[发明专利]一种五轴3D打印机位姿的监控方法及系统

说明书

本发明涉及一种五轴3D打印机位姿的监控方法及系统。该方法包括获取五轴3D打印机的移动指令；根据所述移动指令确定所述五轴3D打印机的理论位姿数据；获取移动后的所述五轴3D打印机的实际位姿数据；根据所述理论位姿数据和所述实际位姿数据确定位姿误差；根据所述位姿误差调整所述五轴3D打印机的位姿参数，并返回所述获取所述五轴3D打印机的实际位姿数据步骤。本发明所提供的一种五轴3D打印机位姿的监控方法及系统，实现了沿规划的打印路径高精度打印，从而保证打印质量。

技术领域

本发明涉及打印机位姿监测领域，特别是涉及一种五轴3D打印机位姿的监控方法及系统。

背景技术

随着3D打印技术的迅速发展，各种3D打印工艺都获得了关注并被应用到诸多领域，其中熔融沉积制造(FDM)工艺由于其打印简便、材料成本低、打印质量较好等，成为了应用最广泛的工艺。目前，FDM工艺的本质为层层堆叠成形，其相应的打印装备也多为三轴打印机，因此造成打印件的层间结合强度弱从而限制了其应用范围，而支撑材料的必不可少造成了材料的浪费以及剥离支撑时对打印件表面质量的损坏。为了解决上述问题，国内外已经开始进行多轴打印技术的研究，对应的多轴打印机也应运而生。然而，随着自由度的增加，打印过程中打印喷头极易与接收平台以及已成型部分产生碰撞，造成硬件或者打印件损坏；同时也存在机械结构以及运动机构本身的精度问题，造成打印过程未按照规划路径进行，导致打印件成形精度难以保证。因此，若能对多轴打印机打印过程进行实时监控和位置精度校正对于提高打印精度非常有必要。

目前，已有的监控方法主要是通过位姿传感器监测台达3D打印机悬臂与打印台连接的各关节的角速度、加速度、磁场强度，该位姿传感器由三轴陀螺仪(角速度信号)、三轴加速度计(振动加速度信号)和三轴磁强计组成，测得以上三者的原始数据，然后通过卡尔曼滤波进一步获得位姿传感器参考框架的姿态角包括俯仰、滚动和偏航，从而推断设备运行状态，但大多只进行监测而不进行调控修正。即便已有通过闭环控制打印机步进电机的转动速度来实现打印轨迹控制的方法，但只监控了X/Y两个轴，控制范围不全面，且大多针对三轴打印机，目前还没有针对五轴打印平台实现位姿在线监控。因此，亟需提出一种五轴3D打印机位姿监控方法，精确控制打印轨迹，从而保证打印质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种五轴3D打印机位姿的监控方法及系统，实现沿规划的打印路径高精度打印，从而保证打印质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种五轴3D打印机位姿的监控方法，包括：

获取五轴3D打印机的移动指令；

根据所述移动指令确定所述五轴3D打印机的理论位姿数据；

获取移动后的所述五轴3D打印机的实际位姿数据；

根据所述理论位姿数据和所述实际位姿数据确定位姿误差；

根据所述位姿误差调整所述五轴3D打印机的位姿参数，并返回所述获取所述五轴3D打印机的实际位姿数据步骤；所述位姿参数包括：所述五轴3D打印机的三个移动轴的移动量和两个旋转轴的旋转量。

可选的，所述获取移动后的所述五轴3D打印机的实际位姿数据，具体包括：

利用激光传感器获取对应的移动轴的移动量；所述移动轴为X轴、Y轴和Z轴；所述X轴和所述Y轴位于所述五轴3D打印机的机体上方，所述Z轴以所述X轴和所述Y轴交点向下并垂直于所述X轴和所述Y轴组成的平面；所述X轴、Y轴和Z轴的起始位置分别固定所述激光传感器；

利用3D位姿传感器获取旋转轴的旋转量；所述旋转轴为A轴和C轴；所述A轴和所述C轴安装在所述五轴3D打印机的承载平台上，所述A轴位于所述五轴3D打印机的接收转盘的右侧，所述C轴位于所述五轴3D打印机的接收转盘下方的圆柱形中；所述3D位姿传感器安装在所述接收转盘的下方。