TW201507876A - 立體列印裝置及其平台的工作座標的校正方法 - Google Patents

Abstract

一種立體列印裝置及其平台的工作座標的校正方法。立體列印裝置包括平台、列印頭及控制單元。平台包括承載面以及多個位於承載面上的校位點。列印頭設置於平台上方並經配置以沿著基準面移動及沿著基準面的法線方向移動。控制單元控制列印頭分別自基準面往平台移動至與各校位點接觸，以得到承載面對應於基準面的座標補償值，並依據座標補償值校正數位立體模型資訊的模型座標。控制單元依據校正後的模型座標移動列印頭以列印出關聯於數位立體模型資訊的立體物體於承載面上。

Description

立體列印裝置及其平台的工作座標的校正方法

本發明是有關於一種列印裝置及平台的工作座標的校正方法，且特別是有關於一種立體列印裝置及其平台的工作座標的校正方法。

隨著電腦輔助製造(Computer-Aided Manufacturing,CAM)的進步，製造業發展了立體列印技術，能很迅速的將設計原始構想製造出來。立體列印技術實際上是一系列快速原型成型(Rapid Prototyping,RP)技術的統稱，其基本原理都是疊層製造，由快速原型機在X-Y平面內通過掃描形式形成工件的截面形狀，而在Z座標間斷地作層面厚度的位移，最終形成立體物體。立體列印技術能無限制幾何形狀，而且越複雜的零件越顯示RP技術的卓越性，更可大大地節省人力與加工時間，在時間最短的要求下，將3D電腦輔助設計(Computer-Aided Design,CAD)軟體所設計的數位立體模型真實地呈現出來，不但摸得到，亦可真實地感受 得到它的幾何曲線，更可以試驗零件的裝配性、甚至進行可能的功能試驗。

一般而言，目前利用上述快速成型法形成立體物品的立體列印裝置，多是透過讀取一數位立體模型來據此建造關聯於此數位立體模型的立體物體。然而，立體列印裝置中用以承載建造基材的平台易隨著時間而相較於水平面逐漸產生偏斜，而數位立體模型的座標卻未隨之改變，使列印頭仍舊依據原來的平面座標於平台上堆疊建造基材，導致列印出來的立體物體與實際預期產生落差，因而降低立體列印裝置的列印品質及列印良率。

本發明提供一種立體列印裝置及其平台的工作座標的校正方法，其無需手動調整平台的位置即可校正平台偏斜的問題。

本發明的一種立體列印裝置包括一平台、一列印頭及一控制單元。平台包括一承載面以及多個位於承載面上的校位點。列印頭設置於平台上方並經配置以沿著一基準面移動及沿著基準面的一法線方向移動。控制單元控制列印頭分別自基準面往平台移動至與校位點接觸，以得到各校位點對應於基準面的一平面座標以及各校位點至基準面的一最短距離，並依據平面座標以及最短距離得到承載面對應於基準面的一座標補償值，並依據座標補償值校正一數位立體模型資訊的一模型座標。控制單元依據校正後的模型座標移動列印頭以列印出關聯於數位立體模型資訊的一 立體物體於承載面上。

本發明的一種平台的工作座標的校正方法，適用於包括一承載面以及多個校位點的一平台。校位點位於承載面上。上述方法包括下列步驟。首先，控制一移動件分別自一基準面往承載面移動至與校位點接觸。接著，計算各校位點對應於基準面的一平面座標以及各校位點至基準面的一最短距離，並依據平面座標以及最短距離得到承載面對應於基準面的一座標補償值。接著，依據座標補償值校正平台欲執行的一工作的一工作座標。

基於上述，本發明的立體列印裝置適於在執行列印任務前，先控制其列印頭自一基準面分別往平台移動至與平台上的多個校位點接觸，以得到平台的承載面對應於此基準面的一座標補償值，再依據此座標補償值來校正一數位立體模型資訊的一模型座標，以依據校正後的模型座標移動列印頭以列印出關聯於此數位立體模型資訊的立體物體。如此，即可使列印頭能依據校正後的模型座標而移位至正確的工作點上，而不會因平台的偏斜而影響立體物體的列印良率以及列印精準度。換句話說，本發明是透過計算承載面對應於基準面的座標補償值來據此調整數位立體模型資訊的模型座標，以對平台的偏斜進行補償。

