机器视觉辅助的增材制造的系统和方法技术方案

本申请一般涉及使用机器视觉以提供有关增材制造装置的一个以上方面的信息，诸如校准参数和/或由所述装置形成的或在由所述装置形成的过程中形成的物体的系统和方法。根据一些方面，提供了一种用于校准增材制造装置的方法。根据一些方面，提供了一种用于评估使用增材制造装置形成的物体的至少一部分的方法。根据一些方面，提供了一种用于使用增材制造装置来制造与第一物体相接触的第二物体的方法。根据一些方面，可以提供一种被配置成执行上述方法中的一个以上的增材制造装置。

System and method for machine vision assisted material gain manufacturing

This application generally involves the use of machine vision to provide information about the increasing material manufacturing device of one or more aspects of the information, such as the calibration parameters and / or formed by the device or system formed in the process of forming by the device in object and method. According to some aspects, a method for calibrating a material manufacturing device is provided. According to some aspects, a method is provided for evaluating at least a portion of an object formed using a material making device. According to some aspects, a method for manufacturing a second object in contact with a first object is provided for use in an apparatus for making material. According to some aspects, a material manufacturing device configured to perform more than one of the above methods may be provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机器视觉辅助的增材制造的系统和方法关于联邦政府资助研究或开发的声明本专利技术是在根据国家科学基金会授予的授权号IIS-1116296以及空间和海上作战系统中心授予的合同号N66001-12-1-4242的政府支持下进行的。政府对本专利技术具有一定的权力。
技术介绍
增材制造，例如3维(3D)打印提供了用于制造物体的技术，这通常是通过使建筑材料的部分在特定位置上固化和/或组合来进行的。增材制造技术可以包括立体光刻、选择性或熔融沉积成型、直接复合制造、层压物体的制造、选择性相区沉积、多相喷射固化、弹道颗粒制造、颗粒沉积、激光烧结、聚合物喷射或其组合。许多增材制造技术是通过形成通常是所需物体的横截面的连续层来构建各部分的。通常，形成每个层，以使得其粘附到之前形成的层或上面构建有物体的基材上。
技术实现思路
根据一些实施例，提供了一种校准增材制造装置的方法，该增材制造装置包括构建平台、成像装置和一个以上打印头，且该方法包括至少部分地通过使用成像装置对位于构建平台上的校准图像进行成像来确定第一空间映射；使用一个以上打印头中的第一打印头来在构建平台上制造校准物体；至少部分地通过使用成像装置对制造的校准物体进行成像来确定第二空间映射；至少部分地基于第一和第二空间映射来确定从第一打印头到构建平台的空间映射；以及至少部分地基于确定的从第一打印头到构建平台的空间映射来调整与第一打印头相关联的一个以上设置。根据一些实施例，提供了一种增材制造设备，其包括构建平台；至少第一打印头，该第一打印头具有一个以上设置；成像装置；以及至少一个处理器，其被配置成至少部分地通过使用成像装置对位于构建平台上的校准图像进行成像来确定第一空间映射；至少部分地通过使用成像装置对使用第一打印头形成的校准物体进行成像来确定第二空间映射；至少部分地基于第一和第二空间映射来确定从第一打印头到构建平台的空间映射；以及至少部分地基于确定的从第一打印头到构建平台的空间映射来调整第一打印头的一个以上设置中的至少一个。