CN104416905A - 立体打印装置及其平台的工作坐标的校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种立体打印装置及其平台的工作坐标的校正方法。立体打印装置包括平台、打印头及控制单元。平台包括承载面以及多个位于承载面上的校位点。打印头设置于平台上方并经配置以沿着基准面移动及沿着基准面的法线方向移动。控制单元控制打印头分别自基准面往平台移动至与各校位点接触，以得到承载面对应于基准面的坐标补偿值，并依据坐标补偿值校正数字立体模型信息的模型坐标。控制单元依据校正后的模型坐标移动打印头以打印出关联于数字立体模型信息的立体物体于承载面上。
Description
技术领域
本发明是有关于一种打印装置及平台的工作坐标的校正方法，且特别是有关于一种立体打印装置及其平台的工作坐标的校正方法。
背景技术
随着电脑辅助制造（Computer-Aided Manufacturing,简称CAM）的进步，制造业发展了立体打印技术，能很迅速的将设计原始构想制造出来。立体打印技术实际上是一系列快速原型成型（Rapid Prototyping,简称RP）技术的统称，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，最终形成立体物体。立体打印技术能无限制几何形状，而且越复杂的零件越显示RP技术的卓越性，还可大大地节省人力与加工时间，在时间最短的要求下，将3D电脑辅助设计（Computer-Aided Design,简称CAD）软体所设计的数字立体模型真实地呈现出来，不但摸得到，也可真实地感受得到它的几何曲线，还可以试验零件的装配性、甚至进行可能的功能试验。
一般而言，目前利用上述快速成型法形成立体物品的立体打印装置，多是通过读取数字立体模型来据此建造关联于此数字立体模型的立体物体。然而，立体打印装置中用以承载建造基材的平台易随着时间而相较于水平面逐渐产生偏斜，而数字立体模型的坐标却未随之改变，使打印头仍旧依据原来的平面坐标于平台上堆叠建造基材，导致打印出来的立体物体与实际预期产生落差，因而降低立体打印装置的打印品质及打印良率。
发明内容
本发明提供一种立体打印装置及其平台的工作坐标的校正方法，其无需手动调整平台的位置即可校正平台偏斜的问题。
本发明的一种立体打印装置包括平台、打印头及控制单元。平台包括承载面以及多个位于承载面上的校位点。打印头设置于平台上方并经配置以沿着基准面移动及沿着基准面的法线方向移动。控制单元控制打印头分别自基准面往平台移动至与校位点接触，以得到各校位点对应于基准面的平面坐标以及各校位点至基准面的最短距离，并依据平面坐标以及最短距离得到承载面对应于基准面的坐标补偿值，并依据坐标补偿值校正数字立体模型信息的模型坐标。控制单元依据校正后的模型坐标移动打印头以打印出关联于数字立体模型信息的立体物体于承载面上。
本发明的一种平台的工作坐标的校正方法，适用于包括承载面以及多个校位点的平台。校位点位于承载面上。上述方法包括下列步骤。首先，控制移动件分别自基准面往承载面移动至与校位点接触。接着，计算各校位点对应于基准面的平面坐标以及各校位点至基准面的最短距离，并依据平面坐标以及最短距离得到承载面对应于基准面的坐标补偿值。接着，依据坐标补偿值校正平台欲执行的工作的工作坐标。
基于上述，本发明的立体打印装置适于在执行打印任务前，先控制其打印头自基准面分别往平台移动至与平台上的多个校位点接触，以得到平台的承载面对应于此基准面的坐标补偿值，再依据此坐标补偿值来校正数字立体模型信息的模型坐标，以依据校正后的模型坐标移动打印头以打印出关联于此数字立体模型信息的立体物体。如此，即可使打印头能依据校正后的模型坐标而移位至正确的工作点上，而不会因平台的偏斜而影响立体物体的打印良率以及打印精准度。换句话说，本发明是通过计算承载面对应于基准面的坐标补偿值来据此调整数字立体模型信息的模型坐标，以对平台的偏斜进行补偿。
除此之外，本发明还提供一种平台的工作坐标的校正方法，其可在执行工作前先控制移动件自基准面分别往平台移动至与平台上的多个校位点接触，以得到平台的承载面对应于此基准面的坐标补偿值，再依据此坐标补偿值来校正此平台欲执行的工作的工作坐标。如此，本发明的校正方法无需手动调整平台的水平，即可使移动件能依据校正后的模型坐标而移位至正确的工作点上执行工作，而不会因平台的偏斜而影响工作的执行良率以及执行精准度。如此，本发明无需通过手动调整平台的水平，即可达到校正平台的偏斜的效果。
