CN112549555A - 一种基于云平台的3d打印远程在线监控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于云平台的3D打印远程在线监控方法及系统。步骤如下：系统启动，模块之间建立通信连接；远程终端模块上传用户信息通过云平台发送给上位机，上位机根据用户信息中携带的3D打印的打印机数据生成控制指令发送3D打印机进行打印，同时数据采集单元将实时采集的打印数据通过云平台发送给上位机；上根据上传的实时采集打印的数据进行分析，生成控制指令；上位机将控制指令后，后台控制端通过对指令的解读算法读取控制信息通过云平台发送给3D打印机，3D打印机执行指令。本发明系统实现监测打印机状态，实现远程异常报警停机，减少打印产品废品率，同时可根据云平台所存储的大量打印信息，寻找打印品缺陷位置和判断工艺参数合理性。

Description

一种基于云平台的3D打印远程在线监控方法及系统

技术领域

本发明属于增材制造设备领域，具体涉及一种基于云平台的3D打印远程在线监控方法及系统。

背景技术

目前，激光增材制造设备发展迅速，成型面积和精度都取得了较大发展，在产品研发设计领域应用更加广泛。随着3D打印技术更加成熟，互联网+3D打印的个性化便捷生产方式也逐渐兴起，云服务在工业4.0时代发挥重要作用，同时也将给3D打印提供更多的创新点，使得3D打印从一种前沿制造技术转化成为更便捷操作的生产模式。

但目前3D打印设备受现有技术条件的限制，3D打印机多由其自身的控制平台控制，界面较为单一、按键操作局限性高。尽管通过端口连接电脑可以实现电脑控制打印机，但一旦操作人员离开，打印中出现任何故障时，则无法即时地知悉并做出相应处理。而手机或电脑端远程控制方案就体现出较大潜力，结合云平台可以实现远程无线控制打印，将3D打印机面向智能化应用，以全新的方式实现3D打印机的智能控制。

发明内容

基于解决上述问题，本发明提供了一种基于云平台的3D打印远程在线监控系统，所述系统包括数据采集模块、Wifi通信控制模块、云平台和远程移动控制终端，所述数据采集模块包含3D打印设备传感器，包括压力传感器、氧传感器、料位传感器、温度传感器、激光光斑监测装置、CCD相机图片采集系统；所述Wifi通信控制模块采用Wifi和以太网接口，基于TCP的http协议的数据通过后台传输至RTC卡后，通过PLC实现对3D打印机运动的控制；所述的远程移动控制终端模块分别为通过Internet服务器云端控制（Apache+php）传输至html网页端或云平台传输至手机APP端。3D打印智能生产线能通过网络与云服务器进行后台数据交换，可通过实现远程本地无线+广域网远程控制的实时无线交互。所述的3D打印机数据信息实时采集系统，可监测打印设备的舱体氧含量、气体压力值、舱体温度值、打印粉末剩余值，可通过CCD相机实时传输3D打印机当前打印层图像，并包含打印实时信息：设备已打印、剩余打印层数，剩余打印时间和设备粉末剩余情况。

所述的云平台3D打印机远程控制端软件及APP采用Java server page语言编写，网站运行环境为Apache（Tomcat），html可提供用户直接访问的网页接口；view.php处理网页接口的表单和ajax请求数据；up.php处理用户上传的文件。建立3D打印机与云平台间的网络联系后，云平台可接发数据至上位机，上位机通过后台通信控制PLC，以实现对3D打印机运动模式的远程控制。

所述的远程移动控制终端可传输打印模型至云平台，通过云平台导入相关模型至3D打印设备。远程控制端根据传感器与CCD相机实时数据判断打印机故障状况，可立即执行紧急停止操作，并输入急停密码后进行远程停机，故障排除后可远程执行继续打印操作。

