CN107498870A - 一种3d打印线材质量监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种3D打印线材质量监控系统，包括送丝机构、检测机构、剔除机构、熔融机构以及收卷储线机构。通过检测机构采集的信息对线材进行缺陷识别，由剔除机构剔除不合格线段，再经熔融机构焊接成新线材，最后由收卷储线机构收卷。本发明的有益效果是设备结构简单，采集线材数据准确完整，实现了3D打印线材质量监控的智能化，有效降低产品的不良率。

Description

一种3D打印线材质量监控系统

技术领域

本发明属于机械设备技术领域，具体涉及一种3D打印线材质量监控系统。

背景技术

3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。其中FDM（熔融沉积式）的3D打印桌面机由于成本较低，体积较小等原因，在企业和家庭用户中占有较大市场。它是以线材为原料，通过喷头加热熔融沉积来进行打印。

目前3D打印线材市场有限，各个厂家同一款线材总体销量不大。由于成本原因，一台线材生产设备专门生产一款线材不大现实，普遍一台线材生产设备承担多种材料的生产任务，因而不可避免出现杂质等。即使一台线材设备专门生产一款线材，久了也会出现残余料碳化的杂质。生产过程中出现不稳定因素亦会造成线径不均等问题。相比之下由于科研机构普遍性地在短时间内生产多种配方，更易出现此类问题。

3D打印过程，线材质量对打印制品最终品质优劣影响很大，线径不均、杂质等会导致挤出丝不稳定，进而影响打印精度，甚至可能堵住喷嘴，最终导致打印停止。这意味着打印半成品即废品，造成人力物力的浪费。同时也影响商家的信誉。同样色差也会影响最终打印制品的质量。

本发明通过高分辨率彩色摄像机进行分析，对表面进行100%持续扫描，检测其中的瑕疵/缺陷如：色差、气泡、异物、黑点、孔洞等，使缺陷可被立即发现、定位并记录，再由剔除装置处理。对于荧光材料，还可以采用UV光源。同时高分辨率彩色摄像机也可以检测出线径大小，与激光测径仪从不同角度测量线径，从而对线径均匀程度、表面平整度进行实时监控，识别精度达20μm。辊轮内置的旋转计数器用于记录线材长度，更好满足生产需求。

采用3D打印线材质量控制系统后具有诸多的经济效益：1、提升产品质量；2、优化产品生产工艺；3、减少客户投诉和退货，降低索赔支出；4、减少废品率，提高材料利用率。最大的经济效益就是通过在线实时监控发现问题并解决问题，生产出更多的“合格线材”，减少“次品线材”的数量。此外，采用3D打印线材质量控制系统可以减少不必要材料以及人力资源浪费。

发明内容

本发明的目的是，针对以上这些难题，提供一种3D打印线材质量监控系统。

一种3D打印线材质量监控系统，依次包括送丝机构、检测机构、剔除机构、熔融机构以及收卷储线机构，所述的送丝机构、检测机构、剔除机构和熔融机构均是安装在机架内部，在机架后面设有收卷储线机构，其特征在于所述的送丝机构包括两个前辊轮和两个后辊轮，所述的检测机构包括激光测径仪、图像处理器、LED光源、聚光板、背景灯板，所述的剔除机构包括刀片、旋转台、排出口，所述的熔融机构包括固定杆、导管、熔融腔，所述的收卷储线机构包括控制屏、收卷装置、线盘；线材经送丝机构的两个能对滚的前辊轮带动而送入检测系统，依次经过检测系统的激光测径仪、图像处理器，图像处理器连接着装在聚光板的中间及两侧的三个摄像头，用于全方位实时检测线材缺陷，图像处理器的左右两侧装有两个LED光源，LED光源的光能通过聚光板聚光在线材上，同时在位于图像处理器和聚光板的下方设有背景灯板，背景灯板为摄像头提供光源，线材通过检测机构检测后送至剔除机构的旋转台，旋转台上装有刀片，当检测系统检测到的某一缺陷线段时，则此缺陷线段在经过剔除机构时被旋转台的刀片切除，被切掉的缺陷线段的线材经排出口排出，而位于缺陷线段的前后两段均合格的线材段则通过熔融机构的固定杆所固定的导管而导向熔融腔，在熔融腔中重新将前后合格的线材段焊接成新线材后经送丝机构的两个对滚的后辊轮送出，被送出的新线材由收卷储线机构的收卷装置收至线盘，收卷装置上方设有用于实时监控的控制屏。

所述的刀片为旋转刀片，刀刃数为3~8个，刀刃侧面与旋转台的三角平台的台边相切，转速为0~200 rpm。

所述的旋转台包括三角平台、旋转轴、电机，三角平台下方与旋转轴相连，由电机带动旋转轴转动从而改变三角平台的台边与线材相对角度，进而改变线材的截面，旋转角度范围为0°~45°。

