一种3D打印机的光机标定调节机构的制作方法

本实用新型涉及3D打印领域，尤其涉及一种3D打印机的光机标定调节机构。

背景技术：

3D打印技术的基本原理是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印，通过分层加工、叠加成型来完成3D实体打印。

在进行3D打印开始时，要对光机位置进行标定调节，即微调光机位置，使光机投影幅面与3D打印机的标定板幅面大小重合一致，类似于位置调零，光机标定调节主要包括两个方面的调节，一是光机投影面的水平度调节，二是光机焦距调节。

光机位置标定是整个系统标定过程中的关键步骤，现阶段，大多数3D打印公司采用四个螺栓来调整光机投影面的水平度，光机焦距调整机构通常采用购买的微调机构进行组装，但是其承重效果不佳，在3D打印过程中有造成打印误差的隐患，影响3D打印成型的质量。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种3D打印机的光机标定调节机构，该机构结构简单可靠，承重能力强，调节效率高，且成本低廉。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种3D打印机的光机标定调节机构，其特征在于：

安装在3D打印机上的安装座；所述安装座上方或者下方叠置光机安装板；

所述安装座和光机安装板通过顺次配置在光机安装板上的第一调节机构、原点确定机构和第二调节机构限位连接，其中：

第一调节机构和第二调节机构分别包括微调短螺钉和分别开设在光机安装板、安装座上的两段螺距不同的螺纹孔，微调短螺钉上带有两段螺距不同的螺纹，分别与光机安装板的螺纹孔螺距、安装座的螺纹孔螺距相匹配；

原点确定机构包括将光机安装板抵压在安装座上的压紧块和光机安装板上的连接球面，光机安装板与安装座之间、光机安装板和压紧块之间均通过连接球面接触。

光机投影角度调节单元包括安装座，光机安装板以及第一调节机构，第二调节机构和原点确定机构。光机投影角度调节单元通过原点确定机构的两个连接球面分别与压紧块和光机安装板的接触点来确定光机安装板在水平面内的零点位置；光机投影角度调节单元通过第一调节机构和第二调节机构的两根微调短螺钉的转动来改变第一调节机构处和第二调节机构处的光机安装板相对于位置固定的安装座之间的距离，从而确定光机安装板相对上述零点位置的水平度。

进一步的，还包括：设置于光机安装板下方的导向柱；活动套装在导向柱上的光机基板；设置于导向柱上与光机安装板平行的支架板；以及，设置于光机基板和支架板之间的第三调节机构；第三调节机构包括微调长螺钉和分别开设在支架板、光机基板上的两段螺距不同的螺纹孔，微调长螺钉上带有两段螺距不同的螺纹，分别与支架板的螺纹孔螺距、光机基板的螺纹孔螺距相匹配。光机投影焦距微调单元包括光机安装板，光机基板以及两者之间设置的设有第三调节机构。光机投影焦距微调单元通过第三调节机构的一根微调长螺钉的转动来改变光机基板相对于高度固定的光机安装板之间的距离，从而对光机焦距进行。

再进一步，开设在光机安装板上的安装孔，所述安装孔内匹配安装一连接球所述连接球的上、下两端面分别外露于光机安装板上、下两侧以形成所述连接球面。

或者，分别开设于所述光机安装板上、下两侧的安装孔，每个安装孔中分别匹配安装一连接球；位于上侧安装孔内的连接球的上端面和位于下侧安装孔内的连接球的下端面分别外露于光机安装板上、下两侧以形成所述连接球面。

上述两种球面连接均能实现光机安装板在水平面内的零点位置，连接球与安装座之间、连接球与和压紧块之间均为点接触，零点位置确认精准。

再进一步，所述安装孔均为球形安装孔，更利于球体的安装，如果是与连接球相匹配的圆柱孔、方孔等，在双连接球结构中，光机安装板对连接球的支撑效果要稍逊于球形孔。

再进一步，所述光机安装板为方形板，第一调节机构，原点确定机构和第二调节机构顺次设置于光机安装板的相邻三个角上；安装座上还设有用于限制光机安装板水平方向滑移的顶紧块；顶紧块设于光机安装板的第四个角上和/或其它相邻三个角中的至少一个角上。不仅方便布置安装，以于光机安装板的水平度调整，并且结构稳固可靠。

再进一步，设置于所述光机安装板上的细牙螺块，开设于所述细牙螺块上的螺纹孔螺距与开设于光机安装板的螺纹孔螺距相同。在光机安装板厚度有限的情况下，能够保证微调短螺钉充足的调节行程。

再进一步，光机基板横截面呈“匚”形，其上下两个水平段均活动套装在导向柱上，光机基板的螺纹孔开设在上水平段上。光机基板的双水平段结构能够保证光机基板对光机的支撑更为稳固可靠。