展示层采用 html5 等相关技术形成智能在线监测与远程诊断器与监控平台实时的数据交换功能，实时监测智能装备的运行状态，并将数据返回给监测平台，平台经过数据处理，存储和分析，将控制数据传输给智能在线监测与远程诊断器中，保证系统运行的稳定性。多浏览器的数据可视化。建立面向各部门管理人员使用的数据管理中心，实现数据的报警、监控、审计、安全、 维护等管理功能。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明智能在线监测与远程诊断与监控平台可实现实时的数据交换功能，远程监测智能装备的运行状态，通过云平台传输模式存储大量3d打印状态信息及打印图像。有益于监测打印机状态，实现远程异常报警停机，减少打印产品废品率，同时可根据云平台所存储的大量打印信息，寻找打印品缺陷位置和判断工艺参数合理性。

附图说明

图1为本发明一种基于云平台的3D打印远程在线监控方法的流程框图。

图2为本发明一种基于云平台的3D打印远程在线监控系统的逻辑框图。

具体实施方式

以下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行完整描述，对于实施方式的说明用于帮助理解发明，但并不构成对本发明的限定。本领域普通技术人员没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明一种基于云平台的3D打印远程在线监控方法，所述监控方法具体包括以下步骤：

S1）系统启动，各个模块之间建立通信连接；

S2）远程终端模块上传用户信息通过云平台发送给上位机，上位机根据用户信息中携带的3D打印的打印数据生成控制指令发送3D打印机进行打印；

S3）数据采集单元将实时采集的打印数据通过云平台发送给上位机，上位机根据上传的实时采集的打印数据进行分析，并根据分析结果生成控制指令；

S4）上位机收到控制指令后，通过后台控制端采用指令解读算法读取控制信息并通过云平台发送给3D打印机，3D打印机执行指令。

所述S2）的具体步骤为：

S2.1）建立各个单元与云平台之间的通信连接，远程终端模块将用户信息同步请求通过云平台上传到上位机；

S2.2）上位机在接收到用户信息同步请求之后，接收并根据操作指令中携带的用户标识获取与用户标识对应的用户权限；

S2.3）根据所获得的用户权限检测控制指令的合法性，用户标识涵盖用户身份信息及文件基本信息，在检测到控制指令合法后，基于控制指令对资源信息对应的资源进行相关操作，发送给3D打印机。

所述S3）的具体步骤为：

S3.1）数据采集模块将实时采集的打印数据通过云平台上传到上位机，上位机将采集的打印数据采用视觉成像在线监测和温度场在线监测进行分析处理；

S3.2）将分析结果生成控制指令。

所述S3.1）中实时采集的打印数据包括：3D打印机的舱体氧含量、气体压力值、舱体温度值、打印粉末剩余值、当前打印层图像和打印实时信息。

所述视觉成像在线监测采用结构光法，具体为：对熔池相貌尺寸参数进行在线检测，并建立动态闭环反馈控制，当熔池扫描位置误差大于0.06mm,即反馈异常，并生成打印异常指令；

同时根据采集图像进行灰度对比以分析铺粉状态和打印状态，首先每层扫描前执行铺粉层铺粉状态监测，当前铺粉层与标准铺粉层进行图像对比，当灰度区别打印20%即判定为铺粉异常，3D打印设备执行重复铺粉，并通过云平台向用户发送重复铺粉信息；

每层扫描后执行打印状态检测，当采集图像轮廓模型与标准切片模型误差灰度误差大于30%，即判定为当前打印层状态异常，执行重复扫描打印。

所述温度场在线监测具体为对熔池的表面温度进行在线监测：

当粉末层温度场监测误差高于设定温度20℃，将执行停止打印操作，当温度降低到设定值时，再进行打印；

当粉末层度场监测误差低于设定温度20℃，将执行加热指令，设备自动加热至温度设定值；

同时建立熔池热辐射强度值与激光功率的闭环控制系统，并根据熔池热辐射强度值判断激光功率，当功率偏差超过设定值5%，判断为扫描功率异常，并生成打印异常指令，执行暂停打印。

