双激光头标定方法与流程

1.本发明涉及3d打印领域，具体为一种用于3d打印的双激光头标定方法。


背景技术：

2.3d打印技术是一种立体实物快速成型的打印技术，主要是以数学模型为基础，以逐层打印的方式来构造实物，而目前大部分3d打印机都采用粉末或液体等形态的可粘合性材料作为原材料，在打印过程中，为了高精度固化可粘合性材料，通常在3d打印机的原材料树脂槽的上方设置刮刀装置，以便每次原材料树脂槽内固化一层原材料时，通过刮刀装置可在其上面覆盖上另一层未固化的原材料以供下次固化作业，如此往复操作刮刀装置，层层叠加原材料并固化，从而堆叠制成三维实物。
3.在目前的上投影(亦称顶面曝光)dlp 3d打印设备的光学标定过程中，标定摄像机和 dlp光机被置于同一侧，并通过标定摄像机和dlp光机同时照射置于打印基准面上的标定板进行标定，但由于标定板通常采用反光材质的玻璃板，所述标定摄像机和dlp光机同时照射标定板，会因标定板反光的缘故给标定过程中的拍照工作带来很大干扰，致使标定操作困难或不精准。
4.再者，目前的3d打印机采用摄像机拍照的方法来实现对dlp光机的光学校正，拍照过程通常是人工完成。通过对比标定板上标定点位置和3d打印机投影出的标记点来完成光学校正，因此，通常要求摄像机的在xy两个方向的像素点是dlp内dmd芯片在xy 两个方向的2.5倍以上。当dlp打印机的像素点很多时，例如3840
×
2160个像素，如果使用单个相机拍摄单幅图片(这幅图片包含了整个dlp光机投出的标记点)，需要使用像素点非常多的摄像机，这种摄像机通常价格非常昂贵。当3d打印机的像素点进一步增多时，例如7680
×
4320个像素(4台3840
×
2160光机拼接而成)，市面上很难找到像素点满足要求的摄像机。
5.因此，需要对dlp光机的投影区域进行划分(例如将3840
×
2160分成10份(5
×
2划分)，每份只有768
×
1080)，每次只拍摄一个很小区域，通过多次拍摄，之后将所有拍摄到的图像进行拼接得到一幅像素数量满足要求的图像，然后再进行光学标定。当需要拍摄的图像数量很多时，会对操作人员(生产和售后人员)带来非常大的工作压力，而且标定时间非常长，相应地，标定的精准度也会有下降；同时，使用单一的摄像头进行图像获取，受移动机构的运行偏差的影响较大，导致标定计算的误差较大。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种用于3d打印的双激光头标定方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：双激光头标定方法，包括在标定系统内进行双激光头的标定操作，所述标定系统包括：
8.3d打印设备，所述3d打印设备包括机架以及位于所述机架中并设置于一打印基准面上侧预设位置的多个能量辐射装置；
9.标定板，设置在所述打印基准面上，所述标定板包括分别对应所述能量辐射装置的多个标定区；
10.两组激光摄像装置，在所述标定板下表面一侧的预设位置，用于在标定作业中依次拍摄每一标定区对应的标定板的下表面以获得两组透射图像，以通过调整两组所述透射图像与预先获得的基准图像的差异对所述多个能量辐射装置进行标定；每组激光摄像装置均包括一个摄像头和一个激光头，两组激光摄像装置并排且间隔设置，且所述激光头在标定板上的照射点置于对应摄像头拍摄区域的中心位置处；
11.移动机构，设置在所述机架底部一侧的预设位置用于装设所述激光摄像装置，用以在标定作业中带动两组激光摄像装置沿预设的路径同步运动，以分别拍摄每一标定区对应的所述标定板的下表面以获得所述透射图像；
12.具体标定方法如下：
