3D打印机的重量检测电路、重量检测装置和3D打印机的制作方法

3d打印机的重量检测电路、重量检测装置和3d打印机
技术领域
1.本实用新型涉及重量检测技术领域，尤其是涉及一种3d打印机的重量检测电路、重量检测装置和3d打印机。


背景技术：

2.3d打印技术是一种快速成型的技术，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
3.现有的3d打印机对打印耗材的用量进行计量时，一般是采用称重传感器或重力传感器及电阻应变片的方式来检测耗材的重量而算出用量，但是，这种传统的重量传感器普遍存在灵敏不高、精度不高、容易损坏、称重范围小和称重结构复杂等问题，并且，传统的称重传感器的称重结果也容易受到外在因素的影响，稳定性不足。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供了一种3d打印机的重量检测电路、重量检测装置和3d打印机，主要目的在于解决现有的3d打印机的重量检测技术检测精度低、称重范围小和稳定性不足的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型第一方面提供了一种3d打印机的重量检测电路，该3d打印机的重量检测电路包括重量传感器、差分电路和信号转换电路，其中，重量传感器与差分电路电连接，差分电路与信号转换电路电连接，其中，重量传感器用于将承载的待测物体的重量值转换为电容值，差分电路用于将电容值转换为电平信号，信号转换电路用于将电平信号转换为重量检测信号并输出。
6.在本实用新型的一个实施例中，可选地，重量传感器为电容传感器，电容传感器包括第一电极板和第二电极板，第一电极板和第二电极板相对设置，第一电极板用于放置待测物体，第一电极板在待测物体的重力作用下调整与第二电极板之间的距离，以调整电容传感器的电容量。
7.在本实用新型的一个实施例中，可选地，电容传感器还包括弹性件，弹性件与第一电极板、第二电极板连接，弹性件用于在第一电极板上的待测物体重量减小时，使第一电极板和第二电极板远离。
8.在本实用新型的一个实施例中，可选地，差分电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和运算放大器，其中，第一电阻串联在重量传感器的第一端和运算放大器的同向输入端之间，第二电阻串联在重量传感器的第二端和运算放大器的反向输入端之间，第一电阻和第二电阻的阻值相等；第三电阻串联在运算放大器的同向输入端和接地端之间，第四电阻串联在运算放大器的反向输入端和运算放大器的输出端之间，第三电阻和第四电阻的阻值相等。
9.在本实用新型的一个实施例中，可选地，信号转换电路为模数转换器或具有模数转换功能的微处理器；3d打印机的重量检测电路还包括控制电路，控制电路通过通讯总线
与信号转换电路电连接，用于接收信号转换电路输出的重量检测信号，并根据重量检测信号输出控制信号和/或将重量检测信号转换为重量信号。
10.在本实用新型的一个实施例中，可选地，3d打印机的重量检测电路还包括显示器，其中，显示器与控制电路电连接，用于根据控制电路输出的重量信号显示待测物体的重量值。
11.此外，为实现上述目的，本实用新型第二方面还提出一种重量检测装置，该重量检测装置包括承重装置以及如上述任一项实施例所述的3d打印机的重量检测电路，其中，3d打印机的重量检测电路的重量传感器设置于承重装置中，承重装置用于承载待测物体的重量，并将承载的待测物体的重量值传递至重量传感器上，3d打印机的重量检测电路用于将承载的待测物体的重量值转换为重量检测信号并输出。
12.在本实用新型的一个实施例中，可选地，承重装置包括承重部，其中，重量传感器包括电容器腔体和设置于电容器腔体内的电容器介质；承重部包括受力支架和托盘，受力支架的底端可活动的连接在电容器腔体的顶端，托盘设置在受力支架的顶端。
