确定FFF打印机的打印机属性的方法与流程

确定fff打印机的打印机属性的方法
技术领域
1.本发明涉及一种确定fff打印机的一个或多个打印机属性的方法。本发明还涉及一种用于确定fff打印机的一个或多个打印机属性的系统。这种属性例如为x/y缩放比例和正交性、x/y/z动态属性、喷嘴偏移误差和滞后。


背景技术：

2.美国专利申请us2016/0059491a1公开了一种补偿打印喷嘴的坐标偏移的方法。该方法适用于包括平台、第一喷嘴和第二喷嘴的三维打印设备。第一喷嘴被构造成供给第一成形材料，第二喷嘴被构造成供给第二成形材料。该坐标偏移补偿方法包括接收与多个补偿参数相关联的校准模型。每一个补偿参数中对应于在参考打印坐标下第一喷嘴与第二喷嘴之间的偏移值。根据所述校准模型控制所述第一喷嘴和所述第二喷嘴在所述平台上打印测试三维物体。测试三维物体包括多个分别对应于补偿参数的关联结构，且每一关联结构包括第一子结构及第二子结构。第一子结构由第一成形材料形成，并且第二子结构由第二成形材料形成。根据关联结构的第一子结构和第二子结构之间的联接级别(joint level)，选择与所述关联结构之一相对应的补偿参数之一。根据测试三维物体所选择的补偿参数之一补偿第一喷嘴或第二喷嘴的基准打印坐标。在一个实施例中，图像捕获单元捕获平台上的测试三维物体的图像，并且通过图像处理和分析来识别每个关联结构的联接级别。
3.诸如上述用于补偿喷嘴偏移的现有技术方法需要多个补偿参数，从这些补偿参数中选择产生第一子结构和第二子结构之间的最佳联接级别的最佳补偿参数。这种补偿方法的一个问题是需要生成多个补偿参数，由于例如打印机性能或行为的有限详细知识，这些补偿参数可能相关或不相关。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种确定熔丝制造(fff)打印机的打印机属性的方法。该方法提供了对诸如打印机动态、正交性、缩放和偏移误差以及滞后现象的各种打印机特性的有效和有目标的分析。由此，本发明的方法提供了用于以有效的方式量化打印机特性和行为的综合分析，从而便于3d打印机的研究、校准和质量控制。
5.根据本发明，提供了一种确定fff打印机的一个或多个打印机属性的方法，该方法包括以下步骤：
6.a)使用fff打印机将一条或多条线的图案沉积在载体(support)上；
7.b)使用成像装置在所述载体上形成沉积的所述图案的图像，以产生所述图案的扫描图像；以及
8.c)分析扫描图像中的图案的一个或多个几何特征；以及
9.d)使用所述一个或多个几何特征确定所述fff打印机的一个或多个打印机属性。
10.上述方法通过在载体上沉积图案并随后使用成像装置形成沉积的线图案的图像，允许有效和有针对性地分析打印机属性。随后针对沉积的线图案的一个或多个几何特征分
析获得的图像，其中一个或多个几何特征指示特定的打印机行为。因此，通过以特定方式选择图案，允许有效地确定特定打印机属性/行为，从而获得用于改进打印机的校准和质量控制的进一步知识。
11.在一种实施方式中，载体是fff打印机的构建板。在该实施方式中，图案直接打印在构建板上。替代地或附加地，图案(的一部分)可以被打印在打印物体的表面上。
12.优选地，图案是单线图案。这导致快速和简单的过程。然而，应注意到，可以在第一层上沉积附加层。
13.成像装置可以是fff打印机外部的外部成像装置。这种装置的例子为光学扫描仪(例如平板扫描仪)，或者成像装置可以包括外部照相机，或者内置在其它设备(例如移动电话)中的照相机。或者，成像装置可以被内置到fff打印机本身中。这种实施例的一个例子是设置在打印机的构建室中的照相机，或者构建在打印机中的光学扫描仪。可以想象，平板扫描仪可以被布置在透明构建板的正下方。
14.在一种实施例中，图案可以但不必须被选择为一条或多条连接或断开的线的图案，其中的每一条通过一个或多个感兴趣的几何特征来对应特定的打印机行为。
15.在一种示例性实施例中，确定一个或多个打印机属性的步骤d)可以包括确定：x和y打印轴的正交性；x和y打印方向上的缩放误差；x和y和z打印方向上的动态属性；fff打印机的多个打印喷嘴之间的x和y偏移误差；和/或打印头移动的滞后。所有这些打印机属性指示fff打印机的特定性能和行为方面，并由此揭示其质量水平。
