一种3D打印设备及其激光定位精度校准方法技术

一种3D打印设备及其激光定位精度校准方法，其中校准方法包括：在工作平面放置具有若干图形的标准板，将成像系统设置于振镜的激光入射端；将激光器保持关闭状态，控制振镜偏转以对每个图形的任一的位置A进行扫描，并通过成像系统获取该位置A在振镜的反射下观察得到的标准板图像；对标准图像进行图像处理，并通过图形识别算法对相应图形的位置A进行提取得到定位图样的坐标值，阵列中所有图形对应的定位图样的坐标值形成实际矩阵；再计算实际矩阵中每个定位图样的坐标值与目标矩阵中对应的每一个目标坐标值的偏差，并通过校准算法生成振镜精度校准表。本发明专利技术3D打印设备的其激光定位精度校准方法提高了准确率，而且校准方法过程简单。程简单。程简单。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印设备及其激光定位精度校准方法


[0001]本申请涉及增材制造
，特别是涉及一种3D打印设备及其激光定位精度校准方法。

技术介绍

[0002]激光定位精度校准是工业增材制造领域在应用过程中面临的共同问题。由于振镜角度的偏转与打印平面坐标之间有着非线性关系，再加上光学元器件本身存在制造误差、装调过程中也存在误差，因此必须进行振镜扫描精度校准来保证成型精度。解决激光扫描定位精度的校准，是提高3D打印质量、扩大3D打印应用范围的关键。
[0003]目前行业使用激光精度校准方法大致分为两类。
[0004]一类是打印图形识别的方法，该方法在光学打印介质面上按照预设阵列标刻出各激光振镜单元对应的标识图形，光学打印介质面板预先放置在所述打印平台上的加工区域内。打印完成后使用外置图像采集模块获取光学打印介质面板上的打印图像，打标图像中各激光振镜单元对应的预设阵列的标识图形。然后根据软件算法识别出各激光振镜单元对应的标识图形的阵列点在预设参考坐标系下的实际坐标信息；获取各识别点在预设参考坐标系下的理论坐标信息和实际坐标信息偏差量，根据校准算法，生成对应的校准文件，来对各激光振镜单元的振镜参数进行修正。该方法对于大幅面校准需要高成本的图像采集系统以及更多的重复性操作，校准精度依赖于介质表面平整度、均匀性等介质质量，并且会产生介质损耗，增加校准成本。
[0005]另一类是在打印平台的加工区域放置由光电传感器陈列组成精度校准板，该校准板通过光电传感器阵列接收预设出光阵列发出的低功率激光，将激光信号转换为电信号，并通过光电传感器的设计放大当激光位置出现与理想位置偏移时而产生的不同信号，根据该信号计算出实际出光位置相对于理想出光位置的偏移量，然后根据校准算法，生成对应的校准文件，来对各激光振镜单元的振镜参数进行修正。当激光数量越多、校准阵列更密集时，该方法的成本迅速增大，并且对于光电传感器的设计要求很高。
[0006]本专利技术提出了一种3D打印设备激光位置精度检测及校准方法，在多轴振镜上增加小视场的同轴CCD图像采集系统，观察放置在打印平台的工作平面的标刻有高精度图形阵列的标定板校准图形，对视场畸变和振镜非线性误差进行修正后，识别校准图形信息与理论图形位置信息的偏差，根据校准算法，生成对应的校准文件，来对各激光振镜单元的振镜参数进行修正。该方法使用性能更低的成像设备和更灵活的检测光路，增加了校准方法对于幅面大小的适应性，无需激光出光，可实现设备内精校，降低了精校硬件成本，减少了检测误差，可以大幅提高激光精度校准效率，精度高，成本低，无危害，可推广性强。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种3D打印设备的激光位置精度校准方法，该校准方法仅需要拍摄小幅面区域便可实现校准，降低了对器件的要求，
成本低；而且，该校准方法的准确率高。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种3D打印设备的激光定位精度校准方法，包括以下步骤：
[0009]步骤S1、在工作平面放置具有呈阵列分布的若干图形的标准板，将振镜偏转置于中心位置，移动标准板使标准板的中心图形位于成像系统的视场的中心，所述成像系统设置于振镜的激光入射端；
[0010]步骤S2、将激光器保持关闭状态，控制振镜偏转以对每个图形的任一的位置A进行扫描，并通过成像系统获取该位置A在振镜的反射下观察得到的标准板图像；
[0011]步骤S3、对步骤S2中获取的在每个图形的位置A观察得到的标准图像进行图像处理，并通过图形识别算法对相应图形的位置A进行提取得到定位图样的坐标值，阵列中所有图形对应的定位图样的坐标值形成实际矩阵；
[0012]步骤S4、计算实际矩阵中每个定位图样的坐标值与目标矩阵中对应的每一个目标坐标值的偏差，并通过校准算法生成振镜精度校准表，以对该振镜进行校准。
[0013]作为本专利技术的进一步优选方案，所述标准板通过刻画或涂覆设计有呈阵列的所述若干个图形。
[0014]作为本专利技术的进一步优选方案，所述图形的形状为实心圆、十字架、方格或由它们组成的各种图案。
