CN105058787A - 一种3d打印平台工作面的高度位置检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印设备技术领域，具体涉及一种3D打印平台工作面的高度位置检测装置及其检测方法。本发明提供的一种3D打印平台工作面的高度位置检测装置，包括中间位置设有限位柱的基板，所述基板设有转轴和光电感应器，所述转轴与绕其轴心转动的悬臂连接，所述悬臂的感应端设置在所述光电感应器的光电感应区内且能做往返运动，悬臂的探测端绕转轴的轴心做上下运动，所述基板的一个侧面设有与3D打印机连接的安装槽。本发明通过专门设计的悬臂检测3D打印平台工作面的位置，并采用插分检测的方法抵消开关的误差，实现精准可靠的位置检测。

Description

一种3D打印平台工作面的高度位置检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及3D打印设备技术领域，具体涉及的是一种3D打印平台工作面的高度位置检测装置及其检测方法。

背景技术

现有技术中，3D打印的应用越来越广泛，其应用领域包括工业设计、模具制造、医疗卫生及教学领域。高端的3D打印机能直接打印出机翼和枪械，在临床中能直接打印出骨关节、牙齿。3D打印过程实行自动化，降低3D打印操作的技术门槛，对于3D打印应用的普及起着重要的作用。3D打印是个逐层构造叠加的过程，在3D打印平台上第一层，也就是起始层，的打印是后续层打印的基础。如果起始层打印时离3D打印平台的距离过远，打印的实体就不能牢固地附着在3D打印平台上，后续的3D打印就很可能错位甚至脱落；如果距离太近，会导致打印头阻塞甚至损坏打印头。于是检测3D打印平台的高度位置，从而精确地控制起始层的打印高度，对于成功进行3D打印是至关重要的。3D打印平台高度位置的检测通常是采用机械定位开关，特别是在平台上升到起始层打印位置时，触发某个机械开关，然后打印机开始打印起始层。这种方法虽然简便，但是也存在不足，首先机械开关的定位精度较低，而且机械开关的位置不易调整，需要用户具有一定的动手能力，另外，机械开关检测的是3D打印平台体的位置，而不是其打印工作面的位置，如果3D打印平台的工作面上有铺垫的辅助材料，例如增加3D打印附着度的胶带纸，这种机械开关的检测方法就很难准确地确定起始层的高度位置。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种专门为检测3D打印平台工作面的高度位置的装置和公开了一种精准可靠的位置检测方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种3D打印平台工作面的高度位置检测装置，包括设有限位柱的基板，所述基板设有转轴和光电感应器，所述转轴与绕其轴心转动的悬臂连接，所述悬臂的感应端设置在所述光电感应器的光电感应区且能在第一工作位置和第二工作位置之间做往返运动，所述悬臂的探测端绕转轴的轴心做上下运动，所述基板与3D打印机连接。

进一步地，所述限位柱设置在基板的中间位置。

进一步地，所述感应端设置在限位柱的下面。

进一步地，所述基板的侧面设有与3D打印机连接的安装槽。

进一步地，所述光电感应器为光电开关。

进一步地，所述基板和悬臂之间的转轴上设有弹簧。

进一步地，所述感应端为不透光挡板。

进一步地，所述转轴设有双轴承结构，所述双轴承结构包括设置在悬臂上的第一轴承和设置在基板上的第二轴承。

本发明还提供了一种使用3D打印平台工作面的高度位置检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤1)将3D打印平台的工作面置于不与悬臂的探测端接触的位置，即所述3D打印平台的工作面与所述探测端不发生接触，此时所述悬臂的感应端处于第一工作位置；

步骤2)将所述3D打印平台的工作面上升与所述探测端接触，并且将所述3D打印平台的工作面继续上升，使所述悬臂的感应端进入所述光电感应器1的感应区，并且触发所述光电感应器，此时的高度为h1；

