CN107718564B - 一种fdm三维打印机智能控制系统及方法 - Google Patents

一种fdm三维打印机智能控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种FDM三维打印机智能控制系统及方法，属于3D打印技术领域。自动调平系统包括MCU、数据采集模块、数据分析处理模块、触摸屏和运动模块；过程实时监测系统包括PC机和监测模块。MCU分别和数据采集模块、数据分析处理模块、触摸屏和运动模块连接，摄像头通过PC机及监测模块与MCU连接；本发明可实现自动调平和实时过程监控，自动调平控制系统采用粗调+精调的实现方式，可实现精确控制，减少了人为调平带来的误差，提高了整个3D打印设备的性能；实时过程监控，能及时发现并自动或手动进行干预，提高打印质量。

Description

一种FDM三维打印机智能控制系统及方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，特别涉及一种FDM三维打印机智能控制系统及方法。
背景技术
3D打印，作为快速成型领域的一种新型制造技术，已经掀起制造业改革热潮，正在改变传统制造业的生产方式，其广泛应用于模具制造、文化创意、医疗、建筑和航空航天等领域，具有个性化定制、快速成型、效率高的特点。
FDM打印技术作为快速成型技术的一个重要分支，其技术得到了广泛应用，该技术是以PLA、ABS等热塑性丝状材料为原料，根据计算机生成的模型路径，通过打印头加热融化、挤压成型的方式来进行逐层堆积。
由于受现有技术条件的制约，国内的FDM打印机的控制系统智能化水平相对落后。对于熔融沉积成型设备，打印平台的稳定性直接影响打印效果，而在打印过程中普遍存在打印平台调节不平稳的问题，传统的调平方式为工作人员手动调节打印平台四个角的羊角螺母，但对精度要求高的3D打印机，人工调节方式不仅工序繁琐，而且精度较低；且在3D打印过程中，工艺参数的波动影响打印模型的质量，而国内FDM打印设备尚无完善的过程监控系统。
因此有必要提出一种FDM三维打印机智能控制系统及方法，建立一套打印过程监控系统和一套打印平台自动调平系统。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种FDM三维打印机智能控制系统及方法，能实时显示打印模型质量，迅速分析并及时响应，提高打印质量，且自动调平系统减少工作人员的工作强度，提高打印机的智能化水平。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为一种FDM三维打印机智能控制系统，该系统包括自动调平系统和过程实时监控系统。自动调平系统包括MCU、数据采集模块、数据分析处理模块、触摸屏和运动模块；过程实时监控系统包括PC机和监控模块；MCU分别和数据采集模块、数据分析处理模块、触摸屏、运动模块连接，PC机及监控模块与MCU连接。
所述MCU包括内部集成微处理器、存储器和I/O接口电路，内部集成微处理器分别和存储器、I/O接口电路连接，MCU通过输入接口电路与触摸屏连接，MCU通过输出接口电路控制外部设备，MCU为系统的核心处理单元，具有计算、存储和传输的能力。
数据采集模块包括光电接近传感器、测距传感器和限位开关，所述光电接近传感器、测距传感器和限位开关均与MCU相连接，MCU通过输入接口采集光电接近传感器和测距传感器参数。所述数据处理模块与MCU相连接，数据处理模块对传感器采集的数据进行分析处理，并将处理结果传输给MCU，为系统的反馈控制提供支持。
所述触摸屏包括手动调平触摸模块和自动调平触摸模块；所述手动调平触摸模块包括电机方向控制模块和电机速度控制模块，通过电机方向控制模块和电机速度控制模块对电机的方向和速度进行控制，减少需要手动调节羊角螺母的麻烦；自动调节触摸模块包括自动调平触摸按键、电机位置显示和距离显示，通过点击自动调平触摸按键对打印机进行自动调平，在自动调平过程中，通过限位开关和光电接近传感器显示电机位置，通过测距传感器显示喷嘴到热床的距离；在实际打印过程，根据需求来选择调平方式，以实现最优调平。
所述监控模块包括CMOS摄像头和数据线，CMOS摄像头通过数据线与PC机相连接，监控模块用于采集打印过程图像。
