一种3D打印机反馈系统

1.一种3D打印机反馈系统，包括工控机模块和PC端；其特征在于，该系统还包括RGBD摄像头、摄像头旋转机构和摄像头升降机构；摄像头升降机构安装在摄像头旋转机构上，RGBD摄像头安装在摄像头升降机构上；RGBD摄像头、摄像头旋转机构的旋转电机、摄像头升降机构的升降电机以及PC端均与工控机模块电连接。
2.根据权利要求1所述的3D打印机反馈系统，其特征在于，所述摄像头旋转机构包括底部基板、旋转电机和支杆；底部基板安装在3D打印机的工作台上，旋转电机位于底部基板的底部，旋转电机的输出轴穿过底部基板与支杆的一端连接，旋转电机的末端插装在打印托盘底部，旋转电机的输出轴能相对于底部基板和打印托盘转动；支杆的另一端伸出底部基板外，摄像头升降机构安装在支杆的另一端。
3.根据权利要求2所述的3D打印机反馈系统，其特征在于，所述摄像头旋转机构还包括滚轮；支杆中部的上、下表面均安装有滚轮，支杆上表面的滚轮与打印托盘的下表面接触，支杆下表面的滚轮与底部基板的上表面接触。
4.根据权利要求1或2所述的3D打印机反馈系统，其特征在于，所述摄像头升降机构包括升降电机、支撑杆、上部固定板、下部固定板、传动带、传动带轮和带轮轴；两个支撑杆的下部通过下部固定板安装在升降电机的机箱上，两个支撑杆的上部通过上部固定板连接在一起，上部固定上通过带轮轴转动安装有一个传动带轮，升降电机的输出轴上安装有另一个传动带轮，传动带套装在两个传动带轮上，RGBD摄像头位于传动带上。

一种3D打印机反馈系统\n技术领域\n[0001] 本实用新型属于智能制造技术领域，具体为一种3D打印机反馈系统。\n背景技术\n[0002] 3D打印是一种利用计算机对目标产品进行设计，并将设计模型转变为实物的技术，为传统制造业提供了新的制造手段。随着3D打印技术应用领域的不断扩展，其技术也在不断成熟，各领域对打印产品的精度要求越来越高。3D打印机通常存在打印材料粘着性不足和材料加热不充分而导致打印喷头堵塞的问题，这些问题在打印期间若不及时发现，容易导致打印产品出现质量问题，减低了打印精度。\n[0003] 申请号为201710421461.X的中国专利公开了一种3D打印机丝料监测装置，该装置根据丝料的使用量和剩余量，判断是否有卡丝或断丝等现象的发生，实现打印过程的监测。\n但是该装置缺乏对打印物体的直观反馈，无法监测打印物体的质量，降低了产品良品率。\n实用新型内容\n[0004] 针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种3D打印机反馈系统。\n[0005] 为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：\n[0006] 一种3D打印机反馈系统，包括工控机模块、PC端、RGBD摄像头、摄像头旋转机构和摄像头升降机构；摄像头升降机构安装在摄像头旋转机构上，RGBD摄像头安装在摄像头升降机构上；RGBD摄像头、摄像头旋转机构的旋转电机、摄像头升降机构的升降电机以及PC端均与工控机模块电连接。\n[0007] 所述摄像头旋转机构包括底部基板、旋转电机和支杆；底部基板安装在3D打印机的工作台上，旋转电机位于底部基板的底部，旋转电机的输出轴穿过底部基板与支杆的一端连接，旋转电机的末端插装在打印托盘底部，旋转电机的输出轴能相对于底部基板和打印托盘转动；支杆的另一端伸出底部基板外，摄像头升降机构安装在支杆的另一端。\n[0008] 所述摄像头旋转机构还包括滚轮；支杆中部的上、下表面均安装有滚轮，支杆上表面的滚轮与打印托盘的下表面接触，支杆下表面的滚轮与底部基板的上表面接触。\n[0009] 所述摄像头升降机构包括升降电机、支撑杆、上部固定板、下部固定板、传动带、传动带轮和带轮轴；两个支撑杆的下部通过下部固定板安装在升降电机的机箱上，两个支撑杆的上部通过上部固定板连接在一起，上部固定上通过带轮轴转动安装有一个传动带轮，升降电机的输出轴上安装有另一个传动带轮，传动带套装在两个传动带轮上，RGBD摄像头位于传动带上。\n[0010] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：\n[0011] 1.通过摄像头旋转机构实现RGBD摄像头绕打印托盘的旋转运动，使RGBD摄像头采集打印物体的点云图像和RGB图像，工控机模块根据点云图像和RGB图像对打印物体进行三维重建，并实现打印物体的相似度检测，以此对打印物体的质量进行反馈。在打印过程中，反馈系统对打印物体的质量进行间隙性反馈，即每隔一段时间RGBD摄像头采集图像，工控机模块进行图像处理和质量反馈，提高了产品的良品率。\n[0012] 2.现有技术普遍通过监测丝料的用量或者吐丝运动，实现3D打印过程监测，本申请通过构建打印物体的三维重建模型，使得监测过程更加直观清晰，方便操作人员观测并查找原因。\n附图说明\n[0013] 图1为本系统与3D打印机工作台的安装示意图；\n[0014] 图2为摄像头旋转机构与摄像头升降机构的侧视图；\n[0015] 图3为本系统各元器件的控制框图；\n[0016] 图中，1‑工控机模块；2‑RGBD摄像头；3‑摄像头旋转机构；4‑摄像头升降机构；5‑打印托盘；6‑工作台；7‑3D打印机主控模块；8‑PC端；\n[0017] 301‑底部基板；302‑旋转电机；303‑支杆；304‑滚轮；401‑升降电机；402‑支撑杆；\n403‑上部固定板；404‑下部固定板；405‑传动带；406‑传动带轮；407‑带轮轴。\n具体实施方式\n[0018] 下面结合实施例及附图对本实用新型的技术方案进行详细说明，但并不以此限定本申请的保护范围。\n[0019] 本实用新型为一种3D打印机反馈系统(简称系统，参见图1～3)，包括工控机模块\n1、RGBD摄像头2、摄像头旋转机构3、摄像头升降机构4和PC端8；摄像头升降机构4安装在摄像头旋转机构3上，RGBD摄像头2安装在摄像头升降机构4上；摄像头旋转机构3实现RGBD摄像头2绕3D打印机的打印托盘5的旋转运动，方便打印过程中RGBD摄像头2采集图像；摄像头升降机构4实现RGBD摄像头2在竖直方向上的升降，保证打印物体较高时RGBD摄像头2也能在最佳位置采集图像；RGBD摄像头2、摄像头旋转机构3的旋转电机302、摄像头升降机构4的升降电机401以及PC端8均与工控机模块1电连接，PC端8用于实时显示反馈结果。\n[0020] 其中，摄像头旋转机构3包括底部基板301、旋转电机302和支杆303；底部基板301固定在3D打印机的工作台6上，旋转电机302固定在底部基板301的底部，旋转电机302的输出轴穿过底部基板301与支杆303的一端固连，旋转电机302的末端插装在打印托盘5底部，旋转电机302的输出轴能相对于底部基板301和打印托盘5转动；支杆303的另一端伸出底部基板301外，摄像头升降机构4安装在支杆303的另一端，通过旋转电机302实现RGBD摄像头2绕打印托盘5的旋转运动；\n[0021] 摄像头升降机构4包括升降电机401、支撑杆402、上部固定板403、下部固定板404、传动带405、传动带轮406和带轮轴407；两个支撑杆402的下部通过下部固定板404固定在升降电机401的机箱上，两个支撑杆402的上部通过上部固定板403连接在一起，上部固定上\n403通过带轮轴407转动安装有一个传动带轮406，升降电机401的输出轴上固定有另一个传动带轮406，传动带405套装在两个传动带轮406上，RGBD摄像头2固定在传动带405上；升降电机401转动使升降电机401输出轴上的传动带轮406同步转动，进而使传动带405转动，实现RGBD摄像头2的升降。\n[0022] 所述摄像头旋转机构3还包括滚轮304，支杆303中部的上、下表面均安装有滚轮\n304，支杆303上表面的滚轮304与打印托盘5的下表面接触，支杆303下表面的滚轮304与底部基板301的上表面接触，在对支杆303起到支撑作用的同时减小摩擦力。\n[0023] 各元器件的可选型号为：工控机模块1优选Jeston TX1模块，RGBD摄像头2选用奥比中光RGBD摄像头；旋转电机302和升降电机401均选用60伺服电机，额定功率为400w，额定转速为3000r/min。\n[0024] 本实用新型的工作原理和工作流程是：\n[0025] 本系统每隔一段时间对打印物体的质量进行一次反馈，此时3D打印机主控模块7控制打印喷头运动模组将打印喷头移至不干涉摄像头旋转机构3和摄像头升降机构4工作的位置。工控机模块1分别与PC端8、RGBD摄像头2、旋转电机302、升降电机401以及3D打印机主控模块7进行双向通信，通过PC端8向工控机模块1远程传输文件和操控指令等，工控机模块1将操控指令转换为控制信号并发送给RGBD摄像头2和旋转电机302，控制旋转电机302转动，使RGBD摄像头2绕着打印托盘5转动，RGBD摄像头2以一定频率采集打印物体的点云图像和RBG图像；当打印物体较高时，工控机模块1控制升降电机401升降，将RGBD摄像头2调整至合适高度，实现沿打印物体高度方向上分层采集图像；与此同时，工控机模块1接收旋转电机302和升降电机401反馈的角度信息以及RGBD摄像头2采集的点云图像和RBG图像，并根据点云图像和RBG图像进行点云处理，实现打印物体的三维重建；3D打印机主控模块7内存储有打印程序，用于控制打印喷头的运动，使3D打印机完成打印动作，工控机模块1实时接收\n3D打印机主控模块7反馈的打印进程，工控机模块1将重建后的打印物体与打印物体的三维模型进行相似度检测，若相似度小于设定阈值，表明实际的打印物体与三维模型存在较大偏差，3D打印机的打印精度较低，此时工控机模块1向PC端8发送报警信号，实现打印质量的反馈。3D打印机主控模块7优选Mega2560单片机模块。\n[0026] 工控机模块1根据MVS和RGBD三维重建技术，对打印物体进行三维重建，分别得到基于RGBD的三维重建模型和基于MVS的三维重建模型，基于RGBD的三维重建模型和基于MVS的三维重建模型均为STL格式，三维重建过程为现有技术，在此不再赘述；计算基于RGBD的三维重建模型和基于MVS的三维重建模型分别与打印物体的三维模型的相似度，以两个模型上相同区域内一定数量点之间的欧式距离表征相似度，计算相似度也是本领域的常规处理方法。\n[0027] 本实用新型提供了一种硬件结构，其创新之处不涉及方法的改进；本实用新型未述及之处适用于现有技术。

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