CN110470213A - 一种3d打印成形件精度在线测评装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种3D打印成形件精度在线测评装置，属于先进智能制造领域。该装置由硬件系统与软件系统组成。所述硬件系统包括3D打印机、数据采集设备、计算机，3D打印机用来打印考核模型，扫描仪用来扫描3D打印成形件并网络传输，计算机用来对扫描结果进行验证分析；所述软件系统用于网络化传输、数据处理和分析、判定规则算法。该装置主要用于网络化生产试点企业通过3D打印生产的工业产品(如小型铸造模具、3D打印汽车零部件等)几何参数的测量评估，装置性能能够满足300mm长度测量不确定度为0.05mm的要求。

Description

一种3D打印成形件精度在线测评装置

技术领域

本发明涉及一种3D打印成形件精度在线测评装置，属于先进智能制造领域。

背景技术

3D打印(又称增材制造)是一项新兴的变革性的制造技术，其是一种以三维模型数据为基础，将材料逐层累加来制作物体的工艺。3D打印无需模具、可快速成形、可制造近乎无限复杂的几何构型，具有材料制备过程与零件成形过程一体化的特征，与等材制造(铸造、锻压等)、减材制造(车、铣、刨、磨等)等传统制造方式相比可大幅缩减产品开发周期，降低开发成本，减少能源和资源的消耗。作为制造业有代表性的颠覆性技术，其对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生了深刻的影响，已经成为新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力之一，其具有广阔的市场前景和发展空间，世界各主要国家纷纷将3D打印作为未来产业发展新的增长点。

成形件的尺寸精度是影响装配精度的重要因素之一，而装配精度不仅影响机器或部件的工作性能，而且影响它们的可靠性及使用寿命。尺寸精度是指相关零部件的距离精度和配合精度。例如装配体中有关零件间的间隙；齿轮啮合中非工作齿面间的侧隙；相配合零件间的过盈量等。零件之间的配合间隙量或过盈量决定于相配零件的尺寸及其精度。提高配合质量和接触质量是现代机械装配中的一个重要问题。特别是提高零部件的尺寸精度，对提高整个机器的精度、刚度、抗振性和寿命等都有极其重要的作用。

零件的几何精度包括尺寸、形状和表面相互位置精度。经常检验的是尺寸、圆柱度、圆度、平面度、直线度、同轴度、平行度、垂直度、跳动等项目。针对几何尺寸的检测，传统的检测方法费事费力，由于设备操作人员的因素，对应的检测结果可能存在较大误差，不能反应零件的实际尺寸，严重影响测量效率及测量结果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，开发3D打印产品在线精度测评装置，可实现对3D打印网络化快速制造企业生产产品的几何参数进行在线测量及评估，装置性能可满足300mm长度测量不确定度为0.05mm的要求。为3D打印网络化快速制造企业认证提供自动化工具，提高认证效率。

本发明的目的是这样实现的，一种3D打印成形件精度在线测评装置：

该3D打印成形件精度在线测评装置分为固定式转台扫描和手持扫描两种扫描模式：对于体积在200×200×200mm以内的物体建议采用固定式转台扫描，适用于小型工件、零部件等3D扫描需求；体积超过200×200×200mm时，建议采用手持扫描模式，同时要求工作环境相对稳定(无明显振动)时采用此种扫描模式。对于透明、反光物体不能直接扫描，需先进行喷粉处理。

采用固定式转台扫描时：首先亮度调节，以便清晰准确的对物体进行扫描。

进一步地，进行亮度调节时应首先需要调整好设备与物体之间的合适工作距离(合适的工作距离为290--480mm)，投影出十字在扫描物体上清晰为最佳扫描距离。根据物体的明暗，选择合适的亮度设置，可以在左侧预览窗口中时时查看当前亮度，呈现白色或者稍许泛红为宜。

