[发明专利]3D打印机用自动调平装置及3D打印机及调平方法

摘要

本发明公开一种3D打印机用自动调平装置及3D打印机及调平方法，所述3D打印机用自动调平装置包括固定平台、直线步进电机、测距传感器和显示器。其中，所述直线步进电机还可以是音圈电机。本发明的3D打印机通过测距传感器获取打印平台上各测量点的高度数据，通过电机调整打印平台的水平度，能够实现全自动或半自动或手动的调整打印平台的水平度，通过本发明的调平方法，可进行自动判断是否需要调平，若需要进行调平，则通过直线步进电机或音圈电机执行调平动作，使得测距传感器与打印平台上各点的高度在调平误差允许范围内，可实现调平全自动化，不需要人工干预，消除了其他3D打印机调平费时，而且调平的准确度也不能保证的缺点。

主权项

一种调平方法，使用一种3D打印机用自动调平装置进行调平，所述3D打印机用自动调平装置包括：固定平台、用于调整打印平台倾斜角度的直线步进电机、用于测量打印头机构距离打印平台上各点高度的测距传感器以及用于显示所述测距传感器测量结果的显示器；其中，所述固定平台处于打印机的打印平台下方，所述直线步进电机的数量为三个，三个所述直线步进电机均固定在所述固定平台上，三个所述直线步进电机不在同一直线上，每一所述直线步进电机的输出螺杆均竖直朝上设置，在每一所述输出螺杆的上端部各螺设有一球面副连接件，所述球面副连接件在所述输出螺杆的旋转作用下可上下移动，所述测距传感器设置在打印机的打印头机构上，所述测距传感器与所述显示器连接；所述球面副连接件包括用于与所述输出螺杆螺设的球体和用于连接固定在打印平台底面上的球壳，所述球壳包覆着所述球体形成球面副连接；其特征在于，包括以下步骤：步骤一、设定目标调平误差为d；步骤二、选取测量点，在打印平台上选取n个不在同一直线上的测量点，n＞2；步骤三、测距并计算平均值，利用打印头机构上的测距传感器分别测量得出各测量点到测距传感器的高度间距，依次记为h1、h2、h3…hn，计算其平均值h＝(h1+h2+h3+…+hn)/n；步骤四、判断最小差值是否满足调平误差要求：Min(|h‑h1|,|h‑h2|,|h‑h3|，…|h‑hn|)<d/2；如果满足调平误差要求，则打印平台已经满足调平要求，结束此次调平；如果不满足调平误差要求，则执行步骤五；步骤五、分别通过直线步进电机或音圈电机的升降动作，进一步调平打印平台；步骤六、重新测距并计算平均值，利用打印头机构上的测距传感器分别测量得出各测量点到测距传感器的高度间距，依次记为hh1、hh2、hh3…hhn，计算其平均值hh＝(hh1+hh2+hh3+…+hhn)/n,代入h＝hh，h1＝hh1，h2＝hh2，h3＝hh3…hn＝hhn,返回步骤四，判断最小差值是否满足调平误差要求；其中：所述步骤二选取的测量点数量为3个，且3个测量点分别位于打印平台顶面的四周边缘处；此外，所述步骤五具体包括如下步骤：步骤501、测量位于打印平台上的三个电机支撑点坐标以X、Y轴回零后测距传感器的测量末端所在位置为参考原点，以X轴、Y轴正向移动、Z轴向下移动为正方向，建立坐标系；测距传感器的测量末端在运动平台上移动得到的平面为P：Z＝0，测距传感器在运动平台上各测量点的坐标记为A1：(X1,Y1,0)、A2：(X2,Y2,0)和A3：(X3,Y3,0)，对应打印平台上各测量点的坐标为B1：(X1,Y1,h1)、B2：(X2,Y2,h2)和B3：(X3,Y3,h3)；根据打印平台上三个测量点的坐标可计算得到其所在的平面方程P1：A1*X+B1*Y+C1*Z+1＝0   (1)记所述三个电机为M1电机、M2电机和M3电机，其对应的支撑点坐标分别为M1：(X11,Y11,Z11)、M2：(X21,Y21,Z21)、M3：(X31,Y31,Z31)，三点全部位于平面P1上，故满足方程：A1*X11+B1*Y11+C1*Z11+1＝0   (2)A1*X21+B1*Y21+C1*Z21+1＝0   (3)A1*X31+B1*Y31+C1*Z31+1＝0   (4)向上移动M1电机d11距离，得到新的支撑点坐标M11：(X11,Y11,Z11‑d11)；移动测距传感器到三个测量点重新测量，得到新的高度h11、h12、h13，进而得到打印平台上各测量点的坐标为C1：(X1,Y1,h11)、C2：(X2,Y2,h12)和C3：(X3,Y3,h13)；根据打印平台上三个测量点的坐标可计算得到其所在的平面方程：P11：A11*X+B11*Y+C11*Z+1＝0   (5)因为点M11在P11平面上，因此可得：A11*X11+B11*Y11+C11*(Z11‑d11)+1＝0   (6)向下移动M1电机d12距离，得到新的支撑点坐标M12：(X11,Y11,Z11+h12)；移动打印机运动平台上的测距传感器到三个测量点重新测量，得到新的高度h14、h15、h16，进而得到打印平台上各测量点的坐标为D1：(X1,Y1,h14)、D2：(X2,Y2,h15)和D3：(X3,Y3,h16)；根据打印平台上三个测量点的坐标可计算得到其所在的平面方程：P12：A12*X+B12*Y+C12*Z+1＝0   (7)因为点M12在P12平面上，因此可得：A12*X11+B12*Y11+C12*(Z11+d12)+1＝0   (8)综合方程(2)、(6)、(8)，可计算得到M1电机支撑点坐标M1：(X11,Y11,Z11)；采用同样的方法，可得到M2电机支撑点坐标M2：(X21,Y21,Z21)，M3电机支撑点坐标M3：(X31,Y31,Z31)；步骤502、调平操作根据得到的M1电机、M2电机和M3电机各自对应的支撑点坐标M1：(X11,Y11,Z11)、M2：(X21,Y21,Z21)、M3：(X31,Y31,Z31)，启动电机执行调平动作，如下进行打印平台调平；若Z21＞Z11，则启动M2电机使得支撑点坐标M1向上运动距离：(Z21‑Z11)；若Z21＜Z11，则启动M2电机使得支撑点坐标M1向下运动距离：(Z11‑Z21)；若Z31＞Z11，则启动M3电机使得支撑点坐标M3向上运动距离：(Z31‑Z11)；若Z31＜Z11，则启动M3电机使得支撑点坐标M3向下运动距离：(Z11‑Z31)。