2008年10月中国制造业信息化第37卷第19期 b.各轴运动测试程序。调节各轴的运动位置、个三角面求交线。如图3所示,其中三角面f4和fs 测试限位开关以及观察多轴插补的灵活性等,为实都和当前切片平面F()不相交。这样每一层都 验做位置调节准备,同时对设备性能进行检测 去掉了大部分和切片面不相交的三角面,从而提高 c.成形控制程序。成形实验开始时先是对成了软件的切片效率 形参数进行设定,比如扫描速度激光功率、铺粉厚 度等,然后根据切片TXT文件控制激光束在XY 平面上作扫描运动。 d.状态监测程序。监测程序包括对各个轴实 时位置的监测显示;对限位状态的显示及对当前成 形层轨迹的显示。 图3切片平面F()与三角面相交 解出的轮廓线有3种分布情况:如果实体当前 2软件的设计 层的截面上没有空洞,那么实体只有1条轮廓线, SLS快速成形机软件采用MFC(VC图形界就是最大轮廓线。如图4(a)所示,轮廓线L1以内 面)开发。MFC是面向对象程序设计与 Applicar-都是激光束扫描的区域。如果当前层截面上有空 tion framework的完美结合,它将传统的API分类洞,那么实体就有2条以上的轮廓线;如果2个空 封装,并且创建了程序的一般框架,可以非常方便洞的轮廓线相交,则自动取并集并成1条轮廓线, 地进行图形界面的程序开发,同时MFC也能很好如图4(b)中的轮廓线L3就是实体里面2个椭圆 地兼容硬件底层动态链接库14 轮廓线相交后的新轮廓线。最后一种分布就是在 2.1切片程序 空洞轮廓线里还有实体的轮廓线,如图4(c)中的 切片分层是快速成形制造技术中的关键部分。轮廓线L6。对于3种情况,程序利用轮廓线内的 分层质量的好坏直接影响着以后的扫描路径数据点判断此轮廓线内的区域是扫描区还是非扫描区。 处理和叠层加工过程。切片程序首先对STL文件 在沿z轴上分成若干层 每个STL实体都是由若干个三角面包围起 q 来,形成一个封闭的表面组合。用垂直于z轴的 组平面去和SL实体轮廓相交,那么一定会有 条或几条封闭的相交线,这些相交线所组成的图 图4轮廓线的分布情况 形就是每层的轮廓15 解出每层成形的轮廓线后,再用垂直于X轴 设F(=)是垂直于z轴的距离相等的一组切或Y轴距离相等的一组平面去和轮廓线相交,即 片平面,则F(z)的方程为 可解得每层的扫描坐标点。然后把坐标点存为 式乙=mMn∈N且n≤△M①DTXT文件。后面成形程序只要调用TXT文件则 h为切片厚度;H为实体在z轴上的高度。可以驱动激光器进行二维扫描 再设f(x,y,z为STL实体的所有表面三角 图5所示为切片程序的界面,可以读取如 面方程,则有 Solidworks、Pro/E等三维软件设计出的STL格式 文件。然后切片转换成TXT坐标文件 f(x,y,)=∑(x,y,(2)2.2测试程序 式中n为包围实体的三角面数。 测试程序主要包括正反方向运动测试、限位测 联立式(1)和式(2)可解得很多条线段这些线试、回零测试、直线插补测试和圆弧插补测试。 段一定能形成一条或几条封闭的曲线,这就是每层 测试程序里还有一个显示区,实时显示XY轴 的轮廓线。因为包围实体的三角面数量繁多,并且的运动路径。测试程序界面如图6所示 在零件尺寸大的情况下切片的层数也很多,这样解2.3成形程序 方程组数据量巨大,耗费时间长。软件切片程序采 成形程序开始时先设置成形参数,成形参数包 用以下处理方法:先取得每个三角面3个顶点的z括激光功率、扫描速度、铺粉厚度和扫描间距,可以 坐标和当前切片层方程:=h(h为常数)相比,如根据零件的大小和成形强度来设置成形参数。然 果3个顶点的z坐标都大于h或小于h则不用和这后选择成形TXT文件在成形烧结过程中,扫描 201994-2009ChinaAcademicJourmalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.netb. 各轴运动测试程序。调节各轴的运动位置、 测试限位开关以及观察多轴插补的灵活性等 ,为实 验做位置调节准备 ,同时对设备性能进行检测。 c. 成形控制程序。