3DP分层切片中基于点云射线投影的NURBS曲面切片算法

发布时间：2018-03-18 17:00

  本文选题：三维打印机(DP)　切入点：切片算法　出处：《机械科学与技术》2015年02期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：给出用于三维打印机的分层切片算法。利用打印模型点云图像不同方向的分形维数参数和切片层数来确定切片方向;通过建立点云在切平面映射的NURBS曲线来拟合模型轮廓线,然后产生打印机使用的指令G代码。设计λ进制数来确定切片方向。λ进制数由两个要素组成,其一是分形维数D,其二是切片层数N,D和N都是越小越好。确定了打印方向后,可进行切片处理,得到切平面。点云图像的散乱点映射到切平面,这些点用带一定偏移量的射线来划分,射线与点云交点就是形成NURBS曲线的控制点。详细给出控制点寻找以及建立NURBS曲线及曲面的过程。首先引入分形维数参数D作为重要参数来确定切片方向,使用λ进制体系优化打印方向,提出高效的射线分割算法来分割点云,并使用NURBS曲线拟合来获得精确的边界轮廓。通过两个模型验证该算法误差都在公差允许范围内,优化了打印方向,提高了打印速度。
[Abstract]:A layered slicing algorithm for 3D printer is presented. The fractal dimension parameters and slice layers in different directions of the point cloud image are used to determine the slicing direction. The model contour line is fitted by establishing the NURBS curve of point cloud mapping in the tangent plane. Then the instruction G code used by the printer is generated. The 位 -ary number is designed to determine the slicing direction. The 位 -ary number is composed of two elements, one is the fractal dimension D, the other is that the number of slice layers N, D and N is the smaller the better. The scattered points of the point cloud image are mapped to the tangent plane, and these points are divided by rays with a certain offset. The intersection point between ray and point cloud is the control point to form NURBS curve. The process of finding control point and establishing NURBS curve and surface is given in detail. Firstly, fractal dimension parameter D is introduced as an important parameter to determine slice direction. Using 位 system to optimize the printing direction, an efficient ray segmentation algorithm is proposed to segment the point cloud, and NURBS curve fitting is used to obtain the exact boundary contours. The two models verify that the error of the algorithm is within the tolerance range. The printing direction is optimized and the printing speed is improved.
【作者单位】： 南京师范大学电气与自动化工程学院;
【基金】：国家自然科学基金项目(61273243) 江苏省高技术研究项目(BG2006042) 江苏省高校自然科学基金项目(09KJD46004)资助
【分类号】：TP334.8;TP391.7

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 万程辉;程效军;贾东峰;;基于快速成型技术的点云压缩算法研究[J];测绘通报;2012年06期

2 刘佳;曾荣军;胡桃;;光固化快速成型中误差的理论分析[J];硅谷;2012年01期

3 王耀;李宏;郭洛方;;连铸中间包钢液中凝聚态氧化铝夹杂物运动行为的数值模拟[J];北京科技大学学报;2014年04期

4 琚俏俏;程效军;徐工;;基于椭圆拟合的隧道点云去噪方法[J];工程勘察;2014年09期

5 林意;薛思骐;郭婷婷;;一种参数曲线间Hausdorff距离的计算方法[J];图学学报;2014年05期

6 韦建和;马如宇;顾冬云;王金武;赵庆辉;;一种组合式个性化人工膝关节假体数字化设计方法[J];北京生物医学工程;2014年05期

7 SONG Xin;LIU Ji-quan;FAN Shu-qian;;Slicing Strategy for Selective Laser Melting[J];Computer Aided Drafting,Design and Manufacturing;2014年03期

8 舒霞云;张鸿海;;多材料按需微滴喷射系统设计与实验研究[J];机械科学与技术;2015年02期

9 章海波;张旭;张冉;张学昌;;G~1连续的截面数据高精度重构方法研究[J];机械工程学报;2015年03期

10 丁仕燕;徐家文;;数控超声磨削陶瓷型面自动编程系统研制[J];山东大学学报(工学版);2006年05期

相关会议论文 前2条

1 林庚浩;马天宝;宁建国;;一种自适应分层算法的研究[A];第十二届现代数学和力学会议论文集[C];2010年

2 王耀;李宏;郭洛方;;钢液中Al_2O_3夹杂物颗粒布朗碰撞聚合的三维可视化数值模拟研究[A];第十七届（2013年）全国冶金反应工程学学术会议论文集（下册）[C];2013年

相关博士学位论文 前10条

1 邱彦杰;反向工程中自动精确模型重建的关键技术研究[D];上海交通大学;2011年

2 丁仕燕;数控展成超声磨削陶瓷型面的基础研究[D];南京航空航天大学;2006年

3 李浚圣;线性切换系统的最优切换律[D];东北大学;2005年

4 潘海鹏;快速成型制造中分层处理技术的研究[D];南昌大学;2007年

5 张悦;混杂系统建模与控制方法研究[D];华北电力大学（河北）;2008年

6 史辉;基于脚型三维形貌的自动化鞋楦定制关键技术研究[D];清华大学;2009年

7 周京博;非回转对称微结构表面超精车削轨迹生成及形状误差评价[D];哈尔滨工业大学;2013年

8 李绪武;基于三维扫描工程建模的面部整形点云数据处理方法研究[D];重庆大学;2013年

9 钟山;复杂曲面正向/逆向快速设计关键技术与增材制造数据处理方法研究[D];华南理工大学;2013年

10 刘威;点云模型的数控加工刀轨生成关键技术研究[D];南京航空航天大学;2013年

【二级参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 李宏;温娟;张炯明;王新华;佐佐木康;日野光兀;;应用DLA模型模拟钢中夹杂物集团凝聚[J];北京科技大学学报;2006年04期

