CN109927279B - 对外廓塑型驱动信号进行解析的装置、彩色3d打印机 - Google Patents
对外廓塑型驱动信号进行解析的装置、彩色3d打印机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109927279B CN109927279B CN201711350520.5A CN201711350520A CN109927279B CN 109927279 B CN109927279 B CN 109927279B CN 201711350520 A CN201711350520 A CN 201711350520A CN 109927279 B CN109927279 B CN 109927279B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- axis
- molding
- motor
- signal
- color
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Abstract
本发明实施例公开了一种对外廓塑型驱动信号进行解析的方法和装置、一种彩色3D打印机，外廓塑型驱动信号为彩色3D打印机在塑型环节通过逐层堆积的方式塑型以逐步形成目标实物模型的过程中，在塑造最外一圈轮廓时用于驱动与所述塑型环节对应的X轴、Y轴步进电机的脉冲信号塑型；其中所述方法包括：确定目标机械参数；采集塑型装置在逐层3D打印的过程中在进行到任一3D打印层的外圈时发出的用于驱动与塑型环节对应的X轴电机和Y轴电机的塑型驱动脉冲信号；根据所述塑型驱动脉冲信号以及所述目标机械参数计算与该3D打印层对应的外圈路径。采用本发明，可减少彩色3D打印的喷绘环节所需的喷绘时间，提高喷绘效率。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种对外廓塑型驱动信号的解析方法及装置、一种彩色3D打印机。
背景技术
熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，简称FDM)又叫熔线沉积成型，是一种不使用激光器的成型方法。FDM成型系统主要包括挤出头、送线机构、运动机构、加热工作室、工作台面等部分。喷头在计算机控制下作XY轴的联动扫描，线材在喷头中被加热至略高于其熔点。喷头在扫描运动中喷出熔融的材料，快速冷却形成一个加工层，并与上一层牢牢连接在一起。这样层层扫描迭加便形成一个空间实体。
目前，市面上的FDM 3D打印机打印出来的物体只有一种颜色，或者是几种不同颜色材料的组合。通过对单色模型的表面进行着色，以实现FDM彩色3D打印的技术尚不够成熟。目前，市面上的FDM彩色3D打印，采用两套独立的机械结构，其中一套是用于3D塑型的机械结构，另一套是用于平面喷绘的机械结构，分别配套对应的两套独立控制系统进行交替式控制，以实现FDM彩色3D打印。在上述方案中，3D塑型与着色喷绘这两个原本应当紧密结合的环节在控制过程中却被独立开了。由此导致着色喷绘控制的灵活性、自由度均较低，喷绘角度受限，无法自由调整喷绘角度，另外整体的3D打印机结构过于庞大，不够紧凑，塑型环节和着色环节的交替时间过长且着色喷绘在运动过程中会出现大量空程且喷绘时间太长。
发明内容
基于此，为解决传统技术中的彩色3D打印机对于着色喷绘控制的机械结构与用于塑型的机械结构是完全独立的导致的在着色喷绘过程中运动空程较大导致的喷绘时间过长、喷绘效率过低的技术问题，特提出了一对外廓塑型驱动信号进行解析的方法及装置、一种彩色3D打印机。
在本发明的第一方面，提出了一种对外廓塑型驱动信号进行解析的方法，其中，
所述外廓塑型驱动信号为彩色3D打印机在塑型环节通过逐层堆积的方式塑型以逐步形成目标实物模型的过程中，在塑造最外一圈轮廓时用于驱动与所述塑型环节对应的X轴步进电机和Y轴步进电机的脉冲信号；
所述方法包括：
确定目标机械参数；
采集所述彩色3D打印机的塑型装置在逐层3D打印以形成目标实物模型的过程中在进行到任一3D打印层的外圈时发出的与该3D打印层对应的用于驱动与所述塑型环节对应的X轴步进电机和Y轴步进电机的塑型驱动脉冲信号，所述塑型驱动脉冲信号包括与该塑型驱动脉冲信号对应的转动周期以及转动方向；
根据所述塑型驱动脉冲信号中包含的转动周期和转动方向、以及所述目标机械参数，计算与该3D打印层对应的外圈路径。
可选的，在一个实施例中，所述方法还包括：
采集所述彩色3D打印机的喷绘装置在喷绘环节中发出的用于指示所述彩色3D打印机的喷绘装置进行喷绘的原始X轴喷绘运动信号，所述原始X轴喷绘运动信号为驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘环节对应的X轴电机运动的运动信号；
所述根据所述塑型驱动脉冲信号中包含的转动周期和转动方向、以及所述目标机械参数，计算与该3D打印层对应的外圈路径之后，还包括：
根据所述目标机械参数、所述外圈路径对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，生成用于驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，以使所述喷绘装置在喷绘环节中沿所述任一3D打印层的外圈做环状运动以完成喷绘。
可选的，在一个实施例中，所述根据所述塑型驱动脉冲信号中包含的转动周期和转动方向、以及所述目标机械参数，计算与该3D打印层对应的外圈路径，还包括：
根据所述转动周期和转动方向，计算所述彩色3D打印机的与塑型环节对应的X轴步进电机的X轴角速度、以及与塑型环节对应的Y轴步进电机的Y轴角速度；
根据所述目标机械参数和所述计算得到的X轴角速度和Y轴角速度，分别计算对应的X轴线速度和Y轴线速度；
根据所述X轴线速度和Y轴线速度计算与所述与该3D打印层对应的外圈路径对应的法向量变化角度值；
根据所述向量变化角度、所述X轴线速度和Y轴线速度计算所述与该3D打印层对应的外圈路径。
可选的，在一个实施例中，所述根据所述目标机械参数、所述外圈路径对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，生成用于驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，还包括：
根据所述法向量变化角度、所述X轴线速度和Y轴线速度，计算所述外圈路径包含的每一个坐标点处的瞬态偏移角度值；
根据所述原始X轴喷绘运动信号包含的所述喷绘装置的喷墨头沿X轴运动的线速度、以及所述计算得到的瞬态偏移角度值，计算所述喷墨头沿所述外圈路径做环状运动过程的沿X轴运动的X轴修正线速度值和沿Y轴运动的Y轴修正线速度值；
根据所述原始X轴喷绘运动信号、所述X轴修正线速度值、Y轴修正线速度值以及所述目标机械参数构造驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号。
可选的，在一个实施例中，所述确定目标机械参数还包括：
读取预存储的目标机械参数，
或，
获取所述彩色3D打印机的机械尺寸，根据预设的机械参数计算算法和所述获取到的机械尺寸计算所述目标机械参数。
可选的，在一个实施例中，所述根据所述目标机械参数、所述外圈路径对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，生成用于驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，还包括：
获取所述原始X轴喷绘运动信号的占空比；
根据所述占空比和所述目标机械参数计算所述喷绘装置的喷墨头沿与所述彩色3D打印机的喷绘环节对应的X轴运动的原始X轴喷绘线速度；
根据所述原始X轴喷绘线速度和所述外圈路径计算所述喷墨头沿所述彩色3D打印机与喷绘环节对应的X轴电机对应的修正X轴喷绘线速度、以及与喷绘环节对应的Y轴电机对应的修正Y轴喷绘线速度；
根据所述目标机械参数和所述修正X轴喷绘线速度、所述修正Y轴喷绘线速度构造驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号。
在本发明的第二方面，提出了一种对外廓塑型驱动信号进行解析的装置，其中，
所述外廓塑型驱动信号为彩色3D打印机在塑型环节通过逐层堆积的方式塑型以逐步形成目标实物模型的过程中，在塑造最外一圈轮廓时用于驱动与所述塑型环节对应的X轴步进电机和Y轴步进电机的脉冲信号；
所述装置包括：
参数测量单元，用于确定目标机械参数；
外圈路径获取单元，用于采集所述彩色3D打印机的塑型装置在逐层3D打印以形成目标实物模型的过程中在进行到任一3D打印层的外圈时发出的与该3D打印层对应的用于驱动与所述塑型环节对应的X轴步进电机和Y轴步进电机的塑型驱动脉冲信号，所述塑型驱动脉冲信号包括与该塑型驱动脉冲信号对应的转动周期以及转动方向；根据所述塑型驱动脉冲信号中包含的转动周期和转动方向、以及所述目标机械参数，计算与该3D打印层对应的外圈路径。
可选的，在一个实施例中，所述装置还包括：
原始运动信号采集单元，用于采集所述彩色3D打印机的喷绘装置在喷绘环节中发出的用于指示所述彩色3D打印机的喷绘装置进行喷绘的原始X轴喷绘运动信号，所述原始X轴喷绘运动信号为驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘环节对应的X轴电机运动的运动信号；
运动信号处理单元，用于根据所述目标机械参数、所述外圈路径对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，生成用于驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，以使所述喷绘装置在喷绘环节中沿所述任一3D打印层的外圈做环状运动以完成喷绘；
运动信号输出单元，用于输出所述运动信号处理单元生成的驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号。
可选的，在一个实施例中，所述外圈路径获取单元还用于根据所述转动周期和转动方向，计算所述彩色3D打印机的与塑型环节对应的X轴步进电机的X轴角速度、以及与塑型环节对应的Y轴步进电机的Y轴角速度；根据所述目标机械参数和所述计算得到的X轴角速度和Y轴角速度，分别计算对应的X轴线速度和Y轴线速度；根据所述X轴线速度和Y轴线速度计算与所述与该3D打印层对应的外圈路径对应的法向量变化角度值；根据所述向量变化角度、所述X轴线速度和Y轴线速度计算所述与该3D打印层对应的外圈路径。
