一種基于三視圖的3d打印監(jiān)視糾錯(cuò)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種3D打印機(jī)的監(jiān)視糾錯(cuò)方法，用于監(jiān)視3D打印機(jī)打印過程中是否發(fā)生錯(cuò)誤，并做出及時(shí)的適當(dāng)糾正，其特征在于，系統(tǒng)包括：用于三視圖監(jiān)控的3個(gè)攝像頭，3個(gè)攝像頭分別對應(yīng)3個(gè)視角；監(jiān)視糾錯(cuò)軟件，利用圖像處理的方法對比打印過程中每個(gè)步驟預(yù)期的三視圖，判斷監(jiān)控打印是否出錯(cuò)，對可修復(fù)的小錯(cuò)誤做出及時(shí)的糾正，對不能糾正的錯(cuò)誤放棄，以節(jié)約打印時(shí)間。本系統(tǒng)具有提高打印正確率，節(jié)約打印合格品平均時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】 一種基于三視圖的3D打印監(jiān)視糾錯(cuò)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于三視圖的3D打印監(jiān)視糾錯(cuò)方法，應(yīng)用于3D領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]3D打印(3D Printing)最早由美國麻省理工學(xué)院的Jim Bred和Tim Anderson提出，他們基于一臺(tái)普通的噴墨打印機(jī)設(shè)計(jì)出一臺(tái)可粘接粉末的設(shè)備，該設(shè)備也成為最早的3D打印機(jī)。2009年3月在美國華盛頓舉行的疊層制造發(fā)展研討會(huì)(Roadmap for AdditiveManufacturing (RAM) Workshop)上，正式確定使用層疊制造(Additive Manufacturing,縮略詞為AM) —詞來稱呼3D打印技術(shù)，并就未來10年快速成型技術(shù)的發(fā)展做出了規(guī)劃。目前主要的層疊制造技術(shù)包括選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(Selective laser sintering,縮略詞為SLS),立體光刻成型技術(shù)(Stereolithography, SLA),熔融沉積成型技術(shù)(FusedDeposit1n Modeling, FDM)等。其基本原理都是疊層制造，由快速原型機(jī)在X_Y平面內(nèi)通過掃描形式形成工件的截面形狀，而在Z坐標(biāo)間斷地作層面厚度的位移，最終形成三維制件。
[0003]3D打印機(jī)是一種利用快速成形技術(shù)的機(jī)器，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，采用成型材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造三維的實(shí)體。在打印前，需要利用計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導(dǎo)3D打印機(jī)逐層打印。3D打印機(jī)在產(chǎn)品制造業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用，3D打印機(jī)的工作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)基本相同，由控制組件、機(jī)械組件、打印頭、耗材(即成型材料)和介質(zhì)等組成,打印原理也基本類似。
[0004]現(xiàn)階段，3D打印技術(shù)快速發(fā)展并已逐漸進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域，但是由于固有的誤差率，在某個(gè)步驟可能出現(xiàn)無法預(yù)料的錯(cuò)誤，可能對成型的三維實(shí)體的質(zhì)量造成影響。在中國專利中，尚無對3d打印的監(jiān)控以及糾錯(cuò)技術(shù)。
