一種基于機(jī)器視覺的光柵立體圖像平板打印機(jī)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器視覺的光柵立體圖像平板打印機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)光柵板基體上的立體打印，該打印機(jī)包括打印系統(tǒng)、視覺測量系統(tǒng)和糾偏處理系統(tǒng)，其中，所述視覺測量系統(tǒng)用于獲得打印系統(tǒng)上的光柵板圖像以檢測其位置和角度，所述糾偏處理系統(tǒng)根據(jù)該位置和角度計(jì)算其與打印圖像的位置偏差，然后根據(jù)該偏差控制所述打印系統(tǒng)作相應(yīng)的位置糾偏，從而在精確位置進(jìn)行打印獲得立體圖像。該發(fā)明針對現(xiàn)有光柵立體圖像印刷工藝中打印精度低、操作復(fù)雜、難以實(shí)現(xiàn)自動化等缺陷，采用機(jī)器視覺測量定位、機(jī)械和視覺輔助糾偏的方法，實(shí)現(xiàn)基于光柵板進(jìn)行立體圖像的打印，可提高材料適應(yīng)性、操作方便、打印精度高。
【專利說明】 一種基于機(jī)器視覺的光柵立體圖像平板打印機(jī)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種平板打印機(jī)，尤其是一種針對光柵板可自動對齊的進(jìn)行立體圖像打印的平板打印機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]光柵立體圖像一般由2幅以上的具有水平視差的圖像合成，經(jīng)過光柵折射，觀眾不需配戴特殊眼鏡即可觀看立體畫面。立體圖片可將人類的視覺由二維空間轉(zhuǎn)入三維空間，借以將景物的深度在立體圖片上復(fù)原以增加圖片的真實(shí)感。立體影像技術(shù)包括全息立體影像、光柵影像，以及半柱狀透鏡影像處理技術(shù)等。其中，采用光柵板來生成立體圖片的技術(shù)較為容易，主要涉及透鏡成像原理，是現(xiàn)在使用最廣泛的一種立體影像處理技術(shù)。該技術(shù)可使普通的平面圖像具備層次分明、立體可觸、結(jié)構(gòu)隨意的效果，給人以全新真實(shí)的視覺孚受。
[0003]目前，光柵立體印刷工藝主要有以下幾種:一種是直接印刷在光柵板的非凸面覆膜上；另一種是印刷在普通介質(zhì)上，再進(jìn)行對齊覆合在光柵板非凸面上。不同設(shè)備可與不同工藝組合使用，可以是經(jīng)CTP制版后直接使用UV膠印機(jī)印刷在光柵板上或是應(yīng)用銅版紙膠印后覆合在光柵板上，另有使用噴墨打印機(jī)直接打印在光柵板上或打印紙上后覆合。
[0004]當(dāng)采用圖像覆合的方法時(shí)，將打印介質(zhì)覆合到光柵板的過程相當(dāng)復(fù)雜耗時(shí)，難以保證圖像和光柵板棱柱精確對齊，另外該方法需要大量的膠黏劑，使打印介質(zhì)與光柵板牢固地粘貼在一起，其打印速度較慢，生產(chǎn)成本較高。
[0005]此外，平板打印機(jī)不需要像絲網(wǎng)印刷般制版，同時(shí)還可以完成絲網(wǎng)印刷實(shí)現(xiàn)不了的過渡色，可以根據(jù)客戶的需求小批量、個(gè)性化生產(chǎn)，甚至每次只生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品，免除了昂貴的制版費(fèi)用。平板打印機(jī)是一種“與物體非接觸”的噴墨印刷型高科技數(shù)碼打印設(shè)備，打印介質(zhì)在打印過程中保持靜止?fàn)顟B(tài)。與傳統(tǒng)噴墨打印機(jī)相比，平板打印機(jī)具有一些顯著優(yōu)點(diǎn)，如打印介質(zhì)無限制、打印介質(zhì)表面無限制和打印介質(zhì)厚度無限制等，突破了噴墨技術(shù)只能在軟質(zhì)材料上打印的限制，為開辟新的市場應(yīng)用領(lǐng)域帶來全新的商機(jī)。
[0006]在此的立體圖像，是對普通平面圖像進(jìn)行立體處理后，再將其覆加到光柵材料非凸面，人眼從光柵材料凸面定角度觀察才能觀看到立體效果。而光柵材料的折射非常精確，如果圖像的位置和角度與光柵板棱柱的重疊方式有偏差，立體圖像的前景和背景就不可避免會產(chǎn)生重影，導(dǎo)致人眼在觀看立體圖像時(shí)產(chǎn)生暈眼、眼花的現(xiàn)象。為使圖像達(dá)到好的立體效果，須保證立體處理后的圖像與光柵板的棱柱按一定的匹配規(guī)律精確對齊。
[0007]在現(xiàn)有的各種光柵立體圖片印刷工藝中，為保證這一點(diǎn)，均采用人工對齊的方式，耗時(shí)費(fèi)力，且圖片的立體效果精度難以保證。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有立體圖像打印機(jī)的不足，提供一種可實(shí)現(xiàn)立體圖像與光柵板棱柱自動匹配對齊，所打印圖片立體效果顯著、清晰的打印方法和平板打印機(jī)>J-U ρ?α裝直。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的一種基于機(jī)器視覺的光柵立體圖像平板打印機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)光柵板基體上的立體打印，其特征在于，該打印機(jī)包括打印系統(tǒng)、視覺測量系統(tǒng)和糾偏處理系統(tǒng)，其中，所述視覺測量系統(tǒng)用于獲得打印系統(tǒng)上的光柵板圖像以檢測其位置和角度，所述糾偏處理系統(tǒng)根據(jù)該位置和角度計(jì)算其與打印圖像的位置偏差，然后根據(jù)該偏差控制所述打印系統(tǒng)作相應(yīng)的位置糾偏，從而在精確位置進(jìn)行打印獲得立體圖像。