CN103465638B - 一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机，用于实现光栅板基体上的立体打印，该打印机包括打印系统、视觉测量系统和纠偏处理系统，其中，所述视觉测量系统用于获得打印系统上的光栅板图像以检测其位置和角度，所述纠偏处理系统根据该位置和角度计算其与打印图像的位置偏差，然后根据该偏差控制所述打印系统作相应的位置纠偏，从而在精确位置进行打印获得立体图像。该发明针对现有光栅立体图像印刷工艺中打印精度低、操作复杂、难以实现自动化等缺陷，采用机器视觉测量定位、机械和视觉辅助纠偏的方法，实现基于光栅板进行立体图像的打印，可提高材料适应性、操作方便、打印精度高。

Description

一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机及方法

技术领域

本发明涉及一种平板打印机，尤其是一种针对光栅板可自动对齐的进行立体图像打印的平板打印机。

背景技术

光栅立体图像一般由2幅以上的具有水平视差的图像合成，经过光栅折射，观众不需配戴特殊眼镜即可观看立体画面。立体图片可将人类的视觉由二维空间转入三维空间，借以将景物的深度在立体图片上复原以增加图片的真实感。立体影像技术包括全息立体影像、光栅影像，以及半柱状透镜影像处理技术等。其中，采用光栅板来生成立体图片的技术较为容易，主要涉及透镜成像原理，是现在使用最广泛的一种立体影像处理技术。该技术可使普通的平面图像具备层次分明、立体可触、结构随意的效果，给人以全新真实的视觉享受。

目前，光栅立体印刷工艺主要有以下几种：一种是直接印刷在光栅板的非凸面覆膜上；另一种是印刷在普通介质上，再进行对齐覆合在光栅板非凸面上。不同设备可与不同工艺组合使用，可以是经CTP制版后直接使用UV胶印机印刷在光栅板上或是应用铜版纸胶印后覆合在光栅板上，另有使用喷墨打印机直接打印在光栅板上或打印纸上后覆合。

当采用图像覆合的方法时，将打印介质覆合到光栅板的过程相当复杂耗时，难以保证图像和光栅板棱柱精确对齐，另外该方法需要大量的胶黏剂，使打印介质与光栅板牢固地粘贴在一起，其打印速度较慢，生产成本较高。

此外，平板打印机不需要像丝网印刷般制版，同时还可以完成丝网印刷实现不了的过渡色，可以根据客户的需求小批量、个性化生产，甚至每次只生产一个产品，免除了昂贵的制版费用。平板打印机是一种“与物体非接触”的喷墨印刷型高科技数码打印设备，打印介质在打印过程中保持静止状态。与传统喷墨打印机相比，平板打印机具有一些显著优点，如打印介质无限制、打印介质表面无限制和打印介质厚度无限制等，突破了喷墨技术只能在软质材料上打印的限制，为开辟新的市场应用领域带来全新的商机。

在此的立体图像，是对普通平面图像进行立体处理后，再将其覆加到光栅材料非凸面，人眼从光栅材料凸面定角度观察才能观看到立体效果。而光栅材料的折射非常精确，如果图像的位置和角度与光栅板棱柱的重叠方式有偏差，立体图像的前景和背景就不可避免会产生重影，导致人眼在观看立体图像时产生晕眼、眼花的现象。为使图像达到好的立体效果，须保证立体处理后的图像与光栅板的棱柱按一定的匹配规律精确对齐。

在现有的各种光栅立体图片印刷工艺中，为保证这一点，均采用人工对齐的方式，耗时费力，且图片的立体效果精度难以保证。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有立体图像打印机的不足，提供一种可实现立体图像与光栅板棱柱自动匹配对齐，所打印图片立体效果显著、清晰的打印方法和平板打印机装置。

为实现上述目的，根据本发明一个方面的一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机，用于实现光栅板基体上的立体打印，其特征在于，该打印机包括打印系统、视觉测量系统和纠偏处理系统，其中，所述视觉测量系统用于获得打印系统上的光栅板图像以检测其位置和角度，所述纠偏处理系统根据该位置和角度计算其与打印图像的位置偏差，然后根据该偏差控制所述打印系统作相应的位置纠偏，从而在精确位置进行打印获得立体图像。

