CN116159778A - 一种基于3d打印技术的质量检测方法及系统 - Google Patents

一种基于3d打印技术的质量检测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于3D打印技术的质量检测方法，在3D打印设备的制品生出区域的预设多个位置，设置单目摄像装置，通过所述单目摄像装置采集预设位置上的制品二维图像，采集的3D制品的二维图像的时刻为在三维打印过程中的预设时刻，获取3D打印模型数据，并通过根据所述预设多个位置的预设参数，获取与预设位置对应的二维模型数据，所述预设参数包括角度和距离；通过在预设多个位置的采集图像进行不同的质量权重分配，最后在评估全部预设位置的采集的二维图像与3D模型数据的相同位置对应的二维图像的对比；根据所述对比结果进行全部位置的加权处理得到最终制品的质量分值，当所述质量分值小于预设值时判断3D打印制品为不合格。

Description

一种基于3D打印技术的质量检测方法及系统
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种基于3D打印技术的质量检测方法及系统。
背景技术
3D打印机又称三维打印机，被称为增材制造技术，是一种利用快速成型技术的机器，以数字模型文件为基础，采用成型材料，通过逐层打印的方式来构造三维的实体。在打印前，需要利用计算机建模软件建模，形成待打印的3D模型，再将建成的3D模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导3D打印机逐层打印。3D打印机在产品制造业获得了广泛的应用，3D打印机的工作原理和传统打印机基本相同，由控制组件、机械组件、打印头、耗材(即成型材料)和介质等组成，打印原理也基本类似。
现有的3D打印机的制品质量分析管控系统无法直观的向工作人员展示生产质量情况并且质量监督的方式更多的是通过工作人员进行监督或者是采用复杂的三维图像坐标对比的方式进行相似度对比，例如现有技术中国专利CN201710886339.X公开了一种三维模型与机器视觉相结合的3D打印产品质量检测与修复方法，其中，详细公开了打印产品的质量检测方法为“100、对3D打印产品进行质量评价，首先对3D打印产品进行扫描，得到产品对应的点云数据，将打印产品对应的STL模型与扫描的点云进行对齐得到质量评价和模型与点云数据之间的误差；200、产品位置初始化，产品位置初始化即确定打印产品放入到机械系统对应的世界坐标下；300、将世界坐标与模型坐标对齐，将模型与点云数据之间的误差对应到世界坐标下；400、根据得到的世界坐标与相应的误差，可视化显示产品模型与点云数据之间的误差分布，并对不同的3D打印产品选用相应的路径规划，实现修复”，即现有的3D打印制品的质量检测是采用的点云数据的评估对比，采用了较为复杂的数据转换和处理，不利于大量打印时的质量监督，因此，本发明旨在提供了一种基于机器视觉的快速3D制品的评估和质量检测方法。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明公开了一种基于3D打印技术的质量检测方法，所述质量检测方法包括如下步骤：
步骤1，在3D打印设备的制品生出区域的预设多个位置，设置单目摄像装置，通过所述单目摄像装置采集预设位置上的制品二维图像，其中，采集的3D制品的二维图像的时刻为在三维打印过程中的预设时刻；
步骤2，获取3D打印模型数据，并通过根据所述预设多个位置的预设参数，获取与预设位置对应的二维模型数据，其中，所述预设参数包括角度和距离；
步骤3，通过在预设多个位置的采集图像进行不同的质量权重分配，最后在评估全部预设位置的采集的二维图像与3D模型数据的相同位置对应的二维图像的对比；
步骤4，根据所述对比结果进行全部位置的加权处理得到最终制品的质量分值，当所述质量分值小于预设值时判断3D打印制品为不合格。