本发明还提供一种基于云平台的3D打印远程在线监控系统，所述线监控系统包括上位机、云平台、Wifi通信控制模块、远程终端模块和数据采集模块；

其中，所述上位机，用于对采集的打印数据进行分析处理，并生成控制指令；

所述数据采集模块，用于实时采集3D打印机状态信息，作为上位机对设备状态的判断依据；

所述WIFI通信控制模块，用于协调上层应用层与底层无线网络节点的数据交互，实时连接3D打印机与云平台，并将数据通过上传至云平台，设定并储存该3D打印机的网络地址；

所述云平台，用于存储和传输数据；

所述远程终端模块，用于上传用户信息，并可根据设备状态进行操作。

所述数据采集模块包括压力传感器、氧传感器、料位传感器、温度传感器、激光光斑监测单元和图像采集单元。

所述图像采集单元为CCD相机图片采集装置。

本发明具体步骤如下：

步骤1：设定网关地址及相关串口通信协议，并将数据采集模块的相关传感器件接入PLC后传输至RTC卡，CCD相机图像采集系统接入上位机。

步骤2：建立上位机与云平台之间的通信连接，将该用户信息同步请求发送至云平台。云平台在接收到该用户信息同步请求之后，接收并根据操作指令中携带的用户标识，获取与用户标识对应的用户权限；根据所获得的用户权限检测指令的合法性；在检测到操作指令合法后，基于操作指令对资源信息对应的资源进行相关操作，接收3D打印机实时数据，并传送至远程控制端。

步骤3：用户可在移动终端将模型通过Linux网络控制器实现与云平台的打印文件交互，3D打印设备通过无线传输本地无线+广域网远程下载模型开始打印，数据采集模块立即开始相关数据采集，采集量包括温度、氧含量、气体压力、料位、激光光斑状态信息量，CCD相机逐层拍摄刮刀铺粉状况及打印状况。

步骤4：LCD显示屏显示上位机接收相关的数据采集信息，在上位机采用AJAX方式与后端进行交互，及时获取打印进度、正在打印文件信息，通过上位机的串口通信实时显示采集的3D打印监控图像与舱体状态信息，并将相关信息通过后台和WIFI网络通信模块传送至云平台。

步骤5：WIFI底层模块主要实现串口数据的收发与报文的广播，数据通过WIFI模块传送至无线路由器后上传至云平台，云平台根据用户上传信息进行实时收发至远程控制端。

步骤6：远程移动控制网页或手机APP端，软件及APP采用Java server page语言编写，数据传输协议为TCP/IP，网站运行环境为Apache，html可提供用户直接访问的网页接口；view.php处理网页接口的表单和ajax请求等数据；up.php处理用户上传的文件。通过软件后台接收云平台传输数据，在界面端实时显示相关设备状态，包括打印百分比、已打印层数、总打印层数或剩余打印时间等。远程操作者可通过，可根据界面相关传感器数据、铺粉层与标准铺粉层的对比、激光光斑监测信息判断3D打印设备是否在正常执行加工策略。当设备出现温度氧含量异常、打印粉末料位不足或打印状态不佳等紧急情况时，可根据状态信息输入操作密码后执行缸体移动、暂停、紧急停止、重新启动等操作。

步骤7：云平台传输远程控制指令至上位机后台，上位机后台控制端通过对指令的解读算法读取控制信息，并控制PLC执行运动启停等指令。

实施例

通过与视觉成像采集传感器（CCD工业相机）、熔池监测光学热成像传感器建立与上位机RTC控制器、PLC控制器，用户通过3D打印设备与云平台建立数据连接，数据内容涵盖用户身份识别信息、实时打印图像采集信息、传感器数据信息、打印状态判断信息（成型尺寸精度、光斑尺寸、成型表面温度场等）至云平台，云平台再通过Linux网络控制器实现与云平台的打印文件交互，移动端采用全自动信息生成的自主可控APP，用户可依此进行3D打印全流程的在线监控和远程操作。

以上较佳具体实施例的详述，以便利于清楚描述本发明的特征与精神，但并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。虽然本发明已以 实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本创作的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，而本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (9)

