CN105338307B - 一种3d打印远程监控装置及其方法 - Google Patents

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一种3D打印远程监控装置及方法。该装置包括摄像头、步进电机、单片机，其中：摄像头安装在俯仰转向组件上，俯仰转向组件安装在水平轨道上，水平轨道通过底座安装在3D打印机架上；步进电机安装在水平轨道和俯仰转向组件上，用于驱动摄像头水平移动或俯仰转动；步进电机通过步进电机驱动电路连接至单片机；单片机用于接收上位机控制指令，远程控制摄像头移动。本发明的方法包括以下步骤：(1)建立网络联系；(2)远程控制摄像头移动；(3)实时发送监控视频信息；(4)上位机接收监控视频信息；(5)监控3D打印机的工作状态；(6)远程控制3D打印机。本发明可用于对3D打印机进行远程监控。

Description

一种3D打印远程监控装置及其方法
技术领域
本发明属于电子技术领域，更进一步涉及3D打印辅助设备技术领域中的一种3D打印远程监控装置及其方法。本发明可用于对3D打印机进行远程监控。
背景技术
在3D打印机的远程监控管理过程中，监控装置中的摄像头主要用于对3D打印机喷头工作状态与打印件图像的采集，并将图像通过网络传输至上位机中，达到远程监控的目的。
哈尔滨工程大学申请的专利“3D打印机工作状态在线监测装置”(专利申请号201410489881.8，申请公布号CN 104197994 A)公开了一种3D打印机工作状态在线监测装置。该装置包括数据采集处理模块与电源模块，其中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。所述摄像头通过固定板固定在喷头上，用于实时采集3D打印机喷头工作状态与打印件的画面。该装置虽然采用摄像头实时采集3D打印机喷头工作状态与打印件的画面。但是该装置仍然存在的不足之处是：其一，该装置中的摄像头监控视野受喷头影响，存在摄像监控盲区。其二，该装置中的摄像头通过固定板固定在喷头上，摄像头的位置和角度无法在上位机上进行远程控制。
英华达股份有限公司申请的专利“一种3D打印的网络监控系统及方法”(专利申请号201410166331.2，申请公布号CN 103927245 A)公开了一种3D打印的网络监控系统及方法。该3D打印的网络监控系统包含：网络信息模块、摄影装置、状态回报模块及固定格式指令接收模块，所述摄影装置设置于3D打印机上，用于定时拍摄打印件的照片。该3D打印的网络监控方法包括:(1)建立3D打印机与远端收发设备间的网络联系；(2)定时发送网络信息给远端收发设备；(3)远端收发设备接收网络信息后，根据网络信息判断当前打印件的打印品质是否正常，若否，则通过远端收发设备发送固定格式指令至3D打印机端，以及解析固定格式指令以操控3D打印机。该系统及方法基本实现了在3D打印过程中定时获取打印件的照片及故障信息。但是该方法仍然存在的不足之处是：该方法设置间隔时间激发摄影装置拍摄打印件的照片并传送至远端收发设备，不能在远端收发设备实时观察3D打印机喷头工作状态与打印件。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种3D打印远程监控装置及其方法，以改善3D打印机工作状态远程监控效果。
本发明的装置包括摄像头、步进电机、单片机。摄像头安装在俯仰转向组件上，俯仰转向组件安装在水平轨道上，水平轨道通过底座安装在3D打印机架上；步进电机安装在水平轨道和俯仰转向组件上，用于驱动摄像头水平移动或俯仰转动；水平轨道上的步进电机用于驱动摄像头水平移动，俯仰转向组件上的步进电机用于驱动摄像头俯仰转动；步进电机通过步进电机驱动电路连接至单片机；单片机用于接收上位机控制指令，远程控制摄像头移动。
本发明的方法包括以下实现步骤：
(1)建立网络联系：
将摄像头、单片机、3D打印机通过IP配置连接到网络中的上位机；
(2)远程控制摄像头移动：
(2a)上位机客户端界面通过网络发送用于控制摄像头水平位移、俯仰角度的控制指令至单片机，单片机将接收的控制指令解析成脉冲信号和正反转控制信号；
(2b)单片机将脉冲信号和正反转控制信号输出给步进电机驱动电路，步进电机驱动电路接收脉冲信号和正反转控制信号后驱动步进电机运转；
(2c)水平轨道上的步进电机带动摄像头同步水平移动；俯仰转向组件上的步进电机带动摄像头同步俯仰转动；摄像头移动的同时，实时采集3D打印监控视频；
(3)实时发送监控视频信息：
摄像头将实时采集的3D打印监控视频通过网络发送至上位机；
(4)上位机接收监控视频信息：
上位机客户端界面实时显示摄像头采集的3D打印监控视频；
(5)监控3D打印机的工作状态：
在上位机客户端界面上，观察3D打印机喷头及打印件的局部细节：3D打印机喷头是否堵塞、物料是否粘连，以确定3D打印机工作状态是否正常；
(6)远程控制3D打印机：