可选的，在一个实施例中，所述运动信号处理单元还用于根据所述法向量变化角度、所述X轴线速度和Y轴线速度，计算所述外圈路径包含的每一个坐标点处的瞬态偏移角度值；根据所述原始X轴喷绘运动信号包含的所述喷绘装置的喷墨头沿X轴运动的线速度、以及所述计算得到的瞬态偏移角度值，计算所述喷墨头沿所述外圈路径做环状运动过程的沿X轴运动的X轴修正线速度值和沿Y轴运动的Y轴修正线速度值；根据所述原始X轴喷绘运动信号、所述X轴修正线速度值、Y轴修正线速度值以及所述目标机械参数构造驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号。
可选的，在一个实施例中，所述参数测量单元还用于读取预存储的目标机械参数，或，获取所述彩色3D打印机的机械尺寸，根据预设的机械参数计算算法和所述获取到的机械尺寸计算所述目标机械参数。
可选的，在一个实施例中，所述运动信号处理单元还用于获取所述原始X轴喷绘运动信号的占空比；根据所述占空比和所述目标机械参数计算所述喷绘装置的喷墨头沿与所述彩色3D打印机的喷绘环节对应的X轴运动的原始X轴喷绘线速度；根据所述原始X轴喷绘线速度和所述外圈路径计算所述喷墨头沿所述彩色3D打印机与喷绘环节对应的X轴电机对应的修正X轴喷绘线速度、以及与喷绘环节对应的Y轴电机对应的修正Y轴喷绘线速度；根据所述目标机械参数和所述修正X轴喷绘线速度、所述修正Y轴喷绘线速度构造驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号。
在本发明的第三方面，提出了一种彩色3D打印机，所述彩色3D打印机与一上位机相连接；所述彩色3D打印机包括：用于在塑型环节中逐层打印以形成目标实物模型的塑型装置、设置有喷墨头且用于对所述塑型环节中形成的目标实物模型进行喷绘的喷绘装置、至少一个X轴电机、至少一个Y轴电机以及如前所述的对外廓塑型驱动信号进行解析的装置；
所述塑型装置用于从所述上位机处获取用于塑型的塑型信号，并对接收到的塑型信号进行解析，得到与塑型环节对应的X轴塑型运动信号和Y轴塑型运动信号，用以驱动所述至少一个X轴电机和至少一个Y轴电机中与塑型装置对应的电机进行运动以完成塑型过程；
所述喷绘装置用于从所述上位机处获取用于指示喷绘的喷墨信号并进行解析，获取用于指示所述彩色3D打印机的喷绘装置进行喷绘的原始X轴喷绘运动信号，由所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，得到用于驱动所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，用以驱动所述至少一个X轴电机和至少一个Y轴电机中与喷绘装置对应的电机进行运动，以使所述喷墨头沿着所述外圈路径做水平环式运动以完成喷绘过程。
可选的，在一个实施例中，所述彩色3D打印机的Y轴轨道上还设置有至少一个接近传感器，用于对所述塑型装置/喷绘装置的运动机构进行检测，在所述接近传感器检测到所述运动机构接近的情况下，所述上位机发送控制指令给所述喷绘装置/塑型装置。
可选的，在一个实施例中，所述彩色3D打印机包含的X轴电机数量为1、包含的Y轴电机数量为1、且所述X轴电机和所述Y轴电机均为步进电机；所述彩色打印机还包括双路选择器和电机驱动器；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于从上位机处获取路径交替控制指令并进行解析，将所述解析得到的用于交换控制权的路径控制信号发送给双路选择器；
所述双路选择器用于根据所述路径控制信号，将所述塑型装置发出的X轴塑型运动信号和Y轴塑型运动信号传输至所述电机驱动器，以驱动所述X轴电机、Y轴电机进行运动，从而完成塑型过程；所述双路选择器还用于根据所述路径控制信号，将所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置发出的X轴喷绘脉冲驱动信号和Y轴喷绘脉冲驱动信号传输至所述电机驱动器，以驱动所述X轴电机、Y轴电机进行运动，从而完成喷绘过程。
可选的，在一个实施例中，所述彩色3D打印机包含一X轴直流电机和一X轴步进电机、一Y轴直流电机和一Y轴步进电机；所述彩色打印机还包括双路选择器和电机驱动器；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，得到用于驱动所述彩色3D打印机的喷绘装置对应的X轴直流电机和Y轴直流电机的X轴塑型脉冲驱动信号和Y轴塑型脉冲驱动信号；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于从上位机处获取路径交替控制指令并进行解析，将所述解析得到的用于交换控制权的路径控制信号发送给双路选择器；
所述双路选择器用于根据所述路径控制信号，将所述塑型装置发出的X轴塑型运动信号和Y轴塑型运动信号传输至所述电机驱动器，以驱动所述X轴步进电机、Y轴步进电机进行运动，从而完成塑型过程；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于将生成的X轴喷绘脉冲驱动信号和Y轴喷绘脉冲驱动信号发送给所述X轴直流电机和Y轴直流电机，以驱动所述X轴直流电机和Y轴直流电机进行运动，从而完成喷绘过程。
可选的，在一个实施例中，所述彩色3D打印机包含的X轴电机的数量为1、且为X轴步进电机，所述彩色3D打印机还包括一Y轴直流电机和一Y轴步进电机；所述彩色打印机还包括双路选择器和电机驱动器；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，得到用于驱动所述彩色3D打印机的喷绘装置对应的X轴步进电机和Y轴直流电机的X轴喷绘脉冲驱动信号和Y轴喷绘脉冲驱动信号；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于从上位机处获取路径交替控制指令并进行解析，将所述解析得到的用于交换控制权的路径控制信号发送给双路选择器；
所述双路选择器用于根据所述路径控制信号，将所述塑型装置发出的X轴塑型运动信号和Y轴塑型运动信号传输至所述电机驱动器，以驱动所述X轴步进电机、Y轴步进电机进行运动，从而完成塑型过程；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于将生成的Y轴喷绘脉冲驱动信号发送给所述Y轴直流电机，以驱动所述Y轴直流电机进行运动，所述双路选择器还用于根据所述路径控制信号，将所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置发出的X轴喷绘脉冲驱动信号传输至所述电机驱动器，以驱动所述X轴步进电机进行运动，从而完成喷绘过程。
可选的，在一个实施例中，所述彩色3D打印机包含的Y轴电机的数量为1、且为Y轴步进电机，所述彩色3D打印机还包括一X轴直流电机和一X轴步进电机；所述彩色打印机还包括双路选择器和电机驱动器；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，得到用于驱动与所述喷绘装置对应的X轴直流电机的X轴喷绘脉冲驱动信号和驱动所述Y轴步进电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于从上位机处获取路径交替控制指令并进行解析，将所述解析得到的用于交换控制权的路径控制信号发送给双路选择器；
所述双路选择器用于根据所述路径控制信号，将所述塑型装置发出的X轴塑型运动信号和Y轴塑型运动信号传输至所述电机驱动器，以驱动所述X轴步进电机、Y轴步进电机进行运动，从而完成塑型过程；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于将生成的X轴喷绘脉冲驱动信号发送给所述X轴直流电机，以驱动所述X轴直流电机进行运动，所述双路选择器还用于根据所述路径控制信号，将所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置发出的Y轴喷绘脉冲驱动信号传输至所述电机驱动器，以驱动所述Y轴步进电机进行运动，从而完成喷绘过程。
实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
采用了上述一种对外廓塑型驱动信号进行解析的方法及装置、彩色3D打印机之后，在逐层堆积打印目标实物模型以及逐层对目标实物模型进行着色喷绘的过程中，通过彩色3D打印机本身的机械尺寸参数、以及喷绘过程中喷墨头需要走过的外圈路径对与彩色3D打印机相连的上位机下发的原始X轴直流电机的原始X轴喷绘运动信号进行处理和解析，生成与之对应的可以用来在着色喷绘过程中控制喷墨头做水平环状运动的X轴、Y轴喷绘脉冲驱动信号，用以驱动与喷绘环节对应的X轴电机和Y轴电机以完成喷绘过程。也就是说，采用本发明，可以对彩色3D打印过程中的喷绘环节的原始运动信号进行解析，从而使得喷墨头在喷绘过程中做的是水平环状运动，减少了喷墨头在喷绘环节中的空程运动，减少了喷绘时间，提高了喷绘效率。并且，因为喷绘装置和塑型装置公用了X轴电机和/或Y轴电机，也减少了3D打印机的机械尺寸，提升了用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为一个实施例中对外廓塑型驱动信号进行解析的装置的结构示意图；
图2为一个实施例中对外廓塑型驱动信号进行解析的装置的结构示意图；
图3为一个实施例中对外廓塑型驱动信号进行解析的方法的流程示意图；
图4为一个实施例中对外廓塑型驱动信号进行解析的方法的流程示意图；
图5为一个实施例中运动信号处理单元构造出X轴和Y轴电机的脉冲信号的流程示意图；
图6为一个实施例中对外廓塑型驱动信号进行解析的装置与彩色3D打印机其他部件的连接关系示意图；
图7为一个实施例中喷墨打印机的喷墨头的形状及运动轨迹示意图；
图8为一个实施例中X轴和Y轴步进电机的运动信号的转化过程示意图
图9为一个实施例中运动信号处理单元工作过程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为解决传统技术中的彩色3D打印机对于着色喷绘控制的机械结构与用于塑型的机械结构是完全独立的导致的在着色喷绘过程中运动空程较大导致的喷绘时间过长、喷绘效率过低的技术问题，在本实施例中，特提出了一种对外廓塑型驱动信号进行解析的方法及装置、一种彩色3D打印机。
