本發明涉及增材制造，特別涉及一種熔融(rong)沉(chen)積(ji)成型(xing)工藝參(can)數(shu)實(shi)時(shi)調控系統及方法。

背景技術：

1、不(bu)同于以減材成(cheng)(cheng)型(xing)為特征的切削加工(gong)，或以等(deng)材成(cheng)(cheng)型(xing)為特征的鍛壓(ya)與鑄造，以堆積成(cheng)(cheng)型(xing)為特征的增材制造技(ji)術(shu)，因具(ju)備無(wu)模具(ju)快速自由成(cheng)(cheng)型(xing)、全數字(zi)化、高柔性、多(duo)材料任意復合制造等(deng)特點，為復雜曲面結(jie)構(gou)零件(jian)制造提供了(le)便捷，已被廣泛應用于汽(qi)車、航空(kong)航天、工(gong)業設計等(deng)領域(yu)，被媒體譽為“未(wei)來(lai)經濟的十二大技(ji)術(shu)之一”。

2、根(gen)據工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)過程特征不(bu)同，增(zeng)材(cai)制(zhi)造(zao)技術可分為光固化(hua)成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)、激(ji)光選區(qu)熔(rong)化(hua)、激(ji)光選區(qu)燒結、熔(rong)融(rong)沉(chen)積成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)等工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)。熔(rong)融(rong)沉(chen)積成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)技術是(shi)一種通過噴嘴或孔口擠出材(cai)料的(de)增(zeng)材(cai)制(zhi)造(zao)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)，有著成(cheng)(cheng)本(ben)低(di)廉和幾乎(hu)不(bu)需要后處理等優勢。然而，熔(rong)融(rong)沉(chen)積成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)過程受各(ge)種不(bu)確定性因素影響，易產生小尺寸零件(jian)(jian)精(jing)度低(di)、強(qiang)度差等質量(liang)缺陷，阻攔著熔(rong)融(rong)沉(chen)積成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)的(de)規模化(hua)應用。如(ru)何調(diao)控成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)過程工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)參數，保障(zhang)成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)零件(jian)(jian)質量(liang)，是(shi)行業亟待(dai)解決的(de)難題。

3、現(xian)存調控(kong)方法(fa)多(duo)為離線(xian)控(kong)制，關注于(yu)特定型(xing)(xing)(xing)號打印機制造單一零件時，某一種過程(cheng)缺陷的(de)抑制。這(zhe)類(lei)方法(fa)難以(yi)解決實際(ji)生(sheng)產中多(duo)型(xing)(xing)(xing)號打印機生(sheng)產不同結構零件時的(de)工(gong)藝參數(shu)調控(kong)需(xu)求，無(wu)法(fa)避免(mian)多(duo)類(lei)型(xing)(xing)(xing)過程(cheng)缺陷的(de)生(sheng)成。

4、背景技(ji)術部(bu)分中公開的上述信(xin)息僅僅用(yong)于增強對本發(fa)明背景的理解，因此(ci)可能包(bao)含不(bu)構成本領(ling)域普通技(ji)術人員公知的現有技(ji)術的信(xin)息。

技術實現思路

1、針對(dui)現有技術中存(cun)在的問題，本發明提(ti)出一種(zhong)熔(rong)融(rong)(rong)沉(chen)積成(cheng)型(xing)工藝(yi)參(can)(can)數實時(shi)調控系(xi)統及方法，基于多頭卷積網絡模型(xing)，以熔(rong)融(rong)(rong)沉(chen)積區域圖像為輸入(ru)，輸出工藝(yi)參(can)(can)數狀態(tai)預測語句，通過(guo)參(can)(can)數狀態(tai)判斷(duan)器獲取最佳工藝(yi)參(can)(can)數狀態(tai)預測語句，并依此語句及其出現頻率，通過(guo)比例控制對(dui)熔(rong)融(rong)(rong)沉(chen)積成(cheng)型(xing)工藝(yi)參(can)(can)數進(jin)行實時(shi)調整。