16.当针对一个或多个感兴趣的几何特征分析所获得的图像时，可能出现图案的图像缺乏用于准确分析一个或多个几何特征的足够质量的情况。这可能发生在例如光学扫描仪产生具有相对低的特征分辨率和清晰度的扫描图像时。为了便于精确的图像分析，提供了一种实施例，其中该方法还包括在分析一个或多个几何特征的步骤之前增强图像的对比度的步骤。改善对比度可改善例如图像中线图案边缘的清晰度，并且因此将更容易精确地检测一个或多个几何特征。
17.还值得注意的是，成像装置本身不需要精确地制造，因此成像装置可能在图像中引入各种各样的不希望的成像误差、失真、不准确性等。例如，由于成像装置引入的机械和/或电子误差，在载体上打印的直线在图像中可能有些弯曲/扭曲。
18.为了使成像装置的机械和/或电子不精确性的不利影响最小化，提供了一种实施例，其中该方法还包括使用成像装置产生参考图案的图像以产生参考图像，并且随后确定参考图案和参考图像之间的成像误差映射(map)的步骤。然后，该方法继续基于成像误差映射补偿图案的图像的成像误差。
19.因此，通过形成预定参考图案的图像，可以收集扫描的参考图像和参考图案之间的各种扫描误差、失真、不准确等，并将其转换成成像误差映射。该成像误差映射又允许图案的扫描图像被补偿，使得由成像装置引入的各种误差被去除。该实施例的特别有吸引力的优点是，不需要利用昂贵的、高端的、高分辨率的成像装置来实现对一个或多个几何特征的精确分析。因此，即使具有足够分辨率的廉价、低端成像装置可能比昂贵、高端、高分辨率成像装置引入更多扫描误差，获得如上概述的成像误差映射仍然允许精确分析一个或多个几何特征，而无关所使用的成像装置。
附图说明
20.下面将参考附图更详细地讨论本发明，其中：
21.图1示出了根据本发明的实施例的用于确定fff打印机的打印机属性的线图案的平面图；
22.图2示出了根据本发明的实施例的确定fff打印机的打印机属性的方法；
23.图3示出了根据本发明实施例的用于确定x和y打印方向上的缩放误差的线图案；
24.图4a示出了根据本发明的实施例的用于确定打印机移动的滞后的线图案；
25.图4b示出了图4a的一部分的详细视图；
26.图5a示出了根据本发明的实施例的用于确定x和y打印方向上的动态属性的线图案；
27.图5b示出了图5a的放大部分；
28.图6示出了根据本发明的实施例的用于确定多个喷嘴之间的x和y偏移误差的线图案；
29.图7示出了根据本发明的实施例的扫描图像的放大部分；
30.图8示出了根据本发明的实施例的对比度修改后的扫描图像的放大部分；
31.图9示出了根据本发明的实施例的用于改善扫描图像的对比度的灰度值映射；
32.图10示出了根据本发明的实施例的参考图案；
33.图11示出了根据本发明实施例的成像误差映射，并且其中
34.图12示出了根据本发明的实施例的用于确定fff打印机的一个或多个打印机属性的系统。
具体实施方式
35.根据本发明的实施方式，图1显示了通过fff打印机(未显示)沉积在例如为构建板2的载体2上的线条图案1的平面图。在一种示例性实施例中，载体2是正方形或矩形的。如下面将进一步详细描述的，以一条或多条线形式沉积的打印材料的图案1允许由本发明的方法确定各种打印机属性，其中图2示出了确定fff打印机的这种打印机属性的方法的框图。
36.如图所示，该方法包括步骤a)使用fff打印机在载体2上沉积一条或多条线的图案1。也就是说，在该步骤中，fff打印机用于沉积可打印材料，例如将细丝材料挤出至载体2上。
37.在沉积了图案1之后，该方法继续并且包括步骤b)使用成像装置形成在载体2上沉积的图案1的图像。在该步骤中，载体2例如可以从fff打印机移除并且布置在成像装置上，例如布置在平板扫描仪上以扫描图案1。如将在后面进一步详细讨论的，还可以想到的是，成像装置(例如照相机)被集成到fff打印机中，并且具有沉积的图案1的载体2可以保持在fff打印机中。
38.在获得图案1的图像后，该方法继续步骤c)分析图像中图案1的一个或多个几何特征。在该步骤中，扫描的图像中的一条或多条线包括一个或多个感兴趣的几何特征。这里，在该步骤中，分析一个或多个几何特征也可以解释为从扫描图像“提取”一个或多个感兴趣的几何特征。
39.在从扫描的图像分析/提取出一个或多个几何特征后，该方法继续进行步骤d)基
于使用一个或多个几何特征确定fff打印机的一个或多个打印机属性。
