CN117901399A - 液位控制方法、系统、存储介质和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液位控制方法、系统、存储介质和电子设备。其中，该方法包括：获取待打印三维模型的切片数据，获取容器中放置的液态材料的当前液位高度；根据当前液位高度和预设的目标液位高度，得到高度偏差；根据切片数据确定待打印三维模型每n层打印对液态材料的预估消耗量；根据预估消耗量和高度偏差，确定加液速度；基于加液速度向容器中增加液态材料，以使液位维持在目标液位高度。本发明解决了相关技术中在打印过程中的加液速度过快或者液位波动大，无法保证打印的三维模型表面质量的技术问题。

Description

液位控制方法、系统、存储介质和电子设备

技术领域

本发明涉及液位控制领域，具体而言，涉及一种液位控制方法、系统、存储介质和电子设备。

背景技术

光固化3D打印利用了液态光敏树脂在紫外光照射下能迅速从液态变为固态的原理，在打印时将原材料液态光敏树脂存储于一个容器中，随着成型平台在容器内的移动，通过紫外光照射固化、成型平台剥离等步骤，可以一层一层将模型打印出来。而由于容器中液态光敏树脂的液位高度会影响成型平台的剥离力、树脂回流的速度，并最终影响到实际打印出来的三维模型表面质量，比如模型表面出现层纹等。

现有技术中，液位控制系统在识别到液位低于最低液位时会开启加液，按某一加液速度持续加液并当达到最高液位后停止。这样的液位自动控制系统过于简单，只能使得液位在某一预定范围内，而不能实现在整个打印过程中保持在较精确的液位上，导致打印过程中的加液速度过快或者液位波动大，从而导致打印出来的模型的表面质量较差，无法保证打印的三维模型表面质量。

发明内容

本发明实施例提供了一种液位控制方法、系统、存储介质和电子设备，以至少解决相关技术中在打印过程中的加液速度过快或者液位波动大，无法保证打印的三维模型表面质量的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种液位控制方法，包括：获取待打印三维模型的切片数据，获取容器中放置的液态材料的当前液位高度；根据当前液位高度和预设的目标液位高度，得到高度偏差；根据切片数据确定待打印三维模型每n层打印对液态材料的预估消耗量；根据预估消耗量和高度偏差，确定加液速度；基于加液速度向容器中增加液态材料，以使液位维持在目标液位高度。

可选地，在获取容器中放置的液态材料的当前液位高度、目标液位高度以及待打印三维模型的切片数据之前，方法还包括：响应于打印启动指令，控制加液装置以最大速度进行加液，以使容器中液态材料达到目标液位高度。

可选地，根据预估消耗量和高度偏差，确定加液速度，包括：基于容器截面积和高度偏差得到加液体积量，基于加液体积量和预估消耗量，得到目标加液量；基于层数n、每层打印时间和目标加液量，得到当前打印层所需的加液速度。

可选地，得到当前打印层所需的基本加液速度，包括：基于容器截面积和高度偏差的乘积得到加液体积量；基于加液体积量和预估消耗量之和，得到目标加液量；基于目标加液量和液态材料密度的乘积，得到第一参数；基于层数n和每层打印时间的乘积的倒数，得到目标系数；基于第一参数和目标系数的乘积，得到第二参数；基于第二参数和目标加液量的乘积，得到当前打印层所需的基本加液速度。

可选地，在根据预估消耗量和高度偏差，确定加液速度之后，方法还包括：根据每次测量液位后的高度偏差求和，得到总历史高度偏差；基于总历史高度偏差，对加液速度进行调整。

可选地，在根据预估消耗量和高度偏差，确定加液速度之后，方法还包括：确定额外材料消耗量，基于额外材料消耗量对加液速度进行调整，其中，额外材料消耗量包括成型平台带离的材料量和/或待打印三维模型承载结构带离的材料量；和/或确定当前环境下的材料温度，基于材料温度对加液速度进行调整。

可选地，获取容器中放置的液态材料的当前液位高度，包括：在每n层打印之前，执行获取容器中放置的液态材料的当前液位高度的步骤；其中，n取决于三维模型打印时的预估消耗材料量，n为整数，n≥1。

可选地，方法还包括：根据切片数据得到多个打印层数对应的多个材料消耗量，其中，多个打印层数的开始层数为当前打印层数；对多个材料消耗量进行逐项求和，得到多个总材料消耗量；将多个总材料消耗量与预设消耗量阈值进行匹配，得到目标层数n，其中，目标层数n对应的总材料消耗量小于或等于预设消耗量阈值，目标层数n的下一层对应的总材料消耗量大于预设消耗量阈值。

可选地，获取容器中放置的液态材料的当前液位高度，包括：响应于接收到的液位检测指令，按照预设采样频率输出驱动信号，以使超声探头向具有液态介质的容器内发射超声波信号；获取超声探头根据当前液位和超声波信号输出的回波信号；基于回波信号确定超声传输时间；其中，超声传输时间用于表征从发送超声波信号到接收到回波信号的时间；基于超声传输时间和超声传输速度，得到超声传播距离，并根据超声传播距离和超声探头设置高度得到当前液位高度。