13.在本实用新型的一个实施例中，可选地，承重装置还包括底座，其中，重量传感器的底端设置在底座上，重量传感器的弹性件连接在受力支架和底座之间。
14.此外，为实现上述目的，本实用新型第三方面还提出一种3d打印机，该3d打印机包括如上述任一项实施例所述的重量检测装置。
15.本实用新型提供的3d打印机的重量检测电路通过使用电容式的重量传感器，能够将量传感器承载的待测物体的重量值转换为由皮法到微法之间变化的电容值，差分电路和信号转换电路能够将发生微小变化的电容值转换为计算机设备可识别的重量检测信号，从而有效的提高了重量检测的灵敏度、精度和称重范围。此外，上述电容式的重量传感器具有性能稳定的特征，不易受到外在因素的影响，因而有效的提高了重量检测的稳定性。
16.本实用新型提供的重量检测装置通过采用电容式的重量传感器来实现称重功能，可以有效的提高重量检测的灵敏度、精度、称重范围和稳定性。此外，上述重量检测装置只需要提供一个承重装置来承载待测物体的重量，并将承载的待测物体的重量值传递至重量传感器上即可，无需复杂的机械结构，因而有效的降低了重量检测装置的制作难度和机械复杂度。
17.本实用新型提供的3d打印机通过使用电容式的重量检测装置来实现称重功能，可以有效的提高打印机耗材称重的灵敏度、精度、称重范围和稳定性，此外，上述重量检测装置还可以有效的降低打印机称重装置的机械结构复杂度和制作难度。
18.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
20.图1示出了本实用新型实施例提供的一种3d打印机的重量检测电路的结构示意
图；
21.图2示出了本实用新型实施例提供的一种重量传感器的结构示意图；
22.图3示出了本实用新型实施例提供的一种3d打印机的重量检测电路的电路示意图；
23.图4示出了本实用新型实施例提供的一种重量检测装置的结构示意图。
具体实施方式
24.下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
25.为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
26.下面结合图1至图4描述根据本实用新型一些实施例所述的3d打印机的重量检测电路、重量检测装置和3d打印机。
27.本实用新型的一个实施例首先提出的一种3d打印机的重量检测电路，如图1和图2所示，该3d打印机的重量检测电路包括重量传感器、差分电路和信号转换电路，其中，重量传感器与差分电路电连接，差分电路与信号转换电路电连接。重量传感器可用于将承载的待测物体的重量值转换为电容值，差分电路可用于将电容值转换为电平信号，信号转换电路可用于将电平信号转换为重量检测信号并输出。
28.在本实施例中，可以利用重量传感器承载待测物体的重量，然后通过重量传感器将承载的待测物体的重量值转换为电容值，并将电容值输出至差分电路中，差分电路可以将重量传感器输出的电容值转换为电平信号，并将电平信号输出至信号转换电路中，信号转换电路可以对差分电路输出的电平信号进行信号转换，从而得到一个其他设备可以识别的重量检测信号后进行输出。需要说明的是，重量传感器在承载待测物体的重量时，其电容值可以从皮法至微法之间变化，因此，电容式的重量传感器相较于电阻式的重量传感器，其计量范围更广，计量的精度也更为精确，稳定性也更好，在实际应用过程中，重量传感器的体积和形状可以根据重量检测的计量范围进行确定。