所述的熔融腔包括上熔腔、3.00 mm槽、1.75 mm槽、下熔腔，3.00 mm槽和1.75 mm槽分别位于上熔腔的下表面处和下熔腔上表面处，整个熔融腔可左右移动，从而改变线槽与线材相对位置，加热温度范围为100℃~300℃。

所述的背景灯板具有LED光源和UV光源两种光源。

所述的辊轮内置有用于记录线材长度的旋转计数器。

本发明的有益效果如下：

1、结构简单，体积较小，可直接加装在3D线材生产线上；2、采集线材数据准确完整，实现了线材质量监控的智能化，较少人力物力浪费；3、减少废品率，提高材料利用率，提升产品质量，减少投诉索赔。

附图说明

图1为3D打印线材质量监控系统整体装置示意图。图中：1为前辊轮，2为激光测径仪，3为图像处理器，4为LED光源，5为聚光板，6为背景灯板，7为刀片，8为旋转台，9为排出口，10为固定杆，11为导管，12为熔融腔，13为后辊轮，14为机架，15为控制屏，16为收卷装置，17为线盘。

图2为聚光板及LED光源前视图。图中：4为LED光源，5为聚光板，18为摄像头。

图3为刀片和旋转台装置示意图。图中：7为刀片，19为三角平台，20为旋转轴，21为电机。

图4为熔融腔装置示意图。图中：22为上熔腔，23为3.00 mm槽，24为1.75 mm槽，25为下熔腔。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案：

本发明为一种3D打印线材质量监控系统，包括送丝机构、检测机构、剔除机构和熔融机构以及收卷储线机构，送丝机构、检测机构、剔除机构和熔融机构均是安装在机架14内部，在机架14后面设有收卷储线机构；所述的送丝机构包括两个前辊轮1和两个后辊轮13，所述的检测机构包括激光测径仪2、图像处理器3、LED光源4、聚光板5、背景灯板6 ，所述的剔除机构包括刀片7、旋转台8、排出口9，所述的熔融机构包括固定杆10、导管11、熔融腔12，所述的收卷储线机构包括控制屏15、收卷装置16、线盘17；线材经送丝机构的两个能对滚的前辊轮1带动而送入检测系统，依次经过检测系统的激光测径仪2、图像处理器3，图像处理器3连接着装在聚光板5的中间及两侧的三个摄像头，用于全方位实时检测线材缺陷，图像处理器3的左右两侧装有两个LED光源4，LED光源4的光能通过聚光板5聚光在线材上，同时在位于图像处理器3和聚光板5的下方设有背景灯板6，背景灯板6也为图像处理器3提供光源，线材通过检测机构检测后送至剔除机构的旋转台8，旋转台8上装有刀片7；本发明通过一系列的发明创新，解决因线材生产过程中出现的缺陷引起的产品质量问题。其整体机构的主要创新组成部件为：

1．3D打印线材质量监控系统整体装置示意图，见图1；

2．聚光板及LED光源前视图，见图2；

3．刀片和旋转台装置示意图，见图3；

4．熔融腔装置示意图，见图4。

图1为3D打印线材质量监控系统整体装置示意图。1为前辊轮，2为激光测径仪，3为图像处理器，4为LED光源，5为聚光板，6为背景灯板，7为刀片，8为旋转台，9为排出口，10为固定杆，11为导管，12为熔融腔，13为后辊轮，14为机架，15为控制屏，16为收卷装置，17为线盘；激光测径仪、图像处理器为现有技术产品。线材通过前辊轮1送入检测系统，依次经过激光测径仪2、图像处理器3，图像处理器3连接着装在聚光板5中间及两侧的三个摄像头18，用于全方位实时检测线材缺陷，图像处理器3左右装有两个LED光源4，LED光源4通过聚光板5聚光在线材上，同时位于图像处理器3正下方的背景灯板6也为三个摄像头18提供光源。线材通过前辊轮1送入检测系统后，通过激光测径仪和图像处理器等检测，当发现线材缺陷时，定位并记录，线材通过检测机构后送至旋转台8，旋转台8装有刀片7，被定位的有缺陷线段被刀片7切除，经排出口9排出，位于有缺陷线段的前后两段合格线材通过被焊接在机架14上的固定杆10所固定的导管11导向的熔融腔12，在熔融腔12重新焊接成新线材经后辊轮13送出，所有的装置均是安装在机架14内部，被送出的新线材由收卷装置16收至线盘17，收卷装置16上方设有控制屏15用于控制系统以及实时监控线材，检测机构的图像及数据均通过控制屏15显示，控制屏15为一般技术人员能实现的技术，其内包括微处理器等，激光测径仪2、图像处理器3、摄像头18 、LED光源4、旋转台8、熔融腔12等与微处理器连接，通过微处理器实时监控其工作，线材通过前辊轮1送入检测系统后，通过激光测径仪和图像处理器等检测，当发现线材缺陷时，线材缺陷信号发给微处理器，微处理器定位并记录，当线材通过检测机构后送至旋转台8时，微处理器控制旋转台8的电机转动使刀片7对准定位的线材缺陷处进行切割，有缺陷线段被刀片7切除后经排出口9排出，当位于有缺陷线段的前后两段合格线材通过被焊接在机架14上的固定杆10所固定的导管11而导向进入熔融腔12中时，可手动控制或微处理器控制熔融腔进行左右移动，改变线槽与线材相对位置，当熔融腔12中的传感器检测位置正确后微处理器控制熔融腔中的温控器控制加热器进行升温，使之升到适当温度，使材料熔融，实现焊接，焊接成新线材经微处理器控制后辊轮13送出；整个过程可通过控制屏15的触摸屏实时显示，还可通过控制屏15的触摸屏进行人机交互。

