3d打印機工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種3D打印機工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置。包括數(shù)據(jù)采集處理模塊與電源模塊，所述數(shù)據(jù)采集處理模塊包括微處理器、攝像頭、溫度濕度傳感器模塊、速度加速度傳感器、通訊模塊、聲光報警、斷路保護、液晶顯示和按鍵輸入模塊。攝像頭實時采集3D打印機工作時噴頭以及工件的畫面，溫濕度傳感器模塊分別采集噴頭、底板溫度與環(huán)境溫度濕度信息，速度加速度傳感器實時測量底板的速度加速度，處理器將以上信息處理后發(fā)送至上位機與液晶顯示實時顯示。當溫濕度參數(shù)或者速度加速度參數(shù)超出設定范圍時，裝置通過斷路保護器切斷3D打印機電源，實現(xiàn)急停保護。
【專利說明】3D打印機工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種3D打印機工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，具體地說是一種具有運動參數(shù)、工作環(huán)境等工作狀態(tài)實時檢測與顯示的裝置。

【背景技術】
[0002]3D打印機作為一種新興的加工設備，具有越來越廣闊的應用前景和市場潛力。目前市面上3D打印機多基于FDM原理，也就是熔融沉積制造原理。這類3D打印機的原材料一般是熱塑性材料，如蠟、ABS、尼龍等。
[0003]在加工過程中，操作人員需要關注工件的加工狀況以及設備的運行情況，但是目前市面上的3D打印機并未給操作人員提供相應的便利的功能。FDM類3D打印機的原材料在融化狀態(tài)下會產(chǎn)生難聞的氣味，長時間吸入會對人體健康造成影響。并且，由于存在加熱部件，操作人員觀察工件時易出現(xiàn)燙傷等意外情況。
[0004]另外，現(xiàn)有的3D打印機尚不具備實時監(jiān)測并顯示運動參數(shù)、加熱部件溫度等關鍵加工參數(shù)的功能，無法為操作人員提供直觀準確的反饋信息，為操作帶來了不便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能實時監(jiān)控3D打印機的工作狀態(tài)，實現(xiàn)工作狀態(tài)超常時的急停保護的3D打印機工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0007]包括數(shù)據(jù)采集處理模塊與電源模塊，所述數(shù)據(jù)采集處理模塊包括微處理器、攝像頭、溫度濕度傳感器模塊、速度加速度傳感器、通訊模塊、聲光報警、斷路保護、液晶顯示和按鍵輸入模塊，所述溫濕度傳感器模塊包括底板溫度傳感器、噴頭溫度傳感器和溫濕度傳感器，
[0008]所述電源模塊包括提供電源的A⑶C模塊，
[0009]所述通訊模塊用于與上位機的通訊，包括USB接口、RS232接口、RS485接口和藍牙無線接口，
[0010]所述速度加速度傳感器實時測量3D打印機底板速度與加速度參數(shù)，
[0011]所述溫度濕度傳感器模塊測量3D打印機底板、3D打印機噴頭以及3D打印機工作環(huán)境溫度濕度參數(shù)，
[0012]所述攝像頭實時獲取3D打印機工作畫面，包括噴頭工作狀態(tài)與工件狀態(tài)的畫面信息，
[0013]所述微處理器用于攝像頭及傳感器的數(shù)據(jù)采集與處理、通訊報文生成與解析、聲光報警與斷路保護的控制、液晶顯示的驅動以及按鍵輸入的讀取解析，
[0014]攝像頭、溫度濕度傳感器、速度加速度傳感器模塊、通訊模塊、聲光報警及斷路保護模塊、液晶顯示及按鍵輸入模塊分別與微處理器連接，構成數(shù)據(jù)采集處理模塊。
[0015]本發(fā)明還可以包括:
[0016]1、所述速度加速度傳感器固定在3D打印機底板上，速度加速度傳感器坐標系為笛卡爾坐標系。
[0017]2、所述攝像頭通過第一固定板固定在噴頭上，其中第一固定板的打開角度可調。
[0018]3、所述噴頭溫度傳感器通過第二固定板固定在噴頭上，噴頭溫度傳感器與第二固定板之間、第二固定板與噴頭之間分別涂抹導熱硅。
[0019]4、所述底板溫度傳感器固定在3D打印機底板上，底板溫度傳感器與3D打印機底板的接觸面上涂抹導熱硅脂。
[0020]本發(fā)明能實現(xiàn)以下功能:
[0021](I)具有實時監(jiān)測、存儲、顯示3D打印機工作狀態(tài)下的運動參數(shù)、溫度濕度的功倉泛;
[0022](2)具有實時獲得、顯示3D打印機的加工畫面功能以及錄制加工視頻的功能；
[0023](3)具有3D打印機工作參數(shù)超限后的實時報警及急停保護功能；
[0024](4)具有工作模式設定功能。
