CN109435226B - 一种大范围3d打印方法 - Google Patents
一种大范围3d打印方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109435226B CN109435226B CN201811614273.XA CN201811614273A CN109435226B CN 109435226 B CN109435226 B CN 109435226B CN 201811614273 A CN201811614273 A CN 201811614273A CN 109435226 B CN109435226 B CN 109435226B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- model
- printing
- sub
- printed
- printer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 87
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Image Processing (AREA)
Abstract
本发明公开了一种大范围3D打印方法。将打印模型分成N块子模型，并用移动平台对各块子模型依次打印处理并接合，直到最后打印成一个整体：在打印前后相邻两块子模型时，对前一块子模型时额外增设打印出一个特征结构，特征结构供后一块子模型打印后和前一块子模型接合的识别定位使用；采用包括有AGV小车、摄像头和打印机的打印设备，通过AGV小车带动打印机移动，实现不同位置进行打印，同时通过摄像头拍摄打印出的模型轮廓来调整打印机的打印坐标系。本发明将打印机、摄像头、AGV小车三者进行了结合，解决了传统3D打印机无法打印超出打印范围的打印件的问题，大大增加了打印机的打印范围，同时也提高了打印的灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及了一种大范围3D打印方法，具体是提供了一种能够在任意地方打印并且能够打印出超出原有打印机打印范围的打印方法。
背景技术
3D打印技术经过这些年的发展，技术上已基本上形成了一套体系，可应用的行业也逐渐扩大，从产品设计到模具设计与制造，材料工程、医学研究、文化艺术、建筑工程等等都逐渐的使用，可以说3D打印有着非常广阔的前景。但是与此同时，随着这项技术的快速发展，我们也会从中发现许多的问题和缺陷，比如说3D打印的打印范围较小且打印区域非常固定就是其中一个问题。
如果想打印一个超出打印机范围的比较大型的打印件，现有的方法需要我们制造一台与这个打印件相匹配的打印机来进行打印；或者是用多台打印机同时进行工作，来打印出这个超出打印范围的打印件，这样做非常不方便。同时，现有的技术方法只能在打印机限定的范围内进行打印，灵活度也存在较大的欠缺。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种大范围3D打印方法，能够在任意的区域进行打印，并且只用一台原有的打印机就能打印出超出3D打印机打印范围的打印件。
本发明的技术方案如下：
本发明在打印模型超出打印机打印范围的情况下，先将打印模型分成N块子模型，并用移动平台对各块子模型依次打印处理并接合，直到最后打印成一个整体：在打印前后相邻两块子模型时，对前一块子模型时额外增设打印出一个特征结构，特征结构以供后一块子模型打印后和前一块子模型接合的识别定位使用；对后一块子模型时额外减去一个特征结构进行打印，用摄像头拍摄前一块子模型的轮廓图像并进行轮廓提取，通过特征结构的轮廓进行打印坐标系转换，进而实现前后两块子模型接合。
所述的前一块子模型额外增设的特征结构和后一块子模型额外减去的特征结构相同，前一块子模型额外增设的特征结构直接由前一块子模型原有结构延伸连接打印出来，后一块子模型额外增设的特征结构直接由后一块子模型原有结构挖去不打印出来。
所述的特征结构为凸出于或者凹进于子模型的柱形结构，优选的带有边缘角点，例如可以为条柱形、方柱形或者半圆柱形。
特征结构特征可以是任意形状，适合用于视觉识别。
所述方法采用包括有AGV小车、摄像头和打印机的打印设备，打印机安装在AGV小车中间上，AGV小车上安装有支架，摄像头安装于支架水平延伸出的末端，打印机的机械臂4末端带有打印头；通过AGV小车带动打印机的移动，实现在打印模型大范围不同位置进行打印，同时通过摄像头拍摄打印出的模型轮廓来调整打印机的打印坐标系，进而调整后面打印出的模型位置。
所述方法具体为：