步骤3)所述3D打印平台的工作面继续上升，使得所述悬臂的感应端离开所述光电感应器1的感应区，并且关闭光电感应器，处于第二工作位置，此时的高度为h2；

步骤4)将(h1+h2)/2作为3D打印平台工作面的相对高度，将所述相对高度与事先校准记录的参考高度相比对，标定出3D打印平台的工作面的准确高度。

进一步地，所述步骤2)为将所述3D打印平台的工作面上升到与所述悬臂的探测端接触，并且将所述3D打印平台工作面继续上升，使得所述悬臂的感应端进入所述光电感应器的感应区，并且触发所述光电感应器，所述3D打印平台由上升改变方向为下降，并且关闭所述光电感应器，此时的高度为h1，所述3D打印平台由下降改变方向为上升，使得所述悬臂的感应端进入所述光电感应器的感应区，并且触发所述光电感应器。

与现有技术相比，优越效果在于：本发明能通过专门设计的悬臂检测3D打印平台工作面的位置，并采用插分检测的方法抵消光电感应器的误差，实现精准可靠的位置检测。

附图说明

图1为本发明所述3D打印平台工作面的高度位置检测装置的立体结构图；

图2为本发明所述3D打印平台工作面的高度位置检测装置的第一工作位置示意图；

图3为本发明所述3D打印平台工作面的高度位置检测装置的第二工作位置示意图；

图4为本发明所述3D打印平台工作面的高度位置检测装置使用状态示意图。

附图标记如下：

1-光电感应器，2-悬臂，3-基板，4-转轴，5-弹簧，6-限位柱，7-探测端，8-感应端，9-工作面，10-3D打印机的安装面，11-感应区，12-安装槽，13-第一工作位置，14-第二工作位置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。

实施例1

如图1至2所示，具体说明本发明提供的一种3D打印平台工作面的高度位置检测装置，包括中间位置设有限位柱6的基板3，所述基板3设有转轴4和光电感应器1，所述转轴4与绕其轴心转动的悬臂2连接，所述悬臂2的感应端8设置在所述光电感应器1的光电感应区11且能在第一工作位置13和第二工作位置14之间做往返运动，所述感应端8设置在限位柱6的下面，所述悬臂2的探测端7绕转轴4的轴心做上下运动，所述基板3的一个侧面设有与3D打印机连接的安装槽12，所述光电感应器1优选光电开关，本实施例中的光电开关选用欧姆龙EE-SX472型号的光电开关，所述基板3和悬臂2之间的转轴4上设有弹簧5，为了使探测端7能够与平台的工作面9可靠接触，弹簧5使悬臂2在与3D打印平台的工作面9接触时具有一定工作压力，这个压力通常设定在50克到200克的范围内。所述感应端8为不透光挡板，优选不锈钢板，所述转轴4设有双轴承结构，所述双轴承结构包括设置在悬臂2上的第一轴承和设置在基板3上的第二轴承(图中未示)。如图4所示，其中悬臂2的探测端7与所述3D打印平台的工作面9接触，并且所述平台的工作面9高度位置检测装置由所述基板3上的安装槽12通过螺丝(图中未示)安装到3D打印机的安装面10上。

本发明还提供了一种使用3D打印平台工作面的高度位置检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤1)将3D打印平台的工作面9置于不与悬臂2的探测端7接触的位置，如果3D打印平台的工作面9的位置是未知的，将其下降距离为大于所述悬臂2的最大空间工作范围，该下降过程使得所述3D打印平台的工作面9与所述探测端7不发生接触，如图2所示，此时所述感应端8处于第一工作位置；

步骤2)将所述3D打印平台的工作面9上升与所述探测端7接触，并且将所述3D打印平台的工作面9继续上升，使所述悬臂2的感应端8进入所述光电感应器1的感应区11，并且触发所述光电感应器1，此时的高度为h1；

步骤3)所述3D打印平台的工作面9继续上升，使得所述悬臂2的感应端8离开所述光电感应器1的感应区11，并且关闭光电感应器1，此时的高度为h2；如图3所示，所述感应端8处于第二工作位置；

步骤4)将(h1+h2)/2作为3D打印平台的工作面9的相对高度h0，相对高度就是其绝对高度位置还不准确的一个高度值，也就是说该高度的数值仅用来表示相对位置，该相对高度与事先校准记录的参考高度hr相比对，标定出3D打印平台的工作面9的准确高度P。例如，事先通过校准工具测得在h0处的参考高度位置为hr，也就是在h0处3D打印头(图中未示)到3D打印平台的工作面的距离为hr，当上述校准步骤完成后，3D打印平台的工作面处于的相对高度记为h3，将该位置的高度重新标定为P＝hr+(h0-h3),即得3D打印平台的工作面准确的高度值。