29.具体的，利用3d打印机的重量检测电路进行重量检测的一种检测过程如下：当重量传感器未承载待测物体时，重量传感器输出一个初始的电容值，差分电路对该初始的电容值进行差分处理，得到一个初始的电平信号(一般为0v)，然后信号转换电路将该初始的电平信号转换为初始的重量检测信号后进行输出，其中，初始的重量检测信号可以作为一个基准信号，即当3d打印机的重量检测电路输出为初始的重量检测信号时，代表检测到的重量值为零。进一步的，当重量传感器承载了一定的重量时，重量传感器可以输出一个变化后的电容值，差分电路可以将该变化后的电容值转换为一个电平信号，然后信号转换电路可以将该电平信号转换为重量检测信号后输出，其中，输出的重量检测信号经过简单换算后即可得到待测物体的重量值。可以理解的是，上述重量检测过程仅作为一种举例说明，并不作为对本实施例的限定，本实施例提出的3d打印机的重量检测电路还可以有其他的工作方式，在此不再一一列举。
30.本实施例提出的3d打印机的重量检测电路，通过采用电容式的重量传感器，能够将承载的待测物体的重量值转换为由皮法到微法之间变化的电容值，进一步的，差分电路和信号转换电路能够将发生微小变化的电容值转换为计算机设备可识别的重量检测信号，通过这种方式，可以有效的提高重量检测的灵敏度、精度和称重范围。此外，上述电容式的重量传感器具有性能稳定的特征，因而不易受到外在因素的影响，有效的提高了重量检测的稳定性。
31.在一个实施例中，重量传感器具体可以为电容传感器。如图2所示，电容传感器10可以包括第一电极板11、第二电极板12和设置于第一电极板11和第二电极板12之间的电容介质13，其中，第一电极板11和第二电极板12相对设置，第一电极板11可用于放置待测物体，第一电极板11在待测物体的重力作用下可以调整与第二电极板12之间的距离，以调整电容传感器10的电容量。
32.电容介质13为绝缘介质，其具体材质不作限定，实现绝缘即可，如电容介质13的材质可以为各种气体，如空气，也可以为固体，如云母片等，也可以为液体等，或者不同形态材质的结合，本技术不作限定。
33.具体的，在利用电容传感器10进行重量检测时，可以将待检测的物体通过一个承重部件放置在电容传感器10的第一电极板11上，当电容传感器10承载了一定的重量后，第一电极板11和第二电极板板12之间的距离会发生变化，相应的，电容传感器10的电容量也会发生变化，通过这个电容量，即可确定出电容传感器10当前承载的待测物体的重量值，其中，电容传感器的电容值的计算公式如下所示：
[0034][0035]
其中，c为电容传感器的电容值，ε为电容介质的介电系数，a为两个极板间相互覆盖的面积，δ为两个极板之间的距离。由上述公式可知，在电容介质的介电系数和两个极板间相互覆盖的面积不变的情况下，电容传感器的电容值与两个极板之间的距离成反比关系。利用上述电容传感器，即可以在电容传感器的第一电极板承重的情况下，将承载的待测物体的重量值转换为电容值，从而实现重量测量的目的。
[0036]
在一个实施例中，电容传感器还包括弹性件，其中，弹性件与第一电极板和第二电极板连接，弹性件可用于在第一电极板上的待测物体重量减小时，使第一电极板和第二电极板远离。在本实施例中，弹性件具体可以为设置在电容传感器两侧的支撑弹簧，具体的，在电容传感器未受力时，两侧的支撑弹簧处于工型回弹状态；在电容传感器受力时，两侧的支撑弹簧处于压缩状态，通过在电容传感器中设置弹性件，可以使电容传感器具有较好的平衡性，从而进一步提高了重量检测的准确性。需要说明的是，弹性件是根据重量检测的计量范围选定的，因而不会影响称重结果的准确性。其中，待测物体的重量与弹性件的长度有特定的比例关系，故待测物体的重量与两个极板之间的距离也有特定的比例关系，故可以根据电容传感器的电容值确定待测物体的重量。
[0037]
在一个实施例中，如图3所示，差分电路包括第一电阻r3、第二电阻r4、第三电阻r5、第四电阻r6和运算放大器u1，其中，第一电阻r3串联在重量传感器c1的第一端和运算放大器u1的同向输入端之间，第二电阻r4串联在重量传感器c1的第二端和运算放大器u1的反向输入端之间，第一电阻r3和第二电阻r4的阻值相等；第三电阻r5串联在运算放大器u1的
