CN106273487A - 一种dlp打印设备投影仪光强自动校准设备及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DLP打印设备投影仪光强自动校准设备，包括底座，底座上从下至上依次设置有沿X轴方向运动的第一圆柱直线导轨、第一滑动平台、沿Y轴方向运动的第二圆柱直线导轨、第二滑动平台、安装平台、沿Z轴方向运动的第三圆柱直线导、第三滑动平台，第三滑动平台前方的底座侧边上设置有延伸平台，第三滑动平台和延伸平台上分别设置有投影仪和光强传感器，投影仪和光强传感器均与系统控制板连接，其校准方法为步骤1)对焦调整；步骤2)确定校准参考光强；步骤3)投影仪补偿掩膜灰度数值采集；步骤4)生成补偿掩膜；步骤5)使用校准。本发明设计合理，结构紧凑，操作方便，并且稳定性好，能够有效得出投影仪的光强度。

Description

一种DLP打印设备投影仪光强自动校准设备及校准方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种DLP打印设备投影仪光强自动校准设备及校准方法。

背景技术

3D打印技术(又称快速成型)是20世纪80年代后期出现的一种全新制造技术，它借助计算机、激光、精密传动和数控等现代化手段，通过原材料的层层堆叠实现工件的快速制造。这种新兴的制造技术将计算机辅助设计和计算机辅助制造集于一体，首先将事先绘制的三维实体模型按照某一厚度分层，再通过运动控制系统和光学系统相互配合完成原材料的固化堆叠工作。其成型实体不受外形限制，具有成型速度快，单件成本低、材料利用率高等优点。能够精确、直接的将处于虚拟模型阶段的工件转化为实体，从而更好的完成产品的相关分析验证，大大提高工件生产效率。

面曝光3D打印是一种依托光敏树脂聚合反应实现材料固化成型的技术。基于面曝光工艺的3D打印设备直接利用常规DLP(Digital Light Processing)投影仪产生的可见光以平面形式照射树脂材料，通过控制投影仪光强与照射时间实现树脂固化，相比其他快速成型技术操控更加简便，成型速度更快，能够有效提高打印精度，获得更高的表面质量，同时又能够显著降低打印设备系统成本。

DLP(Digital Light Processing)数字光处理投影仪是现阶段面曝光3D打印设备的重要组成部件，它以美国德州仪器公司开发的数字微镜装置DMD芯片作为成像器件，通过调节反射光实现图像的投射效果。DLP投影仪与液晶投影机有很大的不同，它的成像是通过成千上万个微小的镜片反射光线来实现的，这一特点使其可以投射出以像素点为精度单位的动态掩膜，十分适合应用于面曝光3D打印领域。但是由于投影仪中的光学部件存在无法避免的精度问题，致使其投出的影像存在较大的光强误差，投影区域光强分布不匀，对快速成型设备的打印精度和打印效率有较大影响。现阶段尚无针对DLP投影仪的自动校准设备，传统校准方式费时费力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种DLP打印设备投影仪光强自动校准设备及校准方法，本发明设计合理，结构紧凑，操作方便，并且稳定性好，能够有效得出投影仪的光强度。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种DLP打印设备投影仪光强自动校准设备，包括底座，所述底座上平行设置有两个沿X轴方向运动的第一圆柱直线导轨，两个所述第一圆柱直线导轨上设置有沿X轴方向滑动的第一滑动平台，所述第一滑动平台上平行设置有两个沿Y轴方向运动的第二圆柱直线导轨，两个所述第二圆柱直线导轨上设置有沿Y轴方向滑动的第二滑动平台，所述第二滑动平台表面上垂直设置有安装平台，所述安装平台表面平行设置有两个沿Z轴方向运动的第三圆柱直线导，所述两个所述第三圆柱直线导轨上设置有沿Z轴方向滑动的第三滑动平台，所述第三滑动平台前方的底座侧边上设置有延伸平台，所述第三滑动平台和延伸平台上分别设置有投影仪和光强传感器，所述投影仪和光强传感器均与系统控制板连接。

