CN115195127B - 彩色3d打印设备及其控制方法、系统、可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种彩色3D打印设备及其控制方法、计算机可读存储介质，涉及文件处理技术领域。该方法包括接收待打印文件，对待打印文件进行数据解码，得到喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据，待打印文件使用切片文件存储格式进行封装；根据喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据，控制电机与喷头驱动协同执行打印工作，以使得喷头模组的运动和喷墨相关联；通过喷头模组反复执行打印工作，输出待打印文件的彩色模型。本申请实施例通过喷头模组的运动和喷墨相关联，能够解决多喷头装配误差和材料加工精度不足的问题，显著提高彩色3D打印设备的多喷头装配精度和材料加工精度。

Description

彩色3D打印设备及其控制方法、系统、可读存储介质

技术领域

本申请涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种彩色3D打印设备及其控制方法、计算机可读存储介质。

背景技术

近年来3D打印技术正以令人惊叹的速度发展，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段的3D打印技术被用来制造产品，具体可通过将数据和原料放进3D打印设备中，机器会按照程序把产品一层层造出来。

相关技术中，为了快速研发出满足人们的设计工作所使用的彩色3D打印设备以及3D打印耗材，光固化成型方式中的多喷头喷墨技术，因其喷头数量多，轻松实现了全彩色3D打印模型的效果。多喷头喷墨技术可以理解为全彩色二维平面打印技术，给打印设备中加入彩色墨盒，即可打印彩色二维图像，这里多喷头喷墨技术使用这个原理，只是把平面打印设备中的彩色墨盒换成了彩色光敏墨水，设备在程序控制下，喷射出彩色的光敏墨水，然后通过紫外灯的照射，即可立即固化，设备在此固化层上喷射一层光敏墨水，然后再通过紫外灯进行照射后固化，重复该动作，层层堆积，即可成型为三维彩色模型。但是，现有彩色3D打印机中需要控制各喷头行间隔距离，受到人为调节精度的限制，使得多喷头装配误差和材料加工精度不足，导致多喷头颜料不能以足够的精度喷射在单个像素上，造成颜色打印输出图像会产生颜色偏差。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的彩色3D打印设备及其控制方法、计算机可读存储介质，能够解决多喷头装配误差和材料加工精度不足的问题，显著提高彩色3D打印设备的多喷头装配精度和材料加工精度。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种彩色3D打印设备的控制方法，所述方法包括：

接收待打印文件，对所述待打印文件进行数据解码，得到喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据，所述待打印文件使用切片文件存储格式进行封装；

根据所述喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据，控制电机与所述喷头驱动协同执行打印工作，以使得所述喷头模组的运动和喷墨相关联；

通过所述喷头模组反复执行打印工作，输出待打印文件的彩色模型。

在一种可能的实现方式中，所述对所述待打印的文件数据进行数据解码，得到喷头模组的运动轨迹信息以及喷头模组所需的喷墨图像信息，包括：

通过对所述待打印的文件数据进行数据解码，分别确定喷墨所需各层图像的尺寸信息以及喷头模组的像素颜色数据；

根据所述喷墨所需各层图像的尺寸信息，确定所述喷头模组的喷墨运动轨迹，所述喷墨运动轨迹具体为电机的往返运动轨迹；

根据所述喷头模组的像素颜色数据，计算喷头模组所需的喷墨图像数据，所述喷墨图像数据由喷头模组中单喷孔的喷墨次数以及喷头模组的运动轨迹决定。

在一种可能的实现方式中，所述切片文件存储格式具体采用预设图片存储容器结合打印文件基础信息进行自定义封装，所述预设图片存储容器用于存储待打印文件的各层内存地址信息，所述通过对所述待打印的文件数据进行数据解码，分别确定喷墨所需各层图像的尺寸信息以及喷头模组的像素颜色数据，包括：

通过对所述待打印的文件数据进行数据解码，获取打印文件基础信息以及从预设图片存储容器中提取待打印文件的各层内存地址信息；

根据所述待打印文件的各层内存地址信息从所述打印文件基础信息中进行数据寻址，分别确定喷墨所需各层图像的尺寸信息以及喷头模组的像素颜色数据。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述待打印文件的各层内存地址信息从所述打印文件基础信息中进行数据寻址，分别确定喷墨所需各层图像的尺寸信息以及喷头模组的像素颜色数据，包括：

根据所述待打印文件的各层内存地址信息从所述打印文件基础信息中进行数据寻址，获取喷墨所需各层图像的喷墨属性参数，所述喷墨属性参数至少包括喷孔属性参数、喷头属性参数以及颜色属性参数；

结合所述喷孔属性参数和所述喷头属性参数，确定喷墨所需各层图像的尺寸信息；

结合所述喷头属性参数和所述颜色属性数据，确定喷头模组的像素颜色数据。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据，控制电机与所述喷头驱动协同执行打印工作，以使得所述喷头模组的运动和喷墨相关联，包括：

