标定装置、标定系统及3D打印设备的制作方法

标定装置、标定系统及3d打印设备
技术领域
[0001]
本申请涉及3d打印领域，尤其涉及一种标定装置、标定系统及3d打印设备。


背景技术：

[0002]
3d打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、塑料和树脂等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3d打印设备通过执行该种打印技术制造3d物体。3d打印设备由于成型精度高在模具、定制商品、医疗治具、假体等领域具有广泛应用。
[0003]
目前常用的3d打印设备由于其振镜系统在使用一定时间后会产生偏差，从而导致在聚焦平面产生畸变，幅面越大畸变越明显，进而对成型件的尺寸精度影响越大。因此，为了提高成型件的尺寸精度，需要对振镜进行标定以消除由于畸变引起的尺寸偏差。目前常用的标定方式是设置与工作幅面相配合的标定板，进而进行标定。随着3d打印设备类型的增多，为每种打印幅面的3d打印设备配备单独的标定板是繁杂而容易出错的，同时不利于技术人员在上门标定时携带。


技术实现要素：

[0004]
鉴于以上所述相关技术的缺点，本申请的目的在于提供一种标定装置、标定系统及3d打印设备，用于解决现有技术中使用标定板不便于携带安装及操作的问题。
[0005]
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种标定装置，所述标定装置可拆卸地安装在3d打印设备的刮刀装置上，所述3d打印设备还包括光学系统，其中，所述标定装置包括：支架机构，用于将所述标定装置装配在所述刮刀装置上；驱动组件，设置在所述支架机构上，用于驱动所述支架机构沿所述刮刀装置长度方向移动；以及测量组件，设置在所述支架机构上，用于在所述驱动组件的带动下在所述光学系统所辐射的打印基准面内移动以获取所述光学系统的标定信息。
[0006]
在一些实施方式中，所述驱动组件包括：驱动电机，同步带以及滚轮机构，所述驱动电机驱动所述滚轮机构转动，以带动所述滚轮机构上的同步带传动。
[0007]
在一些实施方式中，所述支架机构包括第一组装件，用于装配所述驱动电机和滚轮机构。
[0008]
在一些实施方式中，所述支架机构还包括第二组装件，与所述驱动组件形成第一装配部件；所述第一装配部件用于可拆卸地安装在所述刮刀装置上。
[0009]
在一些实施方式中，所述测量组件包括：位移传感器，设置于所述支架机构上，用于检测所述标定装置沿所述刮刀装置移动期间的位置信息；其中，所述标定信息包括所述位置信息。
[0010]
在一些实施方式中，所述位移传感器为磁栅尺。
[0011]
在一些实施方式中，所述测量组件包括：光感应部件，用于获取所述光学系统所辐射光斑的光感应信息；其中，所述标定信息包括所述光感应信息。
[0012]
在一些实施方式中，所述支架机构包括：第三组装件，用于将所述光感应部件固定在所述支架机构与所述打印基准面的交接处。
[0013]
在一些实施方式中，所述光感应部件为光感器件或借由多个光感器件组成的光感阵列。
[0014]
在一些实施方式中，所述光感应部件为光斑位置检测器件。
[0015]
在一些实施方式中，所述支架机构还包括：第二装配部件，与所述刮刀装置结构配合，用于可拆卸地安装在所述刮刀装置上。
[0016]
本申请还提供一种标定系统，用于标定3d打印设备中的光学系统，所述标定系统包括：刮刀装置，跨设于所述光学系统所辐射的打印基准面上且沿所述打印基准面移动；如前所述的标定装置；以及控制装置，连接所述刮刀装置、所述光学系统以及所述标定装置，所述控制装置包括标定单元，所述标定单元基于所获取的标定信息对所述光学系统进行标定。
[0017]
在一些实施方式中，所述刮刀装置上设置有第二位移传感器，用于检测所述刮刀装置移动时在所述打印基准面中的位置信息。
[0018]
在一些实施方式中，所述第二位移传感器为磁栅尺。
[0019]
在一些实施方式中，所述刮刀装置具有凸出部，所述凸出部与所述标定装置的装配部件相配合。
[0020]
本申请还提供一种3d打印设备，包括：光学系统，用于提供光斑能量并通过光斑扫描选择性固化待成型的材料；容器，用于盛放所述待成型的材料；其中，所盛放的材料表面为打印基准面；如前所述的标定系统，利用所述标定系统对所述光学系统进行标定。
[0021]
在一些实施方式中，所述光学系统的数量为多个，其中，至少两个光学系统共用所述标定系统以对各所述光学系统进行标定；或者，每个光学系统单独配置所述标定系统以对各所述光学系统进行标定。
[0022]