除此之外，本發明更衍生出一種平台的工作座標的校正方法，其可在執行工作前先控制一移動件自一基準面分別往平台移動至與平台上的多個校位點接觸，以得到平台的承載面對應於此基準面的一座標補償值，再依據此座標補償值來校正此平台欲 執行的工作的一工作座標。如此，本發明的校正方法無需手動調整平台的水平，即可使移動件能依據校正後的模型座標而移位至正確的工作點上執行工作，而不會因平台的偏斜而影響工作的執行良率以及執行精準度。如此，本發明無需透過手動調整平台的水平，即可達到校正平台的偏斜的效果。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧立體列印裝置

110‧‧‧平台

112‧‧‧承載面

114a、114b、114c、114d、114e、114f‧‧‧校位點

120‧‧‧列印頭、移動件

122‧‧‧金屬噴嘴

124‧‧‧電源

126‧‧‧金屬校位探針

130‧‧‧控制單元

200‧‧‧電腦主機

D1、D2、D3、D4、D5、D6‧‧‧最短距離

h1‧‧‧高度差

N1‧‧‧法線方向

P_L‧‧‧基準面

圖1是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的工作情境的方塊示意圖。

圖2是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的方塊示意圖。

圖3A是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的示意圖。

圖3B是依照本發明的另一實施例的一種立體列印裝置的示意圖。

圖4是圖3B的立體列印裝置之列印頭的示意圖。

圖5是圖4的列印頭與校位點接觸的示意圖。

圖6是圖4的列印頭的局部放大示意圖。

圖7是依照本發明的一實施例的一種平台的工作座標的校正 方法的流程示意圖。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之各實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本發明。並且，在下列各實施例中，相同或相似的元件將採用相同或相似的標號。

圖1是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的工作情境的方塊示意圖。請參照圖1，本實施例的立體列印裝置100適於依據一數位立體模型資訊列印出一立體物體。在本實施例中，數位立體模型資訊可為一立體數位圖像檔案，其可例如由一電腦主機200透過電腦輔助設計(computer-aided design,CAD)或動畫建模軟體等建構而成，並將此數位立體模型資訊切割為多個橫截面資訊，使立體列印裝置100可依據此數位立體模型資訊的橫截面資訊依序製作出多個的立體截面層，所述立體截面層堆疊而形成立體物體。

圖2是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的方塊示意圖。圖3A是依照本發明的一實施例的一種立體列印裝置的示意圖。請同時參照圖2以及圖3A，在本實施例中，立體列印裝置100包括一平台110、一列印頭120及一控制單元130。平台110 包括一承載面112以及位於承載面112上的多個校位點114a、114b、114c。列印頭120設置於平台110上方並經配置以沿著一基準面P_L移動，以及沿著基準面P_L的一法線方向N1移動。控制單元130分別耦接平台110以及列印頭120，並控制列印頭120分別自基準面P_L對應於校位點114a、114b、114c的位置(如圖3A中基準面P_L上的虛線圓圈所示的位置)沿著法線方向N1往平台110移動至與校位點114a、114b、114c接觸，以得到校位點114a、114b、114c對應於基準面P_L的平面座標以及校位點114a、114b、114c至基準面P_L的最短距離D1、D2、D3。

詳細來說，控制單元130可例如先控制列印頭120位移至基準面P_L上對應於校位點114a的位置，再控制列印頭120沿著法線方向N1往平台110移動至與校位點114a接觸，以得到校位點114a對應於基準面P_L的平面座標以及校位點114a至基準面P_L的最短距離D1。接著，控制單元130再例如控制列印頭120位移至基準面P_L上對應於校位點114b的位置，再沿著法線方向N1往平台110移動至與校位點114b接觸，以得到校位點114b對應於基準面P_L的平面座標以及校位點114b至基準面P_L的最短距離D2。之後，控制單元130再例如控制列印頭120位移至基準面P_L上對應於校位點114c的位置，再沿著法線方向N1往平台110移動至與校位點114c接觸，以得到校位點114c對應於基準面P_L的平面座標以及校位點114c至基準面P_L的最短距離D3。在此須說明的是，在本實施例中，校位點114a、114b、114c的數量為三個， 以便於利用三點定義出一平面。然任何所屬技術領域中具有通常知識者皆可依實際需求於平台110上設置所需數量的校位點，本發明並不對校位點的數量做限制。