当观察到3D打印机喷头堵塞或物料不粘连时，通过上位机客户端界面发送控制指令至3D打印机，3D打印机接收该控制指令后暂停或停止3D打印。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
第一，由于本发明的装置采用单片机用于接收上位机控制指令，远程控制摄像头移动，克服了现有技术中摄像头的位置和角度无法在上位机上进行远程控制的问题，使得本发明的装置对于3D打印机远程监控更灵活。
第二，由于本发明的装置采用步进电机安装在水平轨道和俯仰转向组件上，用于驱动摄像头水平移动或俯仰转动，克服了现有技术中摄像头监控视野受喷头影响，存在摄像监控盲区的问题，使得本发明的装置在3D打印监控时摄像监控范围更大。
第三，由于本发明的方法采用摄像头将实时采集的3D打印监控视频通过网络发送至上位机，克服了现有技术中设置间隔时间激发摄影装置拍摄打印件的照片并传送至远端收发设备，不能在远端收发设备实时观察3D打印机喷头工作状态与打印件的问题，使得本发明的方法可以实时监控3D打印机喷头工作状态与打印件。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
参照附图1，本发明的装置包括摄像头、步进电机、单片机。摄像头(7)安装在俯仰转向组件上，俯仰转向组件安装在水平轨道上，水平轨道通过底座(1)安装在3D打印机架上；步进电机安装在水平轨道和俯仰转向组件上，用于驱动摄像头水平移动或俯仰转动，其中：水平轨道上的步进电机(2)用于驱动摄像头(7)水平移动，俯仰转向组件上的步进电机(5)用于驱动摄像头(7)俯仰转动；步进电机(2)、步进电机(5)通过步进电机驱动电路(10)连接至单片机(11)；单片机(11)用于接收上位机控制指令，远程控制摄像头移动。
水平轨道包括底座(1)、步进电机(2)、丝杠(3)、导杆(4)以及滑块(8)，其中：设置在底座(1)上的步进电机(2)通过联轴器驱动丝杠(3)，丝杠(3)上设有滑块(8)，丝杠(3)两边设有导杆(4)，滑块(8)两边穿接在导杆(4)上，滑块(8)上安装有摄像头支架(9)。
俯仰转向组件包括摄像头支架(9)、步进电机(5)以及摄像头固定板(6)，其中：摄像头支架(9)的顶端外侧设有步进电机(5)，摄像头支架(9)的顶端内侧设有摄像头固定板(6)，摄像头固定板(6)上设有旋转轴，步进电机(5)通过联轴器与摄像头固定板(6)的旋转轴连接在一起，摄像头固定板(6)上安装有摄像头(7)。
本发明装置中的单片机采用AT89C52单片机，AT89C52单片机上的步进电机驱动电路采用ULN2003A集成电路用于驱动步进电机控制摄像头移动，AT89C52单片机包括晶振电路、复位电路、电源电路、步进电机驱动电路。晶振电路通过导线连接到单片机的管脚上，用于设定单片机工作的时钟周期；复位电路通过导线连接到单片机的管脚上，用于单片机的程序复位功能；电源电路通过导线连接到单片机的管脚上，用于给单片机供电。步进电机驱动电路由反相器和常用的小型步进电动机的驱动电路组成，通过导线连接到单片机的管脚上，用于AT89C52单片机控制步进电机的运转。
参照附图2，本发明方法的实现步骤如下。
步骤1，建立网络联系。
将摄像头(7)、单片机(11)、3D打印机通过IP配置连接到网络中的上位机。
上位机安装的上位机客户端界面包括视频监控界面、步进电机控制界面、3D打印机控制界面。
步骤2，远程控制摄像头移动。
上位机客户端界面通过网络发送用于控制摄像头(7)水平位移、俯仰角度的控制指令至单片机(11)，单片机(11)将接收的控制指令解析成脉冲信号和正反转控制信号。
单片机(11)将脉冲信号和正反转控制信号输出给步进电机驱动电路(10)，步进电机驱动电路(10)接收脉冲信号和正反转控制信号后，分别驱动步进电机(2)、步进电机(5)运转。
水平轨道上的步进电机(2)带动摄像头(7)同步水平移动；俯仰转向组件上的步进电机(5)带动摄像头(7)同步俯仰转动；摄像头(7)移动的同时，实时采集3D打印监控视频。
上位机客户端界面中的步进电机控制界面用于通过网络发送控制摄像头(7)水平位移、俯仰角度的控制指令至单片机(11)。
步骤3，实时发送监控视频信息。
摄像头(7)将实时采集的3D打印监控视频通过网络发送至上位机。
步骤4，上位机接收监控视频信息。
上位机客户端界面实时显示摄像头(7)采集的3D打印监控视频。
上位机客户端界面中的视频监控界面用于实时显示摄像头(7)采集的3D打印监控视频。
步骤5，监控3D打印机的工作状态。
在上位机客户端界面上，观察3D打印机喷头及打印件的局部细节：3D打印机喷头是否堵塞、物料是否粘连，以确定3D打印机工作状态是否正常。
上位机客户端界面中的视频监控界面用于实时显示摄像头(7)采集的3D打印监控视频。
步骤6，远程控制3D打印机。
当观察到3D打印机喷头堵塞或物料不粘连时，通过上位机客户端界面发送控制指令至3D打印机，3D打印机接收该控制指令后暂停或停止3D打印。
上位机客户端界面中的3D打印机控制界面用于发送3D打印控制指令至3D打印机。

