用于制造三维物体的激光扫描方法

摘要

一种用于制造三维物体的激光扫描方法，包括：将当前截面轮廓划分为若干个待扫描区域，且当前截面轮廓的所有边界均被划分，所述待扫描区域为正六边形或者局部正六边形，所述相邻待扫描区域的间隙大于或等于零；分别对若干个待扫描区域的内部进行填充扫描，且相邻待扫描区域所采用的扫描线呈预设角度夹角，所述预设角度大于0度，且小于180度；针对所有相邻的待扫描区域间隙，依次采用至少一条扫描线进行扫描，相对于正三角形分区扫描，本发明正六边形分区面积适中，内部没有特别短的扫描填充路径，激光不需要频繁的开关，扫描效率较高；而相对于棋盘分区扫描，本发明正六边形分区的扫描线长短不一，从而使得相邻扫描线之间残余应力更易释放。因此，本发明用于制造三维物体的激光扫描方法不仅降低了残余应力的影响，而且又兼顾了扫描效率，提高了工件成型质量。

权利要求

1.一种用于制造三维物体的激光扫描方法，其特征在于，所述方法包括：将当前截面轮廓划分为若干个待扫描区域，且当前截面轮廓的所有边界均被划分，所述待扫描区域为正六边形或者局部正六边形，相邻待扫描区域的间隙大于或等于零；

分别对若干个待扫描区域的内部进行填充扫描，且相邻待扫描区域所采用的扫描线呈预设角度夹角，所述预设角度大于0度，且小于180度；其中，在所述待扫描区域的内部填充扫描过程，相邻扫描线的扫描方向相同或相反；针对所有相邻的待扫描区域间隙，依次采用至少一条扫描线进行扫描。

2.根据权利要求1所述的激光扫描方法，其特征在于，将当前截面轮廓划分为若干个待扫描区域具体包括：根据当前截面轮廓绘制最小外接矩形；

将最小外接矩形的每一边外扩预设距离形成分区基准框；

从分区基准框一侧用多个正六边形依次铺满所述分区基准框；

将包含在当前截面轮廓的所有正六边形或局部正六边形记作待扫描区域。

3.根据权利要求2所述的激光扫描方法，其特征在于，所述预设距离大于零，且小于正六边形的边长。

4.根据权利要求1至3任一项所述的激光扫描方法，其特征在于，分别对若干个待扫描区域的内部进行填充扫描具体包括：采用平行于当前待扫描区域的任一正六边形边的扫描线对当前待扫描区域进行平行扫描；

当前待扫描区域扫描完毕后，继续采用平行于下一待扫描区域的任一正六边形边的扫描线对下一待扫描区域进行平行扫描，且相邻待扫描区域所采用的扫描线呈预设角度夹角，所述预设角度大于0度，且小于180度；

重复上述步骤，直至所有待扫描区域扫描完毕。

5.根据权利要求4所述的激光扫描方法，其特征在于，所述相邻待扫描区域所采用的扫描线呈120度夹角。

6.根据权利要求5所述的激光扫描方法，其特征在于，所有相邻待扫描区域的间隙相等。

7.根据权利要求6所述的激光扫描方法，其特征在于，所述填充扫描中的扫描线间距等于间隙扫描中的扫描线间距。

8.根据权利要求7所述的激光扫描方法，其特征在于，所述方法还包括：当待扫描区域的间隙为零时，采用一条扫描线依次扫描所有待扫描区域的间隙。

9.根据权利要求7所述的激光扫描方法，其特征在于，所述方法还包括：当待扫描区域的间隙大于零时，采用两条或三条扫描线依次扫描所有待扫描区域的间隙。

说明书

用于制造三维物体的激光扫描方法

技术领域

[0001] 本发明属于快速成型技术领域，具体涉及一种用于制造三维物体的激光扫描方法。

背景技术

[0002] 快速成型技术（Rapid Prototyping，简称RP）是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，自二十世纪八十年代末发展至今，己成为现代先进制造技术中的一项支柱技术。以选区激光熔化技术为例，其具体工艺主要包括分层切片、送铺粉、激光扫描步骤，而在激光扫描步骤中扫描路径的规划对成型过程中的热量分布、残余应力的分布、制件精度以及扫描速率等起着至关重要的作用。

[0003] 现有技术中，较多采用有棋盘分区进行激光扫描，然而棋盘分区扫描方式，其残余应力分布离散，而且需要频繁改变扫描策略，跨度较大，因此影响扫描效率。

[0004] 现有技术中，也有采用正三角形分区进行激光扫描，该扫描方式虽然可以解决残余应力分布离散的技术问题，但由于正三角形的三个角部位置，扫描线较短，从而便需要激光器频繁开关，这样不仅影响了激光器的使用寿命，而且也大大降低了扫描速率。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种可降低残余应力的影响，同时又兼顾扫描效率，提高工件成型质量的用于制造三维物体的激光扫描方法。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

