CN104129078A - 3d打印机外部接料装置及实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种3D打印机打印检测装置。该装置包括X编码器、Y轴编码器、Z轴编码器、控制器。X轴编码器的转轴与X轴步进电机的同步带相连，Y轴编码器转轴与Y轴步进电机的同步带相连，Z轴编码器通过Z轴检测连接装置与Z轴传动轴连接。3D打印机控制器将脉冲信号分别发送给三台步进电机和检测控制器，步进电机是执行元件，编码器为检测装置，期间编码器会实时地将当前角度位置发送给检测控制器，检测控制器根据检测到的角度位置与打印机控制器发送的目标值进行比较，当检测值与目标值不符时，检测控制器报警。

Description

3D打印机外部接料装置及实现方法
技术领域
本发明涉及一种3D打印机打印检测装置及实现方法，属于三维打印技术领域。
背景技术
3D打印是添加剂制造技术的一种形式，在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。3D打印机相对于其他的添加剂制造技术而言，具有速度快，价格便宜，高易用性等优点。3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备，功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体，与传统的材料加工技术完全不同。称之为“打印机”是参照了其技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。
打印机通过读取文件中的横截面信息，在工作过程中，打印机通过位于截面厚度方向(即Z方向)以及平面方向(即X-Y方向)的三个步进电机控制喷头在X-Y-Z三个方向的运动，从而使得喷头按照一定的路径出丝，原料在喷头内以电加热的方式被加热到熔融状态，喷出的熔融状丝材黏结到工作台上，每加工完一层，工作台下降一层的高度，反复逐层沉积，直至完成一个3D模型的打印。
用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而三维打印技术则可以以更快，更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。但是由于打印喷头的出丝路径是由X-Y-Z三个方向的步进电机决定的，其中X、Y两个方向通过同步带控制打印喷头前后左右的路径，Z轴通过传动轴控制打印台的上下位置，那么3D打印机的打印准确率就完全取决于三个方向的步进电机行的控制精度，如果在打印过程中某个步进电机发生失步现象，就会导致打印喷头的出丝路径发生偏差，从而使得打印出的模型成为次品，造成材料和时间的浪费。
发明内容
本发明对现有技术所存在的问题，提出了一种3D打印机打印检测装置及实现方法。主要目的就是在3D打印机的工作过程中，通过测量X-Y-Z三个方向步进电机的旋转角度来检测打印喷头的出丝路径是否发生偏差并报警，从而降低打印模型的废品率，节省打印成本和时间。
本发明采取的技术方案为：一种3D打印机打印检测装置，包括X轴编码器、Y轴编码器、Z轴编码器、Z轴检测连接装置、检测控制器。X轴编码器、Y轴编码器、Z轴编码器分别安装在3D打印机X、Y、Z三个打印方向上。X轴编码器的转轴与X轴步进电机的同步带相连，Y轴编码器转轴与Y轴步进电机的同步带相连，Z轴编码器安装在打印机机架上，Z轴编码器的转轴通过Z轴检测连接装置与Z轴传动轴连接。
所述Z轴检测连接装置包括传动小齿轮、传动大齿轮，传动小齿轮与传动大齿轮咬合。Z轴编码器安装在打印机机架上，并与传动小齿轮连接，传动大齿轮与3D打印机Z打印方向上的Z轴传动轴连接。
所述检测控制器包括报警器、X相比较器、Y相比较器、Z相比较器、X相减法器、Y相减法器、Z相减法器、X相一号计数器、X相二号计数器、Y相一号计数器、Y相二号计数器、Z相一号计数器、Z相二号计数器、或门，其间通过电信号连接。
3D打印机控制器将脉冲信号分别发送给三台步进电机和检测控制器，步进电机是执行元件，编码器为检测装置，期间编码器会实时地将当前角度位置发送给检测控制器，检测控制器根据检测到的角度位置与打印机控制器发送的目标值进行比较，当检测值与目标值不符时，检测控制器报警。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
