一種dlp曝光能量均勻化的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于增材制造或3D打印領域，尤其涉及一種DLP面曝光能量均勻化的方法。
【背景技術】
[0002]DLP (Digital Light Process1n，數字光處理)技術，其原理是:先把影像信號投射到DMD芯片(Digital Micromirror Device)進行數字處理，然后再把光投影出來的技術。DLP面曝光快速成型系統基于DLP技術，采用一定波長的紫外光照射光敏樹脂，使樹脂層層固化堆疊而成。DLP面曝光幅面決定了其系統的成型范圍，因光機或鏡頭的光路設計及機械制造精度的影響，全幅面曝光時幅面各位置的能量并不一致，各像素位置的能量差距較大，導致曝光能量不均勻，在進行大幅面甚至全幅面曝光時，往往造成某處曝光不足，而另一處曝光過度的情況，極大地影響了系統制作精度和良品率。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種解決因光路系統偏差造成的曝光能量不均勻問題、改善DLP面曝光快速成型系統的制作精度和良品率的DLP曝光能量均勻化的方法。
[0004]本發明提供一種DLP曝光能量均勻化的方法，包括如下步驟:第一步:數據采樣:曝光能量校正圖片，利用光能量測定設備測量圖片采樣上的采樣點的光能量值；第二步:數據處理:對采樣點能量值進行曲面擬合處理，并統計圖片各個像素點對應的曝光能量；第三步:曝光切換圖片獲取:根據各像素能量值及間隔時間t，生成曝光切片圖片集合VIMG ;第四步:圖片曝光操作:根據曝光能量與時間的線性關系，調整各像素點曝光時間的長短。
[0005]其中，所述第一步包括如下步驟:步驟A1:創建曝光能量校正圖片，設置該圖片上的采樣點，并通過DLP快速成型系統曝光該圖片；步驟A2:測量能量校正圖片上的采樣點的能量，并記錄相應的能量數值。
[0006]其中，所述第二步包括如下步驟:步驟B1:以采樣點像素值及其能量值為基礎，在對應曝光范圍內擬合自由曲面；步驟B2:記錄自由曲面上每個像素點對應的曝光能量數值并按照能量數值從小到大排序；記錄最小能量數值Vmin和最大能量數值Vmax，Vmax/Vmin=C ;所有像素點對應的能量保存為能量集合VE。
[0007]其中，所述自由曲面是在對應曝光范圍內基于最小二乘法擬合而成的。
[0008]其中，所述第三步包括如下步驟:步驟C1:設曝光區域內曝光最小能量處所需曝光時間為Tmax，曝光最大能量處所需曝光時間即最短曝光時間為Tmin，Tmin = Tmax/C ;步驟C2:計算當前圖片的曝光時間T，對應的能量上下限Vup、Vdowm;步驟C3:查找VE中能量在Vdown和Vup間的像素點，將其灰度值設置為0，并存入下一次的初始圖片集合IMG ;步驟C4:從時間Tmin開始，每隔時間t，進行上述操作，獲得一張切換圖片，存入曝光圖片集合V頂G，直到曝光時間T > (Tmax-t)為止。
[0009]其中，所述步驟C2的具體內容為:設初始曝光圖片為IMG，當前圖片切換次數編號為η (η = 1，2，3，……)，設定相鄰兩個圖片切換的間隔時間為t，則當前圖片的曝光時間為T，T = Tmin+n*t ;統計在當前時間間隔t內需進行灰度變化的像素能量，其中，最大像素能量為 Vup，最小像素能量為 Vdown，Vup = Vmin*Tmax/T，Vdomn = Vmin*Tmax/ (T_t)。
[0010]其中，所述第四步包括如下步驟:步驟D1:操作DLP快速成型系統對圖片進行曝光:曝光開始時，先曝光原圖片，時間為Tmin ;步驟D2:t時間到后，從集合VIMG中取出第二張圖片作為當前曝光圖片，曝光時間也為t ;……，循環曝光，直到總曝光時間達到Tmax或大于Tmax-t ;步驟D3:如果曝光時間達到Tmax，該層曝光結束；如果未達到時間Tmax，則繼續步驟D2的循環曝光。