在执行打印工作时调用固件代码驱动所述电机，以使得所述电机沿着所述喷墨运动轨迹控制所述喷头模组执行加速运动；

将所述喷墨图像数据传输至所述喷头驱动，以使得当所述喷头模组运动达到匀速设定数值时所述喷头驱动根据所述喷墨图像数据控制所述喷头模组执行喷墨；

在所述喷头模组执行喷墨过程中捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，结合所述行脉冲信号驱动所述电机，以使得所述电机沿着所述喷墨运动轨迹控制所述喷头模组执行减速运动；

以所述喷头模组执行加速运动至减速运动的过程作为一次喷墨定位过程，反复执行所述喷墨定位过程，以使得所述喷头模组的运动和喷墨相关联。

在一种可能的实现方式中，所述当所述喷头模组运动达到匀速设定数值时所述喷头驱动根据所述喷墨图像数据控制所述喷头模组执行喷墨，包括：

在所述喷头模组执行加速运动的过程中，检测所述喷头模组的运动速度是否达到匀速设定速度；

若是，则生成并将同步信号发送至所述喷头驱动，以使得所述喷头驱动根据所述喷墨图像数据控制所述喷头模组执行喷墨。

在一种可能的实现方式中，所述在所述喷头模组执行喷墨过程中捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，结合所述行脉冲信号驱动所述电机，以使得所述电机沿着所述喷墨运动轨迹控制所述喷头模组执行减速运动，包括：

在所述喷头模组执行喷墨过程中捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，并根据所述行脉冲信号生成记录步进距离的步进脉冲信号；

当所述步进脉冲信号记录的步进距离到达预设距离时，驱动所述电机，以使得所述电机沿着所述喷墨运动轨迹控制所述喷头模组执行减速运动。

在一种可能的实现方式中，所述行脉冲信号为所述喷头模组执行喷墨所需的电平，所述在所述喷头模组执行喷墨过程中捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，并根据所述行脉冲信号生成记录步进距离的步进脉冲信号，包括：

在所述喷头模组执行喷墨过程中使用第一定时器捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，当捕获到所述行脉冲信号中电平的上升沿时，执行步进距离的电平反转；

使用第二定时器产生的步进脉冲计数来记录步进距离，当所述步进距离达到设定距离时关断步进距离的电平反转；

通过执行与关断所述步进距离的电平反转，生成记录步进距离的步进脉冲信号。

第二方面，提供了一种彩色3D打印设备的控制系统，所述系统包括：

解码单元，用于接收待打印文件，对所述待打印文件进行数据解码，得到喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据，所述待打印文件使用切片文件存储格式进行封装；

控制单元，用于根据所述喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据，控制电机与所述喷头驱动协同执行打印工作，以使得所述喷头模组的运动和喷墨相关联；

输出单元，用于通过所述喷头模组反复执行打印工作，输出待打印文件的彩色模型。

第三方面，提供了一种彩色3D打印设备，所述彩色3D打印设备包括：主控制器、喷头驱动、喷头模组以及电机，所述喷头模组由所述电机控制运动，由所述喷头驱动控制喷墨，且运动与喷墨相关联；

所述主控制器分别与所述电机、所述喷头驱动相连，用于执行上述任一项所述的彩色3D打印设备的控制方法。

在一种可能的实现方式中，所述主控制器中配置有第一定时器和第二定时器；

所述第一定时器为脉冲定时器，用于捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，当捕获到所述行脉冲信号中电平的上升沿时，执行步进距离的电平反转；

所述第二定时器为步进脉冲计数器，用于记录步进距离，当所述步进距离达到设定距离时关断步进距离的电平反转。

第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被配置为运行时执行上述任一项所述的彩色3D打印设备的控制方法。

借由上述技术方案，本申请实施例提供的彩色3D打印设备的控制方法和系统、彩色3D打印机及计算机可读存储介质，可以根据喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据，控制电机与喷头驱动协同执行打印工作，使得喷头模组的运动和喷墨相关联，以将喷头颜料喷射在同一像素点上，能够解决多喷头装配误差和材料加工精度不足的问题，显著提高彩色3D打印设备的多喷头装配精度和材料加工精度。

进一步地，由于待打印文件使用特定数据存储格式的优化和封装，可以提高数据解码效率和准确性，进而在应用解码数据控制电机与喷头驱动协同执行打印工作的过程中，能够实现喷墨操作的精准控制。相较于现有技术中人为控制喷头行间隔距离所产生的精度限制，本申请实施例中通过喷头模组的运动和喷墨相关联，能够根据喷墨定位出行偏差距离，通过软件补偿像素行数据偏差，提高喷墨定位的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示出了根据本申请实施例提供的彩色3D打印设备的控制方法的流程示意图；

图2示出了本申请一实施例提供的待打印文件的数据存储结构示意图；

图3A示出了根据本申请一实施例提供的喷头模组中每个喷头中喷孔的排列分布示意图；

图3B示出了根据本申请另一实施例提供的喷孔数据的数据寻址过程示意图；

图4示出了根据本申请一实施例提供的彩色3D打印设备的控制流程框图；

图5示出了根据本申请一实施例提供的主控制器对喷头驱动以及电机的联动控制过程的坐标示意图；

图6示出了根据本申请一实施例提供的两个定时器协同执行打印工作的控制逻辑框图；

图7示出了根据本申请一实施例提供的彩色3D打印设备的控制流程框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。