40.方法步骤a)至d)允许通过在载体2上沉积图案1并随后使用成像装置形成沉积的线图案1的图像而有效且有针对性地确定印刷机属性。该扫描的图像随后用于分析/提取扫描图像中图案1的一个或多个几何特征。该一个或多个几何特征可以被看作特定打印机行为的标记或指示符。因此，通过以特定方式选择图案1，允许有针对性地确定特定打印机属性和感兴趣的行为。这些打印机属性的知识不仅有利于例如在打印机被运送给客户之前对3d打印机进行质量控制，而且特定的打印机行为也可以用于校准目的，因为特定的打印机行为可以识别fff打印机的设计误差/扰动。
41.由于该方法可以在各种fff打印机上执行，并且用于大量图案1，所以有效地标记和识别图案1的大量图像扫描以及打印图案的各种fff打印机是有利的。为此，可以想到一种实施例，其中步骤a)沉积图案1还包括沿着载体2的边缘沉积表示条形码b的一系列线条，从而标记沉积的图案1，并将其与打印该图案1的特定fff打印机关联。
42.存在可能感兴趣的各种打印机属性，例如，在一种实施例中，确定一个或多个打印机属性的步骤d)可以包括确定如下属性中的一个或多个：
43.x和y打印轴的正交性，例如确定x-y打印轴的“垂直度”；
44.x和y打印方向上的缩放误差，例如确定3d计算机模型中的预定距离与fff打印机打印的实际距离匹配到何种程度；
45.fff打印机在x、y和z打印方向上的动态属性，例如本征模式及其相应的本征频率以及打印头的阻尼；以及，
46.打印头运动的滞后，例如确定fff打印机的机械部件中的反冲(backlash)。
47.fff打印机的上述属性在一定程度上确定fff打印机能够打印指定的3d模型的精度。这些属性还提供了关于fff打印机的哪个(些)部件可能需要进一步的设计或制造改进的进一步信息，以及提供了用于校准目的的信息。
48.参照图1，x和y轴的正交性可以通过考虑以下实施例来确定，其中沉积图案1的步骤a)还包括沉积第一线图案3、第二线图案4和第三线图案5。第一线图案3和第二线图案4在y方向上间隔开，并且第二线图案4和第三线图案5在x方向上间隔开，并且其中第一线图案3和第三线图案5在y和x方向上都间隔开。
49.然后，该实施例继续进行步骤c)分析一个或多个几何特征，其中分析/确定两条直线，即，在第一线图案3和第二线图案4的几何中心c1、c2之间延伸的第一直线l1，以及在第二线图案4和第三线图案5的几何中心c2、c3之间延伸的第二直线l2。
50.然后，基于第一和第二直线l1、l2，确定一个或多个打印机属性的步骤d)包括基于第一和第二直线l1、l2确定x和y打印机轴的正交性。
51.在该实施例中，可以选择每个线图案3、4、5以允许精确确定其几何中心，或线图案3、4、5的其他容易识别的点，如角部、线交叉点等。在扫描的图像中识别出几何中心或其它感兴趣的点之后，就可以确定直线l1、l2，并分析它们彼此之间的正交性。如将理解的，根据模型沉积第一、第二和第三线图案3、4、5，使得所得到的第一和直线l1、l2应当是正交/垂直的。然后，对扫描的图像中的直线l1、l2的分析将揭示与模型中预期的正交性的任何偏差。也就是说，第一直线l1和第二直线l2之间的所示角度ω可以偏离理想的90
°
角度，并且这指示/揭示fff打印机的非正交的x打印轴线和y打印轴线的严重性。
52.例如，示例性fff打印机可以包括布置在台架上的喷嘴头，该台架适于允许喷嘴头在彼此垂直的x和y方向上运动。然而，台架的制造误差和偏移可能不允许喷嘴头如预期的那样完美地正交移动。从扫描图像确定的第一和第二直线l1、l2之间的角度ω允许识别台架的这种制造误差和偏移。
53.如图1中进一步描绘，第一线图案3、第二线图案4及第三线图案5可各自包括一个或多个圆和/或多边形。这样的圆和/或多边形允许从扫描图像方便且准确地确定其几何中心，并且因此进而可以从扫描图像容易地确定第一和第二直线l1、l2。例如，第一线图案3、第二线图案4和第三线图案5中的每一个可以包括间隔开的圆和/或多边形的阵列布置，以便于和简化从扫描的图像中系统地确定几何中心。
54.在图1所示的示例性实施例中，第一线图案3、第二线图案4和第三线图案5中的每一个包括多个间隔开的圆的阵列布置，例如，使得其中第一线图案3包括多个圆3a、3b、3c、3d，第二线图案4包括多个圆4a、4b、4c、4d，并且其中第三线图案5包括多个圆5a、5b、5c、5d。可以分析这些圆中的每一个的几何中心以及在这些几何中心之间延伸的沿y方向的多条直线和沿x方向的多条直线。例如，在图1中，示出了可分析在圆3b、4c、5d的另一几何中心c1'、c2'和c3'之间延伸的另一第一和第二直线l1'、l2'。根据这些另外的第一和第二直线l1'、l2'，可以通过分别分析另外的第一和第二直线l1'、l2'之间的另外的角度ω'来确定x和y打印轴的正交性。
