CN205364542U

CN205364542U - 一种3d打印机辅助进料装置

Info

Publication number: CN205364542U
Application number: CN201520882073.8U
Authority: CN
Inventors: 张弘强
Original assignee: BEIJING HUITIANWEI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING HUITIANWEI TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2025-11-06

Abstract

本实用新型涉及一种3D打印机辅助进料装置，所述3D打印机辅助进料装置主要包括直径检测部分、张力控制部分、工作台、控制器。所述直径检测部分、张力控制部分均包含暗箱、LED灯阵列、摄像头及透光板，摄像头安装在暗箱内顶上，透光板安装在暗箱内中间位置，LED灯阵列安装在暗箱内并位于透光板的下方。摄像头接收到光的部分会产生高电平信号，光线暗的地方产生低电平，通过此判断，经过控制芯片的数据处理可以得到物料的直径及位置。因此此装置可以提前检测到打印材料上过粗和过细的地方，并根据当前物料的状态主动辅助进料电机喷丝，达到不使喷丝中断的目的。

Description

一种3D打印机辅助进料装置

技术领域

本实用新型涉及一种3D打印机辅助进料装置，属于三维打印技术领域。

背景技术

为了实现3D打印机的功能，所选材料很重要。打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末，当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响，既要有较低的熔点，也要有较好的粘滞性，同时也需要快速成型。在工作过程中，物料在喷头内以电加热的方式被加热到熔融状态，喷头按照一定的路径出丝，喷出的熔融状丝材黏结到工作台上。这样就遇到一个问题：物料的直径如果出现过大或者过小，就会使喷出的熔融状丝材中断，影响最后的打印效果。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术所存在的问题，提出一种3D打印机辅助进料装置。主要目的就是提前检测到打印材料上的过粗和过细的地方，并根据当前物料的状态主动辅助进料电机喷丝，达到不使喷丝中断的目的。

本实用新型采取的技术方案为：一种3D打印机辅助进料装置，包括直径检测部分、张力控制部分、工作台、控制器，直径检测部分和张力控制部分分别固定在工作台上，与控制器电连接。

所述直径检测部分包括一号料盘、一号滑轮、一号暗箱、一号摄像头、一号进料通道、一号LED灯阵列、二号料盘、一号电机、一号出料通道、二号滑轮、一号透光板、位于一号暗箱左右两侧的一号工作台和二号工作台，一号料盘、一号滑轮安装在一号工作台上，二号料盘、二号滑轮安装在二号工作台上，一号电机安装在二号料盘上，一号摄像头安装在一号暗箱内顶上，一号透光板安装在一号暗箱内中间位置，一号进料通道、一号出料通道安装在一号暗箱内并位于一号透光板的上方，一号LED灯阵列安装在一号暗箱内并位于一号透光板的下方。一号进料通道、一号出料通道位移一条直线上，并且中间间隔一段距离，一号摄像头位于距离的正上方。

所述张力控制部分包括三号料盘、三号滑轮、二号电机、二号LED灯阵列、二号暗箱、二号摄像头、四号滑轮、二号透光板，位于二号暗箱左右两侧的三号工作台和四号工作台，三号料盘、三号滑轮安装在三号工作台上，二号电机固定在三号滑轮处，四号滑轮安装在四号工作台上，二号摄像头安装在二号暗箱内顶上并位于物料轨迹的正上方，二号透光板安装在二号暗箱内中间位置，二号LED灯阵列安装在二号暗箱内并位于二号透光板的下方。

所述直径检测部分，原物料放置在一号料盘位置，物料通过滑轮进入一号暗箱的一号进料通道，将摄像头固定在物料轨迹的正上方，物料下方固定两层透光板作为物料通过时摄像头检测的物料背景，在透光板下放置一列LED灯阵列，使光能正射入摄像头。摄像头能接收到光的部分会产生高电平信号，光线暗的地方产生低电平，通过此判断，经过控制芯片的数据处理可以得到物料的宽度。物料从一号暗箱的一号出料通道出来经过二号滑轮与二号料盘连接。电机和二号料盘组成一个整体，一号料盘和二号料盘分别放置在一号暗箱的进料口和出料口两侧。电机转动带动二号料盘转动，带动整个物料前进。