13.s1、在所述打印基准面上设置一上表面布设有多个标定点的标定板，并使所述标定板的上表面与所述能量辐射装置的分布区域相对应；以及在所述机架底部一侧的预设位置设置一移动机构，并在所述移动机构上装设两组激光摄像装置，所述标定板包括分别对应每一所述能量辐射装置的多个标定区；
14.s2、令一光源照射所述标定板的上表面；
15.s3、令两组激光摄像装置随移动机构沿预设的路径同步运动以分别拍摄每一标定区对应的所述标定板的下表面以依次获得多幅基准图像；
16.s4、将两组激光摄像装置获得的基准图像进行平均值处理，对同一标定区域拍摄的两幅基准图像的坐标值求平均值，获得多幅基准图像的特征坐标的平均值；
17.s5、令所述能量辐射装置向所述标定板的上表面中的各所述标定区投射标定图像；
18.s6、令两组激光摄像装置再次沿预设的路径运动以分别拍摄每一标定区对应的所述标定板的下表面以依次获得多幅透射图像；
19.s6、通过调整每一标定区相对应的透射图像的特征坐标的平均值与基准图像的特征坐标的差异对所述多个能量辐射装置进行标定。
20.进一步的，所述移动机构包括：
21.y轴移动机构，设置在所述机架底部一侧的预设位置，包括y向导轨、设置在所述y 向导轨上的y向滑块以及用于驱动所述滑块的y轴驱动电机；
22.x轴移动机构，设置在所述y轴移动机构上，包括x向导轨、设置在所述x向导轨上的两个x向滑块以及用于驱动所述滑块的x轴驱动电机；
23.预留安装位，设置在两个所述x向滑块上用于装设两组激光摄像装置，用于在标定作业中带动所述激光摄像装置在所述y轴驱动电机或x轴驱动电机的驱动下在y轴方向或x 轴方向进行运动以分别拍摄每一标定区对应的所述标定板的下表面。
24.进一步的，所述能量辐射装置包括dlp光机装置。
25.进一步的，步骤s2中，通过所述多个能量辐射装置向所述标定板上表面投射预设亮度的纯色画面以照射所述标定板的上表面。
26.进一步的，步骤s2中，通过一外置光源向所述标定板上表面投射预设亮度的光照以照射所述标定板的上表面。
27.进一步的，所述多幅透射图像中每两个相邻透射图像具有至少一列或至少一行共用标定点。
28.进一步的，步骤s6中，具体步骤如下：
29.s61、令两组激光摄像装置依次拍摄第一标定区，获得两组第一透射图像；
30.s62、依据所述标定板中第一标定区的标定点的物理坐标计算以获得所述第一透射图像中标定点成像的特征点的特征坐标；
31.s63、依据所述特征坐标确定所述激光摄像装置每次的移动距离，以便所述激光摄像装置沿预设的路径运动以分别拍摄每一标定区对应的所述标定板的下表面以获得多幅透射图像。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
33.1、本发明提供的双激光头标定方法，在标定过程中，利用移动机构带动两组激光摄像装置进行移动拍摄，能够同时获取两组基准图像，通过计算两组基准图像的特征坐标的平均值，能够降低移动机构运行造成的偏差，提高基准图像的坐标参考精度；利用激光头和摄像头相互配合，进一步为摄像头的图像获取提供拍摄识别基准点，提高标定区域的拍摄精度；通过移动机构来对激光摄像装置的位置进行调整，使其能够拍摄到标定板中的各标定区，避免了人为操作中的误差，同时减少标定时间、提高标定精度和效率。
34.2、本发明将激光摄像装置和能量辐射装置配置在标定板的不同侧，使激光摄像装置在标定过程中不会对能量辐射装置的辐射面造成阻挡，提高了标定效率；并且，本发明通过在标定板的上表面呈现能量辐射装置在标定作业中投射的标定图像，同时利用所述摄像装置拍摄所述标定图像中所述多个投射点在所述标定板下表面的成像以获得透射图像，从而避免了标定板上表面的反光对标定作业的影响，保证标定精度。
附图说明
35.图1为本发明的整体结构示意图；
36.图2为本发明的移动机构的具体结构示意图。
37.图中：1、机架；2、标定板；3、能量辐射装置；4、移动机构；5、激光摄像装置。
具体实施方式