可选地，基于回波信号确定超声传输时间，包括：基于回波信号得到回波的电压序列，对电压序列求和得到回波对时间轴的总等效面积S，对电压序列逐项求和得到每一电压对应的子等效面积，将子等效面积大于或等于S/2的电压对应的回波到达时间确定为回波接收时刻；或者基于回波信号得到回波的电压序列，根据采样频率和电压序列构造周期函数三维模型，对周期函数三维模型求解得到函数最大值，将函数最大值对应的电压回波到达时间确定为回波接收时刻；或者基于回波信号得到回波的高低电平状态序列，将高低电平状态序列中第N个高电平对应的时刻确定为回波接收时刻；根据超声发射时刻和回波接收时刻，得到超声传输时间。

可选地，方法还包括：采用连续测量m次的方式获取多个超声传播距离；对多个超声传播距离取算术平均值，得到滤波后的超声距离输出值；根据超声距离输出值和超声探头设置高度得到当前液位高度。

根据本发明实施例的一个方面，还提供了一种用于3D打印机的液位控制系统，包括主控装置以及与主控装置通信连接的液位检测装置和加液装置；液位检测装置用于获取容器中放置的液态材料的当前液位高度；主控装置用于根据当前液位高度和预设的目标液位高度，得到高度偏差；获取待打印三维模型的切片数据，根据切片数据确定待打印三维模型每n层打印对液态材料的预估消耗量；根据预估消耗量和高度偏差，确定加液速度；加液装置用于基于加液速度向容器中增加液态材料，以使液位维持在目标液位高度。

根据本发明实施例的一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行上述任意一项液位控制方法。

根据本发明实施例的一个方面，还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及于至少一个处理器通信连接的存储器；其中存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述任意一项液位控制方法。

在本发明实施例中，采用获取待打印三维模型的切片数据，获取容器中放置的液态材料的当前液位高度；根据当前液位高度和预设的目标液位高度，得到高度偏差；根据切片数据确定待打印三维模型每n层打印对液态材料的预估消耗量；根据预估消耗量和高度偏差，确定加液速度；基于加液速度向容器中增加液态材料，以使液位维持在目标液位高度的方式，通过在打印中按照当前液位高度与目标液位高度之间的高度偏差，以及每n层所需的预估消耗量作为对容器内液态介质进行加液的加液量来限制加液速度，可以使得打印过程中的加液速度较小，保证加液过程更平稳，从而使得容器内液态介质的液位波动更小，以减少打印层纹的发生几率，提升打印出的模型的质量，进而解决了相关技术中在打印过程中的加液速度过快或者液位波动大，无法保证打印的三维模型表面质量的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例示出的一种液位控制方法的流程图；

图2是根据本申请实施例示出的一种三维模型打印系统的结构框图；

图3是根据本申请实施例示出的一种液位控制过程的示意图；

图4是根据本发明实施例示出的一种驱动波形和回波波形的示意图；

图5是根据本发明实施例示出的一种液位控制系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明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。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明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”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种液位控制的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例示出的一种液位控制方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，获取待打印三维模型的切片数据，获取容器中放置的液态材料的当前液位高度。

上述液态材料可以是指打印上述待打印三维模型的介质，可以包括但不限于：光敏树脂、尼龙、石蜡等介质。

为了保证容器中的液位适中，使得成型平台的剥离力和树脂的回流速度均不会对待打印三维模型的表面质量产生影响，可以通过实时地对容器中的液态质量进行加液，在传统的手动加液过程中，需要人工一次性地向容器中导入超过待打印三维模型所需的液态材料，对应的容器中起始液位很高，随着答应过程的进行，容器中的液位逐渐降低，可能会产生不可控的液位波动，影响待打印三维模型的质量，而传统的自动加液过程中，大部分加液装置的精度较低，只能使得液位保持在固定的范围内，而不能实现将容器中的液位长期保持在精度较高的数值，在加液过程中很有可能会产生液位波动，影响待打印三维模型的质量。进一步地，考虑到待打印三维模型在不同部分，例如不同的切片数据上所使用到的液态材料量、所花费的打印时间等参数可能是不同的，对应的如果在待打印三维模型的打印过程中，对容器中的液态材料进行加液时的速度不稳定，则很有可能会导致容器中的液态材料的流出速度、平台的剥离力、液态材料的回流速度等参数不稳定，进而可能出现利用液态材料打印上述的待打印三维模型时，打印出的三维模型中不同部分的固体介质的密度分布不均匀、三维模型表面纹理观感差的情况，进而导致打印出的三维模型的质量较差。因此，为了保证在对三维模型进行打印时的稳定性，液位控制系统可以首先获取上述三维模型的切片数据，以及在容器中放置的液态介质的当前液位高度，其中，切片数据可以由用户在搭建虚拟三维模型时自行设置，在此不做限定，检测液态介质的当前液位高度的方式可以包括但不限于：液压式、浮球式和探针式等方式，具体的检测方式可以由用户自行设置，在此不做限定。

步骤S104，根据当前液位高度和预设的目标液位高度，得到高度偏差。

上述目标液位高度可以是指满足预设液位条件的液位高度，当液态材料的当前液位高度大于目标液位高度时，可以认为平台的剥离力、液态材料的回流速度等因素均在正常范围内，可以不对容器进行加液。

