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专利号: 2021108793923
申请人: 嘉兴学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电流体动力学喷印包裹微结构的控制方法,其特征在于:其包括以下步骤:(1)电流体动力学喷印包裹微结构设备的初始化设置;

(2)环形激光器前瞻处理;

(3)包裹射流直径图像检测;

(4)包裹射流直径动态控制;对电流体动力学喷印包裹材料微结构的同轴射流内外层直径尺寸进行自适应控制,其具体实现过程如下:(a)根据同轴射流内外层预期直径和包裹射流直径图像检测的实际直径,得到同轴射流内外层预期直径和实际直径之间的偏差为式中,Δdok为第k时刻的同轴射流外层预期直径和外层实际直径之间的偏差,doe为同轴射流外层预期直径,dok为第k时刻的同轴射流外层图像检测的实际直径,Δdik为第k时刻的同轴射流内层预期直径和内层实际直径之间的偏差,die为同轴射流内层预期直径,dik为第k时刻的同轴射流内层图像检测的实际直径;

(b)根据同轴射流内外层预期直径和实际直径之间的偏差,分别动态调控与外喷腔相连气泵的压力和与内喷腔相连注射泵的流量,气泵压力和注射泵流量分别为式中,pk为第k时刻的气泵压力,pk‑1为第k‑1时刻的气泵压力,fk为第k时刻的注射泵流量,fk‑1为第k‑1时刻的注射泵流量,Δpk为第k时刻的气泵压力的补偿量,满足Δpk=koΔdok/Δdoe,ko为气泵压力的增益系数,且ko>0,Δfk为第k时刻的注射泵流量的补偿量,满足Δfk=kiΔdik/Δdie,ki为注射泵流量的增益系数,且ki>0;

(c)分别对第k时刻的气泵压力pk和注射泵流量fk进行平滑处理,得到气泵的调整压力和注射泵的调整流量为

式中,prk为第k时刻的气泵压力,frk为第k时刻的注射泵流量,α为气泵压力的平滑因子,取值范围为[0,1),β为注射泵流量的平滑因子,取值范围为[0,1);

(d)控制器通过控制信号线分别将气泵压力调整为第k时刻的气泵压力和注射泵的流量调整为第k时刻的注射泵流量,

(5)根据第k时刻的调整参数进行电流体动力学包裹微结构喷印,如果结构喷印完成,结束喷印,否则,跳入步骤(2),继续循环喷印。

2.根据权利要求1所述的电流体动力学喷印包裹微结构的控制方法,其特征在于:步骤(3)中采用机器视觉方法进行原位在线检测,其具体实现过程如下:(a)包裹射流图像滤波处理,将工业相机采集的原始包裹射流图案经过灰度处理后,然后采用滤波算法对所采集的图案图像进行滤波处理,滤波算法处理后的图像再经过二值化处理,并对二值化处理的图像进行填充处理;

(b)包裹射流图像边缘检测,将包裹射流图像的二值化填充图像与二维高斯图像做卷积运算,以进行平滑滤波,从而减少或消除图像中的噪声干扰,其表达式为g(x,y)=G(x,y,σ)*f(x,y)式中,G(x,y,σ)为高斯函数,满足 f(x,y)为包裹射流图案的二值化填充图像,g(x,y)为平滑滤波处理后的图像,然后对平滑滤波后的数据阵列进行梯度幅值和方位角的计算,梯度计算在矩阵模板的一阶有限差分近似计算和方向的偏导数,接着对梯度幅值采用非极大值抑制的方法进行细化,最后采用双阂值递归算法检测图像边缘点并连接边缘,从而输出包裹射流边缘图像;

(c)包裹射流图案宽度测量,对裹射流边缘图像轮廓进行曲线拟合,在X内沿着运动平台运动方向的垂直方向计算轮廓曲线之间的距离,沿着运动平台的运动方向将裹射流边缘图像轮廓分成若干段,分别计算每段轮廓曲线之间的宽度,再进行均值化处理,得到裹射流边缘图像轮廓的像素距离,根据图像检测系统的标定系数,得到包裹射流图案实际宽度为lp=kla,式中,lp为包裹射流图案的实际宽度,la为裹射流边缘图像轮廓的像素距离,k为图像检测系统的标定系数。

3.一种基于权利要求1至权利要求2任意一项所述的电流体动力学喷印包裹微结构的控制方法的设备,其特征在于:其包括控制器、工业相机和底座,设置在底座上的基板,所述底座上设有XY移动平台,所述XY移动平台上设有可Z向滑移的同轴喷头,所述同轴喷头周向设有环形激光器,所述环形激光器由若干个激光头环形紧密均布,所述环形激光器由激光控制器控制每个激光头的开/关、功率大小和脉冲频率大小。

4.根据权利要求3所述的设备,其特征在于:所述XY移动平台包括Y向滑移机构、设置在Y向滑移机构上的X向滑移机构,且所述X向滑移机构与所述Y向滑移机构构成滑移配合。

5.根据权利要求3所述的设备,其特征在于:所述同轴喷头通过Z向滑移机构可滑移设置在所述X向滑移机构上。

6.根据权利要求5所述的设备,其特征在于:所述Z向滑移机构上设有固定夹,所述同轴喷头可拆卸设置在所述固定夹上。

7.根据权利要求3所述的设备,其特征在于:所述同轴喷头包括内喷腔及外喷腔,所述内喷腔与内喷嘴连通设置,所述外喷腔与外喷嘴连通设置,且所述内喷嘴设置在外喷嘴内侧,且与外喷嘴同轴设置。

8.根据权利要求7所述的设备,其特征在于:所述内喷腔的上端与注射泵通过管路相连,所述外喷腔的上端与气泵通过管路相连。

9.根据权利要求7所述的设备,其特征在于:所述环形激光器套装在所述外喷嘴上。

10.根据权利要求3所述的设备,其特征在于:所述同轴喷头的外侧设有加热器。