一種結合光源分布與反射特性的面曝光3D打印的方法及系統技術方案

一種結合光源分布與反射特性的面曝光3D打印的方法及系統涉及智能化控制和圖像識別技術領域。該方法以提高面曝光快速成形系統的零件制作精度為目的，包括如下步驟：數據測量：在光源前方有樹脂槽遮擋的情況下依次對預生成好的灰度圖像劃分子塊進行光照功率測量；數據分析：對每一個位置下的各圖像子塊測量得到的光照功率數據進行分析，得到該位置下的圖像子塊的光照功率隨灰度變化的規律；利用垂直投影法，根據光照功率和灰度的對應關系，把圖像子塊的灰度信息保存到對應矩陣的相應位置；根據灰度信息矩陣與原始切片灰度數據進行圖像融合。本發明專利技術可以提高曝光的均勻性，同時具有可移植性和可打印性。因此，本發明專利技術具有一定的應用價值和意義。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及智能化控制和圖像識別技術，具體涉及對投影儀輸出光能的均勻化，通過結合光源分布與反射特性對面曝光3D打印的切片的灰度進行自適應調節，從而實現結合光源分布與反射特性的面曝光3D打印的方法及系統的研究與實現。
技術介紹
3D打印機誕生于20世紀80年代中期，是由美國科學家最早專利技術的。3D打印機是指利用3D打印技術生產出真實三維物體的一種設備，其基本原理是利用特殊的耗材(膠水、樹脂或粉末等)按照由電腦預先設計好的三維立體模型,通過黏結劑的沉積將每層粉末黏結成型,最終打印出3D實體。快速成形技術以其加工速度快、成本低,廣泛應用于產品開發階段的模型制作。3D打印是快速成形技術的一種，它首先將物品轉化為3D數據，然后運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，逐層分切打印。模具制造、工業設計用于建造模型，現正發展成產品制造，形成“直接數字化制造”。目前已形成多種不同的快速成形工藝,如立體光固化(SLA)、層合實體制造(LOM)、熔融沉積造型(FDM)、選域激光燒結(SLS)、三維打印(3DP)等。光固化快速成形(SLA)由激光光斑逐點、逐線填充掃描光固化樹脂,形成樹脂固化層,樹脂固化逐層累加,制作出實體模型。和其它快速成形工藝相比,光固化快速成形件精度高,表面質量好,后處理工藝簡單,應用廣泛,市場上裝機容量達到69％以上。對于面曝光快速成形系統而言，不僅成本低，且能實現整層一次曝光 固化，顯著縮短制作時間，提高制作效率。但是由于紫外光源輻射出來的光線為球面發散光同時面曝光3D打印的樹脂槽為玻璃材質會對紫外光起到反射作用，導致發光區域的亮度分布存在不均勻，使得在打印過程中同一個切片的不同位置中樹脂的固化有差異，嚴重影響制件的精度。同時也因為這個原因使得面曝光打印的東西曝光面都比較小，無法做到大面積的曝光。
技術實現思路
：本專利技術實施例將提供一種結合光源分布與反射特性的面曝光3D打印的方法，用于提高曝光均勻性，減少過曝光或曝光不足。為解決上述技術問題，本專利技術實施例采用如下技術方案：一種結合光源分布與反射特性的面曝光3D打印的方法，包括以下步驟：100、生成與投影儀投影出的切片圖像的屬性相對應的一系列不同灰階的同一灰度的圖像，并將每一幅圖像劃分為m×n個面積相同的不同位置的圖像子塊，依次對劃分的圖像子塊在光源前方有樹脂槽遮擋的情況下進行光照功率測量；200、對每一個位置下的各圖像子塊測量得到的光照功率數據進行分析，得到該位置下的圖像子塊的光照功率隨灰度變化的規律；300、根據所有位置下的圖像子塊的光功率隨灰度變化的規律，利用垂直投影法把所有的切片疊加起來從而確定最適功率，并查找每一位置的圖像子塊中與此最適功率對應的灰度值，保存為對應的m×n的灰度值信息的矩陣；400、根據m×n的灰度值信息的矩陣生成與原始切片圖像的屬性一致的包含m×n個灰度塊的圖像，對包含m×n個灰度塊的圖像進行插值處理，然后將插值后的圖像與原始切片圖像進行融合，得到自適應的切片圖像。其中，對每一個位置下的各圖像子塊測量得到的光照功率數據進行分 析，得到該位置下的圖像子塊的光照功率隨灰度變化的規律的步驟200包括：對每一個位置下的不同灰度的圖像子塊測量得到的光照功率數據進行傅里葉分析，得到該位置的圖像子塊在有反射情況下的紫外光輻照度隨灰度變化的規律；根據該位置的圖像子塊的紫外光輻照度隨灰度變化變化規律，確定該位置下的圖像子塊從灰度為25到灰度為255所對應的光照功率的數據，保存為與該位置對應的灰度和紫外光輻照度的數據對。