[0015]作为本专利技术的进一步优选方案，所述成像系统为CMOS或CCD图像采集系统。
[0016]作为本专利技术的进一步优选方案，所述图像处理包括图像校准和像素配准。
[0017]作为本专利技术的进一步优选方案，所述位置A为图形的中心位置。
[0018]作为本专利技术的进一步优选方案，所述所述目标矩阵通过以下步骤获取：
[0019]步骤A1、采用步骤S1的光学系统和成像系统组成的光学模型，根据每一个图形的位置A在工作平面的坐标计算系统中X、Y振镜的所需偏转角度，获得聚焦于位置A的光束的扫描角度；
[0020]步骤A2、根据上述光学模型计算成像系统视场角边界光束的扫描角度，获得边缘光线聚焦于工作平面的坐标，确定成像系统在位置A处拍摄得到的观测图像的视场范围；
[0021]步骤A3、根据工作平面上位置A的坐标与成像系统视场角边界光束的坐标之间的位置关系以及所述光学模型，计算位置A在观测图像上的图像坐标，以该坐标作为目标坐标，阵列中所有目标坐标值形成目标矩阵。
[0022]作为本专利技术的进一步优选方案，所述目标矩阵通过以下步骤获取：
[0023]步骤B1、在工作平面放置平面标刻板，将振镜偏转置于中心位置，移动平面标刻板使平面标刻板覆盖振镜工作幅面，所述成像系统设置于振镜的激光入射端；
[0024]步骤B2、采用低功率激光出光，并控制振镜偏转以对每个图形的位置A进行扫描，且通过成像系统记录出光位置所产生的观测图像；
[0025]步骤B3、对步骤B2获取的在每个图形的位置A记录的观测图像进行图像处理，并通过图形识别算法对相应图像中的激光出光点的中心位置进行提取得到目标坐标值，阵列中所有目标坐标值形成目标矩阵。
[0026]作为本专利技术的进一步优选方案，所述低功率激光为能激发平面标刻板物质并产生低于成像系统的亮度饱和值，且发光清晰的激光。
[0027]本专利技术还提供了一种3D打印设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的3D打印设备的激光定位精度校准方法的步骤。
[0028]本专利技术的3D打印设备及其激光位置精度校准方法，通过采用上述技术方案，具有以下有益效果：
[0029]1、本专利技术的校准方法通过在振镜的激光入射端安装成像系统，使得可在振镜偏转扫描的同时依次通过成像系统同轴实时获取的振镜的反射下观察得到的标准板图像，此处仅需要成像系统具有拍摄小幅面区域的功能便可实现，因此，本专利技术降低了对器件的要求，成本低；
[0030]2、本专利技术的校准方法，包括：在工作平面放置具有若干图形的标准板，将成像系统设置于振镜的激光入射端；将激光器保持关闭状态，控制振镜偏转以对每个图形的任一的位置A进行扫描，并通过成像系统获取该位置A在振镜的反射下观察得到的标准板图像；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印设备的激光定位精度校准方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、在工作平面放置具有呈阵列分布的若干图形的标准板，将振镜偏转置于中心位置，移动标准板使标准板的中心图形位于成像系统的视场的中心，所述成像系统设置于振镜的激光入射端；步骤S2、将激光器保持关闭状态，控制振镜偏转以对每个图形的任一的位置A进行扫描，并通过成像系统获取该位置A在振镜的反射下观察得到的标准板图像；步骤S3、对步骤S2中获取的在每个图形的位置A观察得到的标准图像进行图像处理，并通过图形识别算法对相应图形的位置A进行提取得到定位图样的坐标值，阵列中所有图形对应的定位图样的坐标值形成实际矩阵；步骤S4、计算实际矩阵中每个定位图样的坐标值与目标矩阵中对应的每一个目标坐标值的偏差，并通过校准算法生成振镜精度校准表，以对该振镜进行校准。2.根据权利要求1所述的3D打印设备的激光定位精度校准方法，其特征在于，所述标准板通过刻画或涂覆设计有呈阵列的所述若干个图形。3.根据权利要求1所述的3D打印设备的激光定位精度校准方法，其特征在于，所述图形的形状为实心圆、十字架、方格或由它们组成的各种图案。4.根据权利要求1所述的3D打印设备的激光定位精度校准方法，其特征在于，所述成像系统为CMOS或CCD图像采集系统。5.根据权利要求1所述的3D打印设备的激光定位精度校准方法，其特征在于，所述图像处理包括图像校准和像素配准。6.根据权利要求1所述的3D打印设备的激光定位精度校准方法，其特征在于，所述位置A为图形的中心位置。7.根据权利要求1至6任一项所述的3D打印设备的激光定位精度校准方法，其特征在于，所述目标矩阵通过以下步骤获取：步骤A1、采用步骤S1的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳，鲍光，李黎，赵景洲，曾思齐，
申请(专利权)人：湖南华曙高科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：