55.如进一步所示，在一种实施例中，第一、第二和第三线图案3、4、5可以沉积在载体2的角部附近或角部处，从而确保喷嘴头必须行进到角部内，使得可以在fff打印机的整个工作空间上研究x和y打印轴线的正交性以及台架的正交性。
56.在又一实施例中，可以沉积第四线图案6，该第四线图案6在y方向上与第三线图案4间隔开、在x方向上与第一线图案3间隔开并且在x和y方向上与第二线图案间隔开。然后，参见图1，可以在第四线图案6的几何中心c4和第三线图案5的几何中心c3之间绘制第三直线l3，如前所述。
57.然后，基于例如第二和第三直线l2、l3，确定一个或多个打印机属性的步骤d)包括基于第二和第三直线l2、l3确定x和y打印机轴的正交性。此外可以想到，在其它实施例中，基于第一和第三直线l1、l3，研究平行线能够产生的精度。
58.与第一线图案3、第二线图案4和第三线图案5类似，第四线图案6可以包括多个圆和/或多边形，例如，多个间隔开的圆6a、6b、6c、6d，这些圆可以如所描绘的那样以阵列布置。
59.从图1中还示出了这四个线图案3、4、5、6可以沉积在载体2的每个角部处，使得可以在fff打印机的最大工作空间(例如台架)上确定x和y打印轴的正交性。
60.另一个感兴趣的打印机属性与x和y方向上的缩放误差有关，其指的是在要打印的行的指定长度和fff打印机所打印的实际长度之间可能出现的差异。
61.这种缩放误差可以通过参考图3来解释，该图示出了用于确定x和y打印方向上的缩放误差的阵列线图案7的实施例。如图所示，阵列线图案7可以根据如上概述的方法的实施例获得。即，通过沉积第一线图案3、第二线图案4和第三线图案5，其中第一线图案3和第二线图案4在y方向上间隔开，其中第二线图案4和第三线图案5在x方向上间隔开，并且其中第一线图案3和第三线图案5在y方向和x方向上间隔开。
62.然后，该实施例继续进行步骤c)分析一个或多个几何特征，其中画出两条直线l1、l2，即，在第一线图案3和第二线图案4的几何中心c1、c2之间延伸的第一直线l1，以及在第二线图案4和第三线图案5的几何中心c2、c3之间延伸的第二直线l2。
63.然后，基于第一和第二直线l1、l2，确定一个或多个打印机属性的步骤d)包括基于第一和第二直线l1、l2确定x和y打印方向上的缩放误差。
64.如图所示，在一种实施例中，第一、第二和第三线图案3、4、5中的每一个可以包括相应的圆3a、4a、5a，从而允许其几何中心c1、c2、c3容易地从扫描的图像以及几何中心c1、c2、c3之间的直线l1、l2确定。
65.然后，根据第一和第二直线l1、l2，可以将x和y方向上的缩放误差确定为第一和第二直线l1、l2的长度dl1、dl2之间的差，以及根据用作fff打印机的输入的模型，确定这些长度应该是多少。
66.特别地，在一种实施例中，y缩放误差可以被看作规定的第一目标直线t1的长度dt1与第一直线l1的长度dl1之间的差。
67.同样，在一种实施例中，x缩放误差可以被看作规定的第二目标直线t2的长度dt2与第二直线l2的长度dl2之间的差。
68.因此，通过将第一和第二直线l1、l2的长度dl1、dl2与相应第一和第二目标直线t1、t的长度dt1、dt2进行比较，可以确定x和y打印方向上的缩放误差。
69.如进一步所示，可以看出，第一和第二目标直线t1、t2在指定圆3a'、4a'、5a'的几何中心之间延伸。
70.为了进一步确定x和y缩放误差，提供了一种实施例，其中第四线图案6(例如为圆6a)沉积，并且然后可以分析在第四线图案6的几何中心c4和第三线图案5的几何中心c3之间的第三直线l3。此外，可以分析在第四线图案6的几何中心c4和第一线图案3的几何中心c1之间的第四直线l4。
71.根据一种实施例，确定一个或多个打印机属性的步骤d)然后可以包括基于第一、第二、第三和第四直线l1、l2、l3、l4确定在x和y打印方向上的缩放误差。
72.特别地，在一种示例性实施例中，y缩放误差可以通过确定第一和第三直线l1、l3的长度dl1、dl3的平均y长度my，并且将该平均y长度my除以第一目标直线t1的长度dt1来确定。