38.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做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。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
40.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接
相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种用于3d打印的双激光头标定方法，本技术所涉及的标定方法为3d打印设备在执行打印任务前使用的标定方法，即利用标定板 2上的标定点以及能量辐射装置3所投射出的幅面或幅点对3d打印设备的能量辐射装置3 进行标定，使3d打印设备的能量辐射装置3的幅面或幅点能够在工作过程中投射在理想位置，从而提高打印精度和打印质量；
42.包括在标定系统内进行双激光头的标定操作，所述标定系统包括：3d打印设备、标定板2、两组激光摄像装置5、移动机构4。
43.3d打印设备，所述3d打印设备包括机架1以及位于所述机架1中并设置于一打印基准面上侧预设位置的多个能量辐射装置3，所述能量辐射装置3包括dlp光机装置；
44.所述3d打印设备可以为顶面投影或顶面曝光3d打印设备，例如顶面投影光机进行面曝光的dlp(digital light procession，数字光处理，简称dlp)设备，也可以为由顶面激光器进行激光光斑扫描的sla(stereo lithographyapparatus，立体光固化成型)设备，换言之，即3d打印设备的光学系统位于容器(在某些应用场景下亦被称之为树脂槽)顶面并面向所述容器的顶面照射，用于将3d构件模型中的分层图像照射到打印基准面以使光固化材料固化成对应的图案固化层。
45.在dlp设备中，所述能量辐射装置举例包括dmd芯片、控制器和存储模块。其中，所述存储模块中存储将3d构件模型分层的分层图像。所述dmd芯片在接受到控制器的控制信号后将对应分层图像上各像素的光源照射到容器顶面。其中，dmd芯片外观看起来只是一小片镜子，被封装在金属与玻璃组成的密闭空间内，事实上，这面镜子是由数十万乃至上百万个微镜所组成的，每一个微镜代表一个像素，所投影的图像就由这些像素所构成。dmd芯片可被简单描述成为对应像素点的半导体光开关和微镜片，所述控制器通过控制dmd芯片中各光开关来允许/禁止各微晶片反射光，由此将相应分层图像经过容器的透明顶部照射到光固化材料上，使得对应图像形状的光固化材料被固化，以得到图案化的固化层。
46.对于顶面曝光的sla设备来说，所述能量辐射装置包括激光发射器、位于所述激光发射器射出光路上的透镜组和位于所述透镜组出光侧的振镜组，其中，所述激光发射器受控的调整输出激光束的能量，例如，所述激光发射器受控的发射预设功率的激光束以及停止发射该激光束，又如，所述激光发射器受控的提高激光束的功率以及降低激光束的功率。所述透镜组用以调整激光束的聚焦位置，所述振镜组用以受控的将激光束在所述容器顶面的二维空间内扫描，经所述光束扫描的光固化材料被固化成对应的图案固化层。
47.应当理解，所述打印基准面是指待成型材料的可固化表面。在顶面曝光(上辐射)的基于sla的3d设备中，所述打印基准面相距激光器出射位置的距离是基于光学系统所辐射光束的光斑尺寸而确定的，在顶面曝光的基于dlp的3d打印设备中，所述打印基准面相聚dlp光机出射位置的距离是基于dlp光机的焦距确定的；在基于dlp和sla的打印设备中所述打印基准面是待成型材料的水平面，通常情况下，所述打印基准面位于容器中，在一些实施例中，所述打印基准面位于容器中盛放的树脂液的液面上。在另一些实施例中，所述打印基准面还可能位于液面以下的某个位置。在本实施例中，在标定作业时的打印基准面即位于在打印作业时的打印基准面相应物理位置处，所述物理位置不因所述容器的位置而改变。