本申请实施例提供了一种彩色3D打印设备的控制方法，能够解决多喷头装配误差和材料加工精度不足的问题，显著提高彩色3D打印设备的多喷头装配精度和材料加工精度，如图1所示，该方法可以包括：

S101、接收待打印文件，对所述待打印文件进行数据解码，得到喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据。

其中，待打印文件可以为不同文档格式的彩色图像文件。为了便于打印过程中对图像进行喷墨定位，这里待打印文件使用切片文件存储格式进行封装，该切片文档格式可以采用Tif图片存储容器，并在此格式向上封装。

可以理解的是，待打印文件可以存储在U盘中，也可以存储在彩色3D打印机的存储器中。这里可以通过文件读取指令触发打印工作的执行，进而接收待打印文件，对待打印文件进行数据解码，该数据解码过程相当于对待打印文件对应的帧数据进行处理，一方面将帧数据间隔输出行数据控制锁存器产生喷头模组喷墨所需的电平，形成喷头模组所需的喷墨图像数据，通过SPI协议传输喷墨图像数据至喷头驱动，由喷头驱动基于可编程逻辑器件FPGA控制喷头模组进行喷墨，另一方面结合帧数据调用Marlin代码，形成喷墨运动轨迹，根据喷墨运动轨迹驱动电机，由电机控制喷头模组进行加减速运动。这里的电机可以是步进电机，也可以是伺服电机，在此不进行限定。

S102、根据所述喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据，控制电机与所述喷头驱动协同执行打印工作，以使得所述喷头模组的运动和喷墨相关联。

可以理解的是，在执行打印工作过程中，电机主要控制喷头模组的运动，喷头驱动主要控制喷头模组的喷墨，而喷头模组的运动和喷墨共同决定了喷墨位置的准确性，这里通过控制电机与喷头驱动协同执行打印工作，以使得喷头模组的运动和喷墨相关联，从而实现精准喷墨。

S103、通过所述喷头模组反复执行打印工作，输出待打印文件的彩色模型。

这里喷头模组执行打印工作即为待打印文件的一次平面喷墨过程，进一步在执行完待打印文件的平面喷墨后，通过开灯固化平面，抬升层厚高度后反复执行打印工作即可形成完整的模型。

本申请实施例提供的彩色3D打印设备的控制方法，可以根据喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据，控制电机与喷头驱动协同执行打印工作，使得喷头模组的运动和喷墨相关联，以将喷头颜料喷射在同一像素点上，能够解决多喷头装配误差和材料加工精度不足的问题，显著提高彩色3D打印设备的多喷头装配精度和材料加工精度。

在实际应用中，上述彩色3D打印设备采用的是堆叠技术，该原理与相关技术中彩色打印设备相似，通过将纸张堆叠起来以产生一个立体的模型，但这里彩色3D打印设备所使用材料是光敏墨水，该材料在遇到紫外光时会固化为一层切片的模型，然后累积高度形成完整模型。具体采用的彩色打印技术为喷墨技术，就是由多个喷头形成的喷头模组在纸张上平行移动，运动到每个像素距离时，喷射一定量的墨水在像素格上，形成一定厚度。这里彩色打印技术采用的颜色混叠模式为CMYK混合叠加，通过喷头模组中各个喷头在运动时精确喷射到同一个像素格上以实现颜色的混合，具体颜色可根据颜料喷射次数占比进行控制，例如，喷头模组由4个并排的喷头组成，分别装入不同的颜色的墨水用于喷射混合，红色的CMYK混合占比为0：93：94：0，在执行喷墨时第一排喷头的喷孔运动到特定位置时无需喷射，第二排喷头的喷孔运动到特定位置时喷射93次，第三排喷头的喷孔运动到特定位置时喷射94次，第四排喷头的喷孔运动到特定位置时无需喷射。

作为本实施例中一种实现方式，具体地在对待打印的文件数据进行数据解码过程中，可以包括：

S101-1、通过对所述待打印的文件数据进行数据解码，分别确定喷墨所需各层图像的尺寸信息以及喷头模组的像素颜色数据。

其中，切片文件存储格式具体采用预设图片存储容器结合打印文件基础信息进行自定义封装，预设图片存储容器用于存储待打印文件的各层内存地址信息，具体地，可以通过对待打印的文件数据进行数据解码，获取打印文件基础信息以及从预设图片存储容器中提取待打印文件的各层内存地址信息；并根据待打印文件的各层内存地址信息从打印文件基础信息中进行数据寻址，分别确定喷墨所需各层图像的尺寸信息以及喷头模组的像素颜色数据。

在实际应用中，这里预设图片存储容器可以为TIF图像容器，具体存储格式可以如图2所示，采用在TIF图像容器基础上在自定义打印基础文件信息，图2中左边为TIF图片存储格式，该TIF图像容器一般由四个部分组成：信息头(各层偏移内存地址)、信息目录(各层TIF获取TAG数量和地址并解析)、信息内容(图像宽度、图像宽高、各图像字节数、CMYK颜色数据图内存地址、颜色数据类型、颜色数据宽度、图像排列方式)、图像数据，图2中右边为打印文件基础信息，如打印总层数、喷头设备数量、单像素最大喷墨次数(喷墨量决定厚度)、额定运动速度(打印速度)、各层图片信息开始地址(各帧图像开始的地址)。