(1)对摄像头与打印机械臂进行手眼标定，得到摄像头坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系；
(2)需打印模型是超出打印机的打印范围，将打印模型分成N块子模型，对每前后相邻的两块子模型之间的接合分界处分别增加和减少设置一个特征结构，然后对每一块子模型分别进行切片，形成各自的切片G代码，切片G代码中包含有特征结构的特征向量数据；
(3)然后采用以下方式对每前后相邻的两块子模型进行打印并接合：
(3.1)AGV小车通过遥控器进行操控，AGV小车到达前一块子模型可以进行打印的位置，先打印前一块子模型的第一层切片，打印时打印出有特征结构；
(3.2)前一块子模型的第一层切片打印完成之后，操控AGV小车到达后一块子模型打印位置附近，且位于前一块子模型打印出的特征结构旁，利用摄像头进行拍照获得当前层切片的特征结构的图像：
(3.3)对图像依次进行滤波去噪、转换为灰度图的处理，接着利用Opencv函数模块中的canny算子进行轮廓提取，在图像中找到特征结构的轮廓；
提取特征结构的轮廓中的两边界点的图像像素坐标作为特征点，根据摄像头坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系转换为机械臂坐标系下的切片所在平面坐标(x1,y1)和(x2,y2)，然后由两边界点计算前特征点向量(x1-x2,y1-y2)；
由后一块子模型的切片G代码中预先存储的同样的后特征点向量和前特征点向量进行比较计算获得两个向量的偏差角度和位移量，根据偏差角度和位移量将后一块子模型的切片G代码进行转换，然后执行打印，就能将打印出后一块子模型与前一块子模型进行接合；
(4)重复上述步骤对第二层切片、第三层切片进行打印，以此直到打完整个模型。
本发明将AGV小车、摄像头和打印机组合在一起，可以在任意位置进行打印，打破了传统打印机的打印位置的限制。
本发明的有益效果是：
本发明将打印机、摄像头、AGV小车三者进行了结合，各取所长，解决了传统3D打印机无法打印超出打印范围的打印件的问题。
本发明提出了一种打印出特征为后续打印做坐标基准的方法，大大增加了打印机的打印范围，同时也提高了打印的灵活性。
附图说明
附图1为本发明的打印方法流程图；
附图2为本发明的打印设备结构图；
附图3为实施例打印的前后块子模型的结构示意图；
附图4为打印完的前块子模型的表面俯视图；
附图5为在图像中找到边界点的示意图；
附图6为第二部分模型中的边界点；
附图7为大范围打印的表示示意图。
图中：相机1、支架2、AGV小车3、机械臂4、特征结构5。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，在打印模型超出打印机打印范围的情况下，先将打印模型分成N块子模型，并用移动平台对各块子模型依次打印处理并接合，直到最后打印成一个整体：在打印前后相邻两块子模型时，对前一块子模型时额外增设打印出一个特征结构5，特征结构5以供后一块子模型打印后和前一块子模型接合的识别定位使用；对后一块子模型时额外减去一个特征结构进行打印，用摄像头拍摄前一块子模型的轮廓图像并进行轮廓提取，通过特征结构的轮廓进行打印坐标系转换，使得后一块子模型的数字模型拼接到前一块子模型的数字模型，进而实现前后两块子模型接合。
前一块子模型额外增设的特征结构和后一块子模型额外减去的特征结构相同，前一块子模型额外增设的特征结构直接由前一块子模型原有结构延伸连接打印出来，后一块子模型额外增设的特征结构直接由后一块子模型原有结构挖去不打印出来。
特征结构特征可以是任意形状，适合用于视觉识别。
如附图2所示，本发明的实施设备由一辆AGV小车3、一台可以进行打印的打印机和一款工业摄像头1组成，打印机安装在AGV小车3中间上，AGV小车3上安装有支架2，摄像头1安装于支架2水平延伸出的末端，打印机的机械臂4末端带有打印头；通过AGV小车带动打印机的移动，实现在打印模型大范围不同位置进行打印，同时通过摄像头拍摄打印出的模型轮廓来调整打印机的打印坐标系，进而调整后面打印出的模型位置。利用小车的移动功能、摄像头的视觉识别功能以及机械臂的打印功能来完成本方案。摄像头位于顶端，由上往下进行拍摄；摄像头与机械臂的相对位置是固定的，如附图2所示。
本发明的实施例过程如下：
(1)对摄像头与打印机械臂进行手眼标定，得到摄像头坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系；