48.标定板2，设置在所述打印基准面上，所述标定板2包括分别对应所述能量辐射装置 3的多个标定区；
49.所述标定板2包括一上表面以及相对所述上表面的下表面，所述上表面具有可反映至下表面的多个标定点；所述标定板2包括分别对应所述能量辐射装置3的多个标定区；所述能量辐射装置3以及两组激光摄像装置5分别位于所述标定板2的两侧，即所述标定板 2的上表面面向于所述能量辐射装置3，所述标定板2的下表面面向于所述激光摄像装置5。在本实施例中，所述反映表示上表面中的多个标定点在下表面可见，即当激光摄像装置5 在对所述标定板的下表面进行拍摄时，可以拍摄到所述标定板上表面上的标定点或标定点透过标定板的成影。
50.标定板为透光材质，所述标定板的上表面镂刻有多个孔以构成所述多个标定点。或者在另一实施方式中，还可通过在所述标定板的上表面涂覆多个点状图案以构成所述多个标定点。其中，所述透光材质包括但不限于：玻璃，聚碳酸酯(polycarbonate，pc)或聚苯乙烯(polystyrene，ps)或丙烯腈-苯乙烯树脂(acrylonitrile-styrene copolymer，as)或聚甲基丙烯酸甲酯(poly methylmethacrylate，pmma)等。
51.两组激光摄像装置5，在所述标定板2下表面一侧的预设位置，用于在标定作业中依次拍摄每一标定区对应的标定板的下表面以获得两组透射图像，以通过调整两组所述透射图像与预先获得的基准图像的差异对所述多个能量辐射装置3进行标定；每组激光摄像装置5均包括一个摄像头和一个激光头，两组激光摄像装置5并排且间隔设置，且所述激光头在标定板上的照射点置于对应摄像头拍摄区域的中心位置处；
52.移动机构4，设置在所述机架1底部一侧的预设位置用于装设所述激光摄像装置5，用以在标定作业中带动两组激光摄像装置5沿预设的路径同步运动，以分别拍摄每一标定区对应的所述标定板的下表面以获得所述透射图像；
53.具体标定方法如下：
54.s1、在所述打印基准面上设置一上表面布设有多个标定点的标定板2，并使所述标定板2的上表面与所述能量辐射装置3的分布区域相对应；以及在所述机架1底部一侧的预设位置设置一移动机构4，并在所述移动机构4上装设两组激光摄像装置5，所述标定板2 包括分别对应每一所述能量辐射装置3的多个标定区；
55.s2、令一光源照射所述标定板2的上表面，通过所述多个能量辐射装置3向所述标定板2上表面投射预设亮度的纯色画面以照射所述标定板2的上表面，或通过一外置光源向所述标定板2上表面投射预设亮度的光照以照射所述标定板2的上表面；
56.s3、令两组激光摄像装置5随移动机构4沿预设的路径同步运动以分别拍摄每一标定区对应的所述标定板2的下表面以依次获得多幅基准图像；
57.s4、将两组激光摄像装置5获得的基准图像进行平均值处理，对同一标定区域拍摄的两幅基准图像的坐标值求平均值，获得多幅基准图像的特征坐标的平均值；
58.s5、令所述能量辐射装置3向所述标定板2的上表面中的各所述标定区投射标定图像；
59.s6、令两组激光摄像装置5再次沿预设的路径运动以分别拍摄每一标定区对应的所述标定板2的下表面以依次获得多幅透射图像；
60.s6、通过调整每一标定区相对应的透射图像的特征坐标的平均值与基准图像的特
征坐标的差异对所述多个能量辐射装置3进行标定，具体步骤如下：
61.s61、令两组激光摄像装置5依次拍摄第一标定区，获得两组第一透射图像；
62.s62、依据所述标定板中第一标定区的标定点的物理坐标计算以获得所述第一透射图像中标定点成像的特征点的特征坐标；