73.同样，x缩放误差可以通过确定第二和第四直线l2和l4的长度dl2和dl4之间的平均x长度mx，并将该平均x长度mx除以第二目标直线t2的长度dt2来确定。
74.在又一实施例中，在第一和第三线图案3、5之间(例如在几何中心c1、c3之间)画出第一对角线s1。此外，在第二和第四线图案4、6之间(例如在几何中心c2、c4之间)画出第二对角线s2。然后，可以将(dl12 dl22)的平方根除以第一对角线s1的长度ds1来确定方形度缩放误差。同样地，可以将(dl12 dl42)的平方根除以第二对角线s2的长度ds2来确定方形度缩放误差。
75.没有意义的是，原则上可以任意选择各种线图案3、4、5、6之间的距离，以确定在小的距离上以及在大的距离上的缩放误差。对于大的距离，一种示例性实施例为每个线图案3、4、5、6布置在载体2的角部中。
76.为了继续确定打印机的其它属性，本发明的方法还允许针对打印头的移动进行滞
后检查。为此，提供了一种实施例，其中步骤a)沉积图案1包括沉积：
77.第一组两条间隔开的平行线8、9和第二组两条间隔开的平行线10、11，其中第一组线8、9和第二组线10、11相对于彼此成0
°
和90
°
之间的角度α。图4a更详细地示出了图1的线8、9、10、11、12和13。第一组线8、9相对于x轴/方向成0
°
和90
°
之间的角度β。线8和线9之间的距离设为d1，线10和线11之间的距离设为d2。距离d1和d2是利用打印线10和11的中心线获得的。
78.图4b示出了图4a的一部分的详细视图。在该图4b中，示出了打印线8、9的中心线80、90。此外，使用虚线表示被称为目标线81和91的预期线。需要注意的是，距离d1和d2不是恒定的，并且这些距离将作为打印距离的函数而变化。为此，以下，距离表示为d1(l)，l是沿直线8和9的打印方向的值。在图4b中，距离d1
target
是中心线81和91之间的目标距离，即由打印指令限定的距离。
79.在沿着线8和9的长度测量d(l)后，该d(l)是已知的并且可以用于以下公式：
80.(d1
meas
(l))-d1
target
)＝e1(l)，其中，e1(l)是线8和9之间的局部距离误差。
81.执行类似的测量步骤，以使用第二组线的两条线10、11之间的第二距离d2(l)确定进一步的局部距离误差。这可能导致；
82.(d2
meas
(l))-d2
target
)＝e2(l)，其中，e2(l)是线10和11之间的局部距离误差。
83.随后，步骤d)确定一个或多个打印机属性包括基于第一和第二局部距离误差的函数h(即h(e1(l),e2(l)))确定打印头移动的滞后。
84.在一组示例性实施例中，第一和局部第二距离误差e1、e2的函数h可以是：
85.第一和第二局部距离误差e1(l)、e2(l)的最大值，例如max(e1(l),e2(l))；或
86.e1(l)和e2(l)的最大值的平方和的平方根，例如其中，e1m等于max(e1(l))，并且e2m＝max(e2(l))，
87.或
88.角度α和β的函数f1(α)、f2(β)，例如h(e1,e2)＝f1(α)*e1m f2(β)*e2m。
89.通过该实施例可以观察到由于滞后而导致的打印头运动的不准确性，该滞后是打印头运动方向的函数。
90.如同前面提到的打印机属性一样，第一和第二距离误差e1(l)、e2(l)可以从第一组线8、9和第二组线10、11的扫描图像中精确地观察和确定。
91.为了进一步准确地观察滞后现象，可以想到使用三条间隔开的平行线来执行先前步骤的实施例。图4a示出了所使用的附加的线，参见线12和13，从这些线可以类似于上述分析来分析距离d1'和d2'。然后，可以基于第一、第二、第三和第四距离d1(l)、d1'(l)、d2(l)、d2'(l)来确定打印机移动的滞后，其中l是沿着线的打印路径的位置。
92.根据本发明，图案1的扫描图像还可以用于确定fff打印机的动态属性和行为，例如打印头的本征模式。鉴于此，图5a示出了根据本发明的示例性实施例的用于确定x和y打印方向上的动态属性的线图案。
93.图5a示出了图1的图案的详细部分。请注意，图5a与图1相比旋转了90
°
，以便能够聚焦于线14、15、16和17的细节。如图所示，在该方法的这一实施例中，沉积图案1的步骤a)包括沉积第一线14和随后的(subsequent)第二线15，该第二线15与第一线成0
°
至180
°
之间的角度γ。在该示例中，角度γ是90
