CN106956430B - 一种振镜扫描系统的校准装置及应用其的3d打印机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种振镜扫描系统的校准装置及应用其的3D打印机系统，包括校准装置本体，所述校准装置本体上设置有激光接收感应装置、驱动机构、通讯模块和控制模块，3D打印机上的激光按照点阵位置逐点输出激光，通过所述驱动机构使激光接收感应装置移动至激光束的位置上，并检测激光束信号获取该点的误差值，再根据驱动机构的运动轨迹逐点取得误差值，最终取得整个点阵范围内的位置误差表，校准系统将该误差表传输至3D打印机的振镜控制系统中，振镜控制系统利用位置误差查表程序即可快速计算激光输出的准确位置。本发明全程无需人工操作，且大大节省了校准时间，有效提高了振镜扫描系统的校准精度及3D打印机的打印精度。

Description

一种振镜扫描系统的校准装置及应用其的3D打印机系统
技术领域
本发明涉及3D打印机技术领域，特别涉及一种振镜扫描系统的校准装置及应用其的3D打印机系统。
背景技术
3D打印，是增材制造的俗称，其核心是数字化、智能化制造与材料科学的结合。与传统上对原材料进行切削的减材制造方法正相反，3D打印的过程好比用砖头砌墙，逐层增加材料，最终形成产品。
3D打印不需要模具，可以直接进行样品原型制造，因而大大缩短了从图纸到实物的时间。任何形状复杂的零件，都可以被分解为一系列二维制造的叠加。这种快速制造的理念还衍生出多种不同的技术类型，除了SLA，常见的有熔融沉积造型（FDM）、三维打印（3DP）、选择性激光烧结（SLS）等，其基本工作原理都是逐层增加材料，最终形成产品，因此，这些技术都被通俗地称作3D打印。SLS技术所制造的产品的物理性能是其中最接近最终产品的技术，是目前国外小批量产品的制造的首选技术。
3D打印中SLS、SLA、SLM等技术均有赖于激光的扫描输出，扫描误差是这些技术中的常见问题，制造工艺、安装精度等原因，再扫描一个图形位置时必定存在误差，需要采取措施进行位置校准，达到扫描位置输出的实际位置与图形的实际位置保持在误差要求方位内。
传统方法采用的步骤如下：
1、使用带固定网格状黑底白边阵列的胶片，将其放置在激光扫描位置，且对齐位置；
2、在胶片上打固定格式的位置点，使黑底框胶片上呈现烧灼的点，该点按照阵列分布；
3、使用扫描仪扫描胶片上烧灼点位置，判断是否在黑底框阵列的中心，并计算误差位置；
4、将误差位置列表导入程序中；
该方法存在以下显而易见的误差影响与不足：
1、网格状黑底白边阵列胶片的阵列误差，图片文件需要进行预处理才能识别；
2、胶片放置不平整的误差；
3、扫描仪扫描得到的尺寸误差；
4、软件计算误差；
5、操作时间长，至少需要3H，全程手工操作；
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种振镜扫描系统的校准装置，能更快速、准确的校准误差，提高产品质量。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种振镜扫描系统的校准装置，用于校准3D打印机的打印精度，所述校准装置包括：校准装置本体，在所述校准装置本体上设置有：
激光接收感应装置，用于接收3D打印机激光器发射的激光光斑；
驱动机构，用于控制激光接收感应装置的坐标位置；
通讯模块，用于与3D打印机通讯连接，获取3D打印机发射激光束的位置信号；
控制模块，用于根据激光光斑计算光斑坐标位置，并结合激光束的位置信号获取各点误差值，逐点取值，最终取得整个点阵范围内的位置误差表，3D打印机的振镜系统利用位置误差程序查表计算输出的准确位置。
所述的振镜扫描系统的校准装置中，所述激光接收感应装置包括一激光束接收窗口，所述激光束接收窗口的直径为0.1mm。
所述的振镜扫描系统的校准装置中，所述激光器包括依次设置的分束镜和扩束镜，使激光束衰减与整形，便于激光接收感应装置的检测识别。
所述的振镜扫描系统的校准装置中，所述驱动机构包括两根平行的Y轴导轨和连接两Y轴导轨的X轴导轨，所述两Y轴导轨上均设置有第一滑块，所述X轴导轨设置有第二滑块，所述X轴导轨的两端分别固定在第一滑块上，所述激光接收感应装置设置于第二滑块上；所述驱动机构还包括用于驱动第一滑块沿Y轴导轨滑动的第一电机和用于驱动第二滑块沿X轴导轨滑动的第二电机，所述第一电机和第二电机与控制模块连接，由控制模块根据所述误差值调节激光接收感应装置的坐标来校准误差。
所述的振镜扫描系统的校准装置中，所述校准装置本体上设置有用于手动控制激光接收感应装置移动的按钮和用于显示激光接收感应装置的坐标的显示屏，所述按钮和显示屏均与控制模块连接。
