本發(fā)明涉及3d打印技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種3d打印液體材料的液面高度檢測方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在微納3d打印機(jī)的加工過程中，升降臺11升降運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)其上的固化樣件13運(yùn)動(dòng)，當(dāng)光源從上向下照射的時(shí)候，如1所示，為保證光敏樹脂液體材料12的液面的高度與已固化的樣件13表面的高度之差為設(shè)定的打印層高值，液面高度必須要能實(shí)時(shí)檢測出來，否則會(huì)導(dǎo)致加工失敗。而微納3d打印要求層高設(shè)定0.5～1um，因此光敏樹脂液位高度的高精密檢測變得非常重要。

目前關(guān)于液面高度檢測的方法常見的有以下3種：一、傳統(tǒng)壓力方式，在液體底部安裝一只壓力傳感器，讀取的壓力值即可表示液面高度與液體密度之積，這種方式成本低，精度低，但無法滿足使用要求；二、激光探測方法，測量原理為光源發(fā)出的光由發(fā)送光纖傳輸?shù)奖粶y液體的表面，并反射回來被接收光纖接收，其光強(qiáng)量與液面高度有關(guān)，采用該激光探測方法能得到相對較高的精度(幾個(gè)微米量級)，缺點(diǎn)是對光源、光纖、反射表面反射率、光在光纖中的傳輸損耗等變化非常敏感，容易引起較大的測量誤差；三、電容式探測，需要兩個(gè)感應(yīng)電極，所測電容值是兩個(gè)感應(yīng)電極之間的電容量，但感應(yīng)電極長時(shí)間放在液體中，感應(yīng)電極表面容易發(fā)生腐蝕等影響量測結(jié)果。

因此，需要提出一種新的液面高度檢測方法，對3d打印加工過程的液面高度進(jìn)行高精密度的檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)3d打印過程中液體材料液面高度檢測精度不高的問題，提出了本發(fā)明的一種3d打印液體材料的液面高度檢測方法和系統(tǒng)，以便克服上述問題或者至少部分地解決上述問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種3d打印液體材料的液面高度檢測方法，該方法包括：

在所述液體材料的液面上方，設(shè)置分光裝置；

在所述液體材料的液體表面，設(shè)置反射浮標(biāo)，并使所述反射浮標(biāo)與所述分光裝置對齊；

用激光照射所述分光裝置，所述激光被所述分光裝置分為相干的兩束，一束由所述分光裝置反射，另一束穿過所述分光裝置由所述反射浮標(biāo)反射，利用光探測器同時(shí)接收反射的這兩束激光，獲取激光干涉條紋；

通過檢測所述激光干涉條紋的變化，實(shí)時(shí)計(jì)算出所述液面的高度變化。

可選地，在設(shè)置所述反射浮標(biāo)時(shí)，使所述反射浮標(biāo)以固定的角度漂浮于所述液面上。

可選地，設(shè)置的所述反射浮標(biāo)為平板狀，在其下方一側(cè)設(shè)置配重結(jié)構(gòu)，通過所述配重結(jié)構(gòu)使所述反射浮標(biāo)以固定的角度漂浮于所述液面上。

可選地，該方法還包括，設(shè)置限位裝置，用于限位所述反射浮標(biāo)，使所述反射浮標(biāo)始終與所述分光裝置對齊。

可選地，所述限位裝置采用如下方法實(shí)現(xiàn)：在盛放所述液體材料的液槽中設(shè)置限位板，令所述限位板包圍的區(qū)域與所述分光裝置對齊，將所述反射浮標(biāo)置于所述限位板包圍的區(qū)域內(nèi)。

依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種3d打印液體材料的液面高度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：激光光源、分光裝置、反射浮標(biāo)、光探測器和檢測單元；

所述激光光源，用于提供射向所述分光裝置的激光；

所述分光裝置，設(shè)置在所述液體材料的液面上方，用于將所述激光光源發(fā)出的激光分為相干的兩束，一束由所述分光裝置反射，另一束穿過所述分光裝置由所述反射浮標(biāo)反射；

所述反射浮標(biāo)，設(shè)置在所述液體材料的液體表面，并與所述分光裝置對齊，用于反射穿過所述分光裝置的激光束；

所述光探測器，用于同時(shí)接收所述分光裝置和所述反射浮標(biāo)反射的兩束激光，獲取激光干涉條紋；

所述檢測單元，用于檢測所述激光干涉條紋的變化，實(shí)時(shí)計(jì)算出所述液面的高度變化。

可選地，所述反射浮標(biāo)以固定的角度漂浮于所述液面上。

可選地，所述反射浮標(biāo)為平板狀，其下方一側(cè)設(shè)置有配重結(jié)構(gòu)，所述反射浮標(biāo)通過所述配重結(jié)構(gòu)以固定的角度漂浮于所述液面上。

可選地，該系統(tǒng)還包括限位裝置，所述限位裝置用于限位所述反射浮標(biāo)，使所述反射浮標(biāo)始終與所述分光裝置對齊。

可選地，所述限位裝置為設(shè)置在盛放所述液體材料的液槽中的限位板，所述限位板包圍的區(qū)域與所述分光裝置對齊，所述反射浮標(biāo)置于所述限位板包圍的區(qū)域內(nèi)。

綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案通過利用激光干涉原理，通過設(shè)置在液面上方的分光裝置和漂浮在液面上的反射浮標(biāo)，反射兩束相干激光，獲取干涉條紋，通過檢測相干激光的相位變化，實(shí)現(xiàn)對液面高度的高精度檢測，并且對腐蝕等因素不敏感，精度穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為微納3d打印的原理示意圖；

圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種3d打印液體材料的液面高度檢測方法的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種3d打印液體材料的液面高度檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的反射浮標(biāo)限位裝置俯視示意圖；

圖5為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的反射浮標(biāo)的配重結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：11、升降臺；12、液體材料；13、樣件；31、激光光源；32、分光裝置；33、反射浮標(biāo)；34、光探測器；35、液槽；36、限位板；37、配重球。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是：基于激光干涉原理，利用設(shè)置在3d打印液體材料中的反射浮標(biāo)和液面上方的分光裝置，獲取干涉條紋，檢測相干激光的相位變化，精確檢測液面高度。

圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種3d打印液體材料的液面高度檢測方法的流程示意圖，如圖2所示，該方法包括如下步驟：

步驟s110，在液體材料的液面上方，設(shè)置分光裝置。

該分光裝置，例如是通過鍍膜等方式制作的分束器。

步驟s120，在液體材料的液體表面，設(shè)置反射浮標(biāo)，并使反射浮標(biāo)與分光裝置對齊。

反射浮標(biāo)漂浮在液體表面上，隨液面高度變化而上升或下降，該反射浮標(biāo)的高度變化，即可表示液面的高度變化。并且，設(shè)置反射浮標(biāo)對激光進(jìn)行反射，而不是直接利用液面進(jìn)行反射，還可以避免由于光敏樹脂液體材料透光率極高，造成的反射激光較少的問題，從而提高信噪比，保證檢測精度。

步驟s130，用激光照射分光裝置，使得該激光被分光裝置分為相干的兩束，一束由分光裝置反射，另一束穿過分光裝置，照射至反射浮標(biāo)并由反射浮標(biāo)反射，利用光探測器同時(shí)接收分光裝置和反射浮標(biāo)反射的兩束激光，獲取激光干涉條紋。

步驟s140，通過檢測激光干涉條紋的變化，實(shí)時(shí)計(jì)算出液面的高度變化。

本發(fā)明的技術(shù)方案通過利用激光干涉原理，通過設(shè)置在液面上方的分光裝置和漂浮在液面上的反射浮標(biāo)，反射兩束相干激光，獲取干涉條紋，通過檢測相干激光的相位變化，實(shí)現(xiàn)對液面高度的高精度檢測，探測精度能達(dá)到激光波長和亞波長量級，如幾百納米；并且只需要考慮反射浮標(biāo)高度變化，對腐蝕等因素不敏感，精度穩(wěn)定。