在本实施例的一种可选方案中，为了判断当前是否需要对容器内的液态介质进行加液的操作，在获取到当前液位高度之后，可以根据该当前液位高度和上述预设的目标液位高度的差值，得到上述的高度偏差，并通过该高度偏差来确定是否需要对液态介质进行加液，例如，若该高度偏差现实当前液位高度低于上述的目标液位高度，则此时可以确定当前液位高度较低，可能会对平台的剥离力、液态材料的回流速度等因素产生影响，导致在打印三维模型时表面出现层纹的情况，此时就可以确定需要对容器内的液态介质进行加液；若该高度偏差现实当前液位高度高于或等于上述的目标液位高度，则此时可以认为平台的剥离力、液态材料的回流速度等因素均在正常范围内，可以不对容器进行加液。

步骤S106，根据切片数据确定待打印三维模型每n层打印对液态材料的预估消耗量。

在本实施例的一种可选方案中，由于在三维模型打印过程中成型平台在每一层会先下降到最低点，在容器内的液态介质经过紫外光固化后成型平台会向上移动出液面来实现剥离，容器中液态介质的液位在这一过程中会有很大波动，尤其体现在打印前几十层，整个成型平台会浸没在液态介质中，此时连续不断地测量容器内液态介质的液位高度，并根据液态介质实时的液位高度调整加液速度是没有意义的，因此，在本申请中可以根据前述获取到的三维模型的切片数据，来确定上述待打印三维模型在每n层的打印过程中，预计消耗的液态介质的体积量，即确定上述预估消耗量，并基于该预估消耗量来调整加液装置的加液速度，其中，加液装置用于向容器中补充液态材料。

步骤S108，根据预估消耗量和高度偏差，确定加液速度。

在本实施例的一种可选方案中，为了能够合理地确定对容器内的液态介质进行加液的速度，而考虑到前述确定出的预估消耗量、高度偏差等数据均是与利用加液装置对液态介质进行加液相关的参数，因此，本申请中的加液速度可以在获取到的预估消耗量和高度偏差的基础上确定出，例如，为了保证加液效率，以提高对三维模型打印的效率，可以预设一个较短的时间，然后根据上述的预估消耗量和该预设的时间，确定出一个第一加液速度，同时根据上述的高度偏差和该预设的时间，确定出一个第二加液速度，然后再对该第一加液速度和第二加液速度进行加权处理，从而得到上述的加液速度。

步骤S110，基于加液速度向容器中增加液态材料，以使液位维持在目标液位高度。

在本实施例的一种可选方案中，在确定出加液速度之后，可以按照该加液速度利用前述的加液装置向容器中增加液态介质，以保证容器内液态介质的液位高度可以维持在目标液位高度，从而平台的剥离力、液态材料的回流速度等因素均在正常范围内，进而保证利用液态介质生成的三维模型的质量。

在本发明实施例中，采用获取待打印三维模型的切片数据，获取容器中放置的液态材料的当前液位高度；根据当前液位高度和预设的目标液位高度，得到高度偏差；根据切片数据确定待打印三维模型每n层打印对液态材料的预估消耗量；根据预估消耗量和高度偏差，确定加液速度；基于加液速度向容器中增加液态材料，以使液位维持在目标液位高度的方式，通过在打印中按照当前液位高度与目标液位高度之间的高度偏差，以及每n层所需的预估消耗量作为对容器内液态介质进行加液的加液量来限制加液速度，可以使得打印过程中的加液速度较小，保证加液过程更平稳，从而使得容器内液态介质的液位波动更小，以减少打印层纹的发生几率，提升打印出的模型的质量，进而解决了相关技术中在打印过程中的加液速度过快或者液位波动大，无法保证打印的三维模型表面质量的技术问题。

可选地，在获取容器中放置的液态材料的当前液位高度、目标液位高度以及待打印三维模型的切片数据之前，方法还包括：响应于打印启动指令，控制加液装置以最大速度进行加液，以使容器中液态材料达到目标液位高度。

在本实施例的一种可选方案中，在获取容器中放置的液态材料的当前液位高度、目标液位高度以及待打印三维模型的切片数据之前，为保证打印效率以提高用户打印三维模型的体验感，还可以在接收到三维模型开始打印的打印启动指令时，控制加液装置直接按照最大速度对容器中的液态介质进行加液，以保证容器内液态介质的液位高度能够快速地到达目标液位高度，使得三维模型打印装置能够快速地进入到打印状态，开始打印三维模型。

可选地，根据预估消耗量和高度偏差，确定加液速度，包括：基于容器截面积和高度偏差得到加液体积量，基于加液体积量和预估消耗量，得到目标加液量；基于层数n、每层打印时间和目标加液量，得到当前打印层所需的加液速度。

在本实施例的一种可选方案中，为保证确定出的加液速度的精度，以避免出现加液速度过快导致浪费资源，或者加液速度过慢导致影响三维模型的打印效率的情况，在根据预估消耗量和高度偏差确定加液速度时，可以手续爱你根据容器的截面积和高度偏差，确定出液态介质当前需要增加的体积量，即上述加液体积量，然后再根据该加液体积量和预估消耗量，来确定出目标加液量，并根据该目标加液量、前述确定出的层数n，以及每层切片预计消耗的打印时间，来确定当前打印层所需的加液速度。