具体的，本实施例中，上述对外廓塑型驱动信号进行解析的方法以及装置中的外廓塑型驱动信号为彩色3D打印机在塑型环节通过逐层堆积的方式塑型以逐步形成目标实物模型的过程中，在塑造最外一圈轮廓时用于驱动与所述塑型环节对应的X轴步进电机和Y轴步进电机的脉冲信号。也就是说，上述对外廓塑型驱动信号进行解析的方法以及装置是基于彩色3D打印机，并且该彩色3D打印机在进行3D打印的过程分为塑型环节以及喷绘环节，其中，在塑型环节中，通过塑型装置的耗材挤出头通过逐层堆积的方式以逐步形成目标实物模型，并且，在每完成一个3D打印层之后，通过喷绘装置的喷墨头对该3D打印层进行着色喷绘，以完成对目标实物模型的着色喷绘。
需要说明的是，在本实施例中，上述方法和装置所基于的彩色3D打印机包括X轴电机和Y轴电机(其中X轴电机的数量可以为1或2，Y轴电机的数量可以为1或2，)，并且，由与彩色3D打印机相连的上位机下发具体的指令给彩色3D打印机中进行塑型或喷绘的塑型装置或喷绘装置，例如，下发塑型信号给塑型装置或者下发喷绘信号给喷绘装置，以使所述喷绘装置下发指令给与喷绘装置对应的电机进行工作已完成喷绘操作。
具体的，在本实施例中，如图1所示，上述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置包括原始运动信号采集单元、参数测量单元、外圈路径获取单元、运动信号处理单元、运动信号输出单元。
具体的，参见图2，原始运动信号采集单元，用于采集所述彩色3D打印机的喷绘装置在喷绘环节中发出的用于指示所述彩色3D打印机的喷绘装置进行喷绘的原始X轴喷绘运动信号，所述原始X轴喷绘运动信号为驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘环节对应的X轴电机运动的运动信号；
参数测量单元，用于确定目标机械参数；
外圈路径获取单元，用于采集所述彩色3D打印机的塑型装置在逐层3D打印以形成目标实物模型的过程中在进行到任一3D打印层的外圈时发出的与该3D打印层对应的用于驱动所述彩色3D打印机的与所述塑型环节对应的X轴步进电机和Y轴步进电机的塑型驱动脉冲信号，所述塑型驱动脉冲信号包括与该塑型驱动脉冲信号对应的转动周期以及转动方向；根据所述塑型驱动脉冲信号中包含的转动周期和转动方向、以及所述目标机械参数，计算与该3D打印层对应的外圈路径；
运动信号处理单元，用于根据所述目标机械参数、所述外圈路径对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，生成用于驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，以使所述喷绘装置在喷绘环节中沿所述任一3D打印层的外圈做环状运动以完成喷绘；
运动信号输出单元，用于输出所述运动信号处理单元生成的驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号。
进一步的，在本实施例中，所述X轴电机和/或所述Y轴电机为步进电机，其中，与塑型装置对应的X轴电机、Y轴电机均为步进电机，与喷绘装置对应的X轴电机、Y轴电机可以均为步进电机(例如，与上述塑型装置共用X轴步进电机和Y轴步进电机)、也可以是一个为步进电机一个为直流电机(例如X轴与塑型装置共用X轴步进电机、Y轴为直流电机)、还可以是均为直流电机；也就是说，所述彩色3D打印机的喷墨头沿所述外圈路径做环状运动的X轴喷绘脉冲驱动信号以及Y轴喷绘脉冲驱动信号中可以是驱动步进电机的脉冲驱动信号，也可以是驱动直流电机的脉冲驱动信号(具体根据彩色3D打印机的电机确定)。
在一个实施例中，如图3所示，上述对外廓塑型驱动信号进行解析的方法包括如下步骤：
步骤S102：确定目标机械参数；
步骤S104：采集所述彩色3D打印机的塑型装置在逐层3D打印以形成目标实物模型的过程中在进行到任一3D打印层的外圈时发出的与该3D打印层对应的用于驱动与所述塑型环节对应的X轴步进电机和Y轴步进电机的塑型驱动脉冲信号，所述塑型驱动脉冲信号包括与该塑型驱动脉冲信号对应的转动周期以及转动方向；
步骤S106：根据所述塑型驱动脉冲信号中包含的转动周期和转动方向、以及所述目标机械参数，计算与该3D打印层对应的外圈路径。
需要说明的是，在本实施例中，参数测量单元在确定目标机械参数的过程中，参数测量单元可以含有传感器，该传感器可以自动标定彩色3D打印机的机械尺寸，测量出目标机械参数，即目标机械参数，并且该传感器还可以自动实时校正上述目标机械参数，使得运动信号处理单元的数据转化更准确；在本发明的另一些实施例中，参数测量单元可以仅包含存储器，通过人工测量彩色3D打印机的机械尺寸获得目标机械参数，并将其存入存储器中。也就是说，上述步骤S102还可以为：读取预存储的目标机械参数，或，获取所述彩色3D打印机的机械尺寸，根据预设的机械参数计算算法和所述机械尺寸计算所述目标机械参数。
在一个具体的实施例中，步骤S106：根据所述塑型驱动脉冲信号中包含的转动周期和转动方向、以及所述目标机械参数，计算与该3D打印层对应的外圈路径，具体为：根据所述转动周期和转动方向，计算所述彩色3D打印机的与塑型环节对应的X轴步进电机的X轴角速度、以及与塑型环节对应的Y轴步进电机的Y轴角速度；根据所述目标机械参数和所述计算得到的X轴角速度和Y轴角速度，分别计算对应的X轴线速度和Y轴线速度；根据所述X轴线速度和Y轴线速度计算与所述与该3D打印层对应的外圈路径对应的法向量变化角度值；根据所述向量变化角度、所述X轴线速度和Y轴线速度计算所述与该3D打印层对应的外圈路径。
在另一个具体的实施例中，如图4所示，上述对外廓塑型驱动信号进行解析的方法包括如下步骤S101-S108：
步骤S101：采集所述彩色3D打印机的喷绘装置在喷绘环节中发出的用于指示所述彩色3D打印机的喷绘装置进行喷绘的原始X轴喷绘运动信号，所述原始X轴喷绘运动信号为驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘环节对应的X轴电机运动的运动信号；
步骤S102：确定目标机械参数；
步骤S104：采集所述彩色3D打印机的塑型装置在逐层3D打印以形成目标实物模型的过程中在进行到任一3D打印层的外圈时发出的与该3D打印层对应的用于驱动与所述塑型环节对应的X轴步进电机和Y轴步进电机的塑型驱动脉冲信号，所述塑型驱动脉冲信号包括与该塑型驱动脉冲信号对应的转动周期以及转动方向；
步骤S106：根据所述塑型驱动脉冲信号中包含的转动周期和转动方向、以及所述目标机械参数，计算与该3D打印层对应的外圈路径；
步骤S108：根据所述目标机械参数、所述外圈路径对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，生成用于驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，以使所述喷绘装置在喷绘环节中沿所述任一3D打印层的外圈做环状运动以完成喷绘。
进一步的，步骤S108：根据所述目标机械参数、所述外圈路径对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，生成用于驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，以使所述喷绘装置在喷绘环节中沿所述任一3D打印层的外圈做环状运动以完成喷绘，还包括：根据所述法向量变化角度、所述X轴线速度和Y轴线速度，计算所述外圈路径包含的每一个坐标点处的瞬态偏移角度值；根据所述原始X轴喷绘运动信号包含的所述喷绘装置的喷墨头沿X轴运动的线速度、以及所述计算得到的瞬态偏移角度值，计算所述喷墨头沿所述外圈路径做环状运动过程的沿X轴运动的X轴修正线速度值和沿Y轴运动的Y轴修正线速度值；根据所述原始X轴喷绘运动信号、所述X轴修正线速度值、Y轴修正线速度值以及所述目标机械参数构造驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号。
外圈路径获取部件通过采集塑型环节进行到任一打印层的外圈时驱动与塑型环节对应的X轴步进电机和Y轴步进电机的塑型脉冲驱动信号从而计算得到目标实物模型的外圈路径。该塑型脉冲驱动信号中含有转动周期以及转动方向，机包含了与该塑型脉冲驱动信号对应的周期脉冲信号和正反方向脉冲信号，通过该塑型脉冲驱动信号可以得到外圈路径的相关数据，进而得到喷墨头沿着外圈路径对目标实物模型进行喷绘时的瞬态偏移角度值。
具体实现方案如下：
通过外圈路径获取单元，采集塑型环节进行到外圈时与塑型环节对应的X轴步进电机和Y轴步进电机的塑型脉冲驱动信号，包括X轴步进电机的周期脉冲信号STEP_X和方向脉冲信号DIRECTION_X，Y轴步进电机的周期脉冲信号STEP_Y和方向脉冲信号DIRECTION_Y，从而得到与塑型环节对应的X轴步进电机与Y轴步进电机的瞬态脉冲周期Txm、Tym以及两者的运动方向。与塑型环节对应的X轴步进电机、Y轴步进电机的方向脉冲信号DIRECTION_X、DIRECTION_Y为高电平时为正向，为低电平时为反向。并由该X轴与Y轴步进电机的瞬态脉冲周期Txm、Tym，通过如下公式计算出两者的角速度：
其中，ωxm为塑型环节外圈塑型时与塑型环节对应的X轴步进电机的转动角速度(即与塑型环节对应的X轴步进电机的X轴角速度)，ωym为塑型环节外圈塑型时Y轴步进电机的转动角速度(与塑型环节对应的Y轴步进电机的Y轴角速度)。
通过机械传动关系可计算出塑型环节中X轴步进电机与Y轴步进电机此时的X轴线速度|Vxm|与Y轴线速度|Vym|:
|Vxm|＝μxmωxm,|Vym|＝μymωym
其中，μxm与μym为目标机械参数。速度Vxm与Vym的正负号取决于采集到的X轴、Y轴步进电机的方向脉冲信号DIRECTION_X、DIRECTION_Y的高低电平，高电平时为正，低电平时为负。
在塑型环节中，在目标实物模型的最外圈进行塑型的过程中，任一时刻目标目标实物模型外圈轮廓法向量的变化角度β(tfdm)的取值方式为：
而此时塑型装置的挤出头走过的距离L(tfdm)：
其中：tfdm为X、Y轴步进电机在塑型环节外圈塑型过程中的任一时刻。消除参数tfdm可得到一个角度β关于距离的函数：
由于在喷绘环节中，喷墨头在外圈的喷绘路径和角度要与塑型环节外圈塑型的路径和角度吻合，只是喷绘时间与塑型环节外圈塑型的完成时间不同。因此在喷绘环节中，喷墨头的旋转角度α(即瞬时偏移角度值)关于L的函数如下：
且喷墨头在t时刻的运动速度函数始终是|Vxp(t)|，喷墨头在任一喷绘时刻t的瞬时偏移角度值α(t)值为：
得：t时刻的X轴和Y轴同步后的修正X轴喷绘线速度Vxc和修正Y轴喷绘线速度Vyc分别为：
由上即可得到喷绘环节中，喷墨头在外圈的任意t时刻的α(t)值与X轴坐标的速度值(即修正X轴喷绘线速度)Vxc(t)和Y轴坐标的速度值(即修正Y轴喷绘线速度)Vyc(t)。
上述步骤S108中，根据所述目标机械参数、所述外圈路径对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，生成用于驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，还包括：获取所述原始X轴喷绘运动信号的占空比；根据所述占空比和所述目标机械参数计算所述喷绘装置的喷墨头沿与所述彩色3D打印机的喷绘环节对应的X轴运动的原始X轴喷绘线速度；根据所述原始X轴喷绘线速度和所述外圈路径计算所述喷墨头沿所述彩色3D打印机与喷绘环节对应的X轴电机对应的修正X轴喷绘线速度、以及与喷绘环节对应的Y轴电机对应的修正Y轴喷绘线速度；根据所述目标机械参数和所述修正X轴喷绘线速度、所述修正Y轴喷绘线速度构造驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号。
也就是说，运动信号处理单元通过如图5所示的步骤构造出X轴和Y轴电机的脉冲信号：
S1：获取所述原始X轴喷绘运动信号的占空比；
S2：根据所述占空比和所述目标机械参数计算所述喷绘装置的喷墨头沿与所述彩色3D打印机的喷绘环节对应的X轴运动的原始X轴喷绘线速度；
S3：根据所述原始X轴喷绘线速度和所述外圈路径计算所述喷墨头沿所述彩色3D打印机与喷绘环节对应的X轴电机对应的修正X轴喷绘线速度、以及与喷绘环节对应的Y轴电机对应的修正Y轴喷绘线速度；
S4：根据所述目标机械参数和所述修正X轴喷绘线速度、所述修正Y轴喷绘线速度构造驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号。
步骤S1中原始X轴喷绘运动信号中直流电机的占空比，通过以下公式计算得出：
Duty_x＝Th_x/(Th_x+Tl_x)
其中，Duty_x为原始X轴直流电机的占空比；Th_x为原始X轴在一个周期内高电平的时间；Tl_x为原始X轴直流电机在一个周期内低电平的时间。
步骤S2中喷墨头沿着原始X轴运动的原始X轴喷绘线速度，通过以下公式计算得出：
Vxp＝μx·Duty_x
其中，Vxp为喷墨头沿着原始X轴运动的原始X轴喷绘线速度；μx为目标目标机械参数，是由参数测量单元测量机械尺寸得到的；Duty_x为原始X轴喷绘运动信号的占空比。
目标机械参数μx的测量包括以下步骤：
通过码盘测量原始X轴直流电机的角速度ω1，由于原始X轴直流电机的角速度ω1与其占空比Duty成正比，ω1∝Duty，即得到原始X轴直流电机的角速度ω1与占空比Duty的比例系数
通过测量原始X轴喷绘直流电机与传动机械的关系，可测量出喷墨头沿着原始X轴运动的线速度Vxp与直流电机的角速度ω1的比例系数
则
则
步骤S3中喷墨头沿着X轴和/或Y轴运动的线速度，通过以下公式计算：
Vxc＝|Vxp|·cosα(t)
Vyc＝|Vxp|·sinα(t)
其中，Vxc为喷墨头沿着X轴运动的线速度，Vyc为喷墨头沿着Y轴运动的线速度，α(t)为喷墨头沿着外圈路径对目标实物模型进行喷绘时随时间t不断变化的瞬态偏移角度。
外圈路径获取单元通过采集塑型环节进行到外圈时与塑型环节对应的X轴和/或Y轴步进电机的转动周期和转动方向脉冲驱动信号，得到外圈路径，进而得到喷绘装置的喷墨头沿着外圈路径对目标实物模型进行喷绘时的瞬态偏移角度值α(t)。
在本实施例中另一部分，提出了一种彩色3D打印机，彩色3D打印机与一上位机相连接，用于下发塑型信号或喷墨信号给彩色3D打印机；具体的，如图6所示，上述彩色3D打印机包括用于在塑型环节中逐层打印以形成目标实物模型的塑型装置、设置有喷墨头且用于对所述塑型环节中形成的目标实物模型进行喷绘的喷绘装置、至少一个X轴电机、至少一个Y轴电机以及如前所述的对外廓塑型驱动信号进行解析的装置；
所述塑型装置用于从所述上位机处获取用于塑型的塑型信号，并对接收到的塑型信号进行解析，得到与塑型环节对应的X轴塑型运动信号和Y轴塑型运动信号，用以驱动所述至少一个X轴电机和至少一个Y轴电机中与塑型装置对应的电机进行运动以完成塑型过程；
所述喷绘装置用于从所述上位机处获取用于指示喷绘的喷墨信号并进行解析，获取用于指示所述彩色3D打印机的喷绘装置进行喷绘的原始X轴喷绘运动信号，由所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，得到用于驱动所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，用以驱动所述至少一个X轴电机和至少一个Y轴电机中与喷绘装置对应的电机进行运动，以使所述喷墨头沿着所述外圈路径做水平环式运动以完成喷绘过程。
本发明的对外廓塑型驱动信号进行解析的装置，可兼容表1中的4种机械结构的彩色3D打印机。4种机械结构的3D塑型与着色喷绘的空间坐标命名分别如表1所示：
表1不同着色机械结构的3D塑型和着色喷绘的空间坐标命名
表1中，在4种机械结构的彩色3D打印机中，用于3D塑型的塑型装置与用于着色喷绘喷绘装置均共用一套竖直坐标Z轴；无论是在机械上，还是在电气控制上，两者的竖直运动都完全同步，也就是说，每完成一个3D打印层的塑型之后，会接着完成该3D打印层的着色喷绘，再进行下一个3D打印层的塑型以及着色喷绘。而3D塑型与着色喷绘的两套水平坐标X、Y轴的关系转换则取决于不同的机械结构。
其中，对于第一种机械结构，着色喷绘机械结构共用3D塑型的X轴和Y轴，即3D塑型和着色喷绘的X轴、Y轴在机械上都是共用的，但是在电气控制上却是交替控制的，X轴和Y轴均配置有步进电机。
对于第二种机械结构，着色喷绘机械结构共用3D塑型的X轴，即3D塑型和着色喷绘的X轴在机械上共用的，但是在电气控制上却是交替控制的，X轴配置有步进电机。3D塑型和着色喷绘的Y轴分别为Y1轴和Y2轴，两者是完全独立的，相互之间没有任何耦合关系，Y1轴和Y2轴分别配置有步进电机和直流电机。
对于第三种机械结构，3D塑型和着色喷绘的X轴分别为X1轴和X2轴，两者是完全独立的，相互之间没有任何耦合关系，X1轴和X2轴分别配置有步进电机和直流电机；着色喷绘机械结构共用3D塑型的Y轴，即3D塑型和着色喷绘的Y轴在机械上共用的，但是在电气控制上却是交替控制的，Y轴配置有步进电机。
对于第四种机械结构，3D塑型和着色喷绘的X轴分别为X1轴和X轴，两者是完全独立的，相互之间没有任何耦合关系，X1轴和X2轴分别配置有步进电机和直流电机；3D塑型和着色喷绘的Y轴分别为Y1轴和Y轴，两者是完全独立的，相互之间没有任何耦合关系，Y1轴和Y2轴分别配置有步进电机和直流电机。
在上述4种机械结构，在喷绘环节中，在着色喷绘控制程序的作用下，喷墨头或者目标实物模型沿着与喷绘装置对应的X轴、Y轴在目标实物模型的外圈做水平环式运动，喷墨头根据喷墨信号，在目标实物模型的外圈及表面进行喷墨。
根据彩色3D打印机采用的机械结构的不同，可将运动信号处理单元的工作模式分为表2中的4种：
表2运动信号处理单元的4种工作模式
由表2可知，运动信号处理单元在模式1至模式4下，其输入信号来源于喷绘部件发出的原始X轴直流电机的原始X轴喷绘运动信号，上位机只负责对对外廓塑型驱动信号进行解析的装置下发塑型和喷绘的交替控制指令，不负责下发任何喷墨头的运动信息。喷墨头的运动信息须通过解析喷绘装置发出的原始X轴直流电机的原始X轴喷绘运动信号才能得到。
其中在模式1下，运动信号处理单元的输入信号为喷绘装置发出的原始X轴直流电机的原始X轴喷绘运动信号，解析后的运动信号为与喷绘装置对应的X轴、Y轴步进电机的喷绘脉冲驱动信号，分别用于控制第一种机械结构中X轴、Y轴步进电机的运动，进而控制喷墨头沿着目标实物模型的最外圈做水平环式运动，以完成着色喷绘。
在模式2下，运动信号处理单元的输入信号为喷绘装置发出的原始X轴直流电机的原始X轴喷绘运动信号，解析后的运动信号为X轴步进电机的X轴喷绘脉冲驱动信号和Y轴直流电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，分别用于控制第二种机械结构中X轴步进电机和Y2轴直流电机的运动，进而控制喷墨头沿着目标实物模型的最外圈做水平环式运动，以完成着色喷绘。
在模式3下，运动信号处理单元的输入信号为喷绘装置发出的原始Y轴直流电机的原始X轴喷绘运动信号，解析后的运动信号为X轴直流电机的X轴喷绘脉冲驱动信号和Y轴步进电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，分别用于控制第三种机械结构中X2轴直流电机和Y轴步进电机的运动，进而控制喷墨头沿着目标实物模型的最外圈做水平环式运动，以完成着色喷绘。
在模式4下，运动信号处理单元的输入信号为喷绘装置发出的原始Y轴直流电机的原始X轴喷绘运动信号，解析之后的运动信号为X轴直流电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及Y轴直流电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，分别用于控制第四种机械结构中X2轴直流电机和Y2轴直流电机的运动，进而控制喷墨头沿着目标实物模型的最外圈做水平环式运动，以完成着色喷绘。
在本实施例中，在塑型环节，从上位机向塑型装置下发塑型指令，到塑型装置执行塑型指令之间有一个最小时间Δt1；类似地，在喷绘环节中，从上位机向喷绘装置下发喷绘指令，到喷绘装置执行喷绘指令之间有一个最小时间Δt2。为了缩短3D塑型与着色喷绘之间的时间间隔，在本实施例的Y轴轨道上设置有两个接近传感器，接近传感器sensor1和接近传感器sensor2(非接触式)。当打印平台靠近接近传感器sensor1时，上位机即可提前向塑型装置下发塑型指令，从而缩短时间Δt1；类似地，当打印平台靠近接近传感器sensor2时，上位机即可提前向喷绘装置下发喷绘指令，从而缩短时间Δt2，从而缩短了3D塑型与着色喷绘之间的时间间隔。
