CN108995208A - 一种3d打印机的调零方法 - Google Patents
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Abstract
一种3D打印机的调零方法，属于3D打印机技术领域，为了解决调节限位杆的出现磨损情况控制精度降低，调零的方案较为的复杂且打印机平台的高度不可调，其技术要点是：1、在控制主板中设置合适的Z轴坐标最大值Zmax；2、获取打印平台在当前坐标系的Z轴坐标位置；3、上位机控制程序向打印机传输打印文件时对其进行Z轴坐标的处理；4、打印机打印接收到的文件，即可在打印平台上进行打印；5、每当更换打印平台，需要重新进行获取相应的打印平台高度及后续操作，若打印平台的高度并没有发生变化，则可以直接用上位机控制程序进行文件处理和传输工作，解决了打印平台不可调，更换了调零的方式可以增强打印机的扩展性，实现自动调零的功能。
Description
技术领域
本发明涉3D打印机技术领域，尤其涉及一种3D打印机的调零方法。
背景技术
现有的3D打印机大多应用的是向下调零的方法，但是目前的调零效果并不是很理想，熔融沉积快速成型技术(FDM)是主要的3D打印技术之一，FDM技术，又称热熔堆积技术，该技术是将热熔型料丝加热融化后从喷头挤出，沉积在打印工作平台或前一层已固化的材料上，当温度低于料丝固化温度后开始固化成型，最终打印成实体，因此，模型第一层的打印情况直接影响后面的模型成型效果，而打印挤出头和打印平台的间距与挤出料量(打印第一层的层高)的配合直接影响第一层的打印效果，所以机器的调零技术是非常重要的，现有XYZ结构的3D打印机大多应用的是向下调零的方法，打印机通过限位开关来控制打印头离打印平台的距离，通过调节限位杆的长度来实现打印挤出头和打印平台间的合理间距，进而实现调零，操作是预设一个限位杆的长度，让打印挤出头下降观察限位后打印挤出头和打印平台的间距，然后根据要求调节限位杆的长度，重复前面的步骤，直到满足要求，但是调节限位杆的长度的过程比较麻烦，并且限位杆出现磨损时控制精度出现降低，调零的方案较复杂且打印平台高度不可调。
发明内容
本发明克服了上述现有技术的不足，提供了一种3D打印机的调零方法。
一种3D打印机的调零方法；
步骤1、在控制主板上设置合适的Z轴坐标的最大值；
在控制主板中设置合适的Z轴坐标最大值Zmax，Zmax大于打印机的Z轴实际运动范围；
步骤2、获取打印平台在当前坐标系的Z轴坐标位置；
步骤3、上位机控制程序向打印机传输打印文件时对其进行Z轴坐标的处理；
上位机控制程序根据平台高度对打印文件进行处理后传输给打印机；
步骤4、打印机打印接收到的文件，实现在打印平台上进行打印。
进一步地，所述步骤2中获取打印平台当前坐标系Z轴坐标高度的方法是采用手动调节方式，手动调节的方法是：
步骤a、通过上位机控制程序控制打印机的挤出头向打印平台运动；
步骤b、控制主板获取上位机控制程序的指令并控制电机运动；
步骤c、记录机器Z轴运动距离；
步骤d、确定挤出头是否和打印平台接触；
确定挤出头是否和打印平台接触，若接触则执行下一步操作，若未接触则返回步骤a；
步骤e、由Z轴运动的距离得到打印平台的Z轴坐标。
进一步地，所述步骤2中获取打印平台当前坐标系Z轴坐标高度的方法是采用半自动方式，半自动调节的方法是：
步骤Ⅰ、在打印机挤出头上安装激光测距模块；
在打印机挤出头上安装激光测距模块，激光测距模块具有激光器2和摄像头3，激光器2能够发出光束，激光器2发处的光束直接照射到打印机的打印平台上，形成光斑，摄像头能够捕捉激光器2照射到打印平台上的光斑，其工作原理是依据激光三角测距原理，当激光模块离被测平台不同高度时，摄像头捕捉的画面中光斑的位置不同，可以根据激光模块中摄像头捕获画面的光斑位置来得到激光模块距离被测平台的高度；
步骤Ⅱ、进行激光模块的标定工作；
