CN116834284A - 一种控制牙模3d打印托盘放置的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制牙模3D打印托盘放置的系统及方法，属于牙科器械制造技术领域。所述系统包括偏差检测装置、施力装置和控制装置，所述偏差检测装置用于检测打印平台上第一位置处的偏差；所述施力装置用于向托盘上与第一位置相对应的第二位置处施加控制力；所述控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘的第二位置施加的控制力的顺序和大小。所述方法基于系统相应实现。本发明控制装置根据偏差检测装置检测的打印平台的偏差值，控制施力装置如何对托盘施加控制力，从而减少托盘对打印平台的瞬间撞击，使得托盘安装到打印平台上后，打印平台的偏差处于要求的范围之内，保证牙模打印的质量。

Description

一种控制牙模3D打印托盘放置的系统及方法

技术领域

本发明属于牙科器械制造技术领域，具体涉及一种控制牙模3D打印托盘放置的系统及方法。

背景技术

隐形牙齿矫治器由于其便于拆戴、舒适美观等特点，逐渐被患者所接受。在隐形矫治器制造过程中，首先根据牙颌的数字模型，通过3D打印技术，制备出实体牙模(牙颌模型、牙齿模型)，然后将高分子材料膜片采用热压成型的工艺在实体的牙模上形成包含牙齿形状的壳状隐形矫治器，最后再通过切割、抛光、清洗、消毒、包装等工艺流程，形成最终的可用于患者佩戴的隐形矫治器。由于隐形矫治器对制造精度要求较高，其精度的高低直接决定患者牙齿的矫正效果，严重的甚至会引发医疗事故。其中，牙模的质量直接决定了矫治器质量是否合格。如果牙颌模型质量不合格，也就不能用于后续工序。而牙模的质量，主要受到3D打印工艺的影响。目前牙模主要是采用树脂材料，然后逐层的进行打印。

目前，用于打印牙模的3D打印机，通常是直接将牙模打印在打印机的打印平台上，打印完成后，利用工具将打印完成的牙模铲下来，然后再打印下一个。但由于打印机的操作空间很小，使得操作人员动作受限；其次，采用人工铲的方式，容易造成产品损坏，并且效率非常低，尤其是针对牙模这种对精度要求较高，且生产批量大的产品。

针对上述问题，现有3D打印技术中提出，在打印平台上设置一个托盘(或底板、载板等)，然后将产品打印在托盘上。在打印开始前，将托盘放置在打印平台上，然后在打印平台上将产品打印成型；打印完成后，产品是粘在托盘上的，此时将托盘从打印平台上取下，将整个托盘连同产品一同拿到打印机外部，在打印机外部将产品取下。当粘有产品的拖盘取出时，可以换上新的托盘进行打印。

例如在进行牙模打印时，由于牙模尺寸较小，可以在一个托盘上打印多个牙模，打印完成后，将托盘取出，在打印机外部将牙模取下，同时换上新托盘继续进行打印。

在托盘放置在打印平台上时，需要将托盘锁定在打印平台上，现有技术中，为了便于快速固定和拆卸，多采用磁吸的方式，通过设置磁铁，将托盘吸附在打印平台上。然而对于现有的打印牙模的3D打印机，在利用树脂材料进行打印时，每打印一层，都需要用刮板刮平，然后再打印下一层，在进行刮平操作时，由于切向力很大，这就需要托盘能承受较大的切向力，而仅用磁吸的话，可能难以提供足够的切向力，导致在进行刮平操作时，托盘发生位移，因此本领域技术人员利用配合点位销对托盘进行固定，同时定位销还具有定位作用，在安装托盘时，利用销进行定位，然后在利用磁吸吸住。