本发明的一个效果在于，本发明3D打印机打印检测装置结构简单，安装方便，既可以用于现有3D打印机的检测与报警，也可以将该装置用于3D打印机的反馈控制。
本发明的一个效果在于，该装置通过编码器测量X-Y-Z三个方向步进电机的旋转角度来检测打印喷头的出丝路径是否发生偏差并报警，从而降低打印模型的废品率，节省打印成本和时间。
附图说明
图1是本发明中3D打印机打印检测装置结构示意图；
图2是本发明中编码器的结构示意图；
图3是本发明中检测控制器结构示意图；
图4是本发明中3D打印机打印检测装置信号流图。
附图中，各标号所代表的部件：101、X轴编码器  102、X轴步进电机  103、Y轴编码器  104、Y轴步进电机  105、Z轴编码器  106、Z轴步进电机  107、X轴同步带  108、Y轴同步带  109、Z轴传动轴  110、检测控制器  111、信号线  112、打印机机架  113、传动小齿轮  114、传动大齿轮  201、转轴  202、信号线连接插座  301、报警器  302、X相比较器  303、Y相比较器  304、Z相比较器  305、X相减法器  306、Y相减法器  307、Z相减法器  308、X相一号计数器  309、X相二号计数器  310、Y相一号计数器  311、Y相二号计数器  312、Z相一号计数器  313、Z相二号计数器  314、或门
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的介绍。
如图1所示为本发明的3D打印机打印检测装置结构示意图，该装置主要包括X编码器(101)、Y轴编码器(103)、Z轴编码器(105)、Z轴检测连接装置、检测控制器(110)、信号线(111)。
所述检测控制器(110)包括报警器(301)、X相比较器(302)、Y相比较器(303)、Z相比较器(304)、X相减法器(305)、Y相减法器(306)、Z相减法器(307)、X相一号计数器(308)、X相二号计数器(309)、Y相一号计数器(310)、Y相二号计数器(311)、Z相一号计数器(312)、Z相二号计数器(313)、或门(314)，如图3所示。
X编码器(101)、Y轴编码器(103)、Z轴编码器(105)采用增量式光电码盘，结构如图2所示，包括转轴(201)、信号线连接插座(202)，编码器信号线安装插座(202)与信号线(111)连接，X轴编码器(101)转轴(201)与3D打印机X打印方向上的X轴同步带(107)相连，Y轴编码器(103)转轴(201)与3D打印机Y打印方向上的Y轴同步带(108)相连，Z轴编码器(105)安装在打印机机架(112)上，Z轴编码器(105)安装在打印机机架(112)上，通过Z轴检测连接装置与3D打印机的Z轴传动轴(109)连接。
所述Z轴检测连接装置包括传动小齿轮(113)、传动大齿轮(114)，传动小齿轮(113)与传动大齿轮(114)咬合，传动小齿轮(113)与Z轴编码器(105)连接，传动大齿轮(114)与3D打印机的Z轴传动轴(109)连接。
X轴同步带(107)带动X编码器(101)的转轴(201)转动，Y轴同步带(108)带动Y轴编码器(103)的转轴(201)转动，Z轴传动轴(109)通过Z轴检测连接装置Z轴编码器(105)的转轴(201)转动，从而传递位置信号。
本发明中3D打印机打印检测装置的实现方法如下：
打印机三相脉冲信号A、B、C传递给检测控制器(110)的同时，将X相信号A传递给3D打印机X打印方向上的X轴步进电机(102)，将Y相信号B传递给3D打印机Y打印方向上的Y轴步进电机(104)、将Z相信号C传递给3D打印机Z打印方向上的Z轴步进电机(106)；
X轴步进电机(102)、Y轴步进电机(104)、Z轴步进电机(106)分别带动3D打印机三个打印方向的X轴同步带(107)、Y轴同步带(108)、Z轴传动轴(109)转动，从而带动X轴编码器(101)、Y轴编码器(103)、Z轴编码器(103)的转轴(201)转动，进而检测得到三个打印方向的角度位置信号A’、B’、C’；
X轴编码器(101)实时地将当前X轴角度位置A’发送给检测控制器(110)，X相一号计数器(308)接收信号A并转换为数字信号，X相二号计数器(309)接收信号A’并转换为数字信号，X相减法器(305)取两者差值绝对值后通过X相比较器(302)与给定误差临界值eref进行比较，将误差信号eX发送给或门(314)。