综上所述，本申请的标定装置、标定系统及3d打印设备，具有以下有益效果：通过在标定装置上设置驱动组件、支架机构以及测量组件，使得标定装置能够通过支架机构可拆卸安装在刮刀装置上并通过驱动组件和测量组件获得标定装置的标定信息，解决了现有技术中使用标定板不便于携带安装及操作的问题。
附图说明
[0023]
本申请所涉及的实用新型的具体特征如所附权利要求书所显示。通过参考下文中详细描述的示例性实施方式和附图能够更好地理解本申请所涉及实用新型的特点和优势。对附图简要说明书如下：
[0024]
图1显示为3d打印设备在一实施方式中的结构示意图。
[0025]
图2显示为3d打印设备中的刮刀装置在一实施方式中的结构示意图。
[0026]
图3显示为3d打印设备中的控制装置在一实施方式中的结构示意图。
[0027]
图4显示为本申请标定系统在一实施方式中的结构示意图。
[0028]
图5显示为本申请标定装置在一实施方式中的结构示意图。
[0029]
图6a至图6c显示为本申请标定装置在一实施方式中的结构示意图。
[0030]
图7a至图7b显示为本申请标定系统中的刮刀装置和标定装置在一实施方式中的
装配结构示意图。
[0031]
图8显示为本申请标定系统在一实施方式中的标定过程图。
[0032]
图9显示为本申请利用光感器件在标定点处标定时一实施例中的示意图。
具体实施方式
[0033]
以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。
[0034]
在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
[0035]
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“a、b或c”或者“a、b和/或c”意味着“以下任一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
[0036]
通常，3d打印设备通过对由光固化材料的材料层进行逐层曝光固化并累积各固化层的方式打印三维物体。所述光固化材料通常指经光(例如为紫外光)照射后会形成固化层的材料，其包括但不限于：光敏树脂、或光敏树脂与其他材料的混合液等。所述其他材料举例包括陶瓷粉、色料等。所述打印设备中的光学系统可利用激光在材料层上进行扫描，并根据横截面层的图案中各像素点在材料层的对应位置固化材料层，以得到与横截面层图案一致的构建物体横截面。
[0037]
请参阅图1，其显示为3d打印设备在一实施方式中的结构示意图，其中，所述3d打印设备至少包括：容器1、光学系统2、带有构件平台4的z轴移动机构3、控制装置5以及刮刀装置(未图示)等。
[0038]
所述容器1用于盛放光固化材料，其中所述光固化材料包括任何易于光固化的液态材料或粉末材料，其液态材料举例包括：光固化树脂液，或掺杂了陶瓷粉末、颜色添加剂等混合材料的树脂液等。粉末材料包括但不限于：陶瓷粉末、颜色添加粉末等。所述容器的材质包括但不限于：玻璃、塑料、树脂等。容器所盛放的光固化材料表面所对应的固化材料层用于3d打印设备打印的构件物体中的一横截层。为此，光固化材料表面也成为了所述光学系统所辐射的打印基准面。所述光学系统2设置于所述3d打印设备的上部，其用于提供光斑能量并通过光斑扫描来选择性地固化待成型材料。在某些实施例中，所述光学系统可包含光源例如激光发生器、透镜组以及振镜组。其中，所述透镜组用以改变激光光路并调整激光束的聚焦位置，所述振镜组用以将所接收的横截面层图案转换成描绘点和连接点的路
径，并按照所描绘的点及路径控制所述激光束自容器开口照射到打印基准面，并在该打印基准面的二维空间内扫描，经所述光束扫描的光固化材料被固化成对应的图案固化层。在一具体示例中，所述振镜组可包括两个反射镜，用于改变光路以将激光光束投射到目标固化平面上，并且其中一个反射镜用于调整光束沿x轴方向移动，另一个反射镜用于调整光束沿y轴方向移动。
[0039]
所述控制装置5为包含处理器的电子设备，例如，所述控制装置为计算机设备、嵌入式设备、或集成有cpu的集成电路等。例如，请参阅图3，其显示为3d打印设备中的控制装置在一实施方式中的结构示意图，如图3所示，所述控制装置包括：处理单元51、存储单元52和多个接口单元53。
[0040]
各所述接口单元分别连接光学系统和z轴移动机构等3d打印设备中独立封装且通过接口传输数据的装置。所述装置还包括以下至少一种：提示装置、人机交互装置等。所述接口单元根据所连接的装置而确定其接口类型，其包括但不限于：通用串行接口、视频接口、工控接口等。例如，所述接口单元包括：usb接口、hdmi接口和rs232接口，其中，usb接口和rs232接口均有多个，usb接口可连接人机交互装置等，rs232接口连接检测装置和z轴移动机构，hdmi接口连接光学系统。