之後，控制單元130再依據前述步驟所得到的平面座標以及最短距離D1、D2、D3而得到承載面112對應於基準面P_L的一座標補償值(coordinate offset)，也就是承載面112的平面座標相對於基準面P_L的平面座標的偏斜補償值。如此，控制單元130便可依據此座標補償值來校正前述的數位立體模型資訊的一模型座標，再依據校正後的模型座標移動列印頭120以列印出關聯於此數位立體模型資訊的立體物體於承載面112上。如此，即可使列印頭120能依據校正後的模型座標而移位至正確的工作點上，而不會因平台110的偏斜而影響立體物體的列印良率以及列印精準度。換句話說，本實施例依據承載面112對應於基準面P_L的座標補償值來對數位立體模型資訊的模型座標進行補償，以透過調整數位立體模型資訊的模型座標來對平台110的偏斜進行補償。如此，本實施例則無需透過手動調整平台110的水平，即可達到校正平台110的偏斜的效果。

此外，在本實施例中，列印頭120與各校位點114a、114b、114c適於在接觸時彼此電性導通。舉例來說，各校位點114a、114b、114c可為一金屬校位點，亦即，位於承載面112上的校位點114a、114b、114c的材質為金屬。又或者，在本發明的另一實施例中，平台110本身即為一金屬平台，而列印頭120則可包括 一金屬噴嘴122，其耦接至一電源124。當列印頭120自基準面P_L往平台110移動時，控制單元130開啟電源124，以使列印頭120在與各校位點114a、114b、114c接觸時彼此電性導通並據此產生一接觸訊號，控制單元130適於接收此接觸訊號並依據此接觸訊號對列印頭120進行定位，以得到其校位點114a、114b、114c對應於基準面P_L的平面座標以及校位點114a、114b、114c至基準面P_L的最短距離D1、D2、D3。

圖3B是依照本發明的另一實施例的一種立體列印裝置的示意圖。圖4是圖3B的立體列印裝置之列印頭的示意圖。圖5是圖4的列印頭與校位點接觸的示意圖。在此必須說明的是，本實施例之立體列印裝置與圖3A所示之立體列印裝置相似，因此，本實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，本實施例不再重複贅述。以下將針對本實施例與前述實施例的差異做說明。

請參照圖3B至圖5，在本實施例中，校位點114d、114e、114f可為如圖3B所示的多個金屬墊片114d、114e、114f，其分別夾持於平台110並位於承載面112上，金屬墊片114d、114e、114f的一頂面如圖3所示高於承載面112。在此情形下，平台110可為一玻璃平台或是其他絕緣材質的平台，當然，本發明並不以此為限。列印頭120如圖4所示包括一金屬噴嘴122以及一金屬校位探針126。金屬校位探針126可耦接至電源124。當控制單元130 控制列印頭120分別自基準面P_L對應於校位點114d、114e、114f的位置沿著法線方向N1往平台110移動時，控制單元130開啟電源124，以使金屬校位探針126在與各校位點114d、114e、114f接觸時彼此電性導通並據此產生接觸訊號，控制單元130則接收此接觸訊號並依據此接觸訊號對金屬校位探針126進行定位，以得到其校位點114d、114e、114f對應於基準面P_L的平面座標以及校位點114d、114e、114f至基準面P_L的最短距離D4、D5、D6。

圖6是圖4的列印頭的局部放大示意圖。請參照圖5以及圖6，在本實施例中，金屬校位探針126設置於金屬噴嘴122的周圍，且金屬校位探針126的校位頂點與金屬噴嘴122的噴嘴頂點之間具有一高度差h1，使金屬校位探針126與金屬噴嘴122在進行各自的工作時不會彼此干擾。也就是說，當立體列印裝置在進行平台110的水平校正時，是利用列印頭120的金屬校位探針126進行校位，而在進行列印工作時，則是利用列印頭120的金屬噴嘴122將熱熔性材料擠出而成型於承載面112上，以列印出立體物體。當列印頭120自基準面P_L往平台110移動以與各校位點114d、114e、114f接觸時，金屬噴嘴122不會碰觸到承載面112而干擾平台110的校位，而當金屬噴嘴122在列印立體物體時，金屬校位探針126也不會接觸到承載面112而干擾立體列印工作的進行。

圖7是依照本發明的一實施例的一種平台的工作座標的校正方法的流程示意圖。依據前一實施例所述的立體列印裝置100 可衍生出一種平台的工作座標的校正方法，本實施例的校正方法可適用於一平台110，其可具有一承載面112以及多個校位點，且校位點可為如圖3A所示的位於承載面112上的金屬校位點114a、114b、114c，亦可為如圖3B所示的多個金屬墊片114d、114e、114f，其分別夾持於平台110並位於承載面112上，金屬墊片114d、114e、114f的頂面如圖3所示高於承載面112。在此需說明的是，本實施例的校正方法所適用的平台110可為如圖3A以及圖3B所示的立體列印裝置100的平台110，亦可為任意一待校正其承載面112的水平程度的平台。在本實施例中，相同或相似的元件將採用相同的標號標示。

