CN113199757B - 可以检测和矫正的3d打印喷头及其实现矫正打印的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了可以检测和实现矫正打印的方法，包括：S1、阵列式喷头执行第一切片层的打印；S2、测距装置扫描第一切片层各个像素点的高度信息并将上传至中央处理系统；S3、中央处理系统计算出实际高度缺失值并与高度缺失阀值进行比对；S4、中央处理系统计算出的各像素点的色差值与预设的色差阀值进行比对；S5、中央处理系统根据实际高度缺失值大于高度缺失阀值且色差值大于色差阀值之处的像素点的实际高度缺失值和颜色坐标生成修复打印指令；S6、中央处理系统指定与喷孔A较近的同色喷孔B执行修复打印指令；S7、重复S2至S6步骤，直至打印结束；采用上述方法能实现对漏打印位置再次打印修复，不需更换阵列式喷头，可继续打印，保证了打印效率。

Description

可以检测和矫正的3D打印喷头及其实现矫正打印的方法
技术领域
本发明涉及3D打印相关技术领域，特别涉及可以检测和矫正的3D打印喷头及其实现矫正打印的方法。
背景技术
3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，又称增材制造，它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。
目前行业内的3D打印一般采用性能比较稳定(即堵头概率低)的工业级阵列式喷头，但采用性能稳定的工业级喷头导致成本高昂(需数万到数十万)，且体积庞大；另外，打印喷头部件为易耗部件，使用一定时间后就会有个别的喷孔堵塞，需要对整个阵列喷头拆卸更换，不仅影响阵列式喷头的使用寿命，增加企业的成本，而且影响打印效率。
发明内容
为了克服现有的技术缺陷，解决现有阵列式喷头中个别喷孔堵塞时需要对整个阵列式喷头更换，影响阵列式喷头的使用寿命及打印效率的技术问题，本发明的目的在于提供可以检测和矫正的3D打印喷头及其实现矫正打印的方法以解决上述技术问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，设计出可以检测和矫正的3D打印喷头，包括：导轨架、喷头架、阵列式喷头、测距装置、图像扫描装置、驱动装置和中央处理系统，所述喷头架滑动设置在所述导轨架上，所述驱动装置与所述喷头架连接，用于驱动所述喷头架在导轨架上往复移动，所述阵列式喷头、测距装置和图像扫描装置设于所述喷头架的下端，所述测距装置用于扫描阵列式喷头打印的切片层的各像素点的厚度，所述图像扫描装置用于扫描所述切片层的各像素点的颜色坐标值，所述导轨架上连接有光栅格条，所述喷头架上连接有与所述光栅格条配合的光栅信号采集器，所述阵列式喷头、测距装置、图像扫描装置、驱动装置和光栅信号采集器与所述中央处理系统电连接。
采用上述技术方案，通过测距装置、图像扫描装置和中央处理器可以实现对阵列式喷头打印的切片层的各个像素点进行缺陷检测，检测是否存在漏打印，若存在漏打印，则可以计算出漏打印地方的实际厚度缺失值、位置坐标及阵列式喷头上具体某个喷孔发生堵头，并生成修复打印指令，并指定距发生堵头的喷孔较近的同一水平打印运动方向的同色其它喷孔为打印主体执行修复打印指令对漏打印位置进行修复，由此，当阵列式喷头中个别喷孔堵塞时，不需要对阵列式喷头更换，同样可以继续实现打印，不仅增加了阵列式喷头的使用寿命，而且保证了打印效率，降低了企业的成本。
为了更好的解决上述技术缺陷，本发明还具有更佳的技术方案：
在一些实施方式中，所述导轨架下端连接有导轴，上端设有导槽，所述喷头架下端固接有自润滑套筒，所述自润滑套筒与所述导轴滑动配合，所述喷头架上端与所述导槽滑动配合。
由此，喷头架上端、下端分别与导轨架滑动配合，可以保证移动时的平稳性。
在一些实施方式中，所述驱动装置包括电机、连接在导轨架上的两个同步轮以及套设在两个同步轮上的同步带，所述同步带一端与固设在所述导轨架上的固定块固接，另一端固接有连接块，所述连接块与所述固定块通过锁紧装置连接在一起。
在一些实施方式中，所述锁紧装置包括螺杆，所述螺杆一端穿过连接块上的过孔与所述固定块上的螺纹孔螺纹连接从而将两者连接在一起。
在一些实施方式中，所述光栅格条两端分别连接有拉簧，所述拉簧与所述导轨架弹性连接。