[0007] 用于制造三维物体的激光扫描方法，包括以下步骤：

[0008] 将当前截面轮廓划分为若干个待扫描区域，且当前截面轮廓的所有边界均被划分，所述待扫描区域为正六边形或者局部正六边形，所述相邻待扫描区域的间隙大于或等于零；

[0009] 分别对若干个待扫描区域的内部进行填充扫描，且相邻待扫描区域所采用的扫描线呈预设角度夹角，所述预设角度大于0度，且小于180度；

[0010] 针对所有相邻的待扫描区域间隙，依次采用至少一条扫描线进行扫描。

[0011] 进一步优选地，将当前截面轮廓划分为若干个待扫描区域具体包括：

[0012] 根据当前截面轮廓绘制最小外接矩形；

[0013] 将最小外接矩形的每一边外扩预设距离形成分区基准框；

[0014] 从分区基准框一侧用多个正六边形依次铺满所述分区基准框；

[0015] 将包含在当前截面轮廓的所有正六边形或局部正六边形记作待扫描区域。

[0016] 进一步优选地，所述预设距离大于零，且小于正六边形的边长。

[0017] 进一步优选地，分别对若干个待扫描区域的内部进行填充扫描具体包括：

[0018] 采用平行于当前待扫描区域的任一正六边形边的扫描线对当前待扫描区域进行平行扫描；

[0019] 当当前待扫描区域扫描完毕后，继续采用平行于下一待扫描区域的任一正六边形边的扫描线对下一待扫描区域进行平行扫描，且相邻待扫描区域所采用的扫描线呈预设角度夹角，所述预设角度大于0度，且小于180度；

[0020] 重复上述步骤，直至所有待扫描区域扫描完毕。

[0021] 进一步优选地，所述相邻待扫描区域所采用的扫描线呈120度夹角。

[0022] 进一步优选地，在所述待扫描区域的内部填充扫描过程，相邻扫描线的扫描方向相同或相反。

[0023] 进一步优选地，所有相邻待扫描区域的间隙相等。

[0024] 进一步优选地，所述填充扫描中的扫描线间距等于间隙扫描中的扫描线间距。

[0025] 进一步优选地，所述方法还包括：当待扫描区域的间隙为零时，采用一条扫描线依次扫描所有待扫描区域的间隙。

[0026] 进一步优选地，所述方法还包括：当待扫描区域的间隙大于零时，采用两条或三条扫描线依次扫描所有待扫描区域的间隙。

[0027] 本发明用于制造三维物体的激光扫描方法，通过包括：将当前截面轮廓划分为若干个待扫描区域，且当前截面轮廓的所有边界均被划分，所述待扫描区域为正六边形或者局部正六边形，所述相邻待扫描区域的间隙大于或等于零；分别对若干个待扫描区域的内部进行填充扫描，且相邻待扫描区域所采用的扫描线呈预设角度夹角，所述预设角度大于0度，且小于180度；针对所有相邻的待扫描区域间隙，依次采用至少一条扫描线进行扫描，使得相对于正三角形分区扫描，本发明正六边形分区面积适中，内部没有特别短的扫描填充路径，激光不需要频繁的开关，扫描效率较高；而相对于棋盘分区扫描，本发明正六边形分区的扫描线长短不一，从而使得相邻扫描线之间残余应力更易释放。因此，本发明用于制造三维物体的激光扫描方法不仅降低了残余应力的影响，而且又兼顾了扫描效率，提高了工件成型质量。

附图说明

[0028] 图1为本发明用于制造三维物体的激光扫描方法提供的一实施例的方法流程图；

[0029] 图2为本发明提供的一实施例的待扫描区域划分示意图；

[0030] 图3为本发明提供的一实施例的待扫描区域内部填充扫描示意图；

[0031] 图4为本发明提供的一实施例的当前截面轮廓扫描完成示意图。

具体实施方式

[0032] 为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，以下将结合说明书附图和具体实施例做进一步详细说明。

[0033] 如图1所示，用于制造三维物体的激光扫描方法，包括以下步骤：

[0034] 步骤11：将当前截面轮廓划分为若干个待扫描区域，且当前截面轮廓的所有边界均被划分，所述待扫描区域为正六边形或者局部正六边形，所述相邻待扫描区域的间隙大于或等于零；

[0035] 该步骤11可具体通过以下方式实现，如图2所示：

[0036] 根据当前截面轮廓绘制最小外接矩形；

[0037] 将最小外接矩形的每一边外扩预设距离形成分区基准框；

[0038] 从分区基准框一侧用多个正六边形依次铺满所述分区基准框；可以理解的是，本发明可以按照任一顺序将分区基准框用多个正六边形铺满，此处仅写了一种具体实施方式，但不本发明不局限于此种方式，还可以为其它方式，例如，从中心位置开始铺满，再分别向两侧铺粉；