所述的振镜扫描系统的校准装置中，所述驱动机构带动的激光感应装置所运动的点与振镜所要扫描的点一一对应。
所述的振镜扫描系统的校准装置中，所述驱动机构带动的激光感应装置所运动的部分点是检测装置默认的，如中心点、指定的最外侧点、按指定点阵位置的点。
所述的振镜扫描系统的校准装置中，所述激光接收感应装置为CCD镜头、或者光电池。
所述的振镜扫描系统的校准装置中，所述校准装置本体的底座上设有三个圆锥形定位点，用于不经过精确测量即可将校准装置准确放置在待检验的3D打印机检测位置上。
一种3D打印机系统，包括3D打印机和上述任意一项所述的振镜扫描系统的校准装置，所述3D打印机与所述校准装置通讯连接。
相较于现有技术，本发明提供的振镜扫描系统的校准装置，包括校准装置本体，所述校准装置本体上设置有激光接收感应装置、驱动机构、通讯模块和控制模块，3D打印机上的激光按照点阵位置逐点输出激光，通过所述驱动机构使激光接收感应装置移动至激光束的位置上，并检测激光束信号，此时有可能并未能检测到该信号，驱动机构带动激光接收器延监测点做规则运动，直至检测到该信号，通过控制模块根据该信号所处坐标计算光斑该点位置坐标，并获取该点误差值，驱动机构将激光接收感应装置移动至激光束输出的下一个点上，循环以上步骤，逐点取得误差值，最终取得整个点阵范围内的位置误差表，校准系统将该误差表传输至3D打印机的振镜控制系统中，振镜控制系统利用位置误差查表程序即可快速计算激光输出的准确位置。本发明全程无需人工操作，且大大节省了校准时间，有效提高了振镜扫描系统的校准精度及3D打印机的打印精度。
附图说明
图1为本发明提供的振镜扫描系统的校准装置的示意图。
图2为本发明提供的振镜扫描系统的校准装置结构框图。
具体实施方式
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种振镜扫描系统的校准装置，能更快速、准确的校准误差，提高产品质量。
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1和图2，本发明提供的振镜扫描系统的校准装置，用于校准3D打印机的打印精度，所述校准装置包括：校准装置本体1，所述校准装置本体1上设置有用于开启和关闭的开关按钮11，在所述校准装置本体1上设置有：
激光接收感应装置10，用于接收3D打印机激光器50发射的激光光斑；
驱动机构20，用于控制激光接收感应装置10的坐标位置；
通讯模块60，用于与3D打印机通讯连接，获取3D打印机的激光器50发射激光束501的位置信号；
控制模块70，用于根据激光光斑计算光斑坐标位置，并结合激光束501的位置信号获取误差值，逐点取值，最终取得整个点阵范围内的位置误差表， 3D打印机的振镜系统（图中未示出）利用位置误差程序查表即可计算输出的准确位置。
具体的，所述激光接收感应装置10包括一激光束接收窗口（图中未示出），所述激光束接收窗口的直径为0.1mm，该规格的激光束接收窗口可以更精确激光光斑的显示位置点，而且反应灵敏度好。
所述激光器50包括依次设置的分束镜（图中未示出）和扩束镜（图中未示出），使激光束501依次聚焦与扩束，使激光束衰减与整形，便于激光接收感应装置10的检测识别，更进一步提高校准精度，确保打印质量。
请继续参阅图1，所述驱动机构20包括两根平行的Y轴导轨201和连接两Y轴导轨201的X轴导轨202，所述两Y轴导轨201上均设置有第一滑块203，所述X轴导轨202设置有第二滑块204，所述X轴导轨202的两端分别固定在第一滑块203上，所述激光接收感应装置10设置于第二滑块204上；所述驱动机构20还包括用于驱动第一滑块203沿Y轴导轨201滑动的第一电机（图中未示出）和用于驱动第二滑块204沿X轴导轨202滑动的第二电机（图中未示出），所述第一电机和第二电机与控制模块连接，由控制模块根据所述误差值调节激光接收感应装置10的坐标来校准误差，具体的，所述第二滑块204的运动位置依据激光输出要求的准确位置，所述激光接收感应装置10按照该位置进行一个范围内的扫描，所述激光接收感应装置10接收到激光束501的位置点后，激光束501进行位置点阵列，所述激光接收感应装置10逐次读取阵列的所有点的误差，运算后得到一个误差坐标系统文件，所述3D打印机自动读取坐标系统文件，得到校准误差。
进一步的，所述驱动机构20带动的激光接收感应装置10所运动的点与3D打印机的振镜(图中未示出)所要扫描的点一一对应。
更进一步的，所述激接收感应装置10所运动的部分点是控制模块70默认的，如中心点、指定的最外侧点、按指定点阵位置的点。
所述校准装置本体1上设置有用于手动控制激光接收感应装置10移动的按钮30和用于显示激光接收感应装置10的坐标的显示屏40，所述按钮30和显示屏40均与控制模块连接，可以通过按钮30手动控制检测头的移动位置，所述控制模块可以通过二次元做自身的位置校准。
