光栅数据采集卡及3D打印机制造技术

本申请提供一种光栅数据采集卡，其包括相互连接的光栅信号接收模块和控制内核模块。本申请还提供一种3D打印机，其包括主控制器、电机驱动控制卡、X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、X运动轴、Y运动轴、Z运动轴、X轴光栅传感器、Y轴光栅传感器、Z轴光栅传感器、运动部件以及上述光栅数据采集卡。本申请的光栅数据采集卡及3D打印机能够采集光栅信号，并将各光栅信号进行数据处理得到X运动轴、Y运动轴和Z运动轴的实际位移与速度，实时反馈给主控制器使得主控制器能够做出修正指令，从而提高3D打印机打印3D模型的精度。型的精度。型的精度。

【技术实现步骤摘要】
光栅数据采集卡及3D打印机


[0001]本技术涉及3D打印机
，具体涉及一种光栅数据采集卡及3D打印机。

技术介绍

[0002]3D打印技术，又称快速成型技术，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，其根据零件或者物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式就可以制造出实物或者实物模型。现有技术中，3D打印机的运动轴所使用的驱动电机为步进电机，步进电机为开环驱动，容易出现丢步现象而导致打印出的模型出现断层，致使现有技术的3D打印机打印精度严重不够、打印出的产品无法满足预期要求。