本實施例的平台110的工作座標的校正方法包括下列步驟：首先，控制一移動件120分別自一基準面PL往承載面112移動至與校位點接觸(步驟S110)。具體來說，移動件120可設置於平台110上方並經配置以沿著一基準面P_L移動，並適於沿著基準面P_L的一法線方向N1移動。本實施例可例如透過一控制單元來控制移動件120沿著法線方向N1分別自基準面P_L對應於校位點的位置往平台110移動至與校位點接觸。以圖3A的實施例為例，控制單元可例如先控制移動件120位移至基準面P_L上對應於校位點114a的位置，再往靠近平台110的方向移動至與校位點114a接觸。接著，再控制移動件120位移至基準面P_L上對應於校位點114b的位置再控制移動件120往平台110移動至與校位點114b接觸。之後，再控制移動件120位移至基準面P_L上對應於校位點114c 的位置再控制移動件120往平台110移動至與校位點114c接觸。如此可重覆上述步驟直至移動件120自基準面P_L分別往平台110移動至與各校位點接觸為止。

承上述，本實施例的移動件120在與各校位點接觸時可彼此電性導通而據此產生一接觸訊號，控制單元適於接收此接觸訊號並依據此接觸訊號對移動件120進行定位。如此，即可計算校位點分別對應於基準面P_L的平面座標以及校位點114a、114b、114c分別至基準面P_L的最短距離D1、D2、D3，並依據上述的平面座標以及最短距離D1、D2、D3得到承載面112對應於基準面P_L的一座標補償值(步驟S120)。詳細而言，控制單元可如前所述先控制移動件120位移至基準面P_L上對應於校位點114a的位置並往平台110移動至與校位點114a接觸，以計算出校位點114a對應於基準面P_L的平面座標以及校位點114a至基準面P_L的最短距離D1。接著，再控制移動件120位移至基準面P_L上對應於校位點114b的位置並控制移動件120往平台110移動至與校位點114b接觸，以計算出校位點114b對應於基準面P_L的平面座標以及校位點114b至基準面P_L的最短距離D2。之後，再控制移動件120位移至基準面P_L上對應於校位點114c的位置並往平台110移動至與校位點114c接觸，以計算出校位點114c對應於基準面P_L的平面座標以及校位點114c至基準面P_L的最短距離D3。之後，再依據前述計算而得的平面座標以及最短距離D1、D2、D3而得到承載面112對應於基準面P_L的一座標補償值，也就是承載面112的 平面座標相對於基準面PL的平面座標的偏斜補償值。

接著，依據座標補償值校正平台110欲執行的工作的一工作座標(步驟S130)。也就是說，控制單元在得到承載面112的平面座標相對於基準面P_L的平面座標的偏斜補償值後，可依據此座標補償值來對平台110接下來欲執行的工作的預設工作座標進行補償及校正，使移動件120能依據此校正後的工作座標而移位至正確的工作點上執行工作，而不會因平台110的偏斜而影響到欲執行的工作的執行良率以及精確度。

綜上所述，本發明的立體列印裝置適於依據一數位立體模型資訊列印一立體物體，而立體列印裝置在執行列印任務前會先控制其列印頭自一基準面分別往平台移動至與平台上的多個校位點接觸，以得到平台的承載面對應於此基準面的一座標補償值，再依據此座標補償值來校正上述的數位立體模型資訊的一模型座標，以依據校正後的模型座標移動列印頭以列印出立體物體於承載面上。如此，即可使列印頭能依據校正後的模型座標而移位至正確的工作點上，而不會因平台的偏斜而影響立體物體的列印良率以及列印精準度。換句話說，本發明是透過計算承載面對應於基準面的座標補償值來據此調整數位立體模型資訊的模型座標，以對平台的偏斜進行補償。如此，本發明無需透過手動調整平台的水平，即可達到校正平台的偏斜的效果。