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，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为依照本发明的一实施例的一种立体打印装置的工作场景的结构示意图；
图2为依照本发明的一实施例的一种立体打印装置的结构示意图；
图3A为依照本发明的一实施例的一种立体打印装置的示意图；
图3B为依照本发明的另一实施例的一种立体打印装置的示意图；
图4为图3B的立体打印装置的打印头的示意图；
图5为图4的打印头与校位点接触的示意图；
图6为图4的打印头的局部放大示意图；
图7为依照本发明的一实施例的一种平台的工作坐标的校正方法的流程示意图。
附图标记说明：
100：立体打印装置；
110：平台；
112：承载面；
114a、114b、114c、114d、114e、114f：校位点；
120：打印头、移动件；
122：金属喷嘴；
124：电源；
126：金属校位探针；
130：控制单元；
200：电脑主机；
D1、D2、D3、D4、D5、D6：最短距离；
h1：高度差；
N1：法线方向；
PL：基准面。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的各实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明。并且，在下列各实施例中，相同或相似的元件将采用相同或相似的标号。
图1为依照本发明的一实施例的一种立体打印装置的工作场景的结构示意图。请参照图1，本实施例的立体打印装置100适于依据一数字立体模型信息打印出立体物体。在本实施例中，数字立体模型信息可为立体数字图像文件，其可例如由电脑主机200通过电脑辅助设计（computer-aided design,简称CAD）或动画建模软体等建构而成，并将此数字立体模型信息切割为多个横截面信息，使立体打印装置100可依据此数字立体模型信息的横截面信息依序制作出多个的立体截面层，所述立体截面层堆叠而形成立体物体。
图2为依照本发明的一实施例的一种立体打印装置的结构示意图。图3A为依照本发明的一实施例的一种立体打印装置的示意图。请同时参照图2以及图3A，在本实施例中，立体打印装置100包括平台110、打印头120及控制单元130。平台110包括承载面112以及位于承载面112上的多个校位点114a、114b、114c。打印头120设置于平台110上方并经配置以沿着基准面PL移动，以及沿着基准面PL的法线方向N1移动。控制单元130分别耦接平台110以及打印头120，并控制打印头120分别自基准面PL对应于校位点114a、114b、114c的位置（如图3A中基准面PL上的虚线圆圈所示的位置）沿着法线方向N1往平台110移动至与校位点114a、114b、114c接触，以得到校位点114a、114b、114c对应于基准面PL的平面坐标以及校位点114a、114b、114c至基准面PL的最短距离D1、D2、D3。
详细来说，控制单元130可例如先控制打印头120位移至基准面PL上对应于校位点114a的位置，再控制打印头120沿着法线方向N1往平台110移动至与校位点114a接触，以得到校位点114a对应于基准面PL的平面坐标以及校位点114a至基准面PL的最短距离D1。接着，控制单元130再例如控制打印头120位移至基准面PL上对应于校位点114b的位置，再沿着法线方向N1往平台110移动至与校位点114b接触，以得到校位点114b对应于基准面PL的平面坐标以及校位点114b至基准面PL的最短距离D2。之后，控制单元130再例如控制打印头120位移至基准面PL上对应于校位点114c的位置，再沿着法线方向N1往平台110移动至与校位点114c接触，以得到校位点114c对应于基准面PL的平面坐标以及校位点114c至基准面PL的最短距离D3。在此须说明的是，在本实施例中，校位点114a、114b、114c的数量为三个，以便于利用三点定义出平面。然本领域技术人员皆可依实际需求于平台110上设置所需数量的校位点，本发明并不对校位点的数量做限制。