首先通过上位机控制程序控制打印机运动，让挤出头和激光模块向打印平台靠近；其次，当激光模块距离打印平台到一定距离后，光斑开始出现在摄像画面中，相应的激光模块配套的光斑图像处理程序进行图像获取、图像红色通道像素提取、像素阈值计算、光斑定位、亚像素点计算，然后根据像素的最值来确定阈值，利用光斑的质心进行光斑定位，然后上位机控制程序查询光斑坐标和机器Z轴的坐标并进行存储，然后控制打印机的挤出头以一定的运动步长向打印平台运动，每当运动一定的步长后，上位机控制程序进行一次光斑坐标和机器Z轴坐标的查询存储工作，直到打印机的挤出头和打印平台互相接触的时候，上位机控制程序将之前获取的光斑坐标和机器Z轴坐标按顺序进行配对存储后，激光模块的测距参考表的标定工作完成。
步骤Ⅲ、自动获取打印平台的高度：
由上位机控制程序控制挤出头及激光模块像打印平台靠近，激光模块的摄像头获取的画面中出现光斑时，依据上一步骤中获取的激光模块的测距参考表来判断激光模块距离打印平台的高度并控制激光模块靠近打印平台，根据获取的上位机Z轴运动距离和由光斑位置求出的激光模块距离打印平台的距离来获取打印平台在打印机设定的坐标系中的Z轴坐标即打印平台的高度。
进一步地，所述激光测距模块包括安装板1、激光器2和摄像头3，所述的激光器2和摄像头3固定安装在安装板1上。
本发明的有益效果为：本发明改变了调零的方式，不需要使用限位杆确定机器Z轴零点的高度，防止机器寻零时打印头挤压打印平台，将限位杆这种机械限位改为调整打印文件中的Z轴高度，即增加了文件中的打印平台的高度，这种方法很好的将机械限位的调零限制消除了，不存在机械磨损产生的误差，同时可以改变打印平台的高度，增加打印机的应用扩展性，实现自动调零功能，让调零的过程简单化。
附图说明
图1为本发明向上调零方法流程图；
图2为本发明手动获取打印平台在Z轴坐标位置方法流程图；
图3为本发明激光模块的结构示意图；
图4为本发明获取打印机平台的标定参考表的流程图；
图5为本发明一键调零的方法流程图。
具体实施方式
具体实施方式一，以下将结合附图1-5，对本发明进行详细说明：
结合图1至图5所示，本实施例公开的一种3D打印机的调零方法，
步骤1、在控制主板上设置合适的Z轴坐标的最大值；
在控制主板中设置合适的Z轴坐标最大值Zmax，Zmax大于打印机的Z轴实际运动范围；
步骤2、获取打印平台在当前坐标系的Z轴坐标位置；
步骤3、上位机控制程序向打印机传输打印文件时对其进行Z轴坐标的处理；
上位机控制程序根据平台高度对打印文件进行处理后传输给打印机；
步骤4、打印机打印接收到的文件，实现在打印平台上进行打印；
由于3D打印机在打印前需要进行归零来确定打印头正在打印坐标系的位置，首先在控制主板中设置合适的Z轴最大值(设置的Z轴最大值大于打印机Z轴的实际运动范围)，接下来获取打印平台在当前坐标系的Z轴坐标，然后通过上位机控制程序根据平台高度对打印文件进行处理后传输给打印机，打印机打印上位机传输的文件即可完成打印工作，确定是否继续工作，若继续打印工作，查看是否需要更换打印平台高度，若是需要更换高度，则返回获取打印平台在当前坐标系的Z轴坐标，进行重复完成打印工作，若是不需要更换打印平台的高度，则上位机控制程序根据平台高度对打印文件进行处理后传输给打印机完成打印工作。
具体实施方式二，以下将结合附图1-5，对本发明进行详细说明：
获取打印平台当前坐标系Z轴坐标高度的方法是采用手动调节方式，手动调节的方法是：
步骤a、通过上位机控制程序控制打印机的挤出头向打印平台运动；
步骤b、控制主板获取上位机控制程序的指令并控制电机运动；
步骤c、记录机器Z轴运动距离；
步骤d、确定挤出头是否和打印平台接触；
确定挤出头是否和打印平台接触，若接触则执行下一步操作，若未接触则返回步骤a；
步骤e、由Z轴运动的距离得到打印平台的Z轴坐标；