優(yōu)選地，在設(shè)置反射浮標(biāo)時(shí)，使反射浮標(biāo)以固定的角度漂浮于液面上。設(shè)置反射浮標(biāo)以固定的角度漂浮于液面上，從而便于反射激光照射至光探測器上，便于獲取干涉條紋。

優(yōu)選地，例如可以設(shè)置反射浮標(biāo)為平板狀，在其下方一側(cè)設(shè)置配重結(jié)構(gòu)，通過配重結(jié)構(gòu)使反射浮標(biāo)以固定的角度漂浮于液面上。

優(yōu)選地，本方法還包括設(shè)置限位裝置，用于限位反射浮標(biāo)，使反射浮標(biāo)始終與分光裝置對齊。

具體地，限位裝置可以采用如下方法實(shí)現(xiàn)：在盛放液體材料的液槽中設(shè)置限位板，令限位板包圍的區(qū)域與分光裝置對齊，將反射浮標(biāo)置于限位板包圍的區(qū)域內(nèi)。

對應(yīng)與上述方法，本發(fā)明還公開了一種3d打印液體材料的液面高度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，包括：激光光源31、分光裝置32、反射浮標(biāo)33、光探測器34和檢測單元(未圖示)。

激光光源31，用于提供射向分光裝置32的激光。

分光裝置32，設(shè)置在液體材料的液面上方，用于將激光光源31發(fā)出的激光分為相干的兩束，一束由分光裝置32反射，另一束穿過分光裝置32由反射浮標(biāo)33反射。該分光裝置32例如是通過鍍膜制作而成的分光束。

反射浮標(biāo)33，設(shè)置在液體材料的液體表面，并與分光裝置32對齊，用于反射穿過分光裝置32的激光束。反射浮標(biāo)33的反射面采用鏡面反射，而且使用反射率較高的材料鍍層，例如銀等，且反射浮標(biāo)33的主體以密度較小的材料制作，從而漂浮在液面上。

光探測器34，用于同時(shí)接收分光裝置32和反射浮標(biāo)33反射的兩束激光，獲取激光干涉條紋。

檢測單元，用于檢測激光干涉條紋的變化，實(shí)時(shí)計(jì)算出液面的高度變化。

上述液面高度檢測系統(tǒng)達(dá)到的效果與前述方法相同，在此不再贅述。

優(yōu)選地，反射浮標(biāo)33以固定的角度漂浮于液面上。

具體地，如圖5所示，反射浮標(biāo)33為平板狀，其下方一側(cè)設(shè)置有配重結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中采用配重球37。反射浮標(biāo)33通過配重結(jié)構(gòu)以固定的角度漂浮于液面上。

優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括限位裝置，限位裝置用于限位反射浮標(biāo)33，使反射浮標(biāo)33始終與分光裝置32對齊。

具體地，如圖4所示，所示限位裝置采用如下方式實(shí)現(xiàn)：在盛放液體材料的液槽35中設(shè)置限位板36，限位板36包圍的區(qū)域與分光裝置32對齊，反射浮標(biāo)33置于限位板36包圍的區(qū)域內(nèi)。在圖4中，限位板36設(shè)置在液槽35的內(nèi)壁上，包圍了反射浮標(biāo)33的左右兩側(cè)，其包圍的區(qū)域與液槽35連通，從而反射浮標(biāo)33可以在其內(nèi)隨液面變化而上升或下降。本實(shí)施例中，反射浮標(biāo)33為方形，限位板36還能夠防止反射浮標(biāo)33轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)然，還可以采用三面環(huán)繞的限位板36，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的限位。另外，圖4中僅是本發(fā)明限位裝置的一種示意性實(shí)施例，其他可以限定反射浮標(biāo)33位置的結(jié)構(gòu)均可作為本發(fā)明的限位裝置，在此不再贅述。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行其他的改進(jìn)或變形。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本發(fā)明的目的，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。