之后，控制单元130再依据前述步骤所得到的平面坐标以及最短距离D1、D2、D3而得到承载面112对应于基准面PL的坐标补偿值（coordinate offset），也就是承载面112的平面坐标相对于基准面PL的平面坐标的偏斜补偿值。如此，控制单元130便可依据此坐标补偿值来校正前述的数字立体模型信息的模型坐标，再依据校正后的模型坐标移动打印头120以打印出关联于此数字立体模型信息的立体物体于承载面112上。如此，即可使打印头120能依据校正后的模型坐标而移位至正确的工作点上，而不会因平台110的偏斜而影响立体物体的打印良率以及打印精准度。换句话说，本实施例依据承载面112对应于基准面PL的坐标补偿值来对数字立体模型信息的模型坐标进行补偿，以通过调整数字立体模型信息的模型坐标来对平台110的偏斜进行补偿。如此，本实施例则无需通过手动调整平台110的水平，即可达到校正平台110的偏斜的效果。
此外，在本实施例中，打印头120与各校位点114a、114b、114c适于在接触时彼此电性导通。举例来说，各校位点114a、114b、114c可为金属校位点，也即，位于承载面112上的校位点114a、114b、114c的材质为金属。又或者，在本发明的另一实施例中，平台110本身即为金属平台，而打印头120则可包括金属喷嘴122，其耦接至电源124。当打印头120自基准面PL往平台110移动时，控制单元130开启电源124，以使打印头120在与各校位点114a、114b、114c接触时彼此电性导通并据此产生接触信号，控制单元130适于接收此接触信号并依据此接触信号对打印头120进行定位，以得到其校位点114a、114b、114c对应于基准面PL的平面坐标以及校位点114a、114b、114c至基准面PL的最短距离D1、D2、D3。
图3B为依照本发明的另一实施例的一种立体打印装置的示意图。图4为图3B的立体打印装置的打印头的示意图。图5为图4的打印头与校位点接触的示意图。在此必须说明的是，本实施例的立体打印装置与图3A所示的立体打印装置相似，因此，本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，本实施例不再重复赘述。以下将针对本实施例与前述实施例的差异做说明。
请参照图3B至图5，在本实施例中，校位点114d、114e、114f可为如图3B所示的多个金属垫片114d、114e、114f，其分别夹持于平台110并位于承载面112上，金属垫片114d、114e、114f的顶面如图3所示高于承载面112。在此情形下，平台110可为玻璃平台或是其他绝缘材质的平台，当然，本发明并不以此为限。打印头120如图4所示包括金属喷嘴122以及金属校位探针126。金属校位探针126可耦接至电源124。当控制单元130控制打印头120分别自基准面PL对应于校位点114d、114e、114f的位置沿着法线方向N1往平台110移动时，控制单元130开启电源124，以使金属校位探针126在与各校位点114d、114e、114f接触时彼此电性导通并据此产生接触信号，控制单元130则接收此接触信号并依据此接触信号对金属校位探针126进行定位，以得到其校位点114d、114e、114f对应于基准面PL的平面坐标以及校位点114d、114e、114f至基准面PL的最短距离D4、D5、D6。
图6为图4的打印头的局部放大示意图。请参照图5以及图6，在本实施例中，金属校位探针126设置于金属喷嘴122的周围，且金属校位探针126的校位顶点与金属喷嘴122的喷嘴顶点的间具有高度差h1，使金属校位探针126与金属喷嘴122在进行各自的工作时不会彼此干扰。也就是说，当立体打印装置在进行平台110的水平校正时，是利用打印头120的金属校位探针126进行校位，而在进行打印工作时，则是利用打印头120的金属喷嘴122将热熔性材料挤出而成型于承载面112上，以打印出立体物体。当打印头120自基准面PL往平台110移动以与各校位点114d、114e、114f接触时，金属喷嘴122不会碰触到承载面112而干扰平台110的校位，而当金属喷嘴122在打印立体物体时，金属校位探针126也不会接触到承载面112而干扰立体打印工作的进行。