更进一步地，所述预设多个位置为三个位置，即为3D打印制品的三视图视角方向对应的三个位置，单目摄像装置到打印制品的距离为预先安装的距离。
更进一步地，当预设的多个位置数量为3时，则最终的质量分值Q的计算表达式如下：
Q＝q1×k1+q2×k2+q3×k3
其中，q1为第一预设位置的质量分数，k1为第一预设位置对应的权重；q2为第二预设位置的质量分数，k2为第二预设位置对应的权重；q3为第三预设位置的质量分数，k3为第三预设位置对应的权重。
更进一步地，其中不同位置的质量分数计算方法为对于采集图像进行灰度化处理，然后对于采集的二维图像和生成的3D模型数据的相同位置对应的二维图像进行同尺寸缩放，之后计算两者的余弦相似度，计算得到的余弦相似度即为该位置的质量分数。
更进一步地，不用位置分配的权重为管理者预先设置的权重值，其显现为不同位置对应于质量评估过程中的重要程度。
从硬件角度出发，本发明还公开了一种基于3D打印技术的质量检测系统，所述质量检测系统包括如下功能模块：
图像采集模块，在3D打印设备的制品生出区域的预设多个位置，设置单目摄像装置，通过所述单目摄像装置采集预设位置上的制品二维图像，其中，采集的3D制品的二维图像的时刻为在三维打印过程中的预设时刻；
模型数据处理模块，获取3D打印模型数据，并通过根据所述预设多个位置的预设参数，获取与预设位置对应的二维模型数据，其中，所述预设参数包括角度和距离；
质量计算模块，通过在预设多个位置的采集图像进行不同的质量权重分配，最后在评估全部预设位置的采集的二维图像与3D模型数据的相同位置对应的二维图像的对比；
质量评估模块，根据所述对比结果进行全部位置的加权处理得到最终制品的质量分值，当所述质量分值小于预设值时判断3D打印制品为不合格。
更进一步地，所述图像采集模块进一步包括：所述预设多个位置为三个位置，即为3D打印制品的三视图视角方向对应的三个位置，单目摄像装置到打印制品的距离为预先安装的距离。
更进一步地，质量评估模块进一步包括当预设的多个位置数量为3时，则最终的质量分值Q的计算表达式如下：
Q＝q1×k1+q2×k2+q3×k3
其中，q1为第一预设位置的质量分数，k1为第一预设位置对应的权重；q2为第二预设位置的质量分数，k2为第二预设位置对应的权重；q3为第三预设位置的质量分数，k3为第三预设位置对应的权重。
更进一步地，不同位置的质量分数计算方法为对于采集图像进行灰度化处理，然后对于采集的二维图像和生成的3D模型数据的相同位置对应的二维图像进行同尺寸缩放，之后计算两者的余弦相似度，计算得到的余弦相似度即为该位置的质量分数。
更进一步地，不用位置分配的权重为管理者预先设置的权重值，其显现为不同位置对应于质量评估过程中的重要程度。
本发明与现有技术相比，有益效果为：本发明采用多个角度的二维图像对比的方法实现3D打印制品的效果检测，在本发明中，可以对不同打印阶段的制品进行拍照，通过对不同角度的采集图像进行不同的质量权重分配，最后在进行综合评估全部预设角度的采集的二维图像与3D模型数据的相同角度对应的二维图像的对比的评估，以此极大的减少了数据转换的时长，并提高了对比效率，适应于高速或者大量的三维打印工作作业中。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在图中，在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明的一种光固化3D打印机的质量检测方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示的一种基于3D打印技术的质量检测方法，所述质量检测方法包括如下步骤：
步骤1，在3D打印设备的制品生出区域的预设多个位置，设置单目摄像装置，通过所述单目摄像装置采集预设位置上的制品二维图像，其中，采集的3D制品的二维图像的时刻为在三维打印过程中的预设时刻；