其中，根據所有位置下的圖像子塊的光功率隨灰度變化的規律，利用垂直投影法把所有的切片疊加起來從而確定最適功率，并查找每一位置的圖像子塊中與此最適功率對應的灰度值，保存為對應的m×n的灰度值信息的矩陣的步驟300包括：把一個待打印的模型的切片全部重疊在一張圖上，其中白色為有模型存在的地方，黑色為沒有模型存在的區域，然后根據白色部分所在的圖像子塊的紫外光輻照度隨灰度變化的規律，選取這些子塊中滿足在最大灰度下對應的光照功率數據中的最小值作為最適功率；根據確定的最適功率，對于每一個位置的圖像子塊，在所保存的與該位置對應的灰度和紫外光輻照度的數據對中尋找與最適功率最接近的光功率，將該最接近的光功率數據對應的灰度輸出，將輸出的灰度值保存成與m×n的圖像子塊對應的一個m×n的灰度值信息的矩陣。在步驟400中，根據m×n的灰度值信息的矩陣生成與原始切片圖像的分辨率一致的包含m×n個灰度塊的圖像的步驟還包括：根據切片的屬性生成用于插值的包含m×n個相同圖像單元的灰度圖像；依次掃描所保存的m×n的灰度值信息的矩陣，把其中的每一個灰度 值賦值給用于插值的灰度圖像中的對應圖像單元，從而生成包含m×n個灰度塊的灰度圖像；將插值后的圖像與原始切片圖像進行融合，得到自適應的切片圖像的步驟包括：依次掃描插值后的灰度圖像每個像素的灰度值，當灰度值小于25時跳過掃描下一個像素點，當灰度值大于或等于25時，獲取該像素點的灰度值，把這個灰度值賦值給原圖像切片的相同像素位置，得出自適應的切片圖像。其中，在步驟100中，生成與投影儀投影出的切片圖像屬性相對應的一系列不同灰階的同一灰度的圖像的步驟包括：從灰階為25開始，每隔10個灰階生成一副與投影儀投影出的切片圖像的屬性相對應的相同灰度的圖像，一直到生成灰階為255的相同灰度的圖像為止，構成一系列不同灰階的相同灰度的圖像。本專利還提供一種結合光源分布與反射特性的面曝光3D打印的系統，包括數據測量模塊、數據分析模塊、最適功率確定模塊和數據融合模塊。其中，所述數據測量模塊設置成：首先要生成與投影儀投影出的的切片圖像的屬性相對應的一系列不同灰階的同一灰度圖像，并將每一幅圖像劃分為m×n個面積相同的不同位置的圖像子塊，然后我們需要在光源前方有樹脂槽遮擋的情況下依次對劃分的圖像子塊進行光照功率測量；所述數據分析模塊設置成：從所述測量模塊得到所測量的光照功率數據，對每一個位置下的各圖像子塊測量得到的光照功率數據進行分析，得到樹脂槽對光照的影響與無樹脂槽情況下的光照分布，然后得到有樹脂槽遮擋時每一個位置下的圖像子塊的光照功率隨灰度變化的規律；所述最適功率確定模塊設置成：把一個待打印的模型的切片全部重疊在一張圖上，其中白色為有模型存在的地方，黑色為沒有模型存在的區域，從所述數據分析模塊獲取所有位置下的圖像子塊的光功率隨灰度變化的規 律，根據所有位置下的圖像子塊的光功率隨灰度變化的規律來確定最適功率，并查找每一圖像子塊中與此最適功率對應的灰度值，同時我們默認設置黑色為沒有模型存在的區域的灰度最低，然后把所有的子塊的灰度信息保存為對應的m×n的灰度值信息的矩陣；所述融合處理模塊設置成：從最適功率確定模塊獲取所述m×n的灰度值信息的矩陣，根據m×n的灰度值信息的矩陣生成與原始切片圖像的屬性一致的包含m×n個灰度塊的圖像，對包含m×n個灰度塊的圖像進行插值處理，然后將插值后的圖像與原始切片圖像進行融合，得到自適應的切片圖像。其中，所述數據分析模塊20具體設置成：對每一個位置下的不同灰度的圖像子塊測量得到的光照功率數據進行傅里葉分析，得到該位置的圖像子塊的紫外光輻照度隨灰度變化變化規律；根據該位置的圖像子塊的紫外光輻照度隨灰度變化變化規律，確定該位本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種結合光源分布與反射特性的面曝光3D打印的方法，其特征在于，包括以下步驟：100、生成與投影儀投影出的切片圖像的屬性相對應的一系列不同灰階的同一灰度的圖像，并將每一幅圖像劃分為m×n個面積相同的不同位置的圖像子塊，依次對劃分的圖像子塊在光源前方有樹脂槽遮擋的情況下進行光照功率測量；200、對每一個位置下的各圖像子塊測量得到的光照功率數據進行分析，得到該位置下的圖像子塊的光照功率隨灰度變化的規律；300、根據所有位置下的圖像子塊的光功率隨灰度變化的規律，利用垂直投影法把所有的切片疊加起來從而確定最適功率，并查找每一位置的圖像子塊中與此最適功率對應的灰度值，保存為對應的m×n的灰度值信息的矩陣；400、根據m×n的灰度值信息的矩陣生成與原始切片圖像的屬性一致的包含m×n個灰度塊的圖像，對包含m×n個灰度塊的圖像進行插值處理，然后將插值后的圖像與原始切片圖像進行融合，得到自適應的切片圖像。