同向输入端和接地端之间，第四电阻r6串联在运算放大器u1的反向输入端和运算放大器u1的输出端之间，第三电阻r5和第四电阻r6的阻值相等。在本实施例中，差分电路输出电压的计算公式为：
[0038]
u0/(u1-u2)＝r5/r6＝r3/r4；
[0039]
其中，u0为运算放大器输出端的电压值，u1为运算放大器同向输入端的电压值，u2为运算放大器反向输入端的电压值。由上述公式可知，在重量传感器未承重时，差分电路可以将重量传感器输出的电容值转换为一个预设电压的电平信号；在重量传感器承载了一定重量时，差分电路可以将重量传感器输出的电容值转换为一个大于预设电压的电平信号。在本实施例中，依靠差分电路的完全对称性，可以使重量传感器在未受力状态下输出的电容值在差分电路的输出端相抵消。
[0040]
在一个实施例中，信号转换电路可以为模数转换器或具有模数转换功能的微处理器。具体的，当信号转换电路为模数转换器时，信号转换电路可以将差分电路输出的电平信号转换为一个数字信号，并将该数字信号作为重量检测信号进行输出。进一步的，当信号转换电路为具有模数转换功能的微处理器时，信号转换电路既可以将模数转换后的数字信号作为重量检测信号进行输出，也可以将经过模数转换和重量值换算后的重量信号作为重量检测信号进行输出，其中，重量信号换算公式可以预先设定在微处理器中，并由微处理器通过现有技术中的方法将转换后的数字信号转换为重量信号后输出。
[0041]
在一个实施例中，如图3所示，3d打印机的重量检测电路还包括控制电路u3，其中，控制电路u3可以通过通讯总线，如rs232、rs485、can.i2c或usb等通讯总线与信号转换电路u2电连接。在本实施例中，控制电路可用于接收信号转换电路输出的重量检测信号，并根据重量检测信号输出控制信号和/或将重量检测信号转换为重量信号，其中，控制信号可以根据3d打印机的重量检测电路的实际控制功能进行设定。通过输出控制信号，控制电路可以对各个负载进行控制，控制电路中的控制程序可以通过现有技术中的控制方法来实现。
[0042]
在一个实施例中，3d打印机的重量检测电路还包括显示器，其中，显示器与控制电路电连接，可用于根据控制电路输出的重量信号显示待测物体的重量值。在本实施例中，显示器可以为各种类型的显示器，如数码显示器、液晶显示器、有机电激光显示器或触摸屏等等。可以理解的是，显示器除了可以对待测物体的重量值进行实时显示之外，也可以对其他信息进行显示，本实施例在此不做具体限定。
[0043]
另一方面，本实用新型的实施例提供一种重量检测装置20，如图4所示，该重量检测装置20包括承重装置以及如上述任一项实施例所述的3d打印机的重量检测电路，其中，3d打印机的重量检测电路的重量传感器设置于承重装置中，承重装置可用于承载待测物体的重量，并将承载的待测物体的重量值传递至重量传感器上，3d打印机的重量检测电路可用于将承载的待测物体的重量值转换为重量检测信号并输出。
[0044]
具体的，如图1所示，该重量检测装置中的3d打印机的重量检测电路包括重量传感器、差分电路和信号转换电路，其中，重量传感器与差分电路电连接，差分电路与信号转换电路电连接。重量传感器可用于将承载的待测物体的重量值转换为电容值，差分电路可用于将电容值转换为电平信号，信号转换电路可用于将电平信号转换为重量检测信号并输出。
[0045]
在本实施例中，可以利用承重装置承载待测物体的重量，并将承载的待测物体的
