CN113895028A - 一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机，包括树莓派、电源适配器、支撑平台、X轴导轨、Y轴导轨、Z轴导轨、打印喷头、打印平台、温度传感器、若干限位开关和三轴运动模块，所述X轴导轨、所述Y轴导轨和所述Z轴导轨均位于所述支撑平台上，所述X轴导轨位于水平面上，所述Y轴导轨和所述Z轴导轨于竖直面上垂直相交，所述打印平台位于所述X轴导轨所在的水平平面上，有益效果：树莓派控制打印喷头运动并在同打印平台对应的区域喷出打印介质，在打印平台上固化，进而在打印上得到三维固体实物的底层，打印喷头向上移动，然后逐层打印，最终打印出三维固体实物。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿机械加工领域，具体来说，涉及一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机。
背景技术
3D打印机又称三维打印机(3DP)，是一种制造技术，即快速成形技术的一种机器。3D打印机的原理是将原料和数据输入3D打印机中，机器会通过电脑控制把“打印材料”一层一层地打印出来，最终得到实物。这项技术常常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型或者用于一些产品的直接制造。目前的3D打印机的数据输入多种多样，可以是电脑辅助设计(如CAD)的三维模型，也可以是通过扫描三维实物得到的三维模型。
3D打印技术的输入数据方式有很多，比如通过电脑辅助设计(如CAD)和扫描三维物体实物，来得到目标产品的三维模型。通过CAD设计需要对专业人员进行培训，还要花很长的时间来设计模型，扫描需要扫描机器和三维实物，在数据的获取上不方便，同时数据获取的方式比较单一。
煤矿特种钻头3D模型的制作在很多模拟实验的过程中是相当必要的，但是一直以来专业3D煤矿特种钻头模型由专业的人工师傅纯手工制作，同时制作时间较长，生产成本较高，不利于现场制备。3D打印技术在煤矿特种钻头模型制作上的应用尚不多见。因为通过CAD建立煤矿特种钻头的三维模型十分复杂耗时，而三维扫描又会影响到用户体验，都缺少一种方便有效的煤矿特种钻头三维模型获取方法。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机，包括树莓派、电源适配器、支撑平台、X轴导轨、Y轴导轨、Z轴导轨、打印喷头、打印平台、温度传感器、若干限位开关和三轴运动模块，所述X轴导轨、所述Y轴导轨和所述Z轴导轨均位于所述支撑平台上，所述X轴导轨位于水平面上，所述Y轴导轨和所述Z轴导轨于竖直面上垂直相交，所述打印平台位于所述X轴导轨所在的水平平面上，所述X轴导轨和所述Z轴导轨于竖直面正交，所述Y轴导轨位于所述Z轴导轨上，所述打印喷头位于所述Y轴导轨上，所述温度传感器设置在所述打印喷头上。
进一步的，所述Z轴导轨包括设置在所述支撑平台外壁一侧的步进电机一，所述步进电机一的输出端设有丝杆一，所述支撑平台外壁另一侧设有与所述丝杆一相对应的套杆一，所述套杆一和所述丝杆一均套设有螺纹筒一，所述螺纹筒与所述丝杆一为螺纹套连接。
进一步的，所述Y轴导轨包括所述螺纹筒一之间设有的丝杆二和套杆二，其中一个所述螺纹筒一上设有步进电机二，所述步进电机二输出端连接所述丝杆二，所述套杆二固定在所述螺纹筒一之间，所述丝杆二和所述套杆二上共同套设有螺纹筒二。
进一步的，所述打印喷头安装所述螺纹筒二上，所述支撑平台背面设有支架，所述丝杆一和所述套杆一顶端分别设在所述支架，所述X轴导轨包括设置在所述支撑平台背面的步进电机三，所述步进电机三为伸缩电机，所述步进电机三输出端连接所述打印平台，所述支撑平台为框架结构，所述支撑平台的内壁上开设有滑槽，所述打印平台底端固定设有延伸至所述滑槽内部的滑块。
进一步的，所述三轴运动模块分别为所述步进电机二、所述步进电机三和所述步进电机一，若干所述限位开关的总数量为三个，两个所述限位开关分别安装在所述Y轴导轨和所述Z轴导轨的一端上，另一个所述限位开关安装在所述支撑平台上。