[0011]本發明避免了對能量的直接操作，通過調整曝光時間達到能量均勻，更為簡便快捷；解決了由光機本身或鏡頭等硬件引起的曝光能量不均的問題，改善DLP面曝光快速成型系統的制作精度和良品率，獲得全幅面下均勻的打印效果，較大改善了系統良品率，提高了 DLP快速成型系統的制作精度和良品率。
【附圖說明】
[0012]圖1所示為DLP面曝光快速成型系統的結構示意圖；
[0013]圖2所示為本發明能量校正圖片的結構示意圖；
[0014]圖3所示為本發明方法步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]本發明揭示一種DLP曝光能量均勻化的方法，該方法由DLP面曝光快速成型系統來完成，本方法用于增材制造或3D打印領域。
[0016]DLP面曝光快速成型系統的技術原理是:運用分層切片技術生成需要固化的片層數據圖形，采用紫外光源，使紫外光圖形成像在樹脂液槽上，一次曝光固化一個層面的實體，固化過程中，采用各種工藝措施控制層面實體的變形，逐層累加形成整個實體。
[0017]圖1所示為DLP面曝光快速成型系統的結構示意圖，DLP面曝光快速成型系統包括Z軸控制系統及成型臺10、樹脂液槽20及DLP投影設備30。DLP面曝光快速成型系統通過DLP投影設備30將片層圖形投射到樹脂液槽20底部，由紫外光照射固化液槽內的光敏樹脂，逐層固化疊加形成實體模型。
[0018]DLP快速成型系統設有DLP光路系統，但DLP光路系統在DLP面曝光時存在偏差造成曝光能量不均勻，本方法是為了改善DLP面曝光快速成型系統的制作精度和良品率，
[0019]如圖3所示，本方法包括四個步驟:第一步:數據采樣；第二步:數據處理；第三步:曝光圖片獲取；以及，第四步，圖片曝光操作。
[0020]第一步:數據采樣:曝光能量校正圖片，利用光能量測定設備測量圖片采樣上的采樣點的光能量值。數據采樣包括如下步驟:
[0021]步驟A1:創建曝光能量校正圖片，設置該圖片上的采樣點，并通過DLP快速成型系統曝光該圖片。
[0022]設計一用于測量采樣位置的能量校正圖片60，如圖2所示，在該能量校正圖片60上設有20個采樣點61 (采樣點的數目可自行確定，點越多結果越精確)，該采樣點61作為采樣位置。
[0023]步驟A2:測量能量校正圖片上的采樣點的能量，并記錄相應的能量數值。
[0024]首先，通過DLP快速成型系統的DLP光路系統持續曝光該能量校正圖片60，然后采用能量測定工具(如照度計等)在DLP快速成型系統的成型高度位置測量該能量校正圖片60上所有采樣點61的能量大小，并依照采樣點61在能量校正圖片60上的位置記錄其相應的能量數值。
[0025]第二步:數據處理:對采樣點能量值進行曲面擬合處理，并統計圖片各個像素點對應的曝光能量。數據處理包括如下步驟:
[0026]步驟B1:以采樣點61的像素值及其能量值為基礎，在對應曝光范圍內基于最小二乘法擬合自由曲面。
[0027]步驟B2:根據步驟B1獲取的自由曲面，記錄自由曲面上每個像素點，以單個像素點為單位，統計各單位對應的曝光能量數值V，并根據曝光能量數值大小對所有像素點按照從小到大排序；設定曝光最小能量數值為Vmin，曝光最大能量數值為Vmax，Vmax/Vmin = C，即:曝光最大能量數值與曝光最小能量數值的比值C，所有像素點對應的能量保存為能量集合VE。
[0028]第三步:曝光切換圖片獲取:根據各像素能量值及間隔時間t，生成曝光切片圖片集合νηκ。
[0029]曝光能量與曝光時間存在線性關系，單個像素區域曝光時間的長短可以反映出作用在該像素上的能量大