[0005]通過本專利對3d打印的監(jiān)控以及糾錯(cuò)，并對打印錯(cuò)誤層進(jìn)行切割，可修復(fù)由于疊層制造而造成的累積誤差，以及預(yù)防某個(gè)步驟可能出現(xiàn)無法預(yù)料的錯(cuò)誤，從而提高3d打印出三維實(shí)體的質(zhì)量以及打印成功率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種基于三視圖的3D打印監(jiān)視糾錯(cuò)方法，有助于3D打印過程的自我糾錯(cuò)，保障打印效果。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案在于:
一種基于三視圖的3D打印監(jiān)視糾錯(cuò)方法，其特征在于，按如下步驟進(jìn)行:
1)提供一系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括三個(gè)分別監(jiān)視三個(gè)視角的攝像頭、計(jì)算機(jī)、水平和垂直切割刀，所述計(jì)算機(jī)具有用以處理攝像頭圖片信息的圖像識別模塊，所述攝像頭兩兩相互垂直以監(jiān)視樣品主視圖，俯視圖，左視圖，所述水平或垂直切割刀用以切除需處理的打印層；
2)處理加工模型，獲取模型預(yù)期的三視圖；
3)通過攝像頭采集打印部件的三視圖； 4)將攝像頭采集圖片送于圖像識別模塊，通過圖像識別模塊進(jìn)行圖像的輪廓提取以及圖像縮放；
5)將處理后的圖像與預(yù)期的圖像進(jìn)行對比，并判斷是否異常；
6)異常情況下進(jìn)行修復(fù)模式，無異常情況下返回步驟3)執(zhí)行。
[0008]其中，所述修復(fù)模式按如下過程執(zhí)行:
1)首先暫停當(dāng)前打印，并判斷錯(cuò)誤類型和區(qū)域，即判斷類型為水平打印錯(cuò)誤還是垂直打印錯(cuò)誤；
2)當(dāng)水平打印錯(cuò)誤時(shí)，判斷打印錯(cuò)誤區(qū)域?yàn)榘既雲(yún)^(qū)域或?yàn)橥钩鰠^(qū)域；
3)如打印錯(cuò)誤區(qū)域?yàn)橥钩鰠^(qū)域，并超過Imm時(shí)，采用垂直切割刀切除出錯(cuò)的打印層，再重新打印切除層；
4)如打印錯(cuò)誤區(qū)域?yàn)榘既雲(yún)^(qū)域時(shí)，則進(jìn)行定位修補(bǔ)；如無法修補(bǔ)，放棄本次打?。?br> 5)當(dāng)垂直打印錯(cuò)誤時(shí)，判斷成品打印錯(cuò)誤區(qū)域的高度是否大于5層打印高度；
6)當(dāng)打印錯(cuò)誤區(qū)域的高度大于5層打印高度時(shí)，判斷打印錯(cuò)誤區(qū)域?yàn)榘既雲(yún)^(qū)域或?yàn)橥钩鰠^(qū)域；
7)當(dāng)打印錯(cuò)誤區(qū)域?yàn)橥钩鰠^(qū)域且高于5層打印高度，則采用水平切割刀切除出錯(cuò)的打印層，再重新打印切除層；
8)判斷樣品打印錯(cuò)誤的凹入?yún)^(qū)域尺寸是否小于預(yù)期設(shè)定的尺寸；如果凹入?yún)^(qū)域小于預(yù)期尺寸時(shí)，減少3D打印層打印次數(shù)；
9)如果凹入?yún)^(qū)域大于預(yù)期尺寸，增加3D打印層打印次數(shù)。
[0009]10)當(dāng)打印錯(cuò)誤區(qū)域不大于5層打印高度時(shí)，放棄本次打印。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于: 本發(fā)明在現(xiàn)有3D打印系統(tǒng)中加入3D打印檢測和糾錯(cuò)系統(tǒng)，可以對3D打印過程時(shí)時(shí)監(jiān)控，并對某些錯(cuò)誤區(qū)域進(jìn)行判斷與修改，可以減少由于打印過程中小的失誤而導(dǎo)致打印出來的產(chǎn)品的不合格，而且本檢測和糾錯(cuò)系統(tǒng)組成簡單，成本低，大大提高產(chǎn)品的合格率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的流程圖。
