KR101767599B1 - 광조사유니트로부터의 이미지광에 의한 광경화방식으로 3d성형물을 형성하는 3d프린터의 광불균일 보상방법 - Google Patents

광조사유니트로부터의 이미지광에 의한 광경화방식으로 3d성형물을 형성하는 3d프린터의 광불균일 보상방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 광조사면 전체가 비교적 균일한 광강도값을 갖도록 할 수 있는 3D프린터의 광불균일 보상방법을 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 3D 프린터의 광불균일 보상방법은 상기 광조사유니트로부터 광조사면에 소정의 측정광을 조사하는 단계; 상기 광조사면을 촬상하는 단계; 상기 광조사면의 촬상이미지를 복수의 조절영역으로 구획하고, 상기 각 조절영역 내 영역기준위치의 광강도를 측정하는 단계; 인접한 조절영역 간의 광강도 편차값이 소정의 허용편차를 초과한 경우 경계영역에 세부조절영역을 설정하여 광강도값을 측정하는 단계; 상기 각 광강도값으로부터 균일화광강도값을 정하고, 상기 균일화광강도값과의 편차값에 기초하여 상기 각 조절영역 및 세부조절영역의 광강도보상값을 구하는 단계를 포함한다.

Description

광조사유니트로부터의 이미지광에 의한 광경화방식으로 3D성형물을 형성하는 3D프린터의 광불균일 보상방법{METHOD FOR ADJUSTING THE LIGHT INTENSITY OF IMAGE-LIGHT RELATING TO 3D PRINTER}
본 발명은 광조사유니트로부터의 이미지광에 의한 광경화방식으로 3D성형물을 형성하는 3D프린터의 광불균일 보상방법에 관한 것이다.
소위 DLP(Digital Light Processing)방식 3D 프린터에서는 광조사유니트로부터의 이미지광이 액상수지를 노광 경화시켜 순차적으로 3D성형물을 형성한다. 이러한 DLP 3D프린터의 광조사유니트는 광원으로부터 나온 이미지광을 노광면에 확산되도록 조사한다. 그런데 광원으로부터 노광면의 각 위치 간의 거리 차와 광원의 물리적 특성 등에 따라 노광면의 위치에 따라 도달하는 이미지광의 광강도가 균일하지 못한 경우가 많다. 이러한 광강도의 불균일은 결과적으로 3D성형물의 품질에 부정적인 영향을 미친다.
종래의 3D프린터에서는 각 노광면 위치에서 광강도를 측정하고 영역별로 개별적으로 광강도를 보정하거나, 측정 위치들 사이의 영역에 대해 보간법을 적용하여 보정하기도 하였다. 그러나 이러한 종래의 보정방법은 측정 위치 혹은 단위 조절영역의 수가 충분히 많아야만 최적의 보정결과를 얻을 수 있으므로 시간이 많이 걸리거나 고성능의 처리 시스템을 필요로 하는 등 비효율성이 컸다.
따라서 본 발명의 목적은 광불균일을 효율적으로 보정할 수 있는 3D프린터의 광불균일 보상방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 3D 프린터의 광불균일 보상방법은 상기 광조사유니트로부터 광조사면에 소정의 측정광을 조사하는 단계; 상기 광조사면을 촬상하는 단계; 상기 광조사면의 촬상이미지를 복수의 조절영역으로 구획하고, 상기 각 조절영역 내 영역기준위치의 광강도를 측정하는 단계; 인접한 조절영역 간의 광강도 편차값이 소정의 허용편차를 초과한 경우 경계영역에 세부조절영역을 설정하여 광강도값을 측정하는 단계; 상기 각 광강도값으로부터 균일화광강도값을 정하고, 상기 균일화광강도값과의 편차값에 기초하여 상기 각 조절영역 및 세부조절영역의 광강도보상값을 구하는 단계를 포함한다.
여기서, 복수의 인접한 조절영역에서 상기 세부조절영역이 설정되고 상호 중첩되는 중첩세부조절영역이 발생할 경우, 상기 중첩세부조절영역의 광강도값은 상기 세부조절영역들의 평균값으로 정의되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 세부조절영역의 폭은 인접한 상기 조절영역의 50% 미만인 것이 바람직하다.
또한, 노광이미지를 생성하는 단계와; 상기 노광이미지 내 상기 각 조절영역 및 상기 세부조절영역에 대응하는 상기 광강도보상값 및 상기 경계광강도보상값을 반영하여 보정된 노광이미지를 생성하는 단계와; 상기 보정된 노광이미지를 조사하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 3D프린터의 광불균일 보상방법은 광조사면 전체가 비교적 균일한 광강도값을 갖도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3D프린터의 광불균일 보상방법의 순서도이고,
도 2는 광조사면에 측정광이 조사되는 모습을 개략적으로 나타낸 개념도이고,
도 3은 본 발명에 따른 3D프린터의 광불균일 보상방법을 개략적으로 나타낸 개념도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D프린터의 광불균일 보상방법을 나타낸 개념도이며,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D프린터의 광불균일 보상방법을 나타낸 개념도이다.