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述的打印系統(tǒng)包括打印機(jī)主體，該打印機(jī)主體具有:第一方向驅(qū)動模塊，其設(shè)置在底座上，用于實(shí)現(xiàn)相對該底座沿第一方向的平動；設(shè)置在該第一方向驅(qū)動模塊上的第二方向調(diào)節(jié)模塊，其可在該第一方向驅(qū)動模塊上相對其沿第二方向平動；載物臺，其設(shè)置在所述第二方向調(diào)節(jié)模塊上，其作為打印平臺以支撐打印圖像；第三驅(qū)動模塊，其通過立架設(shè)置在所述載物臺的上方，其上設(shè)置有打印頭，該第三驅(qū)動模塊可帶動所述打印頭相對所述載物臺沿第三方向平動，從而實(shí)現(xiàn)打印頭相對基座的三維運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)立體打印。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述第一驅(qū)動模塊包括直線驅(qū)動模組和直線導(dǎo)軌，該直線導(dǎo)軌上設(shè)置有可相對滑動的滑塊，通過該直線驅(qū)動模組驅(qū)動該滑塊在該直線導(dǎo)軌上滑動，實(shí)現(xiàn)所述沿第一方向的平動。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述滑塊上設(shè)置有第一傳動板，所述第二方向調(diào)節(jié)模塊包括設(shè)置在該第一傳動板上。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述第三驅(qū)動模塊包括設(shè)置在立架上的第三驅(qū)動模組，所述打印頭與該第三驅(qū)動模組動力相連，可驅(qū)動該打印頭相對所述載物臺在第三方向平動。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述打印機(jī)主體還具有轉(zhuǎn)動模塊，其設(shè)置在所述第二方向調(diào)節(jié)模塊上，并與所述載物臺固定連接，其可帶動所述載物臺在所述第一方向和第三方向構(gòu)成的平面上轉(zhuǎn)動，以實(shí)現(xiàn)對所述載物臺的角度控制。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述第二方向調(diào)節(jié)模塊具有第二傳動板，所述調(diào)節(jié)模塊包括設(shè)置在該第二傳動板上的兩對心布置的圓弧滾動導(dǎo)軌，各圓弧導(dǎo)軌上設(shè)置有可相對滑動的滑塊，所述載物臺與所述兩滑塊固定連接，通過該兩滑塊帶動所述載物臺在平面上的轉(zhuǎn)動。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述載物臺的板面上分區(qū)域開有細(xì)孔，以作為真空吸附孔，不同區(qū)域細(xì)孔下方分別密封聯(lián)接不同氣體管道，各氣體管道另一端與真空發(fā)生器相聯(lián)接，通過真空發(fā)生器產(chǎn)生負(fù)壓，對載物臺上的打印介質(zhì)進(jìn)行吸附固定。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述打印機(jī)主體還包括裝夾模塊，其具體包括若干個(gè)L形夾具，以及輔助夾緊單元，用于實(shí)現(xiàn)光柵板的固定。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述視覺測量系統(tǒng)包括第一方向驅(qū)動定位裝置、設(shè)置在該第一方向驅(qū)動定位機(jī)構(gòu)上可相對其沿第二方向運(yùn)動的第二方向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、設(shè)置在該第二方向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上可相對其沿第三方向平動的第三方向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以及相機(jī)，該相機(jī)固定設(shè)置在所述第三方向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，所述相機(jī)通過該第一方向驅(qū)動定位機(jī)構(gòu)、第二方向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和第三方向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)進(jìn)行三維立體運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對打印系統(tǒng)上的光柵板圖像的位置和角度的檢測。
[0019]按照本發(fā)明的另一方面，提供一種利用上述的打印機(jī)進(jìn)行光柵立體圖形平板打印的方法，其特征在于，該方法具體包括:
[0020](I)在所述載物臺上適當(dāng)位置鋪設(shè)打印紙，并在打印紙上打印初始基準(zhǔn)線；
[0021](2)利用所述視覺測量系統(tǒng)采集圖像，通過數(shù)字圖像處理測得所述初始基準(zhǔn)線在圖像坐標(biāo)系中相對于圖像坐標(biāo)系X正向的角度Θ。；
[0022](3)在載物臺上布置光柵板，調(diào)節(jié)裝夾模塊對所述光柵板進(jìn)行粗定位及固定，開啟光柵板所在區(qū)域的真空吸附，光柵板在夾具及負(fù)壓作用下得以固定；
[0023](4)通過數(shù)字圖像處理測得光柵板棱柱線在圖像坐標(biāo)系中相對于圖像坐標(biāo)系X正向的角度Q1，從而計(jì)算得出所述初始基準(zhǔn)線與光柵板棱柱線的角度差δ = O1-O05
[0024](5)將所述初始基準(zhǔn)線旋轉(zhuǎn)對應(yīng)的角度偏差δ，并再次打印旋轉(zhuǎn)后的基準(zhǔn)線，理論上其應(yīng)與光柵板上的棱柱線平行；
[0025](6)測量旋轉(zhuǎn)后基準(zhǔn)線的X向基準(zhǔn)線與光柵板上任一光柵棱柱線的距離L ；
[0026](7)根據(jù)所述角度偏差和距離對所需打印的立體圖像進(jìn)行印前旋轉(zhuǎn)和平移操作，使得打印圖像與光柵棱柱的位置對齊，之后即可通過打印頭進(jìn)行打印，實(shí)現(xiàn)立體圖像打印。