[0039] 将包含在当前截面轮廓的所有正六边形或局部正六边形记作待扫描区域，每一正六边形或每一个局部正六边形为一个待扫描区域。

[0040] 在此说明的是，最小外接矩形的每一边外扩距离可以相等，当然也可以不相等，具体情况根据设计需要确定，优选地，所述预设距离大于零，且小于正六边形的边长，这样不仅使得区域划分更合理，而且便于后续求交算法的鲁棒性。

[0041] 以上描述的是一种将当前截面轮廓划分为若干个待扫描区域的方式，在具体实施中，还可以采用其它方式实现，例如，采用若干个正六边形从中心部位向四周铺满整个当前截面轮廓，最后将包含在当前截面轮廓的所有正六边形或局部正六边形记作待扫描区域，在此不对所有可实现方式进行一一例举。

[0042] 在此需说明的是，所述局部正六边形是指一个正六边形的局部，如图2所示的当前截面轮廓的边界，显示的待扫描区域为局部正六边形。

[0043] 步骤12：分别对若干个待扫描区域的内部进行填充扫描，且相邻待扫描区域所采用的扫描线呈预设角度夹角，所述预设角度大于0度，且小于180度；

[0044] 该步骤12可具体通过以下方式实现，如图3所示：

[0045] 采用平行于当前待扫描区域的任一正六边形边的扫描线对当前待扫描区域进行平行扫描，其中相邻扫描线的扫描方向相同或相反，也就是按照从一侧到另一侧，再从另一侧到一侧，以此类推的方式进行扫描，当然，还可以按照每次都是从一侧到另一侧的方式进行扫描；

[0046] 当前待扫描区域扫描完毕后，继续采用平行于下一待扫描区域的任一正六边形边的扫描线对下一待扫描区域进行平行扫描，且相邻待扫描区域所采用的扫描线呈预设角度夹角，所述预设角度大于0度，且小于180度；

[0047] 重复上述步骤，直至所有待扫描区域扫描完毕。

[0048] 优选地，所述相邻待扫描区域所采用的扫描线呈120度夹角，当然，还可以为其它角度，在此不做一一例举。

[0049] 在此需说明的是，对于若干个待扫描区域的扫描顺序，可以按照从一侧开始，沿着Z形轨迹或其它扫描轨迹逐个扫描完成，优选地，采用基于就近原则且扫描线一致的情况下进行逐一扫描，例如，如图3所示，先选用一种扫描线进行局部正六边形区域的扫描（见当前截面轮廓的顶部左侧），继续以该方向的扫描线扫描就近的局部正六边形区域（见当前截面轮廓的顶部右侧），第一行扫描完了，再参照第一行扫描方式，以与第一行扫描线呈120度夹角的扫描线扫描第二行，以此类推的方式完成最后一行扫描，当最后一行扫描完成后，对中间还有未扫描的待扫描区域进行扫描，直至所有待扫描区域扫描完成结束，具体扫描方式可参见图3，这样可以免于频繁更改扫描线方向，从而提高了扫描效率。

[0050] 步骤13：针对所有相邻的待扫描区域间隙，依次采用至少一条扫描线进行扫描，其中，间隙的扫描线如图4中虚线所示。

[0051] 该步骤13中，所述相邻的待扫描区域间隙可大于或等于零，优选地，所述相邻的待扫描区域间隙大于零，这样可以进一步减少待扫描区域之间的残余应力。

[0052] 具体实施中，当待扫描区域的间隙为零时，采用一条扫描线依次扫描所有待扫描区域的间隙；而当待扫描区域的间隙大于零时，采用两条或三条扫描线依次扫描所有待扫描区域的间隙，当然，上述扫描线的具体数量可根据相邻的待扫描区域间隙的宽度设定。

[0053] 具体实施中，所有相邻待扫描区域的间隙可以相等，当然也可以不相等，进一步优选地，由于当前截面轮廓中部位置的残余应力大于边界位置的残余应力，因此，为了更好地分散残余应力，对于位于当前截面轮廓中部位置的待扫描区域，其相邻的待扫描区域间隙可设置较宽些，而对于位于当前截面轮廓边界位置的待扫描区域，其相邻的待扫描区域间隙可设置较窄些。

[0054] 具体实施中，所述填充扫描中的扫描线间距等于间隙扫描中的扫描线间距，当然，这样主要是为了便于操作简单，但本发明不局限于此一种实现方式，其还可以为其它方式，例如，设置填充扫描中的扫描线间距不等于间隙扫描中的扫描线间距。

[0055] 可以理解的是，上述步骤12和步骤13在执行的顺序上可以互换，可以先执行步骤12，再执行步骤13，或者先执行步骤13，再执行步骤12。

[0056] 在此需说明的是，以上虽然仅描述了当前截面轮廓的扫描，但由于工件每一分层后的截面轮廓均可以参照上述扫描方法进行扫描，因此，本领域的技术人员参照本发明的上述技术方案后，便可以很好地实现工件制造过程的激光扫描，达到本发明的技术效果。

[0057] 以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均应属于本发明的保护范围。应当指出，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和修饰，应视为本发明的保护范围。