作为本发明的进一步优选，所述的打印系统包括打印机主体，该打印机主体具有：第一方向驱动模块，其设置在底座上，用于实现相对该底座沿第一方向的平动；设置在该第一方向驱动模块上的第二方向调节模块，其可在该第一方向驱动模块上相对其沿第二方向平动；载物台，其设置在所述第二方向调节模块上，其作为打印平台以支撑打印图像；第三驱动模块，其通过立架设置在所述载物台的上方，其上设置有打印头，该第三驱动模块可带动所述打印头相对所述载物台沿第三方向平动，从而实现打印头相对基座的三维运动，以实现立体打印。

作为本发明的进一步优选，所述第一驱动模块包括直线驱动模组和直线导轨，该直线导轨上设置有可相对滑动的滑块，通过该直线驱动模组驱动该滑块在该直线导轨上滑动，实现所述沿第一方向的平动。

作为本发明的进一步优选，所述滑块上设置有第一传动板，所述第二方向调节模块包括设置在该第一传动板上。

作为本发明的进一步优选，所述第三驱动模块包括设置在立架上的第三驱动模组，所述打印头与该第三驱动模组动力相连，可驱动该打印头相对所述载物台在第三方向平动。

作为本发明的进一步优选，所述打印机主体还具有转动模块，其设置在所述第二方向调节模块上，并与所述载物台固定连接，其可带动所述载物台在所述第一方向和第三方向构成的平面上转动，以实现对所述载物台的角度控制。

作为本发明的进一步优选，所述第二方向调节模块具有第二传动板，所述调节模块包括设置在该第二传动板上的两对心布置的圆弧滚动导轨，各圆弧导轨上设置有可相对滑动的滑块，所述载物台与所述两滑块固定连接，通过该两滑块带动所述载物台在平面上的转动。

作为本发明的进一步优选，所述载物台的板面上分区域开有细孔，以作为真空吸附孔，不同区域细孔下方分别密封联接不同气体管道，各气体管道另一端与真空发生器相联接，通过真空发生器产生负压，对载物台上的打印介质进行吸附固定。

作为本发明的进一步优选，所述打印机主体还包括装夹模块，其具体包括若干个L形夹具，以及辅助夹紧单元，用于实现光栅板的固定。

作为本发明的进一步优选，所述视觉测量系统包括第一方向驱动定位装置、设置在该第一方向驱动定位机构上可相对其沿第二方向运动的第二方向位置调节机构、设置在该第二方向位置调节机构上可相对其沿第三方向平动的第三方向位置调节机构，以及相机，该相机固定设置在所述第三方向位置调节机构上，所述相机通过该第一方向驱动定位机构、第二方向位置调节机构和第三方向位置调节机构的协调进行三维立体运动，实现对打印系统上的光栅板图像的位置和角度的检测。

按照本发明的另一方面，提供一种利用上述的打印机进行光栅立体图形平板打印的方法，其特征在于，该方法具体包括：

(1)在所述载物台上适当位置铺设打印纸，并在打印纸上打印初始基准线；

(2)利用所述视觉测量系统采集图像，通过数字图像处理测得所述初始基准线在图像坐标系中相对于图像坐标系X正向的角度θ₀；

(3)在载物台上布置光栅板，调节装夹模块对所述光栅板进行粗定位及固定，开启光栅板所在区域的真空吸附，光栅板在夹具及负压作用下得以固定；

(4)通过数字图像处理测得光栅板棱柱线在图像坐标系中相对于图像坐标系X正向的角度θ₁，从而计算得出所述初始基准线与光栅板棱柱线的角度差δ＝θ₁-θ₀；

(5)将所述初始基准线旋转对应的角度偏差δ，并再次打印旋转后的基准线，理论上其应与光栅板上的棱柱线平行；

(6)测量旋转后基准线的X向基准线与光栅板上任一光栅棱柱线的距离L；

(7)根据所述角度偏差和距离对所需打印的立体图像进行印前旋转和平移操作，使得打印图像与光栅棱柱的位置对齐，之后即可通过打印头进行打印，实现立体图像打印。

作为本发明的进一步优选，所述的步骤(7)中，具体旋转和平移过程为：首先，控制所述转动模块使载物台旋转角度差δ，然后，修改所需打印的光栅立体图像的打印参数，使其在图像中平移距离L对应的像素数，即可实现打印图像与光栅棱柱的位置对齐。

