CN104407823B

CN104407823B - 一种基于三视图的3d打印监视纠错方法

Info

Publication number: CN104407823B
Application number: CN201410237608.6A
Authority: CN
Inventors: 郭太良; 叶芸; 林志贤; 胡海龙; 姚剑敏; 黄敦博
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2014-05-31
Filing date: 2014-05-31
Publication date: 2017-09-22
Anticipated expiration: 2034-05-31
Also published as: CN104407823A

Abstract

本发明提供了一种3D打印机的监视纠错方法，用于监视3D打印机打印过程中是否发生错误，并做出及时的适当纠正，其特征在于，系统包括：用于三视图监控的3个摄像头，3个摄像头分别对应3个视角；监视纠错软件，利用图像处理的方法对比打印过程中每个步骤预期的三视图，判断监控打印是否出错，对可修复的小错误做出及时的纠正，对不能纠正的错误放弃，以节约打印时间。本系统具有提高打印正确率，节约打印合格品平均时间的优点。

Description

一种基于三视图的3D打印监视纠错方法

技术领域

本发明涉及一种基于三视图的3D打印监视纠错方法，应用于3D领域。

背景技术

3D打印（3D Printing）最早由美国麻省理工学院的Jim Bred和Tim Anderson提出，他们基于一台普通的喷墨打印机设计出一台可粘接粉末的设备，该设备也成为最早的3D打印机。2009年3月在美国华盛顿举行的叠层制造发展研讨会（Roadmap for AdditiveManufacturing (RAM) Workshop）上，正式确定使用层叠制造（Additive Manufacturing,缩略词为AM）一词来称呼3D打印技术，并就未来10年快速成型技术的发展做出了规划。目前主要的层叠制造技术包括选择性激光烧结技术（Selective laser sintering,缩略词为SLS）,立体光刻成型技术（Stereolithography, SLA）,熔融沉积成型技术（FusedDeposition Modeling, FDM）等。其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件。

3D打印机是一种利用快速成形技术的机器，以数字模型文件为基础，采用成型材料，通过逐层打印的方式来构造三维的实体。在打印前，需要利用计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导3D打印机逐层打印。3D打印机在产品制造业获得了广泛的应用，3D打印机的工作原理和传统打印机基本相同，由控制组件、机械组件、打印头、耗材（即成型材料）和介质等组成，打印原理也基本类似。

现阶段，3D打印技术快速发展并已逐渐进入各个领域，但是由于固有的误差率，在某个步骤可能出现无法预料的错误，可能对成型的三维实体的质量造成影响。在中国专利中，尚无对3d打印的监控以及纠错技术。

通过本专利对3d打印的监控以及纠错，并对打印错误层进行切割，可修复由于叠层制造而造成的累积误差，以及预防某个步骤可能出现无法预料的错误，从而提高3d打印出三维实体的质量以及打印成功率。

发明内容

本发明提供一种基于三视图的3D打印监视纠错方法，有助于3D打印过程的自我纠错，保障打印效果。

本发明的技术方案在于：

一种基于三视图的3D打印监视纠错方法，其特征在于，按如下步骤进行：

1）提供一系统，该系统包括三个分别监视三个视角的摄像头、计算机、水平和垂直切割刀，所述计算机具有用以处理摄像头图片信息的图像识别模块，所述摄像头两两相互垂直以监视样品主视图，俯视图，左视图，所述水平或垂直切割刀用以切除需处理的打印层；

2）处理加工模型，获取模型预期的三视图；

3）通过摄像头采集打印部件的三视图；

4）将摄像头采集图片送于图像识别模块，通过图像识别模块进行图像的轮廓提取以及图像缩放；

5）将处理后的图像与预期的图像进行对比，并判断是否异常；

6）异常情况下进行修复模式，无异常情况下返回步骤3）执行。

其中，所述修复模式按如下过程执行：

1）首先暂停当前打印，并判断错误类型和区域，即判断类型为水平打印错误还是垂直打印错误；

2）当水平打印错误时，判断打印错误区域为凹入区域或为凸出区域；

3）如打印错误区域为凸出区域，并超过1mm时，采用垂直切割刀切除出错的打印层，再重新打印切除层；

4）如打印错误区域为凹入区域时，则进行定位修补；如无法修补，放弃本次打印；

5）当垂直打印错误时，判断成品打印错误区域的高度是否大于5层打印高度；

6）当打印错误区域的高度大于5层打印高度时，判断打印错误区域为凹入区域或为凸出区域；

7）当打印错误区域为凸出区域且高于5层打印高度，则采用水平切割刀切除出错的打印层，再重新打印切除层；

8）判断样品打印错误的凹入区域尺寸是否小于预期设定的尺寸；如果凹入区域小于预期尺寸时，减少3D打印层打印次数；

9）如果凹入区域大于预期尺寸，增加3D打印层打印次数。

10）当打印错误区域不大于5层打印高度时，放弃本次打印。本发明的优点在于：

本发明在现有3D打印系统中加入3D打印检测和纠错系统，可以对3D打印过程时时监控，并对某些错误区域进行判断与修改，可以减少由于打印过程中小的失误而导致打印出来的产品的不合格，而且本检测和纠错系统组成简单，成本低，大大提高产品的合格率。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图。

图2为本发明实施例中的修复流程图。

图3为本发明实施例中的系统框架图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，结合附图作详细说明如下。

