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基于机器视觉的电子增材制造压电喷墨观测研究

基于机器视觉的电子增材制造压电喷墨观测研究

引用

作者：骞满长安大学

学位级别：硕士

基于压电喷墨的增材制造在航空航天、柔性电子等领域得到了广泛应用。其原理是当有周期性波形电压加到喷嘴压电陶瓷上时,压电陶瓷的挤压收缩也会随着波形变化,并使喷头中的工作液体在平稳状态下周期性地喷出工作液体。墨滴在喷射生成过... 详细信息

基于压电喷墨的增材制造在航空航天、柔性电子等领域得到了广泛应用。其原理是当有周期性波形电压加到喷嘴压电陶瓷上时,压电陶瓷的挤压收缩也会随着波形变化,并使喷头中的工作液体在平稳状态下周期性地喷出工作液体。墨滴在喷射生成过程中受到喷头和喷头打印工艺参数等多种因素影响,精确观测墨滴的状态是实现压电喷墨高精度生产的前提。为此,本文以压电式挤压喷头为研究对象,以机器视觉技术为手段,观测墨滴生成过程,抓取墨滴图片,研究墨滴形成的影响因素,探讨墨滴的半径、速度等特征识别参数与喷头打印工艺参数的关系,开展的主要工作如下:首先,分析比较了连续式喷墨和按需式喷墨打印技术,选择按需式挤压型压电喷头作为研究对象,介绍了压电喷墨的工作原理。分析墨滴观测方法,基于频闪拍照法设计了一套用于观测墨滴的专用设备,根据设备的应用场景,对设备零件进行了设计、选型、装配和调试。其次,通过机器视觉技术对得到的墨滴图像进行处理。基于动态阈值分割法设计了一个可以跟随对比度改变阈值的分割算法,实现了对墨滴特征区域的有效分割。设计了最小边缘墨滴半径改进算法,并对比分析了边缘最小外接圆拟合法。设计了墨滴速度求解算法。最后通过实例验证了墨滴半径和速度求解算法的有效性。最后,控制喷头打印工艺参数,处理墨滴图像并提取墨滴的半径、速度等特征识别参数,找到合适的梯形波上升下降时间,探究脉冲宽度、电压幅值和工作频率对墨滴特征识别参数的影响。通过实验验证了本文所设计的观测装置及算法的可行性。本文研究成果可以提高墨滴半径和速度的计算精度,提高喷墨打印质量,并可用于新型喷头开发、喷墨材料研发和打印工艺的研究,具有重要的意义。

关键词：压电喷墨墨滴观测仪阈值分割墨滴半径墨滴速度

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