[0025]本發(fā)明的益處在于為操作人員提供了安全可靠便利的觀察加工狀況的途徑，并提供急停保護功能，避免3D打印機機械本體與零部件的損毀。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明在線監(jiān)測裝置的結構示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明裝置傳感器安裝示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明裝置數(shù)據(jù)流向示意圖。

【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本發(fā)明進行進一步的說明。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明的3D打印機工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置包括電源模塊2和數(shù)據(jù)采集處理模塊3。
[0031]電源模塊包含A⑶C模塊17，為裝置供電，且獨立于3D打印機電源。
[0032]數(shù)據(jù)采集處理模塊包括微處理器7、通訊模塊8、攝像頭15、溫濕度度傳感器模塊16、速度加速度傳感器模塊4、聲光報警模塊6、斷路保護模塊5、液晶顯示14、按鍵輸入模塊13。
[0033]通訊模塊分別提供USB接口 12、RS232接口 11、RS485接口 10與藍牙無線接口 9。微處理器通過通訊接口向上位機實時傳送數(shù)據(jù)。上位機通過通訊模塊向微處理器發(fā)送工作指令。
[0034]攝像頭用于實時采集3D打印機噴頭的工作畫面以及工件的畫面。微處理器讀取并處理攝像頭的畫面數(shù)據(jù)，然后通過通訊模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機進行實時顯示。同時，微處理器還將數(shù)據(jù)發(fā)送至液晶顯示，通過液晶顯示實時顯示加工畫面。
[0035]溫濕度傳感器模塊包括底板溫度傳感器、噴頭溫度傳感器與溫濕度傳感器，分別采集底板溫度、噴頭溫度和工作環(huán)境溫濕度。微處理器讀取溫濕度傳感器模塊內(nèi)三個傳感器的數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)按照一定算法進行處理，然后將溫濕度傳感器模塊的數(shù)據(jù)通過通訊模塊發(fā)送至上位機實時顯示。同時，微處理器還將溫濕度傳感器模塊的處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至液晶顯示實時顯示。
[0036]速度加速度傳感器用于檢測底板的X-Y-Z三個方向運動速度與加速度。微處理器讀取速度加速度傳感器的數(shù)據(jù)并處理，然后通過通訊模塊發(fā)送至上位機實時顯示，同時發(fā)送至液晶顯示實時顯示。
[0037]下面通過各個模塊的設置來進一步說明本發(fā)明。
[0038]用戶通過液晶顯示與按鍵或者上位機設定裝置的工作模式。工作模式參數(shù)包括裝置與上位機通訊方式、液晶的顯示模式、攝像頭的幀速與圖像的類型、溫濕度傳感器的采樣頻率、速度加速度傳感器的采樣頻率、底板溫度上下限值、噴頭溫度上下限值、環(huán)境溫濕度上下限值、溫濕度急停時間閾值、速度加速度報警值、速度加速度極限值。裝置將按照設定的工作模式工作。
[0039]微處理器按照設定的幀速讀取攝像頭的畫面數(shù)據(jù)后按照設定的圖像類型對數(shù)據(jù)進行處理，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機與液晶實時顯示。上位機可以將畫面數(shù)據(jù)按照圖片或者視頻的形式存儲在上位機的存儲介質中。圖像與視頻可以通過上位機軟件或者第三方相應軟件查看與二次處理。
[0040]微處理器按照設定的傳感器采樣頻率，通過溫濕度傳感器模塊與速度加速度傳感器獲得3D打印機的運動參數(shù)、溫度濕度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)進行處理后，發(fā)送到液晶顯示以及通過通訊模塊發(fā)送至上位機實時顯示。微處理器內(nèi)部存儲一定量的數(shù)據(jù)，發(fā)送至上位機的數(shù)據(jù)將存儲在上位機的存儲介質中。通過上位機軟件可以讀取存儲在上位機的數(shù)據(jù)，并顯示歷史數(shù)據(jù)。如果溫濕度數(shù)據(jù)超出設置的上下限值的范圍，則裝置啟動溫濕度超限對應的聲光報警功能，同時液晶顯示與上位機顯示報警畫面。如果持續(xù)時間超出設定的時間閾值，則對3D打印機進行急停保護。如果速度加速度數(shù)據(jù)超出設定的報警值范圍，但未超出極限值范圍，則啟動速度加速度超限對應的聲光報警功能，同時液晶顯示與上位機顯示報警畫面。如果速度加速度數(shù)據(jù)超出設定的極限值范圍，則對3D打印機進行急停保護，同時啟動速度加速度超限對應的聲光報警功能，并在液晶顯示與上位機顯示報警畫面。
[0041]聲光報警由LED與蜂鳴器實現(xiàn)。根據(jù)報警原因的不同，聲光報警模塊提供不同顏色不同頻率閃爍的光報警以及不同頻率或不同內(nèi)容的聲報警。