作为本发明的进一步优选，所述角度值θ₀和θ₁均为多次测量取均值的结果，以提高精确度和减小数字图像处理的误差。

作为本发明的进一步优选，所述第一方向、第二方向和第三方向相互垂直，形成空间三维方向。

本发明的打印系统用于施行图像打印任务及辅助纠偏工作，视觉测量系统实现立体图像和光栅板棱柱的角度、位置测量；纠偏处理系统完成检测图像的计算处理和立体图像的纠偏工作。

本发明的打印系统包括底座、外壳、上翻保护盖、打印机主体、墨盒以及控制面板。所述底座上安装打印机主体X向驱动模块、立架、外壳以及视觉检测模块安装座；所述外壳上安装布置了打印机第二控制面板，内部设置一箱体，放置各控制组件。所述上翻保护罩通过铰链与立架连接。所述打印机主体包括载物台、X向驱动模块、Z向调节模块、转动模块、立架、打印头、Y向驱动模块以及装夹模块。所述立架左右两侧分别安装墨盒，墨盒内有不同墨水的多个储液盒，顶部安装所述Y向驱动模块，前侧安装布置了打印机第一控制面板。

所述X向驱动模块安装在所述底座上，包括一个直线驱动模组以及分别布置于两侧的支承用的直线导轨，X向传动板连接着直线导轨上的滑块；所述Z向调节模块安装在X向传动板上，包括布置在前侧的两根导杆、在后侧的两组滚珠丝杆及其驱动电机和制动器，其中一滚珠丝杠受电机及制动器驱动控制，两组滚珠丝杠副通过同步带实现运动的一致性，可实现对安装于其上的Z向传动板的位置控制；若干型材通过连接件安装在Z向传动板上，型材构成的桁架的两侧分别安装圆弧滚动导轨，导轨上分别有两个滑块，两侧圆弧滚动导轨同心布置，其圆心位于载物台中心；所述载物台与圆弧滚动导轨上的滑块连接，其中心位置连接驱动电机，以实现载物台的角度位置控制。

本发明中，所述转动模块受计算机系统控制，可根据纠偏中的计算机处理结果实现相应指定角度的偏转。

本发明中，所述Z向调节模块可实现对载物台Z向位置的手动调节，以适应不同厚度产品的打印。

本发明中，所述装夹模块包括L形夹具和辅助夹紧单元，L形夹具布置在载物台的一角，辅助夹紧单元布置在载物台的右侧。所述L形夹具为一种磁吸性材料，在所述载物台右侧角处，嵌入了电磁铁，外置了控制开关，通过控制载物台内部电磁铁的得电与否，可实现L形夹具的固定与否的控制。所述辅助夹紧单元包括薄型压片、导向安装件和旋钮，其X方向位置可通过调节型材内嵌的螺帽的位置进行调整；所述导向安装件连接安装在与载物台固定连接的型材框体上，并开有两个导向孔；所述薄型压片一侧焊接了两根螺栓，该螺栓穿过所述导向安装件与所述旋钮配合使用，通过旋转调节旋钮，可对薄型压片的上下位置进行调节。所述装夹模块可实现打印介质的快速粗定位及对打印介质的夹紧固定和放松动作。

本发明中，所述载物台板面上分区域开有细孔，不同区域细孔下方分别密封联接不同气体管道，气体管道另一头与一真空发生器相联接；所述载物台在真空发生器作用下，可对置于其上进行打印的光栅板所在区域进行吸附，配合装夹模块实现打印介质的快速定位及保证光栅板在打印过程中保持位置固定。