可选地，得到当前打印层所需的基本加液速度，包括：基于容器截面积和高度偏差的乘积得到加液体积量；基于加液体积量和预估消耗量之和，得到目标加液量；基于目标加液量和液态材料密度的乘积，得到第一参数；基于层数n和每层打印时间的乘积的倒数，得到目标系数；基于第一参数和目标系数的乘积，得到第二参数；基于第二参数和目标加液量的乘积，得到当前打印层所需的基本加液速度。

在本实施例的一种可选方案中，为提高确定出的基本加液速度的准确度，在本申请中还可以结合容器参数，例如上述容器的截面积，以及液态介质的参数，例如上述液态介质的材料密度，来确定上述的基本加液速度。具体的，可以首先根据目标加液量和液态材料的介质密度的乘积，得到上述的第一参数，并根据上述的层数n和每层打印时间的乘积的倒数，得到上述的目标系数，然后再根据该目标系数和第一参数的乘积，可以得到第二参数，最后根据该第二参数和上述目标加液量的乘积，可以得到当前打印层所需的基本加液速度。

确定上述基本加液速度的公式可以如下所示：

其中，ρ代表的是液态材料密度，t代表的是每一层的打印时间，s代表的是容器截面积，ΔH代表的是高度偏差，∑Vi代表的是预估消耗量。

可选地，在根据预估消耗量和高度偏差，确定加液速度之后，方法还包括：根据每次测量液位后的高度偏差求和，得到总历史高度偏差；基于总历史高度偏差，对加液速度进行调整。

在本实施例的一种可选方案中，为提高确定出的加液速度的准确度，还可以在确定出基本加液速度之后，对每次测量也为后得到的高度偏差求和，以得到总历史高度偏差，然后再利用该总历史高度偏差对上述的加液速度进行调整，以保证调整后的加液速度的合理性。

即确定出加液速度的公式可以是：

其中，k∑ΔH代表的是上述总历史高度偏差，通过该历史高度偏差可以反映在当前的控制加液装置对容器内液态介质进行加液过程下产生的高度偏差的总体情况，将该历史高度偏差作用到下次n层的加液过程时，可以及时对加液速度进行调整，从而使液位波动更小。

可选地，在根据预估消耗量和高度偏差，确定加液速度之后，方法还包括：确定额外材料消耗量，基于额外材料消耗量对加液速度进行调整，其中，额外材料消耗量包括成型平台带离的材料量和/或待打印三维模型承载结构带离的材料量；和/或确定当前环境下的材料温度，基于材料温度对加液速度进行调整。

在本申请实施例的一种可选方案中，考虑到成型平台和三维模型承载结构在向上移动离开液态介质的过程中，会带离部分液态介质，而这部分液态介质的体积量也会影响加液装置需要向容器中加液的体积量，因此，在实际确定加液速度时，还可以根据由成型平台带离的第一材料量，或者三维模型承载结构带离的第二材料量，或者同时根据第一材料消耗量或第二材料量，确定出上述的额外材料消耗量，并根据该额外材料消耗量对上述的加液速度进行调整，例如可以将该额外材料消耗量添加至前述的目标加液量中，并按照前述过程重新确定上述的加液速度。除此以外，考虑到有的液态介质的流动速度还会受到环境温度的影响，因此，在实际确定加液速度时，还可以获取当前环境下的材料温度，并利用该材料温度对上述的加液速度进行调整，例如，若当前材料温度过低，导致液态介质的流动速度较慢，则此时可以增加上述的加液速度；若当前材料温度过高，导致液态介质的流动速度较快，则此时可以降低上述的加液速度。

可选地，获取容器中放置的液态材料的当前液位高度，包括：在每n层打印之前，执行获取容器中放置的液态材料的当前液位高度的步骤；其中，n取决于三维模型打印时的预估消耗材料量，n为整数，n≥1。

在本申请实施例的一种可选方案中，上述的数值n是大于或等于1的整数，可以由三维模型的切片数据确定，若在接下来几层的切片数据表示需要消耗较多的液态介质来打印上述三维模型，即在接下来几层的预估消耗量较大，则为避免出现一次性消耗的液态介质过多导致出现平台的剥离力、液态材料的回流速度异常的情况，可以将上述的n取较小值，例如1，否则可以取较大值，以保证在三维模型打印过程中液态介质的充足，从而保证三维模型打印的速度。而为了能够合理地控制加液速度以保证打印出的三维模型的质量，在每次大于n层模型之间，还可以执行获取容器中放置的液态介质的当前液位高度的步骤，以保证确定出的加液速度的精度。

可选地，方法还包括：根据切片数据得到多个打印层数对应的多个材料消耗量，其中，多个打印层数的开始层数为当前打印层数；对多个材料消耗量进行逐项求和，得到多个总材料消耗量；将多个总材料消耗量与预设消耗量阈值进行匹配，得到目标层数n，其中，目标层数n对应的总材料消耗量小于或等于预设消耗量阈值，目标层数n的下一层对应的总材料消耗量大于预设消耗量阈值。

