[发明专利]一种3D打印液体材料的液面高度检测方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种3D打印液体材料的液面高度检测方法和系统。

背景技术

在微纳3D打印机的加工过程中，升降台11升降运动，带动其上的固化样件13运动，当光源从上向下照射的时候，如1所示，为保证光敏树脂液体材料12的液面的高度与已固化的样件13表面的高度之差为设定的打印层高值，液面高度必须要能实时检测出来，否则会导致加工失败。而微纳3D打印要求层高设定0.5～1um，因此光敏树脂液位高度的高精密检测变得非常重要。

目前关于液面高度检测的方法常见的有以下3种：一、传统压力方式，在液体底部安装一只压力传感器，读取的压力值即可表示液面高度与液体密度之积，这种方式成本低，精度低，但无法满足使用要求；二、激光探测方法，测量原理为光源发出的光由发送光纤传输到被测液体的表面，并反射回来被接收光纤接收，其光强量与液面高度有关，采用该激光探测方法能得到相对较高的精度(几个微米量级)，缺点是对光源、光纤、反射表面反射率、光在光纤中的传输损耗等变化非常敏感，容易引起较大的测量误差；三、电容式探测，需要两个感应电极，所测电容值是两个感应电极之间的电容量，但感应电极长时间放在液体中，感应电极表面容易发生腐蚀等影响量测结果。

因此，需要提出一种新的液面高度检测方法，对3D打印加工过程的液面高度进行高精密度的检测。

发明内容

鉴于现有技术3D打印过程中液体材料液面高度检测精度不高的问题，提出了本发明的一种3D打印液体材料的液面高度检测方法和系统，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

依据本发明的一个方面，提供了一种3D打印液体材料的液面高度检测方法，该方法包括：

在所述液体材料的液面上方，设置分光装置；

在所述液体材料的液体表面，设置反射浮标，并使所述反射浮标与所述分光装置对齐；

用激光照射所述分光装置，所述激光被所述分光装置分为相干的两束，一束由所述分光装置反射，另一束穿过所述分光装置由所述反射浮标反射，利用光探测器同时接收反射的这两束激光，获取激光干涉条纹；

通过检测所述激光干涉条纹的变化，实时计算出所述液面的高度变化。

可选地，在设置所述反射浮标时，使所述反射浮标以固定的角度漂浮于所述液面上。

可选地，设置的所述反射浮标为平板状，在其下方一侧设置配重结构，通过所述配重结构使所述反射浮标以固定的角度漂浮于所述液面上。

可选地，该方法还包括，设置限位装置，用于限位所述反射浮标，使所述反射浮标始终与所述分光装置对齐。

可选地，所述限位装置采用如下方法实现：在盛放所述液体材料的液槽中设置限位板，令所述限位板包围的区域与所述分光装置对齐，将所述反射浮标置于所述限位板包围的区域内。

依据本发明的另一个方面，提供了一种3D打印液体材料的液面高度检测系统，该系统包括：激光光源、分光装置、反射浮标、光探测器和检测单元；

所述激光光源，用于提供射向所述分光装置的激光；

所述分光装置，设置在所述液体材料的液面上方，用于将所述激光光源发出的激光分为相干的两束，一束由所述分光装置反射，另一束穿过所述分光装置由所述反射浮标反射；

所述反射浮标，设置在所述液体材料的液体表面，并与所述分光装置对齐，用于反射穿过所述分光装置的激光束；

所述光探测器，用于同时接收所述分光装置和所述反射浮标反射的两束激光，获取激光干涉条纹；

所述检测单元，用于检测所述激光干涉条纹的变化，实时计算出所述液面的高度变化。

可选地，所述反射浮标以固定的角度漂浮于所述液面上。

可选地，所述反射浮标为平板状，其下方一侧设置有配重结构，所述反射浮标通过所述配重结构以固定的角度漂浮于所述液面上。

可选地，该系统还包括限位装置，所述限位装置用于限位所述反射浮标，使所述反射浮标始终与所述分光装置对齐。

可选地，所述限位装置为设置在盛放所述液体材料的液槽中的限位板，所述限位板包围的区域与所述分光装置对齐，所述反射浮标置于所述限位板包围的区域内。

综上所述，本发明的技术方案通过利用激光干涉原理，通过设置在液面上方的分光装置和漂浮在液面上的反射浮标，反射两束相干激光，获取干涉条纹，通过检测相干激光的相位变化，实现对液面高度的高精度检测，并且对腐蚀等因素不敏感，精度稳定。

附图说明