进一步的，所述第一滑动平台、第二滑动平台和第三滑动平台均与相对应的丝杠传动机构连接。

进一步的，所述光强传感器为紫外线光强传感器或可见光光强传感器。

进一步的，所述光强传感器底部设置有夹具固定座。

进一步的，所述第一滑动平台与第二滑动平台上均设置有风琴罩。

进一步的，所述风琴罩一端通过螺钉固定，另一端设置有卡接部，所述卡接部上设置有卡接凹槽。

进一步的，所述系统控制板为Arduino平台，所述系统控制板与控制电脑连接。

一种使用DLP打印设备投影仪光强自动校准设备的校准方法，包括如下步骤：

步骤1)对焦调整，调整光强传感器与投影仪的相对位置，使被投影仪的投影点光斑对焦投射至光强传感器中心处，得到Z轴上的高度位置；

步骤2)确定校准参考光强，在投影仪的光强区间内选取一点作为校准参考光强数值，并对该校准参考光强数值设定一区间范围值；

步骤3)投影仪补偿掩膜灰度数值采集，先将投影仪的投影区域均匀划分为若干单元格，每个单元格均单独投射至光强传感器上，光强传感器收集该单元格的光强数值，当光强数值大于校准参考光强数值时，对投影仪的投影点光斑进行调整，降低该单元方格灰度，当光强数值小于校准参考光强数值时，对投影仪的投影点光斑进行调整，增加该单元方格灰度，将光强数值调整至校准参考光强数值额区间范围值内，得到补偿灰度值，记录上述每个单元格调整后的补偿灰度值；

步骤4)生成补偿掩膜，将每个单元格所对应的补偿灰度值，代入到单元格所在投影区域的坐标中，相邻两个补偿灰度值之间形成相对位置关系，将每个补偿灰度值的位置关系串联后形成补偿掩膜；

步骤5)使用校准，将补偿掩膜添加至3D打印机控制软件中，使补偿掩膜与实际曝光膜相互叠加，完成打印机投影仪光强分布校准。

进一步的，所述步骤2中光强区间为投影仪原始光强分布范围。

进一步的，所述步骤2中选取校准参考光强数值后记录该校准参考光强数值相对应的灰度值，将该灰度值作为灰度初始参考值。

本发明的有益效果是:

第一滑动平台、第二滑动平台和第三滑动平台均通过一组圆柱直线导轨来进行导向，其导向精度高，稳定性高，从而能够稳定的对焦和移动，实现将投影仪的光线投射到光强传感器内，整体操作方便快捷。风琴罩设计能够有效防止异物落入底座和第二滑动平台内，避免发生卡滞的问题，能够有效提高使用寿命和保持良好的运行精度。

通过该校准方法能够调整投影区域光强，使得投影区域光强分布均匀，对提高快速成型设备的打印精度和打印效率具有较大的意义。该方法具有操作简单，得到的数据可靠的优点，成本消耗少，速度快。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的风琴罩部分结构示意图；

图3是本发明的投影区域划分示意图；

图4是本发明的光强测试图像。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1至图4所示，一种DLP打印设备投影仪光强自动校准设备，包括底座1，底座上平行设置有两个沿X轴方向运动的第一圆柱直线导轨2，两个第一圆柱直线导轨上设置有沿X轴方向滑动的第一滑动平台3，第一滑动平台上平行设置有两个沿Y轴方向运动的第二圆柱直线导轨4，两个第二圆柱直线导轨上设置有沿Y轴方向滑动的第二滑动平台5，第二滑动平台表面上垂直设置有安装平台6，安装平台表面平行设置有两个沿Z轴方向运动的第三圆柱直线导7，两个第三圆柱直线导轨上设置有沿Z轴方向滑动的第三滑动平台8，第三滑动平台前方的底座侧边上设置有延伸平台9，第三滑动平台和延伸平台上分别设置有投影仪10和光强传感器11，三个滑动平台均通过一组圆柱直线导轨导向，运行稳定，导向精准，能够提高投影仪和光强传感器的相对位置，从而提高检测精度，Z轴上的第三滑动平台能够有效调节投影仪的光线精准对焦到光强传感上，速度快，操作方便，而投影仪可以设置在延伸平台上，光强传感器设置在第三滑动平台上，这样在移动时，光强传感器是主动部件，避免投影仪连接数据线较多，导致松动或牵扯，提高运行顺畅度。