根据一些实施例，提供了一种使用位于构建平台上方的成像装置对增材制造装置的构建平台进行调平的方法，该方法包括使用成像装置对位于构建平台上的校准图案中的至少一部分进行成像；确定所成像的校准图案中的至少一部分的多个焦点测量值；至少部分地基于多个焦点测量值来识别构建平台的取向；以及基于确定的取向来调整构建平台的取向。根据一些实施例，提供了一种评估使用增材制造装置形成的物体的至少一部分的方法，该增材制造装置包括构建平台和成像装置，且该方法包括经增材制造在构建平台上形成物体的至少一部分；用成像装置扫描物体的至少一部分的表面区域，其中扫描包括用成像装置捕获物体的至少一部分的表面区域的第一图像，第一图像是当物体的至少一部分的表面区域在与成像装置相距第一距离时进行捕获的；以及用成像装置捕获物体的至少一部分的表面区域的第二图像，第二图像是当物体的至少一部分的表面区域在与成像装置相距不同于第一距离的第二距离时进行捕获的；以及至少部分地基于第一和第二图像来确定物体的至少一部分的表面区域的深度图。根据一些实施例，提供了一种增材制造设备，其包括构建平台、至少一个打印头、成像装置和至少一个控制器，其被配置成操作至少一个打印头以在构建平台上形成物体的至少一部分；操作成像装置以捕获物体的至少一部分的表面区域的第一图像，第一图像是当物体的至少一部分的表面区域在与成像装置相距第一距离时进行捕获的；以及捕获物体的至少一部分的表面区域的第二图像，第二图像是当物体的至少一部分的表面区域在与成像装置相距不同于第一距离的第二距离时进行捕获的；以及至少部分地基于第一和第二图像来确定物体的至少一部分的表面区域的深度图。根据一些实施例，提供了一种评估使用增材制造装置形成的物体的至少一部分的方法，该增材制造装置包括构建平台和成像装置，且该方法包括经增材制造在构建平台上形成物体的至少一部分；用成像装置扫描物体的至少一部分的表面区域，其中扫描包括在光的第一波长下用成像装置捕获物体的至少一部分的表面区域的第一图像；以及在不同于光的第一波长的光的第二波长下用成像装置捕获物体的至少一部分的表面区域的第二图像；以及至少部分地基于第一和第二图像来确定物体的至少一部分的表面区域的深度图。根据一些实施例，提供了一种增材制造设备，其包括构建平台、至少一个打印头、成像装置和至少一个控制器，其被配置成操作至少一个打印头以在构建平台上形成物体的至少一部分；操作成像装置以在光的第一波长下捕获物体的至少一部分的表面区域的第一图像；以及在不同于光的第一波长的光的第二波长下捕获物体的至少一部分的表面区域的第二图像；以及至少部分地基于第一和第二图像来确定物体的至少一部分的表面区域的深度图。根据一些实施例，提供了一种使用包括构建平台的增材制造装置来制造与第一物体相接触的第二物体的方法，该方法包括获得表示第二物体的三维模型；当第一物体位于构建平台上时，感测第一物体的至少一个三维表面区域；至少部分地基于该感测的结果来变换三维模型的至少一部分；以及至少部分地基于变换的三维模型经增材制造来制造与第一物体相接触的第二物体。根据一些实施例，提供了一种增材制造设备，其包括构建平台、至少一个打印头、成像装置以及至少一个控制器，其被配置成当第一物体位于构建平台上时，经成像装置感测第一物体的至少一个三维表面区域；以及操作至少一个打印头以形成与第一物体相接触的第二物体，其中第二物体已被配置成至少部分地与第一物体的至少一个三维表面区域相匹配。提供前面的概述仅用于说明且不旨在限制。附图说明附图不旨在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或几乎相同的组件是用相同的数字表示的。为了清楚起见，可能并非每个组件均在每个附图中进行标记。在附图中：图1描绘了根据一些实施例的适于在增材制造装置内实践机器视觉的说明性系统；图2描绘了根据一些实施例的适于实践机器视觉技术的系统的逻辑图；图3描绘了根据一些实施例的在机器视觉辅助的增材制造装置的组件之间的空间映射的确定；图4描绘了根据一些实施例的调整增材制造装置的一个以上设置的方法；图5描绘了根据一些实施例的适于确定用于增材制造装置的空间映射的说明性用户界面；图6A至B描绘了根据一些实施例的用于感测构建平台的取向的说明性技术；图7描绘了根据一些实施例的调整构建平台的取向的方法；图8描绘了根据一些实施例的确定表面的深度图的方法；图9描绘了根据一些实施例的美国1美分硬币的说明性深度图；图10A至B描绘了根据一些实施例的响应于对正制造的物体表面的感测执行增材制造的实例；图11描绘了根据一些实施例的在物体制造期间形成校正层的方法；图12A至D描绘了根据一些实施例的制造与辅助物体相接触的物体的说明性过程；图13描绘了根据一些实施例的制造与辅助物体相接触的物体的方法；以及图14描绘了上面可以实施本专利技术的各方面的计算系统环境的实例。