(2)需打印模型是超出打印机的打印范围，将打印模型分成N块子模型，分块时前后两块子模型之间均保留一部分容易识别的特征结构5，如附图3所示。对每前后相邻的两块子模型之间的接合分界处分别增加和减少设置一个特征结构5，然后对每一块子模型分别进行切片，形成各自的切片G代码，切片G代码中包含有特征结构5的特征点的特征向量数据；
3D打印的一般步骤：建模软件中建模，形成STL格式的模型文件→用相关软件对模型进行切片，并生成G代码→将G代码导入到打印机中进行打印。
具体实施中如图5所示，前一块子模型上有一个明显的带缺口的条形块特征结构5用来下一步的打印做特征识别和定位。特征结构5或者是如图7所示的一个半圆柱形状。
(3)然后采用以下方式对每前后相邻的两块子模型进行打印并接合：
(3.1)AGV小车通过遥控器进行操控，AGV小车到达前一块子模型可以进行打印的位置(比如说附图7中的位置Ⅰ)，先打印前一块子模型的第一层切片，打印时打印出有特征结构，这个特征供后续的识别使用；
(3.2)前一块子模型的第一层切片打印完成之后，操控AGV小车到达后一块子模型打印位置附近，且位于前一块子模型打印出的特征结构旁，如说附图7中的位置ⅠⅠ，利用摄像头进行拍照获得当前层切片的特征结构的俯视图像，摄像头从上往下进行俯视/斜俯视照相，摄像头拍摄到前一块子模型当前层切片的俯视图：
由于AGV小车控制的精度不高，AGV小车到达时不能立即进行打印，需要借助摄像头进行一个精确的定位。
(3.3)对图像依次进行滤波去噪、转换为灰度图的处理，接着利用Opencv函数模块中的canny算子进行轮廓提取，再根据面积在图像中找到特征结构的轮廓，如附图4所示，附图4中显示了特征结构的轮廓)；
提取特征结构的轮廓中的两边界点的图像像素坐标作为特征点，具体实施的两边界点为特征结构的轮廓两端的拐角点，如图5所示，根据摄像头坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系转换为机械臂坐标系下的切片所在平面坐标(x1,y1)和(x2,y2)，然后由两边界点计算前特征点向量(x1-x2,y1-y2)；
后一块子模型虽然未打印，但是它打印时的切片G代码是已知的，这个切片G代码就是机械臂坐标系下的打印坐标。这样就可以知道与后一块子模型接合分解处的两个边界点的坐标，如附图6所示。由这两个坐标也可以形成一个向量。
由后一块子模型的切片G代码中预先存储的同样的后特征点向量(如图6所示中同样的两个边界点构成)和前特征点向量进行比较计算获得两个向量的偏差角度和位移量，根据偏差角度和位移量将后一块子模型的切片G代码进行转换，然后执行打印，就能将打印出后一块子模型与前一块子模型进行接合；
(4)重复上述步骤对第二层切片、第三层切片进行打印，以此类推，即先对所有块子模型从第一层切片开始向上打印，在打印完所有块子模型的第一层切片后，再打印所有块子模型的第二层切片、第三层切片，以此直到打完整个模型。
Claims (3)
1.一种大范围3D打印方法，其特征在于：在打印模型超出打印机打印范围的情况下，先将打印模型分成N块子模型，并用移动平台对各块子模型依次打印处理并接合，直到最后打印成一个整体：在打印前后相邻两块子模型时，对前一块子模型额外增设打印出一个特征结构，特征结构以供后一块子模型打印后和前一块子模型接合的识别定位使用；对后一块子模型额外减去一个特征结构进行打印，用摄像头拍摄前一块子模型的轮廓图像并进行轮廓提取，通过特征结构的轮廓进行打印坐标系转换，进而实现前后两块子模型接合；
所述方法采用包括有AGV小车(3)、摄像头(1)和打印机的打印设备，打印机安装在AGV小车(3)中间上，AGV小车(3)上安装有支架(2)，摄像头(1)安装于支架(2)水平延伸出的末端，打印机的机械臂(4)末端带有打印头；通过AGV小车带动打印机的移动，实现在打印模型大范围不同位置进行打印，同时通过摄像头拍摄打印出的模型轮廓来调整打印机的打印坐标系，进而调整后面打印出的模型位置；
(1)对摄像头与打印机械臂进行手眼标定，得到摄像头坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系；
(2)需打印模型是超出打印机的打印范围，将打印模型分成N块子模型，对每前后相邻的两块子模型之间的接合分界处分别增加和减少设置一个特征结构，然后对每一块子模型分别进行切片，形成各自的切片G代码，切片G代码中包含有特征结构的特征向量数据；
(3)然后采用以下方式对每前后相邻的两块子模型进行打印并接合：
(3.1)AGV小车通过遥控器进行操控，AGV小车到达前一块子模型可以进行打印的位置，先打印前一块子模型的第一层切片，打印时打印出有特征结构；
(3.2)前一块子模型的第一层切片打印完成之后，操控AGV小车到达后一块子模型打印位置附近，且位于前一块子模型打印出的特征结构旁，利用摄像头进行拍照获得当前层切片的特征结构的图像：
