3D打印成像校准方法和系统与流程

本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及3D打印成像校准方法和系统。

背景技术：

数字光处理(Digital Light Processing，DLP)3D打印机是一种基于数字光处理的技术，这种技术先把影像信号经过数字处理，然后再把模型打印出来，其原理是将LED光源发射出一定波长的光，当光线经过棱镜分解成R、G、B三原色后，投射到DMD芯片。其中，DMD芯片上包括多个微小的镜片，每个镜片均可在-10°与+10°之间自由旋转并且由电荷定位。信号输入经过处理后作用于DMD芯片，从而控制镜片的偏转，入射光线在经过DMD芯片上的镜片反射到投影镜头进而投影成像。3D打印机成像过程中，入射光线会经过反射镜，投影到设备的加工平台上进行固化光敏树脂成型。在光机的焦距确定后，加工平台上的成像面矩形两对边的尺寸偏差主要由反射镜的反射角度决定。通过在加工平台上固化光敏树脂的方式，确定标定成像十字光标的位置，用二次元影像测量仪测量出成像光标矩形两对边的尺寸长度；然后调节反射镜的俯仰角度，缩小标定光标的两对边的尺寸偏差，从而达到调节曝光面的目的。

在调试DLP打印机的过程中，需要通过测量成像面矩形相对两边的长度差对成像面进行校准。一般，采用是二次元影像测量仪才测量成像面矩形相对两边的长度，进而配合反射镜对成像面进行校准。但是，二次元影像测量仪体积庞大，不方便携带，无法在客户现场进行调试DLP装置；而且二次元影像测量仪的调试过程复杂、不便于操作。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种便于携带且能够快速、精确、非接触地测量待校准图像中的尺寸信息的3D打印成像校准方法和系统。

一种3D打印成像校准方法，包括：

调节CCD摄影装置的安装位置并通过所述CCD摄影装置获取位于成像区域的标定板的图像，所述标定板上包括至少两个靶标；

获取所述标定板的图像中两个靶标之间的像素点数量，并计算所述CCD摄影装置的测量比，所述测量比为两个靶标的实际距离与像素点数量之比；

通过所述CCD摄影装置获取DLP装置在成像区域形成的待校准图像，所述待校准图像中包括四个光标，所述光标依次相连构成四边形；

根据所述测量比获取待校准图像中的四边形相对两边的尺寸差值；

调节光路，使所述四边形相对的两边的尺寸差值在预设范围内。

上述3D打印成像校准方法，通过CCD摄影装置获取位于成像区域的，并根据获取的标定板的图像计算所述CCD摄影装置的测量比。依据CCD摄影装置的测量比，计算出DLP装置在成像区域内四个光标构成的四边形的相对两边的尺寸差值，通过调节光路，达到调节DLP装置在成像区域四个光标构成的四边形的相对两边的尺寸差值的目的，上述方法能够快速、精确、非接触地实现对DLP装置的成像面(曝光面)的投影图形的尺寸进行校准。

在其中一个实施例中，通过所述CCD摄影装置获取位于成像区域的标定板的图像，包括：

采用所述CCD摄影装置的灰度模式获取标定板的图像；

对获取的标定板图像的颜色进行反转；

存储所述进行反转后的所述标定板的图像。

在其中一个实施例中，采用BMP格式存储图像。

在其中一个实施例中，所述获取所述标定板的图像中两个靶标之间的像素点数量，并计算所述CCD摄影装置的测量比，包括：

获取所述标定板的图像中相邻两个靶标之间的像素点数量；

对应获取所述相邻两个靶标之间的实际距离；

计算所述两个靶标之间的实际距离与所述像素点数量的比值，所述比值为所述CCD摄影装置的测量比。

在其中一个实施例中，还包括：

获取所述CCD摄影装置的平均测量比。

在其中一个实施例中，所述调节光路，使所述四边形相对的两边的尺寸差值在预设范围内，包括：

比较所述四边形相对两边的长度差值和宽度差值，并判断长度差值和宽度差值是否在预设范围内；

若长度差值和宽度差值不在预设范围内，则调节反射镜改变光路，使长度差值和宽度差值在预设范围内。

在其中一个实施例中，所述预设范围为20～30微米。

此外，还提供一种3D打印成像校准系统，包括：

标定板，设有至少两个靶标，放置在成像区域内；

DLP装置，用于在成像面的形成待校准图像；

CCD摄影装置，用于获取标定板的图像，并根据所述标定板的图像获取测量比，所述测量比为两个靶标的实际距离与标定板的图像中两个靶标之间的像素点数量之比；还用于获取所述DLP装置在成像面的形成待校准图像，所述待校准图像中包括四个光标，所述光标依次相连构成四边形，并根据所述测量比获取待校准图像中的四边形相对两边的尺寸差值；