重量值传递至重量传感器上，然后通过重量传感器将承载的待测物体的重量值转换为电容值，并通过电容值输出引线将电容值输出至差分电路中，差分电路可以将重量传感器输出的电容值转换为电平信号，并将电平信号输出至信号转换电路中，信号转换电路可以对差分电路输出的电平信号进行信号转换，从而得到一个计算机设备可以识别的重量检测信号后进行输出。需要说明的是，重量传感器在承载待测物体的重量时，其电容值可以从皮法至微法之间变化，因此，电容式的重量检测装置相较于电阻式的重量检测装置，其计量范围更广，计量的精度也更为精确，稳定性也更好，在实际应用过程中，设置在承重装置中的重量传感器的体积和形状可以根据重量检测的计量范围进行确定。
[0046]
本实施例提出的重量检测装置，通过采用电容式的重量传感器来实现称重功能，可以有效的提高重量检测的灵敏度、精度、称重范围和稳定性。此外，上述重量检测装置只需要提供一个承重装置来承载待测物体的重量，并将承载的待测物体的重量值传递至重量传感器上即可，无需复杂的机械结构，因而有效的降低了重量检测装置的制作难度和机械复杂度。
[0047]
在一个实施例中，如图4所示，重量检测装置20包括承重装置以及上述实施例所述的3d打印机的重量检测电路，承重装置包括承重部，重量传感器为电容传感器，其中，电容传感器包括电容器腔体21和设置于电容器腔体内的电容器介质22，承重部包括受力支架23和托盘24，其中，受力支架23可采用“工”字型设计，受力支架的底端可活动的连接在电容器腔体21的顶端，连接处可以用胶圈密封，托盘24设置在受力支架23的顶端。在本实施例中，电容器腔体21可以包括相对的第一电极板、第二电极板，和与第一电极板、第二电极板连接的腔壁，即第一电极板、第二电极板和腔壁围合成腔体。
[0048]
电容器介质22可以包括固体介质和液体介质组成，受力支架23可以由塑胶等材质制成，托盘24可以由不锈钢等材质制成。具体的，在利用重量检测装置20进行重量检测时，可以将待检测的物体放置于托盘24中，然后，托盘24中的重量可以通过受力支架23传递至电容传感器的顶端，当电容传感器承载了待测物体的重量后，电容传感器的两个极板间的距离会发生变化，相应的，电容传感器的电容值也会发生变化，通过这个电容值变化量，即可确定出重量传感器当前承载的待测物体的重量值，从而实现重量检测的功能。上述承重装置和重量传感器的机械结构简单，成本较低，可以有效的降低重量检测装置的制作成本和制作难度。
[0049]
在一个实施例中，如图4所示，承重装置还包括底座26，其中，电容器腔体21的底端可以设置在底座26上。此外，在底座26的底端还可以设置一个定位部件，通过该定位部件，底座可以被固定在一个特定的位置，从而增强底座26的稳定性。本实施例通过在重量传感器的底端设置一个底座，可以增强承重装置的稳定性。进一步的，重量传感器的弹性件25可以连接在受力支架23和底座26之间。在本实施例中，重量传感器的弹性件可以为设置在电容传感器两侧的支撑弹簧，在承重装置未受力时，两侧的支撑弹簧处于工型回弹状态；在承重装置受力时，两侧的支撑弹簧处于压缩状态，通过在承重装置中设置弹性件，可以使承重装置具有较好的平衡性，从而进一步提高了重量检测装置的测量准确性。需要说明的是，弹性件是根据重量检测装置的计量范围选定的，因而不会影响称重结果的准确性。
[0050]
又一方面，本实用新型的实施例提供一种3d打印机，该3d打印机包括如上述任一项实施例所述的重量检测装置，其中，重量检测装置可以与3d打印机一体设置或者分体设
置，进一步的，重量检测装置包括承重装置以及如上述任一项实施例所述的3d打印机的重量检测电路，其中，3d打印机的重量检测电路的重量传感器设置于承重装置中，承重装置可用于承载待测物体的重量，并将承载的待测物体的重量值传递至重量传感器上，3d打印机的重量检测电路可用于将承载的待测物体的重量值转换为重量检测信号并输出。进一步的，3d打印机的重量检测电路包括重量传感器、差分电路和信号转换电路，其中，重量传感器与差分电路电连接，差分电路与信号转换电路电连接。重量传感器可用于将承载的待测物体的重量值转换为电容值，差分电路可用于将电容值转换为电平信号，信号转换电路可用于将电平信号转换为重量检测信号并输出。