63.s63、依据所述特征坐标确定所述激光摄像装置5每次的移动距离，以便所述激光摄像装置5沿预设的路径运动以分别拍摄每一标定区对应的所述标定板2的下表面以获得多幅透射图像。
64.进一步的，所述移动机构4包括：
65.y轴移动机构，设置在所述机架底部一侧的预设位置，包括y向导轨、设置在所述y 向导轨上的y向滑块以及用于驱动所述滑块的y轴驱动电机；
66.x轴移动机构，设置在所述y轴移动机构上，包括x向导轨、设置在所述x向导轨上的两个x向滑块以及用于驱动所述滑块的x轴驱动电机；
67.预留安装位，设置在两个所述x向滑块上用于装设两组激光摄像装置，用于在标定作业中带动所述激光摄像装置在所述y轴驱动电机或x轴驱动电机的驱动下在y轴方向或x 轴方向进行运动以分别拍摄每一标定区对应的所述标定板的下表面。
68.为了使所述激光摄像装置5能够沿预设的路径运动，所述移动机构4的x轴驱动电机以及y轴驱动电机均与一控制装置电性连接，从而在所述控制装置的控制下驱动所述激光摄像装置5沿预设的路径运动以分别拍摄每一标定区对应的标定板2的下表面。
69.进一步的，所述激光摄像装置5在所述移动机构4的驱动下沿预设的路径运动以行进至各标定区，从而拍摄所述标定图像中多个投射点在所述标定板下表面的成像以获得透射图像。其中，所述透射图像的数量与所述标定图像的数量以及标定区的数量对应相等。所述透射图像显示有所述标定图像中各该投射点成像的实际位置，所述实际位置反映了所述能量辐射装置当前(标定前)的辐面或幅点位置；所述多幅透射图像中每两个相邻透射图像具有至少一列或至少一行共用标定点。
70.所述控制装置先控制所述能量辐射装置投射一纯色的预设亮度的画面，再控制所述y 轴驱动电机和/或x轴驱动电机驱动以将所述激光摄像装置移动至第一标定位置以对第一个标定区对应的标定板的下表面进行拍摄得到第一标定区的基准图像，所述控制装置继续控制所述y轴驱动电机和/或x轴驱动电机驱动以将所述激光摄像装置移动至第二标定位置以对第二个标定区对应的标定板的下表面进行拍摄得到第二标定区的基准图像，由此依序完成对整个标定板所有标定区对应的标定板的下表面的拍摄后，将所有标定区的基准图像按照各标定区的位置拼接，得到对应整个标定区的整幅基准图像。然后，所述控制装置控制所述能量辐射装置投射标定图像，再控制所述y轴驱动电机和/或x轴驱动电机驱动以将所述激光摄像装置移动至第一标定位置以对第一个标定区对应的标定板的下表面进行拍摄得到在第一个标定区所呈现的透射图像，所述控制装置继续控制所述y轴驱动电机和/或x轴驱动电机驱动以将所述激光摄像装置移动至第二标定位置以对第二个标定区对应的标定板的下表面进行拍摄得到在第二个标定区所呈现的透射图像，由此依序拍摄每一标定区对应的标定板的下表面以得到在每一个标定区所呈现的各透射图像，将所述各透射图像按照各标定区的位置拼接后，得到整幅透射图像。将整幅基准图像与整幅透射图像比较后，即可对所述能量辐射装置进行标定。应当理解，在本实施方式中为先获取基准图像再获取
透射图像，在一些情况下也可以先获取透射图像再获取基准图像，其原理与本实施方式相似故不再赘述。
71.在一个示例性的实施例中，在所述激光摄像装置沿标定路径拍摄各标定区之前，所述控制装置预先获取所述标定板的整体尺寸，所述整体尺寸包括所述标定板的各边边长，所述控制装置根据所述标定板的整体尺寸生成相应的控制数据。
72.在此，令所述摄像装置拍摄第一标定区，获得第一透射图像，并依据所述标定板中第一标定区的标定点的物理坐标计算以获得所述第一透射图像中标定点成像的特征点的特征坐标，再依据所述特征坐标确定所述摄像装置每次的移动距离，以便所述摄像装置沿预设的路径运动以分别拍摄每一标定区对应的所述标定板的下表面以获得多幅透射图像。
73.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。