[0011]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的修復(fù)流程圖。
[0012]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的系統(tǒng)框架圖。
[0013]

【具體實(shí)施方式】
[0014]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，結(jié)合附圖作詳細(xì)說明如下。
[0015]以下將通過具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參閱圖1至圖3，本發(fā)明涉及一種基于三視圖的3D打印監(jiān)視糾錯(cuò)方法，按如下步驟進(jìn)行:
1)提供一系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括三個(gè)分別監(jiān)視三個(gè)視角的攝像頭、計(jì)算機(jī)和水平切割刀，所述計(jì)算機(jī)具有用以處理攝像頭圖片信息的圖像識別模塊，所述攝像頭兩兩相互垂直以監(jiān)視樣品主視圖，俯視圖，左視圖，所述水平切割刀用以切除需處理的打印層；
2)處理加工模型，獲取模型預(yù)期的三視圖； 3)通過攝像頭采集打印部件的三視圖；
4)將攝像頭采集圖片送于圖像識別模塊，通過圖像識別模塊進(jìn)行圖像的輪廓提取以及圖像縮放；
5)將處理后的圖像與預(yù)期的圖像進(jìn)行對比，并判斷是否異常；
6)異常情況下進(jìn)行修復(fù)模式，無異常情況下返回步驟3)執(zhí)行。
[0016]上述修復(fù)模式按如下過程執(zhí)行:
1)首先暫停當(dāng)前打印，并判斷錯(cuò)誤類型和區(qū)域，即判斷類型為水平打印錯(cuò)誤還是垂直打印錯(cuò)誤；
2)當(dāng)水平打印錯(cuò)誤時(shí)，判斷打印錯(cuò)誤區(qū)域?yàn)榘既雲(yún)^(qū)域或?yàn)橥钩鰠^(qū)域；
3)如打印錯(cuò)誤區(qū)域?yàn)橥钩鰠^(qū)域，并超過Imm時(shí)，采用垂直切割刀切除出錯(cuò)的打印層，再重新打印切除層；
4)如打印錯(cuò)誤區(qū)域?yàn)榘既雲(yún)^(qū)域時(shí)，則進(jìn)行定位修補(bǔ)；如無法修補(bǔ)，放棄本次打印；
5)當(dāng)垂直打印錯(cuò)誤時(shí)，判斷成品打印錯(cuò)誤區(qū)域的高度是否大于5層打印高度；
6)當(dāng)打印錯(cuò)誤區(qū)域的高度大于5層打印高度時(shí)，判斷打印錯(cuò)誤區(qū)域?yàn)榘既雲(yún)^(qū)域或?yàn)橥钩鰠^(qū)域；
7)當(dāng)打印錯(cuò)誤區(qū)域?yàn)橥钩鰠^(qū)域且高于5層打印高度，則采用水平切割刀切除出錯(cuò)的打印層，再重新打印切除層；
8)判斷樣品打印錯(cuò)誤的凹入?yún)^(qū)域尺寸是否小于預(yù)期設(shè)定的尺寸；如果凹入?yún)^(qū)域小于預(yù)期尺寸時(shí)，減少3D打印層打印次數(shù)；
9)如果凹入?yún)^(qū)域大于預(yù)期尺寸，增加3D打印層打印次數(shù)。
[0017]10)當(dāng)打印錯(cuò)誤區(qū)域不大于5層打印高度時(shí)，放棄本次打印。具體實(shí)施過程如下: 監(jiān)視部分包括三個(gè)攝像頭，兩兩相互垂直以監(jiān)視樣品主視圖，俯視圖，左視圖，并傳遞至計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)通過處理所建模型得到每個(gè)打印階段的三視圖，通過比對攝像頭實(shí)時(shí)采集的三視圖和預(yù)期三視圖來判斷打印是否正確，具體比對方法通過圖像處理方法實(shí)現(xiàn)。
