基于openGL电弧增材制造分层与路径规划方法研究

作     者：黄安 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李成伟

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：电弧增材制造 几何拓扑重构 孔洞修复 分层算法 轮廓分区 

摘      要：随着科技和工业发展,产品更新迭代周期不断缩短,传统的零件加工工艺越来越难以满足需求,而增材制造凭借其高材料利用率、高灵活性等优势逐渐脱颖而出。在汽车领域,零件的制造常常用到压铸等工艺,这就需要用到大量模具。金属模具在长期使用过程容易受到损坏,而电弧增材工艺因为其成本低、技术要求不高、成型快等优势广泛应用于金属模具的修复与再生。本文研究课题源于企业电弧增材软件算法的改进。现有软件在处理三维模型时速率过慢,且在路径规划时存在较多的“漏填冲现象,路径规划的方向单一。针对现有软件的不足,本文先分析STL文件的特征,对数据量过于庞大的数据模型进行简化,以减少数据处理量,提高后续算法处理的效率。本文通过对常规简化算法,顶点聚类算法、二次误差度量算法、三角形网格删除算法的原理介绍和对比,最终选择三角网格算法进行模型的简化。再针对模型可能出现的漏洞缺陷,提出漏洞缺陷的修复算法。为了提高分层算法的效率,建立STL文件的几何拓扑结构,建立面表数据结构,以提高对STL模型顶点、三角面片的遍历效率,再用一系列平面与模型截交求解交点轮廓。获取分层的轮廓后,先对轮廓进行数据优化,去除轮廓突刺、零碎小面积区域点。用Douglas-Peucher对轮廓进行简化,减少后续分区、路径规划的计算量。对于原始软件“漏填冲较多现象,用Bayazit算法对复杂轮廓进行分区,消除“凹点,每个子分区的路径规划方向根据不同区域的特征进行自适应调整。最后基于上述算法,基于Qt开源框架和open GL图形库设计出软件,实现对STL模型和规划路径的显示和输出,验证算法的可行性。根据算法验证结果得出结论,在对bunny.stl的切片层数达到200层以上时,本文切片算法效率可提升20%,且随着切片的数量增大,算法优势会逐渐扩大;“漏填冲区域面积减少90%以上,显著减少了漏填冲现象。