投影仪和光强传感器均与系统控制板12连接，系统控制板用于接收光强传感器的信号和控制投影仪投影，是一种常用的技术手段，不做详解。

其中，第一滑动平台、第二滑动平台和第三滑动平台均与相对应的丝杠传动机构13连接，提供稳定动力。光强传感器为紫外线光强传感器或可见光光强传感器，以满足对不同投影仪的检测。

光强传感器底部设置有夹具固定座14，夹具固定座是一种快速夹具，使得光强传感器能够快速安装和更换，并且便于夹设不同尺寸的光强传感器，灵活性强。

第一滑动平台与第二滑动平台上均设置有风琴罩15，能够有效防止异物落入底座和第二滑动平台内，避免发生卡滞的问题，能够有效提高使用寿命和保持良好的运行精度。风琴罩一端通过螺钉16固定，另一端设置有卡接部17，卡接部上设置有卡接凹槽18，拆装方便，并且可以随时拆除一端进行检测观察，便于维修维护。

系统控制板为Arduino平台，系统控制板与控制电脑连接，以提供更为便捷的控制基础，提高使用体验效果。

一种使用DLP打印设备投影仪光强自动校准设备的校准方法，包括如下步骤：

先对焦调整，调整光强传感器与投影仪的相对位置，使被投影仪的投影点光斑对焦投射至光强传感器中心处，得到Z轴上的高度位置，从而保证每次移动时，投影仪的投影点光斑均以聚焦的最亮点投射在光强传感器上，提高测量准确度；

然后确定校准参考光强，在投影仪的光强区间内选取一点作为校准参考光强数值，并对该校准参考光强数值设定一区间范围值，光强区间为投影仪原始光强分布范围，避免选取值超出后无法显示，在数据调整时，无法做到完全一致，因此通过区间范围值降低调整难度，区间范围值的区间越小，精度越高，并且在选取校准参考光强数值时，可以将投影仪的投影区域划分为若干测试区，通过测试区内的任意一点作为该测试区的标准点，然后将所有标准点集合，取中间值，得到校准参考光强数值，该方式能够将校准参考光强数值设定在较为合理的范围内，并且后续调整参数时幅度小，便于快速校准，并且对投影仪发光趋于正常发光的区域内，有效提高发光性能；

并且选取校准参考光强数值后记录该校准参考光强数值相对应的灰度值，将该灰度值作为灰度初始参考值，在调整光强数值时，以灰度初始参考值为基础，调整单元方格灰度能够快速的将光强数值调整到校准参考光强数值周边，实现粗调，然后即可微调，加快调整速度，节约时间。

接着投影仪补偿掩膜灰度数值采集，如图3所示，先将投影仪的投影区域均匀划分为若干单元格，此处以1920*1080分辨率为例，用边长为60像素的小正方形将投影区域分为576等份，将第一个单元格单独投射至光强传感器上，光强传感器收集该单元格的光强数值，当光强数值大于校准参考光强数值时，对投影仪的投影点光斑进行调整，降低该单元方格灰度，当光强数值小于校准参考光强数值时，对投影仪的投影点光斑进行调整，增加该单元方格灰度，投影点光斑入图4所示，将光强数值调整至校准参考光强数值额区间范围值内，得到补偿灰度值，如此循环至完成576个单元格测量，即可获得整个投影区域的补偿灰度分布数据；该处得到的数据为离散点的补偿灰度数据，无法直接用来生成补偿掩膜。

生成补偿掩膜，为了获得连续数据，将每个单元格所对应的补偿灰度值，代入到单元格所在投影区域的坐标中，相邻两个补偿灰度值之间形成相对位置关系，将每个补偿灰度值的位置关系串联后形成补偿掩膜；其中可以采用将测量所得补偿灰度值导入数据拟合软件对测量数据进行拟合，从而获得灰度分布曲面关于坐标X、Y、灰度的函数模型，利用此数据即可完成补偿掩膜绘制。