도 1은 본 발명에 따른 3D프린터의 광불균일 보상방법의 순서도이고, 도 2는 광조사면에 측정광이 조사되는 모습을 개략적으로 나타낸 개념도이다. 이들 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 광불균일 보상방법은 먼저 광조사유니트(10)를 이용하여 광조사면(20)에 소정의 측정광(15)을 조사한다(S1). 이때, 광조사유니트(10)에 의해 조사되는 빛은 격자 형태이거나 하나의 전체면으로 이루어질 수 있다.
그리고 광조사면(20)을 사이에 두고 광조사유니트(10)와 대향하게 배치되는 촬상장치(30)를 이용하여 측정광(15)이 조사된 광조사면(20)을 촬상하여 촬상이미지를 생성한다(S2). 여기서, 광조사면(20)과 촬상장치(30) 사이에는 별도의 필름(35)이 개재된다. 필름(35)은 빛이 직진하도록 하는 TFT필름, 빛의 산란을 줄여주는 컬러 필터 및/또는 특정 파장 영역대의 빛만 투과시켜주는 파장교정필터를 채택할 수 있고, 촬상장치(30)는 CCD 카메라인 것이 바람직하다.
한편, 광조사면(20)을 촬상하는 단계(S2)는 판상의 지지패널과, 지지패널의 일면에 설치되는 다수의 광량측정센서를 포함하는 광량수신부를 광조사면(20)에 설치하여, 조사되는 측정광(15)에 대한 촬상이미지를 생성할 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 3D프린터의 광불균일 보상방법을 나타낸 개념도이다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 촬상이미지가 생성되면 촬상이미지를 복수의 조절영역(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)으로 구획(S31)하고, 각 조절영역(100a, 100b, 100c, 100d, 100e) 내 영역기준위치의 광강도값을 측정(S32)한다. 여기서, 영역기준위치는 각 조절영역(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)의 중심인 것이 바람직하다. 광강도값은 밝기 등급에 따라 0 내지 255 중 어느 하나의 값으로 측정된다. 여기서, 광강도값과 밝기는 비례한다.
그리고 인접한 조절영역 간의 광강도편차값이 소정의 허용편차를 초과(S41)하는 경우에는 이들 사이에 해당하는 경계영역에 세부조절영역을 설정(S42)하고, 이 세부조절영역 내 영역기준위치의 광강도값을 측정한다. 예를 들면, 소정의 허용편차가 ±5미만으로 설정되고, 복수의 조절영역 중 어느 하나(100a)의 광강도값이 235이며 인접한 조절영역(100b)의 광강도값이 241일 경우, 이들의 광편차값은 6으로써 허용범위를 초과하였으므로 이들 사이의 경계영역에 세부조절영역(101ab)을 설정한 후 세부조절영역(101ab)의 광강도값을 측정한다. 참고로, 세부조절영역에서의 광강도값은 대게 인접한 조절영역이 갖는 광강도값의 사이값을 갖는다.
만약, 설정된 세부조절영역의 광강도값과 인접한 조절영역 간의 광강도편차값이 소정의 허용편차를 다시 초과하는 경우, 이들 사이에 해당하는 경계영역에 2차세부조절영역을 설정한다. 예를 들면, 소정의 허용편차가 ±5미만으로 설정되고, 세부조절영역(104de)의 광강도값이 237이며 인접한 조절영역(100e)의 광강도값이 243일 경우, 이들의 광편차값은 6으로써 허용범위를 초과하였으므로 이들 사이의 경계영역에 2차 세부조절영역(105de)를 설정한다. 물론, 2차 세부조절영역과 인접한 조절영역 간의 광강도편차값이 소정의 허용편차를 또 초과하는 경우, 이들 사이에 해당하는 경계영역에 3차 세부조절영역이 설정된다.
각 조절영역(100a, 100b, 100c, 100d, 100e) 및 세부조절영역(101ab, 104de, 105de)에 대한 광강도값이 측정되면, 이들 광강도값을 기초로 목표하는 균일화광강도값을 정한다(S51). 여기서, 균일화광강도값은 측정된 다수의 광강도값 중 가장 낮은 광강도값인 것이 바람직하다. 예를 들면, 각 조절영역(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 101ab, 104de, 105de)의 광강도값이 235, 237, 238, 239, 241, 243 중 어느 하나로 측정되었을 경우, 균일화광강도값은 이들 중 가장 낮은 광강도값인 235를 균일화광강도값으로 정한다.
