为了克服现有技术中存在的对3D打印机故障检测缺乏累次效应考虑的问题，本发明提供了一种尤其针对温度方面的3D打印机故障检测方法。应用本方法，在使用3D打印机制作融料温度差别较小、控制要求精密的场合，例如医疗器械产品、复合型工件等场合，能够确保3D打印机的灵敏度和控制灵活度满足复杂应用需求。
(1)在3D打印机开始进料及加热前，检测3D打印机加热部件所在处空间的温度，记为第一环境温度；
(2)开启3D打印机，检测进料口的进料量，记录物料的进料量相对于时间的比值，记为本次比值；开启3D打印机后，累积记录3D打印机的使用时间，记为累积使用时间；
(3)当所述本次比值大于预定阈值时，检测3D打印机加热部件的温度，记此温度为第一物料温度；
(4)检测3D打印机喷料口处的物料温度，记此温度为第二物料温度；
(5)记录所述第一物料温度超过第一环境温度预定阈值所度过的第一变化时间；
(6)当第一物料温度在一定时间内均高于第一预定温度时，记录从开启3D打印机到此时所度过的时间，根据该时间与上述第一变化时间获得第一稳定时间；
(7)当第二物料温度在一定时间内均高于第二预定温度时，记录从开启3D打印机到此时所度过的时间，记为第二稳定时间；
(8)存储本次使用3D打印机的上述第一变化时间、第一稳定时间和第二稳定时间，并根据上述第一变化时间、第一稳定时间和第二稳定时间计算残迹累积系数；计算残迹累积系数为：残迹累积系数＝((第一稳定时间-第一变化时间)/(第二稳定时间-第一变化时间))*
(9)根据本次使用3D打印机的上述本次比值、第一变化时间、第一稳定时间、第二稳定时间、残迹累积系数以及存储的之前使用3D打印机的平均残迹系数判断3D打印机是否处于故障状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)中根据该时间与上述第一变化时间获得第一稳定时间包括：利用从开启3D打印机到此时所度过的时间减去第一变化时间的差，得到第一稳定时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(9)包括：
(9.1)查找所存储的之前使用3D打印机的进料量相对于时间的比值，以确定与本次比值之差小于预设阈值的之前的一次或多次比值，然后对确定出来的该一次或多次比值计算平均值，记为历史比值平均值；
(9.2)查找所存储的之前使用3D打印机的残迹累积系数，以确定与本次残迹累积系数之差小于预设阈值的之前的一次或多次残迹累积系数，然后对确定出来的该一次或多次残迹累积系数计算平均值，记为历史残迹累积系数平均值；
(9.3)根据本次比值、历史比值平均值、第一变化时间、第一稳定时间、第二稳定时间、残迹累积系数和历史残迹累积系数平均值判断3D打印机是否处于故障状态。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(9.3)包括按照下式计算故障比例系数：故障比例系数＝((本次比值/历史比值平均值)/(残迹累积系数/历史残迹累积系数平均值))* ( (第一稳定时间*第一变化时间)/ (第二稳定时间*第二稳定时间) )；当该故障比例系数小于预设阈值时，认为3D打印机未出现上述残迹故障或者残迹尚未影响3D打印机的正常；否则提示该3D打印机的残迹影响其加热精度。
3D打印机故障检测方法
[0001] 本申请为申请号2015107112407、申请日2015年10月28日、发明名称“3D打印机故障检测方法”的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及3D打印机故障检测技术领域，更具体地，涉及一种3D打印机温度故障检测方法。
背景技术
[0003] 随着3D打印技术的不断进步，人们对3D打印机的功能、性能及可靠性都提出了更高的要求。3D打印机作为一种新兴的加工设备，具有越来越广阔的应用前景和市场潜力。目前市面上3D打印机多基于FDM原理，也就是熔融沉积制造原理。这类3D打印机的原材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等。对于温度的检测至关重要。
