一种高效精密电子直写三维打印路径规划方法技术

本发明专利技术涉及增材加工技术领域，具体涉及一种高效精密电子直写三维打印路径规划方法，包括：步骤一、表面高度扫描：扫描待加工面的高度，获得表面高度分布数据；步骤二、生成二维打印路径：按照待加工的图形生成二维打印路径，将二维打印路径与表面高度分布数据对齐；步骤三、生成三维打印路径：获得二维打印路径中每个路径点处的表面高度，生成Z轴高度路径，使针面距不超出预设区间，二维打印路径叠加Z轴高度路径构成三维打印路径。本发明专利技术的有益技术效果包括：本发明专利技术披露的三维路径规划方法，能够使得打印过程中针面距保持在设定的目标恒定高度区间范围内，提高针面距的精度，提高打印质量。质量。质量。

【技术实现步骤摘要】
一种高效精密电子直写三维打印路径规划方法


[0001]本专利技术涉及增材加工
，具体涉及一种高效精密电子直写三维打印路径规划方法。

技术介绍

[0002]直写打印技术这些年来在增材制造领域广受人们关注，尤其是电子直写打印在OLED显示以及PCB封装领域的应用都有着巨大潜力。电子直写打印技术是在环境温度下，通过小喷嘴或者直写针头直接挤出金属打印“墨水”，从而实现在不同打印基板上的增材制造。打印线段质量的关键因素取决于，规划的打印路径是否能够保证直写针头随着基板的局部起伏而改变竖直方向的高度，从而实现针头与表面间距，即针面距，始终稳定的维持在恒定高度。若打印路径规划精度不够，不但无法完成打印，甚至会导致碰坏喷嘴或者破坏加工件等问题。
[0003]常见路径规划方法会使用三维立体扫描仪对打印基板的表面进行扫描，获得打印基板表面平整度数据，从而完成路径规划，但此方法主要针对在三维物体的形貌建模。而非注重对表面内凹凸平整度的捕捉。故精度无法支持目标间距10微米以下的线段打印。其生成的打印轨迹也是二维的打印路径，对针面距并不加以约束。因此有必要研究新的三维的打印路径规划技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题：目前直写打印路径规划缺乏对针面距规划，导致打印精度降低的技术问题。提出了一种高效精密电子直写三维打印路径规划方法，能够实现三维的路径规划，提高直写打印的精度。
[0005]解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种高效精密电子直写三维打印路径规划方法，包括：步骤一、表面高度扫描：扫描待加工面的高度，获得表面高度分布数据；步骤二、生成二维打印路径：按照待加工的图形生成二维打印路径，将二维打印路径与表面高度分布数据对齐；步骤三、生成三维打印路径：获得二维打印路径中每个路径点处的表面高度，生成Z轴高度路径，使针面距不超出预设区间，二维打印路径叠加Z轴高度路径构成三维打印路径。
[0006]作为优选，步骤一中，表面高度扫描的方法包括：预估待加工面扫描所需时间T1，T1=2*(x+1)*(W/s1)+(L/s1)，其中，L和W分别为待加工面的长宽，x为待加工面X轴采样点数，s1为面扫描速度，X轴为待加工面宽度方向；预估轨迹扫描所需时间T2，T2=E/s2，其中E为加工轨迹长度，s2为轨迹扫描速度；若T1≤T2，则采用待加工面扫描方式完成表面高度扫描，若T1>T2，则采用轨迹扫描方式完成表面高度扫描。
[0007]作为优选，待加工面扫描的方法包括：将测距传感器移至待加工面的起始点；按照面扫描参数设置计算全部待采集点的坐标，并生成面扫描轨迹；使用测距传感器依次对每一长度方向的采集点进行往复扫描，同时使用位置触发机制采集测距传感器读数；计算每个采集点在往复两次时测距传感器读数的均值，作为采集点的高度值，并去除特异值；通过插值获得采集点之间的高度值，完成表面高度分布数据的获取。
[0008]作为优选，去除特异值的方法包括：选择与起始点最接近的采集点作为初始点，向四周进行广度搜索寻找特异值，所述特异值指与最近的未被标记为特异值的采集点的差值超过预设限幅参数α的采集点的采集值；若存在|p
’‑
α|大于预设阈值T，则判定基板存在阻拦，无法进行路径规划，停止规划路径并发出告警，其中，p
’
为特异值；对全部特异值添加权重w，w=1/(1+(λ|p
’‑
α|)，λ为预设的平滑系数；使用加权的平均滤波法对全部扫描数据进行处理，获得去除特异值后的高度值。
[0009]作为优选，通过插值获得采集点之间的高度值的方法包括：以二维数组表示扫描获得的高度值，即使用p
_i_j
表示宽度方向坐标为x
_i
长度方向坐标为y
_j
的采样点的高度值，i∈[1,N]，j∈[1,M]；计算每个采样点的导数V
ij
=(p
_i+1_j
‑
p
_i_j
)/(x
_i+1
‑
x
_i
)，U
ij
=(p
_i_j+1
‑
p
_i_j
)/(y
_j+1
‑
y
_j
)，令宽度方向最后一个采样点V
N
=0，高度方向最后一个采样点U
M
=0；超出采样点区域的点的高度值导数设置为最接近的采样点的导数；沿宽度方向的每两个相邻采样点之间建立三次曲线，使三次曲线在两个端点处的高度值及导数，分别与两个采样点处的高度p
_i_j、
高度p