°
。
94.在该实施方式中，步骤c)分析一个或多个几何特征包括将扰动p4、p5、p6定位在第二线15的起始处，确定扰动的中心线，以及确定扰动的线宽变化。
95.然后，确定一个或多个打印机属性的步骤d)包括基于中心线的振荡和线宽变化来确定在x和y打印方向上的动态属性。
96.第二线15的扰动p4、p5、p6揭示了例如fff打印机的打印头或fff打印机的运动系统的动态振荡模式。在图5a所示的实施例中，第一线14之前为图案17，以激励运动系统。第一线14的起始处揭示了，当沉积第一线14时，打印头在沿着x方向移动的同时振动。
97.图5b示出了扰动p4、p5和p6的放大图。当分析该扰动时，首先确定中心线51。如从图5b中可以看出，中心线51可具有振荡行为。除了这种弯曲中心线的现象之外，线15的宽度w1、w2可以在打印方向上变化，即w1≠w2。宽度的变化可能是由于打印头在平行于打印方向的方向上的振荡。这种振荡将避免打印头由于喷嘴相对于载体的速度变化而打印出恒定的线宽。
98.通过分析扰动p4、p5、p6和线宽变化w1、w2，可以识别本征模式。为了进一步增强分析，可以分析线14中的扰动p1、p2和p3。可以选择线14和15之间的角度γ，以识别所研究的本征模式的特定形状。在该特定实施例中，角度γ大约为90
°
，使得第一线14和第二线15基本上正交。
99.值得注意的是，扰动p1、p2、p3、p4、p5和p6揭示了fff打印机的本征频率，例如台架的本征频率。通过分析扰动的形状(即它们在线宽或中心线上的变化)，获得关于本征模式的信息，并且通过分析p4、p5和p6和/或w1和w2之间的距离，可以确定本征频率。
100.如图5a进一步所示，第一直线14之前可以有基本上垂直于第一直线14的第一曲折起始区段16，同样，第二直线15之前可以有基本上垂直于第二直线15的第二曲折起始区段17。通过打印这些曲折区段16、17，打印机运动系统在打印这些线14和15之前即被激励。这将导致更显著的扰动。此外，曲折区段16、17将增加细丝材料到载体2的粘附力，以便避免材料不期望的分离。
101.许多3d打印机，例如fff打印机，包括设置有能够打印不同材料、颜色等的一个或多个喷嘴的打印头。然而，可能存在小的制造公差，并且喷嘴可能不是彼此完全对准。为了识别两个喷嘴的未对准和位置偏移，可以通过考虑如图6所示的图案1来利用本发明的方法。
102.特别地，根据一种实施例，沉积图案1的步骤a)可以进一步包括利用第一喷嘴(未示出)沉积第一圆18和利用第二喷嘴(未示出)沉积第二圆19，第二圆19大于第一圆18并且与其同心。
103.值得提及的是，在该步骤中，第一和第二圆18、19预期为同心的，正如在预定义模型中所指定的。同样，如图所示，第二圆18具有比第一圆18的半径r1更大的半径r2。
104.然后，分析一个或多个几何特征的步骤c)包括在扫描的图像中，分析/识别第一和第二圆18、19各自的第一和第二中心点cp1、cp2。
105.随后，确定一个或多个打印机属性的步骤d)包括基于第一和第二中心点cp1、cp2确定第一和第二喷嘴之间的x和y偏移误差。
106.在该实施例中，第一和第二圆18、19允许在图案1的扫描图像中方便地定位和精确地分析第一和第二中心点cp1、cp2。在识别出第一和第二中心点cp1、cp2之后，就可以确定
中心点cp1、cp2之间的偏移，该偏移是第一和第二喷嘴之间的x和y偏移的度量。
107.注意，上述实施例也可以考虑多边形而不是第一和第二圆18、19。具体地，根据一种替代实施例，沉积图案1的步骤a)可以进一步包括利用第一喷嘴(未示出)沉积第一多边形(未示出)和利用第二喷嘴(未示出)沉积第二多边形(未示出)，该第二多边形大于第一多边形并且与第一多边形同心。
108.值得提及的是，在该步骤中，第一和第二多边形预期如预定义模型中所指定的那样是同心的。第一和第二多边形可以但不必具有相同的形状。于是，分析一个或多个几何特征的步骤c)包括在扫描图像中，分析/识别第一和第二多边形各自的第一和第二中心点。
109.随后，确定一个或多个打印机属性的步骤d)包括基于第一和第二中心点确定第一和第二喷嘴之间的x和y偏移。
110.为了进一步增加fff打印机的多个打印喷嘴之间的x和y偏移的精度，当然可以想到利用第一喷嘴(未示出)沉积第三圆20和利用第二喷嘴(未示出)沉积第四圆21，其中，第四圆21大于第三圆20并且与其同心。步骤