转台扫描调节，以便针对不同的物体选用合适的扫描次数和拼接方式。

进一步地，该3D打印成形件精度在线测评装置的转台一圈的扫描次数范围为 2--180，拼接模式分为转台编码点、特征拼接和标志点拼接三种拼接模式。在该模式下，可根据物体的尺寸选择合适的转台一圈扫描次数，拼接模式选用特征拼接。

每扫描一组数据，可对当前扫描的单组数据进行编辑，可删除数据多余部分或杂点，数据和标志点均可进行编辑。

每扫描一组数据后，可更换转台一圈扫描次数和拼接方式对物体重新进行扫描。

如在扫描过程中发生数据拼接错误的情况，可点击该按钮调出手动拼接视口，在软件左侧相机视口中，按下SHIFT+鼠标左键选点，按住鼠标左键可以旋转物体，在两个视口中分别选择三个非共线对应点，进行手动拼接。如选点不当导致拼接错误，可以再次点击该按钮进行选点。

如对当前扫描数据不满意，或当前数据和已有数据没有足够的重叠区域，建议点击该按钮，删除该数据，换物体或测头位置，继续扫描。在转台扫描时，在扫描过程中，可以直接点击该按钮可结束当前扫描，当前的数据将直接删除。

转台扫描过程中，点击暂停按钮可暂停扫描，再次点击恢复扫描。

数据扫描完成后，可对数据进行封装处理，包括封闭和非封闭两种模式。封闭封装速度一般会比非封闭封装速度慢，纹理扫描模式下，数据融合时间比非纹理模式下时间长，可直接用来3D打印模型。选择此封装模式后，需要选择物体的细节程度。对存在精细纹理的物体进行高细节设置，对于表面比较光滑细节较少的物体进行中或者低细节设置。数据的处理时间和细节的设置有关，细节等级越高，处理时间越长，请根据实际需要选择封装类型。且高精细封装速度比较慢，经常出现在95％时保持很长时间的现象，请耐心等待。

数据后处理：封装过程中，会出现数据后处理对话框，可对数据进行简化、补洞、平滑和锐化操作。

进一步地，补洞时，默认不勾选补洞和标志点补洞，勾选补洞后，需设置周长，建议周长范围为10-100mm，小于所设置周长的洞都会被补上。

进一步地，平滑时，对数据进行去噪处理，改善数据质量。

进一步地，锐化，可提高数据整体清晰度。

保存：未封装时保存模型为asc单片格式。封装完以后可保存为stl格式。

数据尺寸缩放：只对扫描数据体积尺寸进行缩放，不会减少三角面片的数量以及数据的大小。

对于体积超过200×200×200mm的物体，可采用手持扫描模式。

采用手持扫描模式时，应先观察扫描距离指示灯：指示灯和扫描物体距离合适显示绿色，距离物体太远显示蓝色，距离物体太近显示红色。与软件上距离条一致。

采用手持扫描模式时，扫描过程中可以缩小、放大模型进行数据查看，亮度视窗也可调节。

采用手持扫描模式时，可对被扫描物体添加特征标记点。

如说明书8-23所述，采用手持扫描模式时，可对被扫描物体进行暂停、扫描、删除数据、拼接、封装、保存等操作。

分析软件：自主编写的精度测评软件，利用网络化传输及存储工艺参数、检测数据，可实现产品基准模型与检测参数的对比，给出综合测评结果。

将上述权利要求提到的STL扫描数据导入分析软件，选中两个数据，可将扫描结果与原打印数据进行对比分析。

进一步地，将扫描模型与原模型置于大体相同的位置，以便进行分析比对。

进一步地，选择三点对齐，定义固定项与浮动项，在扫描模型与原模型中选择相对应的三点。

进一步地，设定误差界限点击应用，设定最大值与最小值，可开始注释。

进一步地，可在模型比对图中选择不同的点进行注释，可根据需要对注释点进行取舍，以便后续分析测量结果的不确定度。

进一步地，可将测评软件的结果以数据的形式输出。

实现上述方法所需的设备包括3D打印机、数据采集设备、计算机、扫描仪、分析软件等。3D打印机用来打印考核模型，扫描仪用来扫描3D打印成形件并网络传输，计算机用来对扫描结果进行验证分析；分析软件用于网络化传输、数据处理和分析、判定规则算法。