进一步的，由于喷墨运动轨迹需要遍历待打印文件中的所有像素，所以喷墨运动轨迹与图像尺寸信息相关，而喷墨颜色数据需要针对每个像素执行多次喷墨，所以喷墨颜色数据与喷孔喷墨次数相关，具体在确定喷墨所需各层图像的尺寸信息以及喷头模组的像素颜色数据的过程中，可以根据待打印文件的各层内存地址信息从打印文件基础信息中进行数据寻址，获取喷墨所需各层图像的喷墨属性参数，喷墨属性参数至少包括喷孔属性参数、喷头属性参数以及颜色属性参数；结合喷孔属性参数和喷头属性参数，确定喷墨所需各层图像的尺寸信息；结合喷头属性参数和颜色属性数据，确定喷头模组的像素颜色数据。

在本发明实施例中，该喷墨颜色数据即为喷头模组进行喷墨的喷墨图像中一行的数据量，具体喷头模组中每个喷头中喷孔的排列分布可以如图3A所示，喷孔大小即为实际打印时图像像素的大小，此时，喷头模组进行喷墨的喷墨图像中一行的数据量即为4个喷头*2行喷孔数据。该喷孔数据可根据喷孔间隔、喷孔行间距以及喷头行间距的方式进行数据寻址，具体喷孔数据的数据寻址过程如图3B所示，图3B中网格部分为实际图像像素，圆孔为实际喷孔，此时喷孔间距为像素间隔1像素，喷孔行间距为像素行间隔16行，喷头行间隔为两个喷头装配距离进行调节得到。

进一步的，上述喷孔间隔和喷孔行间隔是固定的，而喷头行间隔是可以调节的，考虑到喷头行间隔对像素定位精度的影响，可在数据数据寻址过程引入喷墨颜色数据开始索引行偏移，即索引到第n行才开始对该色相数据进行解码传输，以控制喷头行间隔距离。

S101-2、根据所述喷墨所需各层图像的尺寸信息，确定所述喷头模组的喷墨运动轨迹，所述喷墨运动轨迹具体为电机的往返运动轨迹。

由于预设图片存储容器中存储的各层内存地址信息相当于喷墨过程中的定位索引和颜色索引，这里根据各层内存地址信息可以从打印文件基础信息中确定出喷头模组执行喷墨的路径。具体可从喷墨所需各层图像的尺寸信息中获取图片宽高，根据图片宽高，确定喷头模组所需喷墨列数，该喷墨列数为图像像素宽度/喷头最大像素宽度，进而根据喷头模组所需喷墨列数可制定用于电机控制喷头模组的喷墨运动轨迹。

S101-3、根据所述喷头模组的像素颜色数据，计算喷头模组所需的喷墨图像数据，所述喷墨图像数据由喷头模组中单喷孔的喷墨次数以及喷头模组的运动轨迹决定。

同样的，这里根据各层内存地址信息还可以从打印文件基础信息中确定出喷头模组执行喷墨的次数。具体可以从喷头模组的像素颜色数据中获取喷头模组中各色相像素颜色数据，根据个色相像素颜色数据计算单喷孔的喷墨次数，该单喷孔的喷墨次数为像素大小层厚所需喷墨量/单次喷墨量*该像素色相占比，进而根据单喷孔的喷墨次数可确定喷头模组的像素颜色数据。

由于电机与喷头驱动都是控制喷头模组执行打印工作的设备，两者相结合可以更好的实现对喷头模组进行喷墨控制，在本实施例中，具体地，在控制电机与喷头驱动协同执行打印工作的过程中，可以包括：

S102-1、在执行打印工作时调用固件代码驱动所述电机，以使得所述电机沿着所述喷墨运动轨迹控制所述喷头模组执行加速运动。

这里的电机可以使用Marlin的电机驱动子系统来驱动，该系统由中断响应函数实现。对于3D打印设备系统，x、y轴的运动往往变化非常频繁，不仅在每次更新位置的速度不同，而且每一段位移的速度也需要经历加速，恒速和减速阶段，如果不同动作之间的速度衔接不合理，会对电路系统造成强大的电流冲击。具体速度衔接可以使用路径规划器按照预先设计好的喷墨运动轨迹计算整个速度曲线，并驱动电机按照整个速度曲线来控制喷头模组行进速度的快慢，针对每一个像素行，电机会沿着喷墨运动轨迹控制喷头模组执行加速运动，这里加速运动的目的是控制喷头模组准确定位到当前像素行的喷墨起始位置。

S102-2、将所述喷墨图像数据传输至所述喷头驱动，以使得当所述喷头模组运动达到匀速设定数值时所述喷头驱动根据所述喷墨图像数据控制所述喷头模组执行喷墨。

可以理解的是，为了保证喷墨精度，当喷头模组定位到任一像素行的起始位置，需要控制喷头模组执行匀速运动，以保证颜料可以准确喷射到对应像素上。这里喷墨颜色数据相当于喷头模组在图像中各个像素点执行的喷墨数据，这里每个喷头针对不同像素点执行不同喷墨次数，从而保证打印输出的彩色模型能够达到理想的颜色效果。例如，喷头模组包括4个喷头，第一个喷头针对像素点a执行喷墨次数为0，第二个喷头针对像素点a执行喷墨次数为40，第三个喷头针对像素点a执行喷墨次数为100，第四个点针对像素点a执行喷墨次数为0。