步骤2，获取3D打印模型数据，并通过根据所述预设多个位置的预设参数，获取与预设位置对应的二维模型数据，其中，所述预设参数包括角度和距离；
步骤3，通过在预设多个位置的采集图像进行不同的质量权重分配，最后在评估全部预设位置的采集的二维图像与3D模型数据的相同位置对应的二维图像的对比；
步骤4，根据所述对比结果进行全部位置的加权处理得到最终制品的质量分值，当所述质量分值小于预设值时判断3D打印制品为不合格。
更进一步地，所述预设多个位置为三个位置，即为3D打印制品的三视图视角方向对应的三个位置，单目摄像装置到打印制品的距离为预先安装的距离。
更进一步地，当预设的多个位置数量为3时，则最终的质量分值Q的计算表达式如下：
Q＝q1×k1+q2×k2+q3×k3
其中，q1为第一预设位置的质量分数，k1为第一预设位置对应的权重；q2为第二预设位置的质量分数，k2为第二预设位置对应的权重；q3为第三预设位置的质量分数，k3为第三预设位置对应的权重。
更进一步地，其中不同位置的质量分数计算方法为对于采集图像进行灰度化处理，然后对于采集的二维图像和生成的3D模型数据的相同位置对应的二维图像进行同尺寸缩放，之后计算两者的余弦相似度，计算得到的余弦相似度即为该位置的质量分数。
更进一步地，不用位置分配的权重为管理者预先设置的权重值，其显现为不同位置对应于质量评估过程中的重要程度。
从硬件角度出发，本发明还公开了一种基于3D打印技术的质量检测系统，所述质量检测系统包括如下功能模块：
图像采集模块，在3D打印设备的制品生出区域的预设多个位置，设置单目摄像装置，通过所述单目摄像装置采集预设位置上的制品二维图像，其中，采集的3D制品的二维图像的时刻为在三维打印过程中的预设时刻；
模型数据处理模块，获取3D打印模型数据，并通过根据所述预设多个位置的预设参数，获取与预设位置对应的二维模型数据，其中，所述预设参数包括角度和距离；
质量计算模块，通过在预设多个位置的采集图像进行不同的质量权重分配，最后在评估全部预设位置的采集的二维图像与3D模型数据的相同位置对应的二维图像的对比；
质量评估模块，根据所述对比结果进行全部位置的加权处理得到最终制品的质量分值，当所述质量分值小于预设值时判断3D打印制品为不合格。
更进一步地，所述图像采集模块进一步包括：所述预设多个位置为三个位置，即为3D打印制品的三视图视角方向对应的三个位置，单目摄像装置到打印制品的距离为预先安装的距离。
更进一步地，质量评估模块进一步包括当预设的多个位置数量为3时，则最终的质量分值Q的计算表达式如下：
Q＝q1×k1+q2×k2+q3×k3
其中，q1为第一预设位置的质量分数，k1为第一预设位置对应的权重；q2为第二预设位置的质量分数，k2为第二预设位置对应的权重；q3为第三预设位置的质量分数，k3为第三预设位置对应的权重。
更进一步地，不同位置的质量分数计算方法为对于采集图像进行灰度化处理，然后对于采集的二维图像和生成的3D模型数据的相同位置对应的二维图像进行同尺寸缩放，之后计算两者的余弦相似度，计算得到的余弦相似度即为该位置的质量分数。
更进一步地，不用位置分配的权重为管理者预先设置的权重值，其显现为不同位置对应于质量评估过程中的重要程度。
在本实施例中，优选的采用的不同位置对于采集的3D打印制品的图像计算质量分数的方法为：
Figure BDA0004047089700000061
Figure BDA0004047089700000071
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。因此，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种基于3D打印技术的质量检测方法，其特征在于，所述质量检测方法包括如下步骤：
步骤1，在3D打印设备的制品生出区域的预设多个位置，设置单目摄像装置，通过所述单目摄像装置采集预设位置上的制品二维图像，其中，采集的3D制品的二维图像的时刻为在三维打印过程中的预设时刻；