具体实施方式本申请一般涉及使用机器视觉的系统和方法，以提供有关增材制造装置的一个以上方面的信息，诸如校准参数和/或由所述装置形成的或在由所述装置形成的过程中形成的物体。增材制造装置通常必须进行校准以确保由装置制造的物体是物体的预期形式的准确表示。例如，增材制造装置通常在构建平台上制造物体，以使得在构建平台上形成物体的第一层并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种校准增材制造装置的方法，所述增材制造装置包括构建平台、成像装置和一个以上打印头，所述方法包括：至少部分地通过使用所述成像装置对位于所述构建平台上的校准图像进行成像来确定第一空间映射；使用所述一个以上打印头中的第一打印头来在所述构建平台上制造校准物体；至少部分地通过使用所述成像装置对所述制造的校准物体进行成像来确定第二空间映射；至少部分地基于所述第一和第二空间映射来确定从所述第一打印头到所述构建平台的空间映射；以及至少部分地基于确定的从所述第一打印头到所述构建平台的空间映射来调整与所述第一打印头相关联的一个以上设置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.28 US 62/029,921;2015.03.12 US 14/645,6161.一种校准增材制造装置的方法，所述增材制造装置包括构建平台、成像装置和一个以上打印头，所述方法包括：至少部分地通过使用所述成像装置对位于所述构建平台上的校准图像进行成像来确定第一空间映射；使用所述一个以上打印头中的第一打印头来在所述构建平台上制造校准物体；至少部分地通过使用所述成像装置对所述制造的校准物体进行成像来确定第二空间映射；至少部分地基于所述第一和第二空间映射来确定从所述第一打印头到所述构建平台的空间映射；以及至少部分地基于确定的从所述第一打印头到所述构建平台的空间映射来调整与所述第一打印头相关联的一个以上设置。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一空间映射是从所述成像装置到所述构建平台的空间映射，且其中所述第二空间映射是从所述成像装置到所述第一打印头的空间映射。3.根据权利要求1所述的方法，其中与所述第一打印头相关联的所述一个以上设置包括所述第一打印头相对于所述一个以上打印头中的另一个打印头的位置。4.根据权利要求1所述的方法，其还包括确定从所述一个以上打印头的第二打印头到所述构建平台的空间映射，并至少部分地基于确定的从所述第二打印头到所述构建平台的空间映射来调整与所述第二打印头相关联的一个以上设置。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述一个以上打印头包括位于所述第一和第二打印头之间的第三打印头，且所述方法还包括调整与所述第三打印头相关联的一个以上设置，该调整通过在调整的与所述第一打印头相关联的一个以上设置和调整的与所述第二打印头相关联的一个以上设置之间进行插入来进行。6.根据权利要求1所述的方法，其中调整与所述第一打印头相关联的一个以上设置包括改变所述第一打印头的喷嘴的位置和/或取向。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述校准图案包括棋盘式图案。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述校准物体包括光学透明材料。9.根据权利要求1所述的方法，其中确定从所述第一打印头到所述构建平台的所述空间映射包括计算至少一个单应性矩阵。10.根据权利要求1所述的方法，其中确定第二空间映射包括经用户界面获得由用户提供的多个校准点。11.根据权利要求10所述的方法，其中至少部分地通过确定所述多个校准点中的每一个与所述多个校准点的相应预期位置的偏差来确定所述第二空间映射。12.