最后使用校准，将补偿掩膜添加至3D打印机控制软件中，使补偿掩膜与实际曝光膜相互叠加，完成打印机投影仪光强分布校准。实际曝光膜为打印时需要曝光而输入的图像，通过图像与整个补偿掩膜进行对比，将图像中的实际数值进行调整，使整个光强趋于校准参考光强数值，完成调整。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种DLP打印设备投影仪光强自动校准设备，其特征在于：包括底座，所述底座上平行设置有两个沿X轴方向运动的第一圆柱直线导轨，两个所述第一圆柱直线导轨上设置有沿X轴方向滑动的第一滑动平台，所述第一滑动平台上平行设置有两个沿Y轴方向运动的第二圆柱直线导轨，两个所述第二圆柱直线导轨上设置有沿Y轴方向滑动的第二滑动平台，所述第二滑动平台表面上垂直设置有安装平台，所述安装平台表面平行设置有两个沿Z轴方向运动的第三圆柱直线导，所述两个所述第三圆柱直线导轨上设置有沿Z轴方向滑动的第三滑动平台，所述第三滑动平台前方的底座侧边上设置有延伸平台，所述第三滑动平台和延伸平台上分别设置有投影仪和光强传感器，所述投影仪和光强传感器均与系统控制板连接。

2.根据权利要求1所述的一种DLP打印设备投影仪光强自动校准设备，其特征在于：所述第一滑动平台、第二滑动平台和第三滑动平台均与相对应的丝杠传动机构连接。

3.根据权利要求1所述的一种DLP打印设备投影仪光强自动校准设备，其特征在于：所述光强传感器为紫外线光强传感器或可见光光强传感器。

4.根据权利要求1所述的一种DLP打印设备投影仪光强自动校准设备，其特征在于：所述光强传感器底部设置有夹具固定座。

5.根据权利要求1所述的一种DLP打印设备投影仪光强自动校准设备，其特征在于：所述第一滑动平台与第二滑动平台上均设置有风琴罩。

6.根据权利要求5所述的一种DLP打印设备投影仪光强自动校准设备，其特征在于：所述风琴罩一端通过螺钉固定，另一端设置有卡接部，所述卡接部上设置有卡接凹槽。

7.根据权利要求1所述的一种DLP打印设备投影仪光强自动校准设备，其特征在于：所述系统控制板为Arduino平台，所述系统控制板与控制电脑连接。

8.一种使用权利要求1-7中任一项所述的DLP打印设备投影仪光强自动校准设备的校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)对焦调整，调整光强传感器与投影仪的相对位置，使被投影仪的投影点光斑对焦投射至光强传感器中心处，得到Z轴上的高度位置；

步骤2)确定校准参考光强和灰度，在投影仪的光强区间内选取一点作为校准参考光强数值，并对该校准参考光强数值设定一区间范围值；

步骤3)投影仪补偿掩膜灰度数值采集，先将投影仪的投影区域均匀划分为若干单元格，每个单元格均单独投射至光强传感器上，光强传感器收集该单元格的光强数值，当光强数值大于校准参考光强数值时，对投影仪的投影点光斑进行调整，降低该单元方格灰度，当光强数值小于校准参考光强数值时，对投影仪的投影点光斑进行调整，增加该单元方格灰度，将光强数值调整至校准参考光强数值额区间范围值内，得到补偿灰度值，记录上述每个单元格调整后的补偿灰度值；

步骤4)生成补偿掩膜，将每个单元格所对应的补偿灰度值，代入到单元格所在投影区域的坐标中，相邻两个补偿灰度值之间形成相对位置关系，将每个补偿灰度值的位置关系串联后形成补偿掩膜；

步骤5)使用校准，将补偿掩膜添加至3D打印机控制软件中，使补偿掩膜与实际曝光膜相互叠加，完成打印机投影仪光强分布校准。

9.根据权利要求8所述的校准方法，其特征在于，所述步骤2中光强区间为投影仪原始光强分布范围。

10.根据权利要求8所述的校准方法，其特征在于，所述步骤2中选取校准参考光强数值后记录该校准参考光强数值相对应的灰度值，将该灰度值作为灰度初始参考值。