111.然后，与上文概述的类似地执行步骤c)和d)，分别分析/识别第三和第四圆20、21的第三和第四中心点cp3、cp4，，并且基于第三和第四中心点cp2、cp3确定第一和第二喷嘴之间的x和y偏移。然后，第一和第二喷嘴之间的x和y偏移可通过例如取基于第一和第二中心点cp1、cp2确定的偏移和基于第三和第四中心点cp3、cp4确定的偏移的平均值来确定。
112.根据本发明，分析扫描的图像中沉积的图案1的一个或多个几何特征，从而可以基于这些几何特征确定一个或多个打印机属性。由此很明显，扫描的图像的图像质量必须足以准确地识别这些几何特征。
113.在一种实施例中，该方法还包括：在分析一个或多个几何特征的步骤之前，增强扫描的图像的对比度。即，作为方法步骤b)的结果，在图案1的扫描图像可用之后，那么在步骤c)分析一个或多个几何特征之前，通过增强扫描图像的对比度，可以改善该扫描图像。根据该实施例，增强对比度允许图案1具有更高的清晰度，因为扫描的图像中的一条或多条线更容易被识别，并且不相关区域不被进一步处理。
114.该图像的预处理步骤可以通过参考图7进一步解释，其示出了图案1的扫描图像的放大部分。图8示出了图7的图像的对比度被修改后的扫描图像的放大部分。图9示出了根据本发明的实施例的用于灰度值的映射函数，用于提高扫描的图像的对比度。
115.为了将如图7所示的原始扫描图像变换为如图8所示的对比度被修改的扫描图像，提供了一种实施例，其中根据某些函数将原始扫描图像的灰度值映射到新的灰度值，从而获得图8的对比度被修改的扫描图像。这种映射可以包括向上或向下舍入灰度值以减少不同灰度值的数量。灰度值的这种减小将增强边缘e的清晰度，因为修改的瞬态区z2包括更小的灰度值。
116.注意，这里考虑的灰度值与扫描图像中的单个像素相关联。因此，为了简单起见，当提及灰度值时，指的是扫描图像中的像素的灰度值。
117.结合图9，可以提供该方法的实施例，其中增强扫描图像的对比度的步骤包括如下步骤：
118.从扫描的图像中的所有灰度值中选择较低阈值灰度值tv
l
和较高阈值灰度值tvh；
119.将等于或小于所述较低阈值灰度值tv
l
的所有灰度值映射到最低灰度值v
l
；并且，
120.将等于或大于所述较高阈值灰度值tvh的所有灰度值映射到最高灰度值vh。
121.在该实施例中，将最小范围的灰度值设置为固定的最低单个值，即最低灰度值v
l
。如图所示，所有低于50的灰度值被简单地向下舍入到值0，因此这可以被看作是低于最低阈值灰度值tv
l
的灰度值的向下舍入操作。
122.然后将灰度值的最高范围设置为固定的最高单个值，即最高灰度值vh。如图所示，所有高于150的灰度值都向上舍入到值250，因此这可以被看作所有高于最高阈值灰度值tvh的灰度值的向上舍入操作。
123.通过上述实施例，噪声(即无关数据)被显著地减少，以便更清楚地限定图案和背景。
124.值得注意的是，在扫描的图像中，图案1可以由较亮背景上的暗线或者由暗背景上的较亮线表示。因此，如图7和8所示，在这些实施例中，图案1被表示为白色背景上的黑线。低于最低阈值灰度值tv
l
的灰度值则可被认为是“黑”，其中高于最高阈值灰度值tvh的灰度值可被看作“白”。
125.即使图案1被描绘为在白色上的黑色以保持图形更容易阅读，但在实际应用中，将图案1沉积为较暗颜色的载体2上的一个或多个浅色线条可能是有利的。即，在优选实施例中，a)将一条或多条线的图案1沉积在载体2上的步骤包括以比载体2的颜色更浅的颜色沉积图案1。如此，通过较浅颜色图案1的较低的光泽度而使来自成像装置的光的反射最小化。此外，较暗颜色的载体2可防止由图案1在载体2上形成阴影。在一种示例性实施例中，可以使用白色或银色细丝材料将图案1沉积在基本上呈黑色的载体2上，从而使图案1的光泽度最小化，并且使由图案1在载体2上形成阴影最小化。
126.可以想到的是，利用其它步骤提高扫描图像的对比度。例如，在一种实施例中，增加扫描图像的对比度的步骤还包括：根据具有非零梯度的线性映射来映射较低阈值灰度值tv
l
和较高阈值灰度值tvh之间的所有灰度值的步骤。在该实施例中，使用如图9中所描绘的映射，例如tv
l
和tvh之间的线性映射。这种映射可以通过分别从灰度值的原始值向下和向上“拉”和“推”灰度值来改善灰度值的分布，以改善扫描图像的对比度。在可选实施例中，可以考虑非线性映射以改善图案1的扫描图像的对比度。