本发明中，所述立架与载物台在Y方向留有足够间隔空间，保证载物台在某一范围内角度旋转后不会与立架发生干涉或碰撞。

本发明中，所述打印头，受所述Y向驱动模块控制，实现Y向运动和定位。

本发明中，所述视觉测量系统包括X向驱动定位装置、Z向位置调节机构、Y向位置调节机构、相机和光源；所述视觉测量系统安装在所述底座的一特定安装座上。所述X向驱动定位装置可实现自动控制，运动区域可覆盖打印头至载物台最前端。所述Z向位置调节机构和Y向位置调节机构均可手动操作。

本发明中，所述的光源为相机进行视觉测量提供光照环境，确保相机对图像的成功采集。所述相机安装在Y向位置调节机构上，相机的位置由X向驱动定位装置、Z向位置调节机构和Y向位置调节机构共同作用确定。

本发明中，所述纠偏处理系统可实现数字图像处理，并根据处理结果对所需打印的立体图像进行打印参数修改，执行定量旋转和平移操作；以及可将处理结果传输至控制器，控制所述打印系统中转动模块进行指定角度旋转。

本发明中为实现图像与光栅板的匹配和准确对齐，提供了一种基于机器视觉的图像检测纠偏办法。主要包括以下步骤：

(1)打印前，需在载物台上适当位置铺设一层打印纸，首先在所述打印系统中输送板上的打印纸上打印初始基准线；

(2)开启视觉测量模块，采集图像，通过数字图像处理方法测得上述(1)中打印的初始基准线在图像坐标系中相对于图像坐标系X正向的角度θ₀；

(3)在所述打印系统中载物台上的合适位置布置光栅板，调节装夹模块对其进行粗定位及固定，开启光栅板所在区域的真空吸附管路；通过数字图像处理方法测得光栅板棱柱线在图像坐标系中相对于图像坐标系X正向的角度θ₁(所述角度值θ₀和θ₁，均为多次测量取均值的结果，由此可提高精确度和减小数字图像处理的误差)，从而计算得出上述(1)中初始基准线与光栅板棱柱线的角度差δ＝θ₁-θ₀；

(4)将上述(1)中的初始基准线旋转对应的角度偏差δ，再次打印该基准线(旋转后基准线)，所述旋转后基准线理论上应该与光栅板上的棱柱线完全平行；

(5)利用数字图像处理的方法测量上述(4)中旋转后基准的X向基准线与光栅板上某一光栅棱柱线的距离L(因旋转后的基准线与光栅板棱柱平行，因此距离测量的位置不影响测量的距离，该测量值也为多次测量取均值的结果)；

(6)对所需打印的立体图像进行印前旋转和平移的纠偏操作，具体操作方法为：首先，通过控制器控制转动机构旋转角度差δ，解决角度偏斜问题，然后，修改打印参数设置，使图像平移距离L对应的像素数，以解决打印图像与光栅棱柱的位置对齐问题。至此，图像纠偏操作完毕，下面即可进行打印操作。

总体而言，本发明利用视觉系统进行图像采集，再通过数字图像处理的方式进行数据处理，据此对所打印图像进行旋转和平移，并结合载物台的定角度旋转，实现图像与光栅板的匹配和精确对齐。具体地，其相对现有技术具有如下技术优势：

(1)采用机器视觉自动定位和机械装置自动姿态调整的方式，避免了传统手工定位、主观对齐劳动强度大、效率低等缺陷；

(2)将传统的二维图像抽条立体化、视觉测量、机械纠偏控制融为一体，降低了操作人员的操作复杂度，方便使用；

(3)该基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机具有对打印介质无限制，打印介质表面无限制，打印介质厚度无限制等优点，突破了传统喷墨技术只能在软质材料上打印的局限性，为开辟新的市场应用带来全新的商机。

附图说明

图1是本发明实施例的平板打印机整体结构三维图；

图2是本发明实施例的平板打印机三维结构分解图；

图3是本发明实施例的平板打印机主体结构三维图(拆去底座、保护壳、打印头前侧挡板)；

图4是本发明实施例的平板打印机转动模块机构三维图；

图5是本发明实施例的平板打印机装夹模块及载物台装配分解图；

图6是本发明实施例的平板打印机装夹模块辅助夹紧单元三维图；

图7是本发明实施例的打印机在打印过程中对图像进行视觉检测过程的示意图；

图8中a-e分别是图像检测纠偏办法流程各步骤的示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同部件或结构，其中：