[0004] 现有技术中，中国专利申请CN201410489881.8公开了一种3D打印机工作状态在线监测装置。包括数据采集处理模块与电源模块，所述数据采集处理模块包括微处理器、摄像头、温度湿度传感器模块、速度加速度传感器、通讯模块、声光报警、断路保护、液晶显示和按键输入模块。摄像头实时采集3D打印机工作时喷头以及工件的画面，温湿度传感器模块分别采集喷头、底板温度与环境温度湿度信息，速度加速度传感器实时测量底板的速度加速度，处理器将以上信息处理后发送至上位机与液晶显示实时显示。当温湿度参数或者速度加速度参数超出设定范围时，装置通过断路保护器切断3D打印机电源，实现急停保护。
[0005] 由于3D打印机的使用存在断续过程，即可能使用一段时间以后需要由于各种原因停止运行一段时间，然后再次启动运行，因此，在再次运行时可能造成加热部件、输送部件等部件存在上一次加热后冷却剩余的残迹。这些残迹分布不均匀且随着使用寿命的缩短而变得愈发严重。现有的3D打印机在加热过程中只是检测有限的温度信息，例如加热部件温度等。然而，对于上述残迹情况却缺乏有效的检测，造成了再次使用3D打印机过程中温度检测不准确的问题。这种3D打印机累次效应对于材料加工精密度要求较高的场合尤其不利。
发明内容
[0006] 为了克服现有技术中存在的对3D打印机故障检测缺乏累次效应考虑的问题，本发明提供了一种尤其针对温度方面的3D打印机故障检测方法。该方法包括：
[0007] (1)在3D打印机开始进料及加热前，检测3D打印机加热部件所在处空间的温度，记为第一环境温度；
[0008] (2)开启3D打印机，检测进料口的进料量，记录该物料的进料量相对于时间的比值，记为本次比值；
[0009] (3)当所述本次比值大于预定阈值时，检测3D打印机加热部件的温度，记此温度为第一物料温度；
[0010] (4)检测3D打印机喷料口处的物料温度，记此温度为第二物料温度；
[0011] (5)记录所述第一物料温度超过第一环境温度预定阈值所度过的第一变化时间；
[0012] (6)当第一物料温度在一定时间内均高于第一预定温度时，记录从开启3D打印机到此时所度过的时间，根据该时间与上述第一变化时间获得第一稳定时间；
[0013] (7)当第二物料温度在一定时间内均高于第二预定温度时，记录从开启3D打印机到此时所度过的时间，记为第二稳定时间；
[0014] (8)存储本次使用3D打印机的上述第一变化时间、第一稳定时间和第二稳定时间，并根据上述第一变化时间、第一稳定时间和第二稳定时间计算残迹累积系数；
[0015] (9)根据本次使用3D打印机的上述本次比值、第一变化时间、第一稳定时间、第二稳定时间、残迹累积系数以及存储的之前使用3D打印机的平均残迹系数判断3D打印机是否处于故障状态。
[0016] 进一步地，所述步骤(2)进一步包括：开启3D打印机后，累积记录3D打印机的使用时间，记为累积使用时间。
[0017] 进一步地，所述步骤(6)中根据该时间与上述第一变化时间获得第一稳定时间包括：利用从开启3D打印机到此时所度过的时间减去第一变化时间的差，得到第一稳定时间。
[0018] 进一步地，所述步骤(8)中计算残迹累积系数为：
[0019] 残迹累积系数＝((第一稳定时间-第一变化时间)/(第二稳定时间-第一变化时间))*100％。
[0020] 进一步地，所述步骤(9)包括：
[0021] (9.1)查找所存储的之前使用3D打印机的进料量相对于时间的比值，以确定与本次比值之差小于预设阈值的之前的一次或多次比值，然后对确定出来的该一次或多次比值计算平均值，记为历史比值平均值；
[0022] (9.2)查找所存储的之前使用3D打印机的残迹累积系数，以确定与本次残迹累积系数之差小于预设阈值的之前的一次或多次残迹累积系数，然后对确定出来的该一次或多次残迹累积系数计算平均值，记为历史残迹累积系数平均值；
[0023] (9.3)根据本次比值、历史比值平均值、第一变化时间、第一稳定时间、第二稳定时间、残迹累积系数和历史残迹累积系数平均值判断3D打印机是否处于故障状态。
[0024] 进一步地，所述步骤(9.3)包括按照下式计算故障比例系数：
[0025] 故障比例系数＝((本次比值/历史比值平均值)/(残迹累积系数/历史残迹累积系数平均值))*( (第一稳定时间*第一变化时间)/(第二稳定时间*第二稳定时间) )；当该故障比例系数小于预设阈值时，认为3D打印机未出现上述残迹故障或者残迹尚未影响3D打印机的正常；否则提示该3D打印机的残迹影响其加热精度。
[0026] 本发明的有益效果是：在使用3D打印机制作融料温度差别较小、控制要求精密的场合，例如医疗器械产品、复合型工件等场合，能够确保3D打印机的灵敏度和控制灵活度满足复杂应用需求。
附图说明