所述张力控制部分，将检测好的物料放在三号料盘处，三号料盘位于二号暗箱的进料口侧，物料的另一端经过四号滑轮与3D打印机的进料口相连。物料通过三号滑轮进入二号暗箱，将摄像头固定在物料轨迹的正上方，物料下方固定两层透光板作为物料通过时摄像头检测的物料背景，在透光板下放置一列LED灯阵列，使光能正射入摄像头，二号电机固定在三号滑轮处，推动物料的进入。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过一种3D打印机辅助进料装置，提前检测出物料的有缺陷的地方，可以提前切除，避免在打印过程中遇到结点或者过细的地方出现熔丝断裂，影响最终的打印效果。

本实用新型可以配合一种3D打印机的进料电机一起工作，减小进料电机的负载，可以根据物料的进料速度自行调整物料的张力，使喷头处出来的熔融状丝线直径均匀，同时防止3D打印机的进料电机将材料拉断。

附图说明

图1是本实用新型中3D打印机辅助进料装置结构示意图；

图2是本实用新型中3D打印机辅助进料装置直径检测部分结构示意图；

图3是实用新型中3D打印机辅助进料装置张力控制部分结构示意图；

图4是实用新型中3D打印机辅助进料装置摄像头测量原理示意图控制系统结构示意图；

图5是本发明中3D打印机辅助进料装置直径检测的程序流程图；

图6是本发明中3D打印机辅助进料装置张力控制程序流程图；

图7是本发明中3D打印机辅助进料装置电路实现框图。

附图中，各标号所代表的部件：101、直径检测部分102、张力控制部分103、工作台104、控制器105、电信号线106、报警器201、一号料盘202、一号滑轮203、一号暗箱204、一号摄像头205、一号进料通道206、一号LED灯阵列207、二号料盘208、一号电机209、一号出料通道210、二号滑轮211、一号透光板212、三号料盘213、三号滑轮214、二号电机215、二号LED灯阵列216、二号暗箱217、二号摄像头218、四号滑轮219、二号透光板220、一号工作台221、二号工作台222、三号工作台223、四号工作台224、间隔301、透镜302、CCD芯片303、物料

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的介绍。

如图1所示，一种3D打印机辅助进料装置，包括直径检测部分(101)、张力控制部分(102)、工作台(103)、控制器(104)，直径检测部分(101)和张力控制部分(102)分别固定在工作台(103)上，与控制器(104)电连接。

如图2所示，直径检测部分(101)包括一号料盘(201)、一号滑轮(202)、一号暗箱(203)、一号摄像头(204)、一号进料通道(205)、一号LED灯阵列(206)、二号料盘(207)、一号电机(208)、一号出料通道(209)、二号滑轮(210)、一号透光板(211)、位于一号暗箱(203)左右两侧的一号工作台(220)和二号工作台(221)，一号料盘(201)、一号滑轮(202)安装在一号工作台(220)上，二号料盘(207)、二号滑轮(210)安装在二号工作台(221)上，一号电机(208)安装在二号料盘(207)上，一号摄像头(204)安装在一号暗箱(203)内顶上，一号透光板(211)安装在一号暗箱(203)内中间位置，一号进料通道(205)、一号出料通道(209)安装在一号暗箱(203)内并位于一号透光板(211)的上方，一号LED灯阵列(206)安装在一号暗箱(203)内并位于一号透光板(211)的下方。一号进料通道(205)、一号出料通道(209)位移一条直线上，并且中间有一段间隔(224)，一号摄像头(204)位于间隔(224)的正上方。其中一号摄像头(204)包括透镜(301)、CCD芯片(302)。

如图3所示，所述张力控制部分(102)包括三号料盘(212)、三号滑轮(213)、二号电机(214)、二号LED灯阵列(215)、二号暗箱(216)、二号摄像头(217)、四号滑轮(218)、二号透光板(219)，位于二号暗箱(216)左右两侧的三号工作台(222)和四号工作台(223)，三号料盘(212)、三号滑轮(213)安装在三号工作台(221)上，二号电机(214)固定在三号滑轮(213)处，四号滑轮(218)安装在四号工作台(223)上，二号摄像头(217)安装在二号暗箱(216)内顶上并位于物料轨迹的正上方，二号透光板(219)安装在二号暗箱(216)内中间位置，二号LED灯阵列(215)安装在二号暗箱(216)内并位于二号透光板(219)的下方。