100-打印机主体182-导向安装件

110-打印系统X向驱动模块183-旋钮

120-立架184-L形夹具

130-打印系统Z向调节模块200-视觉检测系统

140-打印系统转动模块210-相机X向驱动定位装置

141-转动模块连接件220-相机Z向位置调节机构

142-转动模块桁架结构230-相机Y向位置调节机构

143-圆弧滚动导轨240-相机

144-圆弧导轨滑块300-墨盒

150-载物台400-上翻保护盖

160-打印头Y向驱动装置510-第一控制面板

170-打印头520-第二控制面板

180-装夹模块600-底座

181-薄型压片700-外壳

801-真空吸附孔807-旋转后基准线

802-计算机808-纠偏后图像相对于输

803-控制器送板的打印位置

804-光栅板809-初始图像相对于输送

805-初始基准线板的打印位置。

806-视觉测量对象框

具体实施方式

为使本发明的技术方案与优点表达得更加清楚明白，下面通过实施例，并结合附图，作进一步的说明。此处说明若涉及到具体实例时仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1和图2所示，本实施例的打印系统包括打印机主体100、墨盒300、控制面板500、底座600以及上翻保护盖400和外壳700。在设备中，底座600上安装打印机主体的X向驱动模块、立架、外壳以及视觉检测系统安装座；外壳700上安装布置了打印机第二控制面板520，主要功能是实现打印机主体各运动模块的手动控制、对视觉测量模块中相机的X向位置进行调节以及气路控制；外壳700内部设置一箱体，放置各控制组件；上翻保护盖400通过铰链与打印机主体连接。

如图1和图3所示，打印机主体100包括X向驱动模块110、立架120、Z向调节模块130、转动模块140、载物台150、打印头Y向驱动模块160、打印头170以及装夹模块180。

其中，立架120的左右两侧分别安装墨盒，墨盒内有不同墨水的多个储液盒，通过输液软管连通打印头，顶部安装打印机主体的Y向驱动模块160，前侧安装布置了打印机第一控制面板510，主要控制设备电源、打印机设置等。

载物台150受X向驱动模块110控制，实现X向运动和定位；载物台150还具有Z向自由度，通过Z向调节模块130可实现Z向位置的手动调节，以适应不同厚度产品的打印；载物台150还受转动装置140控制，可实现在XY平面上的角度位置的调整。载物台150板面上分区域开有细孔(真空吸附孔801，如图4所示)，不同区域细孔下方分别密封联接不同气体管道，气体管道另一头与一真空发生器相联接。目的在于通过真空发生器产生负压，对载物台上的打印介质进行吸附固定，吸附孔分属不同管路控制，可根据输送板上打印对象规格大小以及所在的位置的不同而开启不同区域的控制管路，实现分区域吸附。

X向驱动模块110安装在打印机底座600上，包括一个直线驱动模组以及分别布置于两侧的直线导轨，X向传动板连接着直线导轨上的滑块。Z向调节模块130安装在X向传动板上，包括布置在前侧的两根导杆、在后侧的两组滚珠丝杆副及其驱动电机和制动器，其中一滚珠丝杠受电机及制动器驱动控制，两组滚珠丝杠副通过同步带实现运动的一致性，可实现对安装于其上的Z向传动板的位置控制。

如图4所示，转动模块140的实现是通过将若干型材通过连接件141安装在Z向传动板上，型材构成的桁架142的两侧上分别安装圆弧滚动导轨143，导轨上分别有两个滑块144，两侧圆弧滚动导轨同心布置，其圆心位于载物台150的中心。载物台150与圆弧滚动导轨上的滑块连接，其中心位置连接步进电机及减速器，以实现载物台150的角度位置控制。转动模块140受计算机系统控制，可根据纠偏办法中计算机处理结果偏转相应指定角度。另外，立架120与载物台150在Y方向留有足够间隔空间，保证载物台在某一范围内角度旋转后不会与立架发生干涉或碰撞。