在本实施例的一种可选方案中，为保证确定出的n的合理性，可以首先获取从当前打印层数开始的多个打印层数对应的多个材料消耗量，并对这多个体积量进行逐项求和，以得到多个总材料消耗量，为避免一次性消耗的液态材料过多，导致打印出的三维模型的质量过于粗糙，液位控制系统可以将上述的多个总材料消耗量与预设的消耗量阈值进行匹配，以得到一个目标层数，并将该目标层数确定为上述n，并将该目标层数n对应的总材料消耗量确定为前述的预估消耗量。其中，上述目标层数n对应的总材料消耗量总和小于或等于预设总材料消耗量阈值，上述目标层数的下一层对应的总材料消耗量大于预设总材料消耗量阈值。

图2是根据本申请实施例示出的一种三维模型打印系统的结构框图，如图2所示，该加液装置可以至少包括：容器201、高精度液位检测装置202、液位介质存储设备203、成型平台204和加液阀门205，当通过高精度液位检测装置检测到容器当前需要进行加液时，可以利用存储有液态材料的液态材料存储设备，通过加液阀门对容器进行加液的操作，然后再成型平台中利用该液态材料打印对应的待打印三维模型。

图3是根据本申请实施例示出的一种液位控制过程的示意图，如图3，该过程可以至少包括：

Step1：用户开始打印任务时，液位控制系统可以进行环境校验，检测容器内放置的液态材料当前的液位高度，即当前液位是否满足预设条件，例如当前液位是否大于预设液位，同时检测待打印三维模型的大于状态，例如确定待打印三维模型是否正在打印，如果当前液位未满足预设液位条件，例如当前液位的高度低于预设设的目标高度，则说明当前需要对容器进行加液的操作，进一步地若待打印三维模型未开始打印，则控制系统可以控制加液装置以最快的加液速度对容器进行加液，直至达到目标液位，从而缩短打印前的准备时间。

Step2：在待打印三维模型处于打印过程时，由于打印过程中成型平台在三维模型的每一层都会先下降到该层的最低点，在利用紫外光固化液态材料后会向上移动出液面来实现剥离，容器中的液位会在这一过程中产生较大波动，尤其是打印层数的前几十层，整个成型平台会浸没在液态材料中，因此连续不停地测量当前液位的高度并调整加液速度是没有意义的。基于此，液位控制系统可以在每n层打印前(n取决于三维模型最近几层预估消耗量，如果预估消耗量大，则n可以取值较小，甚至取n＝1)，同时主控装置控制主轴使成型平台抬起并等待树脂回流后，才将测量出的液位作为该n层前的液位。进一步地，主控装置可以根据打印三维模型的切片文件预估接下来n层打印需要消耗的树脂量，即V1-Vn的液态材料消耗量，从而确定出加液装置当前的加液速度。

表1

表1是根据本申请实施例示出的一种确定加液速度时使用到的参数表，根据表1可知，在第i层打印前，可以查询所需的多个常量，例如容器截面积s，每层打印时间t，液态材料密度ρ、目标液位高度H₀等，并采集当前液位高度H，并计算三维模型在第i层的预估消耗量Vi，基于这些参数可以确定出当前液位与目标液位之间的偏差ΔH，以及加液装置当前的加液速度v，基于此，确定加液速度的公式可以是：

其中，ΔH为当前高度与目标高度的差值，ΔH与容器截面积s的乘积代表当前相对目标液位而言需要加液的体积量sΔH，将该sΔH与接下来n层下预估的打印需要消耗的树脂量∑Vi相加，可以得到当前需要加入的液态材料的总量。最后根据液态材料的密度ρ、多个层数n以及每一层的打印时间t，可以计算出当前打印层所需的基本加液速度除此以外，在上述公式中还有一项∑ΔH，代表打印的每次测距以来与目标高度偏差的总和，可以反映在当前的控制手段下高度偏差的总体情况，并作用到下次n层的控制量之中，以及时进行加液速度的调整，使液位波动更小。

Step3：若未打印完，则可以将当前打印层数加1，并回到Step2，若打印完最后一层，则停止加液并结束打印。

通过上述控制过程来区分打印前和打印中的加液情况，可以在保证打印前对容器进行加液的效率，减少用户等待打印的时长的同时，在打印中按照当前液位的偏差及每n层所需的较少树脂量作为需求加液量来限制加液速度，使得打印过程中的加液速度较小，液位波动更小，从而减少打印层纹的发生几率，进而提升打印出的三维模型的质量。

可选地，获取容器中放置的液态材料的当前液位高度，包括：响应于接收到的液位检测指令，按照预设采样频率输出驱动信号，以使超声探头向具有液态介质的容器内发射超声波信号；获取超声探头根据当前液位和超声波信号输出的回波信号；基于回波信号确定超声传输时间；其中，超声传输时间用于表征从发送超声波信号到接收到回波信号的时间；基于超声传输时间和超声传输速度，得到超声传播距离，并根据超声传播距离和超声探头设置高度得到当前液位高度。