[0027]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述的步驟(7)中，具體旋轉(zhuǎn)和平移過程為:首先，控制所述轉(zhuǎn)動模塊使載物臺旋轉(zhuǎn)角度差δ，然后，修改所需打印的光柵立體圖像的打印參數(shù)，使其在圖像中平移距離L對應(yīng)的像素?cái)?shù)，即可實(shí)現(xiàn)打印圖像與光柵棱柱的位置對齊。
[0028]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述角度值Qtl和Q1均為多次測量取均值的結(jié)果，以提高精確度和減小數(shù)字圖像處理的誤差。
[0029]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述第一方向、第二方向和第三方向相互垂直，形成空間三維方向。
[0030]本發(fā)明的打印系統(tǒng)用于施行圖像打印任務(wù)及輔助糾偏工作，視覺測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)立體圖像和光柵板棱柱的角度、位置測量；糾偏處理系統(tǒng)完成檢測圖像的計(jì)算處理和立體圖像的糾偏工作。
[0031]本發(fā)明的打印系統(tǒng)包括底座、外殼、上翻保護(hù)蓋、打印機(jī)主體、墨盒以及控制面板。所述底座上安裝打印機(jī)主體X向驅(qū)動模塊、立架、外殼以及視覺檢測模塊安裝座；所述外殼上安裝布置了打印機(jī)第二控制面板，內(nèi)部設(shè)置一箱體，放置各控制組件。所述上翻保護(hù)罩通過鉸鏈與立架連接。所述打印機(jī)主體包括載物臺、X向驅(qū)動模塊、Z向調(diào)節(jié)模塊、轉(zhuǎn)動模塊、立架、打印頭、Y向驅(qū)動模塊以及裝夾模塊。所述立架左右兩側(cè)分別安裝墨盒，墨盒內(nèi)有不同墨水的多個(gè)儲液盒，頂部安裝所述Y向驅(qū)動模塊，前側(cè)安裝布置了打印機(jī)第一控制面板。
[0032]所述X向驅(qū)動模塊安裝在所述底座上，包括一個(gè)直線驅(qū)動模組以及分別布置于兩側(cè)的支承用的直線導(dǎo)軌，X向傳動板連接著直線導(dǎo)軌上的滑塊；所述Z向調(diào)節(jié)模塊安裝在X向傳動板上，包括布置在前側(cè)的兩根導(dǎo)桿、在后側(cè)的兩組滾珠絲桿及其驅(qū)動電機(jī)和制動器，其中一滾珠絲杠受電機(jī)及制動器驅(qū)動控制，兩組滾珠絲杠副通過同步帶實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的一致性，可實(shí)現(xiàn)對安裝于其上的Z向傳動板的位置控制；若干型材通過連接件安裝在Z向傳動板上，型材構(gòu)成的桁架的兩側(cè)分別安裝圓弧滾動導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上分別有兩個(gè)滑塊，兩側(cè)圓弧滾動導(dǎo)軌同心布置，其圓心位于載物臺中心；所述載物臺與圓弧滾動導(dǎo)軌上的滑塊連接，其中心位置連接驅(qū)動電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)載物臺的角度位置控制。[0033]本發(fā)明中，所述轉(zhuǎn)動模塊受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，可根據(jù)糾偏中的計(jì)算機(jī)處理結(jié)果實(shí)現(xiàn)相應(yīng)指定角度的偏轉(zhuǎn)。
[0034]本發(fā)明中，所述Z向調(diào)節(jié)模塊可實(shí)現(xiàn)對載物臺Z向位置的手動調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同厚度產(chǎn)品的打印。
[0035]本發(fā)明中，所述裝夾模塊包括L形夾具和輔助夾緊單元，L形夾具布置在載物臺的一角，輔助夾緊單元布置在載物臺的右側(cè)。所述L形夾具為一種磁吸性材料，在所述載物臺右側(cè)角處，嵌入了電磁鐵，外置了控制開關(guān)，通過控制載物臺內(nèi)部電磁鐵的得電與否，可實(shí)現(xiàn)L形夾具的固定與否的控制。所述輔助夾緊單元包括薄型壓片、導(dǎo)向安裝件和旋鈕，其X方向位置可通過調(diào)節(jié)型材內(nèi)嵌的螺帽的位置進(jìn)行調(diào)整；所述導(dǎo)向安裝件連接安裝在與載物臺固定連接的型材框體上，并開有兩個(gè)導(dǎo)向孔；所述薄型壓片一側(cè)焊接了兩根螺栓，該螺栓穿過所述導(dǎo)向安裝件與所述旋鈕配合使用，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕，可對薄型壓片的上下位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述裝夾模塊可實(shí)現(xiàn)打印介質(zhì)的快速粗定位及對打印介質(zhì)的夾緊固定和放松動作。
[0036]本發(fā)明中，所述載物臺板面上分區(qū)域開有細(xì)孔，不同區(qū)域細(xì)孔下方分別密封聯(lián)接不同氣體管道，氣體管道另一頭與一真空發(fā)生器相聯(lián)接；所述載物臺在真空發(fā)生器作用下，可對置于其上進(jìn)行打印的光柵板所在區(qū)域進(jìn)行吸附，配合裝夾模塊實(shí)現(xiàn)打印介質(zhì)的快速定位及保證光柵板在打印過程中保持位置固定。
[0037]本發(fā)明中，所述立架與載物臺在Y方向留有足夠間隔空間，保證載物臺在某一范圍內(nèi)角度旋轉(zhuǎn)后不會與立架發(fā)生干涉或碰撞。
[0038]本發(fā)明中，所述打印頭，受所述Y向驅(qū)動模塊控制，實(shí)現(xiàn)Y向運(yùn)動和定位。
