本发明属于3d打印，尤其涉及面向3d打印的多喷头协同控制方法及系统。
背景技术：
1、随着技术的进步，多喷头3d打印技术逐渐成为珠宝制造领域的一个研究热点。这种技术通常采用多个喷头协同工作的方式，每个喷头可以装载不同的材料，如贵金属粉末、树脂或其他特殊材料。这样不仅可以提高打印的速度，还可以实现多材料的集成打印，为珠宝设计提供了更多的可能性，尽管多喷头3d打印技术在珠宝制造中展现了巨大的潜力，但现有的技术仍然存在一些局限性和挑战，例如现有的多喷头3d打印系统在喷头间的协同控制方面还不够成熟，尤其是在处理复杂结构时，如何高效地分配任务给各个喷头仍然是一个挑战；
2、如公开号为cn115771259a的中国专利公开了一种3d打印在线着色协同控制方法及系统，包括：对3d打印的打印头和着色喷头的位置进行初始化设置；当打印头完成预设的m层的打印时，确定着色喷头的着色位置，并控制着色喷头移动到所述着色位置；当着色喷头移动到所述着色位置时，触发所述着色喷头开始工作；基于设置于所述打印头上的第一红外探头和设置于所述着色喷头上的第二红外探头确定第一距离和第二距离；当所述第一距离和第二距离均大于等于第一预设距离阈值时，控制所述打印头和着色喷头继续同时进行工作；当所述打印头完成当前打印层的打印，或所述着色喷头完成当前着色层的着色且所述着色层与打印层的层数差大于等于预设层数阈值时，进行下一层的打印或进行下一层的着色。
3、以上现有技术存在以下问题：现有技术在处理复杂结构时，如何进行任务分配和任务分配后的协同控制仍然是一个挑战，为了解决上述问题，本发明提供了面向3d打印的多喷头协同控制方法及系统。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提出了面向3d打印的多喷头协同控制方法及系统，该方法通过预先构建待打印件的三维参数模型并细化分层与区域划分，结合各区域工艺属性与喷头特性，智能分配打印任务至多个喷头，其次，基于优化的打印路径规划，实现多喷头协同作业，在打印过程中，采用无损检测技术实时监测并预测打印指标偏差，通过内置的误差趋势预测模型，提前调整喷头参数，确保打印指标实时符合预设工艺要求；本发明的多喷头协同控制方法显著提升了复杂结构件3d打印的精度与效率。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、面向3d打印的多喷头协同控制方法，包括：
4、s1、获取待打印件加工工艺参数，通过三维软件构建待打印件三维参数模型，并对构建的三维参数模型进行预分层和区域划分，获取区域划分后对应区域加工工艺子参数；
5、s2、根据获取的对应区域加工工艺子参数和喷头属性，通过分类匹配算法获得对应划分区域打印任务类型和喷头对应的区域任务执行列表；
6、s3、初始化多喷头位置，并根据每一个区域对应的加工工艺子参数、打印任务类型和喷头对应的区域任务执行列表，通过路径生成算法生成多喷头分段区域路径；
7、s4、通过强化学习构建多智能体协同控制模型，并将多喷头协同控制策略内置构建到多喷头分段区域路径中，实时控制多喷头对应路径的动态3d打印状态；
8、s5、利用无损检测传感器实时对各个喷头3d打印过程进行监测，获取待打印件打印指标数据，根据获取的打印指标数据和待打印件加工工艺参数，获取打印指标偏差，并将获取的打印指标偏差输入到内置的误差趋势预测模型中，获取各喷头下一时刻打印指标预测偏差；
9、s6、将获取的各喷头下一时刻打印指标预测偏差反馈到多智能体协同控制模型中，对打印过程中各喷头进行前置调整，使得待打印件打印指标数据实时等于待打印件加工工艺参数。
10、具体的，s1中获取区域划分后对应区域加工工艺子参数的步骤包括：
11、s101、设置预分层层数m和层厚，通过软件根据预设的层数m和层厚对三维参数模型进行分层划分，获取单层打印层，对划分后的单层打印层通过3d软件进行几何参数和所需打印材料参数分析，获取划分后每一层的区域属性参数集和加工工艺参数集；
12、s102、将获取的每一个单层区域属性参数集和加工工艺参数集输入到网格算法当中，获得每一个单层划分区域序列和对应划分区域加工工艺子参数集；
13、s103、设置单层打印层打印顺序，并在获取的每一个单层划分区域序列中设置起始打印区域，并根据每一个划分区域中心点距离起始打印区域位置中心点的距离值的大小，按照升序对单层划分区域序列进行打印顺序排序和区域标号，获取打印区域顺序序列，并在获得的打印区域顺序序列内的每一个划分区域下标注对应区域的加工工艺子参数集；
14、s104、重复s102和s103过程，获得三维参数模型m层划分区域空间和划分区域加工工艺子参数空间，其中，表示第m个分层内的第n个划分区域，n表示单一分层中划分区域的总个数。
15、具体地，s2的具体步骤包括：
16、s201、将s104获取的和对应的划分区域加工工艺子参数空间输入到预训练的区域任务分类模型，获得个划分区域对应的3d打印任务类型空间、任务类型数量和任务类型对应的加工工艺子参数空间，其中，表示第m个分层中第n个划分区域内的第p个3d打印任务类型，表示第m个分层中第n个划分区域内的第p个3d打印任务类型对应的第k个加工工艺子参数，k表示第p个3d打印任务类型对应的加工工艺子参数总个数；p表示第m个分层中第n个划分区域内任务类型的总个数；
17、s202、获取喷头属性参数，并利用获取的喷头属性参数构建喷头参数空间，其中，表示第j个喷头的第q个属性参数，j表示喷头总个数，q表示每个喷头对应属性参数总个数；
18、s203、将获取的3d打印任务类型空间对应的加工工艺子参数空间和喷头参数空间，输入到匹配算法中获得第j个喷头与个任务类型的匹配度，其中表示第m个分层中第n个划分区域内的第p个任务类型与第j个喷头的匹配度；
19、s204、设置匹配度阈值，当大于则将第m个分层中第n个划分区域内的第p个3d打印任务类型分配给第j个喷头，反之则不分配给第j个喷头；
20、s205、重复s204过程，从中提取满足的任务类型，构建第j个喷头的打印任务集，表示第j个喷头对应打印任务集中的第v个打印任务，且第v个打印任务位于第m个分层中的第n个划分区域内，v表示第j个喷头对应打印任务集中任务的总个数。
21、具体地，s2的具体步骤还包括：
22、s206、根据s103得到的打印区域顺序序列对第j个喷头的打印任务集中的任务进行排序，并将排序后的任务与打印区域顺序序列中的区域标号进行一一对应，得到第j个喷头的打印任务顺序集；
23、s207、重复s206过程，获得j个喷头对应的打印任务顺序空间；
24、s208、创建打印任务列表，并将获得的j个喷头对应的打印任务顺序空间和打印任务顺序空间每一个任务对应的加工工艺子参数内置到打印任务列表，获得j个喷头对应的区域任务执行列表。
25、具体地，多喷头分段区域路径获取的步骤包括：
26、s301、将s208获取的区域任务执行列表中第j个喷头的打印任务顺序集和对应的加工工艺子参数，输入到3d软件内置的路径生成算法中生成第j个喷头对应的任务执行路径；
27、s302、根据第j个喷头对应的打印任务顺序集和对应的加工工艺子参数，在第j个喷头对应任务执行路径中插入v个任务起始执行时间点，第v个任务的任务执行起始时间具体为：
28、
29、其中，表示第j个喷头的第一个任务执行的开始时间，表示j个喷头对应第v-1个任务的起始执行时间点，表示第j个喷头的第v-1个任务执行时间长度；表示第j个喷头执行第v个任务的起始等待时间；
30、s303、收集第j个喷头在执行打印任务顺序集中任务时的历史起始等待时间序列和对应的打印指标偏差，利用历史起始等待时间序列和对应的打印指标偏差对支持向量机构建的等待时间偏差预测模型进行训练，并获得第j个喷头第v个任务起始等待时间偏差；
31、s304、将计算得到的第j个喷头第v个任务打印任务起始等待时间偏差反馈到第v个任务的任务起始执行时间点内对第j个喷头对应第v个任务执行的起始时间点进行调整，获得调整后第v个任务的任务起始执行时间点，具体为：
32、
33、s305、重复s303和s304过程对第j个喷头对应v个任务的任务起始执行时间点进行调整，并利用调整后的任务起始执行时间点对生成的任务执行路径进行分段，获得第j个喷头对应的分段区域路径；
34、s306、重复s301-s305过程，获得j个喷头对应的分段区域路径，并将j个喷头对应的分段区域路径保存到区域任务执行列表中，获得区域任务路径执行列表。
35、具体地，多智能体协同控制模型包括j个单一控制子模型和一个协同控制子模型，j个单一控制子模型与j个喷头一一对应；单一控制子模型构建的具体步骤包括：
36、s401、根据s306区域任务路径执行列表中保存的第j个喷头的分段区域路径、打印任务顺序集及打印任务对应的加工工艺子参数，构建当前时刻输入状态：
37、，
38、其中，表示第j个喷头当前t时刻所处划分区域位置，表示当前t时刻第j个喷头对应打印任务顺序集中任务执行的进度，表示当前t时刻第j个喷头执行第v个任务时的移动速度，表示当前t时刻第j个喷头执行第v个任务时的打印速度，表示当前t时刻第j个喷头执行第v个任务对应的厚度，表示第j个喷头执行第v个任务对应的起始时间点，表示当前t时刻第j个喷头执行第v个任务对应的打印指标偏差；
39、s402、基于设置的当前时刻输入状态设置当前时刻执行触发信息，具体为：
40、当时触发第一执行动作信息，即对应执行调整和的动作，表示第j个喷头执行的第v个任务对应的加工厚度阈值；
41、当时触发第二执行动作信息，即单一或组合执行调整、和的动作；
42、当第j个喷头对应执行任务的顺序不满足打印任务顺序集中的顺序，则触发第三执行动作信息，即，执行调整任务执行顺序的动作；
43、s403、根据上述当前时刻执行触发信息构建当前时刻执行动作，其中，表示触发第一执行动作信息对应执行的动作，表示触发第二执行动作信息对应执行的动作，表示触发第三执行动作信息对应执行的动作；
44、s404、根据构建的当前时刻执行动作设置奖励函数：
45、
46、其中，表示当前t时刻第j个喷头执行第v个任务对应的厚度误差，表示第o次对应调整任务执行顺序对应的奖励误差，o表示第j个喷头执行完成对应打印任务顺序集中的任务调整执行任务顺序的总次数，为奖励函数对应的增益系数。
47、具体地，协同控制子模型工作的具体步骤包括：
48、s405、实时监测获取j个单一控制子模型控制下j个喷头实时加工工艺参数和喷头执行任务时的移动参数，并将获取的喷头执行任务时的移动参数输入到支持向量机构建的碰撞预测模型，获得j个喷头中第j个喷头与第g个喷头当前时刻碰撞的概率序列；
49、s406、设置碰撞概率阈值，将获取的当前时刻碰撞的概率序列与碰撞概率阈值进行比较，获取得到当前时刻碰撞的概率大于碰撞概率阈值所对应的喷头和对应的碰撞概率；
50、s407、将获取的当前时刻碰撞的概率大于碰撞概率阈值所对应的喷头和对应的碰撞概率反馈到控制算法构建的协同控制子模型中，生成当前时刻碰撞概率大于碰撞概率阈值所对应喷头的控制信号，并将生成的控制信号传输到对应喷头的单一控制子模型中控制喷头执行碰撞躲避的动作；
51、s408、实时监测喷头完成第m个单层打印层的实时层厚参数，并将第m个单层打印层的实时层厚参数与s101中获取的划分后每一层的加工工艺参数集中的层厚参数进行比较，若不相等，则实时层厚参数与加工工艺参数集中的层厚参数计算得到的层厚误差反馈到协同控制子模型，生成协同控制调整信号；
52、s409、将生成的协同控制调整信号反馈到执行第m个单层打印层打印任务的所有喷头对应的单一控制子模型中，触发模型执行调整、或的动作，使得实时层厚参数等于加工工艺参数集中的层厚参数。
53、面向3d打印的多喷头协同控制系统，包括：三维模块、任务分配模块、打印控制模块和监测反馈模块；
54、三维模块包括三维构建单元和区域划分单元；区域划分单元，用于对三维构建单元构建的三维参数模型进行预分层，并利用网格算法对预分层后的每一层进行虚拟区域划分标注，获取区域划分后对应区域加工工艺子参数；
55、任务分配模块包括任务分析单元和任务匹配单元；任务分析单元，用于根据区域划分后对应区域加工工艺子参数，通过区域任务分类模型，获得对应区域任务类型、任务类型数量和任务类型对应的加工工艺子参数；任务匹配单元，用于根据获取的对应区域任务类型、任务类型对应的加工工艺子参数和喷头属性，通过匹配算法获得喷头对应的区域任务执行列表。
56、具体地，打印控制模块包括路径生成单元和协同控制单元；
57、路径生成单元，用于根据每一个区域对应的加工工艺子参数、每一个喷头在每一个区域中对应的任务类型，通过路径生成算法生成每一个喷头在每一区域对应任务类型的打印路径，获得多喷头分段区域路径；
58、协同控制单元，用于构建多智能体协同控制模型，并将多智能体协同控制模型与多喷头分段区域路径进行集成，实时控制多喷头在每一个区域内的动态3d打印过程；
59、监测反馈模块包括误差单元、误差预测单元和前置调整单元；
60、误差预测单元，用于根据误差单元获得打印指标偏差，通过内置的误差趋势预测模型预测得到下一时刻打印指标预测偏差；
61、前置调整单元，用于将下一时刻打印指标预测偏差反馈到多智能体协同控制模型，对各喷头误差进行实时前置调整。
62、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，当计算机指令运行时执行面向3d打印的多喷头协同控制方法。
63、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
64、本发明针对现有技术的不足，通过三维软件构建了待打印件的三维参数模型并进行了细致的分层与区域划分，确保每个喷头都能获得精确的加工工艺子参数，进而通过分类匹配算法高效地为喷头分配任务，其次，采用先进的路径算法生成了多喷头分段区域路径，这不仅减少了喷头间的相互干扰，还提高了打印过程的连续性和流畅性，第三，通过强化学习方法构建了多智能体协同控制模型，该模型能够根据实时状态动态调整喷头路径，实现多喷头之间的高效协同作业，此外，系统还集成了无损检测传感器，能够在打印过程中实时监测打印指标，并通过误差趋势预测模型提前预测偏差，及时调整喷头参数，有效降低了打印误差。
1.面向3d打印的多喷头协同控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的面向3d打印的多喷头协同控制方法，其特征在于，所述s1中获取区域划分后对应区域加工工艺子参数的步骤包括：
3.如权利要求2所述的面向3d打印的多喷头协同控制方法，其特征在于，所述s2的具体步骤包括：
4.如权利要求3所述的面向3d打印的多喷头协同控制方法，其特征在于，所述s2的具体步骤还包括：
5.如权利要求4所述的面向3d打印的多喷头协同控制方法，其特征在于，所述多喷头分段区域路径获取的步骤包括：
6.如权利要求5所述的面向3d打印的多喷头协同控制方法，其特征在于，所述多智能体协同控制模型包括j个单一控制子模型和一个协同控制子模型，所述j个单一控制子模型与j个喷头一一对应；所述单一控制子模型构建的具体步骤包括：
7.如权利要求6所述的面向3d打印的多喷头协同控制方法，其特征在于，所述协同控制子模型工作的具体步骤包括：
8.面向3d打印的多喷头协同控制系统，其基于权利要求1-7中任一项所述的面向3d打印的多喷头协同控制方法实现，其特征在于，包括：三维模块、任务分配模块、打印控制模块和监测反馈模块；
9.如权利要求8所述的面向3d打印的多喷头协同控制系统，其特征在于，所述打印控制模块包括路径生成单元和协同控制单元；
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机指令，当计算机指令运行时执行权利要求1-7任一项所述的面向3d打印的多喷头协同控制方法。
