CN105946244B - 提高三维物体制造精度的方法、系统及三维物体制造设备 - Google Patents

Abstract

一种提高三维物体制造精度的方法、系统及三维物体制造设备，其中方法包括步骤：通过计算获取活塞下降一层所需电机运转的步数；将电机运转步数的小数部分存入存储器；且将存储器中已存储的存储值与该小数部分累加得到的值更新存储值；判断存储值是否大于或等于1；当存储值大于或等于整数1时，将电机运转步数的整数部分加1作为实际的电机运转步数，同时将存储器的存储值减1得到的值更新存储值；否则，将电机运转步数的整数作为实际的电机运转步数，使得每次电机运转步数可以根据存储器中累加的存储值而判断是否进行加1，本发明避免了现有技术累计误差大、数据处理量大的弊端，因此，本发明具有数据处理简单，误差小，精度高的作用。

Description

提高三维物体制造精度的方法、系统及三维物体制造设备

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种提高三维物体制造精度的方法、系统及三维物体制造设备。

背景技术

增材制造技术（Additive Manufacturing，简称AM）是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，自二十世纪八十年代末发展至今，己成为现代先进制造技术中的一项支柱技术。选区激光熔化技术（Selective Laser Melting，简称SLM）是近年来发展迅速的增材制造技术之一，其以粉末材料为原料，采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造，不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，应用范围广。选区激光熔化工艺的基本过程是：送粉装置将一定量粉末送至工作台面，铺粉装置将一层粉末材料平铺在活塞已成型零件的上表面，振镜控制激光器按照该层的截面轮廓对实心部分粉末层进行扫描，使粉末的温度升至熔化点，粉末熔化烧结并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉装置又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个三维实体制造。

上述选区激光熔化设备在运行过程中，工作台（即由活塞支撑的成型缸的底部）一般通过电机驱动下降一个层厚，然而由于电机编码器的精度有限，使得每次通过计算得到的电机运转步数还存在小数部分，现有技术一般将小数部分统一采用省去、向整数进一或者四舍五入的方法进行处理，这样随着制件烧结层数的增加，误差也在不断累加，因此，随着烧结制件高度越高，累积存在的误差也越大。

目前，也出现了采用绝对位置对电机运转步数进行定位的方式控制活塞的上升或下降，该方式虽然可减小累积误差的影响，但是电机的每次定位都需要计算新的定位值，即每次都需要对电机运转步数进行累加处理，因此，随着制件烧结层数的增加，大大增加了数据的处理难度，且同时增加了上、下位机之间的数据传输，导致容易出现错误。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种计算简单，误差小的提高三维物体制造精度的方法、系统及三维物体制造设备。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种提高三维物体制造精度的方法，包括以下步骤：

通过计算获取活塞下降一层所需电机运转的步数；

将电机运转步数的小数部分存入存储器；且将存储器中已存储的存储值与该小数部分累加得到的值更新存储值；

判断存储值是否大于或等于1，当存储值大于或等于整数1时，将电机运转步数的整数部分加1作为实际的电机运转步数，同时将存储器的存储值减1得到的值更新存储值；否则，将电机运转步数的整数作为实际的电机运转步数。

作为本发明的进一步优选方案，所述方法还包括：将上述实际的电机运转步数输入给电机控制器，电机控制器根据实际的电机运转步数控制电机运转进而实现活塞下降一层。

作为本发明的进一步优选方案，根据公式计算获取活塞下降一层所需电机运转的步数，所述公式如下：

Da=；

其中，Da为活塞下降一层所需电机运转的步数，μ为活塞下降一层的层厚，D为电机编码器分辨率，i为主动轮与从动轮的转数比，ρ_h为丝杠的导程。

一种提高三维物体制造精度的系统，包括：

获取单元，用于通过计算获取活塞下降一层所需电机运转的步数；

存储单元，用于将电机运转步数的小数部分存入存储器；且将存储器中已存储的存储值与该小数部分累加得到的值更新存储值；以及

处理单元，用于判断存储值是否大于或等于1，当存储值大于或等于整数1时，将电机运转步数的整数部分加1作为实际的电机运转步数，同时将存储器的存储值减1得到的值更新存储值；否则，将电机运转步数的整数作为实际的电机运转步数。