균일화광강도값이 정해지면, 각 조절영역(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 101ab, 104de, 105de)의 광강도값과 균일화광강도값의 차이에 해당하는 광편차값에 기초하여 각 조절영역(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 101ab, 104de, 105de)의 광강도보상값을 산출한다(S52). 예를 들면, 균일화광강도값이 235이고 조절영역들 중 어느 하나(100b)의 광강도값이 241일 경우, 241의 광강도값을 갖는 조절영역(100b)의 광강도보상값은 -6이 된다. 다른 예를 들면, 균일화광강도값이 235이고 2차 세부조절영역(105de)의 광강도값이 239일 경우, 2차 세부조절영역(105de)의 광강도보상값은 -4가 된다.
여기서, 세부조절영역(101ab)의 폭은 인접한 조절영역(100a 또는 100b)의 50% 미만인 것이 바람직하다, 즉, 세부조절영역(101ab)는 어느 하나의 조절영역(100a)와 다른 하나의 조절영역(100b) 각각의 폭의 25%미만에 해당하는 폭으로 할당되는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D프린터의 광불균일 보상방법을 나타낸 개념도이다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 광불균일 보상방법은 복수의 조절영역들을 행렬로 구획할 수 있다. 이때, 행렬의 수는 2X2와 같이 작은 단위에서부터 100X100과 같이 큰 단위 중에서 적절한 하나를 선택할 수 있다. 그리고 임의의 행렬수로부터 인접한 조절영역 간의 광강도편차값이 소정의 허용편차를 초과하는 영역의 수가 소정 수를 초과 또는 미달하는 경우, 행렬수를 확장하거나 축소할 수 있다. 예를 들어, 임의의 행렬수가 10X10이고 인접한 조절영역 간 광강도편차값이 소정의 허용편차를 초과하는 영역의 수가 소정의 수를 초과하는 경우, 행렬수를 20X20으로 확장할 수 있다.
도 4에서와 같이, 촬상이미지가 복수의 조절영역(200a, 200b, 200c, 200d)으로 구획되면 각 조절영역(200a, 200b, 200c, 200d) 내 영역기준위치의 광강도값을 측정한다. 그리고 인접한 조절영역 간의 광강도 편차값이 소정의 허용편차를 초과한 경우 경계영역에 세부조절영역을 설정하여 광강도값을 측정한다. 즉, 인접한 조절영역 간 광강도 편차값이 큰 상태에서 각 조절영역의 광강도값을 조절하면, 그 경계지점에서 광단차가 발생하게 되므로 별도의 세부조절영역을 설정하는 것이다. 예를 들면, 소정의 허용편차가 ±5미만으로 설정되고, 복수의 조절영역 중 어느 하나(200a)의 광강도값이 235이며 인접한 조절영역(200c)의 광강도값이 241일 경우, 이들의 광편차값은 6으로써 허용범위를 초과하였으므로 이들 사이의 경계영역에 세부조절영역(201ac)을 설정한 후 세부조절영역(201ac)의 광측정값을 측정한다.
각 조절영역(200a, 200b, 200c, 200d) 및 세부조절영역(201ac)에 대한 광강도값이 측정되면, 이들 광강도값을 기초로 목표하는 균일화광강도값을 정한다. 여기서, 균일화광강도값은 측정된 다수의 광강도값 중 가장 낮은 광강도값인 것이 바람직하다. 예를 들면, 각 조절영역(200a, 200b, 200c, 200d, 201ac)의 광강도값이 235, 237, 238, 241, 242 중 어느 하나로 측정되었을 경우, 균일화광강도값은 이들 중 가장 낮은 광강도값인 235를 균일화광강도값으로 정한다.
균일화광강도값이 정해지면, 각 조절영역(200a, 200b, 200c, 200d, 201ac)의 광강도값과 균일화광강도값의 차이에 해당하는 광편차값에 기초하여 각 조절영역(200a, 200b, 200c, 200d, 201ac)의 광강도보상값을 산출한다. 예를 들면, 균일화광강도값이 235이고 조절영역들 중 어느 하나(200b)의 광강도값이 238일 경우, 238의 광강도값을 갖는 조절영역(200b)의 광강도보상값은 -3이 된다. 다른 예를 들면, 균일화광강도값이 235이고 2차 세부조절영역(201ac)의 광강도값이 237일 경우, 2차 세부조절영역(201ac)의 광강도보상값은 -2가 된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D프린터의 광불균일 보상방법을 나타낸 개념도이다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 복수의 인접한 조절영역(300a, 300b, 300c)에서 세부조절영역(301ac, 302ab)이 설정되고 상호 중첩되는 중첩세부조절영역(303abc)이 발생할 경우, 중첩세부조절영역(303abc)의 광강도값은 세부조절영역들(301ac, 302ab)의 평균값으로 정의된다. 예를 들면, 소정의 허용편차가 ±5미만으로 설정되고, 복수의 조절영역 중 어느 하나(300a)의 광강도값이 235이며 인접한 조절영역(300b, 300c)의 광강도값이 각각 242, 241일 경우, 이들의 광편차값은 각각 7, 6으로써 모두 허용범위를 초과하였으므로 이들 사이 각각의 경계영역에 세부조절영역(301ac. 302ab)을 설정한다. 이때, 세부조절영역(301ac, 302ab)이 상호 중첩되는 중첩세부영역(303abc)가 발생하는데, 이 중첩세부영역(303abc)은 세부조절영역(301ac. 302ab)의 평균값으로 정의된다. 여기서, 평균값은 산술평균값인 것이 바람직하다.
