基于测试试件的三轴3D打印机各项空间误差检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于测试试件的三轴3D打印机各项空间误差检测方法，通过计算机对测试试样建模，获取理想坐标尺寸，在一块测试试件上采用不同的部分进行检测，提高了试件的使用率。试件采用单一的材料，结构简单，便于打印机打印，获得的空间误差代表打印机的固有运动误差。检测试件能适应不同的3D模型分层切片软件，此检测方法能适用于不同的打印方式，能应用于不同尺寸的3D打印机的误差检测。

【技术实现步骤摘要】
基于测试试件的三轴3D打印机各项空间误差检测方法
本专利技术涉及一种检测技术，特别涉及一种基于测试试件的三轴3D打印机各项空间误差检测方法。
技术介绍
3D打印技术(又称增材制造技术)作为一项颠覆性的先进制造技术，在航空航天、国防建设、医疗设备等行业都得到了广泛应用，为制造业转型升级提供了无限新的可能。在使用3D打印技术加工产品时，除了考虑打印速度和材料使用以外，3D打印所生产的成品的精度显得尤为重要。3D打印技术作为一种新技术，目前尚未有相关的国家标准和ISO标准用于确定三轴3D打印机各项误差的检测试件，且目前常见的相关检测试件多数是用于检测3D打印机的加工能力，即用于定性分析打印机是否具备某种特征的加工能力，而非用于定量分析打印机各轴各项误差的数值大小。现急需一种用于辨识三轴3D打印机各项空间误差的检测试件与检测方法。三轴3D打印机是生产、科研、教学中常用的一类3D打印机，其应用广泛，结构可靠，对三轴3D打印机各项空间误差的辨识有助于3D打印机使用者对3D打印机的调平校准，有助于获得更精准的打印成品。
技术实现思路
为了对3D打印进行校准，提高3D打印的准确性，提出了一种基于测试试件的三轴3D打印机各项空间误差检测方法。本专利技术的技术方案为：一种基于测试试件的三轴3D打印机各项空间误差检测方法，具体包括如下步骤：1)获取测试试件：在同一平面上给定的尺寸参数使用计算机建立检测试件的三维模型；检测试样由阵列排布、间距恒定、高低分层的同一平面上的柱形体构成，所述的检测试件各项尺寸参数按比例缩放以适用于不同尺寸的3D打印机检测需求，满足检测试件各项尺寸之间的关系不变；对检测试件的三维模型模型进行分层；把完成分层切片的文件导入3D打印机，执行打印操作，获得检测试件；2)对步骤1)打印出的3D检测试件在建模的同一个坐标系中对阵列排布的各个柱状体的顶面中心点进行实际坐标位置测量和编号；3)通过下表对3D打印机的空间误差进行定义：其中定位误差指当在打印时，打印机喷嘴在m方向移动，由于打印机上m轴安装定位地不准确导致喷嘴在m方向的偏移，m为X、Y、Z；m轴在k方向的直线度误差指由于m轴安装定位不准确，导致在m方向运动时在k方向有偏移，k为X、Y、Z，m≠k；m轴在p方向的直线度误差指由于m轴安装定位不准确，导致在m方向运动时在p方向有偏移,p为X、Y、Z，m≠k≠p；m轴的俯仰角误差、偏摆角误差与滚转角误差是由于m轴导轨的实际位置与理想位置存在夹角，正确安装时的坐标系为omkp坐标系，实际安装的m轴导轨坐标系为om'k'p'；则对于m轴，俯仰角误差为m'与平面mok的夹角；偏摆角误差为p'与平面mop的夹角；滚转角误差为k'与平面mok的夹角；4)通过步骤1)建模所得3D检测试件理想坐标和步骤2)测试获得的实际坐标进行步骤3)空间误差计算，所得空间误差为此3D打印机固有运动误差，用于后续实物打印误差校准。优选的，所述测试试件的轮廓尺寸为打印机的XYZ行程最大值，检测试样的中间排布柱形体空间范围为常用打印机区域。优选的，所述步骤4)中所述3D检测试件理想坐标包括检测试件柱形体外形尺寸和分层切片尺寸。本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于测试试件的三轴3D打印机各项空间误差检测方法，在一块试件上采用不同的部分进行检测，提高了试件的使用率。试件采用单一的材料，结构简单，便于打印机打印。检测试件能适应不同的3D模型分层切片软件，能适用于不同的打印方式，能应用于不同尺寸的3D打印机的误差检测。附图说明图1为本专利技术方法检测试件示意图；图2为本专利技术方法检测试件正视图；图3为本专利技术方法检测试件俯视图；图4为本专利技术方法的检测试件各圆柱特征编号图；图5为本专利技术方法的检测试件截面和检测点示意图；图6为本专利技术方法中空间误差示意图；图7为本专利技术方法中定位、直线误差示意图；图8为本专利技术方法中空间角度误差示意图；图9为本专利技术方法的检测试件对X轴各项误差进行辨识时检测点选择范围图；图10为本专利技术方法的检测试件对Y轴各项误差进行辨识时检测点选择范围图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。