[0039]本發(fā)明中，所述視覺測量系統(tǒng)包括X向驅(qū)動定位裝置、Z向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、Y向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、相機(jī)和光源；所述視覺測量系統(tǒng)安裝在所述底座的一特定安裝座上。所述X向驅(qū)動定位裝置可實(shí)現(xiàn)自動控制，運(yùn)動區(qū)域可覆蓋打印頭至載物臺最前端。所述Z向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和Y向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)均可手動操作。
[0040]本發(fā)明中，所述的光源為相機(jī)進(jìn)行視覺測量提供光照環(huán)境，確保相機(jī)對圖像的成功采集。所述相機(jī)安裝在Y向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，相機(jī)的位置由X向驅(qū)動定位裝置、Z向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和Y向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)共同作用確定。
[0041]本發(fā)明中，所述糾偏處理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像處理，并根據(jù)處理結(jié)果對所需打印的立體圖像進(jìn)行打印參數(shù)修改，執(zhí)行定量旋轉(zhuǎn)和平移操作；以及可將處理結(jié)果傳輸至控制器，控制所述打印系統(tǒng)中轉(zhuǎn)動模塊進(jìn)行指定角度旋轉(zhuǎn)。
[0042]本發(fā)明中為實(shí)現(xiàn)圖像與光柵板的匹配和準(zhǔn)確對齊，提供了一種基于機(jī)器視覺的圖像檢測糾偏辦法。主要包括以下步驟:
[0043](I)打印前，需在載物臺上適當(dāng)位置鋪設(shè)一層打印紙，首先在所述打印系統(tǒng)中輸送板上的打印紙上打印初始基準(zhǔn)線；
[0044](2)開啟視覺測量模塊，采集圖像，通過數(shù)字圖像處理方法測得上述(I)中打印的初始基準(zhǔn)線在圖像坐標(biāo)系中相對于圖像坐標(biāo)系X正向的角度Θ。；
[0045](3)在所述打印系統(tǒng)中載物臺上的合適位置布置光柵板，調(diào)節(jié)裝夾模塊對其進(jìn)行粗定位及固定，開啟光柵板所在區(qū)域的真空吸附管路；通過數(shù)字圖像處理方法測得光柵板棱柱線在圖像坐標(biāo)系中相對于圖像坐標(biāo)系X正向的角度Q1(所述角度值Qtl和Q1，均為多次測量取均值的結(jié)果，由此可提高精確度和減小數(shù)字圖像處理的誤差)，從而計(jì)算得出上述
(I)中初始基準(zhǔn)線與光柵板棱柱線的角度差δ = Θ Θ0；
[0046](4)將上述(I)中的初始基準(zhǔn)線旋轉(zhuǎn)對應(yīng)的角度偏差δ，再次打印該基準(zhǔn)線(旋轉(zhuǎn)后基準(zhǔn)線)，所述旋轉(zhuǎn)后基準(zhǔn)線理論上應(yīng)該與光柵板上的棱柱線完全平行；
[0047](5)利用數(shù)字圖像處理的方法測量上述(4)中旋轉(zhuǎn)后基準(zhǔn)的X向基準(zhǔn)線與光柵板上某一光柵棱柱線的距離L(因旋轉(zhuǎn)后的基準(zhǔn)線與光柵板棱柱平行，因此距離測量的位置不影響測量的距離，該測量值也為多次測量取均值的結(jié)果)；
[0048](6)對所需打印的立體圖像進(jìn)行印前旋轉(zhuǎn)和平移的糾偏操作，具體操作方法為:首先，通過控制器控制轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)角度差δ，解決角度偏斜問題，然后，修改打印參數(shù)設(shè)置，使圖像平移距離L對應(yīng)的像素?cái)?shù)，以解決打印圖像與光柵棱柱的位置對齊問題。至此，圖像糾偏操作完畢，下面即可進(jìn)行打印操作。
[0049]總體而言，本發(fā)明利用視覺系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集，再通過數(shù)字圖像處理的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，據(jù)此對所打印圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和平移，并結(jié)合載物臺的定角度旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)圖像與光柵板的匹配和精確對齊。具體地，其相對現(xiàn)有技術(shù)具有如下技術(shù)優(yōu)勢:
[0050](I)采用機(jī)器視覺自動定位和機(jī)械裝置自動姿態(tài)調(diào)整的方式，避免了傳統(tǒng)手工定位、主觀對齊勞動強(qiáng)度大、效率低等缺陷；
[0051](2)將傳統(tǒng)的二維圖像抽條立體化、視覺測量、機(jī)械糾偏控制融為一體，降低了操作人員的操作復(fù)雜度，方便使用；
[0052](3)該基于機(jī)器視覺的光柵立體圖像平板打印機(jī)具有對打印介質(zhì)無限制，打印介質(zhì)表面無限制，打印介質(zhì)厚度無限制等優(yōu)點(diǎn)，突破了傳統(tǒng)噴墨技術(shù)只能在軟質(zhì)材料上打印的局限性，為開辟新的市場應(yīng)用帶來全新的商機(jī)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0053]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的平板打印機(jī)整體結(jié)構(gòu)三維圖；
[0054]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的平板打印機(jī)三維結(jié)構(gòu)分解圖；
