專(zhuān)利名稱(chēng)：用于面曝光快速成形系統(tǒng)的曝光能量均勻化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于制造方法技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于面曝光快速成形系統(tǒng)的曝光能量均勻化方法。
背景技術(shù)：
快速成型技術(shù)是一種先進(jìn)的制造技術(shù)，它采用材料累加成型的原理，根據(jù)零件的三維CAD模型，可直接制作出三維實(shí)體零件，是一種極富生命力的新技術(shù)。面曝光快速成形技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型快速成形技術(shù)，其原理是:零件的三維模型經(jīng)切層后，切層數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為能生成零件截面形狀的視圖文件，由該文件驅(qū)動(dòng)視圖發(fā)生器，在樹(shù)脂表面形成相應(yīng)的視圖，再以該視圖作為掩模，實(shí)現(xiàn)對(duì)樹(shù)脂的選擇性固化。其優(yōu)點(diǎn)是:整層曝光時(shí)間短、成型速度快、成型效率高、可使用非激光光源及系統(tǒng)造價(jià)低。已授權(quán)的國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，其專(zhuān)利號(hào)為ZL200810150338.X，發(fā)明名稱(chēng)為“基于反射型液晶光閥的光固化快速成型裝置及成型方法”公開(kāi)了一種典型的面曝光快速成形技術(shù)。用于微小零件制作的面曝光快速成形系統(tǒng)對(duì)制作精度有很高的要求。面曝光快速成形系統(tǒng)的視圖掩模平面內(nèi)光能分布直接影響了樹(shù)脂在固化平面內(nèi)的固化深度的分布。由于光學(xué)系統(tǒng)的原因，使得實(shí)際的視圖掩模平面內(nèi)光能分布不均勻，將導(dǎo)致樹(shù)脂在固化平面內(nèi)的固化深度的不均勻，不但會(huì)影響制件微細(xì)特征的尺寸精度，還會(huì)使樹(shù)脂在固化平面內(nèi)產(chǎn)生明顯的變形，最終使制件的精度喪失，無(wú)法滿足準(zhǔn)確制作零件原型的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于面曝光快速成形系統(tǒng)的曝光能量均勻化方法，實(shí)現(xiàn)了視圖掩模平面內(nèi)光能分布均 勻化，提高了面曝光快速成形系統(tǒng)的制作精度。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，用于面曝光快速成形系統(tǒng)的曝光能量均勻化方法，具體按照以下步驟實(shí)施:步驟1、確定視圖掩模平面內(nèi)不同位置處，產(chǎn)生掩模圖形的圖片相應(yīng)位置處灰度取不同值時(shí)的光輻照度分布；步驟2、確定輻照度均勻化的目標(biāo)值，根據(jù)輻照度均勻化的目標(biāo)值，建立掩模圖形中測(cè)量點(diǎn)位置與產(chǎn)生掩模圖形的實(shí)驗(yàn)圖片中相應(yīng)點(diǎn)處灰度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；步驟3、視圖掩模平面內(nèi)光能均勻化的實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，步驟I具體按照以下步驟實(shí)施:步驟1.1、在計(jì)算機(jī)上用圖形處理的方法得到產(chǎn)生掩模圖形的圖片的灰度值；步驟1.2、將經(jīng)步驟1.1獲取的產(chǎn)生掩模圖形的圖片的灰度值在155 255范圍內(nèi)等間隔劃分，灰度的間隔為10 ；步驟1.3、經(jīng)步驟1.2處理后，確定視圖發(fā)生器生成的掩模圖形中測(cè)試點(diǎn)位置:視圖發(fā)生器生成的掩模圖形中點(diǎn)的位置坐標(biāo)以象素為單位表示，首先在測(cè)試點(diǎn)為(115，115)、(906，115)、(115，655)、(906，655)處分別做標(biāo)記，再在這些測(cè)試點(diǎn)之間，按照像素值在X方向的坐標(biāo)間隔為113，y方向坐標(biāo)間隔為108設(shè)置測(cè)試點(diǎn)，總共確定48個(gè)測(cè)試
占.