[0027] 图1示出了本发明的故障检测方法的流程图。
具体实施方式
[0028] 如图1所示，本发明的3D打印机故障检测方法包括如下步骤：
[0029] (1)在3D打印机开始进料及加热前，检测3D打印机加热部件所在处空间的温度，记为第一环境温度；
[0030] (2)开启3D打印机，检测进料口的进料量，记录该物料的进料量相对于时间的比值，记为本次比值；
[0031] (3)当所述本次比值大于预定阈值时，检测3D打印机加热部件的温度，记此温度为第一物料温度；这里的预定阈值一般是根据具体的3D打印机的型号以及所选择的物料确定的。例如，对于AURORA3D打印机，采用MakerBotPLA蓝色耗材，此处的阈值可以设置为4.3mm/s。
[0032] (4)检测3D打印机喷料口处的物料温度，记此温度为第二物料温度；
[0033] (5)记录所述第一物料温度超过第一环境温度预定阈值所度过的第一变化时间；此处的预定阈值可以为25℃±2℃。
[0034] (6)当第一物料温度在一定时间内均高于第一预定温度时，记录从开启3D打印机到此时所度过的时间，根据该时间与上述第一变化时间获得第一稳定时间；对应于上述MakerBotPLA蓝色耗材材料，此处的第一预定温度例如为130℃±5℃。
[0035] (7)当第二物料温度在一定时间内均高于第二预定温度时，记录从开启3D打印机到此时所度过的时间，记为第二稳定时间；对应于上述MakerBotPLA蓝色耗材材料，此处的第二预定温度例如为150℃±5℃。
[0036] (8)存储本次使用3D打印机的上述第一变化时间、第一稳定时间和第二稳定时间，并根据上述第一变化时间、第一稳定时间和第二稳定时间计算残迹累积系数；
[0037] (9)根据本次使用3D打印机的上述本次比值、第一变化时间、第一稳定时间、第二稳定时间、残迹累积系数以及存储的之前使用3D打印机的平均残迹系数判断3D打印机是否处于故障状态。
[0038] 本发明的原理是：通过采集多个位置处于稳定工作状态时的温度和所经历的时间，并减掉从环境温度上升到预定阈值(例如物料的规定融化温度)这种准备时间(因其随环境温度变化而具有不确定性，故需要去掉这种因素)，再通过与历史记录中近似的进料速度的残迹累积系数、物料的进料量相对于时间的比值等相乘，最终得到表征3D打印机本次工作时物料融化造成3D打印机融化物料的温度控制精度变差的故障的系数，并根据经验值作为阈值进行故障判断。
[0039] 优选地，所述步骤(2)进一步包括：开启3D打印机后，累积记录3D打印机的使用时间，记为累积使用时间。
[0040] 优选地，所述步骤(6)中根据该时间与上述第一变化时间获得第一稳定时间包括：利用从开启3D打印机到此时所度过的时间减去第一变化时间的差，得到第一稳定时间。
[0041] 优选地，所述步骤(8)中计算残迹累积系数为：
[0042] 残迹累积系数＝((第一稳定时间-第一变化时间)/(第二稳定时间-第一变化时间))*100％。
[0043] 优选地，所述步骤(9)包括：
[0044] (9.1)查找所存储的之前使用3D打印机的进料量相对于时间的比值，以确定与本次比值之差小于预设阈值的之前的一次或多次比值，然后对确定出来的该一次或多次比值计算平均值，记为历史比值平均值；
[0045] (9.2)查找所存储的之前使用3D打印机的残迹累积系数，以确定与本次残迹累积系数之差小于预设阈值的之前的一次或多次残迹累积系数，然后对确定出来的该一次或多次残迹累积系数计算平均值，记为历史残迹累积系数平均值；
[0046] (9.3)根据本次比值、历史比值平均值、第一变化时间、第一稳定时间、第二稳定时间、残迹累积系数和历史残迹累积系数平均值判断3D打印机是否处于故障状态。
[0047] 优选地，所述步骤(9.3)包括按照下式计算故障比例系数：
[0048] 故障比例系数＝((本次比值/历史比值平均值)/(残迹累积系数/历史残迹累积系数平均值))*(第一稳定时间*第一变化时间/第二稳定时间*第二稳定时间)；当该故障比例系数小于预设阈值时，认为3D打印机未出现上述残迹故障或者残迹尚未影响3D打印机的正常；否则提示该3D打印机的残迹影响其加热精度。在此比较过程中，此预设阈值可以选取0.2～0.5之间的值。
[0049] 上面以文字和附图说明的方式阐释了本发明一些具体实施方式的步骤和流程，并非详尽无遗或限制于上述所述具体形式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