[0041]
所述存储单元用于存储3d打印设备打印所需要的文件包。所述文件包描述了分层后的三维模型等。所述存储单元包含非易失性存储器和系统总线。其中，所述非易失性存储器举例为固态硬盘或u盘等。所述系统总线用于将非易失性存储器与cpu连接在一起，其中，cpu可集成在存储单元中，或与存储单元分开封装并通过系统总线与非易失性存储器连接。
[0042]
所述处理单元包含：cpu或集成有cpu的芯片、可编程逻辑器件(fpga)、和多核处理器中的至少一种。所述处理单元还包括内存、寄存器等用于临时存储数据的存储器。所述处理单元一方面成为控制各装置依时序执行的工控单元，例如，所述处理单元在控制z轴移动机构将构件平台移动至相距预设打印基准面的一间距位置后，向光学系统传递分层图像，待光学系统完成照射以将光固化材料图案化固化后，再控制z轴移动机构带动构件平台调整并移动至相距预设打印基准面的一新的间距位置，重复上述曝光过程。
[0043]
当上述各装置、机构装配完成后，或者3d打印设备使用一段时间后光学系统的振镜(又叫扫描镜组)会产生偏差，从而导致所打印的三维物体的形状畸变，最终会影响成型件的尺寸精度。因此，需要对光学系统进行标定，以消除由于光学系统的偏差而引起的尺寸偏差。
[0044]
本申请提供一种标定系统。所述标定系统用于标定3d打印设备中的光学系统。请参阅图4，其显示为本申请标定系统在一实施方式中的结构示意图。如图所示，标定系统包括3d打印设备上的刮刀装置11和控制装置13、以及可拆卸装配在刮刀装置上的标定装置12，其中控制装置13连接刮刀装置11、标定装置12以及3d打印设备中的光学系统2。所述控制装置13包括标定单元(未图示)，用于基于所获取的标定信息对光学系统进行标定。
[0045]
所述标定装置12可拆卸地安装在所述刮刀装置11上。请参阅图5，其显示为本申请标定装置在一实施方式中的结构示意图。如图所示，标定装置包括支架机构121，驱动组件122，以及测量组件123。其中，支架机构121用于将标定装置装配在刮刀装置上；驱动组件122设置在支架机构121上，用于驱动支架机构121沿刮刀装置的长度方向移动；测量组件123设置在支架机构121上，用于在驱动组件122的带动下在光学系统所辐射的打印基准面
内移动以获取所述光学系统的标定信息。
[0046]
其中，所述支架机构121包含有支架本体，以及用于装配驱动组件、测量组件的多个装配组件。其中，支架本体为整体成型结构、或拼接结构，所述支架本体以及装配在所述支架本体上的各组件均受驱动组件的驱动整体移动。
[0047]
在一些实施例中，为维持标定装置在标定期间沿刮刀装置稳定移动，尽量不产生掉落、漂移等情况，所述支架机构包括与刮刀装置结构配合的第二装配部件，所述第二装配部件用于可拆卸地安装在刮刀装置上，以使得所述支架机构借由所述第二装配部件将所述标定装置装配在所述刮刀装置上。
[0048]
例如，请参阅图6a至图6c，其显示为本申请标定装置在一实施方式中的结构示意图。其中，图6a显示为标定装置在一实施方式中的立体结构示意图；图6b显示为图6a所示标定装置的主视图；图6c显示为图6a所示标定装置的左视图。如图6a所示，标定装置61包括驱动电机311、同步带312、滚轮机构313、第一组装件321、第二组装件322、第三组装件323、第二装配部件325、磁栅尺331、光感应部件332。对应地，第一组装件321、第二组装件322、第三组装件323以及第二装配部件325构成图5中的支架机构121。驱动电机311、同步带312以及滚轮机构313构成图5中的驱动组件122，其中，滚轮机构313包括主动轮3131、从动轮3132以及从动轮3133。磁栅尺331和光感应部件332构成图5中的测量组件123。
[0049]
其中第二装配部件325包含一凹槽结构，所述凹槽结构的槽体形状与刮刀装置中安装梁的梁体结构相配合。在某些实施方式中，所述刮刀装置的梁体结构包括凸出部，所述凸出部与第二装配部件的凹槽结构相配合，以使标定装置可拆卸地设置在刮刀装置上。例如，梁体结构为t字型，所述凹槽结构的槽体形状与t字型中突出部位的形状相配合。在装配时，梁体一侧的突出部位被插入第二装配部件中的槽体中，使得第二装配部件可随支架本体整体沿梁体移动。
[0050]
其中，为限制驱动组件的移动偏移，如图6c所示，所述槽体形状呈现口小内大的结构。对应地，安装梁的凸出部靠近梁体一侧较窄外沿一侧较宽。