步驟1.4、經(jīng)步驟1.3后，對(duì)應(yīng)一張灰度確定的圖片，用紫外光輻照計(jì)在掩模圖形內(nèi)對(duì)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)處依次測(cè)量紫外光輻照度數(shù)據(jù)。步驟2具體按照以下步驟實(shí)施:步驟2.1、確定輻照度均勻化的目標(biāo)值，該輻照度均勻化的目標(biāo)值設(shè)定為2.0 μ W/cm2 ；
步驟2.2、利用樣條插值法計(jì)算灰度分布:利用三次樣條插值方法、輻照度均勻化的目標(biāo)值及步驟I得到的測(cè)量紫外光輻照度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出輻照度為輻照度均勻化的目標(biāo)值2.0 μ ff/cm2時(shí)視圖平面內(nèi)各個(gè)位置對(duì)應(yīng)的灰度值；步驟2.3、建立掩模圖形中測(cè)量點(diǎn)位置與產(chǎn)生掩模圖形的圖片中相應(yīng)點(diǎn)處灰度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。步驟2.3中建立的數(shù)學(xué)模型具體按照以下方法實(shí)施:采用TableCurve3D擬合軟件，對(duì)經(jīng)步驟2.2獲取的紫外光輻照度值為2.0μ W/cm2時(shí)各區(qū)域灰度值進(jìn)行處理，即構(gòu)建出掩模圖形中測(cè)量點(diǎn)位置與產(chǎn)生掩模圖形的圖片中相應(yīng)點(diǎn)處灰度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；該數(shù)學(xué)模型具體如下:gray=288.6473851+0.118520841x_0.51052905y-0.0002805x2+0.000871941y2+0.000104805xy+2.01002 X l(T7x3(I)-4.8916 X 10_7y3+l.03387 X 10_7xy2_2.4488 X 10_7x2y其中，gray代表實(shí)驗(yàn)圖片中相應(yīng)點(diǎn)處的灰度值，x、y分別為掩模圖形中測(cè)點(diǎn)位置的坐標(biāo)。步驟3具體按照以下步驟實(shí)施:步驟3.1、根據(jù)步驟1.3中已得到的測(cè)試點(diǎn)位置和步驟2.3中構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出產(chǎn)生掩模圖形的圖片中相應(yīng)點(diǎn)處的灰度值，并獲得圖片中灰度分布；步驟3.2、根據(jù)步驟3.1中計(jì)算出的圖片中灰度分布，在計(jì)算機(jī)上用圖形處理方法，對(duì)產(chǎn)生掩模圖形的視片中的灰度分布進(jìn)行處理，利用該圖片產(chǎn)生的掩模圖形中光能的分布實(shí)現(xiàn)均勻化。本發(fā)明的有益效果在于:(I)本發(fā)明的用于面曝光快速成形系統(tǒng)的曝光能量均勻化方法針對(duì)特定的面曝光快速成形系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立在給定輻照度條件下，掩模圖形中測(cè)點(diǎn)位置坐標(biāo)與掩模圖片中相應(yīng)點(diǎn)處灰度之間的關(guān)系模型，根據(jù)該模型計(jì)算掩模圖片的灰度分布，實(shí)現(xiàn)掩模平面內(nèi)光能均勻化。(2)本發(fā)明的用于面曝光快速成形系統(tǒng)的曝光能量均勻化方法簡(jiǎn)單、有效、易行，使用該方法后，使得實(shí)際的視圖掩模平面內(nèi)光能比較均勻，進(jìn)而使曝光面內(nèi)樹(shù)脂的固化深度一致，保證了 z方向的尺寸一致性，減少了由于曝光能量分布不均導(dǎo)致的變形。(3)本發(fā)明的用于面曝光快速成形系統(tǒng)的曝光能量均勻化方法對(duì)提高面曝光快速成形系統(tǒng)的制作精度具有重要意義。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的用于面曝光快速成形系統(tǒng)的曝光能量均勻化方法，具體按照以下步驟實(shí)施:步驟1、確定視圖掩模平面內(nèi)不同位置處，產(chǎn)生掩模圖形的圖片相應(yīng)位置處灰度取不同值時(shí)的光輻照度分布，具體按照以下步驟實(shí)施:為了得到由視圖發(fā)生器生成掩模圖形的不同位置、不同灰度值對(duì)應(yīng)的光輻照度值之間的關(guān)系，按照如下的方法進(jìn)行測(cè)量:步驟1.1、在計(jì)算機(jī)上用圖形處理的方法得到產(chǎn)生掩模圖形的圖片的灰度值；步驟1.2、將經(jīng)步驟1.1獲取的產(chǎn)生掩模圖形的圖片的灰度值在155 255范圍內(nèi)等間隔劃分，灰度的間隔為10 ；步驟1.3、經(jīng)步驟1.2處理后，確定視圖發(fā)生器生成的掩模圖形中測(cè)試點(diǎn)位置:視圖發(fā)生器生成的掩模圖形中點(diǎn)的位置坐標(biāo)以象素為單位表示，首先在測(cè)試點(diǎn)為(115，115)、(906，115)、(115，655)、(906，655)處分別做標(biāo)記，再在這些測(cè)試點(diǎn)之間，按照像素值在X方向的坐標(biāo)間隔為113，y方向坐標(biāo)間隔為108設(shè)置測(cè)試點(diǎn)，總共確定48個(gè)測(cè)試
占.