[0018]另外可以采用激光定位方法代替攝像頭，實(shí)時(shí)采集到樣品更詳細(xì)的外觀信息，可以達(dá)到更好的效果。
[0019]發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，判斷是否可以通過打印對樣品進(jìn)行填補(bǔ)或者修復(fù)，若樣品打印尺寸小于預(yù)期尺寸，稱為凹入?yún)^(qū)域，出現(xiàn)凹入?yún)^(qū)域即可進(jìn)入修復(fù)模式；若是樣品打印尺寸大于預(yù)期尺寸，稱為凸出區(qū)域，通過判斷凸出區(qū)域與打印最終預(yù)期模型的大小，若是凸出區(qū)域尺寸大于打印最終預(yù)期模型并大于要求偏差，即放棄當(dāng)前打印樣品進(jìn)行重新打印并發(fā)出警報(bào)，以提示可能需要的進(jìn)行模型上的改進(jìn)以提高打印合格率，若是凸出區(qū)域小于打印最終預(yù)期模型，進(jìn)入修復(fù)模式。
[0020]進(jìn)入修復(fù)模式后，對凹入?yún)^(qū)域增加3D打印層打印次數(shù)或者增加層打印厚度進(jìn)行填補(bǔ)，對凸出區(qū)域減少3D打印層打印次數(shù)或者減少層打印厚度進(jìn)行修復(fù)。
[0021]本發(fā)明下的系統(tǒng)，包括:三個(gè)攝像和及對應(yīng)的軟體系統(tǒng)、糾錯(cuò)系統(tǒng)。
[0022]所述系統(tǒng)具體包括:1、王視圖攝像機(jī)、2俯視圖攝像機(jī)、3左視圖攝像機(jī)、4打印頭、5計(jì)算機(jī)、6切割刀，如圖3所示。其中主視圖攝像機(jī)、俯視圖攝像機(jī)、左視圖攝像機(jī)分別監(jiān)控三個(gè)視角，兩兩互相垂直，監(jiān)控打印尺寸較小的樣品可以加入光學(xué)透鏡放大。計(jì)算機(jī)主要負(fù)責(zé)打印樣品與預(yù)期效果的比較和控制打印頭進(jìn)行糾錯(cuò)。
[0023]首先使用計(jì)算機(jī)做出每個(gè)階段樣品預(yù)期的三視圖。打印過程中，三個(gè)攝像頭實(shí)時(shí)將圖像傳遞至計(jì)算機(jī)，與預(yù)期生成的效果圖進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)打印異常時(shí)，計(jì)算機(jī)將控制打印頭進(jìn)行修復(fù)。
[0024]具體比較方式如下:
參照圖1，首先每打印高度為0.1mm的層面，使用計(jì)算機(jī)通過輪廓提取得到樣品輪廓，并計(jì)算出最小外接矩形，與預(yù)期模型的最小外接矩形比例即為樣品縮放比例。樣品縮放后輪廓與預(yù)期模型輪廓進(jìn)行輪廓比對，當(dāng)誤差大于給定閾值則判定出現(xiàn)錯(cuò)誤。
[0025]具體修復(fù)方式如下:
參照圖2，修復(fù)分為水平修復(fù)(X-Y平面)，主要采用垂直切割刀完成；和垂直修復(fù)(Z方向)，主要采用水平切割刀完成。
[0026]首先判斷錯(cuò)誤類型。當(dāng)攝像頭采集俯視圖輪廓與預(yù)期模型俯視圖輪廓不符時(shí)，判定為水平位置打印錯(cuò)誤進(jìn)行水平修復(fù)。在X-Y平面內(nèi)通過掃描形式形成截面形狀出錯(cuò)概率較低，故水平位置打印錯(cuò)誤頻率較低。當(dāng)攝像頭采集左視圖或主視圖輪廓與預(yù)期模型左視圖或主視圖輪廓不符時(shí)，判定為垂直位置打印錯(cuò)誤進(jìn)行垂直修復(fù)。Z方向上由于3D打印是通過逐層打印的方式來構(gòu)造三維的實(shí)體，層間誤差容易累積，故垂直位置打印錯(cuò)誤頻率較聞。
[0027]當(dāng)水平位置打印錯(cuò)誤且樣品打印高度大于1_時(shí)，進(jìn)行水平修復(fù)。由于檢測到錯(cuò)誤的該時(shí)間節(jié)點(diǎn)前并未判定出現(xiàn)錯(cuò)誤，即可認(rèn)為上一層沒有錯(cuò)誤，使用切割刀將出錯(cuò)的打印層切除，并使用打印頭重新打印該層。