进一步的，所述树莓派与安卓设备远程控制连接，所述打印喷头采用i结构，所述打印喷头上安装有步进电机四。
进一步的，所述打印平台上通过角度调节机构安装有工作台，所述工作台上设有防墨溅射机构。
进一步的，所述工作台内部为空腔状，所述防墨溅射机构包括设置在所述工作台内部的升降电机，所述升降电机的输出端固定设有升降薄板，所述升降薄板上固定设有数量为四块升降挡板，四块所述升降挡板相互拼接成矩形框体，所述升降挡板可拆卸式安装在所述升降薄板上。
进一步的，所述工作台顶部开设有供所述升降挡板穿出的回字型穿口，所述工作台中部通过所述回字型穿口形成中部工作台，所述中部工作台底端设有支撑机构，所述支撑机构为支撑柱，所述支撑柱固定在所述中部工作台底端和所述工作台内底端，所述支撑柱贯穿所述升降薄板，所述升降挡板底端均固定设有插块，所述升降薄板顶部开设有与所述插块相匹配的插槽，所述插槽内底端固定设有磁片，所述插块材质为铁片。
进一步的，所述角度调节机构包括通过铰接部件安装在所述打印平台顶端一侧的微型升降电机，所述微型升降电机输出顶端通过铰接部件安装有倾斜板，所述打印平台顶端另一侧设有支撑块，所述支撑块顶端通过铰接部件安装在所述倾斜板底端，所述倾斜板顶端一侧的副微型升降电机，所述副微型升降电机输出顶端通过铰接部件安装有副倾斜板，所述倾斜板顶端设有与所述副微型升降电机相对应的副支撑块，所述副支撑块顶端通过铰接部件安装在所述副倾斜板底端，所述副倾斜板和所述工作台为固定连接。
本发明提供了一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机，有益效果如下：
本装置技术一种制造技术，即快速成形技术的一种机器，3D打印机的原理是将原料和数据输入3D打印机中，机器会通过电脑控制把“打印材料”一层一层地打印出来，最终得到实物，这项技术常常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型或者用于一些产品的直接制造，目前的3D打印机的数据输入多种多样，可以是电脑辅助设计，的三维模型，也可以是通过扫描三维实物得到的三维模型，适合在煤矿采样钻头模型中使用；
利用本发明进行3D打印具体实物时，首先通过手机拍煤矿采样钻头传至服务器，服务器将重建的三维模型发送给树莓派，并沿着与实际铅垂方向对应的树莓派内部方向对三维固体实物的立体模型切片分层，得到每层的成型数据，之后，树莓派控制打印喷头运动并在同打印平台对应的区域喷出打印介质，在打印平台上固化，进而在打印上得到三维固体实物的底层，打印喷头向上移动，然后逐层打印，最终打印出三维固体实物；
打印时，打印喷头在Y轴前后运动，喷头在X轴方向上进行移动，平台移动会使得打印变得较快，打印平台可沿X轴导轨做往复运动，Y轴导轨可沿Z轴导轨做往复运动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机的主视图；
图2是根据本发明实施例的一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机的侧面示意图；
图3是根据本发明实施例的一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机的温度传感器示意图；
图4是根据本发明实施例的一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机的控制连接图；
图5是根据本发明实施例的一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机的角度调节机构和防墨溅射机构；
图6是根据本发明实施例的一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机的工作台和打印平台示意图。
图中：