[0051]
所述驱动组件122包含有驱动部件和从动部件。其中，驱动部件为通过能量转换将电能转换成动能的部件，其举例包括驱动电机等。所述从动部件为将驱动部件所提供的动能转换成可供标定装置整体沿刮刀装置双向移动的部件，其举例包括：滚轮机构、以及绕在所述滚轮机构上的同步带等。
[0052]
其中，所述驱动电机驱动所述滚轮机构转动，以带动所述滚轮机构上的同步带传动。其中，所述驱动电机包括但不限于：步进电机、伺服电机、直线电机等。
[0053]
在某些实施例中，所述驱动电机内置有传感器，例如，内置有用于测量驱动电机转动圈数的传感器，用于基于驱动电机转动圈数获得标定装置移动位移。
[0054]
所述滚轮机构可包括主动轮以及从动轮。在操作中，所述滚轮机构的主动轮在驱动电机的驱动下运动，并同时经由同步带的传动力带动从动轮运动，进而带动支架机构在刮刀装置上移动。
[0055]
对应地，所述支架机构包括用于装配所述驱动电机和所述滚轮机构的第一组装件。其中，在支架本体上设有装配孔，驱动电机的转动轴穿过所述装配孔接入滚动机构主动轮的轴心孔，并带动主动轮转动。第一组装件包括至少一个轴体，所述轴体的一端固定在支架本体上以形成与支架本体大致垂直的状态。从动轮的轴心孔穿入所述轴体。其中，所述轴
体的数量与从动轮的数量相同。当轴体的数量为多个时，其分散固定在支架本体上。
[0056]
以图6a为例，第一组装件321上装配有驱动电机311和滚轮机构313，其中，滚轮机构313包括主动轮3131、从动轮3132以及从动轮3133，驱动电机311通过例如螺栓固定在第一组装件321上且驱动电机的转动轴穿过第一组装件的装配孔。滚轮机构313的主动轮3131安装在驱动电机的转动轴上，从动轮3132和从动轮3133通过例如螺栓对称固定在第一组装件321上所安装的主动轮3131的侧下方，同步带布置在滚轮机构上以进行力的传递。在实际操作中，当驱动电机311驱动主动轮3131沿图6a中所示的顺时针方向转动时，在连接主动轮3131与从动轮3132的同步带的作用下，从动轮3132在刮刀装置上沿图6a中所示的x方向移动，进而安装在第一组装件321上的另一从动轮3133也沿图中所示的x方向移动，并收缩主动轮3131与从动轮3133之间的同步带，从而实现标定装置沿刮刀装置的移动操作。
[0057]
在另一些实施例中，为增加驱动组件在安装梁上移动的可控性，减少因驱动组件中的同步带与安装梁打滑而产生的测量不准确等情况，支架机构还包括第二组装件，所述第二组装件与驱动组件形成第一装配部件，所述第一装配部件用于可拆卸地安装在刮刀装置上。对应地，所述刮刀装置的安装梁上设有装配间隙，以与第一装配部件配合使用。
[0058]
以图6a为例，第一组装件321与第二组装件322通过例如螺栓连接，如图6a所示，第二组装件可为l型，在第二组装件322安装至第一组装件321上的同时与从动轮3132和从动轮3133构成第一装配部件，当将标定装置安装到刮刀装置时，第二组装件322穿过刮刀装置的安装梁上的装配间隙，使得从动轮3132和从动轮3133与刮刀装置的安装梁相接触，通过同步带的传动力带动支架机构在刮刀装置上移动。
[0059]
所述测量组件123用于在标定装置移动期间检测光学系统所辐射出的光束在打印基准面中的位置，并将所测量得到的光束及其在打印基准面的位置发送给3d打印设备中的控制装置，以供控制装置完成标定。
[0060]
在此，根据光学系统所辐射出的光束的角度，所述测量组件123测量光束在打印基准面所形成的光斑，并测量标定装置在打印基准面中的实际位置。
[0061]
在此，所述测量装置123至少包括光感应部件，其用于获取光学系统所辐射光斑的光感应信息。
[0062]
所述光感应部件是指能够感应光源例如激光的光能量并将光能量转换成电信号的器件。光感应部件与控制装置连接，当光束照射在光感应部件上时，光感应部件将光能量转换成光感应信息输出给控制装置。所述光感应部件可以包含单个光感器件、光感阵列或光斑位置检测器件。其中，所述光感阵列是藉由多个光感器件排布而成的。所述光斑位置检测器件是指能够感应光源例如激光的光能量并基于所述光能量获得位置信息的器件，例如psd(position sensitive device，位置传感器)、ccd(charge-coupled device，电荷耦合元件)、cmos(complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体)传感器、激光寻位传感器等。为了减少光感应部件的光干扰，在所述光感器件上覆盖一透光板。所述透光板上具有透光孔。透光板可以为不透光材料或光透射能力弱的材料制成，除透光孔外所述光感器件难于接收到使其产生光感应信号的光能量。另外，设置所述透光孔的孔径小于光斑直径以便于使用低成本的光电传感器进行光斑位置检测。类似地，所述光感阵列具有透光板，所述透光板上具有对应各光感器件的透光孔，所述透光孔的孔径小于光斑直径。