以下将通过具体实施例对本发明做进一步的详细描述。参阅图1至图3，本发明涉及一种基于三视图的3D打印监视纠错方法，按如下步骤进行：

1）提供一系统，该系统包括三个分别监视三个视角的摄像头、计算机和水平切割刀，所述计算机具有用以处理摄像头图片信息的图像识别模块，所述摄像头两两相互垂直以监视样品主视图，俯视图，左视图，所述水平切割刀用以切除需处理的打印层；

2）处理加工模型，获取模型预期的三视图；

3）通过摄像头采集打印部件的三视图；

上述修复模式按如下过程执行：

9）如果凹入区域大于预期尺寸，增加3D打印层打印次数。

10）当打印错误区域不大于5层打印高度时，放弃本次打印。具体实施过程如下：

监视部分包括三个摄像头，两两相互垂直以监视样品主视图，俯视图，左视图，并传递至计算机。计算机通过处理所建模型得到每个打印阶段的三视图，通过比对摄像头实时采集的三视图和预期三视图来判断打印是否正确，具体比对方法通过图像处理方法实现。

另外可以采用激光定位方法代替摄像头，实时采集到样品更详细的外观信息，可以达到更好的效果。

发现错误时，判断是否可以通过打印对样品进行填补或者修复，若样品打印尺寸小于预期尺寸，称为凹入区域，出现凹入区域即可进入修复模式；若是样品打印尺寸大于预期尺寸，称为凸出区域，通过判断凸出区域与打印最终预期模型的大小，若是凸出区域尺寸大于打印最终预期模型并大于要求偏差，即放弃当前打印样品进行重新打印并发出警报，以提示可能需要的进行模型上的改进以提高打印合格率，若是凸出区域小于打印最终预期模型，进入修复模式。

进入修复模式后，对凹入区域增加3D打印层打印次数或者增加层打印厚度进行填补，对凸出区域减少3D打印层打印次数或者减少层打印厚度进行修复。

本发明下的系统，包括：三个摄像和及对应的软体系统、纠错系统。

所述系统具体包括：1、主视图摄像机、2俯视图摄像机、3左视图摄像机、4打印头、5计算机、6切割刀，如图3所示。其中主视图摄像机、俯视图摄像机、左视图摄像机分别监控三个视角，两两互相垂直，监控打印尺寸较小的样品可以加入光学透镜放大。计算机主要负责打印样品与预期效果的比较和控制打印头进行纠错。

首先使用计算机做出每个阶段样品预期的三视图。打印过程中，三个摄像头实时将图像传递至计算机，与预期生成的效果图进行比较，发现打印异常时，计算机将控制打印头进行修复。

具体比较方式如下：

参照图1，首先每打印高度为0.1mm的层面，使用计算机通过轮廓提取得到样品轮廓，并计算出最小外接矩形，与预期模型的最小外接矩形比例即为样品缩放比例。样品缩放后轮廓与预期模型轮廓进行轮廓比对，当误差大于给定阈值则判定出现错误。

具体修复方式如下：

参照图2，修复分为水平修复（X-Y平面），主要采用垂直切割刀完成；和垂直修复（Z方向），主要采用水平切割刀完成。

首先判断错误类型。当摄像头采集俯视图轮廓与预期模型俯视图轮廓不符时，判定为水平位置打印错误进行水平修复。在X-Y平面内通过扫描形式形成截面形状出错概率较低，故水平位置打印错误频率较低。当摄像头采集左视图或主视图轮廓与预期模型左视图或主视图轮廓不符时，判定为垂直位置打印错误进行垂直修复。Z方向上由于3D打印是通过逐层打印的方式来构造三维的实体，层间误差容易累积，故垂直位置打印错误频率较高。

当水平位置打印错误且样品打印高度大于1mm时，进行水平修复。由于检测到错误的该时间节点前并未判定出现错误，即可认为上一层没有错误，使用切割刀将出错的打印层切除，并使用打印头重新打印该层。

当水平位置打印错误且样品打印高度小于1mm时，判定无修复价值，放弃本次打印样品以节约时间，并发出警报。

当垂直位置打印错误时，对样品打印尺寸小于预期尺寸,即凹入区域增加3D打印层打印次数或者增加层打印厚度进行填补，对对样品打印尺寸大于预期尺寸，即凸出区域减少3D打印层打印次数或者减少层打印厚度进行修复。

特别的，当垂直位置打印错误且预期成品高度小于5层打印高度时，判定无修复价值，放弃本次打印样品以节约时间，并发出警报。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种基于三视图的 3D 打印监视纠错方法，其特征在于，按如下步骤进行：

2）处理加工模型，获取模型预期的三视图；

3）通过摄像头采集打印部件的三视图；

6）异常情况下进行修复模式，无异常情况下返回步骤 3）执行;

所述修复模式按如下过程执行：

3）如打印错误区域为凸出区域，并超过 1mm 时，采用垂直切割刀切除出错的打印层，再重新打印切除层；

5）当垂直打印错误时，判断成品打印错误区域的高度是否大于 5 层打印高度；

6）当打印错误区域的高度大于 5 层打印高度时，判断打印错误区域为凹入区域或为凸出区域；

7）当打印错误区域为凸出区域且高于 5 层打印高度，则采用水平切割刀切除出错的打印层，再重新打印切除层；

8）判断样品打印错误的凹入区域尺寸是否小于预期设定的尺寸；如果凹入区域小于预期尺寸时，减少 3D 打印层打印次数；

9）如果凹入区域大于预期尺寸，增加 3D 打印层打印次数；

10）当打印错误区域不大于 5 层打印高度时，放弃本次打印。