如图5和图6所示，装夹模块180包括L形夹具184以及辅助夹紧单元，L形夹具184布置在载物台的一角，辅助夹紧单元布置在载物台的右侧。所述L形夹具184为一种磁吸性材料，在载物台右侧角处，嵌入了电磁铁，外置了控制开关，通过控制载物台内部电磁铁的得电与否，可实现L形夹具184的固定与否的控制。所述辅助夹紧单元包括薄型压片181、导向安装件182和旋钮183，其X方向位置可通过调节型材内嵌的螺帽的位置进行调整。其中，导向安装件182连接安装在与载物台固定连接的型材框体上，并开有两个导向孔；薄型压片181一侧焊接了两根螺栓，该螺杆穿过导向安装件的导向孔与旋钮183配合使用，通过旋转调节旋钮，可对薄型压片181的上下位置进行调节。所述装夹模块180可实现打印介质的快速粗定位及对打印介质的夹紧固定和放松动作。

打印头170受一Y向驱动装置160控制，实现Y向运动和定位。

如图3所示，视觉测量系统200包括X向驱动定位装置210、Z向位置调节机构220、Y向位置调节机构230、相机240以及光源(图中未画出)。X向驱动定位装置210可实现自动控制，运动区域可覆盖打印头至载物台最前端；Y向位置调节机构220和Z向位置调节机构230均可手动操作；相机240安装在Y向位置调节机构230上。相机240的位置由X向驱动定位装置210、Z向位置调节机构220和Y向位置调节机构230共同作用确定。光源为相机240进行视觉检测提供照明。

如图7所示，本平板打印机对应的计算机软件处理系统根据计算处理结果可对所需打印的立体图像进行打印参数修改，执行定量旋转和平移操作，以及可将处理结果传输至控制器以控制所述打印系统中转动模块进行指定角度旋转。

进行光栅立体图像打印时，首先将平板打印机进行初始化设置，进入准备打印状态；然后开启视觉测量系统，并对相机进行粗定位，以方便后期对相机视野的精确定位。打印前需在所述平板打印机载物台上适当位置铺设一层可更换的小型打印纸。光栅立体图像平板打印机视觉纠偏方法的步骤如下所示：

1、开启光栅立体图像平板打印机并进行初始化设置，如图8-a所示，在所述打印纸上打印出沿X、Y方向的初始基准线805(即零位线)。

2、开启视觉测量系统，如图8-b所示，通过数字图像技术测量出所述初始基准线805在图像坐标系中相对于图像坐标系X正向的角度θ₀。

3、根据基准线位置适当布置光栅板804，调节装夹模块180进行粗定位及固定，所述光栅板非凸面朝上，其棱柱方向沿X方向布置，根据光栅板在载物台上所在区域开启对应区域的真空管路，对光栅板进行吸附固定。如图8-c所示，通过数字图像技术测量出所述光栅板棱柱线在图像坐标系中相对于图像坐标系X正向的角度θ₁(所述角度值θ₀和θ₁，均为多次测量取均值的结果，由此可提高精确度和减小数字图像处理的误差)。

4、根据所述测量得到的角度θ₀和θ₁，可计算得出所述初始基准线805与光栅板棱柱线的角度差δ＝θ₁-θ₀，再将所述初始基准线805旋转对应的角度偏差δ，如图8-d所示，打印另一基准线(旋转后基准线807)，所述旋转后基准线807与初始基准线805的角度差等于所述初始基准线805与光栅板804棱柱线的角度差δ，理论上所述旋转后基准中沿X向基准线应该与光栅板上的棱柱线完全平行。

5、如图8-d所示，通过数字图像处理的方法测量所述旋转后基准的X向基准线与光栅板上某一光栅棱柱线的距离L(因旋转后的基准线与光栅板棱柱平行，因此距离测量的位置不影响测量的距离，该测量值也为多次测量取均值的结果)。

6、如图8-e所示，对所需打印的立体图像进行印前旋转和平移操作，具体操作方法为：首先，通过控制程序驱动转动模块140旋转角度差δ，解决角度偏斜问题；然后，修改打印参数，将所需打印的立体图像平移距离L对应的像素数，以解决打印图像与光栅棱柱的位置对齐问题。

