DLP面曝光3D打印机模型数据矫正
1. 概述
在使用DLP作为光源进行面曝光的3D打印系统中,我们经常会遇到投影机或者光机投射出来的光,发生变形,模糊的情况。这些情况容易导致如下一些问题:
- 打印模型表面有像素纹路,不够光滑
- 模型局部曝光分布不均匀,厚薄不一,在打印十分精细的零部件时尤为明显
- 光源发生梯形形变,导致数据会有偏差
- 镜头的折射而发生的物理偏差,导致单层发生桶形失真或者枕形失真
上述问题,在对打印模型精度要求不高时,暴露不明显,一旦打印模型要面向工业生产环境,这些问题就十分致命。本文给出了针对上述四个问题,目前比较通用的解决思路。
2. 像素纹
像素纹是由于投影分辨率的限制而导致的。通常,每个像素之间的距离为50~100um,这个距离是光源的初始的分辨率值,也是最小单元。这个最小单元之间的距离,会在模型成型后,在模型的表面形成一个个纹路,十分明显。目前工业界对这个问题,有如下几种解决的思路,在这里记录一下:
1. XY方向上,增加像素精度
通常,我们的曝光情况是如下的:
如何对现有的像素,进行进一步的分割呢?答案是移动投影,每次在XY方向,移动半个像素的距离。可以得到如下的效果:
通过移动整个曝光的位置,从而增添了模型边缘的像素分辨率,达到更加平滑的效果。
2. 对边缘引入抗锯齿模型
抗锯齿在很多领域都十分普遍,这里,我们将他用在3D打印机技术中,用以改善模型的表面光滑程度。对每个模型的边缘,我们可以单独提取出来,有了边缘后,单独对边缘曝光层,根据树脂的成型标准,进行抗锯齿处理。
对数据提取边缘:
提取边缘后,对边缘单独做抗锯齿处理:
3. 梯形形变
由于光源与投射面之间并不是完全平行的关系,这样就导致了梯形形变。梯形形变用手动来调,误差是非常大的,随便一下就差了零点几个毫米以上,因此,需要靠软件根据外部的测量结果,来进行矫正。
基本的实现思路如上图。
4. 光源不均匀
采用将一层模型分成40个区域,测取每个区域的光强值,根据整体的值来调整局部的每个值。
5. 鱼眼失真
投影的镜头,如果不是非常好的投影,很容易发生鱼眼失真,如下所示:
这里不能使用OpenCV提供的相机矫正库,原因是这个库要输入原始的校准黑背格图片,来获得原始输入的数据,而在3D打印机系统中,原始的数据是一个三维的立体模型,无法进行相机标定参数的确定。所以要结合打印测试的模型,来重新设计算法,实现消除鱼眼失真的方法。
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