光路调节装置，用于调节光路，使所述四边形相对的两条边的长度差值在预设范围内。

在其中一个实施例中，所述CCD摄影装置包括CCD摄影模块和CCD测量模块；

所述CCD摄影模块用于获取所述标定板的图像和DLP装置在成像面形成的待校准图像；所述CCD测量模块根据所述标定板的图像获取测量比，并根据所述测量比获取所述待校准图像中四边形各边的长度。

在其中一个实施例中，所述CCD摄影装置还包括判断模块，所述判断模块用于根据所述CCD测量模块获取的所述待校准图像中四边形各边的长度判断判断所述四边形中相对两条边的长度差是否在预设范围内。

附图说明

图1为一个实施例中3D打印成像校准方法的流程图；

图2为一个实施例中待校准图像图处理后的示意图；

图3为一个实施例中获取待校准图像中相邻两个光标之间的像素点数量的示意图；

图4为一个实施例中调节光路，使所述四边形相对的两条边的长度差值在预设范围内的流程图；

图5为一个实施例中3D打印成像校准系统的框架示意图；

图6为一个实施例中3D打印成像校准系统的部分结构示意图；

图7为一个实施例中光路调节装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的为一个实施例中，3D打印成像校准方法的流程图。一种3D打印成像校准方法，包括：

步骤S110：调节CCD摄影装置的安装位置并通过所述CCD摄影装置获取位于成像区域的标定板的图像，所述标定板上包括至少两个靶标。

在一个实施例中，标定板采用标准型的十字靶标标定板，其中，十字靶标位于标定板的四个角度。其中，标定板上的十字靶标与DLP装置投影在校准状态下的成像区域内的十字光标的形状、大小、位置均一一对应。标定板放置于DLP装置的加工平台上，其成像区域位于加工平台内。CCD摄影装置安装在支架上，通过调节CCD摄影装置的位置，距离成像区域的高度(焦距)，使标定板上的十字靶标恰好在成像区内，通过CCD摄影装置获取标定板的图像，其获取的图像为清晰的。

在一个实施例中，CCD摄影装置采用灰度模式获取标定板的图像，即可以直接获取靶标的灰度图，可以更加精度的获取图像上靶标的信息。

步骤S120：获取所述标定板的图像中两个靶标之间的像素点数量，并计算所述CCD摄影装置的测量比，所述测量比为两个靶标的实际距离与像素点数量之比。

对获取的图像进行处理，使其获取的标定板的图像为灰度图，通过计算获得的测量比为该CCD摄影装置内部的测量标准比，通过所述测量标准以及其他图像中任意两点之间的像素点数量，即可计算出任意两点之间的实际距离。测量比的大小并不是恒定不变的，而与CCD摄影装置距离成像区域的高度有关，当CCD摄影装置距离成像区域的高度发生变化时，其可按照上述方法获取相应的测量比。

步骤S130：通过所述CCD摄影装置获取DLP装置在成像区域形成的待校准图像，所述待校准图像中包括四个光标，所述光标依次相连构成四边形。

开启DLP装置，进入投影成像校正界面。在成像区域(加工平台)放置一张白纸，并在白纸上方放置一片透明石英玻璃板，其中，透明石英玻璃板的厚度与标定板的厚度相等。DLP装置开启后，入射光线在经过DMD芯片上的镜片反射到投影镜头进而投影成像，在成像区域(加工平台)上面呈现4个蓝色十字光标。在成像区域内呈现的4个蓝色光标依次相连，能够构成矩形，则说明成像区域内所形成的图像为标准图像。由于在加工的过程中，光路的不稳定性，4个蓝色光标投影在成像区域内的位置会发生偏移，形成一个近似矩形的四边形，也即，在成像区域形成了待校准图像。