[0055]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的平板打印機(jī)主體結(jié)構(gòu)三維圖(拆去底座、保護(hù)殼、打印頭前側(cè)擋板)；
[0056]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的平板打印機(jī)轉(zhuǎn)動模塊機(jī)構(gòu)三維圖；
[0057]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的平板打印機(jī)裝夾模塊及載物臺裝配分解圖；
[0058]圖6是本發(fā)明實(shí)施例的平板打印機(jī)裝夾模塊輔助夾緊單元三維圖；
[0059]圖7是本發(fā)明實(shí)施例的打印機(jī)在打印過程中對圖像進(jìn)行視覺檢測過程的示意圖；
`[0060]圖8中a-e分別是圖像檢測糾偏辦法流程各步驟的示意圖。
[0061]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同部件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0062]100-打印機(jī)主體182-導(dǎo)向安裝件
[0063]110-打印系統(tǒng)X向驅(qū)動模塊 183-旋鈕
[0064]120-立架184-L形夾具
[0065]130-打印系統(tǒng)Z向調(diào)節(jié)模塊 200-視覺檢測系統(tǒng)
[0066]140-打印系統(tǒng)轉(zhuǎn)動模塊210-相機(jī)X向驅(qū)動定位裝置
[0067]141-轉(zhuǎn)動模塊連接件220-相機(jī)Z向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)[0068]142-轉(zhuǎn)動模塊桁架結(jié)構(gòu)230-相機(jī)Y向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)
[0069]143-圓弧滾動導(dǎo)軌240-相機(jī)
[0070]144-圓弧導(dǎo)軌滑塊300-墨盒
[0071]150-載物臺400-上翻保護(hù)蓋
[0072]160-打印頭Y向驅(qū)動裝置510-第一控制面板
[0073]170-打印頭520-第二控制面板
[0074]180-裝夾模塊600-底座
[0075]181-薄型壓片700-外殼
[0076]801-真空吸附孔807-旋轉(zhuǎn)后基準(zhǔn)線
[0077]802-計(jì)算機(jī) 808-糾偏后圖像相對于輸
[0078]803-控制器送板的打印位置
[0079]804-光柵板809-初始圖像相對于輸送
[0080]805-初始基準(zhǔn)線板的打印位置。
[0081]806-視覺測量對象框
【具體實(shí)施方式】
[0082]為使本發(fā)明的技術(shù)方案與優(yōu)點(diǎn)表達(dá)得更加清楚明白，下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，作進(jìn)一步的說明。此處說明若涉及到具體實(shí)例時(shí)僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。此外，下面描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。
[0083]如圖1和圖2所示，本實(shí)施例的打印系統(tǒng)包括打印機(jī)主體100、墨盒300、控制面板500、底座600以及上翻保護(hù)蓋400和外殼700。在設(shè)備中，底座600上安裝打印機(jī)主體的X向驅(qū)動模塊、立架、外殼以及視覺檢測系統(tǒng)安裝座；外殼700上安裝布置了打印機(jī)第二控制面板520，主要功能是實(shí)現(xiàn)打印機(jī)主體各運(yùn)動模塊的手動控制、對視覺測量模塊中相機(jī)的X向位置進(jìn)行調(diào)節(jié)以及氣路控制；外殼700內(nèi)部設(shè)置一箱體，放置各控制組件；上翻保護(hù)蓋400通過鉸鏈與打印機(jī)主體連接。
[0084]如圖1和圖3所示，打印機(jī)主體100包括X向驅(qū)動模塊110、立架120、Z向調(diào)節(jié)模塊130、轉(zhuǎn)動模塊140、載物臺150、打印頭Y向驅(qū)動模塊160、打印頭170以及裝夾模塊180。
[0085]其中，立架120的左右兩側(cè)分別安裝墨盒，墨盒內(nèi)有不同墨水的多個(gè)儲液盒，通過輸液軟管連通打印頭，頂部安裝打印機(jī)主體的Y向驅(qū)動模塊160，前側(cè)安裝布置了打印機(jī)第一控制面板510，主要控制設(shè)備電源、打印機(jī)設(shè)置等。
[0086]載物臺150受X向驅(qū)動模塊110控制，實(shí)現(xiàn)X向運(yùn)動和定位；載物臺150還具有Z向自由度，通過Z向調(diào)節(jié)模塊130可實(shí)現(xiàn)Z向位置的手動調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同厚度產(chǎn)品的打??；載物臺150還受轉(zhuǎn)動裝置140控制，可實(shí)現(xiàn)在XY平面上的角度位置的調(diào)整。載物臺150板面上分區(qū)域開有細(xì)孔(真空吸附孔801，如圖4所示)，不同區(qū)域細(xì)孔下方分別密封聯(lián)接不同氣體管道，氣體管道另一頭與一真空發(fā)生器相聯(lián)接。目的在于通過真空發(fā)生器產(chǎn)生負(fù)壓，對載物臺上的打印介質(zhì)進(jìn)行吸附固定，吸附孔分屬不同管路控制，可根據(jù)輸送板上打印對象規(guī)格大小以及所在的位置的不同而開啟不同區(qū)域的控制管路，實(shí)現(xiàn)分區(qū)域吸附。