作为本发明的进一步优选方案，所述系统还包括控制单元，用于将上述实际的电机运转步数输入给电机控制器，电机控制器根据实际的电机运转步数控制电机运转进而实现活塞下降一层。

作为本发明的进一步优选方案，所述获取单元通过以下公式计算获取活塞下降一层所需电机运转的步数，所述公式如下：

Da=；

其中，Da为活塞下降一层所需电机运转的步数，μ为活塞下降一层的层厚，D为电机编码器分辨率，i为主动轮与从动轮的转数比，ρ_h为丝杠的导程。

一种三维物体制造设备，包括上述任一项所述的提高三维物体制造精度的系统。

本发明的提高三维物体制造精度的方法，通过包括以下步骤：通过计算获取活塞下降一层所需电机运转的步数；将电机运转步数的小数部分存入存储器；且将存储器中已存储的存储值与该小数部分累加得到的值更新存储值；判断存储值是否大于或等于1；当存储值大于或等于整数1时，将电机运转步数的整数部分加1作为实际的电机运转步数，同时将存储器的存储值减1得到的值更新存储值；否则，将电机运转步数的整数作为实际的电机运转步数，使得每次电机运转步数可以根据存储器中累加的存储值而判断是否进行加1，这样避免了现有技术将小数部分统一采用省去、向整数进一或者四舍五入，随着烧结制件高度越高，存在的累计误差也越大的弊端，而相对于现有技术采用绝对位置对电机运转步数进行定位，克服了随着制件烧结层数的增加，大大增加了数据的处理难度的弊端，因此，本发明的提高三维物体制造精度的方法具有数据处理简单，误差小，精度高的效果。

本发明的提高三维物体制造精度的系统，通过包括：获取单元，用于通过计算获取活塞下降一层所需电机运转的步数；存储单元，用于将电机运转步数的小数部分存入存储器；且将存储器中已存储的存储值与该小数部分累加得到的值更新存储值；以及处理单元，用于判断存储值是否大于或等于1，当存储值大于或等于整数1时，将电机运转步数的整数部分加1作为实际的电机运转步数，同时将存储器的存储值减1得到的值更新存储值；否则，将电机运转步数的整数作为实际的电机运转步数，这样避免了现有技术将小数部分统一采用省去、向整数进一或者四舍五入，随着烧结制件高度越高，存在的累计误差也越大的弊端，而相对于现有技术采用绝对位置对电机运转步数进行定位，克服了随着制件烧结层数的增加，大大增加了数据的处理难度的弊端，因此，本发明的提高三维物体制造精度的系统具有数据处理简单，误差小，精度高的效果。

本发明的三维物体制造设备，通过包括上述提高三维物体制造精度的系统，使得每次电机运转步数可以根据存储器中累加的存储值而判断是否进行加1，这样避免了现有技术将小数部分统一采用省去、向整数进一或者四舍五入，随着烧结制件高度越高，存在的累计误差也越大的弊端，而相对于现有技术采用绝对位置对电机运转步数进行定位，克服了随着制件烧结层数的增加，大大增加了数据的处理难度的弊端，因此，本发明的三维物体制造设备具有数据处理简单，误差小，精度高的效果。

附图说明

图1为三维物体制造设备的活塞驱动装置提供的结构示意图；

图2为本发明提高三维物体制造精度的方法提供的一实施例的方法流程图；

图3为本发明提高三维物体制造精度的系统提供的一实施例的结构框图。

图中部件标记如下：

1、成型缸缸体；2、活塞；3、丝杠；4、从动轮；5、主动轮；6、电机。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，以下将结合说明书附图和具体实施例做进一步详细说明。