1、树莓派；2、电源适配器；3、支撑平台；4、X轴导轨；5、Y轴导轨；6、Z轴导轨；7、打印喷头；8、打印平台；9、温度传感器；10、限位开关；11、步进电机一；12、丝杆一；13、套杆一；14、螺纹筒一；15、丝杆二；16、套杆二；17、步进电机二；18、螺纹筒二；19、支架；20、工作台；21、升降电机；22、副倾斜板；23、升降薄板；24、升降挡板；25、回字型穿口；26、中部工作台；27、支撑柱；28、插块；29、磁片；30、微型升降电机；31、倾斜板；32、支撑块；33、副微型升降电机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做出进一步的描述：
实施例一：
请参阅图1-6，根据本发明实施例的一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机，包括树莓派1、电源适配器2、支撑平台3、X轴导轨4、Y轴导轨5、Z轴导轨6、打印喷头7、打印平台8、温度传感器9、若干限位开关10和三轴运动模块，所述X轴导轨4、所述Y轴导轨5和所述Z轴导轨6均位于所述支撑平台3上，所述X轴导轨4位于水平面上，所述Y轴导轨5和所述Z轴导轨6于竖直面上垂直相交，所述打印平台8位于所述X轴导轨4所在的水平平面上，所述X轴导轨4和所述Z轴导轨6于竖直面正交，所述Y轴导轨5位于所述Z轴导轨6上，所述打印喷头7位于所述Y轴导轨5上，所述温度传感器9设置在所述打印喷头7上。
实施例二：
如图1-4所示，所述Z轴导轨6包括设置在所述支撑平台3外壁一侧的步进电机一11，所述步进电机一11的输出端设有丝杆一12，所述支撑平台3外壁另一侧设有与所述丝杆一12相对应的套杆一13，所述套杆一13和所述丝杆一12均套设有螺纹筒一14，所述螺纹筒一14与所述丝杆一12为螺纹套连接，所述Y轴导轨5包括所述螺纹筒一14之间设有的丝杆二15和套杆二16，其中一个所述螺纹筒一14上设有步进电机二17，所述步进电机二17输出端连接所述丝杆二15，所述套杆二16固定在所述螺纹筒一14之间，所述丝杆二15和所述套杆二16上共同套设有螺纹筒二18，所述打印喷头7安装所述螺纹筒二18上，所述支撑平台3背面设有支架19，所述丝杆一12和所述套杆一13顶端分别设在所述支架19，所述X轴导轨4包括设置在所述支撑平台3背面的步进电机三，所述步进电机三为伸缩电机，所述步进电机三输出端连接所述打印平台8，所述支撑平台3为框架结构，所述支撑平台3的内壁上开设有滑槽，所述打印平台8底端固定设有延伸至所述滑槽内部的滑块，所述三轴运动模块分别为所述步进电机二17、所述步进电机三和所述步进电机一11，若干所述限位开关的总数量为三个，两个所述限位开关10分别安装在所述Y轴导轨5和所述Z轴导轨6的一端上，另一个所述限位开关10安装在所述支撑平台3上，所述树莓派1与安卓设备远程控制连接，所述打印喷头7采用i3结构，所述打印喷头上安装有步进电机四。
通过本发明的上述方案，有益效果：打印喷头7在Y轴前后运动，喷头在x轴方向上进行移动，打印平台8可沿X轴导轨4做往复运动，Y轴导轨5可沿Z轴导轨6做往复运动，温度传感器将喷头的温度反馈给树莓派，三轴运动模块控制运动方向，由限位开关来限制其极限位置，打印喷头通过步进电机四挤压材料进行喷墨。
实施例三：
如图5-6所示，所述打印平台8上通过角度调节机构安装有工作台20，所述工作台20上设有防墨溅射机构，所述工作台20内部为空腔状，所述防墨溅射机构包括设置在所述工作台20内部的升降电机21，所述升降电机21的输出端固定设有升降薄板23，所述升降薄板23上固定设有数量为四块升降挡板24，四块所述升降挡板24相互拼接成矩形框体，所述升降挡板24可拆卸式安装在所述升降薄板23上，所述工作台20顶部开设有供所述升降挡板24穿出的回字型穿口25，所述工作台20中部通过所述回字型穿口25形成中部工作台26，所述中部工作台26底端设有支撑机构，所述支撑机构为支撑柱27，所述支撑柱27固定在所述中部工作台26底端和所述工作台20内底端，所述支撑柱27贯穿所