所述PC机通过RS232数据线与MCU相连接，PC机与MCU之间通过既定的通信协议进行交互，通过MCU内部图像处理算法对摄像头采集的图像进行处理，将图像处理结果实时传输到PC机的界面上，如果出现打印层间不符合质量要求的，将通过RS232数据线实时反馈给MCU，PC机用于实时显示打印模型画面，便于工作人员及时查看打印过程质量。
所述运动模块包括步进电机、步进电机驱动器，步进电机通过四根导线与步进电机驱动器相连接，步进电机驱动器与MCU相连接，实现机械部件的精确定位。
一种FDM三维打印机智能控制方法，具体步骤如下：S1、用户通过触摸屏上的自动调平触摸按键启动整个调平系统，当系统开启后，3D打印机根据MCU内部程序使打印喷头原点复位；S2、标定打印平台四角的位置分别为A、B、C、D点，当打印喷头回到原点位置后，电机带动打印喷嘴运动到达位置A的正上方，整个打印平台下降一定距离，通过距离传感器测得平台到打印喷嘴之间的距离L，以A点作为基准点，并依次运动到位置B、C、D，分别测得平台到打印喷嘴的距离，与基准点A的距离L作比较，在误差允许范围之内将不作处理，如果两者相差在允许范围之外，则通过MCU内部算法控制对相应的步进电机进行位置和方向控制，步骤S2实现打印平台的粗调，保证整个打印平台的水平度在允许范围之内，防止在精调时打印头接触打印平台表面，对打印平台表面有损伤。S3、电机带动打印平台上升一段距离，这段距离接近于L；打印喷嘴依次来到位置A、B、C、D处，当光电接近传感器接收到信号后，相应位置A处电机、B处电机、C处电机、D处电机停止运动，当位置D处电机停止工作表明整个调平系统已完成。S4、当调平系统结束后，通过PC机软件界面开启过程监控系统，通过CMOS摄像头对打印过程进行监控，将监控画面及过程质量问题实时反馈给工作人员，并及时作出响应。
与现有技术相比较，本发明的有益效果为：本发明的一种3D打印智能控制系统，可实现自动调平和实时过程监控，自动调平控制系统采用粗调加精调的实现方式，可实现精确控制，减少了人为调平带来的误差，提高了整个3D打印设备的性能；实时过程监控，能及时发现并自动或手动进行干预，提高打印质量。
附图说明
图1为本发明系统的原理框图；
图2为本发明自动调平系统的示意图；
图3是本发明专利的实施流程图。
其中：1-测距传感器，2-打印喷嘴，3-光电接近传感器，4-位置A处步进电机，5-位置D处步进电机，6-位置C处步进电机，7-位置B处步进电机，8-打印平台
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步具体说明。
如图1所示，本发明实施例提出一种FDM三维打印机智能控制系统及方法，包括自动调平系统及控制方法、过程实时监控系统及控制方法。自动调平系统包括MCU、数据采集模块、数据分析处理模块、触摸屏、运动模块；过程实时监控系统包括PC机和监控模块。
所述MCU内部集成微处理器、存储器和I/O接口电路，通过输入接口电路与触摸屏连接，通过输出接口电路控制外部设备，具有计算、存储和传输的能力。
所述触摸屏包括手动调平触摸模块和自动调平触摸模块；所述手动调平触摸模块包括电机方向控制模块和电机速度控制模块，用户可以通过手动调平触摸模块对电机的方向和速度进行控制，减少了工作人员要手动调节松紧螺母的麻烦；自动调节触摸模块包括自动调平触摸端、电机位置显示、距离显示，用户可点击自动调平触摸按键对打印机进行自动调平，在自动调平过程中，通过位置传感器显示电机位置，通过距离传感器显示喷嘴到热床的距离；在实际打印过程，用户可根据需求来选择调平方式，以实现最优调平。
数据采集模块，其特征在于，包括光电接近传感器、测距传感器和限位开关，所述光电接近传感器、测距传感器和限位开关均与MCU相连接，MCU通过输入接口采集传感器参数，通过内部算法处理及时对外部设备作出响应。
所述数据处理模块与控制系统相连接，对传感器采集的数据进行分析处理，并将数据处理结果传输给控制系统，为系统的反馈控制提供支持。
所述监控模块包括CMOS摄像头和数据线，CMOS摄像头通过数据线与PC机相连接，主要用于采集打印过程图像。