此外，本發明更衍生出一種平台的工作座標的校正方法，其可在執行工作前先控制一移動件自一基準面分別往平台移 動至與平台上的多個校位點接觸，以得到平台的承載面對應於此基準面的一座標補償值，再依據此座標補償值來校正此平台欲執行的工作的一工作座標。如此，本發明的校正方法無需手動調整平台的水平，即可使移動件能依據校正後的模型座標而移位至正確的工作點上執行工作，而不會因平台的偏斜而影響工作的執行良率以及執行精準度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧平台

112‧‧‧承載面

114a、114b、114c‧‧‧校位點

120‧‧‧列印頭

122‧‧‧金屬噴嘴

D1、D2、D3‧‧‧最短距離

N1‧‧‧法線方向

P_L‧‧‧基準面

Claims (12)

1. 一種立體列印裝置，包括：一平台，包括一承載面以及多個校位點，該些校位點位於該承載面上；一列印頭，設置於該平台上方，該列印頭經配置以沿著一基準面移動以及沿著該基準面的一法線方向移動；以及一控制單元，耦接並控制該平台以及該列印頭，該控制單元控制該列印頭分別自該基準面往該平台移動至與該些校位點接觸，以得到各該校位點對應於該基準面的一平面座標以及各該校位點至該基準面的一最短距離，並依據該些平面座標以及該些最短距離得到該承載面對應於該基準面的一座標補償值，並依據該座標補償值校正一數位立體模型資訊的一模型座標，該控制單元依據校正後的該模型座標移動該列印頭以列印出關聯於該數位立體模型資訊的一立體物體於該承載面上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該控制單元控制該列印頭沿著該基準面的一法線方向分別自該基準面對應該些校位點的位置往該平台移動至與該些校位點接觸。
3. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印裝置，其中該列印頭與各該校位點適於在接觸時彼此電性導通，以使該控制單元在該列印頭與各該校位點接觸時接收一接觸訊號，並依據該些接觸訊號分別對該列印頭進行定位以得到該些平面座標以及該些最短距離。
4. 如申請專利範圍第3項所述的立體列印裝置，其中各該校位點為一金屬校位點，該列印頭包括一金屬噴嘴。
5. 如申請專利範圍第4項所述的立體列印裝置，其中該金屬噴嘴，耦接至一電源，當該列印頭自該基準面往該平台移動時，該控制單元開啟該電源。
6. 如申請專利範圍第4項所述的立體列印裝置，其中當該列印頭自該基準面往該平台移動時，該金屬噴嘴分別與各該校位點接觸並彼此電性導通，以使該控制單元在該金屬噴嘴與各該校位點接觸時接收該接觸訊號。
7. 如申請專利範圍第3項所述的立體列印裝置，其中該些校位點為多個金屬墊片，夾持於該平台並位於該承載面上，該列印頭包括一金屬噴嘴以及一金屬校位探針，當該列印頭自該基準面往該平台移動時，該金屬校位探針與各該校位點接觸並彼此電性導通，以使控制單元在該金屬校位探針與各該校位點接觸時接收該接觸訊號。
8. 如申請專利範圍第7項所述的立體列印裝置，其中該金屬校位探針設置於該金屬噴嘴的周圍，且該金屬校位探針的一校位頂點與該金屬噴嘴的一噴嘴頂點之間具有一高度差。
9. 一種平台的工作座標的校正方法，適用於包括一承載面以及多個校位點的一平台，該些校位點位於該承載面上，該方法包括：控制一移動件分別自一基準面往該承載面移動至與該些校位 點接觸；計算各該校位點對應於該基準面的一平面座標以及各該校位點至該基準面的一最短距離，並依據該些平面座標以及該些最短距離得到該承載面對應於該基準面的一座標補償值；以及依據該座標補償值校正該平台欲執行的一工作的一工作座標。
10. 如申請專利範圍第9項所述的平台的工作座標的校正方法，其中控制該移動件分別自該基準面往該承載面移動至與該些校位點接觸的步驟更包括：控制該移動件沿著該基準面的一法線方向分別自該基準面對應該些校位點的位置往該承載面移動至與該些校位點接觸。
11. 如申請專利範圍第9項所述的平台的工作座標的校正方法，更包括：在該移動件與各該校位點接觸時接收一接觸訊號；以及依據各該接觸訊號對該列印頭進行定位，以計算各該平面座標以及各該最短距離。
12. 如申請專利範圍第11項所述的平台的工作座標的校正方法，其中在該移動件與各該校位點接觸時接收該接觸訊號的步驟更包括：提供一電源至該移動件，以在該移動件與各該校位點接觸時，該移動件與各該校位點電性導通而產生該接觸訊號。