1.一种基于云平台的3D打印远程在线监控方法，其特征在于，所述监控方法具体包括以下步骤：

S1）系统启动，各个模块之间建立通信连接；

S2）远程终端模块上传用户信息通过云平台发送给上位机，上位机根据用户信息中携带的3D打印的打印数据生成控制指令发送3D打印机进行打印；

S3）数据采集单元将实时采集的打印数据通过云平台发送给上位机，上位机根据上传的实时采集的打印数据进行分析，并根据分析结果生成控制指令；

S4）上位机收到控制指令后，通过后台控制端采用指令解读算法读取控制信息并通过云平台发送给3D打印机，3D打印机执行指令。

2.根据权利要求1所述的在线监控方法，其特征在于，所述S2）的具体步骤为：

S2.1）建立各个单元与云平台之间的通信连接，远程终端模块将用户信息同步请求通过云平台上传到上位机；

S2.2）上位机在接收到用户信息同步请求之后，接收并根据操作指令中携带的用户标识获取与用户标识对应的用户权限；

S2.3）根据所获得的用户权限检测控制指令的合法性，用户标识涵盖用户身份信息及文件基本信息，在检测到控制指令合法后，基于控制指令对资源信息对应的资源进行相关操作，发送给3D打印机。

3.根据权利要求1所述的在线监控方法，其特征在于，所述S3）的具体步骤为：

S3.1）数据采集模块将实时采集的打印数据通过云平台上传到上位机，上位机将采集的打印数据采用视觉成像在线监测和温度场在线监测进行分析处理；

S3.2）将分析结果生成控制指令。

4.根据权利要求3所述的在线监控方法，其特征在于，所述S3.1）中实时采集的打印数据包括：3D打印机的舱体氧含量、气体压力值、舱体温度值、打印粉末剩余值、当前打印层图像和打印实时信息。

5.根据权利要求3所述在线监控方法，其特征在于，所述视觉成像在线监测采用结构光法，具体为：对熔池相貌尺寸参数进行在线检测，并建立动态闭环反馈控制，当熔池扫描位置误差大于0.06mm,即反馈异常，并生成打印异常指令；

同时根据采集图像进行灰度对比以分析铺粉状态和打印状态，首先每层扫描前执行铺粉层铺粉状态监测，当前铺粉层与标准铺粉层进行图像对比，当灰度区别打印20%即判定为铺粉异常，3D打印设备执行重复铺粉，并通过云平台向用户发送重复铺粉信息；

每层扫描后执行打印状态检测，当采集图像轮廓模型与标准切片模型误差灰度误差大于30%，即判定为当前打印层状态异常，执行重复扫描打印。

6.根据权利要求3所述在线监控方法，其特征在于，所述温度场在线监测具体为对熔池的表面温度进行在线监测：

当粉末层温度场监测误差高于设定温度20℃，将执行停止打印操作，当温度降低到设定值时，再进行打印；

当粉末层度场监测误差低于设定温度20℃，将执行加热指令，设备自动加热至温度设定值；

同时建立熔池热辐射强度值与激光功率的闭环控制系统，并根据熔池热辐射强度值判断激光功率，当功率偏差超过设定值5%，判断为扫描功率异常，并生成打印异常指令，执行暂停打印。

7.一种基于云平台的3D打印远程在线监控系统，其特征在于，所述在线监控系统包括上位机、云平台、Wifi通信控制模块、远程终端模块和数据采集模块，

所述上位机，用于对采集的打印数据进行分析处理，并生成控制指令；

所述数据采集模块，用于实时采集3D打印机状态信息，作为上位机对设备状态的判断依据；

所述WIFI通信控制模块，用于协调上层应用层与底层无线网络节点的数据交互，实时连接3D打印机与云平台，并将打印数据上传至云平台，设定并储存该3D打印机的网络地址；

所述云平台，用于存储和传输打印数据；

所述远程终端模块，用于上传用户信息，并可根据设备状态进行操作。

8.根据权利要求7所述的线监控系统，其特征在于，所述数据采集模块包括压力传感器、氧传感器、料位传感器、温度传感器、激光光斑监测单元和图像采集单元。

9.根据权利要求7所述的线监控系统，其特征在于，所述图像采集单元为CCD相机图片采集装置。

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