3D打印机喷嘴低接触力触碰检测系统及相应的检测方法与流程

本发明涉及3d打印机领域，特别涉及一种3d打印机喷嘴低接触力触碰检测系统及相应的检测方法。

背景技术：

1、在3d打印过程中，喷嘴与热床之间的z轴零点校准是决定打印精度的首要步骤。喷嘴与热床之间的初始间距若存在偏差，将直接影响首层成型质量，甚至导致打印失败。因此，如何在打印前准确检测喷嘴与热床的接触状态，并据此确定z轴零点坐标，是本领域的重要技术问题。

2、在现有技术中，喷嘴触碰检测主要采用以下技术路线：

3、第一，机械接触式压力/应变检测。该类方案通常通过感应片的形变获取喷嘴与热床之间的接触压力，经应变片转换为电压信号后与预设阈值比较，从而确定接触状态。此类方案需要设置独立的压力或应变传感器，硬件结构相对复杂，成本较高；且传感器需要一定的接触力才能触发，长期使用后易产生疲劳漂移，并可能造成喷嘴磨损或热床划伤。

4、第二，涡流非接触式检测。该类方案直接用涡流传感器检测与热床之间的间距数值，以此反馈喷嘴与热床之间的距离。此类方案中，涡流传感器仅作为测距元件使用，目的在于获取距离数值，而喷嘴与被测目标始终保持非接触状态，由于涡流传感器和喷嘴之间也可能存在安装误差，导致反馈的喷嘴与热床之间的数据也会存在误差，检测精度不够高。

5、故需要提供一种3d打印机喷嘴低接触力触碰检测系统及相应的检测方法来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种3d打印机喷嘴低接触力触碰检测系统及相应的检测方法，以解决现有技术中的检测方案存在检测精度低，且可能造成喷嘴磨损或热床划伤问题。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种3d打印机喷嘴低接触力触碰检测系统，其包括：控制器、涡流感应线圈、感应板以及涡流检测电路，所述控制器包括信号监测模块、判定记录模块以及运动控制模块；

3、喷嘴结构设置在安装座上，所述涡流感应线圈设置于所述喷嘴结构上，所述感应板设置于所述安装座上，所述涡流感应线圈和所述感应板的设置位置可互换，所述感应板位于所述涡流感应线圈的感应路径上，所述涡流感应线圈与所述涡流检测电路电连接，所述涡流检测电路与所述控制器电连接；

4、所述涡流检测电路用于驱动所述涡流感应线圈工作于谐振状态，并以预设采样频率采集所述涡流感应线圈的电特性参数信号，所述信号监测模块用于在所述喷嘴结构沿z轴移动的过程中实时监测所述电特性参数信号，所述判定记录模块用于根据所述电特性参数信号，判定所述喷嘴结构与所述热床发生接触，并在判定接触后记录当前z轴坐标作为零点坐标，所述运动控制模块用于控制所述喷嘴结构的移动。

5、在本发明中，所述安装座上设置有用于安装所述喷嘴结构的安装槽，所述安装座为非金属材质，所述涡流感应线圈设置在所述安装槽内的顶壁上，所述喷嘴结构的顶部设置有散热器，所述感应板为所述散热器的顶部板体。

6、在本发明中，所述涡流感应线圈设置在所述喷嘴结构的竖向侧面上，所述涡流感应线圈的感应路径沿z轴，所述感应板与所述安装座固定连接。

7、本发明还包括一种3d打印机喷嘴低接触力触碰检测方法，其使用上述触碰检测系统进行触碰检测，所述触碰检测方法包括：

8、步骤s11：所述控制器控制喷嘴结构在起始高度位置上沿水平方向移动至设定的一个检测点的上方，控制喷嘴结构从所述检测点的上方沿z轴朝向靠近热床的方向移动；

9、步骤s12：所述控制器控制所述涡流检测电路以预设采样频率采集所述涡流感应线圈的电特性参数信号，并实时监测所述电特性参数信号；

10、步骤s13：当所述控制器监测到所述电特性参数信号发生瞬态突变，且所述电特性参数信号的变化量超过预设的突变阈值时，判定所述喷嘴结构与所述热床发生接触，控制器控制喷嘴结构停止沿z轴方向的移动，并记录当前z轴坐标作为零点坐标；

11、步骤s14：控制器控制喷嘴结构沿z轴移动至起始高度位置，重复步骤s11至步骤s13，并按预设的检测点顺序依次对所有的所述检测点进行触碰检测。

12、在本发明中，在所述步骤s12中，所述电特性参数信号包括谐振频率、电感量、阻抗、品质因数q值中的至少一种。

13、在本发明中，在所述步骤s11中，所述喷嘴结构先以第一速度沿z轴朝向靠近热床的方向移动设定距离，再以第二速度沿z轴朝向靠近热床的方向移动，所述第一速度大于所述第二速度。

