CN107914399A - 一种产品脱层检测系统 - Google Patents

Abstract

一种产品脱层检测系统，包括激光发射器、传感器，所述激光发射器、传感器一同设置在反射板上，所述激光发射器纵向排列设置，所述激光发射器在高度方向上的层间距与3D打印的打印层厚度相适配；所述反射板还与转动机构连接，所述转动机构用于带动反射板绕工作平台的中心旋转；所述传感器与控制单元连接，激光发射器与控制单元连接，控制单元还用于接收3D打印机的单层打印完毕的工作信息，还用于存储、监控转动机构绕工作平台旋转过程中激光发射器反射至传感器的激光被感光状态，控制单元还与3D打印机的工作模块控制连接。解决检测工件脱层不及时的问题。

Description

一种产品脱层检测系统

技术领域

本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种可以通过反射自动检测3D打印机的打印产品是否出现脱层的系统。

背景技术

当下热门的3D打印技术，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。3D打印机则出现在上世纪90年代中期，即一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。如今这一技术在多个领域得到应用，人们用它来制造服装、建筑模型、汽车、巧克力甜品等。

由于可选打印材料的性能限制，在3D打印的逐层打印过程中，如果材料粘结性太好可能导致无法从工作平台上取下，而材料的粘结性太差则有可能会导致在打印过程中产生的不同打印层之间的黏连脱开的问题，一旦脱开则整个模型变为废品，极大影响了工作进度并浪费了材料。

发明内容

为此，需要提供一种产品脱层检测系统，解决检测工件脱层不及时的问题。

一种产品脱层检测系统，包括激光发射器、传感器，所述激光发射器、传感器一同设置在反射板上，所述激光发射器纵向排列设置，所述激光发射器在高度方向上的层间距与3D打印的打印层厚度相适配；所述反射板还与转动机构连接，所述转动机构用于带动反射板绕工作平台的中心旋转；所述传感器与控制单元连接，激光发射器与控制单元连接，控制单元还用于接收3D打印机的单层打印完毕的工作信息，还用于存储、监控转动机构绕工作平台旋转过程中激光发射器反射至传感器的激光被感光状态，控制单元还与3D打印机的工作模块控制连接；

控制单元用于接收3D打印机的打印完成指令；还用于在接收到打印完成指令后重新记录转动一周内激光发射器反射至传感器的激光感光状态；还用于在监控到的实时感光状态信息与已记录的传感器感光状态不匹配时，控制3D打印机工作模块停止打印。

进一步地，包括多个纵向排列的激光发射器，所述激光发射器在高度方向上的层间距与3D打印的打印层厚度相适配。

优选地，所述传感器为竖向排列的多个传感器或纵向延伸的窄条式传感器。

具体地，其特征在于，所述实时感光状态信息包括当前转动时间、当前转动相位和当前感光状态的激光光强。

优选地，还包括报警单元，所述报警单元与控制单元连接，所述报警单元用于在控制单元监控到已记录的激光发射器与传感器感光状态变化时，发出报警信号。

进一步地，所述报警信号为声、光或电信号，通过蓝牙、WiFi、3G、4G或5G通讯向外发出。

区别于现有技术，上述技术方案通过设计激光传感器接收工件表面的反射光线，并在3D打印机的控制单元中增加相应的控制逻辑有效防止了在3D打印流程中可能出现的检测工件脱层不及时，从而导致材料浪费、能源浪费的问题。

附图说明

图1为具体实施方式所述的脱层反射检测方法流程图；

图2为具体实施方式所述的脱层反射检测装置构造图；

图3为具体实施方式所述的脱层反射检测装置构造图。

附图标记说明：

1、工作平台；

2、反射板；

21、激光发射器；

22、传感器；

4、转动机构；

5、打印头。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1，介绍了一种3D打印的产品脱层检测方法，包括如下步骤，

S100接收3D打印机的单层打印完成指令；

S102控制激光发射器及传感器绕工作平台旋转一周，重新记录转动一周内，激光发射器反射至传感器的激光感光状态；

S104在工作状态下激光发射器及传感器一同绕工作平台旋转，监控传感器实时感光状态信息；

S106在监控到的实时感光状态信息与已记录的传感器感光状态不匹配时，控制3D打印机停止打印。

上述方法可以应用于图2所示的一种3D打印的产品脱层反射检测装置中，在图中我们可以看到，3D打印装置的工作台1设置在打印机的打印头5下，用于承接打印头的涂打产品。其中所述反射检测装置包括激光发射器21、传感器22，所述激光发射器、传感器一同设置在反射板2上，所述激光发射器纵向排列设置，所述激光发射器在高度方向上的层间距与3D打印的打印层厚度相适配；所述反射板还与转动机构连接，所述转动机构用于带动反射板绕工作平台的中心旋转。激光发射器及传感器在反射板上的设置很近，工作台没有工件的没有遮挡的情况下激光发射器发出的光信号直接发散，不会被传感器所接收，但在工作台上存在工件之后，激光发射器发出的光由于漫反射总能被传感器接收到，但是会根据工件表面的不同情况，接收到的反射信号会有所差异。