上述液位检测指令可以是指对容器中的液态介质进行液位检测的指令。

在本实施例中，除了按照前述的：液压式、浮球式和探针式等方式来确定当前液位高度外，为保证确定出的当前液位高度的精度，还可以采用超声波信号的方式来确定该当前液位高度，具体的，在确定容器中放置的液态材料的当前液位高度时，在接收到上位机系统发送的液位检测指令的情况下，可以通过发射驱动电路按照上述的预设采样频率向超声探头发送驱动信号，以使得超声探头可以根据该驱动信号向容器内发送超声波信号，并通过超声波的方式开始对容器内的当前液位进行检测。对应的，超声探头可以根据驱动信号向容器发送的超声波信号会在容器内液态介质表面反射，产生于容器内当前液位有关的回波信号，为了能够准确地检测出当前液位的高度，可以获取由超声探头根据上述当前液位和超声波信号输出的回波信号，通过超声探头发送的回波信号，可以确定出超声波信号以及回波信号在空气中传播的时间，即超声探头从发送超声波信号到接收到回波信号的超声传输时间。在获取到超声传输时间之后，可以根据超声波当前在空气中的传输速度与该超声传输时间的乘积，确定出超声探头与容器中放置的液态介质表面之间的距离，即上述超声传播距离，最后再根据超声探头相对于容器底部的高度，便可以确定出液态介质在容器中放置的液态介质对应当前液位的高度。

可选地，基于回波信号确定超声传输时间，包括：基于回波信号得到回波的电压序列，对电压序列求和得到回波对时间轴的总等效面积S，对电压序列逐项求和得到每一电压对应的子等效面积，将子等效面积大于或等于S/2的电压对应的回波到达时间确定为回波接收时刻；或者基于回波信号得到回波的电压序列，根据采样频率和电压序列构造周期函数三维模型，对周期函数三维模型求解得到函数最大值，将函数最大值对应的电压回波到达时间确定为回波接收时刻；或者基于回波信号得到回波的高低电平状态序列，将高低电平状态序列中第N个高电平对应的时刻确定为回波接收时刻；根据超声发射时刻和回波接收时刻，得到超声传输时间。

上述电压序列可以是指在图4中示出的在t0到t2时间内接收到的电压序列，图4是根据本发明实施例示出的一种驱动波形和回波波形的示意图，其中用于控制超声探头发射超声波信号的驱动波形A和余振波形B可以如图4左侧所示，回波波形C可以如图4右侧所示，在t0触发中断时，可以启动ADC采集的存在，并在t2时停止ADC采集，接收到回波波形的峰值的时刻为t1，通过t1和当前超声波信号的传播速度，可以初步确定出超声探头到容器中放置的液态介质表面的距离，然后再根据前述的环境参数，例如环境温度、湿度等参数，对该距离进行调整，可以得到精确度较高的超声探头到容器中放置的液态介质表面的距离，最后根据超声探头与容器底部的相对距离，便可以确定出容器中放置的液态介质的当前液位。

在本实施例中，在确定超声传输时间时，可以首先对电压序列中多个电压进行求和，得到回波对时间轴的总等效面积S，然后再按照电压序列中多个电压的顺序，对着多个电压进行主线求和，得到每一个电压对应的子等效面积，并将该子等效面积与总等小面积的一半进行比较，当子等效面积大于或等于该S/2时，可以认为该子等效面积对应电压的回波到达时间确定为超声探头接收到回波信号的时刻，此时根据超声探头发送超声波信号的超声发射时刻和该回波接收时刻，便可以确定出上述的超声传输时间。

或者，还可以根据超声探头接收到的回波信号生成回波的电压序列，并根据采样频率和该电压序列拟合出一条电压变化曲线，即构造上述的周期函数模型，然后对该周期函数模型求解得到函数最大值，该函数最大值对应的电压回波到达时间便可以是上述的回波接收时刻，根据超声探头发送超声波信号的超声发射时刻和该回波接收时刻，便可以确定出上述的超声传输时间。

或者，还可以根据回波信号确定出回波的高低电平状态序列，将高低电平状态序列中第N个高电平对应的时刻确定为回波接收时刻，根据超声探头发送超声波信号的超声发射时刻和该回波接收时刻，便可以确定出上述的超声传输时间，其中，该N指的是控制器发送的固定方波的数量，发射驱动电路可以将该固定方波转换为驱动信号以驱动超声探头发送超声波。

可选地，方法还包括：采用连续测量m次的方式获取多个超声传播距离；对多个超声传播距离取算术平均值，得到滤波后的超声距离输出值；根据超声距离输出值和超声探头设置高度得到当前液位高度。

在本实施例中，为了提高测量出的当前液位对应高度的准确度，可以在确定超声距离输出值时，对超声传播距离进行连续多次的采样，并对多次采样得到的超声传播距离进行算数平均处理，以得到滤波后的超声距离输出值，最后再根据该超声距离输出值和超声探头设置的高度，来确定出上述当前液位对应的高度。

在本实施例的一种可选方案中，在确定目标时间时，可以首先对上述电压序列中多个电压的和，得到第一和值，然后根据预设系数和该第一和值的乘积，可以得到第一面积值，在确定第一面积值的同时，同时对电压序列中多个电压进行逐项求和，以得到第二面积值，然后将该第一面积值和多个第二面积值进行匹配，可以从多个电压中确定出一个目标电压，该目标电压的下标值可以是上述的目标下标值，其中，该目标下标值对应的第二面积大于或等于上述第一面积值，且目标下标值的前一个下标值对应的第二面积值小于上述的第一面积值，最后根据该目标下标值、多个电压的数量、上述的第一时刻和第二时刻，可以确定出上述的目标时间。