成形实验开始时先是对成 形参数进行设定 ,比如扫描速度、激光功率、铺粉厚 度等 ,然后根据切片 TXT 文件控制激光束在 X Y 平面上作扫描运动。 d. 状态监测程序。监测程序包括对各个轴实 时位置的监测显示 ;对限位状态的显示及对当前成 形层轨迹的显示。 2 软件的设计 SLS 快速成形机软件采用 MFC (VC 图形界 面) 开发。MFC 是面向对象程序设计与 Applica2 tion Framework 的完美结合 ,它将传统的 API 分类 封装 ,并且创建了程序的一般框架 ,可以非常方便 地进行图形界面的程序开发 ,同时 MFC 也能很好 地兼容硬件底层动态链接库[4 ] 。 2. 1 切片程序 切片分层是快速成形制造技术中的关键部分。 分层质量的好坏直接影响着以后的扫描路径数据 处理和叠层加工过程。切片程序首先对 STL 文件 在沿 Z 轴上分成若干层。 每个 STL 实体都是由若干个三角面包围起 来 ,形成一个封闭的表面组合。用垂直于 Z 轴的 一组平面去和 STL 实体轮廓相交 ,那么一定会有 一条或几条封闭的相交线 ,这些相交线所组成的图 形就是每层的轮廓[5 ] 。 设 F( z) 是垂直于 Z 轴的距离相等的一组切 片平面 ,则 F( z) 的方程为 : z = nΔh{ n ∈ N 且 n ≤ H/Δh} (1) 式中 :Δh 为切片厚度; H 为实体在 Z 轴上的高度。 再设 f ( x , y , z) 为 STL 实体的所有表面三角 面方程 ,则有 : f ( x , y , z) = ∑ n i = 1 f i ( x , y , z) (2) 式中 n 为包围实体的三角面数。 联立式(1) 和式(2) 可解得很多条线段 ,这些线 段一定能形成一条或几条封闭的曲线 ,这就是每层 的轮廓线。因为包围实体的三角面数量繁多 ,并且 在零件尺寸大的情况下切片的层数也很多 ,这样解 方程组数据量巨大 ,耗费时间长。软件切片程序采 用以下处理方法 :先取得每个三角面 3 个顶点的 z 坐标和当前切片层方程 z = h ( h 为常数) 相比 ,如 果 3 个顶点的 z 坐标都大于 h 或小于 h 则不用和这 个三角面求交线。如图 3 所示 ,其中三角面 f 4 和 f 5 都和当前切片平面 F( z) 不相交。这样每一层都 去掉了大部分和切片面不相交的三角面 ,从而提高 了软件的切片效率。 图 3 切片平面 F( z) 与三角面相交 解出的轮廓线有 3 种分布情况 :如果实体当前 层的截面上没有空洞 ,那么实体只有 1 条轮廓线 , 就是最大轮廓线。如图 4 (a) 所示 ,轮廓线 L1 以内 都是激光束扫描的区域。如果当前层截面上有空 洞 ,那么实体就有 2 条以上的轮廓线 ;如果 2 个空 洞的轮廓线相交 ,则自动取并集并成 1 条轮廓线 , 如图 4 (b) 中的轮廓线 L3 就是实体里面 2 个椭圆 轮廓线相交后的新轮廓线。最后一种分布就是在 空洞轮廓线里还有实体的轮廓线 ,如图 4 (c) 中的 轮廓线 L6。对于 3 种情况 ,程序利用轮廓线内的 点判断此轮廓线内的区域是扫描区还是非扫描区。 图 4 轮廓线的分布情况 解出每层成形的轮廓线后 ,再用垂直于 X 轴 或 Y 轴距离相等的一组平面去和轮廓线相交 ,即 可解得每层的扫描坐标点。然后把坐标点存为 TXT 文件。后面成形程序只要调用 TXT 文件 ,则 可以驱动激光器进行二维扫描。 图 5 所示为切片程序的界面 , 可以读取如 SolidWorks、Pro/ E 等三维软件设计出的 STL 格式 文件。然后切片转换成 TXT 坐标文件。 2. 2 测试程序 测试程序主要包括正反方向运动测试、限位测 试、回零测试、直线插补测试和圆弧插补测试。 测试程序里还有一个显示区 ,实时显示 X Y 轴 的运动路径。测试程序界面如图 6 所示。 2. 3 成形程序 成形程序开始时先设置成形参数 ,成形参数包 括激光功率、扫描速度、铺粉厚度和扫描间距 ,可以 根据零件的大小和成形强度来设置成形参数。然 后选择成形 TXT文件 。在成形烧结过程中 ,扫描 42 2008 年 10 月 中国制造业信息化 第 37 卷 第 19 期