CN104197994A - 3d打印机工作状态在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种3D打印机工作状态在线监测装置。包括数据采集处理模块与电源模块，所述数据采集处理模块包括微处理器、摄像头、温度湿度传感器模块、速度加速度传感器、通讯模块、声光报警、断路保护、液晶显示和按键输入模块。摄像头实时采集3D打印机工作时喷头以及工件的画面，温湿度传感器模块分别采集喷头、底板温度与环境温度湿度信息，速度加速度传感器实时测量底板的速度加速度，处理器将以上信息处理后发送至上位机与液晶显示实时显示。当温湿度参数或者速度加速度参数超出设定范围时，装置通过断路保护器切断3D打印机电源，实现急停保护。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种3D打印机工作状态在线监测装置，具体地说是一种具有运动参数、工作环境等工作状态实时检测与显示的装置。
背景技术
3D打印机作为一种新兴的加工设备，具有越来越广阔的应用前景和市场潜力。目前市面上3D打印机多基于FDM原理，也就是熔融沉积制造原理。这类3D打印机的原材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等。
在加工过程中，操作人员需要关注工件的加工状况以及设备的运行情况，但是目前市面上的3D打印机并未给操作人员提供相应的便利的功能。FDM类3D打印机的原材料在融化状态下会产生难闻的气味，长时间吸入会对人体健康造成影响。并且，由于存在加热部件，操作人员观察工件时易出现烫伤等意外情况。
另外，现有的3D打印机尚不具备实时监测并显示运动参数、加热部件温度等关键加工参数的功能，无法为操作人员提供直观准确的反馈信息，为操作带来了不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能实时监控3D打印机的工作状态，实现工作状态超常时的急停保护的3D打印机工作状态在线监测装置。
本发明的目的是这样实现的：
包括数据采集处理模块与电源模块，所述数据采集处理模块包括微处理器、摄像头、温度湿度传感器模块、速度加速度传感器、通讯模块、声光报警、断路保护、液晶显示和按键输入模块，所述温湿度传感器模块包括底板温度传感器、喷头温度传感器和温湿度传感器，
所述电源模块包括提供电源的ACDC模块，
所述通讯模块用于与上位机的通讯，包括USB接口、RS232接口、RS485接口和蓝牙无线接口，
所述速度加速度传感器实时测量3D打印机底板速度与加速度参数，
所述温度湿度传感器模块测量3D打印机底板、3D打印机喷头以及3D打印机工作环境温度湿度参数，
所述摄像头实时获取3D打印机工作画面，包括喷头工作状态与工件状态的画面信息，
所述微处理器用于摄像头及传感器的数据采集与处理、通讯报文生成与解析、声光报警与断路保护的控制、液晶显示的驱动以及按键输入的读取解析，
摄像头、温度湿度传感器、速度加速度传感器模块、通讯模块、声光报警及断路保护模块、液晶显示及按键输入模块分别与微处理器连接，构成数据采集处理模块。
本发明还可以包括：
1、所述速度加速度传感器固定在3D打印机底板上，速度加速度传感器坐标系为笛卡尔坐标系。
2、所述摄像头通过第一固定板固定在喷头上，其中第一固定板的打开角度可调。
3、所述喷头温度传感器通过第二固定板固定在喷头上，喷头温度传感器与第二固定板之间、第二固定板与喷头之间分别涂抹导热硅。
4、所述底板温度传感器固定在3D打印机底板上，底板温度传感器与3D打印机底板的接触面上涂抹导热硅脂。
本发明能实现以下功能：
(1)具有实时监测、存储、显示3D打印机工作状态下的运动参数、温度湿度的功能；
(2)具有实时获得、显示3D打印机的加工画面功能以及录制加工视频的功能；
(3)具有3D打印机工作参数超限后的实时报警及急停保护功能；
(4)具有工作模式设定功能。
本发明的益处在于为操作人员提供了安全可靠便利的观察加工状况的途径，并提供急停保护功能，避免3D打印机机械本体与零部件的损毁。
附图说明
图1为本发明在线监测装置的结构示意图；
图2为本发明装置传感器安装示意图；
图3为本发明装置数据流向示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
如图1所示，本发明的3D打印机工作状态在线监测装置包括电源模块2和数据采集处理模块3。
电源模块包含ACDC模块17，为装置供电，且独立于3D打印机电源。
数据采集处理模块包括微处理器7、通讯模块8、摄像头15、温湿度度传感器模块16、速度加速度传感器模块4、声光报警模块6、断路保护模块5、液晶显示14、按键输入模块13。
通讯模块分别提供USB接口12、RS232接口11、RS485接口10与蓝牙无线接口9。微处理器通过通讯接口向上位机实时传送数据。上位机通过通讯模块向微处理器发送工作指令。
摄像头用于实时采集3D打印机喷头的工作画面以及工件的画面。微处理器读取并处理摄像头的画面数据，然后通过通讯模块将数据发送至上位机进行实时显示。同时，微处理器还将数据发送至液晶显示，通过液晶显示实时显示加工画面。
温湿度传感器模块包括底板温度传感器、喷头温度传感器与温湿度传感器，分别采集底板温度、喷头温度和工作环境温湿度。微处理器读取温湿度传感器模块内三个传感器的数据后，对数据按照一定算法进行处理，然后将温湿度传感器模块的数据通过通讯模块发送至上位机实时显示。同时，微处理器还将温湿度传感器模块的处理后的数据发送至液晶显示实时显示。