图7为依照本发明的一实施例的一种平台的工作坐标的校正方法的流程示意图。依据前一实施例所述的立体打印装置100可提供一种平台的工作坐标的校正方法，本实施例的校正方法可适用于平台110，其可具有承载面112以及多个校位点，且校位点可为如图3A所示的位于承载面112上的金属校位点114a、114b、114c，也可为如图3B所示的多个金属垫片114d、114e、114f，其分别夹持于平台110并位于承载面112上，金属垫片114d、114e、114f的顶面如图3所示高于承载面112。在此需说明的是，本实施例的校正方法所适用的平台110可为如图3A以及图3B所示的立体打印装置100的平台110，也可为任意待校正其承载面112的水平程度的平台。在本实施例中，相同或相似的元件将采用相同的标号标记。
本实施例的平台110的工作坐标的校正方法包括下列步骤：首先，控制移动件120分别自基准面PL往承载面112移动至与校位点接触（步骤S110）。具体来说，移动件120可设置于平台110上方并经配置以沿着基准面PL移动，并适于沿着基准面PL的法线方向N1移动。本实施例可例如通过控制单元来控制移动件120沿着法线方向N1分别自基准面PL对应于校位点的位置往平台110移动至与校位点接触。以图3A的实施例为例，控制单元可例如先控制移动件120位移至基准面PL上对应于校位点114a的位置，再往靠近平台110的方向移动至与校位点114a接触。接着，再控制移动件120位移至基准面PL上对应于校位点114b的位置再控制移动件120往平台110移动至与校位点114b接触。之后，再控制移动件120位移至基准面PL上对应于校位点114c的位置再控制移动件120往平台110移动至与校位点114c接触。如此可重复上述步骤直至移动件120自基准面PL分别往平台110移动至与各校位点接触为止。
承上述，本实施例的移动件120在与各校位点接触时可彼此电性导通而据此产生接触信号，控制单元适于接收此接触信号并依据此接触信号对移动件120进行定位。如此，即可计算校位点分别对应于基准面PL的平面坐标以及校位点114a、114b、114c分别至基准面PL的最短距离D1、D2、D3，并依据上述的平面坐标以及最短距离D1、D2、D3得到承载面112对应于基准面PL的坐标补偿值（步骤S120）。详细而言，控制单元可如前所述先控制移动件120位移至基准面PL上对应于校位点114a的位置并往平台110移动至与校位点114a接触，以计算出校位点114a对应于基准面PL的平面坐标以及校位点114a至基准面PL的最短距离D1。接着，再控制移动件120位移至基准面PL上对应于校位点114b的位置并控制移动件120往平台110移动至与校位点114b接触，以计算出校位点114b对应于基准面PL的平面坐标以及校位点114b至基准面PL的最短距离D2。之后，再控制移动件120位移至基准面PL上对应于校位点114c的位置并往平台110移动至与校位点114c接触，以计算出校位点114c对应于基准面PL的平面坐标以及校位点114c至基准面PL的最短距离D3。之后，再依据前述计算而得的平面坐标以及最短距离D1、D2、D3而得到承载面112对应于基准面PL的坐标补偿值，也就是承载面112的平面坐标相对于基准面PL的平面坐标的偏斜补偿值。
接着，依据坐标补偿值校正平台110欲执行的工作的工作坐标（步骤S130）。也就是说，控制单元在得到承载面112的平面坐标相对于基准面PL的平面坐标的偏斜补偿值后，可依据此坐标补偿值来对平台110接下来欲执行的工作的预设工作坐标进行补偿及校正，使移动件120能依据此校正后的工作坐标而移位至正确的工作点上执行工作，而不会因平台110的偏斜而影响到欲执行的工作的执行良率以及精确度。
综上所述，本发明的立体打印装置适于依据数字立体模型信息打印立体物体，而立体打印装置在执行打印任务前会先控制其打印头自基准面分别往平台移动至与平台上的多个校位点接触，以得到平台的承载面对应于此基准面的坐标补偿值，再依据此坐标补偿值来校正上述的数字立体模型信息的模型坐标，以依据校正后的模型坐标移动打印头以打印出立体物体于承载面上。如此，即可使打印头能依据校正后的模型坐标而移位至正确的工作点上，而不会因平台的偏斜而影响立体物体的打印良率以及打印精准度。换句话说，本发明是通过计算承载面对应于基准面的坐标补偿值来据此调整数字立体模型信息的模型坐标，以对平台的偏斜进行补偿。如此，本发明无需通过手动调整平台的水平，即可达到校正平台的偏斜的效果。
