基于线宽测量的增材制造流量智能控制方法

发布时间：2017-07-27 10:25

  本文关键词：基于线宽测量的增材制造流量智能控制方法

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【摘要】：组织工程学是把生物活性物质在体外培养一段时间后，使其能够修复或者形成新的器官的技术。体内移植或体外移植都能够修复组织缺损，代替人体自身组织或器官的一部分或所有的功能[1]。利用组织工程与低温成形技术制备的支架能为细胞提供生长、增殖、分化的场所，经过培养形成新的组织或者器官。因此，，生物支架的成形质量对组织器官的修复有重要的影响。 支架制备装置 低温成形机是制备复杂形状的三维支架的先进成形设备，将制备生物支架的浆料送入低温成形机的料仓中，由喷头喷出，按照软件规划的轨迹堆积成数据模型所描述的三维立体支架。均匀一致的支架浆料线宽使得实体模型或支架拥有良好的孔隙形状和孔隙率，从而有利于细胞的粘附、生长、繁殖和分化。因此，对支架材料线宽精度控制的研究是组织工程学研究的一个非常重要的方面。 目前在低温成形机制备支架的过程中，喷头喷出浆料的流速流量属于开环控制，一旦在制备过程中出现误差，无法对其进行实时调整和校正，因流量不足引起的坍塌或者流量过大引起的过堆都会大大降低实体模型或支架的精度和表面质量。综上，本文提出了一种基于线宽测量的增材制造流量的智能控制方法。将摄像头采集的当前扫描线宽与设定值进行对比，控制成形设备的工作台位移速度与喷头流量的相对关系。其中支架浆料线宽的采集作为是整个闭环控制研究的重点，文中提出三种方案，分别为单摄像头直接测量支架浆料线宽、单摄像头加图像处理测量支架浆料线宽和双摄像头加图像处理测量支架浆料线宽，经过对比第三种方案能够实时测量支架浆料线宽且算术平均误差为0.013，从而作为闭环回路中的反馈信号完成整个智能控制。
【关键词】：组织工程 增材制造 双摄像头 图像处理 闭环控制 线宽精度
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH16;TP273.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 组织工程及生物支架9-10
• 1.1.1 背景概述9-10
• 1.1.2 组织工程中支架的作用10
• 1.2 制备支架10-13
• 1.3 快速成形支架技术13
• 1.4 本文的意义和主要研究内容13-15
• 1.4.1 本文的意义13-14
• 1.4.2 本文的主要研究内容14-15
• 第2章 低温成形技术15-20
• 2.1 低温成形技术15-18
• 2.2 低温成形机喷头的喷射技术18-20
• 2.2.1 喷头的结构和性能18-19
• 2.2.2 离散式喷头的结构与工作原理19
• 2.2.3 低温成形机喷头流量19-20
• 第3章 闭环增材制造系统的研究方法20-26
• 3.1 自动控制系统简介20-21
• 3.2 开环与闭环负反馈控制系统21-22
• 3.2.1 开环控制系统21
• 3.2.2 闭环控制系统21-22
• 3.2.3 开环控制系统与闭环负反馈控制系统对比22
• 3.3 当前增材控制系统的缺点22-24
• 3.4 闭环增材制造系统24-26
• 第4章 喷头扫描电机及其控制方案26-32
• 4.1 低温成形机的喷头扫描电机及驱动器26-27
• 4.1.1 交流伺服电机26-27
• 4.1.2 交流伺服电机驱动器27
• 4.2 单片机控制喷头扫描电机27-32
• 4.2.1 STC89S52 单片机28-30
• 4.2.2 DAC 芯片30
• 4.2.3 单片机控制伺服电机30-32
• 第5章 采集线宽方案32-43
• 5.1 OV7620 工作原理32-33
• 5.2 单 OV7620 摄像头直接采集支架浆料线宽方案33-35
• 5.3 OV7620 摄像头间接采集支架浆料线宽方案35-42
• 5.3.0 成像理论推导35-36
• 5.3.1 单 OV7620 摄像头间接采集支架浆料线宽36-37
• 5.3.2 双 OV7620 摄像头间接采集支架浆料线宽方案37-39
• 5.3.3 软件滤波与计算在图像处理中的作用39-42
• 5.4 本章小结42-43
• 第6章 总结与展望43-44
• 致谢44-45
• 参考文献45-48
• 附录48

【参考文献】

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1 闫冰,闫景龙,张涛;骨组织工程学研究进展[J];中国骨肿瘤骨病;2004年02期

2 段桂江,高连生,唐晓青;CIMS环境下集成化计算机辅助质量系统框架模型研究[J];计算机集成制造系统-CIMS;1997年05期

3 刘丰;张人佶;;Aerodynamically Assisted Tip-Pen Direct Writing[J];Tsinghua Science and Technology;2009年S1期

4 王身国,杨健,蔡晴,石桂欣,贝建中;组织工程用生物材料及细胞支架研究进展[J];中华整形外科杂志;2000年06期

本文编号：580956