基于测试试件的三轴3D打印机各项空间误差检测方法，具体包括如下步骤：1、首先，需要使用待检测的三轴3D打印机打印如图1所示检测试件，检测试件具体制作说明：1.1根据3D打印机的可打印尺寸范围，确定检测试样基本尺寸参数。为了保证样件数据的完整性，打印机的XYZ行程最大值为检测试样的轮廓尺寸。为了快速完成测试，检测试样的中间具体排布可以使用小尺寸打印件模型，测量常用打印区域打印精度，同时推算整体打印精度。1.2根据给定的尺寸参数使用计算机建立检测试件的三维模型。所述的检测试件各项尺寸参数如图2、3所示，各项尺寸参数可以按比例缩放以适用于不同尺寸的3D打印机检测需求，只需要满足检测试件各项尺寸之间的关系不变(如：A、B、C三层的高度比是1：2：3；且在X、Y两个方向上，每两个相邻的圆柱特征之间的圆心距相等，均为l)，即可使用本专利技术的检测方法计算出三轴3D打印机各项空间误差；1.3对检测试件的三维模型模型进行分层，把三维模型导入市面常用的各种三维模型分层切片软件，如cura、s3d、RepetierHost等，本专利技术的检测试件适用范围广，可适用于各种常见的分层切片软件；1.4把完成分层切片的文件导入3D打印机，执行打印操作；1.5把打印完成的检测试件从3D打印机上取下，放置在水平工作台上，为后续步骤做准备。1.6为了满足测试要求，可以采用以上步骤打印制作3个以上检测件。2、下面结合附图对三轴3D打印机各项误差辨识步骤进行详细描述：2.1从最外层到最里层依次用字符A、B、C作为层号，从同一水平位置，作为起始位置，逆时针对每层圆柱进行依次编号。首先确定检测试件上如图4所示的，最外层编号A01到A16、中间层编号B01到B16和最内层编号C01到C12的圆柱特征的圆心位置。然后建立工件坐标系，列出上述各点在工件坐标系内的理论坐标值和实际坐标值，并计算出其理论坐标值和实际坐标值相比的偏差，视作该点的误差。用圆柱的编号表示以作区分，如：图5是穿过圆柱A03、B03、C02、C01、C12、C11、B14、A14的一截面，得到上述圆柱圆心位置后将圆心以圆柱编号命名，即图5上的点A03、B03、C02、C12、B14、A14，ot为工件坐标系原点，计算出点A03在X方向的误差后，用下标表示为EXA03(x)。2.2下面根据测得的各点在XYZ三个方向上的误差值计算得到三轴3D打印机各轴各项空间误差。对于同一个试件，表1所示的各项空间误差在试件打印出来那一刻就确定了，无论用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于测试试件的三轴3D打印机各项空间误差检测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：/n1)获取测试试件：在同一平面上给定的尺寸参数使用计算机建立检测试件的三维模型；检测试样由阵列排布、间距恒定、高低分层的同一平面上的柱形体构成，所述的检测试件各项尺寸参数按比例缩放以适用于不同尺寸的3D打印机检测需求，满足检测试件各项尺寸之间的关系不变；对检测试件的三维模型模型进行分层；把完成分层切片的文件导入3D打印机，执行打印操作，获得检测试件；/n2)对步骤1)打印出的3D检测试件在建模的同一个坐标系中对阵列排布的各个柱状体的顶面中心点进行实际坐标位置测量和编号；/n3)通过下表对3D打印机的空间误差进行定义：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于测试试件的三轴3D打印机各项空间误差检测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)获取测试试件：在同一平面上给定的尺寸参数使用计算机建立检测试件的三维模型；检测试样由阵列排布、间距恒定、高低分层的同一平面上的柱形体构成，所述的检测试件各项尺寸参数按比例缩放以适用于不同尺寸的3D打印机检测需求，满足检测试件各项尺寸之间的关系不变；对检测试件的三维模型模型进行分层；把完成分层切片的文件导入3D打印机，执行打印操作，获得检测试件；
2)对步骤1)打印出的3D检测试件在建模的同一个坐标系中对阵列排布的各个柱状体的顶面中心点进行实际坐标位置测量和编号；
3)通过下表对3D打印机的空间误差进行定义：



其中定位误差指当在打印时，打印机喷嘴在m方向移动，由于打印机上m轴安装定位地不准确导致喷嘴在m方向的偏移，m为X、Y、Z；
m轴在k方向的直线度误差指由于m轴安装定位不准确，导致在m方向运动时在k方向有偏移，k为X、Y、Z，m≠k；
m轴在p方向的直线度误差指由于m轴安...

【专利技术属性】
技术研发人员：李天箭，黎峻刚，董宣廷，奚国斌，董恩泽，史鸿飞，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31