[0087]X向驅(qū)動模塊110安裝在打印機(jī)底座600上，包括一個(gè)直線驅(qū)動模組以及分別布置于兩側(cè)的直線導(dǎo)軌，X向傳動板連接著直線導(dǎo)軌上的滑塊。Z向調(diào)節(jié)模塊130安裝在X向傳動板上，包括布置在前側(cè)的兩根導(dǎo)桿、在后側(cè)的兩組滾珠絲桿副及其驅(qū)動電機(jī)和制動器，其中一滾珠絲杠受電機(jī)及制動器驅(qū)動控制，兩組滾珠絲杠副通過同步帶實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的一致性，可實(shí)現(xiàn)對安裝于其上的Z向傳動板的位置控制。
[0088]如圖4所示，轉(zhuǎn)動模塊140的實(shí)現(xiàn)是通過將若干型材通過連接件141安裝在Z向傳動板上，型材構(gòu)成的桁架142的兩側(cè)上分別安裝圓弧滾動導(dǎo)軌143，導(dǎo)軌上分別有兩個(gè)滑塊144,兩側(cè)圓弧滾動導(dǎo)軌同心布置,其圓心位于載物臺150的中心。載物臺150與圓弧滾動導(dǎo)軌上的滑塊連接，其中心位置連接步進(jìn)電機(jī)及減速器，以實(shí)現(xiàn)載物臺150的角度位置控制。轉(zhuǎn)動模塊140受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，可根據(jù)糾偏辦法中計(jì)算機(jī)處理結(jié)果偏轉(zhuǎn)相應(yīng)指定角度。另外，立架120與載物臺150在Y方向留有足夠間隔空間，保證載物臺在某一范圍內(nèi)角度旋轉(zhuǎn)后不會與立架發(fā)生干涉或碰撞。
[0089]如圖5和圖6所示，裝夾模塊180包括L形夾具184以及輔助夾緊單元，L形夾具184布置在載物臺的一角，輔助夾緊單元布置在載物臺的右側(cè)。所述L形夾具184為一種磁吸性材料，在載物臺右側(cè)角處，嵌入了電磁鐵，外置了控制開關(guān)，通過控制載物臺內(nèi)部電磁鐵的得電與否，可實(shí)現(xiàn)L形夾具184的固定與否的控制。所述輔助夾緊單元包括薄型壓片181、導(dǎo)向安裝件182和旋鈕183，其X方向位置可通過調(diào)節(jié)型材內(nèi)嵌的螺帽的位置進(jìn)行調(diào)整。其中，導(dǎo)向安裝件182連接安裝在與載物臺固定連接的型材框體上，并開有兩個(gè)導(dǎo)向孔；薄型壓片181—側(cè)焊接了兩根螺栓，該螺桿穿過導(dǎo)向安裝件的導(dǎo)向孔與旋鈕183配合使用，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕，可對薄型壓片181的上下位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述裝夾模塊180可實(shí)現(xiàn)打印介質(zhì)的快速粗定位及對打印介質(zhì)的夾緊固定和放松動作。
[0090]打印頭170受一 Y向驅(qū)動裝置160控制，實(shí)現(xiàn)Y向運(yùn)動和定位。
[0091 ] 如圖3所示，視覺測量系統(tǒng)200包括X向驅(qū)動定位裝置210、Z向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)220、Y向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)230、相機(jī)240以及光源(圖中未畫出)。X向驅(qū)動定位裝置210可實(shí)現(xiàn)自動控制，運(yùn)動區(qū)域可覆蓋打印頭至載物臺最前端；Y向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)220和Z向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)230均可手動操作；相機(jī)240安裝在Y向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)230上。相機(jī)240的位置由X向驅(qū)動定位裝置210、Ζ向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)220和Y向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)230共同作用確定。光源為相機(jī)240進(jìn)行視覺檢測提供照明。
[0092]如圖7所示，本平板打印機(jī)對應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件處理系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算處理結(jié)果可對所需打印的立體圖像進(jìn)行打印參數(shù)修改，執(zhí)行定量旋轉(zhuǎn)和平移操作，以及可將處理結(jié)果傳輸至控制器以控制所述打印系統(tǒng)中轉(zhuǎn)動模塊進(jìn)行指定角度旋轉(zhuǎn)。
[0093]進(jìn)行光柵立體圖像打印時(shí)，首先將平板打印機(jī)進(jìn)行初始化設(shè)置，進(jìn)入準(zhǔn)備打印狀態(tài)；然后開啟視覺測量系統(tǒng)，并對相機(jī)進(jìn)行粗定位，以方便后期對相機(jī)視野的精確定位。打印前需在所述平板打印機(jī)載物臺上適當(dāng)位置鋪設(shè)一層可更換的小型打印紙。光柵立體圖像平板打印機(jī)視覺糾偏方法的步驟如下所示:
[0094]1、開啟光柵立體圖像平板打印機(jī)并進(jìn)行初始化設(shè)置，如圖8_a所示，在所述打印紙上打印出沿X、Y方向的初始基準(zhǔn)線805 (即零位線)。
[0095]2、開啟視覺測量系統(tǒng)，如圖8_b所示，通過數(shù)字圖像技術(shù)測量出所述初始基準(zhǔn)線805在圖像坐標(biāo)系中相對于圖像坐標(biāo)系X正向的角度Θ。。
[0096]3、根據(jù)基準(zhǔn)線位置適當(dāng)布置光柵板804，調(diào)節(jié)裝夾模塊180進(jìn)行粗定位及固定，所述光柵板非凸面朝上，其棱柱方向沿X方向布置，根據(jù)光柵板在載物臺上所在區(qū)域開啟對應(yīng)區(qū)域的真空管路，對光柵板進(jìn)行吸附固定。如圖8-C所示，通過數(shù)字圖像技術(shù)測量出所述光柵板棱柱線在圖像坐標(biāo)系中相對于圖像坐標(biāo)系X正向的角度Q1(所述角度值Qtl和Q1,均為多次測量取均值的結(jié)果，由此可提高精確度和減小數(shù)字圖像處理的誤差)。