[0028]當(dāng)水平位置打印錯(cuò)誤且樣品打印高度小于Imm時(shí)，判定無修復(fù)價(jià)值，放棄本次打印樣品以節(jié)約時(shí)間，并發(fā)出警報(bào)。
[0029]當(dāng)垂直位置打印錯(cuò)誤時(shí)，對樣品打印尺寸小于預(yù)期尺寸，即凹入?yún)^(qū)域增加3D打印層打印次數(shù)或者增加層打印厚度進(jìn)行填補(bǔ)，對對樣品打印尺寸大于預(yù)期尺寸，即凸出區(qū)域減少3D打印層打印次數(shù)或者減少層打印厚度進(jìn)行修復(fù)。
[0030]特別的，當(dāng)垂直位置打印錯(cuò)誤且預(yù)期成品高度小于5層打印高度時(shí)，判定無修復(fù)價(jià)值，放棄本次打印樣品以節(jié)約時(shí)間，并發(fā)出警報(bào)。
[0031]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于三視圖的3D打印監(jiān)視糾錯(cuò)方法，其特征在于，按如下步驟進(jìn)行: 1)提供一系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括三個(gè)分別監(jiān)視三個(gè)視角的攝像頭、計(jì)算機(jī)、水平和垂直切割刀，所述計(jì)算機(jī)具有用以處理攝像頭圖片信息的圖像識別模塊，所述攝像頭兩兩相互垂直以監(jiān)視樣品主視圖，俯視圖，左視圖，所述水平或垂直切割刀用以切除需處理的打印層； 2)處理加工模型，獲取模型預(yù)期的三視圖； 3)通過攝像頭采集打印部件的三視圖； 4)將攝像頭采集圖片送于圖像識別模塊，通過圖像識別模塊進(jìn)行圖像的輪廓提取以及圖像縮放； 5)將處理后的圖像與預(yù)期的圖像進(jìn)行對比，并判斷是否異常； 6)異常情況下進(jìn)行修復(fù)模式，無異常情況下返回步驟3)執(zhí)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三視圖的3D打印監(jiān)視糾錯(cuò)方法，其特征在于:所述修復(fù)模式按如下過程執(zhí)行: O首先暫停當(dāng)前打印，并判斷錯(cuò)誤類型和區(qū)域，即判斷類型為水平打印錯(cuò)誤還是垂直打印錯(cuò)誤； 2)當(dāng)水平打印錯(cuò)誤時(shí)，判斷打印錯(cuò)誤區(qū)域?yàn)榘既雲(yún)^(qū)域或?yàn)橥钩鰠^(qū)域； 3)如打印錯(cuò)誤區(qū)域?yàn)橥钩鰠^(qū)域，并超過Imm時(shí)，采用垂直切割刀切除出錯(cuò)的打印層，再重新打印切除層； 4)如打印錯(cuò)誤區(qū)域?yàn)榘既雲(yún)^(qū)域時(shí)，則進(jìn)行定位修補(bǔ)；如無法修補(bǔ)，放棄本次打印； 5)當(dāng)垂直打印錯(cuò)誤時(shí)，判斷成品打印錯(cuò)誤區(qū)域的高度是否大于5層打印高度； 6)當(dāng)打印錯(cuò)誤區(qū)域的高度大于5層打印高度時(shí)，判斷打印錯(cuò)誤區(qū)域?yàn)榘既雲(yún)^(qū)域或?yàn)橥钩鰠^(qū)域； 7)當(dāng)打印錯(cuò)誤區(qū)域?yàn)橥钩鰠^(qū)域且高于5層打印高度，則采用水平切割刀切除出錯(cuò)的打印層，再重新打印切除層； 8)判斷樣品打印錯(cuò)誤的凹入?yún)^(qū)域尺寸是否小于預(yù)期設(shè)定的尺寸；如果凹入?yún)^(qū)域小于預(yù)期尺寸時(shí)，減少3D打印層打印次數(shù)； 9)如果凹入?yún)^(qū)域大于預(yù)期尺寸，增加3D打印層打印次數(shù)； . 10)當(dāng)打印錯(cuò)誤區(qū)域不大于5層打印高度時(shí)，放棄本次打印。
【文檔編號】G06F11/30GK104407823SQ201410237608
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月31日
【發(fā)明者】郭太良, 葉蕓, 林志賢, 胡海龍, 姚劍敏, 黃敦博 申請人:福州大學(xué)