对于打印牙模的打印机或者很多3D打印机而言，打印平台是可以升降的，其结构原理类似图1示意，升降机构2都是位于打印平台1的一侧，另一侧是悬空的，类似一悬臂结构。

由于牙模每批次都需要大量制备，单纯依靠人工操作，效率比较低，因此本领域的技术人员设计了自动化的生产线，利用机械手进行托盘的上料和下料。在利用机械手进行托盘上料时，机械手抓取托盘达到打印平台上方，然后对准定位销，将托盘放下。然而定位销与托盘通常采用的是过渡配合，当托盘放置后，托盘与打印平台存在一定的间隙，为了消除这个间隙，通常会用机械手给托盘一个下压力，将托盘直接下压到位；或者，对于利用磁吸的情况，可以较大的磁吸力，将托盘瞬间吸附到打印平台上。然而，针对前文所述的3D打印机的结构，当进行上述操作时，托盘会对打印平台造成一个瞬间的冲击，使得打印平台产生一个向下偏差，为了保证打印精度，该偏差必须控制在合理范围内，例如打印牙模时，要求控制在30丝(0.3mm)以内。

此外，虽然打印机在进行打印前需要进行调平，但调平操作通常也是放置托盘前，并且即使经过调平，也难以做到绝对水平，也只是将偏差控制在一个合理范围内。而托盘放置的动作，非常容易使得偏差超过合理范围，从而导致最终打印出的牙模不合格。

发明内容

为了在利用机械手向打印机的打印平台上放置打印托盘时，避免由于机械手的动作或者锁紧力的作用造成打印平台的偏差超过合理范围，本发明提供一种控制牙模3D打印托盘放置的系统及方法，从而控制托盘的放置过程，以尽可能避免偏差超过范围，导致打印的牙模不合格。

第一方面，本发明提供一种控制牙模3D打印托盘放置的系统，包括：

偏差检测装置，所述偏差检测装置用于检测打印平台上第一位置处的偏差，所述第一位置为设置有定位销的位置；

施力装置，所述施力装置用于向托盘上与第一位置相对应的第二位置处施加控制力；

控制装置，所述控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘的第二位置处施加的控制力的顺序和大小。

进一步地，所述打印平台上设置4个定位销，定位托盘的4个角或4个边，第一位置形成于定位销处或定位销附近，偏差检测装置同时检测4个位置处的偏差。

进一步地，控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘的第二位置施加控制力的顺序包括：

获取四个第一位置处的偏差值Δx1，Δx2，Δx3，Δx4；

选择最小的偏差值所对应的第一位置，并以该位置对应的第二位置作为基准；

根据基准，施力装置首先对与基准对角的第二位置施加控制力，然后同时对两个非对角的第二位置施加控制力，最后同时对4个第二位置进行施加控制力。

进一步地，所述控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘的第二位置处施加控制力的大小包括：

偏差值越小，施加的控制力越大，施加的控制力满足：施加控制力时，相应位置处的偏差变化在要求范围内。

进一步地，所述施力装置包括设置在打印平台上的电磁铁和对应设置在托盘上的磁性部件，所述控制器根据第一位置处的偏差值控制通入电磁铁的电流，控制施加给托盘的控制力的大小。

进一步地，所述偏差检测装置为激光测距或视觉测距。

第二方面，本发明提供一种控制牙模3D打印托盘放置的方法，包括：

偏差检测装置检测打印平台第一位置处的偏差，所述第一位置为设置有定位销的位置；

控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘上与第一位置对应的第二位置处施加的控制力的顺序和大小。

进一步地，所述打印平台上设置4个定位销，形成4个第一位置，对应的托盘上具备4个第二位置，控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘的第二位置施加控制力的顺序包括：