手动调零是通过上位机控制程序控制打印机的挤出头向下运动至和打印平台接触，由于打印机采用的是步进电机，控制主板获取上位机控制程序的指令并控制电机进行工作，然后观察并记录下机器Z轴的运动距离，然后查看挤出头和打印平台是否接触，若是接触执行下一步工作，由Z轴运动的距离得到打印平台的Z轴坐标，完成工作，若是没有接触，则返回通过上位机控制程序，控制打印机的挤出头向打印平台运动。
具体实施方式三，以下将结合附图1-5，对本发明进行详细说明：
取打印平台当前坐标系Z轴坐标高度的方法是采用半自动方式，半自动调节的方法是：
步骤Ⅰ、在打印机挤出头上安装激光测距模块；
在打印机挤出头上安装激光测距模块，激光测距模块具有激光器2和摄像头3，激光器2能够发出光束，激光器2发处的光束直接照射到打印机的打印平台上，形成光斑，摄像头能够捕捉激光器2照射到打印平台上的光斑；
激光模块进行完模块的高度参考表标定后，可以在每次更换打印平台的高度时应用一键自动调零的功能来获取当前打印平台Z轴的坐标，上位机控制程序先发指令给机器的控制主板进而控制挤出头和打印平台互相靠近，同时上位机控制程序不断的向激光模块配套光斑图像处理程序查询光斑坐标；当光斑出现时，上位机控制程序将此时光斑的坐标和标定得到的测距参考表中距离最远的光斑的坐标进行对比，因为随着挤出头和打印平台不断靠近，光斑在摄像头呈现的画面里以一条直线在运动，其质心的运动轨迹近似一条直线，因此通过光斑测距参考表中的数据，我们可以获取参考表中当前机器挤出头和打印平台的距离最相近的一组坐标，通过相对坐标的方法，可以得到一键自动调零的进程要将挤出头和打印平台的距离缩短到设置的距离还需要运动多少距离，并根据运动后的光斑的坐标来和参考表中的数据进行对比，当光斑的坐标和参考表中的匹配后，获取机器当前Z轴的坐标即可以获得打印平台的高度。
步骤Ⅱ、进行激光模块的标定工作；
首先通过上位机控制程序控制打印机运动，让挤出头和激光模块向打印平台靠近；其次，当激光模块距离打印平台到一定距离后，光斑开始出现在摄像画面中，相应的激光模块配套的光斑图像处理程序进行图像获取、图像红色通道像素提取、中值滤波处理、像素阈值计算、光斑定位、亚像素点计算，然后根据像素的最值来确定阈值，利用光斑的质心进行光斑定位，然后上位机控制程序查询光斑坐标和机器Z轴的坐标并进行存储，然后，控制打印机的挤出头以一定的运动步长向打印平台运动，每当运动一定的步长后，上位机控制程序进行一次光斑坐标和机器Z轴坐标的查询存储工作，直到打印机的挤出头和打印平台互相接触的时候，上位机控制程序将之前获取的光斑坐标和机器Z轴坐标按顺序进行配对存储后，激光模块的测距参考表的标定工作完成，设置的打印机Z轴坐标最大值Zmax比机器实际的Z轴最大运动范围大，因此打印平台将位于打印坐标系的第一象限内，打印平台的Z轴坐标不再是零，而是某一个大于零的值，为了让同一打印模型的打印文件适用于所有高度的打印平台的处理，默认统一生成的打印模型的G-code文件中打印平台的Z轴坐标为零，在用上位机控制程序将打印模型文件传输给3D打印机之前进行相关的Z轴坐标指令进行增量处理，令每一层的Z轴坐标加上测得的打印平台的Z轴坐标得到适应当前的打印平台的打印文件，处理后的打印文件将专用于这个高度的打印平台的打印机即可完成工作，激光模块的安装位置不变，进行完模块的高度参考表标定后，可以在每次更换打印平台的高度时应用一键调零功能来获取当前打印平台的Z轴坐标，对安装好的激光模块进行标定后，上位机控制程序可以进行一键调零，自动结合激光模块及相应的程序和打印机控制系统完成调零工作，实现自动调零，上位机控制程序先发指令给机器的控制主板进而控制挤出头和打印平台互相靠近，同时上位机控制程序不断的向激光模块配套光斑图像处理程序查询光斑坐标，当光斑出现时，上位机控制程序将此时光斑的坐标和标定得到的测距参考表中距离最远的光斑的坐标进行对比，因为随着挤出头和打印平台不断靠近，光斑在摄像头呈现的画面里以一条直线在运动，其质心的运动轨迹近似一条直线，因此通过光斑测距参考表中的数据，我们可以获取参考表中当前机器挤出头和打印平台的距离最相近的一组坐标，通过相对坐标的方法，可以得到一键自动调零的进程要将挤出头和打印平台的距离缩短到设置的距离还需要运动多少距离，并根据运动后的光斑的坐标来和参考表中的数据进行对比，当光斑的坐标和参考表中的匹配后，获取机器当前Z轴的坐标即可以获得打印平台的高度。
