[发明专利]一种3D打印喷头末端实时跟踪定位方法

说明书

本发明提供了一种3D打印喷头末端实时跟踪定位方法，首先向机械臂输入一个模型；其次检测机械臂的倾斜方向，并启动悬挂在周围的四个相机中的正对于倾斜方向的两个相机，组成双目视觉系统，运用跟踪算法对打印喷头进行跟踪，获取跟踪的ROI感兴趣区域，并对该区域的图像运用kmeans算法进行分类，并获取喷头所在的类的图像，通过运用canny算法获取打印末端的外轮廓和横坐标，之后运用hough直线检测方法，对该边缘图像进行直线检测，并判断喷头两边的直线，计算出直线与边缘图像横坐标交汇的中点位置，即为跟踪位置。本发明通过视觉的方法来实时监测3D打印喷头末端的跟踪定位，达到反馈，并实时修正打印，提高打印精度。

技术领域

本发明涉及一种3D打印技术，具体涉及一种新的3D打印喷头末端实时跟踪定位方法。

背景技术

3D打印技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造(AM，Additive Manufacturing)。作为一种综合性应用技术，3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。经过十多年的探索和发展，3D打印技术有了长足的进步，目前已经能够在0.01mm的单层厚度上实现600dpi的精细分辨率。目前国际上较先进的产品可以实现每小时25mm厚度的垂直速率，并可实现24位色彩的彩色打印。自20世纪90年代以来，国内多所高校开展了3D打印技术的自主研发。清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDM工艺等方面都有一定的科研优势；华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势，并已推出了HRP系列成型机和成型材料；西安交通大学自主研制了三维打印机喷头，并开发了光固化成型系统及相应成型材料，成型精度达到0.2mm；中国科技大学自行研制了八喷头组合喷射装置，有望在微制造、光电器件领域得到应用。但总体而言，国内3D打印技术研发水平与国外相比还有较大差距。

目前，3D打印设备主要采用的是三坐标打印的方法，其输入的模型认为是理想的，但是由于缺乏实时监测矫正的步骤，打印的设备精度都不太高。

因此，亟需提供一种能够及时反馈打印监测方法，检测到机械臂打印末端的喷头的位置信息，以提高3D打印精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D打印喷头末端实时跟踪定位方法，使得打印喷头末端位置能实时准确有效的检测出来，以弥补现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采取的具体技术方案为：

一种3D打印喷头末端实时跟踪定位方法，首先向机械臂输入一个模型；其次检测机械臂的倾斜方向，并启动悬挂在周围的四个相机中的正对于倾斜方向的两个相机，组成双目视觉系统，运用跟踪算法对打印喷头进行跟踪，获取跟踪的ROI感兴趣区域，并对该区域的图像运用kmeans算法进行分类，并获取喷头所在的类的图像，通过运用canny算法获取打印末端的外轮廓和横坐标，之后运用hough直线检测方法，对该边缘图像进行直线检测，并判断喷头两边的直线，通过数学计算，算出直线与边缘图像横坐标交汇的中点位置，即为跟踪位置。

进一步的，在打开相机之前，首先接收到机械臂末端的理想位置，以该位置为图像的有效位置，设定为初始的ROI区域，并传送给跟踪算法的特征向量中，并对原视频帧进行缩放，同时对初始的ROI区域也进行缩放。

进一步的，所述跟踪算法为相关滤波目标跟踪算法，该方法的流程为：下一帧，该方法首先对选定的ROI区域的多个周围的区域提取Hog特征，再用循环矩阵进行求解下一帧选定的ROI区域，当获得一个新的选定的ROI区域，我们通过前段的缩放比例，把该区域缩放到原比例，并在原图上显示跟踪框。

进一步的，当获得一个新的选定的ROI区域，再运用kmeans方法进行分类处理。