Claims (4)

1.一种3D打印远程监控装置，包括摄像头、步进电机、单片机，其特征在于：所述摄像头(7)安装在俯仰转向组件上，所述俯仰转向组件安装在水平轨道上，所述水平轨道通过底座(1)安装在3D打印机架上；所述步进电机安装在水平轨道和俯仰转向组件上，用于驱动摄像头水平移动或俯仰转动；所述水平轨道上的步进电机(2)设置在底座(1)上，用于驱动摄像头(7)水平移动，俯仰转向组件上的步进电机(5)用于驱动摄像头(7)俯仰转动；所述水平轨道上的步进电机(2)、俯仰转向组件上的步进电机(5)通过步进电机驱动电路(10)连接至单片机(11)；所述单片机(11)用于接收上位机控制指令，远程控制摄像头移动；所述水平轨道包括底座(1)、水平轨道上的步进电机(2)、丝杠(3)、导杆(4)以及滑块(8)；所述设置在底座(1)上的水平轨道上的步进电机(2)通过联轴器驱动丝杠(3)，所述丝杠(3)上设有滑块(8)，丝杠(3)两边设有导杆(4)，所述滑块(8)两边穿接在导杆(4)上，滑块(8)上安装有摄像头支架(9)。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印远程监控装置，其特征在于：所述俯仰转向组件包括摄像头支架(9)、俯仰转向组件上的步进电机(5)以及摄像头固定板(6)；所述摄像头支架(9)的顶端外侧设有俯仰转向组件上的步进电机(5)，所述摄像头支架(9)的顶端内侧设有摄像头固定板(6)，所述摄像头固定板(6)上设有旋转轴，所述俯仰转向组件上的步进电机(5)通过联轴器与摄像头固定板(6)的旋转轴连接在一起，所述摄像头固定板(6)上安装有摄像头(7)。
3.一种3D打印远程监控方法，用以监控3D打印机的工作状态，包括以下实现步骤：
步骤一，建立网络联系：
将摄像头(7)、单片机(11)、3D打印机通过IP配置连接到网络中的上位机；
步骤二，远程控制摄像头移动：
上位机客户端界面通过网络发送用于控制摄像头(7)水平位移、俯仰角度的控制指令至单片机(11)，单片机(11)将接收的控制指令解析成脉冲信号和正反转控制信号；
单片机(11)将脉冲信号和正反转控制信号输出给步进电机驱动电路(10)，步进电机驱动电路(10)接收脉冲信号和正反转控制信号后，分别驱动水平轨道上的步进电机(2)、俯仰转向组件上的步进电机(5)运转；
水平轨道上的步进电机(2)带动摄像头(7)同步水平移动；俯仰转向组件上的步进电机(5)带动摄像头(7)同步俯仰转动；摄像头(7)移动的同时，实时采集3D打印监控视频；
步骤三，实时发送监控视频信息：
摄像头(7)将实时采集的3D打印监控视频通过网络发送至上位机；
步骤四，上位机接收监控视频信息：
上位机客户端界面实时显示摄像头(7)采集的3D打印监控视频；
步骤五，监控3D打印机的工作状态：
在上位机客户端界面上，观察3D打印机喷头及打印件的局部细节：3D打印机喷头是否堵塞、物料是否粘连，以确定3D打印机工作状态是否正常；
步骤六，远程控制3D打印机：
当观察到3D打印机喷头堵塞或物料不粘连时，通过上位机客户端界面发送控制指令至3D打印机，3D打印机接收该控制指令后暂停或停止3D打印。
4.根据权利要求3所述的一种3D打印远程监控方法，其特征在于：步骤二、步骤四、步骤五、步骤六中所述的上位机客户端界面包括3D打印机控制界面、视频监控界面、步进电机控制界面。
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