也就是说，在Y轴轨道上还设置有至少一个接近传感器，用于对所述塑型装置的运动机构进行检测，在所述接近传感器检测到所述运动机构接近的情况下，所述上位机发送控制指令给所述塑型装置/喷绘装置。
下面分别针对上述4种机械结构对应的彩色3D打印机逐一进行说明。
实施例1
在本实施例中，彩色3D打印机的机械结构为第一种机械结构，将现有技术中的彩色喷墨打印机的核心装置(喷绘装置)加装在FDM彩色3D打印机的机架上，并且舍弃充当X轴运动机构的托墨架。其3D塑型和着色喷绘的空间坐标命名如表1所示，着色喷绘机械结构共用3D塑型的X轴和Y轴，即3D塑型和着色喷绘的X轴、Y轴在机械上都是共用的，但是在电气控制上却是交替控制的，X轴和Y轴均配置有步进电机。
本实施例的彩色3D打印机，在喷绘阶段，喷墨头或者目标实物模型沿着X轴或Y轴做水平环式运动，来完成着色喷绘。当目标实物模型的第i(i＝1，2，3，……，n)层在3D塑型控制程序的作用下，熔融挤出头或者目标实物模型沿着X轴和Y轴运动完成3D塑型后，3D塑型控制程序继而将把对X轴和Y轴的控制权均移交给着色喷绘控制程序，从而目标实物模型的第i层在着色喷绘控制程序的作用下，喷墨头或者目标实物模型沿着X轴和Y轴运动，进行着色喷绘。当第i层的着色喷绘完成后，再用上述同样的方式进行第(i+1)层的3D塑型和着色喷绘。以此类推，直到整个目标实物模型的最后一层的塑型与着色喷绘都完成。
上面的移交控制权是通过双路选择器MUX实现的，本发明的对外廓塑型驱动信号进行解析的装置，如图4所示，根据接收到的交替控制指令，发出用于交换控制权的路径控制信号，并将其发送给双路选择器MUX，该路径控制信号包括高电平信号和低电平信号，当该路径控制信号为低电平时，双路选择器MUX将塑型装置发出的X轴和Y轴运动信号传输到步进电机驱动器，进而在3D塑型控制程序的作用下，驱动熔融挤出头或者塑型模型沿着X轴和Y轴运动完成对目标实物模型第i(i＝1，2，3，……，n)层的3D塑型；当该路径控制信号为高电平时，双路选择器MUX将解析后的X轴和Y轴步进电机的脉冲信号传输到X轴和Y轴的步进电机驱动器，进而在着色喷绘控制程序的作用下，驱动喷墨头沿目标实物模型的外圈做水平环状运动，对目标实物模型的第i层进行着色喷绘。
本实施例的彩色3D打印机在喷绘环节，对外廓塑型驱动信号进行解析的装置中的运动信号处理装置的工作模式为模式1，如表2所示。在模式1下，原始运动信号采集单元采集喷绘装置发出的原始X轴直流电机的原始X轴喷绘运动信号，解析后的运动信号为与喷绘环节对应的X轴、Y轴步进电机的X轴喷绘脉冲驱动信号和Y轴喷绘脉冲驱动信号，分别用于控制第一种机械结构中X轴、Y轴步进电机的运动，进而控制喷墨头沿着目标实物模型的最外圈做水平环式运动，以完成着色喷绘。
喷墨头1的结构如图7所示，由彩色和单色两套装置组成。其中彩色喷墨装置包含CMY(青、品红、黄)三个喷墨区域组成；单色喷墨装置只包含K(黑色)喷墨区域。四个喷墨区域互相平行且应始终与喷绘运动轨迹垂直，以在运动过程中实现混色。喷墨打印机在原始的平行扫描过程中，如图6所示，当喷墨头沿着原始X轴以速度Vxp运动时，形成横向喷绘运动轨迹2，四个喷墨区域互相平行且始终与喷绘运动轨迹2垂直，在运动过程中能够很好地实现混色；但是当喷墨头沿着原始Y轴以速度Vyp运动时，形成纵向运动轨迹3，运动轨迹3始终与喷墨头的CMYK区域平行，故不产生混色效应。
因此，进行运动信号同步转换时不需要考虑喷墨头沿原始Y轴的运动速度即Vyp，只需考虑喷墨头沿原始X轴的运动速度Vxp即可，因此，如图8所示，X轴和Y轴步进电机的运动信号的转化过程包括以下步骤：
步骤S21：计算出原始X轴直流电机的占空比Duty_x。
根据原始X轴直流电机的原始X轴喷绘运动信号，计算出原始X轴直流电机的占空比Duty_x。如图9所示，原始运动信号采集装置为光耦A和光耦B，通过两路光耦，分别将原始X轴直流电机的A、B管脚对地的所有高压数字瞬态PWM脉冲转化为可由基于数字逻辑门实现的运动信号同步处理电路识别的信号内容完全相同且相位完全相同的3.3V的PWM数字脉冲。运动信号同步处理装置根据内部高频时钟采样，计算出一个直流PWM周期内高电平的时间Th_x和低电平的时间Tl_x，通过下面的公式计算原始X轴直流电机的占空比Duty_x，
Duty_x＝Th_x/(Th_x+Tl_x)
S22：通过原始X轴直流电机的占空比，以及目标机械参数，计算得出在原始X轴直流电机的驱动下，喷墨头沿着原始X轴运动的原始X轴喷绘线速度。
喷墨头在原始X轴直流电机的驱动下沿着原始X轴运动的原始X轴喷绘线速度Vxp，通过以下公式计算得出：
Vxp＝μx·Duty_x
其中，μx为目标机械参数，其具体是通过参数测量装置测量机械尺寸得出的。测量方式如下所示：
通过码盘测量原始X轴直流电机的角速度ω1，由于原始X轴直流电机的角速度ω1与其占空比Duty_x成正比，ω1∝Duty_x，即得到原始X轴直流电机的角速度ω1与其占空比Duty_x的比例系数
通过测量原始X轴直流电机与传动机械的关系，可测量出喷墨头沿着原始X轴运动的原始X轴喷绘线速度Vxp与直流电机的角速度ω1的比例系数
例如：若该直流电机与半径为r1的齿轮Q1同轴，且齿轮Q1的外边沿与半径为r2的齿轮Q2互相咬合，齿轮Q2又与半径为r3的皮带牵引轮同轴，则可推出：Vxp＝(r1·r3/r2)ω1，即此种情况下
通过上述步骤，得出喷墨头沿着原始X轴运动的原始X轴喷绘线速度Vxp，
则
S23：结合每一层外圈的路径信息和喷墨头沿着原始X轴运动的原始X轴喷绘线速度Vxp，计算出同步转化后在X轴和Y轴步进电机的驱动下，喷墨头沿所述彩色3D打印机与喷绘环节对应的X轴电机对应的修正X轴喷绘线速度、以及与喷绘环节对应的Y轴电机对应的修正Y轴喷绘线速度。
另外，由于喷墨打印机在原始的平行扫描过程中，如图7所示，原始X轴的运动始终与喷墨头的CMYK区域垂直，无论X轴电机正向运动还是反向运动，混色分量的夹角均为90°。只要在上位机的喷墨源文件(源图片)中作出相应补偿即可忽略X轴电机Vxp的运动方向。因此上述Vxp均取绝对值。
本实施例的彩色3D打印机，其中的对外廓塑型驱动信号进行解析的装置能够使得着色喷绘机械结构共用3D塑型的X轴和Y轴，将喷绘部件发出的原始X轴直流电机的原始X轴喷绘运动信号进行解析，将其转化为能够控制喷墨头沿目标实物模型外圈做环状运动的驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，驱动X和Y轴步进电机转动，进而驱动喷墨头沿目标实物模型外圈做环状运动以完成着色喷绘，从而省去了着色喷绘机械结构X轴和Y轴，将3D打印机的整体体积进一步的进行缩减，进一步显著缩减了3D打印机的整体体积。
实施例2
在本实施例中，彩色3D打印机的机械结构为第二种机械结构，将现有的彩色喷墨打印机中能匹配直流电机的喷绘装置加装在FDM彩色3D打印机的机架上，并且舍弃充当X轴运动机构的托墨架。其3D塑型和着色喷绘的空间坐标命名如表1所示，着色喷绘机械结构共用3D塑型的X轴，即3D塑型和着色喷绘的X轴在机械上共用的，但是在电气控制上却是交替控制的，X轴配置有步进电机。3D塑型和着色喷绘的Y轴分别为Y1轴和Y2轴，两者是完全独立的，相互之间没有任何耦合关系，Y1轴和Y2轴分别配置有步进电机和直流电机。
如表1所示，本实施例2与实施例1的不同之处在于，3D塑型和着色喷绘在机械上仅X轴是共用的。当目标实物模型的第i(i＝1，2，3，……，n)层在3D塑型控制程序的作用下，熔融挤出头或者目标实物模型沿着X轴和Y1轴运动完成3D塑型后，3D塑型控制程序继而将把对X轴的控制权均移交给着色喷绘控制程序，从而目标实物模型的第i层在着色喷绘控制程序的作用下，喷墨头或者目标实物模型沿着X轴和Y2轴运动，进行着色喷绘。当第i层的着色喷绘完成后，再用上述同样的方式进行第(i+1)层的3D塑型和着色喷绘……以此类推，直到整个目标实物模型的最后一层的塑型与着色喷绘都完成。
上面的移交控制权，与实施例1相同，都是通过双路选择器MUX实现的，在此不再赘述。
对外廓塑型驱动信号进行解析的装置的工作模式为模式2，如表2所示。在模式2下，原始运动信号采集单元采集喷绘装置发出的原始X轴直流电机的运动信号，解析后的运动信号为X轴步进电机的脉冲信号和Y轴直流电机的脉冲信号，分别用于控制第二种机械结构中X轴步进电机和Y2轴直流电机的运动，进而控制喷墨头沿着目标实物模型的最外圈做水平环式运动，以完成着色喷绘。
本实施例的彩色3D打印机，X轴步进电机的脉冲信号和Y轴直流电机的脉冲信号的转化过程中，前面的三步与实施例1相同，在此不再赘述，所不同的是第四步，即在得到喷墨头在外圈的任意t时刻的瞬时偏移角度值α(t)值，以及喷墨头沿X轴运动的X轴修正线速度值Vxc(t)和沿Y轴运动的Y轴修正线速度值Vyc(t)后，如何由运动的修正线速度值Vxc和Vyc结合相关的机械参数构造出X轴步进电机和Y2轴直流电机的脉冲信号，与实施例1是不同的，下面将对此进行详细叙述：
(1)由X轴修正线速度值Vxc结合目标机械参数构造出X轴步进电机的脉冲信号，该步进电机的脉冲信号包括步进电机的转动周期脉冲信号和转动方向脉冲信号。由于线速度|Vxc|与X轴步进电机的运动角速度ωxc成正比，由此可得到X轴步进电机的运动角速度，根据该角速度可计算出步进电机的周期脉冲信号，由此可构造出X轴步进电机的转动周期脉冲信号STEP_X_C。并且速度Vxc的正负号与X轴步进电机的方向脉冲信号DIRECTION_X_C的高低电平相对应，由此可构造出X轴步进电机的转动方向信号DIRECTION_X_C。
如图9所示，通过光耦A和光耦B两路光耦采集原始X轴直流电机的脉冲信号，并通过对外廓塑型驱动信号进行解析的装置的处理，能够分别为X轴步进电机驱动器的STEP管脚构建步进电机的转动周期信号、DIRECTION管脚构建步进电机的转动方向信号，进而驱动X轴的步进电机转动。
(2)由运动线速度Vyc结合相关的机械参数构造出Y2轴直流电机的脉冲信号，该直流电机的脉冲信号包括直流电机的占空比信号和转动方向脉冲信号。由于运动线速度|Vyc|与Y轴直流电机的占空比Duty_y成正比，由此可得到Y2轴直流电机的占空比信号。
根据运动线速度Vyc的正负号构造出Y2轴直流电机的方向脉冲信号，具体过程为：