[0063]
此外，受光学系统所辐射的光斑能量影响，在光感应部件的选取时，需考虑光感应部件所能承受的功率密度。一种方式为，降低光学系统所辐射的功率密度。另一种方式为，所述光感应部件还包括光衰减镜片，其可降低透光孔所透进的光能量，以保护光感应部件使其正常工作。
[0064]
其中，所述光感应信息可以仅表示感应到光辐射，还可以表示所感应的光辐射强度。例如，所述光感应部件中包含光电二极管，当光束辐射到光电二极管上时，所述光感应部件输出表示感应到光辐射的光感应信息。又如，所述光感应部件中包含电荷耦合器件，当光束辐射到光电二极管上时，所述光感应部件输出包含光辐射强度值的光感应信息。所述光感应部件将所输出的光感应信息传递给标定装置。或者，所述光感应信息可以为基于获取到的光感应信息所输出的位置信息。
[0065]
为了将光感应部件维持在打印基准面上，所述支架机构还包括第三组装件，所述第三组装件用于将光感应部件固定在支架机构与打印基准面的交接处，使所述光感应部件的感应平面在实际打印面上，即，光感应部件的感应平面与打印基准面齐平。其中，所述第三组装件可以设置为与支架本体固定连接，也可以设置为在支架本体上滑动，使得所述第三组装件上设置的光感应部件与打印基准面齐平以获取光感应信息即可。
[0066]
以图6a为例，第三组装件323设置为呈l型结构的部件，其一端通过例如螺栓与第一组装件321连接，另一端设置有光感应部件332，使得光感应部件332的感应平面与打印基准面齐平，以获取光感应信息。此外，在一些示例中，第三组装件还可通过设置多个螺栓孔以便在通过螺栓连接时根据实际需求调整第三组装件与打印基准面之间的距离。
[0067]
所述测量组件123还包括位移传感器，所述位移传感器设置在支架机构上，用于检测标定装置沿刮刀装置移动期间的位置信息。在某些实施例中，所述位移传感器为磁栅尺，用以提供更精准的标定装置在所述打印基准面中沿刮刀装置移动期间的位置信息。在某些实施例中，在上述第一装配部安装在刮刀装置上之后，所述位移传感器可直接安装或经由其他方式例如经由u型结构的安装部等间接安装在在第二组装件上，以便检测标定装置在打印基准面中的位置信息。
[0068]
例如，所述位移传感器为速度传感器，用于测量标定装置的移动速度，然后控制装置基于位移传感器所提供的速度信息确定标定装置从初始位置至当前位置之间的距离以获得标定装置沿刮刀装置移动期间的位置信息。又如，所述位移传感器直接测量位移，可依据电磁感应检测磁波的数目实现位移测量与位置定位。
[0069]
以图6c为例，在标定装置的第二组装件322穿过刮刀装置上的装配间隙以完成驱动组件与刮刀装置之间的装配后，磁栅尺331可借由u型部件通过例如螺栓设置在第二组装件322末端，以用来检测标定装置沿刮刀方向移动的位置信息。
[0070]
在一具体示例中，如图6a-6c所示，标定装置61包括构成驱动组件的驱动电机311、同步带312、滚轮机构313，其中，滚轮机构313包括主动轮3131、从动轮3132以及从动轮3133；构成支架机构的第一组装件321、第二组装件322、第三组装件323、第二装配部件325；以及构成测量组件的磁栅尺331、光感应部件332。
[0071]
在本示例中，第一组装件321上装配有驱动电机311和滚轮机构313，其中，驱动电机311通过例如螺栓固定在第一组装件321上且驱动电机的转动轴穿过第一组装件的装配孔。滚轮机构313的主动轮3131安装在驱动电机的转动轴上，从动轮3132和从动轮3133通过
例如螺栓对称固定在第一组装件321上所安装的主动轮3131的侧下方，同步带布置在滚轮机构上以进行力的传递。
[0072]
此外，第二组装件322与第一组装件321通过例如螺栓连接，如图所示，第二组装件可为l型，在第二组装件322安装至第一组装件321上的同时与从动轮3132和从动轮3133构成第一装配部件。
[0073]
在与刮刀装置的配合中，为增加驱动组件在安装梁上移动的可控性，减少因驱动组件中的同步带与安装梁打滑而产生的测量不准确等情况，第二组装件322穿过刮刀装置的安装梁上的装配间隙，使得从动轮3132和从动轮3133与刮刀装置的安装梁相接触，通过同步带的传动力带动支架机构在刮刀装置上移动。另外，为维持标定装置在标定期间沿刮刀装置稳定移动，尽量不产生掉落、漂移等情况，第二装配部件325包含凹槽结构，与刮刀装置中的凸出部相配合，从而将标定装置可拆卸地设置在刮刀装置上。