127.从图8中，可以精确地确定线条宽度、线条之间的距离和角度。在一种实施例中，通过定义图案线的中心线、在特定位置画出垂直线(垂直于中心线的线)以及定义沿着垂直线的像素的灰度值的图，来确定特定位置处的图案线的线宽。由于沿着垂直线的像素的具体灰度，该图将是阶跃函数。然后，可以应用曲线拟合以获得跨越阶跃函数的平滑线。该平滑函数可以与预定的背景灰度级一起用于确定线宽。这样，可以在比像素级更精确的子像素级上确定沉积的线的线宽。
128.用于本发明的方法的成像装置可能表现出扫描误差、不准确性、不一致性等，这在使用廉价成像装置(例如相机)时的许多情况下发生。这些扫描误差可能因有限质量的光学和电子器件导致。而且，成像装置还可能使用具有机械公差、未对准、偏移等的可移动部件和机构。
129.根据本发明，该方法不应依赖于使用高端成像装置来实现期望水平的扫描精度和一致性。因此，对于例如光学扫描仪提供有限的扫描质量的情况，需要有效地处理扫描不准确性，以获得图案1在其扫描的图像中的准确表示。
130.图10和图11中描述了用于处理成像误差的有利技术，其中图10示出了将由成像装置扫描的参考图案p的示例，并且其中，图11示出了成像误差映射m的示例，该成像误差映射m识别出在扫描的参考图案中引入的扫描误差。
131.基于图10和图11，提供了一种实施例，其中步骤b)进一步包括：包括使用成像装置生成参考图案p的图像，即由参考图案获得的图像，以及确定参考图案和参考图像之间的成像误差映射m。
132.然后，基于该成像误差映射，该方法继续针对扫描误差补偿图案1的扫描图像。
133.该实施例允许快速和准确地确定由成像装置引入到图像中的扫描误差。所获得的成像误差映射可以看作参考图案p和扫描的参考图案之间的差异。
134.在图10的实施例中，参考图案p可以包括多个参考特征r1、r2，例如点r1、r2的规则布置。通过形成参考图案p的图像，可以生成成像误差映射m，以识别多个参考特征r1、r2的位置偏移/漂移。如图11所示，成像误差映射m可以看作矢量场，其示出了被扫描的参考图案p中的多个参考特征r1、r2的原始位置，并且还示出了被扫描的参考图像中的多个移位的参考特征r1'、r2'中的每一个的移位位置。因此，成像误差映射m可以被看作是由扫描的参考图像覆盖的原始参考图案p。
135.值得注意的是，通过该方法获得的成像误差映射m不需要示出引入到扫描图像中的误差的均匀分布。如图10和图11所示，参考图案p的区域a1与成像误差映射m中所示的相应扫描区域a1'保持相同或基本相同。然而，参考图案p的另一区域a2可能与成像误差映射m中的相应扫描区域a2'失真较大。
136.根据本发明，该方法可以由操作fff打印机和成像装置的人来执行，其中，具有图案1的载体2可以从fff打印机移除并且随后布置在成像装置(例如平板式光学扫描仪)上或前面。然后，由成像装置产生的图像可以手动或自动复制到计算机系统上，该计算机系统包括处理单元25，其被配置用于分析图像中的图案1的一个或多个几何特征，并基于一个或多个几何特征确定fff打印机的一个或多个打印机属性。
137.然而，还可以想到的是，该方法可以由如图12所示的系统自动化执行。在所示的实施例中，系统22可以包括fff打印机23、成像装置24、以及通过通信信道c1、c2通信地连接到fff打印机23和成像装置24(例如，平板扫描仪、照相机、网络摄像头等)的处理单元25。该处理单元25还可以被配置为控制fff打印机23以在fff打印机的载体2上沉积一条或多条线的图案1。
138.处理单元25可以被配置为控制成像装置24，以形成在载体2上沉积的图案1的图像。此外，处理单元25可以被配置成：
[0139]-接收由所述fff打印机制作的一条或多条线的图案的图像；
[0140]-分析所述图像中的所述图案1的一个或多个几何特征；以及
[0141]-基于所述一个或多个几何特征确定所述fff打印机的所述一个或多个打印机属性。
[0142]
上述系统22允许对各种打印机属性进行有效且有针对性的分析，所述打印机属性例如为打印机动态、打印机轴的正交性、各种打印方向上的缩放和偏移误差以及滞后现象。因此，该系统22可以用于促进打印机特性和行为的综合分析，以用于fff打印机的质量控制和校准的目的。
[0143]
以上已经参考附图中所示的多个示例性实施例描述了本发明。一些部分或元件的修改和替代实施是可能的，并且包括在如所附权利要求中限定的保护范围内。