[發明專利]一種非接觸識別缺損形貌的復合3D打印系統及方法

有效

• 申請號: 201810117884.7
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108381916B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 連芩;李滌塵;顧恒;李曉;何曉寧;焦天
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B29C64/227;B29C64/386;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種非接觸識別缺損形貌的復合3D打印系統，其特征在于，包括圖像識別系統、運動控制系統和數據處理系統；其中，

圖像識別系統包括設置在機架(3)上的光源(1)和數字攝像頭(2)，運動控制系統包括多自由度機械臂(4)和打印頭(5)；

光源(1)用于產生平行光，數字攝像頭(2)用于實現缺損部位(7)圖像實時采集以及捕獲打印頭中心點(9)位置；打印頭(5)安裝在多自由度機械臂(4)末端，實現對缺損部位(7)的打印；數據處理系統包括計算機(6)，用于實現圖像識別系統和運動控制系統之間的數據實時轉換、打印頭自動對準、路徑特征點提取和打印控制，在缺損部位(7)內部實現對其填補修復；

圖像識別系統還包括底板(11)，機架(3)和多自由度機械臂(4)設置在底板(11)上；

機架(3)采用半封閉式機架，包括垂直方向上安裝在底板(11)上的兩個豎直型材，以及水平方向上分別與兩個豎直型材垂直連接的兩個水平型材，兩個水平型材上安裝有橫梁，形成半封閉式機架，圖像識別系統安裝在該橫梁上。

2.一種非接觸識別缺損形貌的復合3D打印方法，其特征在于，該打印方法基于權利要求1所述的一種非接觸識別缺損形貌的復合3D打印系統，打印過程中，該打印方法具有實時識別打印功能，包括：設置圖像識別層厚，獲取缺損部位(7)最底層的圖像和打印頭中心點(9)圖像、確定打印起始點(8)，隨后在計算機圖像處理軟件中用離散數據點擬合缺損形貌，提取路徑特征點，計算機(6)發出指令控制多自由度機械臂(4)運動至打印頭中心點(9)與打印起始點(8)重合后，打印頭(5)開啟，開始第一層的打?。坏谝粚哟蛴⊥瓿珊螅蛴☆^(5)返回初始位置，圖像識別系統再次掃描已填充打印材料的缺損部位(7)表面，重新設置層厚，獲取當前表面的三維圖像和打印頭中心點圖像，經計算機(6)處理，重新確定打印起始點(8)，控制多自由度機械臂(4)運動和打印頭(5)開啟，開始第二層打??；循環采用此方法逐層打印，直至填補缺損部位(7)，觀察修復效果，控制打印結束。

3.根據權利要求2所述的一種非接觸識別缺損形貌的復合3D打印方法，其特征在于，機架(3)的初始高度由數字攝像頭(2)的分辨率決定，分辨率確定后，機架(3)高度固定不變。

4.根據權利要求2所述的一種非接觸識別缺損形貌的復合3D打印方法，其特征在于，數字攝像頭(2)同時獲取缺損部位(7)的形貌信息和打印頭中心點(9)位置的坐標信息，其中，打印頭中心點(9)位置標定前，選取打印材料最后脫離打印頭(5)的點為打印頭中心點(9)。

5.根據權利要求2所述的一種非接觸識別缺損形貌的復合3D打印方法，其特征在于，圖像識別系統采用非接觸測量法獲取缺損部位的形貌，圖像識別系統通過有序的離散數據點擬合當前缺損部位(7)表面形貌，每一個數據點包含X軸、Y軸和Z軸的坐標值；選取缺損部位(7)數據點中Z坐標最小且在X-Y平面內與打印頭中心點距離最近的點作為打印起始點(8)。

6.根據權利要求2所述的一種非接觸識別缺損形貌的復合3D打印方法，其特征在于，計算機(6)控制多自由度機械臂(4)運動的指令為帶有當前掃描層面法線方向的多自由度坐標打印指令，其中，打印指令包含的自由度數目與選用機械臂自由度數目一致。