2、本發明是通過以(yi)下技術方案予以(yi)實現：

3、一種熔融(rong)沉(chen)積成型工藝參數實時調控系統包括(kuo)：

4、打印機，其用于熔融沉積成(cheng)型(xing)，

5、相機，其朝向所述打(da)印機以(yi)拍(pai)攝熔融沉(chen)積區域圖(tu)像(xiang)，

6、本地服(fu)務器，其連接所述(shu)相(xiang)機以對熔融沉積區(qu)域圖像(xiang)進(jin)行裁剪和縮放，并對rgb通道進(jin)行歸(gui)一化處(chu)理得到輸入圖像(xiang)，

7、多頭卷積(ji)網絡模(mo)型(xing)(xing)，其植入(ru)所述(shu)本(ben)地服務器，多頭卷積(ji)網絡模(mo)型(xing)(xing)根(gen)據輸入(ru)圖像(xiang)進行打(da)印機工(gong)藝(yi)參數狀態(tai)預(yu)測并輸出工(gong)藝(yi)參數狀態(tai)預(yu)測語句，

8、參(can)(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)判斷(duan)器，其(qi)連(lian)接(jie)所述多頭(tou)卷積網絡模型以將工(gong)藝(yi)參(can)(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)預(yu)測語句傳遞至參(can)(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)判斷(duan)器中的工(gong)藝(yi)參(can)(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)預(yu)測序列并尋找最佳工(gong)藝(yi)參(can)(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)預(yu)測語句，

9、比例修正器(qi)(qi)，其連接(jie)參數狀態(tai)(tai)判斷器(qi)(qi)和本(ben)(ben)地服務器(qi)(qi)，輸入最(zui)佳工(gong)藝(yi)參數狀態(tai)(tai)預(yu)測語(yu)句和最(zui)佳工(gong)藝(yi)參數狀態(tai)(tai)預(yu)出(chu)現頻率p到比例修正器(qi)(qi)以(yi)輸出(chu)工(gong)藝(yi)參數調整量并發送到本(ben)(ben)地服務器(qi)(qi)，

10、驅(qu)動程序(xu)單元(yuan)，其連接本地服務器和打印機(ji)，本地服務器基于工藝(yi)參(can)數(shu)調整量生成調節命令并(bing)發(fa)送驅(qu)動程序(xu)單元(yuan)，驅(qu)動程序(xu)單元(yuan)執行調節命令，更新打印機(ji)工藝(yi)參(can)數(shu)。

11、所述的一種(zhong)熔融沉(chen)積成型工藝參數實時調控(kong)系統(tong)中(zhong)，當更新打印機工藝參數執行完(wan)畢(bi)后，驅動程(cheng)序單(dan)元向(xiang)本地服(fu)務器(qi)發送(song)完(wan)畢(bi)指令。

12、所(suo)述的(de)一種(zhong)熔(rong)融沉(chen)積成型工(gong)藝(yi)參數實時調(diao)控系統中，打印機工(gong)藝(yi)參數包(bao)括(kuo)材(cai)料擠出速率(lv)、噴(pen)嘴(zui)(zui)(zui)移動速度(du)、噴(pen)嘴(zui)(zui)(zui)溫(wen)度(du)和(he)z軸(zhou)(zhou)偏移距(ju)離，參數狀態預(yu)測(ce)序(xu)(xu)(xu)列(lie)包(bao)括(kuo)材(cai)料擠出速率(lv)預(yu)測(ce)序(xu)(xu)(xu)列(lie)、噴(pen)嘴(zui)(zui)(zui)移動速度(du)預(yu)測(ce)序(xu)(xu)(xu)列(lie)、噴(pen)嘴(zui)(zui)(zui)溫(wen)度(du)預(yu)測(ce)序(xu)(xu)(xu)列(lie)、z軸(zhou)(zhou)偏移距(ju)離預(yu)測(ce)序(xu)(xu)(xu)列(lie)，工(gong)藝(yi)參數調(diao)整(zheng)量(liang)包(bao)括(kuo)材(cai)料擠出速率(lv)調(diao)整(zheng)量(liang)、噴(pen)嘴(zui)(zui)(zui)移動速度(du)調(diao)整(zheng)量(liang)、噴(pen)嘴(zui)(zui)(zui)溫(wen)度(du)調(diao)整(zheng)量(liang)、z軸(zhou)(zhou)偏移距(ju)離調(diao)整(zheng)量(liang)。