再进一步，所述导向柱下端设有防止光机基板从导向柱上滑脱的限位垫片，防止光机在微调过程中坠落。

再进一步，所述导向柱通过直角支架固定安装在光机安装板上，导向柱数量为两个，防止光机基板、支架板在沿导向柱移动过程中的轻微翻转、影响3D打印的效果，确保导向精准。

再进一步，一种3D打印机，其特征在于，包括：如权1至权9任一项所述的3D打印机的光机标定调节机构。

利用上述3D打印机的光机标定调节机构进行光机位置标定调节的步骤包括以下两步：

第一步，光机投影角度调节：分别转动两根微调短螺钉，由于微调短螺钉与光机安装板、安装座的配合螺距不同，因此微调短螺钉转动时，第一调节机构和第二调节机构处的光机安装板会相对位置固定的安装座上下移动，即第一调节机构和第二调节机构处的光机安装板会绕原点确定机构处上下转动，同时由于安装座和光机安装板在第一调节机构、原点确定机构和第二调节机构中的三个连接处不在同一条直线上，因此调节时，观察光机投影幅面与3D打印机的标定板幅面之间的差别，针对性的转动两根微调短螺钉，调节光机安装板的水平度，从而改变光机向下投影的角度，直至光机投影幅面与3D打印机的标定板幅面大小重合一致，此时无需进行下一步光机投影焦距微调，光机位置标定调节结束，或者，光机投影幅面形状与3D打印机的标定板幅面形状相似并中心重合，此时需进行下一步光机投影焦距微调；

第二步，光机投影焦距微调：转动微调长螺钉，由于微调长螺钉与光机安装板、光机基板的配合螺距不同，因此因此调节时，观察光机投影幅面与打印机的标定板幅面之间的差别，针对性的转动微调长螺钉，使光机基板相对光机安装板一个上下移动，改变光机与3D打印机的标定板幅面之间的垂直距离，从而调节光机投影焦距，直至将上述第一步的光机投影幅面形状与3D打印机的标定板幅面形状相似并中心重合的情况调整为光机投影幅面与3D打印机的标定板幅面大小重合一致。

需要说明的是，说明书及权利要求中所提及上、下、横、竖等位置或方向仅是为了描述方便而使用的一种相对的位置关系，并不是对所述方位的绝对限制。

本实用新型的有益效果在于：与现有3D打印机的光机标定调节机构相比，结构简单可靠，承重能力强，确保了3D打印的质量，并且调节效率高(水平度由四螺栓调节变为两螺钉调节)，并且制造成本低廉，便于对现有3D打印机的升级改造。

附图说明

图1为本机构一种优选方案的正视立体结构示意图

图2为图1的后视立体结构示意图

图3为图1的俯视图

图4为一种连接球面结构示意图

图5为另一种连接球面结构示意图

图1～5中：1为光机投影角度调节单元；2为光机投影焦距微调单元；3为光机；11为光机安装板；12为微调短螺钉；13为顶紧块；14为压紧块；15、细牙螺块；16为连接球；17为安装座；21为直角支架；22为支架板；23为导向柱；24为微调长螺钉；25为光机基板；26为限位垫片。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

光机投影角度调节单元1包括安装座17，光机安装板11以及第一调节机构，顶紧块13，第二调节机构和原点确定机构。其中：

两块长方条形的安装座17平行间隔布置，安装座17安装在3D打印机上；安装座17上方叠置方形的光机安装板11，安装座17位于光机安装板11的相对两侧。

光机安装板11四个角上顺次配置第一调节机构，顶紧块13，第二调节机构和原点确定机构，用于安装座17和光机安装板11之间的限位连接。在该实施例中，在第一调节机构和第二调节机构外侧也分别设有顶紧块13。

第一调节机构和第二调节机构分别包括一根立式配置的微调短螺钉12和分别开设在光机安装板11、安装座17上的各一段螺纹孔，两段螺纹孔的螺距不同，微调短螺钉12上带有两段螺距不同的螺纹，分别与光机安装板11的螺纹孔螺距、安装座17的螺纹孔螺距相匹配；该实施例中，光机安装板11上固设细牙螺块15，光机安装板11的螺纹孔开设在细牙螺块15上，在光机安装板11厚度有限的情况下，能够保证微调短螺钉12充足的调节行程。微调短螺钉12的手柄上沿周向均匀标记一圈若干个刻度并附有标记，光机安装板11上对应标设刻度指针。

顶紧块13固定在安装座17上，用于限制光机安装板11水平方向滑移；顶紧块13与光机安装板11的接合处，两者的形状相匹配，该实施例中，顶紧块13为长条形，也可以是直角折弯形。

原点确定机构包括将光机安装板11抵压在安装座17上的压紧块14和光机安装板11上的连接球面，光机安装板11与安装座17之间、光机安装板11和压紧块14之间均通过连接球面接触；通过两个连接球面来确定光机安装板11在水平面内的零点位置。连接球面可以通过以下两种结构实现：

