[发明专利]一种面向装备零件仿制的3D打印系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及视觉三维重构及智能控制技术领域，具体涉及一种面向装备零件仿制的3D打印系统及方法。

背景技术

随着现代科技的快速发展,现有的工业产装备到日常消费产品都逐渐从大批量的生产模式向小批量、定制服务化的模式发展，其零部件也呈现形貌各异的特征。当该类小批量的机械零部件发生断裂、磨损等损坏难以修复时候，购买配件较困难或价格较高。

目前，国内的3D打印技术主要集中于具有数学化模型的零部件成形。对无数字化模型的机械零部件发生断裂、磨损等损坏后，现有方法还难以完成相应替代件的3D打印成形；其次，在一些发生断裂、磨损的机械零部件结构较为复杂，测绘困难时，难以完成相应3D建模，进而难以获取其数字化模型，应用现有的3D打印技术有一定的困难。虽然现有3D重构技术、3D打印技术都有现成的工业应用，但针对装备损坏零部件复制快速3D打印系统及方法仍未见报道。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种面向装备损坏零件复制的3D打印系统，该系统包括：视觉子系统，用于采集工件图像、处理相应数据进而取三维点云数据；运动执行机构，用于整个系统所有运动的执行工作；工控机系统，用于图像处理、分析与规划、控制所述运动执行机构的运动；所述视觉子系统中的成像装置将采集的损坏机械零件图像通过网口及串口等通讯方式传输给所述工控机系统，所述工控机系统中的运动控制子系统规划相应的运动轨迹后，通过程序指令传输给所述运动执行机构，所述运动执行机构将待加工的材料进行复制裁剪。

较佳的，所述视觉子系统包含成像装置及图像处理模块；所述成像装置包括第一相机、第二相机、激光器；所述第一相机、第二相机、激光器设置在同一平面内；所述第一相机的光轴与所述激光器的夹角为α，所述第二相机的光轴与所述激光器的夹角为β；所述图像处理模块位于工控机系统内。

较佳的，所述运动执行机构包含x向运动执行机构、y向运动执行机构、z向运动执行机构、加工执行机构均用于系统机械运动的执行工作。

较佳的，所述运动执行机构还包括一转台，用于辅助第一相机、第二相机成像。

较佳的，所述运动执行机构还包括转台及驱动转台的伺服电机，用于辅助第一相机、第二相机成像。

较佳的，所述工控机系统包含有一运动控制子系统，所述运动控制子系统包括转台运动控制模块，用于控制转台的运转方向及运转的速度；x向运动控制模块、y向运动控制模块、z向运动控制模块，均用于控制运动执行机构中的x、y、z向运动执行机构方向的移动。

较佳的，所述转台设置在所述成像装置的下方，用于放置损坏的机械零件且能够通过所述运动控制子系统中所述转台运动控制模块对所述转台的转动起点、转动速度以及方向进行控制。

较佳的，所述加工执行机构包括电主轴和铣刀，所述电主轴配合所述铣刀将待加工的部件进行复制裁剪。

较佳的，一种如上述所述的面向装备损坏零件复制的3D打印系统的打印方法，具体步骤如下：

(1)将装备损坏零件进行预处理；

(2)将预处理修复后的零件放置于转台上；依据工件的尺寸L、相机的最高采样频率f、一帧图像处理时间t等因素制定转台的转动速度；通过所述运动控制子系统设定所述转台的旋转速度，完成一圈的转动；

(3)当所述运动控制子系统中所述转台控制模块发出相应信号驱动所述转台带动零件运动时，同时发出相机采集触发信号，所述第一相机、第二相机均以相同的采样频率f对装备损坏零件表面的线结构光投影图像进行同步采样；

(4)通过装备现场的测量计算，获取工件在空间x、y、z方向的实际的尺寸，并将数据输入到所述视觉子系统图像处理单元中；所述视觉子系统通过图像处理单元的对图像特征进行提取，结合图像二维坐标与实际工件空间三维坐标的映射模型，获取工件的三维点云数据。将工件实际测量的三维尺寸与基于视觉获取的三维点云对应的尺寸进行对比分析，进而对图像二维坐标与实际工件空间三维坐标的映射模型参数进行修正；

(5)完成相应模型参数修正后，所述视觉子系统自动、精确地获取装备损坏零部件对应的三维点云数据发送给所述运动控制子系统，所述运动控制子系统规划出所述运动执行机构的加工起点及运动轨迹；