具体地，可以在喷头模组执行加速运动的过程中，检测喷头模组的运动速度是否达到匀速设定速度；若是，则生成并将同步信号发送至喷头驱动，以使得喷头驱动根据喷墨图像数据控制喷头模组执行喷墨。这里同步信号被发送至喷头驱动后，喷头驱动会根据同步信号控制喷头模组执行运动的同时执行定位喷墨。

S102-3、在所述喷头模组执行喷墨过程中捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，结合所述行脉冲信号驱动所述电机，以使得所述电机沿着所述喷墨运动轨迹控制所述喷头模组执行减速运动。

考虑到喷头模组执行运动对喷墨精度的影响，具体地，可以在喷头模组执行喷墨过程中捕获喷头驱动输出的行脉冲信号，并根据行脉冲信号生成记录步进距离的步进脉冲信号；当步进脉冲信号记录的步进距离到达预设距离时，驱动电机，以使得电机沿着喷墨运动轨迹控制喷头模组执行减速运动，这里减速运动主要为了控制喷头模组定位到到下一像素行的喷墨起始位置，以避免喷头模组在当前像素行产生多余的步进位移。

可以理解的是，这里在执行减速的同时喷头驱动会控制喷头模组停止喷墨，并在喷头模组减速运动到下一个像素行后开始加速运动至匀速后，即当运动到下一个像素行的喷墨起始位置后再次控制喷头模组执行喷墨。

其中，行脉冲信号为喷头模组执行喷墨所需的电平，具体根据所述行脉冲信号生成记录步进距离的步进脉冲信号的过程中，可以在喷头模组执行喷墨过程中使用第一定时器捕获喷头驱动输出的行脉冲信号，当捕获到行脉冲信号中电平的上升沿时，执行步进距离的电平反转；使用第二定时器产生的步进脉冲计数来记录步进距离，当步进距离达到设定距离时关断步进距离的电平反转；通过执行与关断步进距离的电平反转，生成记录步进距离的步进脉冲信号。

在实际应用过程中，第一定时器可以为脉冲定时器，用于捕获行脉冲信号，在捕获到行脉冲信号的上升沿时产生步进距离的电平反转，这里行脉冲信号的两个上升沿对应步进脉冲信号的一个50％方波，第二定时器为步进脉冲计数器，用于记录步进距离，并在达到设定行像素的距离时及时关断脉冲驱动的电平，以防止喷头模组产生过多的位移增加，同时由电机控制喷头驱动减速运动。

S102-4、以所述喷头模组执行加速运动至减速运动的过程作为一次喷墨定位过程，反复执行所述喷墨定位过程，以使得所述喷头模组的运动和喷墨相关联。

通常情况下，在起始时刻喷头模组会在电机的控制下在执行加速运动，并在行进速度达到匀速后由喷头驱动控制喷头模组执行喷墨，在喷头模组执行完一个像素行的喷墨后，喷头模组会在电机的控制下在执行减速运动，以定位到下一个像素行的起始喷墨位置。通过电机不断反复控制喷头模组的加减速，并喷头驱动达到匀速的同时发送同步信号喷头驱动，控制喷头模组针对每个像素行进行喷墨定位，将喷头模组的运动和喷墨相关联，以提高喷墨精度。

进一步的，基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种彩色3D打印设备，该彩色3D打印设备包括：主控制器、喷头驱动、喷头模组以及电机，喷头模组由电机控制运动，由喷头驱动控制喷墨，且运动与喷墨相关联，这里主控制器分别与电机、喷头驱动相连，用于执行上述彩色3D打印设备的控制方法。

具体地，该彩色3D打印设备的控制流程如图4所示，这里主控制器为MCU主控制器，喷头驱动为FPGA喷头驱动，MCU主控制器主要负责数据解码、运动控制和人机交互，FPGA喷头驱动主要负责对帧数据进行处理，并将帧数据间隔输出为行数据控制锁存器产生喷头模组喷墨所需的电平，以控制喷头模组执行喷墨，具体控制逻辑如下：首先MCU主控制器读取U盘打印文件数据，并对打印文件数据进行数据解码来补偿各色数据开始行，一方面将解码后的数据通过SPI协议传输整帧数据给FPGA喷头驱动进行喷墨控制，另一方面调用Marlin代码驱动电机，控制喷头模组加减速运动，并在喷头模组达到匀速时发送同步信号至FPGA喷头驱动，在喷头模组执行喷墨和运动的过程中，MCU主控制器捕获FPGA喷头驱动输出的行脉冲信号，并根据行脉冲信号生成步进脉冲信号，进而联动控制电机，使得喷头模组的运动和喷墨相关联，最后开灯固化平面，抬升层厚高度，以此反复打印输出彩色模型。