一种连接球面是：开设在光机安装板11上的安装孔，所述安装孔内匹配安装一连接球16所述连接球16的上、下两端面分别外露于光机安装板11上、下两侧以形成所述连接球面，如图5所示。

另一种连接球面是：分别开设于所述光机安装板11上、下两侧的安装孔，每个安装孔中分别匹配安装一连接球16；位于上侧安装孔内的连接球16的上端面和位于下侧安装孔内的连接球16的下端面分别外露于光机安装板11上、下两侧以形成所述连接球面，如图4所示。

光机投影焦距微调单元2包括光机安装板11，光机基板25以及两者之间设置的设有第三调节机构。其中：

光机安装板11下方通过直角支架21立式垂直固定导向柱23，导向柱23数量为两个。

光机基板25横截面呈“匚”形，其上下两个水平段均活动套装在导向柱23上，光机基板25能够沿导向柱23相对于光机安装板11上下平移；光机基板25的上水平段上开设螺纹孔。

在光机基板25和光机安装板11之间的导向柱23上平行于光机安装板11设置支架板22，支架板22上开设螺纹孔，支架板22能够沿导向柱23平移滑动，并且锁定在滑块中的任何位置。

导向柱23下端设有防止光机基板25从导向柱23上滑脱的限位垫片26。

第三调节机构包括一根立式配置的微调长螺钉24，光机基板25的上水平段上的螺纹孔，支架板22上的螺纹孔。两段螺纹孔的螺距不同，微调长螺钉24上带有两段螺距不同的螺纹，分别与该两段螺纹孔螺距相匹配。微调长螺钉24的手柄上沿周向均匀标记有若干个刻度并附有标记，支架板22上对应标设刻度指针。

光机3固定在光机基板25上，其投影方向向下。

第一调节机构、第二调节机构和第三调节机构都是利用差动原理实现调节功能，即利用微调螺栓两段的不同螺距，旋转微动螺栓时产生差动效果，进而实现微调功能。下面以第三调节机构为例，介绍一下采用差动原理实现光机微调运动的工作原理：本实用新型一实施例，本套3D打印机的光机标定调节机构的微调短螺钉12和微调长螺钉24规格一致，上段螺距均为1.25mm(M10X1.25)，下段螺距均为1mm(M8X1)，若将微调长螺钉24旋转一圈，微调长螺杆24部分相对于支架板22下降1.25mm，亦即相对光机安装板11下降1.25mm，而光机基板25相对于微调长螺钉24向上移动了1mm，从而实现了光机基板25相对于支架板22向下移动了0.25mm，亦即光机3相对光机安装板11向下移动了0.25mm。在微调长螺钉24的手柄上均匀标记有10个刻度，若将微调长螺钉24转动一圈的1/10，则能够得到这样的结果：光机3相对于对光机安装板11向下移动了0.025mm，可以实现丝米级别的焦距微调要求。

应用上述的3D打印机的光机标定调节机构进行光机位置标定调节时，分以下两个步骤进行：

第一步，光机投影角度调节：分别转动两根微调短螺钉12，由于微调短螺钉12与光机安装板11、安装座17的配合螺距不同，因此微调短螺钉12转动时，第一调节机构和第二调节机构处的光机安装板11会相对位置固定的安装座17上下移动，即第一调节机构和第二调节机构处的光机安装板11会绕原点确定机构处上下转动，同时由于安装座17和光机安装板11在第一调节机构、原点确定机构和第二调节机构中的三个连接处不在同一条直线上，因此调节时，观察光机投影幅面与3D打印机的标定板幅面之间的差别，针对性的转动两根微调短螺钉12，调节光机安装板11的水平度，从而改变光机3向下投影的角度，直至光机投影幅面与3D打印机的标定板幅面大小重合一致，此时无需进行下一步光机投影焦距微调，光机位置标定调节结束，或者，光机投影幅面形状与3D打印机的标定板幅面形状相似并中心重合，此时需进行下一步光机投影焦距微调；

第二步，光机投影焦距微调：转动微调长螺钉24，由于微调长螺钉24与光机安装板11、光机基板25的配合螺距不同，因此因此调节时，观察光机投影幅面与3D打印机的标定板幅面之间的差别，针对性的转动微调长螺钉24，使光机基板25相对光机安装板11一个上下移动，改变光机3与3D打印机的标定板幅面之间的垂直距离，从而调节光机3投影焦距，直至将上述第一步的光机投影幅面形状与3D打印机的标定板幅面形状相似并中心重合的情况调整为光机投影幅面与3D打印机的标定板幅面大小重合一致；

此外还有一种情况，如果上述第二步光机投影焦距微调过程中，微调长螺钉24转动到调节行程的极限位置，光机投影幅面与3D打印机的标定板幅面大小依然无法重合一致，则需要将支架板22和光机基板25整体沿导向柱23滑动，以使光机的焦距落在微调长螺钉24的调整范围内。