如图9所示，光耦C和光耦D不会同时采集到信号，当线速度Vyc的符号为正时，光耦C能够采集到3.3v PWM的信号，并将该信号放大成高压PWM信号传递到Y2轴直流电机的C管脚，此时Y2轴直流电机的转动方向为正向；当线速度Vyc的符号为负时，光耦D能够采集到3.3v PWM的信号，并将该信号放大成高压PWM信号传递到Y2轴直流电机的D管脚，此时Y2轴直流电机的转动方向为正向。如此根据运动线速度Vyc的正负号，构造出了Y2轴直流电机的方向脉冲信号。
根据上述构造出的X轴步进电机的脉冲信号和Y2轴直流电机的脉冲信号和，可驱动X轴步进电机和Y2轴直流电机转动，进而控制喷墨头沿着目标实物模型的外圈做环状运动，以完成着色喷绘。
本实施例的彩色3D打印机，其中的对外廓塑型驱动信号进行解析的装置能够使得着色喷绘机械结构共用3D塑型的X轴，将喷绘装置发出的原本适配于直流电机的原始X轴直流电机的运动信号进行解析，将其转化为能够适配步进电机的脉冲信号，从而能够控制喷墨头或者目标实物模型沿着机械共用的X轴运动完成着色喷绘，从而省去了着色喷绘机械结构X轴，缩减了3D打印机的整体体积。
实施例3
在本实施例中，彩色3D打印机的机械结构为第三种机械结构，其3D塑型和着色喷绘的空间坐标命名如表1所示，3D塑型和着色喷绘的X轴分别为X1轴和X2轴，两者是完全独立的，相互之间没有任何耦合关系，X1轴和X2轴分别配置有步进电机和直流电机；着色喷绘机械结构共用3D塑型的Y轴，即3D塑型和着色喷绘的Y轴在机械上共用的，但是在电气控制上却是交替控制的，Y轴配置有步进电机。将现有的彩色喷墨打印机中能匹配直流电机的喷绘装置加装在FDM彩色3D打印机的机架上，并且保留了充当X2轴运动机构的托墨架。
本实施例的彩色3D打印机，首先，在3D塑型控制程序的作用下，熔融挤出头或者塑型模型沿着X1轴和Y轴运动完成对目标实物模型第i(i＝1，2，3，……，n)层的3D塑型后，3D塑型控制程序继而把对Y轴的控制权移交给着色喷绘控制程序，从而在着色喷绘控制程序的作用下，喷墨头或者目标实物模型沿着X2轴和Y轴运动，对目标实物模型的第i层进行着色喷绘。当第i层的着色喷绘完成后，再用上述同样的方式对目标实物模型进行第(i+1)层的3D塑型和着色喷绘……以此类推，直到整个目标实物模型的最后一层的塑型与着色喷绘都完成。
上面的移交控制权，与实施例1和实施例2相同，都是通过双路选择器MUX实现的，在此不再赘述。
对外廓塑型驱动信号进行解析的装置中的运动信号处理单元的工作模式为模式3，如表2所示。在模式3下，原始运动信号采集单元采集喷绘装置发出的原始X轴直流电机的原始X轴喷绘运动信号，解析后的运动信号为X轴直流电机的X轴喷绘脉冲驱动信号和Y轴步进电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，分别用于控制第三种机械结构中X2轴直流电机和Y轴步进电机的运动，进而控制喷墨头沿着目标实物模型的最外圈做水平环式运动，以完成着色喷绘。
本实施例的彩色3D打印机，X2轴直流电机的脉冲信号和Y轴步进电机的脉冲信号的转化过程中，前面的三步与实施例1相同，在此不再赘述，所不同的是第四步，即在得到喷墨头在外圈的任意t时刻的旋转角度α(t)值，以及喷墨头沿X轴运动的修正X轴喷绘线速度Vxc(t)和沿Y轴运动的修正Y轴喷绘线速度Vyc(t)后，如何由Vxc和Vyc结合相关的机械参数构造出X2轴直流电机和Y轴步进电机的脉冲信号，与实施例1、实施例2是不同的，下面将对此进行详细叙述：
由Vxc结合相关的机械参数构造出X2轴直流电机的脉冲信号，该直流电机的脉冲信号包括直流电机的占空比信号和转动方向脉冲信号。由于运动线速度|Vxc|与X轴直流电机的占空比Duty_x成正比，由此可得到X2轴直流电机的占空比信号。
根据运动线速度Vxc的正负号构造出X2轴直流电机的方向脉冲信号，具体过程为：
如图9所示，当线速度Vxc的符号为正时，光耦C能够采集到3.3v PWM的信号，并将该信号放大成高压PWM信号传递到X2轴直流电机的C管脚，此时X2轴直流电机的转动方向为正向；当线速度Vxc的符号为负时，光耦D能够采集到3.3v PWM的信号，并将该信号放大成高压PWM信号传递到X2轴直流电机的D管脚，此时X2轴直流电机的转动方向为正向。如此根据运动线速度Vxc的正负号，构造出了X2轴直流电机的方向脉冲信号。
由运动线速度Vyc结合相关的机械参数构造出Y轴步进电机的脉冲信号。由于运动线速度|Vyc|与Y轴步进电机的运动角速度ωyc成正比(其比例系数与上文关于
的具体取值的测量方式类似，这里不再赘述)，由此可得到Y轴步进电机的运动角速度，根据该角速度可构造出Y轴步进电机的转动周期脉冲信号STEP_Y_C。并且速度Vyc的正负号与Y轴步进电机的方向脉冲信号DIRECTION_Y_C的高低电平相对应，因此可构造出Y轴步进电机的转动方向信号DIRECTION_Y_C。
如图9所示，通过光耦A和光耦B两路光耦采集原始Y轴直流电机的脉冲信号，并通过运动信号处理装置经过上述步骤的处理，能够分别为Y轴步进电机驱动器的STEP管脚构建步进电机的转动周期信号、DIRECTION管脚构建步进电机的转动方向信号，进而驱动Y轴的步进电机转动。
根据上述构造出的X2轴直流电机的脉冲信号和Y轴步进电机的脉冲信号和，可驱动X2轴直流电机和Y轴步进电机转动，进而控制喷墨头沿着目标实物模型的外圈做环状运动，以完成着色喷绘。
本实施例的彩色3D打印机，其中的对外廓塑型驱动信号进行解析的装置能够使得着色喷绘机械结构共用3D塑型的Y轴，将喷绘装置发出的原本适配于直流电机的原始运动信号进行解析，将其转化为能够适配步进电机的脉冲信号，从而能够控制喷墨头或者目标实物模型沿着机械共用的Y轴运动完成着色喷绘，从而省去了着色喷绘机械结构的Y轴，显著缩减了3D打印机的整体体积。
实施例4
在本实施例中，FDM彩色3D打印机的机械结构，其3D塑型和着色喷绘的空间坐标命名如表1所示，3D塑型和着色喷绘的X轴分别为X1轴和X2轴，两者是完全独立的，相互之间没有任何耦合关系，X1轴和X2轴分别配置有步进电机和直流电机；3D塑型和着色喷绘的Y轴分别为Y1轴和Y2轴，两者是完全独立的，相互之间没有任何耦合关系，Y1轴和Y2轴分别配置有步进电机和直流电机。将现有的彩色喷墨打印机中能匹配直流电机的喷绘装置加装在FDM彩色3D打印机的机架上。
本实施例的彩色3D打印机，首先，在3D塑型控制程序的作用下，熔融挤出头或者塑型模型沿着X1轴和Y1轴运动完成对目标实物模型第i(i＝1，2，3，……，n)层的3D塑型后，3D塑型控制程序继而把对Y1轴的控制权移交给着色喷绘控制程序，从而在着色喷绘控制程序的作用下，喷墨头或者目标实物模型沿着X2轴和Y2轴运动，对目标实物模型的第i层进行着色喷绘。当第i层的着色喷绘完成后，再用上述同样的方式对目标实物模型进行第(i+1)层的3D塑型和着色喷绘……以此类推，直到整个目标实物模型的最后一层的塑型与着色喷绘都完成。
上面的移交控制权，与实施例1-3相同，都是通过双路选择器MUX实现的，在此不再赘述。
对外廓塑型驱动信号进行解析的装置中的运动信号处理单元的工作模式为模式4，如表2所示。在模式4下，原始运动信号采集单元采集喷绘装置发出的原始X轴直流电机的原始X轴喷绘运动信号，解析后的运动信号为X轴直流电机的X轴喷绘脉冲驱动信号和Y轴直流电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，分别用于控制第四种机械结构中X2轴直流电机和Y2轴直流电机的运动，进而控制喷墨头沿着目标实物模型的最外圈做水平环式运动，以完成着色喷绘。
本实施例的彩色3D打印机，X2轴直流电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及Y2轴直流电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号的转化过程中，前者与实施例3相同，后者与实施例2相同，也就是说，构造出X2轴直流电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及Y2轴直流电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号之后，可驱动X2轴直流电机和Y2轴直流电机转动，进而控制喷墨头沿着目标实物模型的外圈做环状运动，以完成着色喷绘。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (16)
1.一种对外廓塑型驱动信号进行解析的方法，其特征在于，所述外廓塑型驱动信号为彩色3D打印机在塑型环节通过逐层堆积的方式塑型以逐步形成目标实物模型的过程中，在塑造最外一圈轮廓时用于驱动与所述塑型环节对应的X轴步进电机和Y轴步进电机的脉冲信号；
所述方法包括：
确定目标机械参数；
采集所述彩色3D打印机的塑型装置在逐层3D打印以形成目标实物模型的过程中在进行到任一3D打印层的外圈时发出的与该3D打印层对应的用于驱动与所述塑型环节对应的X轴步进电机和Y轴步进电机的塑型驱动脉冲信号，所述塑型驱动脉冲信号包括与该塑型驱动脉冲信号对应的转动周期以及转动方向；
根据所述塑型驱动脉冲信号中包含的转动周期和转动方向、以及所述目标机械参数，计算该3D打印层对应的外圈路径；
采集所述彩色3D打印机的喷绘装置在喷绘环节中发出的用于指示所述彩色3D打印机的喷绘装置进行喷绘的原始X轴喷绘运动信号，所述原始X轴喷绘运动信号为驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘环节对应的X轴电机运动的运动信号；
所述根据所述塑型驱动脉冲信号中包含的转动周期和转动方向、以及所述目标机械参数，计算该3D打印层对应的外圈路径之后，还包括：
根据所述目标机械参数、所述外圈路径对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，生成用于驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，以使所述喷绘装置在喷绘环节中沿所述任一3D打印层的外圈做环状运动以完成喷绘。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述塑型驱动脉冲信号中包含的转动周期和转动方向、以及所述目标机械参数，计算该3D打印层对应的外圈路径，还包括：