此外，本发明还提供一种平台的工作坐标的校正方法，其可在执行工作前先控制移动件自基准面分别往平台移动至与平台上的多个校位点接触，以得到平台的承载面对应于此基准面的坐标补偿值，再依据此坐标补偿值来校正此平台欲执行的工作的工作坐标。如此，本发明的校正方法无需手动调整平台的水平，即可使移动件能依据校正后的模型坐标而移位至正确的工作点上执行工作，而不会因平台的偏斜而影响工作的执行良率以及执行精准度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (12)
1.一种立体打印装置，其特征在于，包括：
平台，包括承载面以及多个校位点，该些校位点位于该承载面上；
打印头，设置于该平台上方，该打印头经配置以沿着基准面移动以及沿着该基准面的法线方向移动；以及
控制单元，耦接并控制该平台以及该打印头，该控制单元控制该打印头分别自该基准面往该平台移动至与该些校位点接触，以得到各该校位点对应于该基准面的平面坐标以及各该校位点至该基准面的最短距离，并依据该些平面坐标以及该些最短距离得到该承载面对应于该基准面的坐标补偿值，并依据该坐标补偿值校正数字立体模型信息的模型坐标，该控制单元依据校正后的该模型坐标移动该打印头以打印出关联于该数字立体模型信息的立体物体于该承载面上。
2.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该控制单元控制该打印头沿着该基准面的法线方向分别自该基准面对应该些校位点的位置往该平台移动至与该些校位点接触。
3.根据权利要求1所述的立体打印装置，其特征在于，该打印头与各该校位点适于在接触时彼此电性导通，以使该控制单元在该打印头与各该校位点接触时接收接触信号，并依据该些接触信号分别对该打印头进行定位以得到该些平面坐标以及该些最短距离。
4.根据权利要求3所述的立体打印装置，其特征在于，各该校位点为金属校位点，该打印头包括金属喷嘴。
5.根据权利要求4所述的立体打印装置，其特征在于，该金属喷嘴，耦接至电源，当该打印头自该基准面往该平台移动时，该控制单元开启该电源。
6.根据权利要求4所述的立体打印装置，其特征在于，当该打印头自该基准面往该平台移动时，该金属喷嘴分别与各该校位点接触并彼此电性导通，以使该控制单元在该金属喷嘴与各该校位点接触时接收该接触信号。
7.根据权利要求3所述的立体打印装置，其特征在于，该些校位点为多个金属垫片，夹持于该平台并位于该承载面上，该打印头包括金属喷嘴以及金属校位探针，当该打印头自该基准面往该平台移动时，该金属校位探针与各该校位点接触并彼此电性导通，以使控制单元在该金属校位探针与各该校位点接触时接收该接触信号。
8.根据权利要求7所述的立体打印装置，其特征在于，该金属校位探针设置于该金属喷嘴的周围，且该金属校位探针的校位顶点与该金属喷嘴的喷嘴顶点之间具有高度差。
9.一种平台的工作坐标的校正方法，其特征在于，适用于包括承载面以及多个校位点的平台，该些校位点位于该承载面上，该方法包括：
控制移动件分别自基准面往该承载面移动至与该些校位点接触；
计算各该校位点对应于该基准面的平面坐标以及各该校位点至该基准面的最短距离，并依据该些平面坐标以及该些最短距离得到该承载面对应于该基准面的坐标补偿值；以及
依据该坐标补偿值校正该平台欲执行的工作的工作坐标。
10.根据权利要求9所述的平台的工作坐标的校正方法，其特征在于，控制该移动件分别自该基准面往该承载面移动至与该些校位点接触的步骤还包括：
控制该移动件沿着该基准面的法线方向分别自该基准面对应该些校位点的位置往该承载面移动至与该些校位点接触。
11.根据权利要求9所述的平台的工作坐标的校正方法，其特征在于，还包括：
在该移动件与各该校位点接触时接收接触信号；以及
依据各该接触信号对该打印头进行定位，以计算各该平面坐标以及各该最短距离。
12.根据权利要求11所述的平台的工作坐标的校正方法，其特征在于，在该移动件与各该校位点接触时接收该接触信号的步骤还包括：
提供电源至该移动件，以在该移动件与各该校位点接触时，该移动件与各该校位点电性导通而产生该接触信号。
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