(3.3)对图像依次进行滤波去噪、转换为灰度图的处理，接着利用Opencv函数模块中的canny算子进行轮廓提取，在图像中找到特征结构的轮廓；提取特征结构的轮廓中的两边界点的图像像素坐标作为特征点，根据摄像头坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系转换为机械臂坐标系下的切片所在平面坐标(x1,y1)和(x2,y2)，然后由两边界点计算前特征点向量(x1-x2,y1-y2)；由后一块子模型的切片G代码中预先存储的同样的后特征点向量和前特征点向量进行比较计算获得两个向量的偏差角度和位移量，根据偏差角度和位移量将后一块子模型的切片G代码进行转换，然后执行打印，就能将打印出后一块子模型与前一块子模型进行接合；
(4)重复上述步骤对第二层切片、第三层切片进行打印，以此直到打完整个模型。
2.根据权利要求1所述的一种大范围3D打印方法，其特征在于：所述的前一块子模型额外增设的特征结构和后一块子模型额外减去的特征结构相同，前一块子模型额外增设的特征结构直接由前一块子模型原有结构延伸连接打印出来，后一块子模型额外增设的特征结构直接由后一块子模型原有结构挖去不打印出来。
3.根据权利要求1所述的一种大范围3D打印方法，其特征在于：所述的特征结构为凸出于或者凹进于子模型的柱形结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811614273.XA CN109435226B (zh) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | 一种大范围3d打印方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811614273.XA CN109435226B (zh) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | 一种大范围3d打印方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109435226A CN109435226A (zh) | 2019-03-08 |
| CN109435226B true CN109435226B (zh) | 2020-08-25 |
Family
ID=65539738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811614273.XA Active CN109435226B (zh) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | 一种大范围3d打印方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109435226B (zh) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1077125A1 (en) * | 1999-08-19 | 2001-02-21 | British Aerospace Public Limited Company | Article with regions of different densities, and stereolithographic method of manufacturing |
| US8996155B2 (en) * | 2008-07-25 | 2015-03-31 | Cornell University | Apparatus and methods for digital manufacturing |
| TWI556946B (zh) * | 2014-03-07 | 2016-11-11 | 三緯國際立體列印科技股份有限公司 | 立體列印裝置及其列印頭控制方法 |
| CN104226988B (zh) * | 2014-08-25 | 2016-10-05 | 深圳光韵达光电科技股份有限公司 | 一种大尺寸零部件的3d打印制造方法 |
| CN207496019U (zh) * | 2017-05-17 | 2018-06-15 | 江汉大学 | 一种机器人3d打印机 |
| CN108145976B (zh) * | 2018-02-07 | 2019-12-13 | 西安康拓医疗技术有限公司 | 高熔点聚合物的加工方法及加工系统 |
-
2018