图2为聚光板及LED光源前视图。4为LED光源，5为聚光板，18为摄像头，LED光源4固定在聚光板5上，通过聚光板5聚光在线材上，聚光板5中间及两侧装有三个摄像头18，图像处理器3与摄像头18相连，从三个不同角度实现全方位实时检测线材缺陷。

图3为刀片和旋转台装置示意图。7为刀片，19为三角平台，20为旋转轴，21为电机。刀片7固定在三角平台19边上，刀刃侧面与三角平台边相切，三角平台19下方与旋转轴20相连，由电机21带动旋转轴20转动从而改变三角平台19边与线材相对角度，当刀片7转动，可对线材进行切割出不同截面，高截面面积有利于提高焊接强度。

图4为熔融腔装置示意图。22为上熔腔，23为3.00 mm槽，24为1.75 mm槽，25为下熔腔。3.00 mm槽23、1.75 mm槽24分别位于上熔腔22的下表面和下熔腔25上表面，上熔腔22和下熔腔25对称合在一起，当两段线段送入熔融腔后，升到适当温度，使材料熔融，实现焊接，整个熔融腔可左右移动，改变线槽与线材相对位置，可根据线材线径选用相应的线槽。

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

Claims (6)

1.一种3D打印线材质量监控系统，依次包括送丝机构、检测机构、剔除机构、熔融机构以及收卷储线机构，所述的送丝机构、检测机构、剔除机构和熔融机构均是安装在机架内部，在机架后面设有收卷储线机构，其特征在于所述的送丝机构包括两个前辊轮和两个后辊轮，所述的检测机构包括激光测径仪、图像处理器、LED光源、聚光板、背景灯板，所述的剔除机构包括刀片、旋转台、排出口，所述的熔融机构包括固定杆、导管、熔融腔，所述的收卷储线机构包括控制屏、收卷装置、线盘；线材经送丝机构的两个能对滚的前辊轮带动而送入检测系统，依次经过检测系统的激光测径仪、图像处理器，图像处理器连接着装在聚光板的中间及两侧的三个摄像头，用于全方位实时检测线材缺陷，图像处理器的左右两侧装有两个LED光源，LED光源的光能通过聚光板聚光在线材上，同时在位于图像处理器和聚光板的下方设有背景灯板，背景灯板为摄像头提供光源，线材通过检测机构检测后送至剔除机构的旋转台，旋转台上装有刀片，当检测系统检测到的某一缺陷线段时，则此缺陷线段在经过剔除机构时被旋转台的刀片切除，被切掉的缺陷线段的线材经排出口排出，而位于缺陷线段的前后两段均合格的线材段则通过熔融机构的固定杆所固定的导管而导向熔融腔，在熔融腔中重新将前后合格的线材段焊接成新线材后经送丝机构的两个对滚的后辊轮送出，被送出的新线材由收卷储线机构的收卷装置收至线盘，收卷装置上方设有用于实时监控的控制屏。

2.如权利要求1所述的一种3D打印线材质量监控系统，其特征在于所述的刀片为旋转刀片，刀刃数为3~8个，刀刃侧面与旋转台的三角平台的台边相切，转速为0~200 rpm。

3.如权利要求1或2所述的一种3D打印线材质量监控系统，其特征在于所述的旋转台包括三角平台、旋转轴、电机，三角平台下方与旋转轴相连，由电机带动旋转轴转动从而改变三角平台的台边与线材相对角度，进而改变线材的截面，旋转角度范围为0°~45°。

4.如权利要求3所述的一种3D打印线材质量监控系统，其特征在于所述的熔融腔包括上熔腔、3.00 mm槽、1.75 mm槽、下熔腔，3.00 mm槽和1.75 mm槽分别位于上熔腔的下表面处和下熔腔上表面处，整个熔融腔可左右移动，从而改变线槽与线材相对位置，加热温度范围为100℃~300℃。

5.如权利要求1-4任一所述的一种3D打印线材质量监控系统，其特征在于所述的背景灯板具有LED光源和UV光源两种光源。

6.如权利要求1-5任一所述的一种3D打印线材质量监控系统，其特征在于所述的辊轮内置有用于记录线材长度的旋转计数器。