7、为确保精度，可另行打印一经旋转和平移对应量值后的基准线，再通过数字图像处理技术测量其与光栅板棱柱线偏差，当此时对齐效果不佳时，还应进行角度位置和距离的微调。这一工作做好后，将所需打印的图像旋转对应角度，平移对应像素数后进行打印操作。

至此，若排除如图像预处理、墨水等的干扰，所得打印的光栅立体图像应是立体效果著且清晰的。

以上内容是结合具体实施例对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例进行各种各样的修改或补充或采用类似方式替换，但并不偏离本发明的精神，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机，用于实现光栅板基体上的立体打印，其特征在于，该打印机包括打印系统、视觉测量系统和纠偏处理系统，其中，所述视觉测量系统用于获得打印系统上的光栅板图像以检测其位置和角度，所述纠偏处理系统根据该位置和角度计算其与打印图像的位置偏差，然后根据该偏差控制所述打印系统作相应的位置纠偏，从而在精确位置进行打印获得立体图像；

其中，所述的打印系统包括打印机主体，该打印机主体具有：

第一方向驱动模块，其设置在底座上，用于实现相对该底座沿第一方向的平动，该第一方向驱动模块包括直线驱动模组和直线导轨，该直线导轨上设置有可相对滑动的滑块，通过该直线驱动模组驱动该滑块在该直线导轨上滑动，实现所述沿第一方向的平动；设置在该第一方向驱动模块上的第二方向调节模块，其可在该第一方向驱动模块上相对其沿第二方向平动；载物台，其设置在所述第二方向调节模块上，其作为打印平台以支撑打印图像；第三驱动模块，其通过立架设置在所述载物台的上方，其上设置有打印头，该第三驱动模块可带动所述打印头相对所述载物台沿第三方向平动，从而实现打印头相对基座的三维运动，以实现立体打印。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机，其特征在于，所述滑块上设置有第一传动板，所述第二方向调节模块设置在该第一传动板上。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机，其特征在于，所述第三驱动模块包括设置在立架上的第三驱动模组，所述打印头与该第三驱动模组动力相连，可驱动该打印头相对所述载物台在第三方向平动。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机，其特征在于，所述打印机主体还具有转动模块，其设置在所述第二方向调节模块上，并与所述载物台固定连接，其可带动所述载物台在所述第一方向和第三方向构成的平面上转动，以实现对所述载物台的角度控制。

5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机，其特征在于，所述第二方向调节模块具有第二传动板，所述第二方向调节调节模块包括设置在该第二传动板上的两对心布置的圆弧滚动导轨(143)，各圆弧导轨上设置有可相对滑动的滑块，所述载物台与两滑块固定连接，通过该两滑块带动所述载物台在平面上的转动。

6.根据权利要求1或2或5所述的一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机，其特征在于，所述载物台的板面上分区域开有细孔，以作为真空吸附孔，不同区域细孔下方分别密封联接不同气体管道，各气体管道另一端与真空发生器相联接，通过真空发生器产生负压，对载物台上的打印介质进行吸附固定。

7.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机，其特征在于，所述载物台的板面上分区域开有细孔，以作为真空吸附孔，不同区域细孔下方分别密封联接不同气体管道，各气体管道另一端与真空发生器相联接，通过真空发生器产生负压，对载物台上的打印介质进行吸附固定。

8.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机，其特征在于，所述载物台的板面上分区域开有细孔，以作为真空吸附孔，不同区域细孔下方分别密封联接不同气体管道，各气体管道另一端与真空发生器相联接，通过真空发生器产生负压，对载物台上的打印介质进行吸附固定。

9.根据权利要求1或2或5或7或8所述的一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机，其特征在于，所述打印机主体还包括装夹模块，其具体包括若干个L形夹具，以及辅助夹紧单元，用于实现光栅板的固定。