【技術特征摘要】
1.一種結合光源分布與反射特性的面曝光3D打印的方法，其特征在于，包括以下步驟：100、生成與投影儀投影出的切片圖像的屬性相對應的一系列不同灰階的同一灰度的圖像，并將每一幅圖像劃分為m×n個面積相同的不同位置的圖像子塊，依次對劃分的圖像子塊在光源前方有樹脂槽遮擋的情況下進行光照功率測量；200、對每一個位置下的各圖像子塊測量得到的光照功率數據進行分析，得到該位置下的圖像子塊的光照功率隨灰度變化的規律；300、根據所有位置下的圖像子塊的光功率隨灰度變化的規律，利用垂直投影法把所有的切片疊加起來從而確定最適功率，并查找每一位置的圖像子塊中與此最適功率對應的灰度值，保存為對應的m×n的灰度值信息的矩陣；400、根據m×n的灰度值信息的矩陣生成與原始切片圖像的屬性一致的包含m×n個灰度塊的圖像，對包含m×n個灰度塊的圖像進行插值處理，然后將插值后的圖像與原始切片圖像進行融合，得到自適應的切片圖像。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟200包括：對每一個位置下的不同灰度的圖像子塊測量得到的光照功率數據進行傅里葉分析，得到該位置的圖像子塊在有反射情況下的紫外光輻照度隨灰度變化的規律；根據該位置的圖像子塊的紫外光輻照度隨灰度變化變化規律，確定該位置下的圖像子塊從灰度為25到灰度為255所對應的光照功率的數據，保存為與該位置對應的灰度和紫外光輻照度的數據對。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟300包括：把一個待打印的模型的切片全部重疊在一張圖上，其中白色為有模型存在的地方，黑色為沒有模型存在的區域，然后根據白色部分所在的圖像子塊的紫外光輻照度隨灰度變化的規律，選取這些子塊中滿足在最大灰度下對應的光照功率數據中的最小值作為最適功率；根據確定的最適功率，對于每一個位置的圖像子塊，在所保存的與該位置對應的灰度和紫外光輻照度的數據對中尋找與最適功率最接近的光 功率，將該最接近的光功率數據對應的灰度輸出，將輸出的灰度值保存成與m×n的圖像子塊對應的一個m×n的灰度值信息的矩陣。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟400包括：根據切片的屬性生成用于插值的包含m×n個相同圖像單元的灰度圖像；依次掃描所保存的m×n的灰度值信息的矩陣，把其中的每一個灰度值賦值給用于插值的灰度圖像中的對應圖像單元，從而生成包含m×n個灰度塊的灰度圖像；將插值后的圖像與原始切片圖像進行融合，得到自適應的切片圖像的步驟包括：依次掃描插值后的灰度圖像每個像素的灰度值，當灰度值小于25時跳過掃描下一個像素點，當灰度值大于或等于25時，獲取該像素點的灰度值，把這個灰度值賦值給原圖像切片的相同像素位置，得出自適應的切片圖像。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟100包括：從灰階為25開始，每隔10個灰階生成一副與投影儀投影出的切片圖像的屬性相對應的相同灰度的圖像，一直到生成灰階為255的相同灰度的圖像為止，構成一系列不同灰階的相同灰度的圖像。6.一種結合光源分布與反射特性的面曝光3D打印的系統，其特征在于，包括以下模塊：數據測量模塊、數據分析模塊、最適功率確定模塊和數據融合模塊；所述數據測量模塊設置成：首先要生成與投影儀投影出的的切片圖像的屬性相對應的一系列不同灰階的同一灰度圖像，并將每一幅圖像劃分為m×n個面積相同的不同位置的圖像子塊，然后我們需要在光源前方有樹脂槽遮擋的情況下依次對劃分的圖像子塊進行光照功率測量；所述數...

【專利技術屬性】
技術研發人員：毋立芳，趙立東，邱健康，高源，郭小華，毛羽忻，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：發明
國別省市：北京;11