[0051]
在本实施例中，可以利用承重装置承载打印机耗材的重量，并将承载的打印机耗材的重量值传递至重量传感器上，然后通过重量传感器将承载的打印机耗材的重量值转换为电容值，并通过电容值输出引线将电容值输出至差分电路中，差分电路可以将重量传感器输出的电容值转换为电平信号，并将电平信号输出至信号转换电路中，信号转换电路可以对差分电路输出的电平信号进行信号转换，从而得到一个计算机设备可以识别的重量检测信号后进行输出。需要说明的是，重量传感器在承载待测物体的重量时，其电容值可以从皮法至微法之间变化，因此，电容式的重量检测装置相较于电阻式的重量检测装置，其计量范围更广，计量的精度也更为精确，稳定性也更好，在实际应用过程中，设置在承重装置中的重量传感器的体积和形状可以根据重量检测的计量范围进行确定。
[0052]
本实施例提出的3d打印机，通过使用电容式的重量检测装置来实现称重功能，可以有效的提高打印机耗材称重的灵敏度、精度、称重范围和稳定性，此外，上述重量检测装置还可以有效的降低打印机称重装置的机械结构复杂度和制作难度
[0053]
具体实施例：
[0054]
在一个具体的实施例中，提供了一种3d打印机的重量检测电路、重量检测装置和3d打印机。
[0055]
具体的，3d打印机的重量检测电路包括重量传感器、差分电路和信号转换电路，其中，重量传感器与差分电路电连接，差分电路与信号转换电路电连接。在本实施例中，重量传感器具体可以为电容传感器，并可用于将承载的待测物体的重量值转换为电容值，在本实施例中，电容传感器包括第一电极板和第二电极板，第一电极板和第二电极板相对设置，第一电极板用于放置待测物体，第一电极板在待测物体的重力作用下调整与第二电极板之间的距离，以调整电容传感器的电容量。此外，电容传感器还包括弹性件，弹性件与第一电极板、第二电极板连接，弹性件用于在第一电极板上的待测物体重量减小时，使第一电极板和第二电极板远离。进一步的，差分电路可以为一个完全对称的差分电路，并可用于将电容值转换为电平信号，信号转换电路可以为模数转换器或具有模数转换功能的微处理器，并可用于将电平信号转换为重量检测信号并输出。此外，3d打印机的重量检测电路还可以包括控制电路和显示器，其中，控制电路可以通过通讯总线与信号转换电路电连接，并可用于接收信号转换电路输出的重量检测信号，以及根据重量检测信号输出控制信号和/或将重量检测信号转换为重量信号，显示器可以与控制电路电连接，并可用于根据控制电路输出的重量信号显示待测物体的重量值。
[0056]
进一步的，重量检测装置包括承重装置和上述3d打印机的重量检测电路，其中，承重装置包括承重部和底座，重量传感器为电容传感器。在本实施例中，电容传感器包括电容
器腔体和设置于电容器腔体内的电容器介质，承重部包括受力支架和托盘，受力支架的底端可活动的连接在电容器腔体的顶端，托盘设置在受力支架的顶端，重量传感器的底端设置在底座上，重量传感器的弹性件包括左支撑弹簧和右支撑弹簧，两个支撑弹簧分别连接在受力支架和底座之间。进一步的，3d打印机包括上述重量检测装置，该重量检测装置可以与3d打印机合体设置或者分体设置。
[0057]
本实施例提出的3d打印机的重量检测电路、重量检测装置和3d打印机，通过采用电容式的重量传感器来实现称重功能，可以有效的提高重量检测的灵敏度、精度、称重范围和稳定性。此外，上述重量检测装置无需复杂的机械结构，有效的降低了重量检测装置的制作难度和机械复杂度。
[0058]
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。