根据本发明实施例的一个方面，与上述应用于液位控制方法相对应的，还提供了一种用于3D打印机的液位控制系统，图5是根据本发明实施例示出的一种液位控制系统的结构框图，该液位控制系统500包括：主控装置502、与主控装置通信连接的液位检测装置504、加液装置506和容器508。

其中，液位检测装置504用于获取容器中放置的液态材料的当前液位高度；主控装置502用于根据当前液位高度和预设的目标液位高度，得到高度偏差；获取待打印三维模型的切片数据，根据切片数据确定待打印三维模型每n层打印对液态材料的预估消耗量；根据预估消耗量和高度偏差，确定加液速度；加液装置506用于基于加液速度向容器508中增加液态材料，以使液位维持在目标液位高度。

为便于理解，该过程可以包括：

MCU上电后开始执行一次初始化过程，配置各I/O输入、输出属性、UART、I2C、ADC和定时器的参数，同时设置PWM频率为探头谐振频率，将占空比固定为50％，然后执行如下步骤：

Step1：将控制器通过GPIO1输出的控制电平拉高，同时开启PWM发送，使能PWM对应的定时器1中断。此过程是为了输出单次测量时GPIO1和PWM的起始波形，而为了实现发送固定N个方波，需要引入定时器1的中断，每成功发送1个方波，就可以触发1次定时器1的中断服务程序，当计数到N时，可以自动关闭PWM发射，并将GPIO1输出的控制电平拉低，从而实现发送完整驱动波形。定时器中断服务程序的控制过程可以如图5右侧部分所示，当触发复位中断标志时，定时器的中断进入次数可以加1，当中断进入次数小于预设次数N时，可以将中断进入次数置0，并关闭PWM发送，同时拉低GPIO1，使得前述单刀双掷模拟开关的控制端可以和第一端导通，即此时不发送驱动信号以驱动超声探头发送超声波；当中断进入次数达到预设次数N时，可以停止中断服务器程序。

Step2：在发射完驱动分析后，可以开启定时器2计时，定时器2的输入源是MCU内部时钟，计时t0时长触发中断以开启ADC(Analog-Digital Converter，模拟-数字转换器)的DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问)采集。

在本实施例的一种可选方案中，在ADC模式下获取到电压序列后，还可以根据采样频率针对序列的周期性规律制作一个模板序列，来对电压序列进行卷积计算，或称作求两个序列的互相关函数，对应的在互相关函数最大值时对应的序列下标可视为是回波接收时刻。另外，还可以根据前述提到的GPIO模式获取回波的高低电平状态序列，当计数到N个高电平时，认为接收到回波，N与驱动的发射波数相关即可。例如，对于回波接收时间的判定中，开启定时器2后就开始循环读取GPIO2引脚电平状态，当统计GPIO2电平为高的次数未达到N次时则持续等待，直到达到N次，代表MCU已接收全部回波，进入Step3。

Step3：复位定时器2后继续计时，设定时长为t2-t0，并在触发中断时关闭ADC的DMA采集，得到一段从t0到t2的电压序列a[n]。

Step4：首次遍历采集序列a[n]并求和，可以得到回波对时间轴的等效总面积S，并求出一半面积值S/2，对应公式可以是。

Step5：二次遍历序列a[n]，即ADC的采集序列，获取逐项求和序列s[n]，当s[n]<S/2时，n增加1继续，当n增加到某一特定下标k时，求得s[k]≥S/2，则下标k被识别为此次测距获得的回波到达时间标志数。

Step6：可通过k，n，t0，t2的值计算出超声波经历的时间t1。另外，通过I2C接口读取温度传感器的值，通过查表法获取当前声速v，即可计算本次测量的距离d_temp。由前，由于一次测量花费的时间不到1ms，树脂液位的波动较小，采用连续测量20次d_temp数据取算术平均值的滤波算法，来得到更稳定的输出值distance，其他的滤波算法也可以使用。对应确定t1的公式可以是：

t1＝(k(t2-t0))/n。

对应确定d_temp的公式可以是：

d_temp＝t1*v。

在计算d_temp的同时，可以增加一次测距完成次数，在测距完成次数小于预设次数，例如20的情况下，可以重复上述步骤，在测距完成次数达到预设次数的情况下，可以执行Step7。

Step7：测距完成次数置0，计算出最终需要回复上位机的距离值distance，发送回上位机，以上7个Step是不断循环执行，每次完整测量并发送数据回上位机这一步骤认为是一次心跳包，固定心跳包延时500ms，上位机可以一直捕获到最新的距离数据，根据安装位置实时解析出料盘中液态介质的当前高度，从而得到当前液位。

上述算法测量距离，不会受到由于距离改变而影响回波整体幅值大小的影响，等效面积法由于对称性良好可以使得每次测量均能有效捕捉回波中心波束，大大提高采集计算的稳定性，结合多次测量取平均值的手段，进一步提高数据的稳定性，提高本装置的测量精度。

根据本发明实施例的一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行上述任意一项液位控制方法。

根据本发明实施例的一个方面，还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及于至少一个处理器通信连接的存储器；其中存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述任意一项液位控制方法。