由于CCD摄影装置固定不动，到成像区域的距离没有发生变化，也即成像高度没有变化，通过CCD摄影装置可以在成像区域采集到完整且清晰可见的待校准图像。

在一个实施例中，通过CCD摄影装置的自然模式连续获取多张DLP装置在成像区域形成的待校准图像。同时对获取的待校准图像进行灰度处理，调整待校准图像的亮度、对比度、饱和度。同时，对待校准图像进行黑白反转，使其处理后的待校准图像的背景色为白色，靶标为黑色，图像中无杂点，参考图2。并将处理后的待校准图像以BMP格式进行存储。在一个实施例中，还可以直接采用CCD摄影装置的灰度模式获取待校准图像。

步骤S140：根据所述测量比获取待校准图像中的四边形相对两边的尺寸差值。

获取待校准图像中相邻两个光标之间的像素点数量，参考图3，以及根据步骤S120中计算的测量比，即可计算出待校准图像中相邻两个光标之间的实际长度(测量比与像素点数量的乘积)。也即，可以获取待校准图像中由四个光标构成的四边形的各个边长，其中，包括相对的第一长边L1和第二长边L2；相对的第一宽边W1和第二宽边W2。四边形相对两边的尺寸差值包括长度差值和宽度差值，长度差值为第一长边和第二长边的差值，宽度差值为第一宽边和第二宽边的差值。

步骤S150：调节光路，使所述四边形相对的两边的尺寸差值在预设范围内。

获取待校准图像中由四个光标构成的四边形的各个边长，其中，包括相对的第一长边和第二长边；相对的第一宽边和第二宽边。根据光线反射原理，通过调节反射镜的反射角度来调节光路，从而调整成像区域内四个光标的相对位置，也即，调节成像区域由四个光标构成的四边形的各个边长。相应的，每调节一次反射镜，相应的，根据所述测量比获取一次待校准图像中的四边形各边的长度。通过反复调节反射镜，直到使待校准图像中四个光标构成的四边形中，第一长边和第二长边的长度差值，第一宽边和第二宽边的宽度差值均在预设范围内。

在一个实施例中，预设范围为20～30μm。预设范围为加工平台上投影面(成像区域)的精确度。

通过上述3D打印成像校准方法，通过摄影装置获取位于成像区域的，并根据获取的标定板的图像计算所述CCD摄影装置的测量比。依据CCD摄影装置的测量比，计算出DLP装置在成像区域内四个光标构成的四边形的相对两边的尺寸差值，通过调节光路，达到调节DLP装置在成像区域四个光标构成的四边形的相对两边的尺寸差值的目的，上述方法能够快速、精确、非接触地实现对DLP装置的成像面(曝光面)尺寸进行校准。

在一个实施例中，所述通过所述摄影装置获取成像区域的标定板的图像，具体包括：

采用所述CCD摄影装置的灰度模式获取标定板的图像。采用CCD摄影装置对位于成像区域的标定板进行拍摄，获取含有靶标的标定板图像的灰度图。对获取灰度图进行处理，调整标定板图像的亮度、对比度、饱和度。同时，对灰度图进行黑白反转，使其处理后的灰度图的背景色为白色，靶标为黑色，图像中无杂点，并将处理后的图像进行存储。

在一个实施例中，还可以通过CCD摄影装置的普通模式获取标定板的图像，获取的含有靶标的图像是RGB格式，需要对RGB格式的图像转换为灰度图。

在一个实施例中，所述获取所述标定板的图像中任意两个靶标之间的像素点数量，并计算所述CCD摄影装置的测量比，具体包括：

采用BMP格式存储获取的灰度图。在计算测量比的过程中，需要将具有BMP格式的灰度图导入至CCD摄影装置中，CCD摄影装置对导入的具有BMP格式的灰度图进行分析，获取标定板的图像中任意两个靶标之间的像素点数量n(pixl)。由于标定板为标准靶标板，任意两个靶标之间的实际间距是已知的。相应的，就可以得知与图像中对应的任意两个靶标之间的实际间距l(μm)。再次，对获取任意两个靶标之间的像素点数量n(pixl)与实际间距l(μm)的先后顺序不作限定。计算CCD摄影装置的测量比K，其中，测量比K为两个靶标之间的实际间距l(μm)与像素点数量n(pixl)的比值。

