一种基于激光测距反馈控制的长桁架连续3D打印方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光测距反馈控制的长桁架连续3D打印方法，在进行长桁架连续3D打印过程中，首先是提取当前层3D模型，当3D打印头带动激光测距传感器整体运动过程中，激光传感器实时采集已打印模型的测距数据，并与轴位置组合成点云数据，然后通过对测量数据进行特征识别，并与当前层3D模型特征进行比较，得出3D模型的补偿控制量，最终通过多轴协同控制，实现出现整个打印过程中的自适应补偿控制；本发明专利技术设计了一种基于激光测距反馈自适应补偿控制的长桁架连续3D打印方法，可替代工作人员监控3D打印过程中打印件是否异常以及对打印件进行自适应补偿控制，从而节省了打印材料，提高了打印效率。提高了打印效率。提高了打印效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光测距反馈控制的长桁架连续3D打印方法


[0001]本专利技术属于3D打印状态检测、补偿控制
，尤其涉及一种基于激光测距反馈控制的长桁架连续3D打印方法。

技术介绍

[0002]3D打印技术近年来已经应用到航天在轨制造领域，通过携带3D打印原材料和3D打印机，可以根据实际需求完成在轨维修工具、零部件以及相关结构件的在轨打印，并且在轨零重力环境使得超长打印件可以实现无支撑设计，无须考虑重力影响。但超长件打印往往需要较长时间，在中间往往可能会出现打印件异常或者打印失败，例如打印丝材断掉、挤出轮压不紧丝材导致丝材给进缺少、喷嘴磨损导致挤出不均或者运动参数设置不合理导致打印件尺寸发生偏差、打印件断裂等问题，这些问题严重影响整个打印效率或丝材严重浪费问题。
[0003]本专利技术就是针对此类问题提出一种解决方案，通过将同一时刻激光测距数据、当前X、Y轴步进电机位置组成点云数据，并进行位姿坐标换算，与当前层打印的切片模型数据进行特征和状态识别，最后计算出当前层打印件与切片模型的差值，并识别当前打印件是否正常，如果异常，则根据差值进行补偿控制或判断为打印失败进行停机保护，如果在偏差允许范围内则对各个运动轴进行补偿控制。因此，提出一种基于激光测距反馈自适应补偿控制的长桁架连续3D打印方法。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于激光测距反馈控制的长桁架连续3D打印方法，来对打印件实时自适应补偿，避免打印出现异常或打印失败，包括：
[0005]步骤1，获取激光传感器安装位置处的源点云数据集P
s
，获取当前打印层的3D模型目标点云数据集P
t
；
[0006]步骤2，通过对所述源点云数据集P
s
中激光测距与Z轴电机位置数据进行预处理和坐标转换后得到第二源点云数据集p
snew
；
[0007]步骤3，提取所述目标点云数据集P
t
的对应坐标点云数据，并重新组成相应线段的第二目标点云数据集p
tnew
；
[0008]步骤4，对所述第二源点云数据集p
snew
和所述第二目标点云数据集p
tnew
分别采用线性最小二乘法拟合得到线段集l
s
＝{l
s0
,l
s1
,....,l
sm
}、线段集l
t
＝{l
t0
,l
t1
,....,l
tm
}；比较各个线段特征值差值是否在设定的阈值∈范围内，判断当前打印部分位姿偏差是否在控制补偿范围内，并得出可补偿控制状态字集s
k
＝{s
k0
,s
k1
,....,s
km
}；
[0009]步骤5，根据状态字集s
k
，对所述第二源点云数据集p
snew
和所述第二点目标云数据集p
tnew
对应线段中的点云数据进行匹配点计算，得到线段集偏差平方和集ε
l
，并根据阈值ε
j
生成补偿控制量γ
b
＝{γ
b0
,γ
b1
,...,γ
bm
}；
[0010]步骤6，根据所述补偿控制量γ
b
计算各个运动轴补偿控制量δ
b
。
[0011]特别地，所述步骤1包括：
[0012]步骤1
‑
1，基于同一时刻的激光传感器数据和当前X、Y、Z轴电机位置数据组合成激光传感器安装位置处的源点云数据集P
s
；其中根据当前切片数据，建立以Δt为时间刻度的坐标轴，生成t
i
时刻的组合数据P
si
＝(t
i
,x
si
,y
si
,z
si
,l
si
)，组合成激光传感器安装位置处的源点云数据集P
s
＝{P
s0
,P
s1
,...,P
sn
}；其中l
si
表示当前切片的组合数据中的线段的特征值，是t
i
时刻的激光传感器数据；x
si
,y
si
,z
si
代表三维坐标；
[0013]步骤1
‑
2，根据所述Δt，提取当前切片数据对应的P
ti
＝(t
i
,x
ti
,y
ti
,z
ti
)，并组合成当前打印层的3D模型目标点云数据集P
t
＝{P
t0
,P
t1
,...,P
tn
}。
[0014]特别地，所述步骤2包括：
[0015]步骤2
‑
1，设定预处理阈值ε
p
，对所述源点云数据集P
s
对应t
i
时刻的P
si
＝(t
i
,x
si
,y
si
,z
si
,l
si
)进行预处理，按照公式
[0016][0017]将在阈值ε
