[发明专利]一种应用于3D打印设备的焦平面调节闭环控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种应用于3D打印设备的焦平面调节闭环控制系统，其特征在于：包括控制模块、图像捕获装置、位移传感器、PLC电控模块；

其中，图像捕获装置设置于3D打印基板的正上方，且图像捕获装置的图像捕获方向竖直向下，用于针对3D打印加工平面实现实时图像捕获，获得捕获图像、并上传至控制模块；位移传感器设置于激光打印头位置，用于实时获取激光打印头与3D打印加工平面之间的间距，并上传至控制模块；

PLC电控模块与激光打印头中的振镜相连接，PLC电控模块用于接收控制模块的振镜调节指令，驱动控制振镜进行转动；

控制模块用于实时获取来自图像捕获装置的捕获图像，并针对捕获图像，结合像素RGB色与像素位置温度的拟合曲线，获得捕获图像中各像素位置的温度，再根据预设温度阈值，确定激光打印头所射激光在捕获图像中的照射区域；同时，控制模块根据实时获取来自位移传感器的激光打印头与3D打印加工平面之间间距，结合激光打印头中振镜的焦距，向PLC电控模块发送振镜调节指令，控制振镜转动，实现激光打印头射出激光在3D打印加工平面的聚焦。

2.根据权利要求1所述一种应用于3D打印设备的焦平面调节闭环控制系统，其特征在于：所述PLC电控模块包括相互连接的PLC控制器和步进电机，步进电机的驱动端与激光打印头中的振镜相连接，PLC控制器用于接收控制模块的振镜调节指令，并根据振镜调节指令针对步进电机进行控制，经步进电机驱动控制振镜进行转动。

3.根据权利要求2所述一种应用于3D打印设备的焦平面调节闭环控制系统，其特征在于：所述PLC电控模块还包括伺服电机，PLC控制器经伺服电机与步进电机相连接，PLC控制器根据振镜调节指令经伺服电机、针对步进电机进行控制，经步进电机驱动控制振镜进行转动。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述一种应用于3D打印设备的焦平面调节闭环控制系统，其特征在于：所述图像捕获装置为高速CCD摄像机。

5.一种针对权利要求1至4中任意一项所述应用于3D打印设备的焦平面调节闭环控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A.图像捕获装置针对3D打印加工平面进行图像捕获，获得捕获图像，并上传至控制模块，然后进入步骤B；

步骤B.控制模块针对捕获图像，结合像素RGB色与像素位置温度的拟合曲线，获得捕获图像中各像素位置的温度，并进入步骤C；

步骤C.控制模块根据捕获图像中各像素位置的温度，结合预设温度阈值，确定激光打印头所射激光在捕获图像中的照射区域，并进入步骤D；

步骤D.控制模块判断激光打印头射出激光对应捕获图像中的照射区域是否为激光聚焦形态，是则此时3D打印加工平面即为实际焦平面，并进入步骤E；否则控制模块按预设规则经PLC电控模块驱动控制激光打印头中的振镜转动，调节激光打印头与3D打印加工平面之间的间距，并返回步骤A；

步骤E.位移传感器获取激光打印头与实际焦平面之间的间距，并上传至控制模块,然后进入步骤F；

步骤F.控制模块获得激光打印头、实际焦平面之间间距，与激光打印头中振镜焦距的差值，并判断该差值是否小于预设差值阈值，是则实现激光打印头射出激光在3D打印加工平面的聚焦；否则进入步骤G；

步骤G.控制模块根据预设准直镜调节角度与激光打印头、实际焦平面之间间距变化的对应关系，获得该差值所对应的准直镜调节角度，构成振镜调节指令，并发送给PLC电控模块，由PLC电控模块驱动控制激光打印头中的振镜转动，调节激光打印头与3D打印基板之间的间距，此时3D打印加工平面同为实际焦平面，并返回步骤E。

6.根据权利要求5所述一种针对应用于3D打印设备的焦平面调节闭环控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤B中的像素RGB色与像素位置温度的拟合曲线，按如下方法获得；

分别针对激光打印头射出激光在3D打印加工平面的各个状态，获取状态下3D打印加工平面的RGB颜色像素图像、以及3D打印加工平面的测温图像，由此获得此状态3D打印加工平面的RGB颜色像素图像中各像素位置RGB颜色与对应位置温度的对应关系；进一步针对各状态3D打印加工平面的RGB颜色像素图像中、各像素位置RGB颜色与对应位置温度的对应关系进行拟合，即获得像素RGB色与像素位置温度的拟合曲线。