각 조절영역(300a, 300b, 300c, 300d) 및 세부조절영역(301ac. 302ab, 303abc)에 대한 광강도값이 측정되면, 이들 광강도값을 기초로 목표하는 균일화광강도값을 정한다. 여기서, 균일화광강도값은 측정된 다수의 광강도값 중 가장 낮은 광강도값인 것이 바람직하다.
균일화광강도값이 정해지면, 각 조절영역(300a, 300b, 300c, 300d, 301ac. 302ab, 303abc)의 광강도값과 균일화광강도값의 차이에 해당하는 광편차값에 기초하여 각 조절영역(300a, 300b, 300c, 300d, 301ac. 302ab, 303abc)의 광강도보상값을 산출한다. 예를 들면, 균일화광강도값이 235이고 조절영역들 중 어느 하나(300b)의 광강도값이 242일 경우, 242의 광강도값을 갖는 조절영역(300b)의 광강도보상값은 -7이 된다. 다른 예를 들면, 균일화광강도값이 235이고 중첩세부조절영역(303abc)의 광강도값이 238일 경우, 중첩세부조절영역(303abc)의 광강도보상값은 -3이 된다.
이러한 보상방법에 따라, 각 조절영역에 대한 광강도보상값이 산출되면, 이를 메모리부에 저장한다.
그리고 3D성형물을 성형할 때는 3D 성형물을 성형하기 위한 노광이미지 내 각 조절영역 및 세부조절영역에 각각 대응하는 광강도보상값을 반영하여 보정된 노광이미지를 생성한다. 그리고 이 보정된 노광이미지를 수지조에 조사하여 원하는 3D 성형물을 성형한다.
이에 따라, 노광면에 도달하는 이미지광의 광강도가 비교적 균일해져 제조하고자 하는 3D성형물의 품질을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 광조사유니트로부터의 이미지광에 의한 광경화방식으로 3D성형물을 형성하는 3D프린터의 광불균일 보상방법에 있어서,
    상기 광조사유니트로부터 광조사면에 소정의 측정광을 조사하는 단계,
    상기 광조사면을 촬상하는 단계;
    상기 광조사면의 촬상이미지를 복수의 조절영역으로 구획하고, 상기 각 조절영역 내 영역기준위치의 광강도를 측정하는 단계;
    인접한 조절영역 간의 광강도 편차값이 소정의 허용편차를 초과한 경우 경계영역에 세부조절영역을 설정하여 광강도값을 측정하는 단계;
    상기 각 광강도값으로부터 균일화광강도값을 정하고, 상기 균일화광강도값과의 편차값에 기초하여 상기 각 조절영역 및 세부조절영역의 광강도보상값을 구하는 단계; 및
    상기 각 조절영역 및 세부조절영역의 상기 광강도보상값을 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D성형물을 형성하는 3D프린터의 광불균일 보상방법.
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 인접한 조절영역에서 상기 세부조절영역이 설정되고 상호 중첩되는 중첩세부조절영역이 발생할 경우, 상기 중첩세부조절영역의 광강도값은 상기 세부조절영역들의 평균값으로 정의되는 것을 특징으로 하는 3D성형물을 형성하는 3D프린터의 광불균일 보상방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 세부조절영역의 폭은 인접한 상기 조절영역의 50% 미만인 것을 특징으로 하는 3D성형물을 형성하는 3D프린터의 광불균일 보상방법.
  4. 제1항에 있어서,
    제1항의 각 단계의 수행 후에,
    노광이미지를 생성하는 단계와;
    상기 노광이미지 내 상기 각 조절영역 및 상기 세부조절영역에 대응하는 상기 광강도보상값을 반영하여 보정된 노광이미지를 생성하는 단계와;
    상기 보정된 노광이미지를 조사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D프린터의 광불균일 보상방법.
KR1020160009136A 2016-01-26 2016-01-26 광조사유니트로부터의 이미지광에 의한 광경화방식으로 3d성형물을 형성하는 3d프린터의 광불균일 보상방법 KR101767599B1 (ko)

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