- 2018-12-27 CN CN201811614273.XA patent/CN109435226B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109435226A (zh) | 2019-03-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wei et al. | A non-contact measurement method of ship block using image-based 3D reconstruction technology | |
| CN110281231B (zh) | 无人化fdm增材制造的移动机器人三维视觉抓取方法 | |
| US10540779B2 (en) | Posture positioning system for machine and the method thereof | |
| CN106251353A (zh) | 弱纹理工件及其三维位姿的识别检测方法及系统 | |
| CN110065068B (zh) | 一种基于逆向工程的机器人装配作业演示编程方法及装置 | |
| CN107300100A (zh) | 一种在线cad模型驱动的级联式机械臂视觉引导逼近方法 | |
| CN110992422B (zh) | 一种基于3d视觉的药盒姿态估计方法 | |
| CN113222940B (zh) | 一种基于rgb-d图像和cad模型的机器人自动抓取工件方法 | |
| CN113390605B (zh) | 一种风洞试验飞机机翼变形全场测量方法 | |
| CN110232710B (zh) | 基于三维相机的物品定位方法、系统及设备 | |
| CN109421050A (zh) | 一种机器人的控制方法及装置 | |
| CN109493418B (zh) | 一种基于LabVIEW的三维点云获取方法 | |
| CN113103235A (zh) | 一种基于rgb-d图像对柜体表面设备进行垂直操作的方法 | |
| CN114193440B (zh) | 基于3d视觉的机器人自动抓取系统及方法 | |
| CN111524238B (zh) | 一种基于编码点驱动的三维点云变形方法 | |
| US11107271B2 (en) | Three-dimensional point data based on stereo reconstruction using structured light | |
| CN113610833A (zh) | 物料抓取方法、装置、电子设备和存储介质 | |
| CN115578460A (zh) | 基于多模态特征提取与稠密预测的机器人抓取方法与系统 | |
| CN113483664B (zh) | 一种基于线结构光视觉的屏风板自动上料系统及方法 | |
| CN115358965A (zh) | 焊接变形量自适应的直线焊缝打磨轨迹生成方法及装置 | |
| CN109435226B (zh) | 一种大范围3d打印方法 | |
| CN109472778B (zh) | 一种基于无人机的高耸结构外观检测方法 | |
| CN111397509B (zh) | 一种蜡烛芯校正方法和系统 | |
| CN116664686A (zh) | 一种基于三维立体标定块的焊接手眼自动化标定方法 | |
| CN115187556A (zh) | 一种基于机器视觉的流水线上零件定位与点云获取方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 310058 Yuhang Tang Road, Xihu District, Hangzhou, Zhejiang 866 Patentee after: ZHEJIANG University Patentee after: Honghe innovation and Technology Research Institute Co.,Ltd. Address before: 310058 Yuhang Tang Road, Xihu District, Hangzhou, Zhejiang 866 Patentee before: ZHEJIANG University Patentee before: HONGHE INNOVATION TECHNOLOGY Research Institute |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |