CN211683498U - 一种基于视觉的三维打印装备调平装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及三维打印技术领域，具体公开了一种基于视觉的三维打印装备调平装置，调平装置包括外壳，位于外壳内部的打印机本体以及至少一套调平组件；其中：打印机本体包括安装在外壳内部上方的喷头，和安装在外壳内部下方的收集板，以及与喷头电连接的控制器；调平组件包括位于收集板上方且安装在外壳内侧壁上的相机，安装在收集板上表面且位于相机正下方的水平仪，和支撑收集板的至少一个液压缸；相机和液压缸均与控制器电连接。本实用新型的基于视觉的三维打印装备调平装置不仅结构简单易实现，有效降低了成本，还实现了全自动化的调平过程，其调平效果也相较于现有技术更加准确快速，具有很大的推广价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及三维打印技术领域，尤其涉及一种基于视觉的三维打印装备调平装置。
背景技术
三维打印是快速成型技术的一种，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。在日常生产生活中，三维打印装备己广泛地应用于工农业生产、交通运输、商务办公、医疗卫生，航天航空、艺术与设计、教育等各个行业中。
在三维打印过程中，打印喷头与平台的相对距离决定了打印模型的底部与平台的结合情况。距离过远会使喷头挤出的材料脱离平台最终导致打印失败，距离过近会使喷头与平台之间存在过大的压力，影响喷头移动与材料挤出最终导致电机失步，距离相差过大还会影响到模型的尺寸。理想情况下应该是喷头与平台之间不产生压力且距离最小。为达到最理想的打印效果，需要在打印之前调整喷头与平台的距离以及平台的水平。现有技术中通常会通过几项技术来实现：(1)调节Z轴限位开关来调整喷头与平台的距离；(2)通过平台下方调节螺母微调喷头与平台的距离，以及调节平台的水平；(3)增加传感器向用户反馈当前平台与喷头之间的距离和姿态，以提供更好的手工调平体验和调平准确度； (4)将调节螺母连接自动装置，如电机，与传感器配合以实现自动调平。
中国专利CN201810418706.8公开了一种3D打印机调平装置，该装置外接控制电路板，3D打印头组件包括3D打印头以及压力承载感应模块，压力承载感应模块包括与3D打印头的加热块抵接的连接件以及设置于连接件上的电阻应变式传感器，电阻应变式传感器与控制电路板连接。本发明技术方案中，通过在 3D打印头的加热块上设置与其抵接的连接件，而在连接件内设置电阻应变式传感器，在3D打印头受到外力作用时，可将外力传递到连接件上，以使连接件产生变形，进而使得电阻应变式传感器的电阻发生变化，通过检测该变化可确定作用于3D打印头的力度实现打印平台的调平或归零操作。该发明虽然结构简单，操作方便，然而精度上却远不能够达到高精密仪器的要求，且成本较高，需要用到较多的传感器以及电控设备，自动化程度不够高。
实用新型内容
针对现有技术中的技术问题，本实用新型提供一种基于视觉的三维打印装备调平装置。
一种基于视觉的三维打印装备调平装置，调平装置包括外壳，位于外壳内部的打印机本体以及至少一套调平组件；其中：
打印机本体包括安装在外壳内部上方的喷头，和安装在外壳内部下方的收集板，以及与喷头电连接的控制器；
调平组件包括位于收集板上方且安装在外壳内侧壁上的相机，安装在收集板上表面且位于相机正下方的水平仪，和支撑收集板的至少一个液压缸；相机和液压缸均与控制器电连接。
进一步的，调平组件还包括一端固定在外壳内部侧壁上的相机支架，相机安装在相机支架上。
进一步的，外壳横截面与收集板均为正方形。
进一步的，调平装置包括四套调平组件，分别位于外壳内部的四个拐角处。
进一步的，水平仪位于收集板拐角边缘处。
进一步的，液压缸位于收集板拐角边缘处，且与水平仪位于同一竖直轴线上。
本实用新型的基于视觉的三维打印装备调平装置，调平组件中的水平仪能够更准确的测量收集板的倾斜情况，控制器通过对相机拍摄图像的识别与分析能够准确的控制液压缸运作，从而将收集板调成水平状态。本实用新型不仅结构简单易实现，有效降低了成本，还实现了全自动化的调平过程，其调平效果也相较于现有技术更加准确快速，具有很大的推广价值。
附图说明
为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本实用新型实施例的一种基于视觉的三维打印装备调平装置的结构设计图；
图2为本实用新型实施例中水平仪的排布位置示意图；
图3为本实用新型实施例中水平仪的测量示意图；
其中：1-外壳、2-打印机本体、201-喷头、202-收集板、203-控制器、3- 调平组件、301-相机、302-水平仪、303-液压缸、304-相机支架。
具体实施方式
下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。
本实用新型实施例的一种基于视觉的三维打印装备调平装置，如图1所示，调平装置包括外壳1，位于外壳1内部的打印机本体2以及至少一套调平组件3；其中：打印机本体2包括安装在外壳1内部上方的喷头201，和安装在外壳1内部下方的收集板202，以及与喷头201电连接的控制器203；调平组件3包括位于收集板202上方且安装在外壳1内侧壁上的相机301，安装在收集板202上表面且位于相机301正下方的水平仪302，和支撑收集板202的至少一个液压缸 303；相机301和液压缸303均与控制器203电连接。
在本实施例中，外壳1作为打印机本体2和调平组件3的支撑体，其具体的形状本实施例并不做限定，外壳1可按照打印机本体2的形状进行设计，例如打印机本体2中的收集板202形状为圆形或者正多边形，相对应的，外壳1 的横截面形状可设计成圆形、正多边形；或者，参考收集板202的形状，在其周边等距离设置两个及以上数量的支撑柱；支撑柱之间可通过平面或者弧面连接板将外壳1的侧面围起，外壳1的底面或者顶面也可通过平面连接板封闭，或者只设计连接杆与支撑柱相互固定连接，搭建基本架构。本实施例也不限定外壳1的具体尺寸以及材质，尺寸以打印机本体2的打印需求进行设计，材质可选用强度较高的合金材料制成，或者硬度较高的塑料材质制成，具体由本领域技术人员在实现过程中自行选用。
本实施例中的打印机本体2包括喷头201与收集板202，在打印过程中，喷头201向收集板202喷射粉末状金属、砂、塑料等不同材质的打印材料，打印材料一层层叠加起来最终变成一个立体物品。由于三维打印技术已经发展的较为成熟，所以本实施例对打印机本体2的具体结构不再赘述，本领域技术人员可参考现有技术自行实现。
本实施例中的调平组件3，包括相机301、水平仪302、液压缸303，相机 301安装在外壳1的内侧壁上，水平仪302安装在收集板202上表面，水平仪 302用于测量收集板202处于是否水平状态，而相机301位于水平仪302的正上方，用于采集水平仪302的测量图像，再将所采集的测量图像发送至控制器203，控制器203对图片进行识别处理，判断出水平仪302的测量结果，并根据测量结果控制对应液压缸303上升或者下降，调节收集板202的水平情况。本实施例不具体限定相机301的产品型号，只需要达到本实施例对图像采集的要求即可。本实施例的水平仪302优选用通过水泡位置判断是否水平的产品，当相机 301所采集的图像经控制器203识别处理后得到的结论为水泡不在水平仪302的中心位置，则根据水泡的偏离方向对应控制液压缸303对收集板202的倾斜角度进行调整。本实施例中的液压缸303一方面用于对收集板202进行调平，另一方面，液压缸303也对收集板202有一定的支撑作用，本实施例不限定液压缸303的具体产品型号以及数量，本领域技术人员在实现过程中自行选用。
本实施例中的调平组件3数量为至少一套，如果为一套时，将水平仪302 安装在收集板202的中心位置，相对应的，将相机301安装在水平仪302的正上方，为提高调平准确度，本实施例应至少包括两个液压缸303，并以水平仪 302的位置对称设置，还可包括三个液压缸303，以水平仪302的位置等间距设置。当调平组件3为两套及以上时，水平仪302应以收集板202的中心位置对称设置，液压缸303以水平仪302的位置进行等间距合理设置。调平组件3的数量以及每组调平组件3中的液压缸303的数量此处不再一一列举，本领域技术人员自行选择实现。
本实用新型的基于视觉的三维打印装备调平装置，调平组件中的水平仪能够更准确的测量收集板的倾斜情况，控制器通过对相机拍摄图像的识别与分析能够准确的控制液压缸运作，从而将收集板调成水平状态。本实用新型不仅结构简单易实现，有效降低了成本，还实现了全自动化的调平过程，其调平效果也相较于现有技术更加准确快速，具有很大的推广价值。
具体的，如图1所示，本实施例的调平组件3还包括一端固定在外壳1内部侧壁上的相机支架304，相机301安装在相机支架304上。本实施例的相机 301通过相机支架304安装在外壳1的内部侧壁上，相机支架304的长度可根据水平仪302的安装位置进行设计，优选的，将相机支架304设计成可活动调节结构，当水平仪302的设置位置有所变化时，可相对应的调节相机支架304的长度，以保证相机301位于水平仪302的正上方。
以下本实施例列举一种具体的实现方式，本实施例将外壳1的横截面与收集板202均设计成为正方形，调平组件3选用四套，每套调平组件3中包括一个液压缸303。如图2所示，将四个水平仪302安装于收集板202的拐角边缘处，四个液压缸303也位于收集板202拐角边缘处，且与水平仪302位于同一竖直轴线上。打印机本体2在打印前，四个相机301分别拍摄其对应水平仪302的测量图像，再将图像发送给控制器203进行识别分析，如果图片中出现如图3 所示的情况时(图3中水泡位置偏离了中间十字刻度，也与十字刻度外部的圆圈刻度不重合)，说明该水平仪302并不是水平状态，收集板202也处于倾斜状态。控制器203控制对应的液压缸303上升以及下降，直至将水泡的位置调整至与圆圈刻度重合，则说明水平仪302为水平状态，收集板202也为水平状态。
控制器203对于图片的处理过程，可通过以下方式进行识别处理：
控制器203先用canny算子对从相机301传输来的图像进行边缘提取操作；再对经过边缘提取的图像使用cv2.HoughCircles函数进行处理，从而算出水平仪302中的十字刻度与水泡的圆心之间的距离以及方位，若四个水平仪302中测出的距离都为0，则证明已经调平，若四个水平仪302中存在十字刻度与水泡的圆心之间的距离大于0，则对函数处理后的数据进行分析，判断收集板202哪边偏高哪边偏低，再根据结果控制液压缸303运作以对收集板202调整。
以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。
Claims (6)
1.一种基于视觉的三维打印装备调平装置，其特征在于，所述调平装置包括外壳，位于所述外壳内部的打印机本体以及至少一套调平组件；其中：
所述打印机本体包括安装在所述外壳内部上方的喷头，和安装在所述外壳内部下方的收集板，以及与所述喷头电连接的控制器；
所述调平组件包括位于所述收集板上方且安装在所述外壳内侧壁上的相机，安装在所述收集板上表面且位于所述相机正下方的水平仪，和支撑所述收集板的至少一个液压缸；所述相机和所述液压缸均与所述控制器电连接。
2.如权利要求1所述的一种基于视觉的三维打印装备调平装置，其特征在于，所述调平组件还包括一端固定在所述外壳内部侧壁上的相机支架，所述相机安装在所述相机支架上。
3.如权利要求2所述的一种基于视觉的三维打印装备调平装置，其特征在于，所述外壳横截面与所述收集板均为正方形。
4.如权利要求3所述的一种基于视觉的三维打印装备调平装置，其特征在于，所述调平装置包括四套所述调平组件，分别位于所述外壳内部的四个拐角处。
5.如权利要求4所述的一种基于视觉的三维打印装备调平装置，其特征在于，所述水平仪位于所述收集板拐角边缘处。
6.如权利要求5所述的一种基于视觉的三维打印装备调平装置，其特征在于，所述液压缸位于所述收集板拐角边缘处，且与所述水平仪位于同一竖直轴线上。
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| CN115256950A (zh) * | 2022-09-27 | 2022-11-01 | 西安知象光电科技有限公司 | 一种三维复印装置及其工作方法 |
| CN116141674A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-05-23 | 合肥工业大学 | 一种基于视觉测距的3d打印机基板自动调平装置及方法 |
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