具体实施方式四，以下将结合附图1-5，对本发明进行详细说明：
激光测距模块包括安装板1、激光器2和摄像头3，所述的激光器2和摄像头3固定安装在安装板1上。
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (4)
1.一种3D打印机的调零方法，其特征在于，
步骤1、在控制主板上设置合适的Z轴坐标的最大值；
在控制主板中设置合适的Z轴坐标最大值Zmax，Zmax大于打印机的Z轴实际最大运动距离；
步骤2、获取打印平台在当前坐标系的Z轴坐标位置；
步骤3、上位机控制程序向打印机传输打印文件时对其进行Z轴坐标的处理；
上位机控制程序根据平台高度对打印文件进行处理后传输给打印机；
步骤4、打印机打印接收到的文件，实现在打印平台上进行打印。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印机的调零方法，其特征在于：步骤2中获取打印平台当前坐标系Z轴坐标高度的方法是采用手动调节方式，手动调节的方法是：
步骤a、通过上位机控制程序控制打印机的挤出头向打印平台运动；
步骤b、控制主板获取上位机控制程序的指令并控制电机运动；
步骤c、记录机器Z轴运动距离；
步骤d、确定挤出头是否和打印平台接触；
确定挤出头是否和打印平台接触，若接触则执行下一步操作，若未接触则返回步骤a；
步骤e、由Z轴运动的距离得到打印平台的Z轴坐标。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印机的调零方法，其特征在于：步骤2中获取打印平台当前坐标系Z轴坐标高度的方法是采用半自动方式，半自动调节的方法是：
步骤Ⅰ、在打印机挤出头上安装激光测距模块；
在打印机挤出头上安装激光测距模块，激光测距模块具有激光器(2)和摄像头(3)，激光器(2)能够发出光束，激光器(2)发处的光束直接照射到打印机的打印平台上，形成光斑，摄像头能够捕捉激光器(2)照射到打印平台上的光斑；
步骤Ⅱ、进行激光模块的标定工作；
首先通过上位机控制程序控制打印机运动，让挤出头和激光模块向打印平台靠近；其次，当激光模块距离打印平台到一定距离后，光斑开始出现在摄像画面中，相应的激光模块配套的光斑图像处理程序进行图像获取、图像红色通道像素提取、像素阈值计算、光斑定位、亚像素点计算，然后根据像素的最值来确定阈值，利用光斑的质心进行光斑定位，然后上位机控制程序查询光斑坐标和机器Z轴的坐标并进行存储，然后，控制打印机的挤出头以一定的运动步长向打印平台运动，每当运动一定的步长后，上位机控制程序进行一次光斑坐标和机器Z轴坐标的查询存储工作，直到打印机的挤出头和打印平台互相接触的时候，上位机控制程序将之前获取的光斑坐标和机器Z轴坐标按顺序进行配对存储后，激光模块的测距参考表的标定工作完成；
步骤Ⅲ、自动获取打印平台的高度：
由上位机控制程序控制挤出头及激光模块像打印平台靠近，激光模块的摄像头获取的画面中出现光斑时，依据上一步骤中获取的激光模块的测距参考表来判断激光模块距离打印平台的高度并控制激光模块靠近打印平台，根据获取的上位机Z轴运动距离和由光斑位置求出的激光模块距离打印平台的距离来获取打印平台在打印机设定的坐标系中的Z轴坐标即打印平台的高度。
4.根据权利要求3所述的一种3D打印机的调零方法，其特征在于：所述的激光测距模块包括安装板(1)、激光器(2)和摄像头(3)，所述的激光器(2)和摄像头(3)固定安装在安装板(1)上。
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