_i+1_j
、导数V
ij
及导数V
i+1_j
相等；沿高度方向的每两个相邻采样点之间建立三次曲线，使三次曲线在两个端点处的高度值及导数，分别与两个采样点处的高度p
_i_j、
高度p
_i_j+1
、导数U
ij
及导数U
i_j+1
相等。
[0010]作为优选，步骤一中，输入待加工面的粗糙度，根据粗糙度确定待加工面X轴采样点数的x值，为标准粗糙度指定x的初始值，若待加工面的粗糙度高于标准粗糙度则待加工面X轴采样点数的x值大于x的初始值，若待加工面的粗糙度低于标准粗糙度则待加工面X轴采样点数的x值小于x的初始值。
[0011]作为优选，根据粗糙度确定待加工面X轴采样点数的x值的方法包括：采样点数x=max(x0,x0+k(Ra
‑
Ra0))，其中，Ra为待加工面粗糙度，Ra0为预设参考粗糙度，k为预设系数，x0为预设初始采样点数，max()表示取最大值函数。
[0012]作为优选，获得采集点之间的高度值使用的插值算法为线性插值、二次插值、三次样本插值或者分段三次埃尔米特插值。
[0013]作为优选，轨迹扫描的方法包括：将测距传感器移至加工轨迹起始点；按照待加工的图形生成二维打印路径；使用测距传感器沿着加工轨迹二维打印路径进行扫描，周期性采集测距传感器读
数并关联时间戳，采集测距传感器读数的位置记为采集点；对采集的测距传感器读数进行去除特异值；通过插值获得采集点之间的高度值，完成表面高度分布数据的获取。
[0014]作为优选，加工轨迹长度E的计算方法包括：所有待加工图形g_i的集合记为G，计算完成从当前加工图形结束点移动到下一个加工图形 g_i+1起始点所需的运动距离d_i，待加工图形g_i所需路径长度为 L(g_i)，则加工轨迹长度E=Σd_i+L(g_i)。
[0015]作为优选，进行加工轨迹长度E的计算过程中，完成当前加工图形后，寻找起始点距离当前加工图形的结束点最近的待加工图形，作为下一个待加工图形。
[0016]作为优选，计算待加工图形g_i所需路径长度L(g_i)的方法为：将待加工如下g_i以预设长度的线段转化为折线，全部折线的长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效精密电子直写三维打印路径规划方法，其特征在于，包括：步骤一、表面高度扫描：扫描待加工面的高度，获得表面高度分布数据；步骤二、生成二维打印路径：按照待加工的图形生成二维打印路径，将二维打印路径与表面高度分布数据对齐；步骤三、生成三维打印路径：获得二维打印路径中每个路径点处的表面高度，生成Z轴高度路径，使针面距不超出预设区间，二维打印路径叠加Z轴高度路径构成三维打印路径。2.根据权利要求1所述的一种高效精密电子直写三维打印路径规划方法，其特征在于，步骤一中，表面高度扫描的方法包括：预估待加工面扫描所需时间T1，T1=2*(x+1)*(W/s1)+(L/s1)，其中，L和W分别为待加工面的长宽，x为待加工面X轴采样点数，s1为面扫描速度，X轴为待加工面宽度方向；预估轨迹扫描所需时间T2，T2=E/s2，其中E为加工轨迹长度，s2为轨迹扫描速度；若T1≤T2，则采用待加工面扫描方式完成表面高度扫描，若T1>T2，则采用轨迹扫描方式完成表面高度扫描。3.根据权利要求2所述的一种高效精密电子直写三维打印路径规划方法，其特征在于，待加工面扫描的方法包括：将测距传感器移至待加工面的起始点；按照面扫描参数设置计算全部待采集点的坐标，并生成面扫描轨迹；使用测距传感器依次对每一长度方向的采集点进行往复扫描，同时使用位置触发机制采集测距传感器读数；计算每个采集点在往复两次时测距传感器读数的均值，作为采集点的高度值，并去除特异值；通过插值获得采集点之间的高度值，完成表面高度分布数据的获取。4.根据权利要求3所述的一种高效精密电子直写三维打印路径规划方法，其特征在于，去除特异值的方法包括：选择与起始点最接近的采集点作为初始点，向四周进行广度搜索寻找特异值，所述特异值指与最近的未被标记为特异值的采集点的差值超过预设限幅参数α的采集点的采集值；若存在|p
’‑
α|大于预设阈值T，则判定基板存在阻拦，无法进行路径规划，停止规划路径并发出告警，其中，p
’
为特异值；对全部特异值添加权重w，w=1/(1+(λ|p
’‑
α|)，λ为预设的平滑系数；使用加权的平均滤波法对全部扫描数据进行处理，获得去除特异值后的高度值。5.根据权利要求3或4所述的一种高效精密电子直写三维打印路径规划方法，其特征在于，通过插值获得采集点之间的高度值的方法包括：以二维数组表示扫描获得的高度值，即使用p
_i_j
表示宽度方向坐标为x
_i
长度方向坐标为y
_j
的采样点的高度值，i∈[1,N]，j∈[1,M]；计算每个采样点的导数V
ij
=(p
_i+1_j
‑
p
_i_j
)/(x
_i+1
‑
x
_i
)，U
ij
=(p
_i_j+1
‑
p
_i_j
)/(y
_j+1

【专利技术属性】
技术研发人员：王天皓，陈鲲，黄飞，
申请(专利权)人：芯体素杭州科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：