在一些实施方式中，所述喷头架上有两个通孔，所述阵列式喷头设于其中一个所述通孔内，所述图像扫描装置集成于所述测距装置内，所述测距装置设于其中另一个所述通孔内。
在一些实施方式中，所述测距装置为激光位移传感器、超声波测距传感器、红外线测距传感器、雷达测距传感器中的任一种，所述图像扫描装置为CMOS、CCD、CIS中的任一种。
根据本发明的另一个方面，设计出可以检测和矫正的3D打印机，包括上述的可以检测和矫正3D打印喷头。
根据本发明的再一个方面，设计出可以检测和实现矫正打印的方法，包括以下步骤：
S1、阵列式喷头执行第一切片层的打印指令进行打印；
S2、测距装置扫描所述阵列式喷头打印的第一切片层的各个像素点的高度信息，并将扫描的高度信息上传至中央处理系统；
S3、中央处理系统将接收的高度信息转换成实际高度值并与其上预设的理论高度值相减计算出实际高度缺失值，并将计算出的实际高度缺失值与其上预设的高度缺失阀值进行比对；
比对结果得出所述实际高度缺失值小于高度缺失阀值，表明未发生堵头，则中央处理系统控制阵列式喷头执行下一切片层的打印指令进行打印；
比对结果存在一个或多个像素点的实际高度缺失值大于高度缺失阀值，表明可能发生堵头，则中央处理系统控制图像扫描装置对所述阵列式喷头喷绘的切片层的各个像素点进行扫描，之后图像扫描装置将扫描的各个像素点的颜色坐标值上传至中央处理系统；
S4、中央处理系统将接收的切片层的各个像素点的颜色坐标与其上预设的颜色坐标进行比对计算出各像素点的色差值，之后中央处理系统将计算出的各像素点的色差值与其上预设的色差阀值进行比对；
比对结果得出各像素点的色差值均小于等于中央处理系统上预设的色差阀值，表明未发生堵头，则中央处理系统控制阵列式喷头执行下一切片层的打印指令进行打印；
比对结果存在一个或多个像素点的色差值大于中央处理系统上预设的色差阀值，表明发生堵头，则中央处理系统通过色差值大于色差阀值之处的像素点的颜色坐标计算出阵列式喷头上上次打印该像素点的喷孔A位置；
S5、中央处理系统根据所述实际高度缺失值大于高度缺失阀值且色差值大于色差阀值之处的像素点的实际高度缺失值和颜色坐标生成修复打印指令；
S6、中央处理系统指定与所述喷孔A较近的同一水平打印运动方向的同色喷孔B为打印主体执行所述修复打印指令；
S7、重复S2至S6步骤，直至打印结束。
在一些实施方式中，当步骤S9结束后，若后续未执行的打印指令中还有喷孔A执行的打印指令，则中央处理系统设定喷孔B代替喷孔A执行其未执行的打印指令。
在一些实施方式中，所述测距装置为激光位移传感器、超声波测距传感器、红外线测距传感器、雷达测距传感器中的任一种。
在一些实施方式中，所述图像扫描装置为CMOS、CCD、CIS中的任一种。
在一些实施方式中，所述测距装置和图像扫描装置与所述阵列式喷头均安装在喷头架上。
采用上述方法，可以检测出阵列式喷头在打印中是否发生堵头，以及发生堵头后哪些位置存在漏打印，并能实现对漏打印位置进行再次打印修复，不需要对阵列式喷头更换，可以继续实现打印，不仅增加了阵列式喷头的使用寿命，而且保证了打印效率，降低了企业的成本。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的可以检测和矫正的3D打印喷头的结构示意图；
图2为可以检测和矫正的3D打印喷头上喷头架的后侧结构示意图；
图3为可以检测和矫正的3D打印喷头上阵列式喷头、测距装置与喷头架的拆分结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图对本发明进一步详细说明。
实施例1
如图1至图3所示，本发明提供的可以检测和矫正的3D打印喷头，包括：导轨架1、喷头架2、阵列式喷头3、测距装置4、图像扫描装置、驱动装置和中央处理系统。
喷头架2滑动设置在导轨架1上。具体地，导轨架1下端连接有导轴11，导轨架1上端设有导槽12，喷头架2下端固接有自润滑套筒21，自润滑套筒21与导轴11滑动配合，喷头架2上端与导槽12滑动配合。
驱动装置与喷头架2连接，驱动装置用于驱动喷头架2左右往复移动。进一步，驱动装置包括电机、连接在导轨架1上的两个同步轮51以及套设在两个同步轮51上的同步带52，电机优选为伺服电机，同步带52一端与固设在导轨架1后侧的固定块13固接，同步带52另一端固接有连接块14，连接块14与固定块13通过锁紧装置连接在一起。