根据所述转动周期和转动方向，计算所述彩色3D打印机的与塑型环节对应的X轴步进电机的X轴角速度、以及与塑型环节对应的Y轴步进电机的Y轴角速度；
根据所述目标机械参数和所述计算得到的X轴角速度和Y轴角速度，分别计算对应的X轴线速度和Y轴线速度；
根据所述X轴线速度和Y轴线速度计算与所述该3D打印层对应的外圈路径对应的法向量变化角度值；
根据所述法向量变化角度、所述X轴线速度和Y轴线速度计算所述该3D打印层对应的外圈路径。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标机械参数、所述外圈路径对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，生成用于驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，还包括：
根据所述法向量变化角度、所述X轴线速度和Y轴线速度，计算所述外圈路径包含的每一个坐标点处的瞬态偏移角度值；
根据所述原始X轴喷绘运动信号包含的所述喷绘装置的喷墨头沿X轴运动的线速度、以及所述计算得到的瞬态偏移角度值，计算所述喷墨头沿所述外圈路径做环状运动过程的沿X轴运动的X轴修正线速度值和沿Y轴运动的Y轴修正线速度值；
根据所述原始X轴喷绘运动信号、所述X轴修正线速度值、Y轴修正线速度值以及所述目标机械参数构造驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定目标机械参数还包括：
读取预存储的目标机械参数，
或，
获取所述彩色3D打印机的机械尺寸，根据预设的机械参数计算算法和所述获取到的机械尺寸计算所述目标机械参数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标机械参数、所述外圈路径对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，生成用于驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，还包括：
获取所述原始X轴喷绘运动信号的占空比；
根据所述占空比和所述目标机械参数计算所述喷绘装置的喷墨头沿与所述彩色3D打印机的喷绘环节对应的X轴运动的原始X轴喷绘线速度；
根据所述原始X轴喷绘线速度和所述外圈路径计算所述喷墨头沿所述彩色3D打印机与喷绘环节对应的X轴电机对应的修正X轴喷绘线速度、以及与喷绘环节对应的Y轴电机对应的修正Y轴喷绘线速度；
根据所述目标机械参数和所述修正X轴喷绘线速度、所述修正Y轴喷绘线速度构造驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号。
6.一种对外廓塑型驱动信号进行解析的装置，其特征在于，所述外廓塑型驱动信号为彩色3D打印机在塑型环节通过逐层堆积的方式塑型以逐步形成目标实物模型的过程中，在塑造最外一圈轮廓时用于驱动与所述塑型环节对应的X轴步进电机和Y轴步进电机的脉冲信号；
所述装置包括：
参数测量单元，用于确定目标机械参数；
外圈路径获取单元，用于采集所述彩色3D打印机的塑型装置在逐层3D打印以形成目标实物模型的过程中在进行到任一3D打印层的外圈时发出的与该3D打印层对应的用于驱动与所述塑型环节对应的X轴步进电机和Y轴步进电机的塑型驱动脉冲信号，所述塑型驱动脉冲信号包括与该塑型驱动脉冲信号对应的转动周期以及转动方向；根据所述塑型驱动脉冲信号中包含的转动周期和转动方向、以及所述目标机械参数，计算该3D打印层对应的外圈路径；
原始运动信号采集单元，用于采集所述彩色3D打印机的喷绘装置在喷绘环节中发出的用于指示所述彩色3D打印机的喷绘装置进行喷绘的原始X轴喷绘运动信号，所述原始X轴喷绘运动信号为驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘环节对应的X轴电机运动的运动信号；
运动信号处理单元，用于根据所述目标机械参数、所述外圈路径对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，生成用于驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，以使所述喷绘装置在喷绘环节中沿所述任一3D打印层的外圈做环状运动以完成喷绘；
运动信号输出单元，用于输出所述运动信号处理单元生成的驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述外圈路径获取单元还用于根据所述转动周期和转动方向，计算所述彩色3D打印机的与塑型环节对应的X轴步进电机的X轴角速度、以及与塑型环节对应的Y轴步进电机的Y轴角速度；根据所述目标机械参数和所述计算得到的X轴角速度和Y轴角速度，分别计算对应的X轴线速度和Y轴线速度；根据所述X轴线速度和Y轴线速度计算与所述该3D打印层对应的外圈路径对应的法向量变化角度值；根据所述法向量变化角度、所述X轴线速度和Y轴线速度计算所述该3D打印层对应的外圈路径。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述运动信号处理单元还用于根据所述法向量变化角度、所述X轴线速度和Y轴线速度，计算所述外圈路径包含的每一个坐标点处的瞬态偏移角度值；根据所述原始X轴喷绘运动信号包含的所述喷绘装置的喷墨头沿X轴运动的线速度、以及所述计算得到的瞬态偏移角度值，计算所述喷墨头沿所述外圈路径做环状运动过程的沿X轴运动的X轴修正线速度值和沿Y轴运动的Y轴修正线速度值；根据所述原始X轴喷绘运动信号、所述X轴修正线速度值、Y轴修正线速度值以及所述目标机械参数构造驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述参数测量单元还用于读取预存储的目标机械参数，或，获取所述彩色3D打印机的机械尺寸，根据预设的机械参数计算算法和所述获取到的机械尺寸计算所述目标机械参数。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述运动信号处理单元还用于获取所述原始X轴喷绘运动信号的占空比；根据所述占空比和所述目标机械参数计算所述喷绘装置的喷墨头沿与所述彩色3D打印机的喷绘环节对应的X轴运动的原始X轴喷绘线速度；根据所述原始X轴喷绘线速度和所述外圈路径计算所述喷墨头沿所述彩色3D打印机与喷绘环节对应的X轴电机对应的修正X轴喷绘线速度、以及与喷绘环节对应的Y轴电机对应的修正Y轴喷绘线速度；根据所述目标机械参数和所述修正X轴喷绘线速度、所述修正Y轴喷绘线速度构造驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述彩色3D打印机的与所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号。
11.一种彩色3D打印机，其特征在于，所述彩色3D打印机与一上位机相连接；所述彩色3D打印机包括：用于在塑型环节中逐层打印以形成目标实物模型的塑型装置、设置有喷墨头且用于对所述塑型环节中形成的目标实物模型进行喷绘的喷绘装置、至少一个X轴电机、至少一个Y轴电机以及如权利要求6至10任一项所述的对外廓塑型驱动信号进行解析的装置；
所述塑型装置用于从所述上位机处获取用于塑型的塑型信号，并对接收到的塑型信号进行解析，得到与塑型环节对应的X轴塑型运动信号和Y轴塑型运动信号，用以驱动所述至少一个X轴电机和至少一个Y轴电机中与塑型装置对应的电机进行运动以完成塑型过程；
所述喷绘装置用于从所述上位机处获取用于指示喷绘的喷墨信号并进行解析，获取用于指示所述彩色3D打印机的喷绘装置进行喷绘的原始X轴喷绘运动信号，由所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，得到用于驱动所述喷绘装置对应的X轴电机的X轴喷绘脉冲驱动信号以及驱动所述喷绘装置对应的Y轴电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号，用以驱动所述至少一个X轴电机和至少一个Y轴电机中与喷绘装置对应的电机进行运动，以使所述喷墨头沿着所述外圈路径做水平环式运动以完成喷绘过程。
12.根据权利要求11所述的彩色3D打印机，其特征在于，所述彩色3D打印机的Y轴轨道上还设置有至少一个接近传感器，用于对所述塑型装置或喷绘装置的运动机构进行检测，在所述接近传感器检测到所述运动机构接近的情况下，所述上位机发送控制指令给所述喷绘装置或塑型装置。
13.根据权利要求11所述的彩色3D打印机，其特征在于，所述彩色3D打印机包含的X轴电机数量为1、包含的Y轴电机数量为1、且所述X轴电机和所述Y轴电机均为步进电机；所述彩色打印机还包括双路选择器和电机驱动器；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于从上位机处获取路径交替控制指令并进行解析，将所述解析得到的用于交换控制权的路径控制信号发送给双路选择器；
所述双路选择器用于根据所述路径控制信号，将所述塑型装置发出的X轴塑型运动信号和Y轴塑型运动信号传输至所述电机驱动器，以驱动所述X轴电机、Y轴电机进行运动，从而完成塑型过程；所述双路选择器还用于根据所述路径控制信号，将所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置发出的X轴喷绘脉冲驱动信号和Y轴喷绘脉冲驱动信号传输至所述电机驱动器，以驱动所述X轴电机、Y轴电机进行运动，从而完成喷绘过程。
14.根据权利要求11所述的彩色3D打印机，其特征在于，所述彩色3D打印机包含一X轴直流电机和一X轴步进电机、一Y轴直流电机和一Y轴步进电机；所述彩色打印机还包括双路选择器和电机驱动器；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，得到用于驱动所述彩色3D打印机的喷绘装置对应的X轴直流电机和Y轴直流电机的X轴塑型脉冲驱动信号和Y轴塑型脉冲驱动信号；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于从上位机处获取路径交替控制指令并进行解析，将所述解析得到的用于交换控制权的路径控制信号发送给双路选择器；