10.根据权利要求1或2或5或7或8所述的一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机，其特征在于，所述视觉测量系统包括第一方向驱动定位机构(210)、设置在该第一方向驱动定位机构(210)上可相对其沿第二方向运动的第二方向位置调节机构(220)、设置在该第二方向位置调节机构(220)上可相对其沿第三方向平动的第三方向位置调节机构(230)，以及相机(240)，该相机(240)固定设置在所述第三方向位置调节机构(230)上，所述相机(240)通过该第一方向驱动定位机构(210)、第二方向位置调节机构(220)和第三方向位置调节机构(230)的协调进行三维立体运动，实现对打印系统上的光栅板图像的位置和角度的检测。

11.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机，其特征在于，所述视觉测量系统包括第一方向驱动定位机构(210)、设置在该第一方向驱动定位机构(210)上可相对其沿第二方向运动的第二方向位置调节机构(220)、设置在该第二方向位置调节机构(220)上可相对其沿第三方向平动的第三方向位置调节机构(230)，以及相机(240)，该相机(240)固定设置在所述第三方向位置调节机构(230)上，所述相机(240)通过该第一方向驱动定位机构(210)、第二方向位置调节机构(220)和第三方向位置调节机构(230)的协调进行三维立体运动，实现对打印系统上的光栅板图像的位置和角度的检测。

12.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机，其特征在于，所述视觉测量系统包括第一方向驱动定位机构(210)、设置在该第一方向驱动定位机构(210)上可相对其沿第二方向运动的第二方向位置调节机构(220)、设置在该第二方向位置调节机构(220)上可相对其沿第三方向平动的第三方向位置调节机构(230)，以及相机(240)，该相机(240)固定设置在所述第三方向位置调节机构(230)上，所述相机(240)通过该第一方向驱动定位机构(210)、第二方向位置调节机构(220)和第三方向位置调节机构(230)的协调进行三维立体运动，实现对打印系统上的光栅板图像的位置和角度的检测。

13.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的光栅立体图像平板打印机，其特征在于，所述视觉测量系统包括第一方向驱动定位机构(210)、设置在该第一方向驱动定位机构(210)上可相对其沿第二方向运动的第二方向位置调节机构(220)、设置在该第二方向位置调节机构(220)上可相对其沿第三方向平动的第三方向位置调节机构(230)，以及相机(240)，该相机(240)固定设置在所述第三方向位置调节机构(230)上，所述相机(240)通过该第一方向驱动定位机构(210)、第二方向位置调节机构(220)和第三方向位置调节机构(230)的协调进行三维立体运动，实现对打印系统上的光栅板图像的位置和角度的检测。

14.利用权利要求1-13中任一项所述的打印机进行光栅立体图形平板打印的方法，其特征在于，该方法具体包括：

(1)在所述载物台上铺设打印纸，并在打印纸上打印初始基准线；

(2)利用所述视觉测量系统采集图像，通过数字图像处理测得所述初始基准线在图像坐标系中相对于图像坐标系X方向正向的角度θ₀；

(3)在所述载物台上布置光栅板，调节装夹模块对所述光栅板进行粗定位及固定，开启光栅板所在区域的真空吸附，光栅板在夹具及负压作用下得以进一步固定；

(4)测得光栅板棱柱线在图像坐标系中相对于图像坐标系X方向正向的角度θ₁，从而计算得出所述初始基准线与光栅板棱柱线的角度差δ＝θ₁-θ₀；

(5)将所述初始基准线旋转对应的角度偏差δ，并再次打印旋转后的基准线，使得其与光栅板上的棱柱线平行；

(6)测量旋转后的X方向基准线与光栅板上任一光栅棱柱线的距离L；

(7)根据所述角度偏差δ和距离L对所需打印的立体图像进行印前旋转和平移操作，使得打印图像与光栅棱柱的位置对齐，之后即可通过打印头进行打印，实现立体图像打印。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的步骤(7)中，旋转和平移具体过程为：首先，控制转动模块使载物台旋转角度差δ，然后，修改所需打印的光栅立体图像的打印参数，使其在图像中平移距离L对应的像素数，即可实现打印图像与光栅棱柱的位置对齐。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，角度θ₀和θ₁均为多次测量取均值的结果，以提高精确度和减小数字图像处理的误差。