在图1所示的一些实施例中，方法可以开始于步骤，S100接收3D打印机的单层打印完成指令，然后开启其中的“单层”所对应的激光发射器。在其中的单层为最底层的时候，即初次接收到3D打印机的单层打印完成指令的时候，让转动机构开始旋转，进行步骤S102控制激光发射器及传感器绕工作平台旋转一周，重新记录转动一周内，激光发射器反射至传感器的激光感光状态。由于反射板的朝向直接指向工作平台的中心，由于工件已经被打印出来一层，则必然会对激光发射器的发射激光进行反射，让激光发射器的大部分光线反射到传感器中(可以设置激光发射器朝向不完全垂直反射板，而是略偏向反射器所在侧即可)。但是这种反射强度会随着工件表面的特性，如粗糙程度、变化梯度、离反射板的远近等受到影响，在反射板绕工作平台转动一周的过程中，如果工件的状态稳定，则传感器接受到的反射信号在旋转一周里的特定时刻都是确定的。因此，本文所述的感光状态可以包括转动角度、当前位置、转动时间、传感器收到的光强、波形、色谱等等，例如，某些情况下感光状态为在转动角度270°时，光强达到a1勒克斯，在转动角度到300°时，光强为a2勒克斯。又如转动一周期的时间为12S，则感光状态为在一个转动周期内的第9S时，传感器收到的谱线为b1，在转动时间为第10S时，谱线结果为b2，等等。将绕工作平台一周内对应层的传感器的感光状态保存起来，相当于记录了工作平台上的工件在360度方向上的表面特性。进一步地，还可以在3D打印机喷头每涂打完一层之后，都多开启一层对应层的激光发射器，由于激光在工件表面的漫反射会影响到其它层的传感器的接收光强等感光状态，则需要在打印完成后对反射板转动一圈重新记录传感器的感光状态的特征。S104在工作状态下激光发射器及传感器一同绕工作平台旋转，监控传感器实时感光状态信息；S106在监控到的实时感光状态信息与已记录的传感器感光状态不匹配时，控制3D打印机停止打印。简单地来说，脱层就是材料本身由于打印层层内的拉力大于打印层层间的粘合力而导致的，表现为不同打印层的脱离、分层、翘起、卷曲等现象。通常发生在工件的层的边缘，通常就表现为上下撕裂。这样照射对应位置的激光发射器的光路就会被改变，从而传感器上记录到的感光状态就会发生变化。如监控到上面的案例中的传感器在第9S时传感器的光强不再是a1勒克斯，发生了较大浮动变成a3，则说明工作平台上正在打印的工件表面发生了很大变化，很有可能是发生了脱层！当然这个变化可能是变小，也可能是变大，即原本反射到当前传感器的光路散射不见，或接收到了原本没有照在当前传感器上的散射光路。则本方法在控制单元判断接收到传感器感光状态信息与记录的不匹配时，直接通知3D打印机的打印头停止打印。通过上述方法，使得工件在出现打印脱层状况之后立即停止下一步的打印，防止进一步地浪费原料，避免出现脱层后的整体工件都成为废品，还浪费了电能。解决了现有技术中无法对3D打印机的打印过程中的脱层状况进行检测的问题。

在具体的应用中，在3D打印机通知单层打印完毕指令后才开启对应层的激光发射器，多个激光发射器在反射板上单列排布，并可以设置成不同层的激光发射器具有不同的光谱，传感器可以在反射板上设置成单列排布的阵型，也可以采用如图中所示的窄条式传感器。这样随着不同频率的激光发射器的开启，则传感器接收到的光就具有不同比例的不同频率的光线，这种光谱随着转动角度的变化形成的转动一周内的感光状态信息就相当于对工件表面特征的最好识别ID。

在某些具体的实施例中，激光发射器列第一层高度与3D打印机的基层高度位置相统一，激光发射器的层间距与3D打印机的打印厚度相统一。而传感器列的设置则不必与3D打印机的打印厚度相关，甚至可以说传感器的数量越多则方法执行检测结果越精细，但是数量太多又有可能导致过拟合，实际应用过程中具体的传感器数量根据需要确定。通过设计激光发射器层间距与打印机打印厚度相统一并直接照射在打印层结合处，该种设计能够更好地检测工件产生的脱层问题，进一步节省设计成本。

在进一步的实施例中，在检测到传感器感光状态变化后还包括步骤，发出报警信号。由于3D打印时间都较长，一般可达四五个小时，打印机操作人员一般会利用这个时间叼一支烟，出门约会，或叫上朋友喝上一盅，吐槽下今年博士论文又交不了等等。总之不会专人专门在场盯着3D打印机的工作进度。那么一个报警单元的存在就非常有必要，报警单元能够发出报警信号，其具有发出可识别信号及通讯的功能，所述可识别信号包括声、光、电、力学信号，还可以是虚拟的代码、指令、短消息等等，通讯功能包括蓝牙通讯、wifi通讯、2G、3G、4G、5G通讯方式等等。通过上述手段，达到了让用户在工件出现打印问题时收到通知，及时得到反馈，便于用户进行工件的更换、原料的补充等等。上述设置使得本发明方案更加人性化，更加具有实用性与便利性。