步骤2，获取3D打印模型数据，并通过根据所述预设多个位置的预设参数，获取与预设位置对应的二维模型数据，其中，所述预设参数包括角度和距离；
步骤3，通过在预设多个位置的采集图像进行不同的质量权重分配，最后在评估全部预设位置的采集的二维图像与3D模型数据的相同位置对应的二维图像的对比；
步骤4，根据所述对比结果进行全部位置的加权处理得到最终制品的质量分值，当所述质量分值小于预设值时判断3D打印制品为不合格。
2.如权利要求1所述的一种基于3D打印技术的质量检测方法，其特征在于，所述预设多个位置为三个位置，即为3D打印制品的三视图视角方向对应的三个位置，单目摄像装置到打印制品的距离为预先安装的距离。
3.如权利要求2所述的一种基于3D打印技术的质量检测方法，其特征在于，当预设的多个位置数量为3时，则最终的质量分值Q的计算表达式如下：
Q＝q1×k1+q2×k2+q3×k3
其中，q1为第一预设位置的质量分数，k1为第一预设位置对应的权重；q2为第二预设位置的质量分数，k2为第二预设位置对应的权重；q3为第三预设位置的质量分数，k3为第三预设位置对应的权重。
4.如权利要求3所述的一种基于3D打印技术的质量检测方法，其特征在于，其中不同位置的质量分数计算方法为对于采集图像进行灰度化处理，然后对于采集的二维图像和生成的3D模型数据的相同位置对应的二维图像进行同尺寸缩放，之后计算两者的余弦相似度，计算得到的余弦相似度即为该位置的质量分数。
5.如权利要求4所述的一种基于3D打印技术的质量检测方法，其特征在于，不用位置分配的权重为管理者预先设置的权重值，其显现为不同位置对应于质量评估过程中的重要程度。
6.一种基于3D打印技术的质量检测系统，其特征在于，所述质量检测系统包括如下功能模块：
图像采集模块，在3D打印设备的制品生出区域的预设多个位置，设置单目摄像装置，通过所述单目摄像装置采集预设位置上的制品二维图像，其中，采集的3D制品的二维图像的时刻为在三维打印过程中的预设时刻；
模型数据处理模块，获取3D打印模型数据，并通过根据所述预设多个位置的预设参数，获取与预设位置对应的二维模型数据，其中，所述预设参数包括角度和距离；
质量计算模块，通过在预设多个位置的采集图像进行不同的质量权重分配，最后在评估全部预设位置的采集的二维图像与3D模型数据的相同位置对应的二维图像的对比；
质量评估模块，根据所述对比结果进行全部位置的加权处理得到最终制品的质量分值，当所述质量分值小于预设值时判断3D打印制品为不合格。
7.如权利要求6所述的一种基于3D打印技术的质量检测系统，其特征在于，所述图像采集模块进一步包括：所述预设多个位置为三个位置，即为3D打印制品的三视图视角方向对应的三个位置，单目摄像装置到打印制品的距离为预先安装的距离。
8.如权利要求7所述的一种基于3D打印技术的质量检测系统，其特征在于，质量评估模块进一步包括当预设的多个位置数量为3时，则最终的质量分值Q的计算表达式如下：
Q＝q1×k1+q2×k2+q3×k3
其中，q1为第一预设位置的质量分数，k1为第一预设位置对应的权重；q2为第二预设位置的质量分数，k2为第二预设位置对应的权重；q3为第三预设位置的质量分数，k3为第三预设位置对应的权重。
9.如权利要求8所述的一种基于3D打印技术的质量检测系统，其特征在于，不同位置的质量分数计算方法为对于采集图像进行灰度化处理，然后对于采集的二维图像和生成的3D模型数据的相同位置对应的二维图像进行同尺寸缩放，之后计算两者的余弦相似度，计算得到的余弦相似度即为该位置的质量分数。
10.如权利要求9所述的一种基于3D打印技术的质量检测系统，其特征在于，不用位置分配的权重为管理者预先设置的权重值，其显现为不同位置对应于质量评估过程中的重要程度。
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