一种基于机器视觉的3D打印件坍塌监测装置及方法

本发明属于3d打印，具体而言涉及一种基于机器视觉的3d打印件坍塌监测装置及方法。

背景技术：

1、现如今，3d打印技术已成为先进制造技术中备受瞩目的一种，也被称为增材制造技术。这项技术主要基于三维cad模型数据，并采用材料逐层累加的方法来制造实体零件，相比传统的减材制造和等材制造技术，3d打印技术在快速成型领域中应用极为广泛，有着极大的发展潜力。近年来，3d打印技术不断迎来新的突破，比如说，该技术已经可以使用多种材料进行打印，包括金属、陶瓷、塑料等。此外，3d打印技术也可以制造出极其复杂的结构和形状，这是传统制造技术无法达到的。目前，它已经在航空航天、汽车制造、建筑和生物医疗等多个领域得到了广泛的应用。随着传统制造业的转型升级，3d打印技术对于制造高精度、高强度及高度定制化的零件变得越来越重要。因此，提高3d打印件的质量已经成为该领域的一个研究热点。然而，由于多种不可控因素，在3d打印过程中，打印件坍塌的情况时常发生，造成打印耗材的浪费。由于3d打印件的成型过程通过十分漫长，若采用人工对打印过程进行监测成本过高。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于机器视觉的3d打印件坍塌监测装置及方法，解决3d打印件坍塌易造成耗材浪费，监测需要高昂人工成本的问题。

2、本发明是这样实现的，

3、一种基于机器视觉的3d打印件坍塌监测装置，该装置包括：第一相机和第二相机，设置在3d打印机两侧，调整第一相机和第二相机的焦距和位置，使得两个相机在打印过程中始终能在不同的方向获取完整清晰的打印件图像；

4、上位机，与第一相机和第二相机连接；

5、微控制器，连接至上位机，将继电器与被监测的3d打印机和打印机供电电源连接。

6、进一步地，所述第一相机和第二相机进行图像采集，每隔时间 t，控制第一相机拍摄一帧图像 rf a( x, y)，同时控制第二相机拍摄一帧图像 rb a( x, y)，像素大小均为 m× n；

7、所述上位机，对图像相关性进行计算，当 a＞1时，计算第一相机拍摄第 a帧图像 rf a( x, y)和第 a-1帧图像 rf a-1( x, y)的互相关系数 ρ 1( x, y)，计算过程遵循：其中， rf a( x, y)代表第一相机拍摄图像的像素灰度，代表第一相机拍摄图像的像素灰度的均值；

8、计算第一相机拍摄第 a帧图像 rb a( x, y)和第 a-1帧图像 rb a-1( x, y)的互相关系数 ρ 2( x, y)，计算过程遵循：其中， rb a( x, y)代表第二相机拍摄图像的像素灰度，代表第二相机拍摄图像的像素灰度的均值。

9、进一步地，所述上位机还用于将计算得到的图像相关性系数 ρ 1( x, y)和 ρ 2( x, y)，分别与图像相关性阈值 m 1和 m 2进行对比，当 ρ 1( x, y)＞ m 1或 ρ 2( x, y)＞ m 2时，认为打印件发生了坍塌，打印件的形态发生了剧烈变化，上位机向微控制器发送停机指令，微控制器控制继电器断开，3d打印机断电停机。

10、一种基于机器视觉的3d打印件坍塌监测方法，该方法包括：在3d打印机两侧分别设置第一相机和第二相机，并调整第一相机和第二相机的焦距和位置，使得两个相机在打印过程中始终能在不同的方向获取完整清晰的打印件图像；

11、通过第一相机和第二相机进行图像采集，每隔时间 t，控制第一相机拍摄一帧图像 rf a( x, y)，同时控制第二相机拍摄一帧图像 rb a( x, y)，像素大小均为 m× n；

12、对图像相关性进行计算，当 a＞1时，计算第一相机拍摄第 a帧图像 rf a( x, y)和第 a-1帧图像 rf a-1( x, y)的互相关系数 ρ 1( x, y)，计算过程遵循：其中， rf a( x, y)代表第一相机拍摄图像的像素灰度，代表第一相机拍摄图像的像素灰度的均值；

13、计算第一相机拍摄第 a帧图像 rb a( x, y)和第 a-1帧图像 rb a-1( x, y)的互相关系数 ρ 2( x, y)，计算过程遵循：其中， rb a( x, y)代表第二相机拍摄图像的像素灰度，代表第二相机拍摄图像的像素灰度的均值；

14、将计算得到的图像相关性系数 ρ 1( x, y)和 ρ 2( x, y)，分别与图像相关性阈值 m 1和 m 2进行对比，当 ρ 1( x, y)＞ m 1或 ρ 2( x, y)＞ m 2时，认为打印件发生了坍塌，打印件的形态发生了剧烈变化，控制3d打印机断电停机。

15、本发明与现有技术相比，有益效果在于：

16、（1）本发明提采用工业相机自动监测3d打印过程，使打印件坍塌情况能尽早被发现，并自动采取停机操作，有效解决了3d打印可能出现的材料浪费问题；

17、（2）本发明通过双相机同时监测打印件在不同位置的状态，检测装置简单，可较好地适配市面上的3d打印机产品；

18、（3）本发明通过相机相邻两帧图像的相关性来判断打印件是否出现坍塌，解决了传统人工监测成本高的问题。