述升降薄板23，所述升降挡板底端均固定设有插块28，所述升降薄板23顶部开设有与所述插块28相匹配的插槽，所述插槽内底端固定设有磁片29，所述插块28材质为铁片，所述角度调节机构包括通过铰接部件安装在所述打印平台8顶端一侧的微型升降电机30，所述微型升降电机30输出顶端通过铰接部件安装有倾斜板31，所述打印平台8顶端另一侧设有支撑块32，所述支撑块32顶端通过铰接部件安装在所述倾斜板31底端，所述倾斜板31顶端一侧的副微型升降电机33，所述副微型升降电机33输出顶端通过铰接部件安装有副倾斜板22，所述倾斜板31顶端设有与所述副微型升降电机33相对应的副支撑块，所述副支撑块顶端通过铰接部件安装在所述副倾斜板22底端，所述副倾斜板22和所述工作台20为固定连接。
通过本发明的上述方案，有益效果：喷墨时，通过升降电机21带动升降挡板24上升，使其包裹住中部工作台26，中部工作台26为最终工作的台子，这样设计，避免喷墨的墨溅射范围远，污染周边的环境，升降挡板24通过插块28和磁片29吸合，因此升降挡板24可拆卸，便于清洗，不工作时，升降挡板24下降至工作台20内，微型升降电机30带动倾斜板31产生倾斜，因此带动工作台20产生角度变化，副微型升降电机33的作用也是如此，因此工作台20工作时角度可调，提高打印的角度的多样性，利于打印工作的效率。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。
在实际应用时，利用本发明进行3D打印具体实物时，首先通过手机拍煤矿采样钻头传至服务器，服务器将重建的三维模型发送给树莓派，并沿着与实际铅垂方向对应的树莓派内部方向对三维固体实物的立体模型切片分层，得到每层的成型数据，之后，树莓派控制打印喷头运动并在同打印平台对应的区域喷出打印介质，在打印平台上固化，进而在打印上得到三维固体实物的底层，打印喷头向上移动，然后逐层打印，最终打印出三维固体实物；
打印时，打印喷头7在Y轴前后运动，喷头在x轴方向上进行移动，平台移动会使得打印变得较快，打印平台8可沿X轴导轨4做往复运动，Y轴导轨5可沿Z轴导轨6做往复运动。
注意的是，丝杆二15、丝杆一12的端部分别设置轴承，轴承设置在支架和螺纹筒上，保证丝杆转动稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机，其特征在于，包括树莓派(1)、电源适配器(2)、支撑平台(3)、X轴导轨(4)、Y轴导轨(5)、Z轴导轨(6)、打印喷头(7)、打印平台(8)、温度传感器(9)、若干限位开关(10)和三轴运动模块，所述X轴导轨(4)、所述Y轴导轨(5)和所述Z轴导轨(6)均位于所述支撑平台(3)上，所述X轴导轨(4)位于水平面上，所述Y轴导轨(5)和所述Z轴导轨(6)于竖直面上垂直相交，所述打印平台(8)位于所述X轴导轨(4)所在的水平平面上，所述X轴导轨(4)和所述Z轴导轨(6)于竖直面正交，所述Y轴导轨(5)位于所述Z轴导轨(6)上，所述打印喷头(7)位于所述Y轴导轨(5)上，所述温度传感器(9)设置在所述打印喷头(7)上。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机，其特征在于，所述Z轴导轨(6)包括设置在所述支撑平台(3)外壁一侧的步进电机一(11)，所述步进电机一(11)的输出端设有丝杆一(12)，所述支撑平台(3)外壁另一侧设有与所述丝杆一(12)相对应的套杆一(13)，所述套杆一(13)和所述丝杆一(12)均套设有螺纹筒一(14)，所述螺纹筒一(14)与所述丝杆一(12)为螺纹套连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机，其特征在于，所述Y轴导轨(5)包括所述螺纹筒一(14)之间设有的丝杆二(15)和套杆二(16)，其中一个所述螺纹筒一(14)上设有步进电机二(17)，所述步进电机二(17)输出端连接所述丝杆二(15)，所述套杆二(16)固定在所述螺纹筒一(14)之间，所述丝杆二(15)和所述套杆二(16)上共同套设有螺纹筒二(18)。