一种增材制造设备，其包括：构建平台；至少第一打印头，所述第一打印头具有一个以上设置；成像装置；以及至少一个处理器，其被配置成：至少部分地通过使用所述成像装置对位于所述构建平台上的校准图像进行成像来确定第一空间映射；至少部分地通过使用所述成像装置对使用所述第一打印头形成的校准物体进行成像来确定第二空间映射；至少部分地基于所述第一和第二空间映射来确定从所述第一打印头到所述构建平台的空间映射；以及至少部分地基于确定的从所述第一打印头到所述构建平台的空间映射来调整所述第一打印头的所述一个以上设置中的至少一个。13.根据权利要求12所述的增材制造设备，其中所述第一空间映射是从所述成像装置到所述构建平台的空间映射，且其中所述第二空间映射是从所述成像装置到所述第一打印头的空间映射。14.根据权利要求12所述的增材制造设备，其中与所述第一打印头相关联的所述一个以上设置包括所述第一打印头相对于一个以上打印头中的另一个打印头的位置。15.根据权利要求12所述的增材制造设备，其中确定从所述第一打印头到所述构建平台的所述空间映射包括计算单应性矩阵。16.一种使用位于构建平台上方的成像装置对增材制造装置的所述构建平台进行调平的方法，所述方法包括：使用所述成像装置对位于所述构建平台上的校准图案中的至少一部分进行成像；确定所述成像的所述校准图案中的至少一部分的多个焦点测量值；至少部分地基于所述多个焦点测量值来识别所述构建平台的取向；以及基于所述确定的取向来调整所述构建平台的所述取向。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述多个焦点测量值中的每一个表示所述成像的所述校准图案的至少一部分的相应点失焦的程度。18.根据权利要求17所述的方法，其还包括顺序地重复所述成像、确定、识别和调整步骤直到所述多个焦点测量值的平均值下降到阈值以下为止。19.根据权利要求16所述的方法，其中调整所述构建平台的所述取向包括朝向或远离所述成像装置移动所述构建平台的至少一部分。20.根据权利要求19所述的方法，其中调整所述构建平台的所述取向包括向所述成像装置移动所述构建平台的第一部分并远离所述成像装置移动所述构建平台的第二部分。21.一种评估使用增材制造装置形成的物体的至少一部分的方法，所述增材制造装置包括构建平台和成像装置，所述方法包括：经增材制造在所述构建平台上形成所述物体的所述至少一部分；用所述成像装置扫描所述物体的所述至少一部分的表面区域，其中所述扫描包括：用所述成像装置捕获所述物体的所述至少一部分的所述表面区域的第一图像，所述第一图像是当所述物体的所述至少一部分的所述表面区域在与所述成像装置相距第一距离时进行捕获的；以及用所述成像装置捕获所述物体的所述至少一部分的所述表面区域的第二图像，所述第二图像是当所述物体的所述至少一部分的所述表面区域在与所述成像装置相距第二距离时进行捕获的；所述第二距离不同于所述第一距离，以及至少部分地基于所述第一和第二图像来确定所述物体的所述至少一部分的所述表面区域的深度图。22.根据权利要求21所述的方法，其中所述物体的所述至少一部分是所述物体的第一部分，所述方法还包括：形成与所述第一部分相接触的所述物体的第二部分，所述形成至少部分基于所述确定的所述物体的所述第一部分的所述表面区域的深度图。23.根据权利要求22所述的方法，其还包括确定所述物体的所述第二部分的表面区域的深度图，其中所述物体的所述第二部分的所述表面区域的所述深度图表现出比所述物体的所述第一部分的所述表面区域的所述深度图的深度变化更小的深度变化。24.根据权利要求21所述的方法，其中所述物体的所述至少一部分的所述表面区域为所述物体的所述至少一部分的最上面表面的一部分。25.根据权利要求21所述的方法，其还包括确定与所述表面区域相对应的二元掩模。26.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一图像的至少第一像素的值指示两个电磁波的相对相位。27.根据权利要求21所述的方法，其还包括：获得表示所述物体的三维模型；以及通过将所述深度图与所述三维模型进行比较来确定所述形成的物体的至少一部分的容差。28.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一和第二距离具有1μm和10μm之间的差异。29.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一和第二距离具有约为...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈维尔·E·拉莫斯，平查雅·西帝阿蒙，沃伊切赫·马突斯克，王玉望，
申请(专利权)人：麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：美国,US