本发明实施例中，具体补偿各色数据开始行的工作原理如下：待打印文件进行数据解码后喷头模组开始打印，以喷头模组包括4个喷头，打印CMYK混合占比为0：93：94：0的红色图像为例，第一喷头的喷孔运动到某一位置时无需喷射，将该位置记录为开始点，由于喷头之间的间隔就是需要补偿的像素行，根据第二喷头与第一喷头之间的距离，当第二喷头运动至该开始点后，控制第二喷头喷射93次，同理，第三喷头喷射94次，第四喷头无需喷射，最终将4个喷头分别喷射产生的灰度图混合成彩色图像，从而实现减少喷墨定位偏差的目的。

可以理解的是，喷头模组执行运动过程中，为了提高喷头模组中各个喷头对像素定位精度，图5为MCU主控制器对FPGA喷头驱动以及电机的联动控制过程的坐标示意图，该过程中喷头模组的加速部分采用MCU主控制器来控制，匀速喷墨部分由FPGA喷头驱动来控制，具体可通过使用主控制器MCU驱动电机，进而控制喷头模组的加减速运动，在喷头模组运动达到匀速时发送同步信号至FPGA喷头驱动，以使得喷头驱动控制喷头模组执行喷墨，进一步主控制器MCU会在喷头模组执行喷墨过程中捕获喷头驱动输出的行脉冲信号，并根据行脉冲信号输出控制电机的步进脉冲信号，进而结合喷墨定位来驱动电机，以实现控制喷头模组的运动与喷墨相关联。

进一步的，考虑到行脉冲信号和步进脉冲信号都是对喷墨过程进行控制的信号，该实现过程需要定时器配合完成，具体可以在主控制器中配置第一定时器和第二定时器；

第一定时器为脉冲定时器，定时器装载值为1，比较值为1，用于捕获喷头驱动输出的行脉冲信号，当捕获到所述行脉冲信号中电平的上升沿时，执行步进距离的电平反转；

第二定时器为步进脉冲计数器，计数值设定为目标距离，用于记录步进距离，当步进距离达到设定距离时关断步进距离的电平反转。

具体地，图6为两个定时器协同执行打印工作的控制逻辑框图，每当FPGA喷头驱动控制喷头模组喷射一个墨滴时，会产生一个行脉冲信号，而MCU主控制器捕获到该行脉冲信号后，根据行脉冲信号的上升沿将步进脉冲信号对应电平反转，以产生步进脉冲信号的波形占空比为50％，此时步进脉冲计数器记录实际步数，该实际步数即为喷墨每行所执行的步数，进而更新触发DMA(直接存储器访问控制器)将脉冲定时器装载值置0，使得电平状态不发生变化，此时喷墨完成，MCU驱动电机控制喷头模组恢复减速运动。

进一步的，基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种彩色3D打印设备的控制系统，如图7所示，所述系统包括：解码单元21、控制单元22、输出单元23。

解码单元21，可以用于接收待打印文件，对所述待打印文件进行数据解码，得到喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据，所述待打印文件使用切片文件存储格式进行封装；

控制单元22，可以用于根据所述喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据，控制电机与所述喷头驱动协同执行打印工作，以使得所述喷头模组的运动和喷墨相关联；

输出单元23，可以用于通过所述喷头模组反复执行打印工作，输出待打印文件的彩色模型。

在具体的应用场景中，所述解码单元21包括：

解码模块，可以用于通过对所述待打印的文件数据进行数据解码，分别确定喷墨所需各层图像的尺寸信息以及喷头模组的像素颜色数据；

确定模块，可以用于根据所述喷墨所需各层图像的尺寸信息，确定所述喷头模组的喷墨运动轨迹，所述喷墨运动轨迹具体为电机的往返运动轨迹；

计算模块，可以用于根据所述喷头模组的像素颜色数据，计算喷头模组所需的喷墨图像数据，所述喷墨图像数据由喷头模组中单喷孔的喷墨次数以及喷头模组的运动轨迹决定。

在具体的应用场景中，所述切片文件存储格式具体采用预设图片存储容器结合打印文件基础信息进行自定义封装，所述预设图片存储容器用于存储待打印文件的各层内存地址信息，所述解码单元，具体可以用于通过对所述待打印的文件数据进行数据解码，获取打印文件基础信息以及从预设图片存储容器中提取待打印文件的各层内存地址信息；

所述解码单元21，具体还可以用于根据所述待打印文件的各层内存地址信息从所述打印文件基础信息中进行数据寻址，分别确定喷墨所需各层图像的尺寸信息以及喷头模组的像素颜色数据。

在具体的应用场景中，所述解码单元，具体还可以用于根据所述待打印文件的各层内存地址信息从所述打印文件基础信息中进行数据寻址，获取喷墨所需各层图像的喷墨属性参数，所述喷墨属性参数至少包括喷孔属性参数、喷头属性参数以及颜色属性参数；结合所述喷孔属性参数和所述喷头属性参数，确定喷墨所需各层图像的尺寸信息；结合所述喷头属性参数和所述颜色属性数据，确定喷头模组的像素颜色数据。