锁紧装置包括螺杆61，螺杆61一端穿过连接块14上的过孔与固定块13上的螺纹孔螺纹连接从而将两者连接在一起。进一步，锁紧装置6还包括螺母62，螺母62与螺杆61螺纹配合，且螺母62一侧与固定块13处于锁紧状，防止螺杆61与固定块13的连接产生松动。
图像扫描装置集成于测距装置4内，或者图像扫描装置与测距装置4是两个独立的并连接在一起，本实施例优选图像扫描装置集成于测距装置4内。
测距装置4为激光位移传感器、超声波测距传感器、红外线测距传感器、雷达测距传感器中的任一种，本实施例优选测距装置4为激光位移传感器。
图像扫描装置为CMOS、CCD、CIS中的任一种，本实施例优选图像扫描装置为CMOS。在其他实施例中，图像扫描装置也可以为颜色传感器。
测距装置4用于扫描阵列式喷头3打印的切片层的各像素点的厚度信息并上传至中央处理系统，图像扫描装置用于扫描阵列式喷头3打印的切片层的各像素点的颜色坐标值信息并上传至中央处理系统。
阵列式喷头3和测距装置4固设于喷头架2的下端。进一步，喷头架2上有两个通孔20，阵列式喷头3设于其中一个通孔20内，测距装置4设于其中另一个通孔20内。阵列式喷头3上的喷孔、测距装置4的扫描端和图像扫描装置的扫描端均朝下设置。
导轨架1上连接有光栅格条15。进一步，光栅格条15两端分别连接有拉簧16，拉簧16与导轨架1弹性连接。
喷头架2上连接有光栅信号采集器22，光栅信号采集器22的信号采集端与光栅格条15配合，光栅信号采集器22用于采集阵列式喷头3移动的实时坐标。
阵列式喷头3、测距装置4、电机、图像扫描装置和光栅信号采集器22与中央处理系统电连接。进一步，中央处理系统包括电脑和单片机，电脑与单片机电连接，单片机与阵列式喷头3、测距装置4、电机、图像扫描装置和光栅信号采集器22电连接，电脑集成有信息接收模块、信息发送模块、信息处理模块、存储模块、图像比对模块和程序生成模块，用于收发信息、处理信息、图像比对处理及生成打印指令。
实施例2
本发明提供的可以检测和矫正的3D打印机，包括实施例1中的可以检测和矫正的3D打印喷头。
实施例3
本发明提供的可以检测和实现矫正打印的方法，该方法中应用到中央处理系统、阵列式喷头、测距装置和图像扫描装置,中央处理系统包括电脑和单片机，电脑集成有信息接收模块、信息发送模块、信息处理模块、存储模块、图像比对模块和程序生成模块，电脑用于收发信息、处理信息、图像比对处理及生成打印指令，电脑上存储有阵列式喷头上的喷孔理论打印的每一切片层各个像素点的颜色坐标(预设的颜色坐标)、以及设定有每一切片层各个像素点的理论高度值、高度缺失阀值、色差阀值，电脑与单片机电连接，单片机与阵列式喷头、测距装置和图像扫描装置电连接，其中，测距装置为激光位移传感器、超声波测距传感器、红外线测距传感器、雷达测距传感器中的任一种，优选测距装置为激光位移传感器，图像扫描装置为CMOS、CCD、CIS中的任一种，优选图像扫描装置为CMOS。测距装置和图像扫描装置与阵列式喷头均安装在喷头架上，随喷头架同步移动，测距装置可以在阵列式喷头打印的同时进行扫描，也可以在阵列式喷头打印一切片层结束后进行扫描，根据打印物体的材质进行设定，图像扫描装置可以在阵列式喷头打印的同时进行扫描，也可以在阵列式喷头打印一切片层结束后进行扫描，根据打印物体的材质进行设定。
可以检测和实现矫正打印的方法包括以下步骤：
S1、电脑通过单片机控制阵列式喷头执行第一切片层的打印指令进行打印。
S2、测距装置扫描阵列式喷头打印的各个像素点的高度信息，并将扫描的高度信息通过单片机上传至电脑。
S3、电脑将接收的高度信息转换成实际高度值并与其上预设的理论高度值相减计算出实际高度缺失值，并将计算出的实际高度缺失值与其上预设的高度缺失阀值进行比对；
比对结果得出实际高度缺失值小于高度缺失阀值，表明未发生堵头，则电脑通过单片机控制阵列式喷头执行下一切片层的打印指令进行打印；
比对结果存在一个或多个像素点的实际高度缺失值大于高度缺失阀值，表明可能发生堵头(测距装置扫描的高度信息存一定失准几率，并不代表扫描的高度信息全部是准确的)，则电脑通过单片机控制图像扫描装置对阵列式喷头打印的切片层的各个像素点进行扫描，之后图像扫描装置将扫描的各个像素点的颜色坐标值通过单片机上传至电脑。
S4、电脑将接收的切片层的各个像素点的颜色坐标与其上预设的颜色坐标进行比对计算出各像素点的色差值，之后电脑将计算出的各像素点的色差值与其上预设的色差阀值进行比对；
