一种大范围3D打印方法技术

本发明专利技术公开了一种大范围3D打印方法。将打印模型分成N块子模型，并用移动平台对各块子模型依次打印处理并接合，直到最后打印成一个整体：在打印前后相邻两块子模型时，对前一块子模型时额外增设打印出一个特征结构，特征结构供后一块子模型打印后和前一块子模型接合的识别定位使用；采用包括有AGV小车、摄像头和打印机的打印设备，通过AGV小车带动打印机移动，实现不同位置进行打印，同时通过摄像头拍摄打印出的模型轮廓来调整打印机的打印坐标系。本发明专利技术将打印机、摄像头、AGV小车三者进行了结合，解决了传统3D打印机无法打印超出打印范围的打印件的问题，大大增加了打印机的打印范围，同时也提高了打印的灵活性。

A Wide Range 3D Printing Method

The invention discloses a large-scale 3D printing method. The print model is divided into N-block sub-models, and each sub-model is printed and processed sequentially by mobile platform until it is printed as a whole. When two sub-models are adjacent before and after printing, an additional feature structure is added to the former sub-model, and the feature structure is used for recognition and location of the latter sub-model after printing and the former sub-model joining. Printing equipment includes AGV car, camera and printer. Printers are driven by AGV car to print in different positions. Printing coordinate system of printer is adjusted by the model outline captured and printed by camera. The invention combines the printer, camera and AGV car to solve the problem that the traditional 3D printer can not print the printer beyond the printing range, greatly increases the printing range of the printer, and also improves the printing flexibility.