[0074]
在标定装置的第二组装件322穿过刮刀装置上的装配间隙以完成驱动组件与刮刀装置之间的装配后，磁栅尺331借由u型部件通过例如螺栓设置在第二组装件322末端，以用来检测标定装置沿刮刀方向移动的位置信息。
[0075]
第三组装件323与第一组装件321通过例如螺栓连接，如图所示，第三组装件323设置为呈l型结构的部件，其一端通过例如螺栓与第一组装件321连接，另一端设置有光感应部件332，使得光感应部件332的感应平面与打印基准面齐平，以获取光感应信息。
[0076]
在实际操作中，当驱动电机311驱动主动轮3131沿图6a中所示的顺时针方向转动时，在连接主动轮3131与从动轮3132的同步带的作用下，从动轮3132在刮刀装置上沿图6a中所示的x方向移动，进而安装在第一组装件321上的另一从动轮3133也沿图中所示的x方向移动，并收缩主动轮3131与从动轮3133之间的同步带，从而实现标定装置沿刮刀装置的移动操作。另外，在标定装置沿刮刀装置移动期间，磁栅尺331获取标定装置的位置信息，光感应部件332获取光感应信息，所获取的位置信息和光感应信息作为标定信息传送给控制装置，以使其基于所述标定信息对3d打印设备的光学系统进行标定。
[0077]
另外，刮刀装置上还可以设置有第二位移传感器，用于检测所述刮刀装置移动时在所述打印基准面中的位置信息。在某些实施方式中，所述第二位置传感器为磁栅尺，用以提供更精准的刮刀装置在所述打印基准面中的位置信息。
[0078]
例如，所述位移传感器为速度传感器，用于测量刮刀装置的移动速度，然后控制装置基于位移传感器所提供的速度信息确定刮刀装置从初始位置至当前位置之间的距离以获得刮刀装置沿打印基准面移动期间的位置信息。又如，所述位移传感器直接测量位移，可依据电磁感应检测磁波的数目实现位移测量与位置定位。
[0079]
请参阅图7a至图7b，其显示为本申请标定系统中的刮刀装置和标定装置在一实施方式中的装配结构示意图。其中，图7a显示为刮刀装置和标定装置装配的立体结构示意图，图7b显示为刮刀装置和标定装置装配的主视图。如图所示，标定装置71包括第一装配部712以及第二装配部(未图示)，刮刀装置72包括具有凸出部(未图示)的安装梁721。在实际操作中，标定装置借由第一装配部712与刮刀装置的安装梁721装配，以及借由第二装配部与刮刀装置的凸出部相配合，以使得标定装置71能够在驱动组件713的驱动下沿刮刀装置72移动。
[0080]
应当说明的是，上述各元部件的连接方式以及形状结构仅为举例，本领域技术人
员可以根据用户需求和实际情况进行修改和变型，在此不再赘述。
[0081]
当将标定装置装配在刮刀装置上以进行标定操作时，所述控制装置中的标定单元根据从标定装置和刮刀装置上获取的标定信息对3d打印设备的光学系统进行标定。
[0082]
所述标定单元包括cpu或集成有cpu的芯片、可编程逻辑器件(fpga)、多核处理器中的至少一种。所述标定单元的处理器可以与控制装置中的处理器共用或可独立设置，再或者所述标定单元为借由所述控制装置所提供的硬件电路而向3d打印设备的光学系统提供标定的硬件和软件。
[0083]
所述标定单元基于对应所获取的光感应信息的实际位置信息、和实际位置信息对应的标定位置信息来对光学系统进行标定。在此，所述标定单元中预设了打印基准面内各标定点位置信息，并通过控制光感应装置来获取光学系统在辐射光斑到相应标定点时、或按照相应标定点辐射光斑时的光感应信息，并利用在获取到光感应信息时的光感应装置在打印基准面内的实际位移位置信息、或光学系统的振镜的实际偏转位置信息对光学系统进行标定。为此，在一些标定方式中，所述标定位置信息是指打印基准面中标定点的位置信息，用(x0，y0)来表示。在另一些标定方式中，所述标定位置信息是指光学系统中的振镜向标定点(x0，y0)辐射光斑时振镜的偏角信息，用(α0，β0)来表示。本领域技术人员应该理解，根据空间内直角三角形的边角关系，在已知上述两种标定位置信息中的一种标定位置信息时可通过计算得到另一种标定位置信息。
[0084]