在具体阐述本发明的技术方案之前，先介绍下与本发明相关的背景技术。如图1所示，三维物体制造设备的驱动装置包括电机6、主动轮5、从动轮4、丝杆3和活塞2，所述活塞2设置在成型缸缸体1的底部，电机6驱动主动轮5转动，主动轮5的转动带动从动轮4转动，并由从动轮4的转动带动丝杆3进行旋转上升或下降，同时带动活塞2进行上升或下降运动，进而推动成型缸缸体1内正在烧结的制件实现上升或下降运动。

由现有技术可知，选区激光熔化工艺采用的是逐层烧结并叠加的方法完成整个三维物体的制造，即当一层截面烧结完后，驱动装置驱动活塞2下降一个层的厚度，铺粉装置又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个三维实体制造。因此，如何实现活塞下降每层高度的精确控制，对于三维物体制造工艺起着非常重要的作用。

为了解决现有技术存在的累积误差大、累积数据处理工作量大的上述技术问题（参见背景技术），本发明的发明人通过创造性劳动，得到了一种提高三维物体制造精度的方法，如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤21，通过计算获取活塞下降一层所需电机运转的步数；

步骤22，将电机运转步数的小数部分存入存储器；且将存储器中已存储的存储值与该小数部分累加得到的值更新存储值；

步骤23，判断存储值是否大于或等于1，当存储值大于或等于整数1时，执行步骤24，否则，执行步骤25；

步骤24，将电机运转步数的整数部分加1作为实际的电机运转步数，同时将存储器的存储值减1得到的值更新存储值，结束流程；

步骤25，将电机运转步数的整数作为实际的电机运转步数，结束流程。

在此需说明的是，该实施例描述的是控制活塞下降一层所需执行的具体方法，其余各层均参照该实施例重复执行即可。当然，当活塞第一次下降一层时，上述步骤22中的存储器已存储的存储值为零，存储器中所存储的存储值随着后面步骤的执行而不断更新，且每次所描述的存储值均是指更新后的存储值，例如，执行步骤24时，需要将存储器的存储值减1得到的值更新存储值。

该实施例的提高三维物体制造精度的方法，通过采用上述技术方案，避免了现有技术将小数部分统一采用省去、向整数进一或者四舍五入，随着烧结制件高度越高，存在的累计误差也越大的弊端，而相对于现有技术采用绝对位置对电机运转步数进行定位，克服了随着制件烧结层数的增加，大大增加了数据的处理难度的弊端，由此可知，该实施例大大减小了误差的累积，即在整个三维物体制造完成（不论三维物体的实际高度多少），其产生的误差值不超过1个单位，因此大大提高了三维物体的制造精度。

具体实施中，上述方法还包括：将上述实际的电机运转步数输入给电机控制器，电机控制器根据实际的电机运转步数控制电机运转进而实现活塞下降一层。也就是说，通过上述实施例步骤25得到的实际的电机运转步数，便可精确控制电机驱动活塞下降一层。

具体实施中，请一并参阅图1，上述步骤21可根据公式计算获取活塞下降一层所需电机运转的步数，所述公式如下：

Da=；

其中，Da为活塞下降一层所需电机运转的步数，μ为活塞下降一层的层厚，D为电机编码器分辨率，i为主动轮与从动轮的转数比，ρ_h为丝杠的导程。

为了让本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，以下通过表1进一步阐述本发明的技术方案。

图3为本发明提高三维物体制造精度的系统提供的一实施例的结构框图，如图3所示，提高三维物体制造精度的系统包括：

获取单元31，用于通过计算获取活塞下降一层所需电机运转的步数；

存储单元32，用于将电机运转步数的小数部分存入存储器；且将存储器中已存储的存储值与该小数部分累加得到的值更新存储值；以及

处理单元33，用于判断存储值是否大于或等于1，当存储值大于或等于整数1时，将电机运转步数的整数部分加1作为实际的电机运转步数，同时将存储器的存储值减1得到的值更新存储值；否则，将电机运转步数的整数作为实际的电机运转步数。