在具体的应用场景中，所述控制单元22包括：

第一控制模块，可以用于在执行打印工作时调用固件代码驱动所述电机，以使得所述电机沿着所述喷墨运动轨迹控制所述喷头模组执行加速运动；

第二控制模块，可以用于将所述喷墨图像数据传输至所述喷头驱动，以使得当所述喷头模组运动达到匀速设定数值时所述喷头驱动根据所述喷墨图像数据控制所述喷头模组执行喷墨；

捕获模块，可以用于在所述喷头模组执行喷墨过程中捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，结合所述行脉冲信号驱动所述电机，以使得所述电机沿着所述喷墨运动轨迹控制所述喷头模组执行减速运动；

执行模块，可以用于以所述喷头模组执行加速运动至减速运动的过程作为一次喷墨定位过程，反复执行所述喷墨定位过程，以使得所述喷头模组的运动和喷墨相关联。

在具体的应用场景中，所述第二控制模块，具体可以用于在所述喷头模组执行加速运动的过程中，检测所述喷头模组的运动速度是否达到匀速设定速度；

所述第二控制模块，具体还可以用于若是，则生成并将同步信号发送至所述喷头驱动，以使得所述喷头驱动根据所述喷墨图像数据控制所述喷头模组执行喷墨。

在具体的应用场景中，所述捕获模块，具体可以用于在所述喷头模组执行喷墨过程中捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，并根据所述行脉冲信号生成记录步进距离的步进脉冲信号；

所述捕获模块，具体还可以用于当所述步进脉冲信号记录的步进距离到达预设距离时，驱动所述电机，以使得所述电机沿着所述喷墨运动轨迹控制所述喷头模组执行减速运动。

在具体的应用场景中，所述行脉冲信号为所述喷头模组执行喷墨所需的电平，所述捕获模块，具体还可以用于在所述喷头模组执行喷墨过程中使用第一定时器捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，当捕获到所述行脉冲信号中电平的上升沿时，执行步进距离的电平反转；使用第二定时器产生的步进脉冲计数来记录步进距离，当所述步进距离达到设定距离时关断步进距离的电平反转；通过执行与关断所述步进距离的电平反转，生成记录步进距离的步进脉冲信号。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，计算机程序被设置为运行时执行上述任意一个实施例的彩色3D打印设备的控制方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述描述的系统、装置、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，为简洁起见，在此不另赘述。

本领域普通技术人员可以理解：本申请的技术方案本质上或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，其包括若干程序指令，用以使得一电子设备(例如个人计算机，服务器，或者网络设备等)在运行所述程序指令时执行本申请各实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，实现前述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件(诸如个人计算机，服务器，或者网络设备等的电子设备)来完成，所述程序指令可以存储于一计算机可读取存储介质中，当所述程序指令被电子设备的处理器执行时，所述电子设备执行本申请各实施例所述方法的全部或部分步骤。

以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本申请的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种彩色3D打印设备的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

接收待打印文件，对所述待打印文件进行数据解码，得到喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据，所述待打印文件使用切片文件存储格式进行封装；

根据所述喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据，控制电机与所述喷头驱动协同执行打印工作，以使得所述喷头模组的运动和喷墨相关联包括：在执行打印工作时调用固件代码驱动所述电机，以使得所述电机沿着所述喷墨运动轨迹控制所述喷头模组执行加速运动；将所述喷墨图像数据传输至所述喷头驱动，以使得当所述喷头模组运动达到匀速设定数值时所述喷头驱动根据所述喷墨图像数据控制所述喷头模组执行喷墨；在所述喷头模组执行喷墨过程中捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，结合所述行脉冲信号驱动所述电机，以使得所述电机沿着所述喷墨运动轨迹控制所述喷头模组执行减速运动；以所述喷头模组执行加速运动至减速运动的过程作为一次喷墨定位过程，反复执行所述喷墨定位过程，以使得所述喷头模组的运动和喷墨相关联；

通过所述喷头模组反复执行打印工作，输出待打印文件的彩色模型。

2.根据权利要求1所述的彩色3D打印设备的控制方法，其特征在于，所述对所述待打印的文件数据进行数据解码，得到喷头模组的运动轨迹信息以及喷头模组所需的喷墨图像信息，包括：

通过对所述待打印的文件数据进行数据解码，分别确定喷墨所需各层图像的尺寸信息以及喷头模组的像素颜色数据；

根据所述喷墨所需各层图像的尺寸信息，确定所述喷头模组的喷墨运动轨迹，所述喷墨运动轨迹具体为电机的往返运动轨迹；

根据所述喷头模组的像素颜色数据，计算喷头模组所需的喷墨图像数据，所述喷墨图像数据由喷头模组中单喷孔的喷墨次数以及喷头模组的运动轨迹决定。

3.根据权利要求2所述的彩色3D打印设备的控制方法，其特征在于，所述切片文件存储格式具体采用预设图片存储容器结合打印文件基础信息进行自定义封装，所述预设图片存储容器用于存储待打印文件的各层内存地址信息，所述通过对所述待打印的文件数据进行数据解码，分别确定喷墨所需各层图像的尺寸信息以及喷头模组的像素颜色数据，包括：