进一步的，所述激光接收感应装置10为CCD镜头、或者光电池，可根据实际需要自行选择。
所述校准装置本体1的底座上有三个圆锥形定位点（图中未示出），用于不经过精确测量即可将校准装置准确放置在待检验的3D打印机检测位置上，进一步的节省了校准所用时间，提高了工作效率。
本发明还提供一种3D打印机系统，包括3D打印机和上述的振镜扫描系统的校准装置，所述3D打印机与所述校准装置通讯连接。
所述的振镜扫描系统的校准装置的操作方法，包括以下步骤：
1)校准装置开机后位置初始化，与被3D打印机之间的通讯初始化，也可采用WIFI无线连接；
2)3D打印机进入检测流程，驱动机构驱动激光接收感应装置运动；
3)激光器输出低功率，使用分束镜与扩束镜将光束进一步衰减与整形，便于检测元件的检测识别；
4)采用CCD镜头读取光斑形状，软件计算光斑中心点，得到光斑坐标位置，并向3D打印机进行数据传输。
综上所述，本发明提供的振镜扫描系统的校准装置，包括校准装置本体，所述校准装置本体上设置有激光接收感应装置、驱动机构、通讯模块和控制模块，3D打印机上的激光按照点阵位置逐点输出激光，通过所述驱动机构使激光接收感应装置移动至激光束的位置上，并检测激光束信号，如未能检测到该信号，驱动机构带动激光接收感应装置做规则运动，直至检测到该信号，通过控制模块根据该信号所处坐标计算光斑该点位置坐标，并获取该点误差值，驱动机构将激光接收感应装置移动至激光束输出的下一个点上，循环以上步骤，逐点取得误差值，最终取得整个点阵范围内的位置误差表，校准系统将该误差表传输至3D打印机的振镜控制系统中，振镜控制系统利用位置误差查表程序即可快速计算激光输出的准确位置。本发明全程无需人工操作，且大大节省了校准时间，有效提高了振镜扫描系统的校准精度及3D打印机的打印精度。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种振镜扫描系统的校准装置，用于校准3D打印机的打印精度，其特征在于，所述校准装置包括：校准装置本体，在所述校准装置本体上设置有：
激光接收感应装置，用于接收3D打印机激光器发射的激光光斑；
驱动机构，用于控制激光接收感应装置的坐标位置；
通讯模块，用于与3D打印机通讯连接，获取3D打印机发射激光束的位置信号；
控制模块，用于根据激光光斑计算光斑坐标位置，并结合激光束的位置信号获取各点误差值，逐点取值，最终取得整个点阵范围内的位置误差表，3D打印机的振镜系统利用位置误差程序查表计算输出的准确位置。
2.根据权利要求1所述的振镜扫描系统的校准装置，其特征在于，所述激光接收感应装置包括一激光束接收窗口，所述激光束接收窗口的直径为0.1mm。
3.根据权利要求1所述的振镜扫描系统的校准装置，其特征在于，所述激光器包括依次设置的分束镜和扩束镜，使激光束衰减与整形，便于激光接收感应装置的检测识别。
4.根据权利要求1所述的振镜扫描系统的校准装置，其特征在于，所述驱动机构包括两根平行的Y轴导轨和连接两Y轴导轨的X轴导轨，所述两Y轴导轨上均设置有第一滑块，所述X轴导轨设置有第二滑块，所述X轴导轨的两端分别固定在第一滑块上，所述激光接收感应装置设置于第二滑块上；所述驱动机构还包括用于驱动第一滑块沿Y轴导轨滑动的第一电机和用于驱动第二滑块沿X轴导轨滑动的第二电机，所述第一电机和第二电机与控制模块连接，由控制模块根据所述误差值调节激光接收感应装置的坐标来校准误差。
5.根据权利要求1所述的振镜扫描系统的校准装置，其特征在于，所述校准装置本体上设置有用于手动控制激光接收感应装置移动的按钮和用于显示激光接收感应装置的坐标的显示屏，所述按钮和显示屏均与控制模块连接。
6.根据权利要求1所述的振镜扫描系统的校准装置，其特征在于，所述驱动机构带动的激光感应装置所运动的点与振镜所要扫描的点一一对应。
7.根据权利要求1所述的振镜扫描系统的校准装置，其特征在于，所述驱动机构带动的激光感应装置所运动的部分点是检测装置默认的，所述部分点是指中心点、指定的最外侧点或按指定点阵位置的点之一的点。
8.根据权利要求1所述的振镜扫描系统的校准装置，其特征在于，所述激光接收感应装置为CCD镜头或者光电池。
9.根据权利要求1所述的振镜扫描系统的校准装置，其特征在于，所述校准装置本体的底座上设有三个圆锥形定位点，用于不经过精确测量即可将校准装置准确放置在待检验的3D打印机检测位置上。
10.一种3D打印机系统，其特征在于，包括3D打印机和如权利要求1-9任意一项所述的振镜扫描系统的校准装置，所述3D打印机与所述校准装置通讯连接。
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