需要说明的是，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分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，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种液位控制方法，其特征在于，包括：

获取待打印三维模型的切片数据，获取容器中放置的液态材料的当前液位高度；

根据所述当前液位高度和预设的目标液位高度，得到高度偏差；

根据所述切片数据确定待打印三维模型每n层打印对液态材料的预估消耗量；

根据所述预估消耗量和所述高度偏差，确定加液速度；

基于所述加液速度向所述容器中增加液态材料，以使液位维持在所述目标液位高度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取容器中放置的液态材料的当前液位高度、目标液位高度以及待打印三维模型的切片数据之前，所述方法还包括：

响应于打印启动指令，控制加液装置以最大速度进行加液，以使所述容器中液态材料达到所述目标液位高度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述预估消耗量和所述高度偏差，确定加液速度，包括：

基于容器截面积和所述高度偏差得到加液体积量，基于所述加液体积量和所述预估消耗量，得到目标加液量；

基于层数n、每层打印时间和所述目标加液量，得到当前打印层所需的加液速度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述得到当前打印层所需的基本加液速度，包括：

基于容器截面积和所述高度偏差的乘积得到加液体积量；

基于所述加液体积量和所述预估消耗量之和，得到目标加液量；

基于所述目标加液量和液态材料密度的乘积，得到第一参数；

基于层数n和每层打印时间的乘积的倒数，得到目标系数；

基于所述第一参数和所述目标系数的乘积，得到第二参数；

基于所述第二参数和所述目标加液量的乘积，得到当前打印层所需的基本加液速度。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述根据所述预估消耗量和所述高度偏差，确定加液速度之后，所述方法还包括：

根据每次测量液位后的高度偏差求和，得到总历史高度偏差；

基于所述总历史高度偏差，对所述加液速度进行调整。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述根据所述预估消耗量和所述高度偏差，确定加液速度之后，所述方法还包括：

确定额外材料消耗量，基于所述额外材料消耗量对所述加液速度进行调整，其中，额外材料消耗量包括成型平台带离的材料量和/或待打印三维模型承载结构带离的材料量；和/或

确定当前环境下的材料温度，基于所述材料温度对所述加液速度进行调整。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取容器中放置的液态材料的当前液位高度，包括：

在每n层打印之前，执行获取容器中放置的液态材料的当前液位高度的步骤；

其中，n取决于模型打印时的预估消耗材料量，n为整数，n≥1。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述切片数据得到多个打印层数对应的多个材料消耗量，其中，所述多个打印层数的开始层数为所述当前打印层数；

对所述多个材料消耗量进行逐项求和，得到多个总材料消耗量；

将所述多个总材料消耗量与预设消耗量阈值进行匹配，得到目标层数n，其中，所述目标层数n对应的所述总材料消耗量小于或等于所述预设消耗量阈值，所述目标层数n的下一层对应的所述总材料消耗量大于所述预设消耗量阈值。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取容器中放置的液态材料的当前液位高度，包括：

响应于接收到的液位检测指令，按照预设采样频率输出驱动信号，以使超声探头向具有液态介质的容器内发射超声波信号；

获取超声探头根据当前液位和所述超声波信号输出的回波信号；

基于所述回波信号确定超声传输时间；其中，所述超声传输时间用于表征从发送所述超声波信号到接收到所述回波信号的时间；

基于所述超声传输时间和超声传输速度，得到超声传播距离，并根据超声传播距离和超声探头设置高度得到所述当前液位高度。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，基于所述回波信号确定超声传输时间，包括：

基于所述回波信号得到回波的电压序列，对所述电压序列求和得到回波对时间轴的总等效面积S，对所述电压序列逐项求和得到每一电压对应的子等效面积，将所述子等效面积大于或等于S/2的电压对应的回波到达时间确定为回波接收时刻；或者

基于所述回波信号得到回波的电压序列，根据采样频率和所述电压序列构造周期函数模型，对所述周期函数模型求解得到函数最大值，将所述函数最大值对应的电压回波到达时间确定为回波接收时刻；或者

基于所述回波信号得到回波的高低电平状态序列，将所述高低电平状态序列中第N个高电平对应的时刻确定为回波接收时刻；

根据超声发射时刻和所述回波接收时刻，得到所述超声传输时间。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

采用连续测量m次的方式获取多个所述超声传播距离；

对多个所述超声传播距离取算术平均值，得到滤波后的超声距离输出值；

根据超声距离输出值和超声探头设置高度得到所述当前液位高度。

12.一种用于3D打印机的液位控制系统，其特征在于，包括主控装置以及与所述主控装置通信连接的液位检测装置和加液装置；

所述液位检测装置用于获取容器中放置的液态材料的当前液位高度；

所述主控装置用于根据当前液位高度和预设的目标液位高度，得到高度偏差；获取待打印三维模型的切片数据，根据所述切片数据确定待打印三维模型每n层打印对液态材料的预估消耗量；根据所述预估消耗量和所述高度偏差，确定加液速度；

所述加液装置用于基于所述加液速度向所述容器中增加液态材料，以使液位维持在所述目标液位高度。

13.一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包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至11中任意一项所述液位控制方法。

14.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及

于所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至11中任意一项所述液位控制方法。