所述直径检测部分(101)，原物料放置在一号料盘(201)位置，物料通过一号滑轮(202)进入一号暗箱(203)的一号进料通道(205)，将一号摄像头(204)固定在物料轨迹的正上方，物料下方固定一号透光板(211)，一号透光板(211)为两层透光板，作为物料通过时摄像头检测的物料背景，在一号透光板(211)下放置一号LED灯阵列(206)，使光能正射入摄像头。一号摄像头(204)能接收到光的部分会产生高电平信号，光线暗的地方产生低电平，通过此判断，经过控制芯片的数据处理可以得到物料的宽度。物料从一号暗箱(203)的一号出料通道(209)出来经过二号滑轮(210)与二号料盘(207)连接。一号电机(208)和二号料盘(207)组成一个整体，一号料盘(201)和二号料盘(207)分别放置在一号暗箱(203)的进料口和出料口两侧。一号电机(208)转动带动二号料盘(207)转动，带动整个物料前进。

一号摄像头(204)测量原理如图4所示，一号LED灯阵列(206)发出的光经过透光板(211)后产生一束平行光，然后打在位于间隔(224)的物料(303)上，在CCD芯片(302)，即摄像头内部的光电转换元件，上就会产生与被测物体直径成比例的阴影。被测物体直径越大，阴影就越大，波形中的低电平部分dB就越宽，实质上dB的宽度反应了CCD芯片(302)中被遮挡的像素个数N，被遮挡像素产生低电平，未被遮挡像素产生高电平，由控制器检测出被遮挡像素个数N，通过相应计算就可得到物料的直径key_Average。

直径检测流程图如图5所示，控制过程如图7所示，物料经过图4所示的光学系统，一号摄像头(204)依次输出128×1个模拟电压信号，控制器(104)对此电压信号进行A/D转换，并进行二值化处理得到128个高低电平信号，每采128个像素为一个周期，计算每个周期经过二值化处理后低电平所占像素个数N，求200个周期中N的平均值作为物料的直径key_Average，物料的直径key_Average在参考值Ref1和Ref2之间，表示物料直径正常，控制器(104)输出PWM占空比控制一号电机(208)正常转动；物料的直径key_Average不在参考值Ref1和Ref2之间时代表物料有缺陷，此时控制器(104)输出PWM占空比为0，一号电机(208)停转并控制蜂鸣器(106)报警。

所述张力控制部分(102)，将二号料盘(207)中检测好的物料放在三号料盘(212)处，三号料盘(212)位于二号暗箱(216)的进料口侧，物料的另一端经过四号滑轮(218)与3D打印机的进料口相连。物料通过三号滑轮(213)进入二号暗箱(216)，将二号摄像头(217)固定在物料轨迹的正上方，物料下方固定二号透光板(219)，两层透光板作为物料通过时二号摄像头(217)检测的物料背景，在二号透光板(219)下放置二号LED灯阵列(215)，使光能正射入摄像头，二号电机(214)固定在三号滑轮(213)处，推动物料的进入。

二号摄像头(217)的测量原理与一号摄像头(204)相同，二号LED灯阵列(215)发出的光经过透光板(219)后产生一束平行光，然后打在位于二号摄像头(217)下方的物料上，在CCD芯片(302)，即摄像头内部的光电转换元件，上就会产生与被测物体直径成比例的阴影，通过检测被遮挡像素个数N，被遮挡像素产生低电平，未被遮挡像素产生高电平，通过相应计算得到低电平宽度的中心像素位置，用此代表物料的位置d1。

张力控制具体流程如图6所示，控制过程如图7所示，物料经过图4所示的光学系统，二号摄像头(204)依次输出128×1个模拟电压信号，控制器(104)对此电压信号进行A/D转换，并进行二值化处理得到128个高低电平信号，每采128个像素为一个周期，计算128个像素中低电平宽度的中心像素位置作为物料的位置d1，得到d1与中心参考位置dref的偏差距离d可以判定物料的张力状态，d越小代表物料的张力越大，二号电机(214)此时应加快转速，加快进料速度，防止3D打印机的进料电机将材料拉断；d越大代表物料的张力越小，二号电机(214)此时应减缓转速，避免物料在二号暗箱(216)内弯曲程度过大导致折断。由此，控制器(104)根据d的大小进行比例控制得到控制二号电机(214)PWM占空比的大小，控制二号电机(214)的转速使物料的张力处于一定的范围内，防止3D打印机的进料电机将材料拉断或折断，以此达到张力检测和控制的目的。

本实用新型的3D打印机辅助进料装置的实现方法如下：

步骤1：将原物料放在一号料盘(201)处，将物料通过一号滑轮(202)轨道穿过一号暗箱(203)中的一号进料通道(205)和一号出料通道(209)，再经过二号滑轮(210)，固定在二号料盘(206)上。