该实施例的提高三维物体制造精度的系统，通过采用上述技术方案，避免了现有技术将小数部分统一采用省去、向整数进一或者四舍五入，随着烧结制件高度越高，存在的累计误差也越大的弊端，而相对于现有技术采用绝对位置对电机运转步数进行定位，克服了随着制件烧结层数的增加，大大增加了数据的处理难度的弊端，由此可知，该实施例大大减小了误差的累积，即在整个三维物体制造完成（不论三维物体的实际高度多少），其产生的误差值不超过1个单位，因此大大提高了三维物体的制造精度。

具体实施中，上述系统还包括控制单元，用于将上述实际的电机运转步数输入给电机控制器，电机控制器根据实际的电机运转步数控制电机运转进而实现活塞下降一层。也就是说，通过上述实施例处理单元33得到的实际的电机运转步数，便可精确控制电机驱动活塞下降一层。

具体实施中，请一并参阅图1，所述获取单元31通过以下公式计算获取活塞下降一层所需电机运转的步数，所述公式如下：

Da=；

其中，Da为活塞下降一层所需电机运转的步数，μ为活塞下降一层的层厚，D为电机编码器分辨率，i为主动轮与从动轮的转数比，ρ_h为丝杠的导程。

本发明还提供了一种三维物体制造设备，该三维物体制造设备包括上述任一实施例所述的提高三维物体制造精度的系统。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均应属于本发明的保护范围。应当指出，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和修饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种提高三维物体制造精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过计算获取活塞下降一层所需电机运转的步数；

将电机运转步数的小数部分存入存储器；且将存储器中已存储的存储值与该小数部分累加得到的值更新存储值；

判断存储值是否大于或等于1，当存储值大于或等于整数1时，将电机运转步数的整数部分加1作为实际的电机运转步数，同时将存储器的存储值减1得到的值更新存储值；否则，将电机运转步数的整数作为实际的电机运转步数。

2.根据权利要求1所述的提高三维物体制造精度的方法，其特征在于，所述方法还包括：将上述实际的电机运转步数输入给电机控制器，电机控制器根据实际的电机运转步数控制电机运转进而实现活塞下降一层。

3.根据权利要求2所述的提高三维物体制造精度的方法，其特征在于，根据公式计算获取活塞下降一层所需电机运转的步数，所述公式如下：

Da=；

其中，Da为活塞下降一层所需电机运转的步数，μ为活塞下降一层的层厚，D为电机编码器分辨率，i为主动轮与从动轮的转数比，ρ_h为丝杠的导程。

4.一种提高三维物体制造精度的系统，其特征在于，包括：

获取单元，用于通过计算获取活塞下降一层所需电机运转的步数；

存储单元，用于将电机运转步数的小数部分存入存储器；且将存储器中已存储的存储值与该小数部分累加得到的值更新存储值；以及

处理单元，用于判断存储值是否大于或等于1，当存储值大于或等于整数1时，将电机运转步数的整数部分加1作为实际的电机运转步数，同时将存储器的存储值减1得到的值更新存储值；否则，将电机运转步数的整数作为实际的电机运转步数。

5.根据权利要求4所述的提高三维物体制造精度的系统，其特征在于，所述系统还包括控制单元，用于将上述实际的电机运转步数输入给电机控制器，电机控制器根据实际的电机运转步数控制电机运转进而实现活塞下降一层。

6.根据权利要求5所述的提高三维物体制造精度的系统，其特征在于，所述获取单元通过以下公式计算获取活塞下降一层所需电机运转的步数，所述公式如下：

Da=；

其中，Da为活塞下降一层所需电机运转的步数，μ为活塞下降一层的层厚，D为电机编码器分辨率，i为主动轮与从动轮的转数比，ρ_h为丝杠的导程。

7.一种三维物体制造设备，其特征在于，包括权利要求4-6任一项所述的提高三维物体制造精度的系统。