速度加速度传感器用于检测底板的X-Y-Z三个方向运动速度与加速度。微处理器读取速度加速度传感器的数据并处理，然后通过通讯模块发送至上位机实时显示，同时发送至液晶显示实时显示。
下面通过各个模块的设置来进一步说明本发明。
用户通过液晶显示与按键或者上位机设定装置的工作模式。工作模式参数包括装置与上位机通讯方式、液晶的显示模式、摄像头的帧速与图像的类型、温湿度传感器的采样频率、速度加速度传感器的采样频率、底板温度上下限值、喷头温度上下限值、环境温湿度上下限值、温湿度急停时间阈值、速度加速度报警值、速度加速度极限值。装置将按照设定的工作模式工作。
微处理器按照设定的帧速读取摄像头的画面数据后按照设定的图像类型对数据进行处理，然后将数据发送至上位机与液晶实时显示。上位机可以将画面数据按照图片或者视频的形式存储在上位机的存储介质中。图像与视频可以通过上位机软件或者第三方相应软件查看与二次处理。
微处理器按照设定的传感器采样频率，通过温湿度传感器模块与速度加速度传感器获得3D打印机的运动参数、温度湿度数据。数据进行处理后，发送到液晶显示以及通过通讯模块发送至上位机实时显示。微处理器内部存储一定量的数据，发送至上位机的数据将存储在上位机的存储介质中。通过上位机软件可以读取存储在上位机的数据，并显示历史数据。如果温湿度数据超出设置的上下限值的范围，则装置启动温湿度超限对应的声光报警功能，同时液晶显示与上位机显示报警画面。如果持续时间超出设定的时间阈值，则对3D打印机进行急停保护。如果速度加速度数据超出设定的报警值范围，但未超出极限值范围，则启动速度加速度超限对应的声光报警功能，同时液晶显示与上位机显示报警画面。如果速度加速度数据超出设定的极限值范围，则对3D打印机进行急停保护，同时启动速度加速度超限对应的声光报警功能，并在液晶显示与上位机显示报警画面。
声光报警由LED与蜂鸣器实现。根据报警原因的不同，声光报警模块提供不同颜色不同频率闪烁的光报警以及不同频率或不同内容的声报警。
断路保护模块由微处理器控制通断，常态为导通状态。使用时将断路保护模块串入3D打印机电源。断路保护模块为通时，则3D打印机电源接通；断路保护模块为断时，则3D打印机电源断开。
下面参照图2说明装置传感器的安装。速度加速度传感器4固定在3D打印机底板101上，速度加速度传感器4坐标系为笛卡尔坐标系，如图2所示。摄像头15通过固定板103固定在喷头104上，其中固定板103打开角度可调。喷头温度传感器105通过固定板108固定在喷头104上。喷头温度传感器105与固定板108之间、固定板108与喷头104之间各涂抹导热硅，保证温度测量的准确性。底板温度传感器107固定在3D打印机底板101上，底板温度传感器107与3D打印机底板101的接触面上涂抹导热硅脂，保证温度测量准确性。
Claims (9)
1.一种3D打印机工作状态在线监测装置，包括数据采集处理模块与电源模块，其特征是：所述数据采集处理模块包括微处理器、摄像头、温度湿度传感器模块、速度加速度传感器、通讯模块、声光报警、断路保护、液晶显示和按键输入模块，所述温湿度传感器模块包括底板温度传感器、喷头温度传感器和温湿度传感器，
所述电源模块包括提供电源的ACDC模块，
所述通讯模块用于与上位机的通讯，包括USB接口、RS232接口、RS485接口和蓝牙无线接口，
所述速度加速度传感器实时测量3D打印机底板速度与加速度参数，
所述温度湿度传感器模块测量3D打印机底板、3D打印机喷头以及3D打印机工作环境温度湿度参数，
所述摄像头实时获取3D打印机工作画面，包括喷头工作状态与工件状态的画面信息，
所述微处理器用于摄像头及传感器的数据采集与处理、通讯报文生成与解析、声光报警与断路保护的控制、液晶显示的驱动以及按键输入的读取解析，
摄像头、温度湿度传感器、速度加速度传感器模块、通讯模块、声光报警及断路保护模块、液晶显示及按键输入模块分别与微处理器连接，构成数据采集处理模块。
2.根据权利要求1所述的3D打印机工作状态在线监测装置，其特征是：所述速度加速度传感器固定在3D打印机底板上，速度加速度传感器坐标系为笛卡尔坐标系。
3.根据权利要求1或2所述的3D打印机工作状态在线监测装置，其特征是：所述摄像头通过第一固定板固定在喷头上，其中第一固定板的打开角度可调。
4.根据权利要求1或2所述的3D打印机工作状态在线监测装置，其特征是：所述喷头温度传感器通过第二固定板固定在喷头上，喷头温度传感器与第二固定板之间、第二固定板与喷头之间分别涂抹导热硅。
5.根据权利要求3所述的3D打印机工作状态在线监测装置，其特征是：所述喷头温度传感器通过第二固定板固定在喷头上，喷头温度传感器与第二固定板之间、第二固定板与喷头之间分别涂抹导热硅。
6.根据权利要求1或2所述的3D打印机工作状态在线监测装置，其特征是：所述底板温度传感器固定在3D打印机底板上，底板温度传感器与3D打印机底板的接触面上涂抹导热硅脂。
7.根据权利要求3所述的3D打印机工作状态在线监测装置，其特征是：所述底板温度传感器固定在3D打印机底板上，底板温度传感器与3D打印机底板的接触面上涂抹导热硅脂。
8.根据权利要求4所述的3D打印机工作状态在线监测装置，其特征是：所述底板温度传感器固定在3D打印机底板上，底板温度传感器与3D打印机底板的接触面上涂抹导热硅脂。
9.根据权利要求5所述的3D打印机工作状态在线监测装置，其特征是：所述底板温度传感器固定在3D打印机底板上，底板温度传感器与3D打印机底板的接触面上涂抹导热硅脂。
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