[0042]斷路保護模塊由微處理器控制通斷，常態(tài)為導通狀態(tài)。使用時將斷路保護模塊串入3D打印機電源。斷路保護模塊為通時，則3D打印機電源接通；斷路保護模塊為斷時，則3D打印機電源斷開。
[0043]下面參照圖2說明裝置傳感器的安裝。速度加速度傳感器4固定在3D打印機底板101上，速度加速度傳感器4坐標系為笛卡爾坐標系，如圖2所示。攝像頭15通過固定板103固定在噴頭104上，其中固定板103打開角度可調。噴頭溫度傳感器105通過固定板108固定在噴頭104上。噴頭溫度傳感器105與固定板108之間、固定板108與噴頭104之間各涂抹導熱硅，保證溫度測量的準確性。底板溫度傳感器107固定在3D打印機底板101上，底板溫度傳感器107與3D打印機底板101的接觸面上涂抹導熱硅脂，保證溫度測量準確性。
【權利要求】
1.一種3D打印機工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，包括數(shù)據(jù)采集處理模塊與電源模塊，其特征是:所述數(shù)據(jù)采集處理模塊包括微處理器、攝像頭、溫度濕度傳感器模塊、速度加速度傳感器、通訊模塊、聲光報警、斷路保護、液晶顯示和按鍵輸入模塊，所述溫濕度傳感器模塊包括底板溫度傳感器、噴頭溫度傳感器和溫濕度傳感器， 所述電源模塊包括提供電源的ACDC模塊， 所述通訊模塊用于與上位機的通訊，包括USB接口、RS232接口、RS485接口和藍牙無線接口， 所述速度加速度傳感器實時測量3D打印機底板速度與加速度參數(shù)， 所述溫度濕度傳感器模塊測量3D打印機底板、3D打印機噴頭以及3D打印機工作環(huán)境溫度濕度參數(shù)， 所述攝像頭實時獲取3D打印機工作畫面，包括噴頭工作狀態(tài)與工件狀態(tài)的畫面信息，所述微處理器用于攝像頭及傳感器的數(shù)據(jù)采集與處理、通訊報文生成與解析、聲光報警與斷路保護的控制、液晶顯示的驅動以及按鍵輸入的讀取解析， 攝像頭、溫度濕度傳感器、速度加速度傳感器模塊、通訊模塊、聲光報警及斷路保護模塊、液晶顯示及按鍵輸入模塊分別與微處理器連接，構成數(shù)據(jù)采集處理模塊。
2.根據(jù)權利要求1所述的3D打印機工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征是:所述速度加速度傳感器固定在3D打印機底板上，速度加速度傳感器坐標系為笛卡爾坐標系。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的3D打印機工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征是:所述攝像頭通過第一固定板固定在噴頭上，其中第一固定板的打開角度可調。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的3D打印機工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征是:所述噴頭溫度傳感器通過第二固定板固定在噴頭上，噴頭溫度傳感器與第二固定板之間、第二固定板與噴頭之間分別涂抹導熱硅。
5.根據(jù)權利要求3所述的3D打印機工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征是:所述噴頭溫度傳感器通過第二固定板固定在噴頭上，噴頭溫度傳感器與第二固定板之間、第二固定板與噴頭之間分別涂抹導熱硅。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的3D打印機工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征是:所述底板溫度傳感器固定在3D打印機底板上，底板溫度傳感器與3D打印機底板的接觸面上涂抹導熱娃脂。
7.根據(jù)權利要求3所述的3D打印機工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征是:所述底板溫度傳感器固定在3D打印機底板上，底板溫度傳感器與3D打印機底板的接觸面上涂抹導熱硅脂。
8.根據(jù)權利要求4所述的3D打印機工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征是:所述底板溫度傳感器固定在3D打印機底板上，底板溫度傳感器與3D打印機底板的接觸面上涂抹導熱硅脂。
9.根據(jù)權利要求5所述的3D打印機工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征是:所述底板溫度傳感器固定在3D打印機底板上，底板溫度傳感器與3D打印機底板的接觸面上涂抹導熱硅脂。
【文檔編號】G01D21/02GK104197994SQ201410489881
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權日:2014年9月23日
【發(fā)明者】王威遠, 李媛媛, 楊恒, 理衎 申請人:哈爾濱工程大學