步骤2：启动控制器(104)进入待机状态，打开一号LED灯阵列(206)，一号电机(208)启动，带动二号料盘(207)开始转动，物料开始前进，一号LED灯阵列(206)发出的光经过透光板(211)后产生一束平行光，然后打在位于间隔(224)的物料上。

步骤3：一号摄像头(204)工作，得到一系列模拟电压信号反馈到控制器(104)，控制器(104)对采集到的信号进行A/D转换及二值化处理后得到低电平所占像素的个数代表物料的直径key_average。

步骤4：当直径key_average不在控制器(104)设定值的范围内时，代表物料有缺陷，此时控制器(104)会自动控制一号电机(208)停转并控制蜂鸣器(106)报警，进行步骤5；当直径key_average在控制器(104)在设定值的范围内时，进行步骤6。

步骤5：将物料从一号进料通道(205)和一号出料通道(209)处同时剪断，如果需要继续检测需重复步骤1。

步骤6：二号LED灯阵列(15)工作，将步骤4或步骤5检测完的二号料盘(207)中的物料放在三号料盘(212)处，将物料穿过三号滑轮(213)进入二号暗箱(216)，物料从二号暗箱(216)出来后通过四号滑轮(218)轨道进入3D打印机的进料口，二号LED灯阵列(215)发出的光经过透光板(219)后产生一束平行光，然后打在位于二号摄像头(217)下方的物料上。

步骤7：二号电机(14)、二号摄像头(217)启动，二号摄像头(217)将检测到一系列模拟电压信号反馈到控制器(104)中，控制器(104)对采集到的信号进行A/D转换及二值化处理，可以得到低电平的中心位置的像素位置，用此位置代表物料的位置d1，与中心参考位置dref的偏差距离d作为误差信号，通过比例调节控制二号电机(214)的转速，使物料的张力处于一定的范围内，从而减轻3D打印机进料电机的负载，防止喷头出丝断裂，达到辅助进料的目的。

Claims

1.一种3D打印机辅助进料装置，包括直径检测部分(101)、张力控制部分(102)、工作台(103)、控制器(104)，直径检测部分(101)和张力控制部分(102)分别固定在工作台(103)上，与控制器(104)电连接；

所述直径检测部分(101)包括一号暗箱(203)、一号摄像头(204)、一号LED灯阵列(206)、二号料盘(207)、一号电机(208)、一号透光板(211)，所述一号电机(208)安装在二号料盘(207)上，一号摄像头(204)安装在一号暗箱(203)内顶上，一号透光板(211)安装在一号暗箱(203)内中间位置，一号LED灯阵列(206)安装在一号暗箱(203)内并位于一号透光板(211)的下方；

所述张力控制部分(102)包括二号电机(214)、二号暗箱(216)、二号摄像头(217)、二号LED灯阵列(215)、二号透光板(219)，所述二号摄像头(217)安装在二号暗箱(216)内顶上，二号透光板(219)安装在二号暗箱(216)内中间位置，二号LED灯阵列(215)安装在二号暗箱(216)内并位于二号透光板(219)的下方。

2.如权利要求1所述的一种3D打印机辅助进料装置，其特征在于，所述直径检测部分还包括一号料盘(201)、一号滑轮(202)、一号进料通道(205)、一号出料通道(209)、二号滑轮(210)、位于一号暗箱(203)左右两侧的一号工作台(220)和二号工作台(221)，所述一号进料通道(205)、一号出料通道(209)安装在一号暗箱(203)内并位于一号透光板(211)的上方，一号料盘(201)、一号滑轮(202)安装在一号工作台(220)上，二号料盘(207)、二号滑轮(210)安装在二号工作台(221)上。

3.如权利要求1所述的一种3D打印机辅助进料装置，其特征在于，所述张力控制部分(102)还包括三号料盘(212)、三号滑轮(213)、四号滑轮(218)，位于二号暗箱(216)左右两侧的三号工作台(222)和四号工作台(223)，三号料盘(212)、三号滑轮(213)安装在三号工作台(221)上，所述二号电机(214)固定在三号滑轮(213)处，四号滑轮(218)安装在四号工作台(223)上。

4.如权利要求1所述的一种3D打印机辅助进料装置，其特征在于，一号进料通道(205)、一号出料通道(209)位于一条直线上，并且中间有一段间隔(224)，一号摄像头(204)位于间隔(224)的正上方。

5.如权利要求1所述的一种3D打印机辅助进料装置，其特征在于，二号摄像头(217)安装在物料轨迹的正上方。