所述双路选择器用于根据所述路径控制信号，将所述塑型装置发出的X轴塑型运动信号和Y轴塑型运动信号传输至所述电机驱动器，以驱动所述X轴步进电机、Y轴步进电机进行运动，从而完成塑型过程；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于将生成的X轴喷绘脉冲驱动信号和Y轴喷绘脉冲驱动信号发送给所述X轴直流电机和Y轴直流电机，以驱动所述X轴直流电机和Y轴直流电机进行运动，从而完成喷绘过程。
15.根据权利要求11所述的彩色3D打印机，其特征在于，所述彩色3D打印机包含的X轴电机的数量为1、且为X轴步进电机，所述彩色3D打印机还包括一Y轴直流电机和一Y轴步进电机；所述彩色打印机还包括双路选择器和电机驱动器；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，得到用于驱动所述彩色3D打印机的喷绘装置对应的X轴步进电机和Y轴直流电机的X轴喷绘脉冲驱动信号和Y轴喷绘脉冲驱动信号；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于从上位机处获取路径交替控制指令并进行解析，将所述解析得到的用于交换控制权的路径控制信号发送给双路选择器；
所述双路选择器用于根据所述路径控制信号，将所述塑型装置发出的X轴塑型运动信号和Y轴塑型运动信号传输至所述电机驱动器，以驱动所述X轴步进电机、Y轴步进电机进行运动，从而完成塑型过程；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于将生成的Y轴喷绘脉冲驱动信号发送给所述Y轴直流电机，以驱动所述Y轴直流电机进行运动，所述双路选择器还用于根据所述路径控制信号，将所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置发出的X轴喷绘脉冲驱动信号传输至所述电机驱动器，以驱动所述X轴步进电机进行运动，从而完成喷绘过程。
16.根据权利要求11所述的彩色3D打印机，其特征在于，所述彩色3D打印机包含的Y轴电机的数量为1、且为Y轴步进电机，所述彩色3D打印机还包括一X轴直流电机和一X轴步进电机；所述彩色打印机还包括双路选择器和电机驱动器；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于对所述原始X轴喷绘运动信号进行解析，得到用于驱动与所述喷绘装置对应的X轴直流电机的X轴喷绘脉冲驱动信号和驱动所述Y轴步进电机的Y轴喷绘脉冲驱动信号；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于从上位机处获取路径交替控制指令并进行解析，将所述解析得到的用于交换控制权的路径控制信号发送给双路选择器；
所述双路选择器用于根据所述路径控制信号，将所述塑型装置发出的X轴塑型运动信号和Y轴塑型运动信号传输至所述电机驱动器，以驱动所述X轴步进电机、Y轴步进电机进行运动，从而完成塑型过程；
所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置还用于将生成的X轴喷绘脉冲驱动信号发送给所述X轴直流电机，以驱动所述X轴直流电机进行运动，所述双路选择器还用于根据所述路径控制信号，将所述对外廓塑型驱动信号进行解析的装置发出的Y轴喷绘脉冲驱动信号传输至所述电机驱动器，以驱动所述Y轴步进电机进行运动，从而完成喷绘过程。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711350520.5A CN109927279B (zh) | 2017-12-15 | 2017-12-15 | 对外廓塑型驱动信号进行解析的装置、彩色3d打印机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711350520.5A CN109927279B (zh) | 2017-12-15 | 2017-12-15 | 对外廓塑型驱动信号进行解析的装置、彩色3d打印机 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109927279A CN109927279A (zh) | 2019-06-25 |
| CN109927279B true CN109927279B (zh) | 2021-01-15 |
Family
ID=66979962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711350520.5A Active CN109927279B (zh) | 2017-12-15 | 2017-12-15 | 对外廓塑型驱动信号进行解析的装置、彩色3d打印机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109927279B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115214245B (zh) * | 2021-04-21 | 2023-07-25 | 佛山希望数码印刷设备有限公司 | 一种机械手通过plc进行喷墨打印的方法及系统 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1176797C (zh) * | 1999-08-18 | 2004-11-24 | 仲伟虹 | 一种分层制造设备与工艺 |
| US20150277155A1 (en) * | 2014-03-31 | 2015-10-01 | New Eye London Ltd. | Customized eyewear |
| US9744727B2 (en) * | 2014-04-02 | 2017-08-29 | Autodesk, Inc. | Electro-mechanical 3D printing design system |
| CN104085107B (zh) * | 2014-06-26 | 2016-09-28 | 珠海天威飞马打印耗材有限公司 | 三维打印机、三维打印机的打印方法及其打印装置 |
| CN105619822A (zh) * | 2016-03-15 | 2016-06-01 | 东华大学 | 一种3d打印机运动控制系统及方法 |
| CN106393664A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-15 | 华南理工大学 | 提高uv‑led喷墨3d打印质量的打印方法及装置 |
| CN106393662B (zh) * | 2016-11-30 | 2019-11-26 | 深圳市七号科技有限公司 | 一种全彩色3d打印的装置和方法 |
-
2017
- 2017-12-15 CN CN201711350520.5A patent/CN109927279B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109927279A (zh) | 2019-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107718564B (zh) | 一种fdm三维打印机智能控制系统及方法 | |
| CN103538382B (zh) | 用于在表面上印刷的方法和装置 | |
| CN106152971B (zh) | 机器视觉辅助下的激光三维扫描标示方法 | |
| KR20180057471A (ko) | 3d 프린터의 컬러 오브젝트 인쇄 방법 | |
| CN109130170A (zh) | 一种聚合物多材料增减材复合成形系统及方法 | |
| CN109414881A (zh) | 多轴机械系统与视觉监视相结合的3d打印方法与装置 | |
| CN109927279B (zh) | 对外廓塑型驱动信号进行解析的装置、彩色3d打印机 | |
| CN108151660A (zh) | 一种飞机部件对接间隙和阶差的测量装备、方法及系统 | |
| JP6785910B2 (ja) | ３ｄソリッドモデルの自動着色方法 | |
| CN109866220A (zh) | 机械手臂的校正装置及其校正方法 | |
| JP2015134410A (ja) | 印刷装置および印刷方法 | |
| CN106466920B (zh) | 一种3d物体的打印方法及系统 | |
| US20240126942A1 (en) | Machine Learning for Additive Manufacturing | |
| CN105479740B (zh) | 一种物体自动上色装置及方法 | |
| CN111251189B (zh) | 一种用于铸件打磨的视觉定位方法 | |
| JP6613053B2 (ja) | 加飾装置及び成形加飾システム | |
| CN109927280B (zh) | 对外廓命令进行解析的方法及装置、彩色3d打印机 | |
| US20150156462A1 (en) | Method for measuring large components | |
| JP4616853B2 (ja) | モデル加工方法およびモデル加工システム | |
| CN109501476B (zh) | 一种数码印罐机打印精度控制方法以及数码印罐机 | |
| CN107560563A (zh) | 一种线激光三维测量装置标定及误差补偿方法 | |
| US20150298260A1 (en) | Method and system for marking a surface by laser treatment | |
| KR20000073153A (ko) | 3차원 인쇄장치, 3차원 칼라조형장치 및 이를 이용한 3차원 칼라복사장치. | |
| EP3860860A1 (en) | Printing using an externally generated reference | |
| CN213321732U (zh) | 一种利用等离子发生器的3d打印设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |