CN104943176A - 基于图像识别技术的3d打印机及其打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图像识别技术的3D打印机及其打印方法，包含3D打印机主体、供电模块、图像采集设备和图像采集处理模块，图像采集设备设置在3D打印机主体上，图像采集处理模块与图像采集设备通讯连接，供电模块与3D打印机主体、图像采集设备和图像采集处理模块连接并给3D打印机主体、图像采集设备和图像采集处理模块供电，通过反馈修正使3D打印机的喷头和工作台移动更加精确，提高打印精度，同时能感知3D打印机无法出料的情况，从而使打印者及时采取措施，最后在3D打印机因为各种原因导致关机后重新开机精确续打。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D打印机及其打印方法，特别是一种基于图像识别技术的3D打印机及其打印方法。
背景技术
3D打印，又称增材制造，属于快速成型技术的一种。3D打印技术出现于20世纪80年代，但由于成本的原因最近几年才被越来越多的使用。熔融沉积成型的3D打印技术是现在的消费级3D打印机所采用的一种主流技术。
熔融沉积成型的3D打印技术的原理：将丝状的热熔性材料进行加热融化，通过带有微细喷嘴的挤出机把材料挤出来。喷头可以沿Y轴和Z轴方向进行移动，工作台则沿X轴的方向移动（当然不同的设备其机械结构的设计也许不一样），熔融的丝材被挤出后随即会和前一层材料粘合在一起。一层材料沉积后工作台将按预定的增量上升一个厚度，然后重复以上的步骤直到工件完全成型。
但这种技术方法存在着下列缺点：一是长时间工作后，机械出现磨损现象，可能会使喷头和工作平台移动不到位，导致打印精度降低；二是3D打印机无法对于材料中的杂质堵住喷头和材料用尽等原因导致的喷头无法出料的情况进行感知；三是打印过程中遇到停电等不可抗力导致3D打印机关机后，3D打印机无法在关机前的位置继续打印。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于图像识别技术的3D打印机及其打印方法，它能够实时对打印机喷头位置进行修正，保证打印精度，同时能够意外关机后继续打印，使用方便。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于图像识别技术的3D打印机，其特征在于：包含3D打印机主体、供电模块、图像采集设备和图像采集处理模块，图像采集设备设置在3D打印机主体上，图像采集处理模块与图像采集设备通讯连接，供电模块与3D打印机主体、图像采集设备和图像采集处理模块连接并给3D打印机主体、图像采集设备和图像采集处理模块供电。
进一步地，所述图像采集设备包含摄像头安装底板、四个底部摄像头和一个顶部摄像头，所述摄像头安装底板为正方形框架，四个底部摄像头分别固定在摄像头安装底板四条边的中点位置并且四个底部摄像头均朝向摄像头安装底板中心，四个底部摄像头设置在3D打印机主体的喷头同一水平面上，顶部摄像头竖直设置在3D打印机主体的喷头上侧。
进一步地，所述3D打印机主体与上位机连接，上位机设置有数据库。
一种基于图像识别技术的3D打印机的打印方法，其特征在于：包含以下步骤，
A、3D打印机开始工作时，顶部摄像头拍摄一张照片传回上位机计算出当前3D打印机喷头与顶部摄像头相差的高度作为基准高度；
B、3D打印机分层打印某一层过程中，四个底部摄像头高频拍照并输送至上位机，上位机将四个底部摄像头的拍摄的图像进行识别，通过相邻时间拍摄的两张照片对比计算出当前3D打印机喷头与工作台的移动情况，并与分层软件给出的预定路径进行比较，当移动情况与预定不符时，上位机通过控制3D打印机控制模块来控制3D打印机的喷头和工作台进行实时的移动修正，直到该层打印完毕；
C、一层打印完毕后，3D打印机的喷头在z轴移动预定距离，顶部的摄像头拍摄一张照片并传回上位机，上位机通过顶部摄像头当前拍摄的照片与前一张拍摄的照片进行对比计算出3D打印机喷头在z轴实际移动的距离，若实际移动的距离与预定距离不符，上位机通过控制3D打印机控制模块来控制3D打印机的喷头进行实时的移动修正，直到修正完成；
D、通过上位机建立的SQL Server数据库管理系统，自动将打印过程中产生的G代码，摄像头拍摄的图片等数据上传到SQL Server数据库中，当3D打印机因为意外情况关机时，重新开机拍摄照片后与数据库中存储的照片比对并通过上位机控制3D打印机控制模块来修正3D打印机的喷头位置，以恢复关机前位置继续进行打印；
E、重复以上B、C步骤，直至打印完成。
进一步地，所述四个底部摄像头高频拍照并输送至上位机，上位机将四个底部摄像头的拍摄的图像进行识别对比，确定喷头出料情况，若喷头不出料则上位机报警。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：基于图像识别技术的3D打印机及其打印方法一是可以通过反馈修正使3D打印机的喷头和工作台移动更加精确，提高打印精度。二是能感知3D打印机无法出料的情况，从而使打印者及时采取措施。三是可以在3D打印机因为各种原因导致关机后重新开机精确续打。
附图说明
图1是本发明的基于图像识别技术的3D打印机的图像采集设备示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图所示，本发明的基于图像识别技术的3D打印机包含3D打印机主体、供电模块、图像采集设备和图像采集处理模块，图像采集设备设置在3D打印机主体上，图像采集处理模块与图像采集设备通讯连接，供电模块与3D打印机主体、图像采集设备和图像采集处理模块连接并给3D打印机主体、图像采集设备和图像采集处理模块供电。图像采集设备包含摄像头安装底板1、四个底部摄像头2和一个顶部摄像头3，摄像头安装底板1为正方形框架，四个底部摄像头2分别固定在摄像头安装底板1四条边的中点位置并且四个底部摄像头2均朝向摄像头安装底板1中心，四个底部摄像头2设置在3D打印机主体的喷头同一水平面上，顶部摄像头3竖直设置在3D打印机主体的喷头上侧。四个底部摄像头用于监控当前打印面的情况，底部摄像头会每隔极短的时间同时拍摄照片，通过图像识别技术可以判断出喷头的出料情况以及通过图像识别技术与预定路径进行对比可以判断出3D打印机喷头和工作台的移动情况。顶部摄像头在喷头进行升降时拍摄照片，通过图像识别技术识别由一些特征点组成区域在照片中的面积来判断摄像头与喷头平面相差的距离，以此确定喷头在z轴的升降高度与预设是否一致。3D打印机主体与上位机连接，上位机设置有数据库。
基于图像识别技术的3D打印机的打印方法，包含以下步骤：
A、3D打印机开始工作时，顶部摄像头拍摄一张照片传回上位机计算出当前3D打印机喷头与顶部摄像头相差的高度作为基准高度；
B、3D打印机分层打印某一层过程中，四个底部摄像头高频拍照并输送至上位机，上位机将四个底部摄像头的拍摄的图像进行识别，通过相邻时间拍摄的两张照片对比计算出当前3D打印机喷头与工作台的移动情况，并与分层软件给出的预定路径进行比较，当移动情况与预定不符时，上位机通过控制3D打印机控制模块来控制3D打印机的喷头和工作台进行实时的移动修正，直到该层打印完毕；
C、一层打印完毕后，3D打印机的喷头在z轴移动预定距离，顶部的摄像头拍摄一张照片并传回上位机，上位机通过顶部摄像头当前拍摄的照片与前一张拍摄的照片进行对比计算出3D打印机喷头在z轴实际移动的距离。若实际移动的距离与预定距离不符，上位机通过控制3D打印机控制模块来控制3D打印机的喷头进行实时的移动修正，直到修正完成；
D、通过上位机建立的SQL Server数据库管理系统，自动将打印过程中产生的G代码，摄像头拍摄的图片等数据上传到SQL Server数据库中，当3D打印机因为意外情况关机时，重新开机拍摄照片后与数据库中存储的照片比对并通过上位机控制3D打印机控制模块来修正3D打印机的喷头位置，以恢复关机前位置继续进行打印；
E、重复以上B、C步骤，直至打印完成。
其中，步骤B中四个底部摄像头高频拍照并输送至上位机，上位机将四个底部摄像头的拍摄的图像进行识别对比，确定喷头出料情况，若喷头不出料则上位机报警。
这样打印过程中通过反馈修正使3D打印机的喷头和工作台移动更加精确，提高打印精度，同时能感知3D打印机无法出料的情况，从而使打印者及时采取措施。最后在3D打印机因为各种原因导致关机后重新开机精确续打。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于图像识别技术的3D打印机，其特征在于：包含3D打印机主体、供电模块、图像采集设备和图像采集处理模块，图像采集设备设置在3D打印机主体上，图像采集处理模块与图像采集设备通讯连接，供电模块与3D打印机主体、图像采集设备和图像采集处理模块连接并给3D打印机主体、图像采集设备和图像采集处理模块供电。
2.按照权利要求1所述的基于图像识别技术的3D打印机，其特征在于：所述图像采集设备包含摄像头安装底板、四个底部摄像头和一个顶部摄像头，所述摄像头安装底板为正方形框架，四个底部摄像头分别固定在摄像头安装底板四条边的中点位置并且四个底部摄像头均朝向摄像头安装底板中心，四个底部摄像头设置在3D打印机主体的喷头同一水平面上，顶部摄像头竖直设置在3D打印机主体的喷头上侧。
3.按照权利要求1所述的基于图像识别技术的3D打印机，其特征在于：所述3D打印机主体与上位机连接，上位机设置有数据库。
4.一种权利要求1所述的基于图像识别技术的3D打印机的打印方法，其特征在于：包含以下步骤，
A、3D打印机开始工作时，顶部摄像头拍摄一张照片传回上位机计算出当前3D打印机喷头与顶部摄像头相差的高度作为基准高度；
B、3D打印机分层打印某一层过程中，四个底部摄像头高频拍照并输送至上位机，上位机将四个底部摄像头的拍摄的图像进行识别，通过相邻时间拍摄的两张照片对比计算出当前3D打印机喷头与工作台的移动情况，并与分层软件给出的预定路径进行比较，当移动情况与预定不符时，上位机通过控制3D打印机控制模块来控制3D打印机的喷头和工作台进行实时的移动修正，直到该层打印完毕；
C、一层打印完毕后，3D打印机的喷头在z轴移动预定距离，顶部的摄像头拍摄一张照片并传回上位机，上位机通过顶部摄像头当前拍摄的照片与前一张拍摄的照片进行对比计算出3D打印机喷头在z轴实际移动的距离，若实际移动的距离与预定距离不符，上位机通过控制3D打印机控制模块来控制3D打印机的喷头进行实时的移动修正，直到修正完成；
D、通过上位机建立的SQL Server数据库管理系统，自动将打印过程中产生的G代码，摄像头拍摄的图片等数据上传到SQL Server数据库中，当3D打印机因为意外情况关机时，重新开机拍摄照片后与数据库中存储的照片比对并通过上位机控制3D打印机控制模块来修正3D打印机的喷头位置，以恢复关机前位置继续进行打印；
E、重复以上B、C步骤，直至打印完成。
5.按照权利要求4所述的打印方法，其特征在于：所述四个底部摄像头高频拍照并输送至上位机，上位机将四个底部摄像头的拍摄的图像进行识别对比，确定喷头出料情况，若喷头不出料则上位机报警。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170412 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |