本發(fā)明屬于電流體噴印領(lǐng)域，更具體地，涉及一種電流體噴印液滴體積預(yù)測模型的構(gòu)建方法及液滴體積預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

1、電流體噴墨打印技術(shù)是噴墨打印技術(shù)的一個分支，其電場所產(chǎn)生的驅(qū)動力遠大于膨脹產(chǎn)生的擠壓力，能夠?qū)崿F(xiàn)更大粘度范圍(1～10000cps)的溶液噴印，同時由于液滴在泰勒錐尖端形成，生成的液滴直徑遠小于噴嘴直徑，能夠?qū)崿F(xiàn)微米級乃至是納米級的超高分辨率結(jié)構(gòu)打印。在微透鏡陣列、仿生復(fù)眼制備，顯示器件修復(fù)等超高分辨率器件制備方面引起學(xué)者的廣泛研究。

2、電噴印成型機理比較復(fù)雜，而且影響因素較多，噴射液滴體積主要由工藝參數(shù)(電壓、入口流量)、打印材料特性(表面張力、粘度、密度等)、結(jié)構(gòu)參數(shù)(噴嘴內(nèi)徑、噴嘴到基板高度)等諸多因素共同影響，這些影響大多是非線性的，從理論方面推導(dǎo)出液滴體積同工藝參數(shù)的影響較為困難。常規(guī)的噴印形式可以由高速相機捕捉空中飛行液滴，獲得體積大小，但電流體噴射液滴速度快(5m/s)、體積小(fl級)、空間窄(微米級)，相機拍攝較為困難，相位多普勒粒徑測速技術(shù)等高昂設(shè)備又難以投入實際應(yīng)用，如何準(zhǔn)確的獲得液滴體積成為電流體噴印的最大挑戰(zhàn)。

3、檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)測液滴體積，多靠人工觀測填充像素坑鋪展?fàn)顟B(tài)，推測已打印的液滴體積，或者采用工藝參數(shù)到液滴體積端到端的數(shù)據(jù)驅(qū)動方式，常規(guī)預(yù)測模型面對電流體復(fù)雜的工況問題，預(yù)測精度偏低，無法做到在線預(yù)測。如何兼顧在線預(yù)測的需求，又能保證較高的預(yù)測精度，成為本領(lǐng)域的最大挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和改進需求，本發(fā)明提供了一種電流體噴印液滴體積預(yù)測模型的構(gòu)建方法及液滴體積預(yù)測方法，其目的在于提出一種兼顧高精度和實時性的電流體噴印液滴體積預(yù)測方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種電流體噴印液滴體積預(yù)測模型的構(gòu)建方法，包括：

3、構(gòu)建訓(xùn)練樣本集，其中，每個訓(xùn)練樣本包括：工藝參數(shù)特征及其對應(yīng)的圖像特征和液滴體積，工藝參數(shù)特征和圖像特征的維度相同；

4、采用所述訓(xùn)練樣本集，迭代訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到電流體噴印液滴體積預(yù)測模型；其中，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入為多源特征、輸出為液滴體積；在每次迭代訓(xùn)練時，首先根據(jù)經(jīng)訓(xùn)練優(yōu)化所得的當(dāng)前的工藝參數(shù)特征及其對應(yīng)的圖像特征之間的特征數(shù)量比，對每個訓(xùn)練樣本中的工藝參數(shù)特征及其對應(yīng)的圖像特征分別在保持維度不變的條件下進行特征數(shù)量的壓縮或擴充，將壓縮或擴充后的兩種特征進行拼接融合，將所述拼接融合后所得到的特征作為所述多源特征，所述特征數(shù)量比在每次迭代訓(xùn)練后優(yōu)化更新。

5、進一步，所述工藝參數(shù)特征的構(gòu)建方式為：對由各種噴印工藝參數(shù)取值所構(gòu)成的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)集進行歸一化、標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到一維數(shù)據(jù)向量，作為所述工藝參數(shù)特征；

6、歸一化處理：

7、

8、式中，x為原始數(shù)據(jù)，xmin為工藝參數(shù)數(shù)據(jù)集中的樣本數(shù)據(jù)最小值，xmax為工藝參數(shù)數(shù)據(jù)集中的樣本數(shù)據(jù)最大值；

9、標(biāo)準(zhǔn)化處理：

10、

11、式中，xnor為歸一化處理數(shù)據(jù)，μ為數(shù)據(jù)的均值，σ為數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。

12、所述圖像特征的構(gòu)建方式為：采集泰勒錐圖像，對所述泰勒錐圖像進行特征提取，得到泰勒錐圖像特征，將該泰勒錐圖像特征轉(zhuǎn)化為一個一維向量，作為所述圖像特征。

13、進一步，所述各種噴印工藝參數(shù)包括：供液壓力，供電波形，以及運動參數(shù)，分別采用以下方法獲得：

14、(a)采用高精密氣壓泵系統(tǒng)，實時記錄打印過程中針尖末端供液壓力，從中獲得噴射瞬間的供液壓力值p；

15、(b)采用精密電壓傳感器系統(tǒng)，實時記錄打印過程中針尖末端的供電波形，從中獲得噴射瞬間的供電波形，其中，所述供電波形包括偏置電壓vb、幅值電壓va、頻率vf和占空比vd；

16、(c)采用激光干涉儀系統(tǒng)，實時記錄打印過程中針尖末端的運動參數(shù)，從中獲得噴射瞬間的運動參數(shù)，其中，所述運動參數(shù)包括針尖高度h和運動速度v。

