减少空行程，同时因为不需要频繁跨越型腔而减少了“拉丝”现象⋯。分区后，各子区内的扫描路径的规划相对于分区前整个·上海市示范实验中心资助项目层片要简单得多，对于偏置算法来说，由于分区后的多边形具有更好的形态质量，偏置过程不需要考虑相交等情形，使得算法得到大大的简化。分区扫描的核心在于使用什么方法进行分区，文献[1]利用一组平行的扫描线与多边

8、形求交点，根据交点的个数来进行分区。这种方式算法简单，但是得到的子区形态不是很好，而且后续的路径不适合使用偏置式，只能使用直线式，具有很大的局限性。文献[2]通过运用基于可见点的凹多边形凸分解方法，得到了很好形态的子区，但是其权函数的计算需要求反三角函数，加大了计算的复杂性，而且子区路径生成方法使用的是直线式，尽管算法简单，但是加工精度不高。文献[3]在传统的Rogers算法的基础上通过计算矢量z坐标的方法，有效