【技术实现步骤摘要】
一种大范围3D打印方法
本专利技术涉及了一种大范围3D打印方法，具体是提供了一种能够在任意地方打印并且能够打印出超出原有打印机打印范围的打印方法。
技术介绍
3D打印技术经过这些年的发展，技术上已基本上形成了一套体系，可应用的行业也逐渐扩大，从产品设计到模具设计与制造，材料工程、医学研究、文化艺术、建筑工程等等都逐渐的使用，可以说3D打印有着非常广阔的前景。但是与此同时，随着这项技术的快速发展，我们也会从中发现许多的问题和缺陷，比如说3D打印的打印范围较小且打印区域非常固定就是其中一个问题。如果想打印一个超出打印机范围的比较大型的打印件，现有的方法需要我们制造一台与这个打印件相匹配的打印机来进行打印；或者是用多台打印机同时进行工作，来打印出这个超出打印范围的打印件，这样做非常不方便。同时，现有的技术方法只能在打印机限定的范围内进行打印，灵活度也存在较大的欠缺。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种大范围3D打印方法，能够在任意的区域进行打印，并且只用一台原有的打印机就能打印出超出3D打印机打印范围的打印件。本专利技术的技术方案如下：本专利技术在打印模型超出打印机打印范围的情况下，先将打印模型分成N块子模型，并用移动平台对各块子模型依次打印处理并接合，直到最后打印成一个整体：在打印前后相邻两块子模型时，对前一块子模型时额外增设打印出一个特征结构，特征结构以供后一块子模型打印后和前一块子模型接合的识别定位使用；对后一块子模型时额外减去一个特征结构进行打印，用摄像头拍摄前一块子模型的轮廓图像并进行轮廓提取，通过特征结构的轮廓进行打印坐标系转换，进而实现前后两块子模型接合。所述的前一块子模型额外增设的特征结构和后一块子模型额外减去的特征结构相同，前一块子模型额外增设的特征结构直接由前一块子模型原有结构延伸连接打印出来，后一块子模型额外增设的特征结构直接由后一块子模型原有结构挖去不打印出来。所述的特征结构为凸出于或者凹进于子模型的柱形结构，优选的带有边缘角点，例如可以为条柱形、方柱形或者半圆柱形。特征结构特征可以是任意形状，适合用于视觉识别。所述方法采用包括有AGV小车、摄像头和打印机的打印设备，打印机安装在AGV小车中间上，AGV小车上安装有支架，摄像头安装于支架水平延伸出的末端，打印机的机械臂4末端带有打印头；通过AGV小车带动打印机的移动，实现在打印模型大范围不同位置进行打印，同时通过摄像头拍摄打印出的模型轮廓来调整打印机的打印坐标系，进而调整后面打印出的模型位置。所述方法具体为：(1)对摄像头与打印机械臂进行手眼标定，得到摄像头坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系；(2)需打印模型是超出打印机的打印范围，将打印模型分成N块子模型，对每前后相邻的两块子模型之间的接合分界处分别增加和减少设置一个特征结构，然后对每一块子模型分别进行切片，形成各自的切片G代码，切片G代码中包含有特征结构的特征向量数据；(3)然后采用以下方式对每前后相邻的两块子模型进行打印并接合：(3.1)AGV小车通过遥控器进行操控，AGV小车到达前一块子模型可以进行打印的位置，先打印前一块子模型的第一层切片，打印时打印出有特征结构；(3.2)前一块子模型的第一层切片打印完成之后，操控AGV小车到达后一块子模型打印位置附近，且位于前一块子模型打印出的特征结构旁，利用摄像头进行拍照获得当前层切片的特征结构的图像：(3.3)对图像依次进行滤波去噪、转换为灰度图的处理，接着利用Opencv函数模块中的canny算子进行轮廓提取，在图像中找到特征结构的轮廓；提取特征结构的轮廓中的两边界点的图像像素坐标作为特征点，根据摄像头坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系转换为机械臂坐标系下的切片所在平面坐标(x1,y1)和(x2,y2)，然后由两边界点计算前特征点向量(x1-x2,y1-y2)；由后一块子模型的切片G代码中预先存储的同样的后特征点向量和前特征点向量进行比较计算获得两个向量的偏差角度和位移量，根据偏差角度和位移量将后一块子模型的切片G代码进行转换，然后执行打印，就能将打印出后一块子模型与前一块子模型进行接合；(4)重复上述步骤对第二层切片、第三层切片进行打印，以此直到打完整个模型。本专利技术将AGV小车、摄像头和打印机组合在一起，可以在任意位置进行打印，打破了传统打印机的打印位置的限制。本专利技术的有益效果是：本专利技术将打印机、摄像头、AGV小车三者进行了结合，各取所长，解决了传统3D打印机无法打印超出打印范围的打印件的问题。本专利技术提出了一种打印出特征为后续打印做坐标基准的方法，大大增加了打印机的打印范围，同时也提高了打印的灵活性。附图说明附图1为本专利技术的打印方法流程图；附图2为本专利技术的打印设备结构图；附图3为实施例打印的前后块子模型的结构示意图；附图4为打印完的前块子模型的表面俯视图；附图5为在图像中找到边界点的示意图；附图6为第二部分模型中的边界点；附图7为大范围打印的表示示意图。图中：相机1、支架2、AGV小车3、机械臂4、特征结构5。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，在打印模型超出打印机打印范围的情况下，先将打印模型分成N块子模型，并用移动平台对各块子模型依次打印处理并接合，直到最后打印成一个整体：在打印前后相邻两块子模型时，对前一块子模型时额外增设打印出一个特征结构5，特征结构5以供后一块子模型打印后和前一块子模型接合的识别定位使用；对后一块子模型时额外减去一个特征结构进行打印，用摄像头拍摄前一块子模型的轮廓图像并进行轮廓提取，通过特征结构的轮廓进行打印坐标系转换，使得后一块子模型的数字模型拼接到前一块子模型的数字模型，进而实现前后两块子模型接合。前一块子模型额外增设的特征结构和后一块子模型额外减去的特征结构相同，前一块子模型额外增设的特征结构直接由前一块子模型原有结构延伸连接打印出来，后一块子模型额外增设的特征结构直接由后一块子模型原有结构挖去不打印出来。特征结构特征可以是任意形状，适合用于视觉识别。如附图2所示，本专利技术的实施设备由一辆AGV小车3、一台可以进行打印的打印机和一款工业摄像头1组成，打印机安装在AGV小车3中间上，AGV小车3上安装有支架2，摄像头1安装于支架2水平延伸出的末端，打印机的机械臂4末端带有打印头；通过AGV小车带动打印机的移动，实现在打印模型大范围不同位置进行打印，同时通过摄像头拍摄打印出的模型轮廓来调整打印机的打印坐标系，进而调整后面打印出的模型位置。利用小车的移动功能、摄像头的视觉识别功能以及机械臂的打印功能来完成本方案。摄像头位于顶端，由上往下进行拍摄；摄像头与机械臂的相对位置是固定的，如附图2所示。本专利技术的实施例过程如下：(1)对摄像头与打印机械臂进行手眼标定，得到摄像头坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系；(2)需打印模型是超出打印机的打印范围，将打印模型分成N块子模型，分块时前后两块子模型之间均保留一部分容易识别的特征结构5，如附图3所示。对每前后相邻的两块子模型之间的接合分界处分别增加和减少设置一个特征结构5，然后对每一块子模型分别进行切片，形成各自的切片G代码，切片G代码中包含有特征结构5的特征点的特征向量数据；3D打印的一般步骤：建模软件中建模，形成STL格式的模型文件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大范围3D打印方法，其特征在于：在打印模型超出打印机打印范围的情况下，先将打印模型分成N块子模型，并用移动平台对各块子模型依次打印处理并接合，直到最后打印成一个整体：在打印前后相邻两块子模型时，对前一块子模型时额外增设打印出一个特征结构，特征结构以供后一块子模型打印后和前一块子模型接合的识别定位使用；对后一块子模型时额外减去一个特征结构进行打印，用摄像头拍摄前一块子模型的轮廓图像并进行轮廓提取，通过特征结构的轮廓进行打印坐标系转换，进而实现前后两块子模型接合。

