[發(fā)明專利]一種面向裝備零件仿制的3D打印系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711137300.4
• 申請(qǐng)日: 2017-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN107745123A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志軍;畢齊林;賴敏玲;閆奕檏;唐振宇;徐虎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州航海學(xué)院
• 主分類號(hào): B22F3/115
• 分類號(hào): B22F3/115;B22F3/105;B33Y50/00;B33Y50/02;G06T7/521;B23P6/00
• 代理公司: 北京隆源天恒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11473
• 代理人: 閆冬,段守富

1.一種面向裝備損壞零件復(fù)制的3D打印系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：視覺子系統(tǒng)，用于采集工件圖像、處理相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)而取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于整個(gè)系統(tǒng)所有運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行工作；工控機(jī)系統(tǒng)，用于圖像處理、分析與規(guī)劃、控制所述運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)；所述視覺子系統(tǒng)中的成像裝置將采集的損壞機(jī)械零件圖像通過(guò)網(wǎng)口及串口等通訊方式傳輸給所述工控機(jī)系統(tǒng)，所述工控機(jī)系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)規(guī)劃相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡后，通過(guò)程序指令傳輸給所述運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將待加工的材料進(jìn)行復(fù)制裁剪。

2.如權(quán)利要求1所述的面向裝備損壞零件復(fù)制的3D打印系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺子系統(tǒng)包括成像裝置及圖像處理模塊；所述成像裝置包括第一相機(jī)、第二相機(jī)、激光器；所述第一相機(jī)、第二相機(jī)、激光器設(shè)置在同一平面內(nèi)；所述第一相機(jī)的光軸與所述激光器的夾角為α,所述第二相機(jī)的光軸與所述激光器的夾角為β；所述圖像處理模塊位于工控機(jī)系統(tǒng)內(nèi)。

3.如權(quán)利要求2所述的面向裝備損壞零件復(fù)制的3D打印系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包含x向運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、y向運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、z向運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、加工執(zhí)行機(jī)構(gòu)均用于系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行工作。

4.如權(quán)利要求3所述的面向裝備損壞零件復(fù)制的3D打印系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還包括一轉(zhuǎn)臺(tái)，用于輔助第一相機(jī)、第二相機(jī)成像。

5.如權(quán)利要求4所述的面向裝備損壞零件復(fù)制的3D打印系統(tǒng)，其特征在于，所述工控機(jī)系統(tǒng)包括有一運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)，所述運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制模塊，用于控制轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向及運(yùn)轉(zhuǎn)的速度；x向運(yùn)動(dòng)控制模塊、y向運(yùn)動(dòng)控制模塊、z向運(yùn)動(dòng)控制模塊，均用于控制運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的x、y、z向運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方向的移動(dòng)。

6.如權(quán)利要求4或5所述的面向裝備損壞零件復(fù)制的3D打印系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)置在所述成像裝置的下方，用于放置損壞的機(jī)械零件且能夠通過(guò)所述運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)中所述轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制模塊對(duì)所述轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)起點(diǎn)、轉(zhuǎn)動(dòng)速度以及方向進(jìn)行控制。

7.如權(quán)利要求3或6所述的面向裝備損壞零件復(fù)制的3D打印系統(tǒng)，其特征在于，所述加工執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電主軸和銑刀，所述電主軸配合所述銑刀將待加工的部件進(jìn)行復(fù)制裁剪。

8.一種如權(quán)利要求7所述的面向裝備損壞零件復(fù)制的3D打印系統(tǒng)的打印方法，具體步驟如下：

(1)將裝備損壞零件進(jìn)行預(yù)處理；

(2)將預(yù)處理修復(fù)后的零件放置于轉(zhuǎn)臺(tái)上；依據(jù)工件的尺寸L、相機(jī)的最高采樣頻率f、一幀圖像處理時(shí)間t等因素制定轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；通過(guò)所述運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)設(shè)定所述轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)速度，完成一圈的轉(zhuǎn)動(dòng)；

(3)當(dāng)所述運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)中所述轉(zhuǎn)臺(tái)控制模塊發(fā)出相應(yīng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)零件運(yùn)動(dòng)時(shí)，同時(shí)發(fā)出相機(jī)采集觸發(fā)信號(hào)，所述第一相機(jī)、第二相機(jī)均以相同的采樣頻率f對(duì)裝備損壞零件表面的線結(jié)構(gòu)光投影圖像進(jìn)行同步采樣；

(4)通過(guò)裝備現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量計(jì)算，獲取工件在空間x、y、z方向的實(shí)際的尺寸，并將數(shù)據(jù)輸入到所述視覺子系統(tǒng)圖像處理單元中；所述視覺子系統(tǒng)通過(guò)圖像處理單元的對(duì)圖像特征進(jìn)行提取，結(jié)合圖像二維坐標(biāo)與實(shí)際工件空間三維坐標(biāo)的映射模型，獲取工件的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。將工件實(shí)際測(cè)量的三維尺寸與基于視覺獲取的三維點(diǎn)云對(duì)應(yīng)的尺寸進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而對(duì)圖像二維坐標(biāo)與實(shí)際工件空間三維坐標(biāo)的映射模型參數(shù)進(jìn)行修正；

(5)完成相應(yīng)模型參數(shù)修正后，所述視覺子系統(tǒng)自動(dòng)、精確地獲取裝備損壞零部件對(duì)應(yīng)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)發(fā)送給所述運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)，所述運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)規(guī)劃出所述運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的加工起點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)軌跡；

(6)當(dāng)所述運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)完成相應(yīng)加工起點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃后，自動(dòng)的將相應(yīng)運(yùn)動(dòng)指令傳輸給所述運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，從而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，所述運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在x、y、z任意方向進(jìn)行移動(dòng)，配合所述電主軸進(jìn)行協(xié)同運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)待加工部件的機(jī)械復(fù)制加工，從而完成裝備機(jī)械零部件的自動(dòng)復(fù)制。