技术实现思路

[0003]根据本申请的第一方面，提供一种光栅数据采集卡，其包括相互连接的光栅信号接收模块和控制内核模块；光栅信号接收模块用于连接至3D打印机的X运动轴、Y运动轴和Z运动轴，用于采集X运动轴、Y运动轴和Z运动轴分别发出的差分信号形式的光栅信号，将该差分信号形式的光栅信号转换为正交方波信号形式的光栅信号并发送至控制内核模块；控制内核模块用于连接至3D打印机的主控制器，用于根据正交方波信号形式的光栅信号计算出3D打印机的X运动轴、Y运动轴和Z运动轴的实际运动信息，并发送至3D打印机的主控制器。
[0004]根据本申请的第二方面，提供一种3D打印机，其包括主控制器、电机驱动控制卡、X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、X运动轴、Y运动轴、Z运动轴、X轴光栅传感器、Y轴光栅传感器、Z轴光栅传感器和运动部件；主控制器连接至电机驱动控制卡；电机驱动控制卡与X轴电机、Y轴电机和Z轴电机分别连接；X轴电机连接至X运动轴，Y轴电机连接至Y运动轴，Z轴电机连接至Z运动轴；X运动轴、Y运动轴和Z运动轴共同连接至运动部件；X运动轴上设置有用于发射光栅信号的X轴光栅传感器，Y运动轴上设置有用于发射光栅信号的Y轴光栅传感器，Z运动轴上设置有用于发射光栅信号的Z轴光栅传感器；主控制器用于向电机驱动控制卡发送控制指令，该控制指令包含X运动轴、Y运动轴和Z运动轴的给定运动信息参数；电机驱动控制卡根据该控制指令驱动X轴电机、Y轴电机和Z轴电机分别运行；X轴电机、Y轴电机和Z轴电机用于分别带动X运动轴、Y运动轴和Z运动轴移动，从而X运动轴、Y运动轴和Z运动轴共同带动运动部件按照控制指令的给定运动信息参数进行移动；该3D打印机还包括上述光栅数据采集卡；光栅数据采集卡的光栅信号接收模块与X轴光栅传感器、Y轴光栅传感器和Z轴光栅传感器分别连接；光栅数据采集卡的控制内核模块连接至主控制器；主控制器还用于接收光栅数据采集卡发送的X运动轴、Y运动轴和Z运动轴的实际运动信息，并根据X运动轴、Y运动轴和Z运动轴的实际运动信息修正控制指令的给定运动信息参数，将修正后的控制指令发送至电机驱动控制卡。
[0005]本申请的光栅数据采集卡及3D打印机能够采集3D打印机的X运动轴、Y运动轴和Z运动轴各自发出的光栅信号，并将各光栅信号进行数据处理得到X运动轴、Y运动轴、Z运动
轴的实际位移与速度，实时反馈给主控制器使得主控制器能够做出修正指令，从而提高3D打印机打印3D模型的精度。
附图说明
[0006]图1为实施例一的3D打印机光栅数据采集卡结构示意图；
[0007]图2(a)为光栅信号接收模块电路结构示意图；
[0008]图2(b)为电源入口指示灯模块电路结构示意图；
[0009]图2(c)为外接电源及地接口模块电路结构示意图；
[0010]图3为实施例一的3D打印机光栅数据采集卡工作原理示意图；
[0011]图4为实施例一的光栅信号滤波算法处理模块RTL图；
[0012]图5为实施例一的光栅信号滤波算法处理模块功能仿真图；
[0013]图6为实施例一的实时运动信息算法处理模块RTL图
[0014]图7为实施例一的光栅信号数据处理模块功能仿真图；
[0015]图8为实施例二的3D打印机结构示意图；
[0016]图9为实施例二的3D打印机工作原理示意图；
[0017]图10为实施例二的光栅尺动尺相对定尺正向移动时光栅信号脉冲示意图；
[0018]图11为实施例二的光栅尺动尺相对定尺反向移动时光栅信号脉冲示意图。
具体实施方式
[0019]下面通过具体实施方式结合附图对本技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
[0020]另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
[0021]本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
[0022]实施例一：
[0023]如图1所示，本实施例的3D打印机光栅数据采集卡10包括相互连接的光栅信号接收模块11和FPGA(现场可编程门阵列，Field Programmable Gate Array)控制内核模块12；光栅信号接收模块11包括差分信号转单端信号电路111和电平转换电路112；FPGA控制内核模块12包括光栅信号数据处理模块121、以太网接口模块122和以太网控制内核模块123，光栅信号数据处理模块121进一步包括光栅信号滤波算法处理模块124和实时运动信息算法
处理模块125(即光栅信号计数模块)。差分信号转单端信号电路111、电平转换电路112、光栅信号滤波算法处理模块124、实时运动信息算法处理模块125、以太网接口模块122和以太网控制内核模块123依次连接。
[0024]如图2(a)所示，差分信号转单端信号电路111包括第一MC3486芯片U3A、第二MC3486芯片U3B、0.1uF电容C12、0.1uF电解电容C14、200Ω电阻R2、200Ω电阻R3、200Ω电阻R4、1K电阻R9和1K电阻R11。