【技术特征摘要】
1.一种大范围3D打印方法，其特征在于：在打印模型超出打印机打印范围的情况下，先将打印模型分成N块子模型，并用移动平台对各块子模型依次打印处理并接合，直到最后打印成一个整体：在打印前后相邻两块子模型时，对前一块子模型时额外增设打印出一个特征结构，特征结构以供后一块子模型打印后和前一块子模型接合的识别定位使用；对后一块子模型时额外减去一个特征结构进行打印，用摄像头拍摄前一块子模型的轮廓图像并进行轮廓提取，通过特征结构的轮廓进行打印坐标系转换，进而实现前后两块子模型接合。2.根据权利要求1所述的一种大范围3D打印方法，其特征在于：所述的前一块子模型额外增设的特征结构和后一块子模型额外减去的特征结构相同，前一块子模型额外增设的特征结构直接由前一块子模型原有结构延伸连接打印出来，后一块子模型额外增设的特征结构直接由后一块子模型原有结构挖去不打印出来。3.根据权利要求1所述的一种大范围3D打印方法，其特征在于：所述的特征结构为凸出于或者凹进于子模型的柱形结构。4.根据权利要求1所述的一种大范围3D打印方法，其特征在于：所述方法采用包括有AGV小车(3)、摄像头(1)和打印机的打印设备，打印机安装在AGV小车(3)中间上，AGV小车(3)上安装有支架(2)，摄像头(1)安装于支架(2)水平延伸出的末端，打印机的机械臂4末端带有打印头；通过AGV小车带动打印机的移动，实现在打印模型大范围不同位置进行打印，同时通过摄像头拍摄打印出的模型轮廓来调整打印机的打印坐标系，进而调整后面打印出的模型位置。5.根据权利要求4所述的一种大范围3D打印方法，其特征在于：所述方法具体为：(...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅建中，吕健冉，褚建农，吴森洋，
申请(专利权)人：浙江大学，红河创新技术研究院，
类型：发明
国别省市：浙江,33