请参阅图8，其显示为本申请标定系统在一实施方式中的标定过程图。如图所示，刮刀装置81通过前述的同步带机构在打印基准面内沿图中所示x方向移动，标定装置82通过前述的支架机构装配在刮刀装置81上并在前述的驱动组件的驱动下沿刮刀装置81移动，即在打印基准面内沿图中所示y方向移动，以使得标定装置可以在打印基准面内任意移动。本示例中，以刮刀装置沿图中所示x方向从位置a处移动至位置c处，标定装置82沿图中所示y方向移动从位置d处移动至位置e处为例。其中刮刀装置81在沿x方向从a处移动至c处时，可通过刮刀装置上设置的磁栅尺获取其位置信息，进而获得刮刀装置上装配的标定装置即光感应部件在x方向上的位置信息，标定装置82在沿y方向从d处移动至e处时，可通过标定装置上设置的磁栅尺获取其位置信息，进而获得光感应部件在y方向上的位置信息，基于此，即可获得光感应部件在打印基准面内的实际位置信息。或者，在标定装置82的光感应部件为光斑位置检测器的情况下，由于光斑位置检测器可以基于所接收的光斑辐射能量输出当前光斑位置信息，所以也可通过光斑位置检测器直接获取光感应部件在打印基准面内的实际位置信息。
[0085]
基于上述标定结构的描述，现以测量组件包括磁栅尺和光感器件为例，描述所述标定系统的工作过程。当控制装置控制光学系统向预设标定点位置(x0，y0)辐射光斑时，以标定位置信息和实际位置信息均由正交坐标中的位置数据表示为例描述所述标定系统的工作过程。其中，光感应部件在感应到光感应信息时在打印基准面内的实际位置信息可由刮刀装置上的磁栅尺和标定装置上的磁栅尺提供。
[0086]
请参阅图9，其显示为本申请利用光感器件在标定点处标定时一实施例中的示意图。如图所示，其中，实心圆点表示标定点位置c(x0，y0)，交叉线表示实际位置信息a(x1，y1)。在一种实施方式中，标定装置借由其驱动组件及刮刀装置在打印基准面内移动以通过刮刀装置上的磁栅尺和标定装置上的磁栅尺获取光斑在打印基准面内的实际位置信息，标
定系统确定所述打印基准面内的实际位置信息与所对应的标定位置信息之间的偏移量以对所述光学系统进行标定。当所述控制装置控制光学系统向预设标定点位置c(x0，y0)辐射光斑时，标定装置控制光感器件在相应标定点c(x0，y0)附近移动以使光感器件与光斑位置重合，并获得光感器件的实际位置信息a(x1，y1)。在获取到实际位置信息a(x1，y1)及所对应的标定位置信息c(x0，y0)时，所述控制装置计算所述实际位置信息a(x1，y1)和标定位置信息c(x0，y0)的偏移量，并将所得到的偏移量与对应标定位置信息保存在标定文件中。标定系统按照上述方式遍历各标定点位置，以得到在光学系统的打印幅面内振镜在各标定点位置的偏移量。其中，所述光感应装置包括光感器件或光感阵列，所述标定装置可以控制光感应装置采用下述方式移动以获得光斑位置即光感器件或光感阵列的实际位置信息a(x1，y1)：光感器件在以标定点为中心遍历整个区域(例如1cm
×
1cm区域)以获得光感应信息，并通过对遍历期间所获得的对应所有光感应信息的位置信息进行分析，以获得光斑中心的实际位置信息a(x1，y1)。所述控制装置可确定(δx，δy)为对应标定位置信息c(x0，y0)的偏移量。其中，δx＝(x
1-x0),δy＝(y
1-y0)。
[0087]
在另一种实施方式中，所述控制装置通过移动所述光学系统所辐射的光斑位置以便所述光感应装置在标定位置处输出相应的光感应信息，并确定所述光学系统的实际位置信息与所对应的标定位置信息之间的偏移量以对所述光学系统进行标定。当所述控制装置控制光学系统向预设标定点位置c(x0，y0)辐射光斑时，所述标定位置信息和实际位置信息还可以均由偏角坐标中的位置数据表示，即标定点位置c(x0，y0)可对应到光学系统中振镜的偏角坐标(α0，β0)。所述标定系统的工作过程如下：所述控制装置控制光学系统以标定位置(α0，β0)的偏角辐射光斑，同时光感应装置在标定装置的带动下移动至对应(α0，β0)的标定点位置c(x0，y0)。由于已描述过的原因，光斑在打印基准面的实际位置为a(x1，y1)，所述控制装置控制光学系统微调振镜偏角使得振镜以(α1，β1)偏角辐射到光感应装置所在的c(x0，y0)位置。所述控制装置计算所述实际位置信息(α1，β1)和标定位置信息(α0，β0)的偏移量，并将所得到的偏移量与对应标定位置信息保存在标定文件中。标定系统按照上述方式遍历各标定点位置，以得到在光学系统的打印幅面内振镜在各标定点位置的偏移量。其中，所述光感应装置包括光感器件或光感阵列，所述控制装置可以控制光学系统采用下述方式移动以获得振镜向标定位置(α0，β0)辐射时的实际偏差：光感应装置位于打印基准面内的、且对应(α0，β0)偏角的标定点位置c(x0，y0)，由控制装置控制光学系统以(α0，β0)为中心遍历整个区域(例如1cm
×
1cm区域)以获得光感应信息，并通过对遍历期间所获得的对应所有光感应信息的振镜偏角信息进行分析，以获得光斑中心位于标定点位置c(x0，y0)时所对应的偏角信息(α1，β1)，并由此确定振镜向标定位置(α0，β0)辐射时的实际偏差为(δα，δβ)，其中，δα＝(α