比对结果得出各像素点的色差值均小于等于电脑上预设的色差阀值，表明未发生堵头，则电脑通过单片机控制阵列式喷头执行下一切片层的打印指令进行打印；
比对结果存在一个或多个像素点的色差值大于电脑上预设的色差阀值，表明发生堵头，存在打印缺陷，则电脑通过色差值大于色差阀值之处的像素点的颜色坐标计算出阵列式喷头上上次打印该像素点的喷孔A位置。
S5、电脑根据实际高度缺失值大于高度缺失阀值且色差值大于色差阀值之处的像素点的实际高度缺失值和颜色坐标自动生成修复打印指令。
S6、电脑指定与所述喷孔A较近的同一水平打印运动方向的同色喷孔B为打印主体执行步骤S5中的修复打印指令。
S7、重复S2至S6步骤，直至打印结束。
当步骤S6结束后，若后续未执行的打印指令中还有喷孔A执行的打印指令，则电脑自动设定喷孔B代替喷孔A执行其未执行的打印指令。
采用本方法，当阵列式喷头上的喷孔发生堵头，会导致3D打印件上该喷孔对应的像素点的材料缺失，材料缺失会引起打印高度缺失和颜色色差，本申请的方法通过测距装置、图像扫描装置和中央处理系统可以检测出阵列式喷头在打印中是否发生堵头，以及发生堵头后哪些位置存在漏打印，并能实现对漏打印位置进行再次打印修复，不需要对阵列式喷头更换，可以继续实现打印，不仅增加了阵列式喷头的使用寿命，而且保证了打印效率，降低了企业的成本；另外，通过各像素点的色差值与预设色差阀值的比对可以排除测距装置发生错误测量导致的错误修复打印的发生，保证打印的准确性。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.可以检测和实现矫正打印的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、阵列式喷头执行第一切片层的打印指令进行打印；
S2、测距装置扫描所述阵列式喷头打印的第一切片层的各个像素点的高度信息，并将扫描的高度信息上传至中央处理系统；
S3、中央处理系统将接收的高度信息转换成实际高度值并与其上预设的理论高度值相减计算出实际高度缺失值，并将计算出的实际高度缺失值与其上预设的高度缺失阀值进行比对；
比对结果得出所述实际高度缺失值小于高度缺失阀值，表明未发生堵头，则中央处理系统控制阵列式喷头执行下一切片层的打印指令进行打印；
比对结果存在一个或多个像素点的实际高度缺失值大于高度缺失阀值，表明可能发生堵头，则中央处理系统控制图像扫描装置对所述阵列式喷头喷绘的切片层的各个像素点进行扫描，之后图像扫描装置将扫描的各个像素点的颜色坐标值上传至中央处理系统；
S4、中央处理系统将接收的切片层的各个像素点的颜色坐标与其上预设的颜色坐标进行比对计算出各像素点的色差值，之后中央处理系统将计算出的各像素点的色差值与其上预设的色差阀值进行比对；
比对结果得出各像素点的色差值均小于等于中央处理系统上预设的色差阀值，表明未发生堵头，则中央处理系统控制阵列式喷头执行下一切片层的打印指令进行打印；
比对结果存在一个或多个像素点的色差值大于中央处理系统上预设的色差阀值，表明发生堵头，则中央处理系统通过色差值大于色差阀值之处的像素点的颜色坐标计算出阵列式喷头上上次打印该像素点的喷孔A位置；
S5、中央处理系统根据所述实际高度缺失值大于高度缺失阀值且色差值大于色差阀值之处的像素点的实际高度缺失值和颜色坐标生成修复打印指令；
S6、中央处理系统指定与所述喷孔A较近的同一水平打印运动方向的同色喷孔B为打印主体执行所述修复打印指令；
S7、重复S2至S6步骤，直至打印结束。
2.根据权利要求1所述的可以检测和实现矫正打印的方法,其特征在于，当步骤S6结束后，若后续未执行的打印指令中还有喷孔A执行的打印指令，则中央处理系统设定喷孔B代替喷孔A执行其未执行的打印指令。
3.根据权利要求1所述的可以检测和实现矫正打印的方法，其特征在于，所述测距装置为激光位移传感器、超声波测距传感器、红外线测距传感器、雷达测距传感器中的任一种。
4.根据权利要求1所述的可以检测和实现矫正打印的方法，其特征在于，所述图像扫描装置为CMOS、CCD、CIS中的任一种。
5.根据权利要求1所述的可以检测和实现矫正打印的方法,其特征在于，所述测距装置和图像扫描装置与所述阵列式喷头均安装在喷头架上。
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