获取四个第一位置处的偏差值Δx1，Δx2，Δx3，Δx4；

选择最小的偏差值所对应的第一位置，并以该位置对应的第二位置作为基准；

根据基准，施力装置首先对与基准对角的第二位置施加控制力，然后同时对两个非对角的第二位置施加控制力，最后同时对4个第二位置进行施加控制力。

进一步地，所述控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘的第二位置施加控制力的大小包括：

偏差值越小，施加的控制力越大，施加的控制力满足：施加控制力时，相应位置处的偏差变化在要求范围内。

本发明的系统包括偏差检测装置、施力装置和控制装置，控制装置根据偏差检测装置检测的打印平台的偏差值，控制施力装置如何对托盘施加控制力，从而减少托盘对打印平台的瞬间撞击，使得托盘安装到打印平台上后，打印平台的偏差处于要求的范围之内，从而保证牙模打印的质量。相应的方法，可以基于该系统，控制托盘在放置时，不会使得打印平台的偏差超过要求的范围，从而保证了牙模的打印质量。

附图说明

图1为本发明实施例中向打印平台放置托盘时的示意图；

图2为本发明实施例中系统的系统框图；

图3为本发明实施例中系统的示意图；

图4为本发明实施例中定位销的位置示意图；

图5为本发明实施例中定位销的位置示意图(另一方式)；

图6为本发明实施例中方法的流程图；

图7为本发明实施例中控制施力顺序的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明适用于图1所示意类型的3D打印机，这种3D打印机升降机构2位于打印平台一侧，整个打印平台1呈悬臂结构。采用这种类型的3D打印机，当将托盘3通过机械手放置在打印平台100时，由于定位销的存在，必须给托盘一个向下的作用力，然而如果该力控制不当，将导致打印平台的偏差Δx超过需求范围，从而导致打印出的牙模不合格。因此，本发明首先提供一种控制牙模3D打印托盘放置的系统，根据图2，该系统包括：偏差检测装置5、施力装置6和控制装置4，其中，偏差检测装置5用于检测打印平台1上第一位置9处的偏差，说明的是，这里提到的第一位置9是指打印平台上设置定位销的位置，由于打印平台上设置不只有一个定位销，而是多个定位销，因此第一位置9限定的不是一个位置，其数量与定位销数量一致，例如，如果在打印平台1上设置4个定位销来对托盘进行定位，那么第一位置实际上是指4个位置，参见图4和图5示意。

施力装置6用于向托盘3上与第一位置9相对应的第二位置10处施加控制力。与第一位置9类似，第二位置10也不是限制在一个位置处，而是与第一位置9的数量保持一致，并互相对应。

说明的是，托盘3上设置有与定位销相对应的销孔，当托盘放置在打印平台上时，销孔也就和销相对应，那么托盘3上的相应位置也就与第一位置9相对应，即第二位置10。进一步说明的是，本文所述的“位置”不局限于一点，而是一个区域。

控制装置4根据第一位置9处的偏差值，控制施力装置6对托盘3的第二位置10处施加的控制力的顺序和大小。

本发明中，控制装置根据偏差检测装置检测的打印平台的偏差值，控制施力装置如何对托盘施加控制力，从而减少托盘对打印平台的瞬间撞击，使得托盘安装到打印平台上后，打印平台的偏差处于要求的范围之内，从而保证牙模打印的质量。

在本发明的实施例中，打印平台1上设置4个定位销，利用4个定位销可以定位托盘的4个角或者4个边，托盘为矩形。例如图4所示中，4个定位销设置在打印平台的4个角，这样可以通过定位托盘的4个角将托盘定位；再例如图5所示，4个定位销设置在打印平台的4个边缘，这样可以通过定位托盘的4个边缘从而将托盘3定位。

在本发明的实施例中，偏差检测装置5可以采用激光测距或者视觉测距，无论是采用激光测距还是视觉测距，偏差检测装置5可以设置在打印平台下方，如图3示意，具体的数量需根据定位销的数量进行设置。例如，在一个实施例中，采用激光测距，以激光测距装置5可以为激光测距仪，激光测距仪设置在打印平台1下方，激光测距仪与控制装置连接，通过实施测量打印平台的位置，从而计算出打印平台的偏差。对于激光测距的原理，属于公知技术，本文就不做过多赘述。