14、在本发明中，在所述步骤s12中，所述电特性参数信号为谐振频率；

15、所述涡流检测电路驱动所述涡流感应线圈工作于设定的谐振频率，并以预设采样频率采集表征所述谐振频率的数字测量值，所述采样频率与设定的所述谐振频率之比为1:3000至1:7000；

16、在所述步骤s13中，所述突变阈值为连续采样点之间的所述谐振频率的数字测量值的变化量超过所述谐振频率的0.1%至0.4%。

17、其中，在所述步骤s12中，所述电特性参数信号为谐振频率；

18、所述涡流检测电路驱动所述涡流感应线圈工作于5mhz的谐振频率，并以1khz的采样频率采集表征所述谐振频率的数字测量值；

19、在所述步骤s13中，预设的突变阈值为连续采样点之间的所述谐振频率的数字测量值的变化量超过10khz。

20、在本发明中，在所述步骤s14中还包括验证步骤，所述验证步骤包括：

21、步骤s21：控制器控制喷嘴结构沿z轴移动至起始高度位置后再次控制喷嘴结构沿z轴朝向靠近热床的方向移动与前次相同的距离；

22、步骤s22：若再次检测到所述电特性参数信号的变化量超过预设的突变阈值，则确认接触判定有效；

23、步骤s23：若未再次检测到所述电特性参数信号发生瞬态突变，则判定为电磁干扰引起的误判，并以设定的形式给出提示。

24、在本发明中，在所述步骤s14中，选取预设的检测点顺序中的首个检测点、中间一个检测点以及最后一个检测点进行所述验证步骤。

25、本发明相较于现有技术，其有益效果为：本发明利用涡流感应线圈与感应板之间的相对距离变化来检测触碰，当喷嘴与热床发生接触时，喷嘴结构因受到热床反作用力而产生微小位移，该位移改变涡流感应线圈与感应板之间的相对距离，从而引起电特性参数（如谐振频率、电感量、阻抗、品质因数q值等）的瞬态突变。系统通过监测该突变判定接触，无需依赖传统机械压力传感器所需的较大接触力，实现低接触力、高精度检测的目的，显著降低喷嘴磨损和热床划伤的风险。

26、本发明在判定接触后记录当前z轴坐标作为零点坐标，并通过多检测点依次触碰检测，能够更准确地获取热床不同位置的高度信息，从而补偿热床平整度误差，确保打印质量，提高打印成功率。并且通过选取预设的检测点进行验证步骤，检测的抗干扰能力强，检测可靠性高，且检测效率高。

1.一种3d打印机喷嘴低接触力触碰检测系统，其特征在于，包括：控制器、涡流感应线圈、感应板以及涡流检测电路，所述控制器包括信号监测模块、判定记录模块以及运动控制模块；

2.根据权利要求1所述的3d打印机喷嘴低接触力触碰检测系统，其特征在于，所述安装座上设置有用于安装所述喷嘴结构的安装槽，所述安装座为非金属材质，所述涡流感应线圈设置在所述安装槽内的顶壁上，所述喷嘴结构的顶部设置有散热器，所述感应板为所述散热器的顶部板体。

3.根据权利要求1所述的3d打印机喷嘴低接触力触碰检测系统，其特征在于，所述涡流感应线圈设置在所述喷嘴结构的竖向侧面上，所述涡流感应线圈的感应路径沿z轴，所述感应板与所述安装座固定连接。

4.一种3d打印机喷嘴低接触力触碰检测方法，其特征在于，使用权利要求1-3中任一所述的触碰检测系统进行触碰检测，所述触碰检测方法包括：

5.根据权利要求4所述的3d打印机喷嘴低接触力触碰检测方法，其特征在于，在所述步骤s12中，所述电特性参数信号包括谐振频率、电感量、阻抗、品质因数q值中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的3d打印机喷嘴低接触力触碰检测方法，其特征在于，在所述步骤s11中，所述喷嘴结构先以第一速度沿z轴朝向靠近热床的方向移动设定距离，再以第二速度沿z轴朝向靠近热床的方向移动，所述第一速度大于所述第二速度。

7.根据权利要求4所述的3d打印机喷嘴低接触力触碰检测方法，其特征在于，在所述步骤s12中，所述电特性参数信号为谐振频率；

8.根据权利要求7所述的3d打印机喷嘴低接触力触碰检测方法，其特征在于，在所述步骤s12中，所述电特性参数信号为谐振频率；

9.根据权利要求4所述的3d打印机喷嘴低接触力触碰检测方法，其特征在于，在所述步骤s14中还包括验证步骤，所述验证步骤包括：

10.根据权利要求9所述的3d打印机喷嘴低接触力触碰检测方法，其特征在于，在所述步骤s14中，选取预设的检测点顺序中的首个检测点、中间一个检测点以及最后一个检测点进行所述验证步骤。