1-α0),δβ＝(β
1-β0)。
[0088]
此外，为了提高光感应装置在打印基准面内移动以获取光感应信息的效率，可以设置光感应装置包括借由多个光感器件组成的光感阵列，并且定义所述光感阵列中的一个光感器件为基准光感器件。在这种情况下，由于光感阵列包括多个光感器件，在移动光感阵列时只需根据任意一个光感器件获取到光感应信息并基于该光感器件与基准光感器件的位置关系信息即可计算得到光斑中心的位置。利用光感阵列在标定点处标定的实施方式与利用单个光感器件在标定点处标定的实施方式类似，在此不再赘述。
[0089]
本申请的标定系统，通过采用在标定装置上设置驱动组件、支架机构以及测量组
件，使得标定装置能够通过支架机构可拆卸地设置在刮刀装置上，并通过驱动组件在刮刀装置上自主移动，以及通过测量组件获得标定装置的标定信息，使标定系统基于所述标定信息对光学系统进行标定的技术方案，解决了现有技术中使用标定板不便于携带安装及操作、以及标定精度不高、一致性差的问题。
[0090]
本申请还提供一种3d打印设备，所述3d打印设备包括光学系统、容器以及前述的标定系统。
[0091]
其中，所述光学系统用于提供光斑能量并通过光斑扫描来选择性地固化待成型材料。其中，所述待成型材料为光固化材料。所述光固化材料包括任何易于光固化的液态材料，其液态材料举例包括：光固化树脂液，或掺杂了陶瓷粉末、颜色添加剂等混合材料的树脂液等。在某些实施例中，所述光学系统可包含光源例如激光发生器、透镜组以及振镜。在一具体示例中，所述振镜可包括两个反射镜，用于改变光路以将激光光束投射到目标固化平面上，并且其中一个反射镜用于调整光束沿x轴方向移动，另一个反射镜用于调整光束沿y轴方向移动。
[0092]
所述容器用于盛放待成型的材料，所盛放的材料表面为打印基准面。其中，所述材料包括但不限于：光固化树脂，或光固化树脂与色料、陶瓷等其他材料的混合物等。在基于sla的打印设备中所述打印基准面是待成型材料的水平面。
[0093]
所述3d打印设备利用前述的标定系统对光学系统进行标定。具体地，控制装置控制光学系统在打印基准面内辐射光斑，标定装置在驱动组件的驱动下在打印基准面内移动以获取标定信息，所述标定信息包括光感应信息及其位置信息，控制装置基于对应所获取的光感应信息的实际位置信息、和实际位置信息对应的标定位置信息，对光学系统进行标定。
[0094]
在一示例中，当所述控制装置控制光学系统向预设标定点位置c(x0，y0)辐射光斑时，标定装置控制光感器件在相应标定点c(x0，y0)附近移动以使光感器件与光斑位置重合，并获得光感器件的实际位置信息a(x1，y1)。在获取到实际位置信息a(x1，y1)及所对应的标定位置信息时，所述控制装置计算所述实际位置信息a(x1，y1)和标定位置信息c(x0，y0)的偏移量，并将所得到的偏移量与对应标定位置信息保存在标定文件中。
[0095]
在另一示例中，当所述控制装置控制光学系统向预设标定点位置c(x0，y0)辐射光斑时，所述标定位置信息和实际位置信息还可以均由偏角坐标中的位置数据表示，即标定点位置c(x0，y0)可对应到光学系统中振镜的偏角坐标(α0，β0)。所述标定系统的工作过程如下：所述控制装置控制光学系统以标定位置(α0，β0)的偏角辐射光斑，同时标定装置控制光感应装置移动至对应(α0，β0)的标定点位置c(x0，y0)。由于已描述过的原因，光斑在打印基准面的实际位置为a(x1，y1)，所述控制装置控制光学系统微调振镜偏角使得振镜以(α1，β1)偏角辐射到光感应装置所在的c(x0，y0)位置。所述控制装置计算所述实际位置信息(α1，β1)和标定位置信息(α0，β0)的偏移量，并将所得到的偏移量与对应标定位置信息保存在标定文件中。
[0096]
在实际应用中，3d打印设备的光学系统的数量可以为多个，在这种情况下，至少两个个光学系统可以共用一个标定系统以对各光学系统进行标定。或者，各光学系统可以单独使用与其对应的标定系统以分别对各光学系统进行标定。
[0097]
本申请的3d打印设备，通过采用可拆卸安装在刮刀装置上且借由其驱动组件沿刮
刀装置自主移动并借由其测量装置获取其标定信息的标定装置，使标定系统基于所述标定信息对光学系统进行标定的技术方案，解决了现有技术中使用标定板不便于携带安装及操作、以及标定精度不高、一致性差的问题。
[0098]
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

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