再例如，在另一个实施例中，采用视觉测距，偏差检测装置5可以包括相机和投影机，利用摄影机向打印平台投射信号，然后相机进行采集；或者直接采用TOF相机等，对于视觉测距原理，现有技术中多有公开，此处也不再过多赘述。利用通常意义的视觉测距方法，可能需要投影机与相机的组合，这样可能不便于安装。因此，偏差检测装置5可以使用工业相机，在打印平台的第一位置处设置标记点，通过拍摄标记点的图像来计算标记点的位置变化，从而根据标记点的位置变化来计算出第一位置的偏差，对于这类机器视觉方法，现有技术中也多有公开。

在本发明的实施例中，设置4个定位销，控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘的第二位置施加控制力的顺序包括以下步骤，参阅图7：

步骤S201：获取四个第一位置处的偏差值Δx1，Δx2，Δx3，Δx4；

步骤S202：选择最小的偏差值所对应的第一位置，并以该位置对应的第二位置作为基准；

步骤S203：根据基准，施力装置首先对与基准对角的第二位置施加控制力，然后同时对两个非对角的第二位置施加控制力，最后同时对4个第二位置进行施加控制力。

通过上述的步骤，可以使得整个托盘受力更加均匀。例如，结合图4或图5所示，对于第一位置，位置①处的偏差值为Δx1，位置②处的偏差值为Δx2，位置③处的偏差值为Δx3，位置④处的偏差值为Δx4，假设Δx1的值最小，那么对于第二位置，选择位置①处作为基准。基准确定后，对于第二位置，首先对位置①的对角位置③施加控制力，对位置③处施加完控制力后，同时对位置①的两个非对角位置，位置②和位置④施加控制力；最后再同时对位置①、②、③、④同时施加控制力。

对于特殊情况，例如Δx1，Δx2，Δx3，Δx4的值相同，则可以随机选择任一位置作为基准，然后再按照上述的流程施加控制力。

进一步地，在本发明实施例中，控制装置4根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘施加的控制力的大小包括：偏差值越小，施加的控制力越大，施加的控制力满足条件为：施加控制力时，相应位置处的偏差变化在要求范围内。例如，如果Δx2小于Δx3的值，则施加在位置②处的控制力小于施加在位置③处的控制力，在施加控制力时，根据偏差检测装置实时检测个位置的偏差，保证在施加控制力的过程中，相应位置处的偏差变化在要求范围内。

进一步地，在本发明的实施例中，参考图3，施力装置6包括设置在打印平台1上的电磁铁7和对应设置在托盘上的磁性部件8，电磁铁7连接控制装置4，控制装置4根据第一位置处的偏差值控制通入电磁铁的电流，从而控制施加给托盘的控制力的大小。

说明的是，在设置电磁铁时，由于电磁铁不便于直接和定位销的位置完全重合，因此在设置时，电磁铁靠近定位销即可，因此，在前文中也提到，第一位置不是一个点，而是一个区域,因此第一位置9可形成于定位销处或定位销附近即可。相应的，第二位置10也可形成于销孔处或者销孔附近。

在其他的实施例中，施力装置也可以为设置在机械手上的触点，例如设计专用的可以施力装置，施力装置可以包括多个触点，每个触点可以单独控制，当机械手将托盘置于打印平台上后，触点可以正对着定位销。在给托盘施加控制力时，单独控制每个触点给托盘施加压力。

在本发明的实施例中，当施力装置采用的是电磁铁结构时，电磁铁由控制装置进行控制，控制装置可以通过控制通入电磁铁的电流的大小，从而控制电磁铁的磁力大小。

在本发明的实施例中，对于控制装置4，可以采用PLC、工业电脑等等，与施力装置6和偏差检测装置4连接，接收偏差检测装置4的数据，并进行处理，然后根据处理结果向施力装置6发送控制信号。

第二方面，本发明的实施例中，提供一种控制牙模3D打印托盘放置的方法，结合图6所示，该方法包括以下步骤：

步骤S10：偏差检测装置检测打印平台第一位置处的偏差；对于其中的主要术语，在前文对系统的说明中已经进行了详细描述，此处就不再赘述。

步骤S20：控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘上与第一位置对应的第二位置处施加的控制力的顺序和大小。