p
范围外的数据清出，生成预处理后的源点云数据集P
′
s
；
[0018]步骤2
‑
2，对所述预处理后的源点云数据集P
′
s
，根据激光传感器安装位置和打印头安装位置进行坐标换算，两者关系为：
[0019][0020]上式中(Δδ
x
,Δδ
y
,θ
z
)为激光传感器相对打印头的安装位姿，并重新计算得到所述第二源点云数据集p
snew
＝{p
s0
,p
s1
,...,p
sn
}。
[0021]特别地，所述步骤3包括：
[0022]步骤3
‑
1，剔除当前层切片模型数据集P
t
中对应预处理后的源点云数据集P
′
s
中t
i
时刻阈值范围外的无效点数据，重新组成所述第二目标点云数据集p
tnew
＝{p
t0
,p
t1
,...,p
tn
}。
[0023]特别地，所述步骤4包括：
[0024]步骤4
‑
1，对所述第二源点云数据集p
snew
中，根据所述步骤2
‑
1，将其中所述预处理后的源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光测距反馈控制的长桁架连续3D打印方法，其特征在于，包括：步骤1，获取激光传感器安装位置处的源点云数据集P
s
，获取当前打印层的3D模型目标点云数据集P
t
；步骤2，通过对所述源点云数据集P
s
中激光测距与Z轴电机位置数据进行预处理和坐标转换后得到第二源点云数据集p
snew
；步骤3，提取所述目标点云数据集P
t
的对应坐标点云数据，并重新组成相应线段的第二目标点云数据集p
tnew
；步骤4，对所述第二源点云数据集p
snew
和所述第二目标点云数据集p
tnew
分别采用线性最小二乘法拟合得到线段集l
s
＝{l
s0
,l
s1
,....,l
sm
}、线段集l
t
＝{l
t0
,l
t1
,....,l
tm
}；比较各个线段特征值差值是否在设定的阈值∈范围内，判断当前打印部分位姿偏差是否在控制补偿范围内，并得出可补偿控制状态字集s
k
＝{s
k0
,s
k1
,....,s
km
}；步骤5，根据状态字集s
k
，对所述第二源点云数据集p
snew
和所述第二点目标云数据集p
tnew
对应线段中的点云数据进行匹配点计算，得到线段集偏差平方和集ε
l
，并根据阈值ε
j
生成补偿控制量γ
b
＝{γ
b0
,γ
b1
,...,γ
bm
}；步骤6，根据所述补偿控制量γ
b
计算各个运动轴补偿控制量δ
b
。2.如权利要求1所述的基于激光测距反馈控制的长桁架连续3D打印方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤1
‑
1，基于同一时刻的激光传感器数据和当前X、Y、Z轴电机位置数据组合成激光传感器安装位置处的源点云数据集P
s
；其中根据当前切片数据，建立以Δt为时间刻度的坐标轴，生成t
i
时刻的组合数据P
si
＝(t
i
,x
si
,y
si
,z
si
,l
si
)，组合成激光传感器安装位置处的源点云数据集P
s
＝{P
s0
,P
s1
,...,P
sn
}；其中l
si
表示当前切片的组合数据中的线段的特征值，是t
i
时刻的激光传感器数据；x
si
,y
si
,z
si
代表三维坐标；步骤1
‑
2，根据所述Δt，提取当前切片数据对应的P
ti
＝(t
i
,x
ti
,y
ti
,z
ti
)，并组合成当前打印层的3D模型目标点云数据集P
t
＝{P
t0
,P
t1
,...,P
tn
}。3.如权利要求2所述的基于激光测距反馈控制的长桁架连续3D打印方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤2
‑
1，设定预处理阈值ε
p
，对所述源点云数据集P
s
对应t
i
时刻的P
si
＝(t
i
,x
si
,y
si
,z
si
,l
si
)进行预处理，按照公式将在阈值ε
p
范围外的数据清出，生成预处理后的源点云数据集P
s
′
；步骤2
‑
2，对所述预处理后的源点云数据集P
s
′
，根据激光传感器安装位置和打印头安装位置进行坐标换算，两者关系为：上式中(Δδ
x
,Δδ
y
,θ
z
)为激光传感器相对打印头的安装位姿，并重新计算得到所述第二源点云数据集p
snew
＝{p
s0
,p
s1
,...,p
sn
}。
4.如权利要求2或3所述的基于激光测距反馈控制的长桁架连续3D打印方法，其特征在于，所述步骤3包括：步骤3
‑
1，剔除当前层切片模型数据集P
t
中对应预处理后的源点云数据集P
s
′
中t
i
时刻阈值范围外的无效点数据，重新组成所述第二目标点云数据集p
tnew
＝{p
t0
,p
t1
,...,p
tn
}。5.如权利要求4所述的基于激光测距反馈控制的长桁架连续3D打印方法，其特征在于，所述步骤4包括：步骤4
‑
1，对所述第二源点云数据集p
sn...

【专利技术属性】
技术研发人员：周佐新，何宇，余晟，漆嘉林，丁继锋，吉龙，李林，张也弛，王铎，王晓宇，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：