所述PC机通过RS232数据线与MCU相连接，约定两者之间的通信协议，通过其内部图像处理算法对摄像头采集的图像进行处理，将图像处理结果实时反应在PC机界面上，如果出现打印层间不符合质量的要求的，将通过RS232数据线实时反馈给MCU，PC机主要用于实时显示打印模型画面，便于工作人员及时查看打印过程质量。
所述运动模块包括步进电机、步进电机驱动器，步进电机通过四根导线与步进电机驱动器相连接，步进电机驱动器与MCU相连接，其主要实现机械部件的精确定位。
所述自动调平系统的控制方法，具体步骤如下：S1，用户通过触摸屏上的自动调平触摸按键启动整个调平系统，当系统开启后，3D打印机根据MCU内部程序使打印喷头(2)原点复位；S2，标定打印平台(8)四角的位置分别为A、B、C、D点，当打印喷头(2)回到原点位置后，电机带动打印喷嘴运动到达位置A的正上方，整个打印平台(8)下降一定距离，通过距离传感器(1)测得打印平台(8)到打印喷嘴(2)之间的距离L，以A点作为基准点，按照上述方法依次运动到位置B、C、D，分别测得打印平台(8)到打印喷嘴(2)的距离，与基准点A的距离L作比较，在误差允许范围之内将不作处理，如果两者相差在允许范围之外，则通过MCU内部算法控制对相应的步进电机进行位置和方向控制，此步骤主要实现打印平台(8)的粗调，保证整个打印平台(8)的水平度在允许范围之内，防止在精调时打印喷头(2)接触打印平台(8)表面，对打印平台(8)表面有损伤。S3，步骤S2结束后，电机带动打印平台(8)上升L-3mm的距离，打印喷嘴(2)依次来到位置A、B、C、D处，当光电接近传感器(3)接收到信号后，相应位置A处电机(4)、B处电机(7)、C处电机(5)、D处电机(5)停止运动，当位置D处电机(5)停止工作表明整个调平系统已完成。S4，当调平系统结束后，通过PC机软件界面开启过程监控系统，通过CMOS摄像头对打印过程进行监控，将监控画面及过程质量问题实时反馈给工作人员，并及时作出响应。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种FDM三维打印机智能控制方法，实现该方法的控制系统包括自动调平系统和过程实时监控系统；自动调平系统包括MCU、数据采集模块、数据分析处理模块、触摸屏和运动模块；
所述触摸屏包括手动调平触摸模块和自动调平触摸模块；所述手动调平触摸模块包括电机方向控制模块和电机速度控制模块，通过电机方向控制模块和电机速度控制模块对电机的方向和速度进行控制；自动调节触摸模块包括自动调平触摸按键、电机位置显示和距离显示，通过点击自动调平触摸按键对打印机进行自动调平，在自动调平过程中，通过限位开关和光电接近传感器显示电机位置，通过测距传感器显示喷嘴到热床的距离；
所述过程实时监控系统包括CMOS摄像头和数据线，CMOS摄像头通过数据线与PC机相连接，过程实时监控系统用于采集打印过程图像；
所述PC机通过RS232数据线与MCU相连接；
所述运动模块包括步进电机、步进电机驱动器；
其特征在于：具体步骤如下，S1、用户通过触摸屏上的自动调平触摸按键启动整个调平系统，当系统开启后，3D打印机根据MCU内部程序使打印喷头原点复位；S2、标定打印平台四角的位置分别为A、B、C、D点，当打印喷头回到原点位置后，电机带动打印喷嘴运动到达位置A的正上方，整个打印平台下降一定距离，通过距离传感器测得平台到打印喷嘴之间的距离L，以A点作为基准点，并依次运动到位置B、C、D，分别测得平台到打印喷嘴的距离，与基准点A的距离L作比较，在误差允许范围之内将不作处理，如果两者相差在允许范围之外，则通过MCU内部算法控制对相应的步进电机进行位置和方向控制，步骤S2实现打印平台的粗调，保证整个打印平台的水平度在允许范围之内，防止在精调时打印头接触打印平台表面，对打印平台表面有损伤；S3、电机带动打印平台上升一段距离，这段距离接近于L；打印喷嘴依次来到位置A、B、C、D处，当光电接近传感器接收到信号后，相应位置A处电机、B处电机、C处电机、D处电机停止运动，当位置D处电机停止工作表明整个调平系统已完成；S4、当调平系统结束后，通过PC机软件界面开启过程监控系统，通过CMOS摄像头对打印过程进行监控，将监控画面及过程质量问题实时反馈给工作人员，并及时作出响应。
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