Y轴编码器(103)实时地将当前Y轴角度位置B’发送给检测控制器(110)，Y相一号计数器(310)接收信号B并转换为数字信号，Y相二号计数器(311)接收信号B’并转换为数字信号，Y相减法器(306)取两者差值绝对值后通过Y相比较器(303)与给定误差临界值eref进行比较，将误差信号eY发送给或门(314)。
Z轴编码器(105)实时地将当前Z轴角度位置C’发送给检测控制器(110)，Z相一号计数器(312)接收信号C并转换为数字信号，Z相二号计数器(313)接收信号C’并转换为数字信号，Z相减法器(307)取两者差值绝对值后通过Z相比较器(304)与给定误差临界值eref进行比较，将误差信号eZ发送给或门(314)。
或门(314)接收三相误差信号eX、eY、eZ后，将运算结果发送给报警器(301)，报警器(301)报警。

Claims (4)

1.一种3D打印机打印检测装置，包括X、Y、Z三个打印方向上的X轴步进电机(102)、Y轴步进电机(104)、Z轴步进电机(106)、X轴同步带(107)、Y轴同步带(108)、Z轴传动轴(109)、打印机机架(112)，打印检测装置，其特征在于，还包括X编码器(101)、Y轴编码器(103)、Z轴编码器(105)、检测控制器(110)、Z轴检测连接装置；
X轴编码器(101)、Y轴编码器(103)分别安装在3D打印机的X轴同步带(107)、Y轴同步带(108)上；
Z轴编码器(105)安装在打印机机架(112)上，通过Z轴检测连接装置与3D打印机的Z轴传动轴(109)连接；
X轴编码器(101)、Y轴编码器(103)、Z轴编码器(105)分别与检测控制器(110)电连接，传输位置信号。
2.如权利要求1所述的一种3D打印机打印检测装置，其特征在于，所述Z轴检测连接装置包括传动小齿轮(113)、传动大齿轮(114)，传动小齿轮(113)与传动大齿轮(114)咬合，传动小齿轮(113)与Z轴编码器(105)连接，传动大齿轮(114)与3D打印机的Z轴传动轴(109)连接。
3.如权利要求1所述的一种3D打印机打印检测装置，其特征在于，所述检测控制器(110)包括报警器(301)、X相比较器(302)、Y相比较器(303)、Z相比较器(304)、X相减法器(305)、Y相减法器(306)、Z相减法器(307)、X相一号计数器(308)、X相二号计数器(309)、Y相一号计数器(310)、Y相二号计数器(311)、Z相一号计数器(312)、Z相二号计数器(313)、或门(314)，其间通过电信号连接。
4.一种3D打印机打印检测装置的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：
第1步：打印机三相脉冲信号A、B、C传递给检测控制器(110)的同时，将X相信号A传递给3D打印机X打印方向上的X轴步进电机(102)，将Y相信号B传递给3D打印机Y打印方向上的Y轴步进电机(104)、将Z相信号C传递给3D打印机Z打印方向上的Z轴步进电机(106)；
第2步：X轴编码器(101)、Y轴编码器(103)、Z轴编码器(103)实时地将检测得到的当前X轴角度位置A’、当前Y轴角度位置B’、当前Z轴角度位置C’发送给检测控制器(110)；
第3步：X相一号计数器(308)接收信号A并转换为数字信号，X相二号计数器(309)接收信号A’并转换为数字信号，X相减法器(305)取两者差值绝对值后通过X相比较器(302)与给定误差临界值eref进行比较，将误差信号eX发送给或门(314)；
第4步：与第3步同时，Y相一号计数器(310)接收信号B并转换为数字信号，Y相二号计数器(311)接收信号B’并转换为数字信号，Y相减法器(306)取两者差值绝对值后通过Y相比较器(303)与给定误差临界值eref进行比较，将误差信号eY发送给或门(314)；
第5步：与第3步同时，Z相一号计数器(312)接收信号C并转换为数字信号，Z相二号计数器(313)接收信号C’并转换为数字信号，Z相减法器(307)取两者差值绝对值后通过Z相比较器(304)与给定误差临界值eref进行比较，将误差信号eZ发送给或门(314)；
第6步：或门(314)接收三相误差信号eX、eY、eZ后，将运算结果发送给报警器(301)，报警器(301)报警。
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