13、所(suo)述的一種熔融(rong)沉積成型工藝參(can)數實時調控系統中，比(bi)例(li)修正器包括線性映射單(dan)元與比(bi)例(li)放大單(dan)元。

14、所述(shu)的(de)一種熔融沉(chen)積(ji)成型工藝參數實時(shi)調控系統(tong)中(zhong)，驅動(dong)程序單(dan)元為(wei)打印機內置的(de)驅動(dong)器(qi)。

15、熔融沉(chen)(chen)積成型工藝(yi)參數實時(shi)調控(kong)系統(tong)的熔融沉(chen)(chen)積成型工藝(yi)參數實時(shi)調控(kong)方法包括如下(xia)步驟：

16、第一步(bu)驟中，相(xiang)機拍攝熔融沉積區域圖像(xiang)并發送本(ben)地服務(wu)器；

17、第二步驟中(zhong)，以擠出噴嘴(zui)為圖(tu)像中(zhong)心，本地服務器對熔融(rong)沉積區(qu)域(yu)圖(tu)像進(jin)行裁剪(jian)和縮(suo)放(fang)，并對rgb通道進(jin)行歸一化處理，作(zuo)為多頭(tou)卷積網絡模型輸(shu)入圖(tu)像；

18、在(zai)第三步驟中，多(duo)頭(tou)卷積網絡(luo)模型根據輸入圖像進行打印(yin)機工藝(yi)(yi)(yi)參(can)(can)數狀態預測(ce)并(bing)輸出工藝(yi)(yi)(yi)參(can)(can)數狀態預測(ce)語句，并(bing)將預測(ce)語句傳遞至(zhi)參(can)(can)數狀態判斷器中的工藝(yi)(yi)(yi)參(can)(can)數狀態預測(ce)序列(lie)；

19、其中，多頭(tou)卷積網(wang)絡(luo)(luo)模(mo)型由resnet50網(wang)絡(luo)(luo)和全連接網(wang)絡(luo)(luo)構成，多頭(tou)卷積網(wang)絡(luo)(luo)模(mo)型輸入經(jing)裁(cai)剪(jian)的(de)原始圖像(xiang)，網(wang)絡(luo)(luo)輸出層包括12個(ge)神經(jing)元，網(wang)絡(luo)(luo)輸出層神經(jing)元被等分(fen)為四份，每份對(dui)應(ying)不同工(gong)藝參數(shu)，每份包含的(de)3個(ge)神經(jing)元分(fen)別對(dui)應(ying)該工(gong)藝參數(shu)的(de)“高”、“低”、“好”三(san)種狀態，

20、其(qi)中，多(duo)頭卷(juan)積(ji)網(wang)(wang)絡(luo)模(mo)型(xing)預測工(gong)(gong)藝(yi)參(can)數狀態并輸(shu)(shu)出(chu)工(gong)(gong)藝(yi)參(can)數狀態預測語句(ju)的過(guo)程為：多(duo)頭卷(juan)積(ji)網(wang)(wang)絡(luo)接收(shou)經裁剪的原始圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)，先使用resnet50網(wang)(wang)絡(luo)進行圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)處理，提取(qu)注意到圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)中與(yu)(yu)工(gong)(gong)藝(yi)參(can)數狀態關聯的信息的圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)關鍵特征，resnet50網(wang)(wang)絡(luo)的輸(shu)(shu)出(chu)被(bei)鋪平(ping)作為全連接網(wang)(wang)絡(luo)輸(shu)(shu)入層(ceng)，resnet50網(wang)(wang)絡(luo)提取(qu)的與(yu)(yu)工(gong)(gong)藝(yi)參(can)數相(xiang)關的圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)信息將通過(guo)全連接網(wang)(wang)絡(luo)與(yu)(yu)打(da)印機工(gong)(gong)藝(yi)參(can)數狀態鏈接，實現(xian)從圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)信息到打(da)印機工(gong)(gong)藝(yi)參(can)數狀態的映射(she)，即輸(shu)(shu)出(chu)工(gong)(gong)藝(yi)參(can)數狀態預測語句(ju)，