[0025]第一MC3486芯片U3A的1,2EN引脚、VCC引脚连接至5V电源、电容C12第一极和电解电容C14第一极，电容C12第二极和电解电容C14第二极接地，第一MC3486芯片U3A的1A引脚连接至光栅读数头J2的A+端，1B引脚通过200Ω电阻R2连接至光栅读数头J2的A+端，1B引脚还连接至光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光栅数据采集卡，其特征在于，包括相互连接的光栅信号接收模块和控制内核模块；所述光栅信号接收模块用于连接至3D 打印机的X 运动轴、Y 运动轴和Z运动轴，用于采集X 运动轴、Y 运动轴和Z 运动轴分别发出的差分信号形式的光栅信号，将该差分信号形式的光栅信号转换为正交方波信号形式的光栅信号并发送至所述控制内核模块；所述控制内核模块用于连接至3D 打印机的主控制器，用于根据正交方波信号形式的光栅信号计算出3D 打印机的X 运动轴、Y 运动轴和Z 运动轴的实际运动信息，并发送至3D 打印机的主控制器。2.如权利要求1 所述的采集卡，其特征在于，所述光栅信号接收模块包括相互连接的差分信号转单端信号电路和电平转换电路；所述差分信号转单端信号电路用于连接至3D 打印机的X 运动轴、Y 运动轴和Z 运动轴，用于采集X 运动轴、Y 运动轴和Z 运动轴分别发出的差分信号形式的光栅信号，将该差分信号形式的光栅信号转换为正交方波信号形式的光栅信号并发送至所述电平转换电路；所述电平转换电路还连接至所述控制内核模块，用于将正交方波信号形式的光栅信号的电平转换为预设电平，并将经过电平转换的光栅信号发送至所述控制内核模块。3.如权利要求1 所述的采集卡，其特征在于，所述控制内核模块包括相互连接的光栅信号数据处理模块、以太网接口模块和以太网控制内核模块；所述光栅信号数据处理模块还连接至所述光栅信号接收模块，用于根据正交方波信号形式的光栅信号计算出3D 打印机的X 运动轴、Y 运动轴和Z 运动轴的实际运动信息，并将X 运动轴、Y 运动轴和Z 运动轴的实际运动信息发送至所述以太网接口模块；所述以太网接口模块用于按照设定时序将X 运动轴、Y 运动轴和Z 运动轴的实际运动信息发送至所述以太网控制内核模块；所述以太网控制内核模块还用于连接至3D 打印机的主控制器，用于根据以太网通信协议将X 运动轴、Y 运动轴和Z 运动轴的实际运动信息发送至3D 打印机的主控制器。4.如权利要求3 所述的采集卡，其特征在于，所述光栅信号数据处理模块包括相互连接的光栅信号滤波算法处理模块和实时运动信息算法处理模块；所述光栅信号滤波算法处理模块还连接至所述光栅信号接收模块，用于滤除正交方波信号形式的光栅信号中的噪声信号；所述实时运动信息算法处理模块还连接至所述以太网接口模块，用于根据正交方波信号形式的光栅信号，进行倍频、辨向和可逆计数处理，从而计算出3D 打印机的X 运动轴、Y 运动轴和Z 运动轴的实际运动信息，并将X 运动轴、Y 运动轴和Z 运动轴的实际运动信息发送至所述以太网接口模块。5.如权利要求1-4 任一项所述的采集卡，其特征在于，所述实际运动信息包括速度、坐标和/或位移信息。6.如权利要求2 所述的采集卡，其特征在于，所述差分信号转单端信号电路包括第一MC3486 芯片U3A、第二MC3486芯片U3B、电容C12、电解电容C14、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R9和电阻R11；
第一MC3486 芯片U3A 的1,2EN 引脚、VCC 引脚连接至电源、电容C12第一极和电解电容C14 第一极，电容C12 第二极和电解电容C14 第二极接地，第一MC3486 芯片U3A 的1A 引脚连接至光栅读数头J2 的A+端，1B 引脚通过电阻R2 连接至光栅读数头J2 的A+端，1B 引脚还连接至光栅读数头J2 的A-端，2A 引脚连接至光栅读数头J2 的B+端，2B 引脚通过电阻R3 连接至光栅读数头J2 的B+端，2B 引脚还连接至光栅读数头J2 的B-端；第二MC3486 芯片U3B 的3,4EN 引脚接电源，3A 引脚连接至光栅读数头J2 的Z+端，3B 引脚通过电阻R4 连接至光栅读数头J2 的Z+端，3B 引脚还连接至光栅读数头J2 的Z-端，GND 引脚接地，4A 引脚通过电阻R9、4B 引脚通过电阻R11 接电源；第一MC3486 芯片U3A 的1Y 引脚接芯片U2 的A1 引脚，2Y 引脚接芯片U2 的A2 引脚，第二MC3486 芯片U3B 的3Y 引脚接芯片U2 的A3 引脚；所述电平转换电路包括74LVC4245A 芯片U2、电容C7、电解电容C8、电容C10、电解电容C9、直角插针P1、电阻R5、电阻R6 和电阻R7；芯片U2 的5V 引脚、DIR 引脚连接电源、电容C7 第一极和电解电容C8 第一极，电容C7 第二极和电解电容C8 第二极接地，A4 引脚接光栅读数头E+(P)端和电阻R7 第一极，A5 引脚接光栅读数头E-端和电阻R6 第一极，A6 引脚接光栅读数头Q 端和电阻R5 第一极，电阻R5 第二极、电阻R6 第二极和电阻R7第二极接电源，A7 引脚、A8 引脚、第11 号GND 引脚和第12 号GND 引脚接地；芯片U2 的第24 号3.3V 引脚和第23 号3.3V 引脚连接电源、电容C10 第一极和电解电容C9 第一极，电容C10 第二极和电解电容C9 第二极接地，OE 引脚接地，B1 引脚、B2 引脚、B3 引脚、B4 引脚、B5 引脚和B6 引脚分别接直角插针P1 的第1 号口、第2 号口、第3 号口、第4 号口、第5 号口和第6 号口，第13 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘主福，黄海刚，刘培超，
申请(专利权)人：深圳市越疆科技有限公司，
类型：新型
国别省市：