[0097]4、根據(jù)所述測量得到的角度Θ ^和Θ i，可計(jì)算得出所述初始基準(zhǔn)線805與光柵板棱柱線的角度差S = Θ r0 ^，再將所述初始基準(zhǔn)線805旋轉(zhuǎn)對應(yīng)的角度偏差δ，如圖8-d所示，打印另一基準(zhǔn)線(旋轉(zhuǎn)后基準(zhǔn)線807)，所述旋轉(zhuǎn)后基準(zhǔn)線807與初始基準(zhǔn)線805的角度差等于所述初始基準(zhǔn)線805與光柵板804棱柱線的角度差δ，理論上所述旋轉(zhuǎn)后基準(zhǔn)中沿X向基準(zhǔn)線應(yīng)該與光柵板上的棱柱線完全平行。
[0098]5、如圖8-d所示，通過數(shù)字圖像處理的方法測量所述旋轉(zhuǎn)后基準(zhǔn)的X向基準(zhǔn)線與光柵板上某一光柵棱柱線的距離L(因旋轉(zhuǎn)后的基準(zhǔn)線與光柵板棱柱平行，因此距離測量的位置不影響測量的距離，該測量值也為多次測量取均值的結(jié)果)。
[0099]6、如圖8_e所示，對所需打印的立體圖像進(jìn)行印前旋轉(zhuǎn)和平移操作，具體操作方法為:首先，通過控制程序驅(qū)動轉(zhuǎn)動模塊140旋轉(zhuǎn)角度差δ，解決角度偏斜問題；然后，修改打印參數(shù)，將所需打印的立體圖像平移距離L對應(yīng)的像素?cái)?shù)，以解決打印圖像與光柵棱柱的位置對齊問題。
[0100]7、為確保精度，可另行打印一經(jīng)旋轉(zhuǎn)和平移對應(yīng)量值后的基準(zhǔn)線，再通過數(shù)字圖像處理技術(shù)測量其與光柵板棱柱線偏差，當(dāng)此時(shí)對齊效果不佳時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行角度位置和距離的微調(diào)。這一工作做好后，將所需打印的圖像旋轉(zhuǎn)對應(yīng)角度，平移對應(yīng)像素?cái)?shù)后進(jìn)行打印操作。
[0101]至此，若排除如圖像預(yù)處理、墨水等的干擾，所得打印的光柵立體圖像應(yīng)是立體效果著且清晰的。
[0102]以上內(nèi)容是結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明所做的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明，本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例進(jìn)行各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似方式替換，但并不偏離本發(fā)明的精神，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于機(jī)器視覺的光柵立體圖像平板打印機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)光柵板基體上的立體打印，其特征在于，該打印機(jī)包括打印系統(tǒng)、視覺測量系統(tǒng)和糾偏處理系統(tǒng)，其中，所述視覺測量系統(tǒng)用于獲得打印系統(tǒng)上的光柵板圖像以檢測其位置和角度，所述糾偏處理系統(tǒng)根據(jù)該位置和角度計(jì)算其與打印圖像的位置偏差，然后根據(jù)該偏差控制所述打印系統(tǒng)作相應(yīng)的位置糾偏，從而在精確位置進(jìn)行打印獲得立體圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺的光柵立體圖像平板打印機(jī)，其特征在于，所述的打印系統(tǒng)包括打印機(jī)主體，該打印機(jī)主體具有: 第一方向驅(qū)動模塊，其設(shè)置在底座上，用于實(shí)現(xiàn)相對該底座沿第一方向的平動； 設(shè)置在該第一方向驅(qū)動模塊上的第二方向調(diào)節(jié)模塊，其可在該第一方向驅(qū)動模塊上相對其沿第二方向平動； 載物臺，其設(shè)置在所述第二方向調(diào)節(jié)模塊上，其作為打印平臺以支撐打印圖像； 第三驅(qū)動模塊，其通過立架設(shè)置在所述載物臺的上方，其上設(shè)置有打印頭，該第三驅(qū)動模塊可帶動所述打印頭相對所述載物臺沿第三方向平動，從而實(shí)現(xiàn)打印頭相對基座的三維運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)立體打印。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于機(jī)器視覺的光柵立體圖像平板打印機(jī)，其特征在于，所述第一驅(qū)動模塊包括直線驅(qū)動模組和直線導(dǎo)軌，該直線導(dǎo)軌上設(shè)置有可相對滑動的滑塊，通過該直線驅(qū)動模組驅(qū)動該滑塊在該直線導(dǎo)軌上滑動，實(shí)現(xiàn)所述沿第一方向的平動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于機(jī)器視覺的光柵立體圖像平板打印機(jī)，其特征在于，所述滑塊上設(shè)置有第一傳動板，所述第二方向調(diào)節(jié)模塊包括設(shè)置在該第一傳動板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的一種基于機(jī)器視覺的光柵立體圖像平板打印機(jī)，其特征在于，所述第三驅(qū)動模塊包括設(shè)置在立架上的第三驅(qū)動模組，所述打印頭與該第三驅(qū)動模組動力相連，可驅(qū)動該打印頭相對所述載物臺在第三方向平動。