在本发明的实施例中，打印平台上设置4个定位销，形成4个第一位置，对应的托盘上具备4个第二位置，控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘的第二位置施加控制力的顺序包括以下步骤，参阅图7：

步骤S201：获取四个第一位置处的偏差值Δx1，Δx2，Δx3，Δx4；

步骤S202：选择最小的偏差值所对应的第一位置，并以该位置对应的第二位置作为基准；

步骤S203：根据基准，施力装置首先对与基准对角的第二位置施加控制力，然后同时对两个非对角的第二位置施加控制力，最后同时对4个第二位置进行施加控制力。

在本发明的实施例中，所述控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘的第二位置施加的控制力的大小包括：偏差值越小，施加的控制力越大，施加的控制力满足：施加控制力时，相应位置处的偏差变化在要求范围内。

对于本发明所提的方法，更具体的实施可参照对于系统的介绍，此处就不再过多赘述。

本发明通过提供一种控制牙模3D打印托盘放置的系统和方法，从而对托盘放置在打印平台的过程进行控制，减少托盘在放置过程中对打印平台的瞬间撞击，使得打印平台不会超过要求的偏差范围，从而保证牙模的打印质量。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种控制牙模3D打印托盘放置的系统，其特征在于，包括：

偏差检测装置，所述偏差检测装置用于检测打印平台上第一位置处的偏差，所述第一位置为设置有定位销的位置；

施力装置，所述施力装置用于向托盘上与第一位置相对应的第二位置处施加控制力；

控制装置，所述控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘的第二位置处施加的控制力的顺序和大小。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述打印平台上设置4个定位销，定位托盘的4个角或4个边，第一位置形成于定位销处或定位销附近，偏差检测装置同时检测4个位置处的偏差。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘的第二位置处施加的控制力的顺序包括：

获取四个第一位置处的偏差值Δx1，Δx2，Δx3，Δx4；

选择最小的偏差值所对应的第一位置，并以该位置对应的第二位置作为基准；

根据基准，施力装置首先对与基准对角的第二位置施加控制力，然后同时对两个非对角的第二位置施加控制力，最后同时对4个第二位置进行施加控制力。

4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘的第二位置处施加的控制力的大小包括：

偏差值越小，施加的控制力越大，施加的控制力满足：施加控制力时，相应位置处的偏差变化在要求范围内。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述施力装置包括设置在打印平台上的电磁铁和对应设置在托盘上的磁性部件，所述控制器根据第一位置处的偏差值控制通入电磁铁的电流，控制施加给托盘的控制力的大小。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述偏差检测装置为激光测距或视觉测距。

7.一种控制牙模3D打印托盘放置的方法，其特征在于，包括：

偏差检测装置检测打印平台第一位置处的偏差，所述第一位置为设置有定位销的位置；

控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘上与第一位置对应的第二位置处施加的控制力的顺序和大小。

8.根据权利要求7所述的一种控制牙模3D打印托盘放置的方法，其特征在于，所述打印平台上设置4个定位销，形成4个第一位置，对应的托盘上具备4个第二位置，控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘的第二位置处施加的控制力的顺序包括：

获取四个第一位置处的偏差值Δx1，Δx2，Δx3，Δx4；

选择最小的偏差值所对应的第一位置，并以该位置对应的第二位置作为基准；

根据基准，施力装置首先对与基准对角的第二位置施加控制力，然后同时对两个非对角的第二位置施加控制力，最后同时对4个第二位置进行施加控制力。

9.根据权利要求8所述的一种控制牙模3D打印托盘放置的方法，其特征在于，所述控制装置根据第一位置处的偏差值，控制施力装置对托盘的第二位置施加的控制力的大小包括：

偏差值越小，施加的控制力越大，施加的控制力满足：施加控制力时，相应位置处的偏差变化在要求范围内。