有益效果：开发的该3D打印成形件精度在线测评装置可实现对3D打印网络化快速制造企业生产产品的几何参数进行在线测量及评估，装置性能可满足300mm长度测量不确定度为0.05mm的要求。为3D打印网络化快速制造企业认证提供自动化工具，提高认证效率。

附图说明

图1为该精度测评装置的示意图。其中，1为转台，2为扫描仪，3为计算机及软件系统。

图2为该精度测评装置的转台图。转台的尺寸为φ200mm。

具体实施方式

实施例一

本发明用于3D打印成形件精度在线测评，包括3D打印机、数据采集设备、计算机、扫描仪、分析软件等。

在本实施案例中，应用固定式转台扫描测量体积在200×200×200mm以内的物体，实施过程如下：

步骤一：亮度调节。应首先需要调整好设备与物体之间的合适工作距离(合适的工作距离为290--480mm)，投影出十字在扫描物体上清晰为最佳扫描距离。根据物体的明暗，选择合适的亮度设置，可以在左侧预览窗口中时时查看当前亮度，呈现白色或者稍许泛红为宜。

步骤二：转台一圈扫描次数和拼接方式调节。该3D打印成形件精度在线测评装置的转台一圈的扫描次数范围为2--180，选择扫描次数，选用特征拼接。

步骤三：将被扫描物体置于转台中间位置，对物体进行固定式转台扫描。

步骤四：扫描完成后对扫描数据进行编辑，可删除数据多余部分或杂点。

步骤五：每扫描一组数据后，可更换物体摆放位置，对物体重新进行扫描。

步骤六：扫描完成后，可对不同的扫描结果进行特征拼接，得到新的扫描数据。

步骤七：将得到的扫描数据生成网格，可选择封闭/非封闭模型，简化比例、洞周长、平滑、锐化等，保存数据，生成STL文件。

步骤八：将得到的STL文件导入分析软件，选择导入文件与原文件，将扫描文件与原文件置于大体相同的位置，以便进行对比分析。

步骤九：选择三点对齐，定义固定项与浮动项，在扫描模型与原模型中选择相对应的三点。设定误差界限点击应用，设定最大值与最小值，可开始注释。可在模型比对图中选择不同的点进行注释，可根据需要对注释点进行取舍，以便后续分析测量结果的不确定度。

步骤十：可将测评软件的结果以数据的形式输出。

实施例二

本发明用于3D打印成形件精度在线测评，包括3D打印机、数据采集设备、计算机、扫描仪、分析软件等。

在本实施案例中，应用手持扫描测量体积超过200×200×200mm的物体，实施过程如下：

步骤一：将被扫描物体放置于平台，对于表面添加不同的扫描特征标记。

步骤二：距离调节。采用手持扫描模式时，应先观察扫描距离指示灯：指示灯和扫描物体距离合适显示绿色，距离物体太远显示蓝色，距离物体太近显示红色。与软件上距离条一致。

步骤三：手持扫描仪，对被扫描物体进行扫描。

步骤四：如说明书46所述。

步骤五：如说明书47所述。

步骤六：如说明书48所述。

步骤七：如说明书49所述。

步骤八：如说明书50所述。

步骤九：如说明书51所述。

步骤十：如说明书52所述。

Claims (1)

1.一种3D打印成形件精度在线测评装置，其特征在于：是由硬件系统和软件系统组成；

硬件系统包括3D打印机、数据采集设备、计算机，3D打印机用来打印考核模型，扫描仪用来扫描3D打印成形件并网络传输，计算机用来对扫描结果进行验证分析；

软件系统用于网络化传输、数据处理和分析、判定规则算法。