21、在(zai)第四步驟中，當工(gong)藝(yi)參(can)數(shu)(shu)(shu)狀(zhuang)態(tai)預(yu)(yu)測(ce)序列被完全(quan)填充(chong)后，參(can)數(shu)(shu)(shu)狀(zhuang)態(tai)判(pan)斷器尋找最佳工(gong)藝(yi)參(can)數(shu)(shu)(shu)狀(zhuang)態(tai)預(yu)(yu)測(ce)語句，并將最佳工(gong)藝(yi)參(can)數(shu)(shu)(shu)狀(zhuang)態(tai)預(yu)(yu)測(ce)語句與最佳工(gong)藝(yi)參(can)數(shu)(shu)(shu)狀(zhuang)態(tai)預(yu)(yu)測(ce)語句出(chu)現(xian)頻率p送入比(bi)例修正器；

22、其(qi)中，參(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)判(pan)(pan)斷(duan)器(qi)(qi)尋找最(zui)佳工(gong)(gong)藝(yi)(yi)參(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)預(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)測語(yu)(yu)(yu)句(ju)(ju)(ju)過程(cheng)為：當某一工(gong)(gong)藝(yi)(yi)參(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)預(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)測序(xu)(xu)列(lie)填滿后，參(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)判(pan)(pan)斷(duan)器(qi)(qi)首先計算該(gai)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)預(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)測序(xu)(xu)列(lie)中每種工(gong)(gong)藝(yi)(yi)參(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)預(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)測語(yu)(yu)(yu)句(ju)(ju)(ju)出現(xian)頻(pin)率(lv)，即“高”、“低(di)”、“好(hao)”三(san)種狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)預(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)測語(yu)(yu)(yu)句(ju)(ju)(ju)占據該(gai)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)參(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)預(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)測序(xu)(xu)列(lie)的(de)百分比(bi)，參(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)判(pan)(pan)斷(duan)器(qi)(qi)比(bi)較(jiao)該(gai)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)參(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)預(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)測序(xu)(xu)列(lie)中出現(xian)頻(pin)率(lv)最(zui)高的(de)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)參(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)預(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)測語(yu)(yu)(yu)句(ju)(ju)(ju)與(yu)本工(gong)(gong)藝(yi)(yi)參(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)預(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)測序(xu)(xu)列(lie)閾值θ，當出現(xian)頻(pin)率(lv)最(zui)高的(de)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)參(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)預(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)測語(yu)(yu)(yu)句(ju)(ju)(ju)的(de)頻(pin)率(lv)大于序(xu)(xu)列(lie)閾值時，參(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)判(pan)(pan)斷(duan)器(qi)(qi)認(ren)定(ding)(ding)該(gai)預(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)測語(yu)(yu)(yu)句(ju)(ju)(ju)為當前狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)下，本工(gong)(gong)藝(yi)(yi)參(can)數(shu)(shu)的(de)最(zui)佳工(gong)(gong)藝(yi)(yi)參(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)預(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)測語(yu)(yu)(yu)句(ju)(ju)(ju)，否則，最(zui)佳工(gong)(gong)藝(yi)(yi)參(can)數(shu)(shu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)(tai)(tai)(tai)預(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)測語(yu)(yu)(yu)句(ju)(ju)(ju)被判(pan)(pan)定(ding)(ding)為“好(hao)”；

23、在第五步驟中，比例修(xiu)正(zheng)器依據(ju)最(zui)佳工(gong)藝參數狀態預(yu)測語句(ju)，判斷是否對工(gong)藝參數施加調(diao)節(jie)(jie)，若確定進行調(diao)節(jie)(jie)，則根據(ju)最(zui)佳工(gong)藝參數預(yu)測語句(ju)占據(ju)參數狀態預(yu)測序列(lie)百分比輸出相關工(gong)藝參數調(diao)節(jie)(jie)量，其調(diao)節(jie)(jie)過(guo)程由線性映(ying)射與比例放大兩階段組成；

24、在第六步(bu)驟中，當本地(di)服務器接到比例(li)修正(zheng)器輸出的(de)工(gong)(gong)藝(yi)參數調節(jie)量(liang)后(hou)，向驅(qu)動(dong)程(cheng)(cheng)序單(dan)(dan)(dan)元(yuan)發(fa)送調節(jie)命令，驅(qu)動(dong)程(cheng)(cheng)序單(dan)(dan)(dan)元(yuan)執行(xing)調節(jie)命令，更(geng)新打(da)印機工(gong)(gong)藝(yi)參數，當更(geng)新執行(xing)完畢后(hou)，驅(qu)動(dong)程(cheng)(cheng)序單(dan)(dan)(dan)元(yuan)向本地(di)服務器發(fa)送完畢指(zhi)令。

25、所述的一種熔融(rong)沉積(ji)成(cheng)型工藝參數實時(shi)調控方(fang)法中，相機(ji)拍攝頻(pin)率為2hz。

26、所(suo)述的(de)一(yi)種(zhong)熔融沉(chen)積成型工藝參(can)數實時調(diao)控(kong)方法中，圖像剪切、縮放、歸一(yi)化過程中，圖像首(shou)先被裁剪為(wei)320×320ppi，后縮放為(wei)224×224ppi，歸一(yi)化處理所(suo)用方法為(wei)均(jun)值方差歸一(yi)化。

27、所(suo)述的(de)一種(zhong)熔(rong)融沉積成型(xing)工(gong)(gong)藝參(can)數實時(shi)調控方法中，線(xian)性映(ying)射(she)過程操作為：將位于[θ,1]區(qu)間上(shang)的(de)最佳工(gong)(gong)藝參(can)數預(yu)測(ce)語句占(zhan)據參(can)數狀態(tai)預(yu)測(ce)序列的(de)百分比線(xian)性映(ying)射(she)至區(qu)間[i,1]，兩組(zu)映(ying)射(she)區(qu)間下(xia)限均為正值，θ和i通(tong)過將多頭神(shen)經網(wang)絡中其(qi)他輸出頭與比例控制器的(de)聯系切斷，進行單一工(gong)(gong)藝參(can)數狀態(tai)預(yu)測(ce)與比例控制。

28、所(suo)述(shu)(shu)的(de)一(yi)種熔融沉(chen)積(ji)成型工藝參數(shu)實時調控方法中，所(suo)述(shu)(shu)比例放(fang)大(da)操作為(wei)：將[i,1]區間上的(de)映(ying)射數(shu)值(zhi)乘以(yi)放(fang)大(da)系數(shu)±k，得到熔融沉(chen)積(ji)成型工藝參數(shu)調整量。

29、和現有技術(shu)相比(bi)，本發明具有以下(xia)優點：

30、本發(fa)(fa)明可實(shi)現不同打印系統、不同結構零件成(cheng)型(xing)過程的(de)多(duo)種工(gong)藝參(can)數實(shi)時校(xiao)正，減少未熔合，小尺寸零件幾何精度低等問題，保(bao)障(zhang)熔融沉(chen)積成(cheng)型(xing)工(gong)藝產品(pin)質(zhi)量(liang)，同時，部署相機成(cheng)本低廉(lian)，控制過程無(wu)需(xu)人工(gong)干預等特點，延展了(le)本發(fa)(fa)明的(de)普遍(bian)適用性(xing)。