在一个实施例中，还包括获取所述CCD摄影装置的平均测量比的步骤。

采用所述CCD摄影装置的灰度模式连续获取多张标定板的图像，并将处理后的图像分别导入至CCD摄影装置中处理，并分别获取每张图像中相邻靶标之间的像素点数量。在一个实施例中，CCD摄影装置的灰度模式连续获取4张标定板的图像，标定板上的四个十字靶标构成矩形。通过CCD摄影装置处理，可以测量出矩形两组对边(矩形长边1和矩形长边2；矩形宽边1和矩形宽边2)的距离，其中，用像素点的数量来表示两组对边的距离。然后，根据标定板上各个十字靶标之间的实际距离，即可计算出CCD摄影装置的平均测量比K，如表1所示：

表1为标定板的测量尺寸信息(用像素点的数量表示)

通过连续获取多张图像，并计算CCD摄影装置的平均测量比，可以更加准确的获取CCD摄影装置的平均测量比。同时，若表1中，某一张图像的尺寸信息与其他图像的尺寸信息有较大的偏差，则可以删除该图像的尺寸信息，通过其他三张图像的尺寸信息来获取平均测量比。

在一个实施例中，所述调节光路，使所述四边形相对的两条边的长度差值在预设范围内，包括：

步骤S410：比较所述四边形相对两边的长度差值和宽度差值，并判断长度差值和宽度差值是否在预设范围内。

通过CCD摄影装置的自然模式连续获取多张DLP装置在成像区域形成的待校准图像，并将处理后的多张待校准图像分别导入至CCD摄影装置，根据上述计算的测量比或平均测量比分别获取多张待校准图像中四边形各个边长(测量比与像素点数量的乘积)，包括相对的第一长边和第二长边；相对的第一宽边和第二宽边。其中，长度差值为第一长边和第二长边的差值，宽度差值为第一宽边和第二宽边的差值，如表2所示：

表2为调试前，DLP装置在成像区域内十字光标的测量尺寸信息(用像素点的数量表示)

计算获取长度差值和宽度差值的平均值，并判断计算获取的长度差值和宽度差值是否在预设范围内。其中，预设范围在20～30微米之间。

若长度差值和宽度差值不在预设范围内，则执行步骤S420，调节反射镜改变光路，使使长度差值和宽度差值在预设范围内。根据光线反射原理，通过调节反射镜的反射角度来调节光路，从而调整成像区域内四个光标的相对位置，也即，调节成像区域由四个光标构成的四边形的各个边长。相应的，每调节一次反射镜，相应的，根据所述测量比获取一次待校准图像中的四边形各边的长度，并计算相应的长度差值和宽度差值。通过反复调节反射镜，直到使待校准图像中四个光标构成的四边形中，第一长边和第二长边的长度差值，第一宽边和第二宽边的宽度差值均在预设范围内，完成校准。

表3为调试后，DLP装置在成像区域内十字光标的测量尺寸信息(用像素点的数量表示)

通过上述3D打印成像校准方法，通过摄影装置获取位于成像区域的，并根据获取的标定板的图像计算所述CCD摄影装置的测量比。依据CCD摄影装置的测量比，计算出DLP装置在成像区域内四个光标构成的四边形的相对两边的尺寸差值。通过调节光路，达到调节DLP装置在成像区域四个光标构成的四边形的相对两边的尺寸差值的目的，上述方法能够快速、精确、非接触地实现对DLP装置曝光面的尺寸进行校准。

此外，还提供一种3D打印成像校准系统，参考图5～图6，3D打印成像校准系统包括标定板510、DLP装置520、CCD摄影装置530和光路调节装置540。

标定板510，设有至少两个靶标，放置在DLP装置520的成像区域内。

在一个实施例中，标定板510采用标准型的十字靶标标定板510，其中，十字靶标位于标定板510的四个角度。其中，标定板510上的十字靶标与DLP装置520投影在校准状态下的成像区域内的十字光标的形状、大小、位置均一一对应。标定板510放置于DLP装置520的成像区域内。CCD摄影装置530安装在支架上，通过调节CCD摄影装置530的位置，距离成像区域的高度(焦距)，使标定板510上的十字靶标恰好在成像区内，通过CCD摄影装置530获取标定板510的图像，其获取的图像为清晰的。

DLP装置520，用于在成像面的形成待校准图像，所述待校准图像中包括四个光标，所述光标依次相连构成四边形。其原理是将LED光源发射出一定波长的光，当光线经过棱镜分解成R、G、B三原色后，投射到DMD芯片。其中，DMD芯片上包括多个微小的镜片，每个镜片均可在-10°与+10°之间自由旋转并且由电荷定位。信号输入经过处理后作用于DMD芯片，从而控制镜片的偏转，入射光线在经过DMD芯片上的镜片反射到投影镜头进而投影成像。