4.根据权利要求3所述的一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机，其特征在于，所述打印喷头(7)安装所述螺纹筒二(18)上，所述支撑平台(3)背面设有支架(19)，所述丝杆一(12)和所述套杆一(13)顶端分别设在所述支架(19)，所述X轴导轨(4)包括设置在所述支撑平台(3)背面的步进电机三，所述步进电机三为伸缩电机，所述步进电机三输出端连接所述打印平台(8)，所述支撑平台(3)为框架结构，所述支撑平台(3)的内壁上开设有滑槽，所述打印平台(8)底端固定设有延伸至所述滑槽内部的滑块。
5.根据权利要求4所述的一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机，其特征在于，所述三轴运动模块分别为所述步进电机二(17)、所述步进电机三和所述步进电机一(11)，若干所述限位开关的总数量为三个，两个所述限位开关(10)分别安装在所述Y轴导轨(5)和所述Z轴导轨(6)的一端上，另一个所述限位开关(10)安装在所述支撑平台(3)上。
6.根据权利要求1所述的一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机，其特征在于，所述树莓派(1)与安卓设备远程控制连接，所述打印喷头(7)采用i3结构，所述打印喷头上安装有步进电机四。
7.根据权利要求1所述的一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机，其特征在于，所述打印平台(8)上通过角度调节机构安装有工作台(20)，所述工作台(20)上设有防墨溅射机构。
8.根据权利要求7所述的一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机，其特征在于，所述工作台(20)内部为空腔状，所述防墨溅射机构包括设置在所述工作台(20)内部的升降电机(21)，所述升降电机(21)的输出端固定设有升降薄板(23)，所述升降薄板(23)上固定设有数量为四块升降挡板(24)，四块所述升降挡板(24)相互拼接成矩形框体，所述升降挡板(24)可拆卸式安装在所述升降薄板(23)上。
9.根据权力要求8所述的一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机，其特征在于，所述工作台(20)顶部开设有供所述升降挡板(24)穿出的回字型穿口(25)，所述工作台(20)中部通过所述回字型穿口(25)形成中部工作台(26)，所述中部工作台(26)底端设有支撑机构，所述支撑机构为支撑柱(27)，所述支撑柱(27)固定在所述中部工作台(26)底端和所述工作台(20)内底端，所述支撑柱(27)贯穿所述升降薄板(23)，所述升降挡板底端均固定设有插块(28)，所述升降薄板(23)顶部开设有与所述插块(28)相匹配的插槽，所述插槽内底端固定设有磁片(29)，所述插块(28)材质为铁片。
10.根据权利要求9所述的一种基于视觉识别的煤矿采样钻头模型的打印机，其特征在于，所述角度调节机构包括通过铰接部件安装在所述打印平台(8)顶端一侧的微型升降电机(30)，所述微型升降电机(30)输出顶端通过铰接部件安装有倾斜板(31)，所述打印平台(8)顶端另一侧设有支撑块(32)，所述支撑块(32)顶端通过铰接部件安装在所述倾斜板(31)底端，所述倾斜板(31)顶端一侧的副微型升降电机(33)，所述副微型升降电机(33)输出顶端通过铰接部件安装有副倾斜板(22)，所述倾斜板(31)顶端设有与所述副微型升降电机(33)相对应的副支撑块，所述副支撑块顶端通过铰接部件安装在所述副倾斜板(22)底端，所述副倾斜板(22)和所述工作台(20)为固定连接。
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