下面请看图2，展示了一种可适用上述方法的装置，包括激光发射器21、传感器22一同设置在反射板2上，特殊情况下可以设置为至少为一对激光发射器和传感器，即使仅设置一对激光发射器和传感器也能够达到检测某工件特定层高的部分是否脱层的问题，但为了全面对工件质量进行检测，优选的实施例中，包括多个激光发射器纵向排列设置，所述激光发射器在高度方向上的层间距与3D打印的打印层厚度相适配；所述反射板还与转动机构4连接，所述转动机构用于带动反射板绕工作平台的中心旋转；所述传感器与控制单元(图中未示出)连接，激光发射器与控制单元连接，控制单元还用于接收3D打印机的单层打印完毕的工作信息，还用于存储、监控转动机构绕工作平台旋转过程中激光发射器反射至传感器的激光被感光状态，控制单元还与3D打印机的工作模块控制连接；控制单元用于接收3D打印机的打印完成指令；还用于在接收到打印完成指令后重新记录转动一周内激光发射器反射至传感器的激光感光状态；还用于在监控到的实时感光状态信息与已记录的传感器感光状态不匹配时，控制3D打印机工作模块停止打印。通过上述装置的设计及控制单元的逻辑控制，使得在3D打印流程中可能出现的检测工件脱层不及时的情况得到抑制，从而材料浪费、能源浪费的问题可以得到解决。

在优选的实施例中，如图2所示，转动机构只需要提供动力使得反射板板能够进行圆周运动即可，可以是滑轨滑块，如图2所示，转动机构4提供了一个圆形的滑轨，反射板2固定在不同的滑块上，通过设置感应电机驱动滑块在滑轨上运动，则能够实现转动机构带动激光发射板、传感板做圆周运动的效果。在图3显示的实施例中，转动机构4还可以是转轴旋臂结构，旋臂的两端分别与激光发射板、传感板固定，旋臂的中部与转轴固定，转轴可以由电机驱动转动，则带动旋臂上的激光发射板、传感板做圆周运动。通过上述旋转机构设置，本系统实现了在工作平台外端设置可旋转的反射板，有助于更好进行反射监控检测工作平台上工件的脱层情况。

图2所示的具体实施例中，所述传感器为竖向排列的多个传感器或纵向延伸的窄条式传感器。所述实时感光状态信息包括当前转动时间、当前转动相位和当前感光状态的激光光强，或光谱特性。通过上述设计，能够显著提高本发明产品对不同形状的工件及特殊的工件表面脱层现象的反射检测精度与正确率。

在图2所示的优选实施例中，本系统还包括报警单元，报警单元能够发出报警信号，其具有发出可识别信号及通讯的功能，所述可识别信号包括声、光、电、力学信号，还可以是虚拟的代码、指令、短消息等等，通讯功能包括蓝牙通讯、WiFi通讯、2G、3G、4G、5G通讯方式等等。通过上述手段，达到了让用户在工件出现打印问题时收到通知，及时得到反馈，便于用户进行工件的更换、原料的补充等等。上述设置使得本系统更加人性化，更加具有实用性与便利性。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种产品脱层检测系统，其特征在于，包括激光发射器、传感器，所述激光发射器、传感器一同设置在反射板上，所述激光发射器纵向排列设置，所述激光发射器在高度方向上的层间距与3D打印的打印层厚度相适配；所述反射板还与转动机构连接，所述转动机构用于带动反射板绕工作平台的中心旋转；所述传感器与控制单元连接，激光发射器与控制单元连接，控制单元还用于接收3D打印机的单层打印完毕的工作信息，还用于存储、监控转动机构绕工作平台旋转过程中激光发射器反射至传感器的激光被感光状态，控制单元还与3D打印机的工作模块控制连接；

控制单元用于接收3D打印机的打印完成指令；还用于在接收到打印完成指令后重新记录转动一周内激光发射器反射至传感器的激光感光状态；还用于在监控到的实时感光状态信息与已记录的传感器感光状态不匹配时，控制3D打印机工作模块停止打印。

2.根据权利要求1所述的一种产品脱层检测系统，其特征在于，包括多个纵向排列的激光发射器，所述激光发射器在高度方向上的层间距与3D打印的打印层厚度相适配。

3.根据权利要求1所述的一种产品脱层检测系统，其特征在于，所述传感器为竖向排列的多个传感器或纵向延伸的窄条式传感器。

4.根据权利要求1所述的一种产品脱层检测系统，其特征在于，所述实时感光状态信息包括当前转动时间、当前转动相位和当前感光状态的激光光强。

5.根据权利要求1所述的一种产品脱层检测系统，其特征在于，还包括报警单元，所述报警单元与控制单元连接，所述报警单元用于在控制单元监控到已记录的激光发射器与传感器感光状态变化时，发出报警信号。

6.根据权利要求5所述的3D打印的产品脱层旋转检测系统，其特征在于，所述报警信号为声、光或电信号，通过蓝牙、WiFi、3G、4G或5G通讯向外发出。