CCD摄影装置530，用于获取标定板510的图像，并根据所述标定板510的图像获取测量比，所述测量比为两个靶标的实际距离与标定板510的图像中两个靶标之间的像素点数量之比；还用于获取所述DLP装置520在成像面的形成待校准图像，所述待校准图像中包括四个光标，所述光标依次相连构成四边形，并根据所述测量比获取待校准图像中的四边形相对两边的尺寸差值。

光路调节装置540，用于调节光路，使所述四边形相对的两边的尺寸差值在预设范围内，参考图7。

上述3D打印成像校准系统，能够进行快速、准确、非接触地测量DLP装置520在加工平台的成像区域内四个光标构成的四边形的相对两边的尺寸差值。通过光路调节装置540调节反射镜的反射角度，达到调节DLP装置520在成像区域四个光标构成的四边形的相对两边的尺寸差值的目的。上述3D打印成像校准系统体积小巧，方便携带，能够比较灵活地在客户现场进行成像面(曝光面)尺寸进行校准；其中，CCD摄影装置530的测量精度误差小于2.5％。

在一个实施例中，CCD摄影装置530包括CCD摄影模块和CCD测量模块。所述CCD摄影模块用于获取所述标定板510的图像和DLP装置520在成像面形成的待校准图像。CCD摄影模块采用灰度模式获取标定板510的图像和DLP装置520在成像面形成的待校准图像，即可以直接获取靶标和光标的灰度图。

在一个实施例中，CCD摄影模块还用于对对获取的标定板510的图像的待校准图像进行灰度处理，调整图像的亮度、对比度、饱和度。同时，对图像进行黑白反转，使其处理后的图像的背景色为白色，靶标和光标为黑色，图像中无杂点，并将处理后的图像以BMP格式进行存储。

所述CCD测量模块根据所述标定板510的图像获取测量比，并根据所述测量比获取所述待校准图像中四边形各边的长度。CCD测量模块中内置有CCD摄影装置530配套的图像测量软件。将处理后的标定板510的图像导入至CCD测量模块中，由CCD测量模块分析包含有靶标的图像，统计任意两个靶标之间的像素点数量n(pixl)，通过像素点数量来间接测量出两个靶标之间的实际距离l(μm)。由于标定板510为标准靶标板，两个靶标之间的间距是已知的，通过计算，获取测量比K，其中，测量比K定义为两个靶标之间的实际距离与对应两个靶标之间的像素点数量的比值，即K＝l/n，测量比的单位为：μm/pixl。

同时，CCD测量模块还可以获取待校准图像中相邻两个光标之间的像素点数量，以及根据CCD测量模块计算的测量比，即可计算出待校准图像中相邻两个光标之间的实际长度(测量比与像素点数量的乘积)。也即，可以获取待校准图像中由四个光标构成的四边形的各个边长，其中，包括相对的第一长边和第二长边；相对的第一宽边和第二宽边。四边形相对两边的尺寸差值包括长度差值和宽度差值，长度差值为第一长边和第二长边的差值，宽度差值为第一宽边和第二宽边的差值。

在一个实施例中，CCD摄影装置530还包括判断模块(图中未示)，所述判断模块用于根据所述CCD测量模块获取的所述待校准图像中四边形各边的长度判断所述四边形中相对的两边的尺寸差值在预设范围内。其中，预设范围在20～30微米之间。若长度差值和宽度差值不在预设范围内，则调节光路调节装置540中的反射镜改变光路，使使长度差值和宽度差值在预设范围内。根据光线反射原理，通过调节反射镜的反射角度来调节光路，从而调整成像区域内四个光标的相对位置，也即，调节成像区域由四个光标构成的四边形的各个边长。相应的，每调节一次反射镜，相应的，根据所述测量比获取一次待校准图像中的四边形各边的长度，并计算相应的长度差值和宽度差值。通过反复调节反射镜，直到使待校准图像中四个光标构成的四边形中，第一长边和第二长边的长度差值，第一宽边和第二宽边的宽度差值均在预设范围内，完成校准。

上述3D打印成像校准系统通过利用CCD摄影装置530来调试DLP装置520成像区域(曝光面)投影图像的尺寸信息，简化了工艺工程师在客户现场进行DLP装置520的调试工作，而且利用该系统，简化了调试工艺过程，能够高效率、高质量地完成设备调试工作。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。