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任一項(xiàng)所述的一種基于機(jī)器視覺的光柵立體圖像平板打印機(jī)，其特征在于，所述打印機(jī)主體還具有轉(zhuǎn)動模塊，其設(shè)置在所述第二方向調(diào)節(jié)模塊上，并與所述載物臺固定連接，其可帶動所述載物臺在所述第一方向和第三方向構(gòu)成的平面上轉(zhuǎn)動，以實(shí)現(xiàn)對所述載物臺的角度控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于機(jī)器視覺的光柵立體圖像平板打印機(jī)，其特征在于，所述第二方向調(diào)節(jié)模塊具有第二傳動板，所述調(diào)節(jié)模塊包括設(shè)置在該第二傳動板上的兩對心布置的圓弧滾動導(dǎo)軌(143)，各圓弧導(dǎo)軌上設(shè)置有可相對滑動的滑塊，所述載物臺與所述兩滑塊固定連接，通過該兩滑塊帶動所述載物臺在平面上的轉(zhuǎn)動。
8.根據(jù)權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的一種基于機(jī)器視覺的光柵立體圖像平板打印機(jī)，其特征在于，所述載物臺的板面上分區(qū)域開有細(xì)孔，以作為真空吸附孔，不同區(qū)域細(xì)孔下方分別密封聯(lián)接不同氣體管道，各氣體管道另一端與真空發(fā)生器相聯(lián)接，通過真空發(fā)生器產(chǎn)生負(fù)壓，對載物臺上的打印介質(zhì)進(jìn)行吸附固定。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-8中任一項(xiàng)所述的一種基于機(jī)器視覺的光柵立體圖像平板打印機(jī)，其特征在于，所述打印機(jī)主體還包括裝夾模塊，其具體包括若干個(gè)L形夾具，以及輔助夾緊單元，用于實(shí)現(xiàn)光柵板的固定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的一種基于機(jī)器視覺的光柵立體圖像平板打印機(jī)，其特征在于，所述視覺測量系統(tǒng)包括第一方向驅(qū)動定位裝置(210)、設(shè)置在該第一方向驅(qū)動定位機(jī)構(gòu)(210)上可相對其沿第二方向運(yùn)動的第二方向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(220)、設(shè)置在該第二方向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(220)上可相對其沿第三方向平動的第三方向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(230)，以及相機(jī)(240)，該相機(jī)(240)固定設(shè)置在所述第三方向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(230)上，所述相機(jī)(240 )通過該第一方向驅(qū)動定位機(jī)構(gòu)(210)、第二方向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(220 )和第三方向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(230)的協(xié)調(diào)進(jìn)行三維立體運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對打印系統(tǒng)上的光柵板圖像的位置和角度的檢測。
11.利用權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的打印機(jī)進(jìn)行光柵立體圖形平板打印的方法，其特征在于，該方法具體包括: (1)在所述載物臺上鋪設(shè)打印紙，并在打印紙上打印初始基準(zhǔn)線； (2)利用所述視覺測量系統(tǒng)采集圖像，通過數(shù)字圖像處理測得所述初始基準(zhǔn)線在圖像坐標(biāo)系中相對于圖像坐標(biāo)系X方向正向的角度Θ。； (3 )在所述載物臺上布置光柵板，調(diào)節(jié)所述裝夾模塊對所述光柵板進(jìn)行粗定位及固定，開啟光柵板所在區(qū)域的真空吸附，光柵板在夾具及負(fù)壓作用下得以進(jìn)一步固定； (4)測得光柵板棱柱線在圖像坐標(biāo)系中相對于圖像坐標(biāo)系X方向正向的角度Θi，從而計(jì)算得出所述初始基準(zhǔn)線與光柵板棱柱線的角度差S = Q1-0O; (5)將所述初始基準(zhǔn)線旋轉(zhuǎn)對應(yīng)的角度偏差δ，并再次打印旋轉(zhuǎn)后的基準(zhǔn)線，使得其與光柵板上的棱柱線平行； (6)測量旋轉(zhuǎn)后的X方向基準(zhǔn)線與光柵板上任一光柵棱柱線的距離L； (7)根據(jù)所述角度偏差δ和距離L對所需打印的立體圖像進(jìn)行印前旋轉(zhuǎn)和平移操作，使得打印圖像與光柵棱柱的 位置對齊，之后即可通過打印頭進(jìn)行打印，實(shí)現(xiàn)立體圖像打印。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述的步驟(7)中，旋轉(zhuǎn)和平移具體過程為:首先，控制所述轉(zhuǎn)動模塊使載物臺旋轉(zhuǎn)角度差δ，然后，修改所需打印的光柵立體圖像的打印參數(shù)，使其在圖像中平移距離L對應(yīng)的像素?cái)?shù)，即可實(shí)現(xiàn)打印圖像與光柵棱柱的位置對齊。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述角度值Qtl和0)勾為多次測量取均值的結(jié)果，以提高精確度和減小數(shù)字圖像處理的誤差。
【文檔編號】B41J3/407GK103465638SQ201310352832
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】陳建魁, 尹周平, 唐偉, 溫雯, 梅爽, 布寧斌, 鐘強(qiáng)龍, 張步陽 申請人:華中科技大學(xué)