通过对所述待打印的文件数据进行数据解码，获取打印文件基础信息以及从预设图片存储容器中提取待打印文件的各层内存地址信息；

根据所述待打印文件的各层内存地址信息从所述打印文件基础信息中进行数据寻址，分别确定喷墨所需各层图像的尺寸信息以及喷头模组的像素颜色数据。

4.根据权利要求3所述的彩色3D打印设备的控制方法，其特征在于，所述根据所述待打印文件的各层内存地址信息从所述打印文件基础信息中进行数据寻址，分别确定喷墨所需各层图像的尺寸信息以及喷头模组的像素颜色数据，包括：

根据所述待打印文件的各层内存地址信息从所述打印文件基础信息中进行数据寻址，获取喷墨所需各层图像的喷墨属性参数，所述喷墨属性参数至少包括喷孔属性参数、喷头属性参数以及颜色属性参数；

结合所述喷孔属性参数和所述喷头属性参数，确定喷墨所需各层图像的尺寸信息；

结合所述喷头属性参数和所述颜色属性数据，确定喷头模组的像素颜色数据。

5.根据权利要求1所述的彩色3D打印设备的控制方法，其特征在于，所述当所述喷头模组运动达到匀速设定数值时所述喷头驱动根据所述喷墨图像数据控制所述喷头模组执行喷墨，包括：

在所述喷头模组执行加速运动的过程中，检测所述喷头模组的运动速度是否达到匀速设定速度；

若是，则生成并将同步信号发送至所述喷头驱动，以使得所述喷头驱动根据所述喷墨图像数据控制所述喷头模组执行喷墨。

6.根据权利要求1所述的彩色3D打印设备的控制方法，其特征在于，所述在所述喷头模组执行喷墨过程中捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，结合所述行脉冲信号驱动所述电机，以使得所述电机沿着所述喷墨运动轨迹控制所述喷头模组执行减速运动，包括：

在所述喷头模组执行喷墨过程中捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，并根据所述行脉冲信号生成记录步进距离的步进脉冲信号；

当所述步进脉冲信号记录的步进距离到达预设距离时，驱动所述电机，以使得所述电机沿着所述喷墨运动轨迹控制所述喷头模组执行减速运动。

7.根据权利要求6所述的彩色3D打印设备的控制方法，其特征在于，所述行脉冲信号为所述喷头模组执行喷墨所需的电平，所述在所述喷头模组执行喷墨过程中捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，并根据所述行脉冲信号生成记录步进距离的步进脉冲信号，包括：

在所述喷头模组执行喷墨过程中使用第一定时器捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，当捕获到所述行脉冲信号中电平的上升沿时，执行步进距离的电平反转；

使用第二定时器产生的步进脉冲计数来记录步进距离，当所述步进距离达到设定距离时关断步进距离的电平反转；

通过执行与关断所述步进距离的电平反转，生成记录步进距离的步进脉冲信号。

8.一种彩色3D打印设备的控制系统，其特征在于，所述系统包括：

解码单元，用于接收待打印文件，对所述待打印文件进行数据解码，得到喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据，所述待打印文件使用切片文件存储格式进行封装；

控制单元，用于根据所述喷头模组的喷墨运动轨迹以及喷头模组所需的喷墨图像数据，控制电机与所述喷头驱动协同执行打印工作，以使得所述喷头模组的运动和喷墨相关联；

输出单元，用于通过所述喷头模组反复执行打印工作，输出待打印文件的彩色模型；

所述控制单元包括：第一控制模块，可以用于在执行打印工作时调用固件代码驱动所述电机，以使得所述电机沿着所述喷墨运动轨迹控制所述喷头模组执行加速运动；第二控制模块，可以用于将所述喷墨图像数据传输至所述喷头驱动，以使得当所述喷头模组运动达到匀速设定数值时所述喷头驱动根据所述喷墨图像数据控制所述喷头模组执行喷墨；捕获模块，可以用于在所述喷头模组执行喷墨过程中捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，结合所述行脉冲信号驱动所述电机，以使得所述电机沿着所述喷墨运动轨迹控制所述喷头模组执行减速运动；执行模块，可以用于以所述喷头模组执行加速运动至减速运动的过程作为一次喷墨定位过程，反复执行所述喷墨定位过程，以使得所述喷头模组的运动和喷墨相关联。

9.一种彩色3D打印设备，其特征在于，所述彩色3D打印设备包括：主控制器、喷头驱动、喷头模组以及电机，所述喷头模组由所述电机控制运动，由所述喷头驱动控制喷墨，且运动与喷墨相关联；

所述主控制器分别与所述电机、所述喷头驱动相连，用于执行上述权利要求1至7中任一项所述的彩色3D打印设备的控制方法。

10.根据权利要求9所述的彩色3D打印设备，其特征在于，所述主控制器中配置有第一定时器和第二定时器；

所述第一定时器为脉冲定时器，用于捕获所述喷头驱动输出的行脉冲信号，当捕获到所述行脉冲信号中电平的上升沿时，执行步进距离的电平反转；

所述第二定时器为步进脉冲计数器，用于记录步进距离，当所述步进距离达到设定距离时关断步进距离的电平反转。

11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被配置为运行时执行权利要求1至7中任一项所述的彩色3D打印设备的控制方法。