步骤1)至4)的做法是为了克服本实施例中由于光电感应器1灵敏度导致的误差。光电感应器1的传感状态或者说灵敏度，受温度、工作电压以及工作老化的影响，会有一定的波动。如果灵敏度变化ds，对应位置变化dz，则触发实测位置h1m＝h1+dz，关闭实测位置就是h2m＝h2-dz，经累加后平均(h1m+h2m)/2＝(h1+h2)/2，即实测位置与光电感应器1的灵敏度误差无关。

所述空间工作范围是指悬臂2为了能够检测3D打印平台的工作面9的高度位置，需要转动的传感距离范围，以及为了使3D打印平台的工作面9能够自由上升开始3D打印，所述悬臂2应该具备的转动余量距离范围。如图2和3所示，当3D打印平台的工作面9未与悬臂2接触时，所述平台位置检测装置处于空闲状态，所述悬臂2的位置由所述限位柱6限定，所述传感端8处于第一工作位置13；当所述工作面9上升与悬臂2的感应端7接触上升使所述探测端7被工作面9抬高，所述感应端8下降并通过光电感应器1的光电感应区11到达第二工作位置14。这个使感应端8位置由第一工作位置13转动到所述第二工作位置14的最小转动范围就是所述感应距离范围，而实际的空间工作范围通常会比所述传感距离范围要大，因为工作面9的高度位置被检测后，工作面9还要继续上升到达起始层的工作位置开始3D打印，所以还要加上一定的工作范围余量，即余量距离范围。悬臂2的感应端8要能被光电感应器1探测到，虽然可以使用高精度的光栅或者反射式的传感端，考虑成本和可靠性，通常悬臂2为不透光挡板，优选不锈钢挡板。悬臂2上的转轴4起到实际固定悬臂2的作用，同时允许悬臂2能够转动。减小悬臂2和转轴4的间隙能够使每次检测工作面9的高度位置时悬臂2转动的位置一致，从而提高悬臂2检测的精度。通常的做法是采用双列轴承系统构成悬臂2和转轴4，并适当预紧使得悬臂2能自由转动而且悬臂2和转轴4不存在显著间隙。例如，将一根螺丝先固定在悬臂2上，然后穿过第一轴承，然后穿过基板3，然后第二轴承，然后是紧固螺母。第一轴承和第二轴承将基板3夹紧，起到悬臂2到基板3的安装作用。调整紧固螺母可以使得所述悬臂2能自由转动而且所述悬臂2和转轴4不存在显著间隙。所谓显著间隙是指影响系统精度的间隙。如果某间隙远远小于系统的检测精度，则该间隙不是显著间隙，其影响可以忽略。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明还提供了一种使用3D打印平台工作面的高度位置检测装置的检测方法，与实施例1的区别在于：其中的步骤2)还能采取下方式，其他步骤相同。所述步骤2)为将所述3D打印平台的工作面9上升到与悬臂2的探测端7接触，并且将所述3D打印平台的工作面9继续上升，使得悬臂2的感应端8进入光电感应器1的感应区11，并且触发光电感应器1，然后3D打印平台的工作面9由上升改变方向为下降，并且关闭电感应器1，此时的高度为h1，然后3D打印平台9由下降改变方向为上升，使得悬臂2的感应端8进入光电感应器1的感应区11，并且触发光电感应器1，这样再次进入感应区并且触发所述光电感应器1使得后续的检测过程能够按照实施例1的后续步骤进行。

本实施例提供的方法克服了光电感应器1因为状态改变的滞回曲线带来的误差。假如滞回曲线导致的误差为dh，按照实施例1提供的方法，光电感应器1变为触发态时h1m＝h1+dz+dh，即状态延迟dh变化；同理开关变为关闭时h2m＝h2-dz+dh，同样因为滞回导致的延迟dh变化。于是累加后平均(h1m+h2m)/2＝(h1+h2)/2+dh，也就是滞回误差会导致检测误差。采用本实施例提供的方法时，h1m是由平台下降时测量的,同时光电感应器1由触发状态变为关闭状态，所以h1m＝h1-dz-dh，这样计算后的相对高度还是(h1m+h2m)/2＝(h1+h2)/2，测量是准确的。

以上实施例中，所述触发可以是开关量触发，也可以是模拟触发，也就是光电感应器1输出的信号为模拟信号，经过模数转换后获得采样数值，并与预先编程的数值比对，确定光电感应器1的状态，这样能够程控光电感应器1的灵敏度，提高灵活性。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种3D打印平台工作面的高度位置检测装置，其特征在于，所述检测装置包括设有限位柱(6)的基板(3)，所述基板(3)设有转轴(4)和光电感应器(1)，所述转轴(4)与绕其轴心转动的悬臂(2)连接，所述悬臂(2)的感应端(8)设置在所述光电感应器(1)的光电感应区(11)且能在第一工作位置(13)和第二工作位置(14)之间做往返运动，所述悬臂(2)的探测端(7)绕转轴(4)的轴心做上下运动，所述基板(3)与3D打印机连接。

2.根据权利要求1所述3D打印平台工作面的高度位置检测装置，其特征在于，所述限位柱(6)设置在基板(3)的中间位置。

3.根据权利要求1所述3D打印平台工作面的高度位置检测装置，其特征在于，所述感应端(8)设置在限位柱(6)的下面。

4.根据权利要求1所述3D打印平台工作面的高度位置检测装置，其特征在于，所述基板(3)的侧面设有与3D打印机连接的安装槽(12)。

5.根据权利要求1所述3D打印平台工作面的高度位置检测装置，其特征在于，所述光电感应器(1)为光电开关。

6.根据权利要求1所述3D打印平台工作面的高度位置检测装置，其特征在于，所述基板(3)和悬臂(2)之间的转轴(4)上设有弹簧(5)。

7.根据权利要求1所述3D打印平台工作面的高度位置检测装置，其特征在于，所述感应端(8)为不透光挡板。

8.根据权利要求1所述3D打印平台工作面的高度位置检测装置，其特征在于，所述转轴(4)设有双轴承结构，所述双轴承结构包括设置在悬臂(2)上的第一轴承和设置在基板(3)上的第二轴承。

9.一种使用3D打印平台工作面的高度位置检测装置的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：

步骤1)将3D打印平台工作面(9)置于不与悬臂(2)的探测端(7)接触的位置，所述3D打印平台的工作面(9)与所述探测端(7)不发生接触，所述悬臂的感应端(8)处于第一工作位置(13)；

步骤2)将所述3D打印平台工作面(9)上升与所述探测端(7)接触，并且将所述3D打印平台工作面(9)继续上升，使所述悬臂(2)的感应端(8)进入所述光电感应器(1)的感应区(11)，并且触发所光电感应器(1)，此时的高度为h1；

步骤3)所述3D打印平台工作面(9)继续上升，使得所述悬臂的感应端(8)离开所述光电感应器(1)的感应区(11)，并且关闭光电感应器(1)，处于第二工作位置(14),此时的高度为h2；

步骤4)将(h1+h2)/2作为3D打印平台工作面(9)的相对高度，将所述相对高度与事先校准记录的参考高度相比对，标定出3D打印平台的工作面(9)的准确高度。

10.根据权利要求9所述3D打印平台工作面的高度位置检测装置的检测方法，其特征在于，所述步骤2)为将所述3D打印平台工作面(9)上升到与所述悬臂(2)的探测端(7)接触，并且将所述3D打印平台工作面(9)继续上升，使得所述悬臂(2)的感应端(8)进入所述光电感应器(1)的感应区(11)，并且触发所述光电感应器(1)，所述3D打印平台(9)由上升改变方向为下降，并且关闭所述光电感应器(1)，此时的高度为h1，所述3D打印平台(9)由下降改变方向为上升，使得所述悬臂(2)的感应端(8)进入所述光电感应器(1)的感应区(11)，并且触发所述光电感应器(1)。