开源3D打印质量控制视觉系统

尽管增材制造（AM）有了长足的发展，但从1971年获得第一项专利以来，由于引入了自动复制快速原型（RepRap）3D所带来的成本急剧下降，3D打印技术才才迅速普及。打印机。随着被称为熔融长丝制造（FFF）技术的通用材料挤压印刷工艺随着熔融沉积建模（FDM）专利的到期而倍受关注，FFF现在在3D打印机市场上占据主导地位。

可访问性已实现了分布式制造范例的出现，其中可以使用3D打印为消费者制造开源产品。使用先进的AM产品甚至高级高端产品下载的数字制造替代值可以提供高投资回报。此外，还有证据表明AM分布式制造可以减少对环境的影响。

密歇根理工大学的研究人员（Joshua Pearce博士和Aliaksei Petsiuk博士）已经开发了一种基于计算机视觉的开源硬件结构和软件算法，该算法逐层分析3D打印过程，跟踪打印错误并生成适当的打印机操作以提高打印可靠性。该方法建立在多阶段单眼图像检查的基础之上，该检查可以监视打印对象的外部形状及其层的内部结构。

“ 3D打印最令人沮丧的还是质量控制。大多数3D打印机没有现场质量控制或度量衡。Joshua Pearce博士评论道：“我们开发的软件使我们离傻瓜式3D打印更近了一步，并通过开源许可证免费发布。”

单摄像头系统从侧面高度验证开始，开发的程序使用多模板匹配和迭代最近点算法，以及对空间频率进行聚类的内层纹理质量，分析虚拟顶视图以获取外壳轮廓对应使用高斯混合模型过滤响应，并使用聚集层次聚类算法分割结构异常。这允许评估打印模式的全局和局部参数。经实验验证的每层分析时间少于一分钟，对于大型打印件，这可以视为准实时过程。

该系统可用作智能打印悬挂工具，旨在节省时间和材料。结果表明，该算法提供了一种将原位打印数据系统化的方法，这是用于增材制造的完全开源故障校正算法的第一步。

该软件是在Python语言环境中开发的，它分析源G代码，将其分为几层，然后将挤出机的路径划分为裙边，填充物，外墙和内墙，支撑等类别。该打印机使用RAMPS 1.4 3D打印机控制系统和开源固件Marlin作为中间驱动程序。

单层的图像处理管道可以分为三个分支：

1. 侧视图高度验证
2. 全局轨迹校正
3. 局部纹理分析

从侧面高度验证开始，该算法分析虚拟顶视图以进行全局轨迹匹配和局部纹理检查。这允许同时考虑打印过程的全局和局部参数。