2 张必强,邢渊,阮雪榆;面向网格简化的STL拓扑信息快速重建算法[J];上海交通大学学报;2004年01期

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;Multi-degree reduction of NURBS curves based on their explicit matrix representation and polynomial approximation theory[J];Science in China(Series F:Information Sciences);2004年01期

2 袁锋;;基于NURBS理论的高速插补技术[J];机械设计与制造;2005年12期

3 万征;周朝晖;王守尊;;一种改进的三次NURBS曲线生成算法[J];舰船电子工程;2006年02期

4 祝雪峰;马正东;胡平;;几何精确非协调等几何NURBS有限元[J];固体力学学报;2012年05期

5 周圣武;圆弧的三次NURBS表示及其应用[J];计算机工程;1994年S1期

6 姬晓天,施寅;NURBS的概念与使用[J];计算机辅助设计与制造;1998年12期

7 周泽平,吴艳萍;NURBS曲线分割在造型设计中的应用[J];昆明理工大学学报;2000年01期

8 石金龙,王兴波;NURBS曲线端点性质的数学推导[J];长沙大学学报;2003年04期

9 宫可想,周淑秋,常宪平;基于NURBS的轴变形的人体手部运动[J];计算机应用;2004年S2期

10 李军;四次NURBS表示对称圆弧曲线的实用方法[J];南京师范大学学报(工程技术版);2005年03期

相关会议论文 前10条

1 乔学军;刘蓉;;一种构造光滑的闭NURBS曲线的算法及应用[A];图像图形技术与应用进展——第三届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2008年

2 陈周锋;武振锋;;NURBS方法在汽车设计应用中的改进[A];第九届中国CAE工程分析技术年会专辑[C];2013年

3 余武志;胡鹏浩;赵前程;;螺杆转子的NURBS建模[A];第十九届测控、计量、仪器仪表学术年会(MCMI'2009)论文集[C];2009年

4 Limei Wang;Rui Liu;;Research of Direct-drive XY Table Contouring Control Based on NURBS Interpolator[A];第25届中国控制与决策会议论文集[C];2013年

5 王兴波;吴正洪;钟志华;;平面NURBS曲线拐点的分析与控制[A];第一届全国几何设计与计算学术会议论文集[C];2002年

6 孙利君;张彩明;;一种对NURBS曲线进行形状调整的新方法[A];第一届全国几何设计与计算学术会议论文集[C];2002年

7 成敏;王国瑾;;NURBS曲面显式降多阶逼近[A];几何设计与计算的新进展[C];2005年

8 乔志峰;王太勇;胡淼;;具有自适应精度控制功能的五轴NURBS插补方法研究[A];机械动力学理论及其应用[C];2011年

9 向长波;许建华;;基于NURBS曲线的不规则物体三维重建与测量[A];2009全国虚拟仪器大会论文集（一）[C];2009年

10 王楠;张玉;陈铭;梁昌洪;;NURBS曲面的UTD爬行波射线寻迹算法研究[A];2005'全国微波毫米波会议论文集（第三册）[C];2006年

相关博士学位论文 前10条

1 臧婷;基于NURBS的非均质实体建模方法研究[D];河北工业大学;2013年

2 陈绍平;NURBS曲线及其在船舶型线设计中的应用研究[D];武汉理工大学;2002年

3 玄冠涛;凸轮轮廓NURBS重构与工作特性优化研究[D];山东农业大学;2014年

4 吴继春;曲面数控加工编程轨迹的NURBS拟合及插补算法研究[D];华中科技大学;2012年

5 于丕强;NURBS曲面重构中的几何连续性问题[D];大连理工大学;2002年

6 冀世军;反求工程的NURBS曲面拼接与拟合技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

7 孙海洋;NURBS曲线刀具路径实时插补技术研究[D];国防科学技术大学;2008年

8 徐乐;基于NURBS技术的电大复杂目标RCS预估技术研究[D];西安电子科技大学;2009年

9 袁浩波;基于NURBS建模的高阶矩量法[D];西安电子科技大学;2009年

10 葛荣雨;基于NURBS的空间分度凸轮廓面创成与品质评价技术研究[D];山东大学;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 于涛;基于系数矩阵的NURBS曲线细分及其应用[D];河北师范大学;2010年

2 张春政;反求NURBS曲线及其插补算法与速度控制研究[D];兰州理工大学;2010年

3 温云龙;基于NURBS曲线的数控算法研究与设计[D];华南理工大学;2011年

4 蒋婷婷;基于NURBS的心脏三维表示及参数定量计算方法[D];浙江工业大学;2008年

5 林允朋;等几何分析中的NURBS体造型及算法[D];电子科技大学;2012年

6 彭小军;曲线曲面的NURBS造型技术与数控仿真[D];长安大学;2013年

7 柳晓燕;NURBS曲线面形状修改[D];西北大学;2006年

8 胡金燕;NURBS应用问题的研究[D];大连理工大学;2002年

9 康书杰;NURBS曲线实时插补技术研究[D];南京航空航天大学;2007年

10 於祖庆;基于绝对坐标有理有限元及与NURBS曲线关系的研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

，

本文编号：1630481