17、進一步，所述泰勒錐圖像為所捕捉的液滴滴落之前的最后一幀泰勒錐圖像，其通過以下方式獲取得到：

18、采用高速相機模塊對焦泰勒錐針尖，實時觀測針尖噴射狀態(tài)，在高壓電源誘導(dǎo)電流體液滴滴落的同時進行高速相機拍攝，拍攝一組電流體液滴滴落照片，使用樸素貝葉斯圖像分類算法自動挑選液滴滴落前的最后一幀泰勒錐圖像。

19、進一步，采用深度學(xué)習(xí)vgg16網(wǎng)絡(luò)對所述泰勒錐圖像進行特征提取。

20、進一步，所述特征提取的實現(xiàn)方式為：

21、(a)對所捕捉的液滴滴落之前的最后一幀泰勒錐圖像進行灰度處理；

22、(b)將灰度圖像輸入添加有圖像注意力機制的深度學(xué)習(xí)vgg16網(wǎng)絡(luò)中，并在最后一個池化層之后提取圖像，作為所述泰勒錐圖像特征，完成特征提取，其中，所述圖像注意力機制使得所述深度學(xué)習(xí)vgg16網(wǎng)絡(luò)關(guān)注泰勒錐尖端，所述深度學(xué)習(xí)vgg16網(wǎng)絡(luò)包含13個卷積層、5個池化層和3個全連接層。

23、進一步，所述拼接融合的方式為直接拼接，其中拼接的權(quán)重是通過工藝參數(shù)特征和圖像特征的擴充比重或壓縮比重實現(xiàn)。

24、進一步，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為多層感知機神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；采用主成分分析法執(zhí)行所述升降維的操作；

25、

26、式中，m為待升降維的特征中的數(shù)據(jù)總量，xi為降維前的第i個數(shù)據(jù)，xapprox為映射到目標(biāo)維度上的數(shù)據(jù)，t為預(yù)設(shè)的保留信息量。

27、本發(fā)明還提供一種電流體噴印液滴體積預(yù)測方法，包括：

28、根據(jù)如上所述的一種電流體噴印液滴體積預(yù)測模型的構(gòu)建方法中的訓(xùn)練樣本構(gòu)建方式，獲取當(dāng)前噴印用的工藝參數(shù)特征及其對應(yīng)的圖像特征；

29、根據(jù)如上所述的一種電流體噴印液滴體積預(yù)測模型的構(gòu)建方法所得到的最優(yōu)的特征數(shù)量比以及電流體噴印液滴體積預(yù)測模型，對所獲得的工藝參數(shù)特征及其對應(yīng)的圖像特征分別在保持維度不變的條件下進行特征數(shù)量的壓縮或擴充，將壓縮或擴充后的兩種特征進行拼接融合；將拼接融合后的多源特征輸入所述電流體噴印液滴體積預(yù)測模型，預(yù)測得到電流體噴印液滴體積。

30、本發(fā)明還提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)包括存儲的計算機程序，其中，在所述計算機程序被處理器運行時控制所述存儲介質(zhì)所在設(shè)備執(zhí)行如上所述的一種電流體噴印液滴體積預(yù)測模型的構(gòu)建方法和/或如上所述的一種電流體噴印液滴體積預(yù)測方法。

31、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，能夠取得以下有益效果：

32、(1)本發(fā)明提出了一種新的電流體噴印液滴體積預(yù)測方法，首先構(gòu)建訓(xùn)練樣本，每個訓(xùn)練樣本包括工藝參數(shù)特征及其對應(yīng)的圖像特征，工藝參數(shù)特征和圖像特征的維度相同，在訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)模型時，首先將工藝參數(shù)特征和圖像特征進行拼接融合，將融合得到的多源特征作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，以在預(yù)測時綜合利用工藝參數(shù)和墨滴形態(tài)兩個方面的信息，保證精度。進一步，本實施例將拼接融合時兩個特征的特征維度(也就是特征數(shù)量比)作為優(yōu)化更新的量，在迭代訓(xùn)練過程中與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)一同訓(xùn)練優(yōu)化，充分學(xué)習(xí)兩種特征數(shù)據(jù)對于預(yù)測精度的貢獻比重，致力于保證預(yù)測精度。另外，工藝參數(shù)可以直接調(diào)取，而圖像的采集和特征提取可以做到實時在線。因此，本實施例方法，相較于傳統(tǒng)電流體噴印液滴體積預(yù)測方法，可以有效提升預(yù)測液滴體積的效率和精度，避免人力物力的浪費，兼顧在線預(yù)測的需求，又能保證較高的預(yù)測精度。進一步需要說明的是，本發(fā)明所選特征中包括工藝參數(shù)，能在圖像預(yù)測的基礎(chǔ)上，同時保留工藝參數(shù)對液滴體積的影響，可為后續(xù)液滴體積調(diào)控提供窗口，符合實際打印需求，在電流體噴印領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用價值。

33、(2)本發(fā)明提出工藝參數(shù)特征的構(gòu)建方式為直接對由各種噴印工藝參數(shù)取值所構(gòu)成的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)集進行歸一化、標(biāo)準(zhǔn)化處理，處理得到的一維向量即可作為工藝參數(shù)特征，用于后續(xù)的訓(xùn)練，方便快捷，也能保證精度，同時易于后續(xù)液滴體積調(diào)控。