[發(fā)明專利]基于機器視覺的近場電紡噴印效果在線檢測及其調(diào)控方法

有效

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• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN108221068B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張嘉榮;王晗;曾俊;林燦然
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00
• 代理公司: 44329 廣東廣信君達律師事務(wù)所
• 代理人: 江金城;楊曉松

本發(fā)明公開了一種基于機器視覺的近場電紡噴印效果在線檢測及其調(diào)控方法，包括如下步驟：將設(shè)備的收集板接地，注射器的針尖與直流高壓電連接；啟動靜電紡絲系統(tǒng)，運動平臺根據(jù)規(guī)劃的路徑開始運動，并在噴頭尖端形成泰勒錐；通過視覺圖像采集器實時采集紡絲過程中的絲徑大小、絲牽引狀態(tài)、絲分叉、斷絲信息，并對不同的情況進行在線反饋和調(diào)控；當(dāng)D、θ超出設(shè)置范圍，上位機軟件通過匹配置換算法控制，把D或者θ的誤差量通過與脈沖量的匹配轉(zhuǎn)換先實時調(diào)控牽引軸電機的速度、加速度，當(dāng)D或者θ達到預(yù)設(shè)值附近時再微調(diào)針頭到收集板距離H，使噴印的效果逐步貼近設(shè)置的參數(shù)范圍，直至穩(wěn)態(tài)噴印。本發(fā)明具有實施容易、操作簡單、系統(tǒng)運行穩(wěn)定的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電紡噴印控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于機器視覺的近場電紡噴印效果在線檢測及其調(diào)控方法。

背景技術(shù)

電紡絲技術(shù)電紡絲技術(shù)最早由Formhzls在1934年提出，隨后Taylor等人于1964年對靜電紡絲過程中帶電聚合物的變形提出了泰勒錐這一概念，直到上個世紀90年代人們開始廣泛關(guān)注電紡絲技術(shù)。但靜電紡絲生產(chǎn)出來的納米纖維很難有序收集，也很難做到有序排布。2006年，孫道恒等人提出近場電紡直寫技術(shù)，基于近場靜電紡的電紡直寫技利用電紡過程中直線穩(wěn)定射流的優(yōu)點,實現(xiàn)了單根米纖維的有序沉積,為電紡絲納米纖維的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)開拓了一種新的方法。

納米結(jié)構(gòu)由于其獨特的性質(zhì)使其在多領(lǐng)域應(yīng)用并成為了眾多學(xué)者深入研究的主題。現(xiàn)今大量的合成和制造方法已經(jīng)被應(yīng)用于產(chǎn)生納米纖維結(jié)構(gòu)，而在這些方法當(dāng)中近場電紡噴印(基于近場靜電相互作用的拉伸過程)為制造實心/空心/包軸等多種形式的纖維及其沉積排布提供了直接簡單的方法，與其它納米纖維結(jié)構(gòu)的方法不同，近場直寫排列纖維的方式是利用高壓電場激發(fā)并往收集板定向沉積的過程中在空氣中通過運動、蒸發(fā)形成第一次細化，并通過在收集板上的沉積后收集板對纖維基于靜電相互作用的單軸拉伸牽引，進一步連續(xù)減少黏性射流的直徑，這種技術(shù)適合于產(chǎn)生連續(xù)均勻，細化直徑的纖維序列排布。而在近場電紡噴印技術(shù)的應(yīng)用過程中，噴印形成絲材的過程中由于電壓、噴印速度、進給速度等都是單向開環(huán)控制，噴印過程絲徑和絲的牽引形態(tài)很容易受到干擾而導(dǎo)致絲徑不均勻、絲分叉、斷絲等現(xiàn)象，但在傳統(tǒng)近場電紡噴印過程中噴印檢測調(diào)控主要依賴人工觀察攝像機，故存在判別過于主觀、調(diào)節(jié)難度大的問題。如中國專利CN103952778B中公開了一種具有實時采樣功能的氣流輔助靜電紡絲儀，其利用光學(xué)顯微鏡對紡絲的噴印狀態(tài)進行實時監(jiān)測，而該方案對操作人員的主觀判斷和操作經(jīng)驗要求較高，人工觀察攝像機，存在判別過于主觀、調(diào)節(jié)難度大的問題。

因此，現(xiàn)有技術(shù)需要進一步改進和完善。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于機器視覺的近場電紡噴印效果在線檢測及其調(diào)控方法。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于機器視覺的近場電紡噴印效果在線檢測及其調(diào)控方法，該在線檢查及其調(diào)控方法主要包括如下步驟：

步驟S1：將設(shè)備的收集板接地，注射器的針尖與直流高壓電連接；

步驟S2：啟動靜電紡絲系統(tǒng)，X-Y-Z-U運動平臺根據(jù)上位機軟件規(guī)劃的路徑開始運動，使有機溶劑在電場作用下，在噴頭尖端形成泰勒錐，實現(xiàn)陣列等間距的噴印；

步驟S3：通過視覺圖像采集器實時采集到紡絲過程中的絲徑大小、絲牽引狀態(tài)、絲分叉、斷絲信息，并實時對不同的情況進行在線反饋調(diào)控；

步驟S4：上位機軟件實時對D和θ與標準工藝范圍的D₁(絲徑)、θ₁(牽引角度)進行調(diào)控對比，當(dāng)D、θ都在設(shè)置范圍內(nèi)，噴印根據(jù)上位機的軌跡規(guī)劃正常紡絲，平臺的運動參數(shù)保持不變；