步驟1.4、經(jīng)步驟1.3后，對(duì)應(yīng)一張灰度確定的圖片，用紫外光輻照計(jì)在掩模圖形內(nèi)對(duì)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)處依次測(cè)量紫外光輻照度數(shù)據(jù)。
采用本發(fā)明方法對(duì)全部11組不同灰度的圖片相應(yīng)的掩模圖形內(nèi)對(duì)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)處的紫外光輻照度進(jìn)行測(cè)量，得到視圖掩模平面內(nèi)不同位置處，對(duì)應(yīng)不同灰度值時(shí)的光輻照度分布數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)如表I所示，表I是灰度值為225時(shí)的一組測(cè)量數(shù)據(jù):表I灰度值為225時(shí)各區(qū)域光輻照度值(μ ff/cm2)
權(quán)利要求
1.用于面曝光快速成形系統(tǒng)的曝光能量均勻化方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟1、確定視圖掩模平面內(nèi)不同位置處，產(chǎn)生掩模圖形的圖片相應(yīng)位置處灰度取不同值時(shí)的光福照度分布； 步驟2、確定輻照度均勻化的目標(biāo)值，根據(jù)輻照度均勻化的目標(biāo)值，建立掩模圖形中測(cè)量點(diǎn)位置與產(chǎn)生掩模圖形的實(shí)驗(yàn)圖片中相應(yīng)點(diǎn)處灰度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型； 步驟3、視圖掩模平面內(nèi)光能均勻化的實(shí)現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于面曝光快速成形系統(tǒng)的曝光能量均勻化方法，其特征在于，所述步驟I具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟1.1、在計(jì)算機(jī)上用圖形處理的方法得到產(chǎn)生掩模圖形的圖片的灰度值； 步驟1.2、將經(jīng)步驟1.1獲取的產(chǎn)生掩模圖形的圖片的灰度值在155 255范圍內(nèi)等間隔劃分，灰度的間隔為10 ； 步驟1.3、經(jīng)步驟1.2處理后，確定視圖發(fā)生器生成的掩模圖形中測(cè)試點(diǎn)位置: 視圖發(fā)生器生成的掩模圖形中點(diǎn)的位置坐標(biāo)以象素為單位表示，首先在測(cè)試點(diǎn)為(115，115)、(906，115)、(115，655)、(906，655)處分別做標(biāo)記，再在這些測(cè)試點(diǎn)之間，按照像素值在X方向的坐標(biāo)間隔為113，y方向坐標(biāo)間隔為108設(shè)置測(cè)試點(diǎn)，總共確定48個(gè)測(cè)試占.步驟1.4、經(jīng) 步驟1.3后，對(duì)應(yīng)一張灰度確定的圖片，用紫外光輻照計(jì)在掩模圖形內(nèi)對(duì)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)處依次測(cè)量紫外光輻照度數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于面曝光快速成形系統(tǒng)的曝光能量均勻化方法，其特征在于，所述步驟2具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟2.1、確定輻照度均勻化的目標(biāo)值，該輻照度均勻化的目標(biāo)值設(shè)定為2.0 μ ff/cm2 ； 步驟2.2、利用樣條插值法計(jì)算灰度分布: 利用三次樣條插值方法、輻照度均勻化的目標(biāo)值及步驟I得到的測(cè)量紫外光輻照度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出輻照度為輻照度均勻化的目標(biāo)值2.0 μ ff/cm2時(shí)視圖平面內(nèi)各個(gè)位置對(duì)應(yīng)的灰度值； 步驟2.3、建立掩模圖形中測(cè)量點(diǎn)位置與產(chǎn)生掩模圖形的圖片中相應(yīng)點(diǎn)處灰度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于面曝光快速成形系統(tǒng)的曝光能量均勻化方法，其特征在于，所述步驟2.3中建立的數(shù)學(xué)模型具體按照以下方法實(shí)施: 采用TableCurve3D擬合軟件，對(duì)經(jīng)步驟2.3獲取的紫外光輻照度值為2.0 μ W/cm2時(shí)各區(qū)域灰度值進(jìn)行處理，即構(gòu)建出掩模圖形中測(cè)量點(diǎn)位置與產(chǎn)生掩模圖形的圖片中相應(yīng)點(diǎn)處灰度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型； 該數(shù)學(xué)模型如下:gray=288.6473851+0.118520841x_0.51052905y-0.0002805x2+0.000871941y2+0.000104805xy+2.01002 X 10_7x3(I)-4.8916X 10_7y3+l.03387 X 10_7xy2_2.4488X 10_7x2y 其中，gray代表實(shí)驗(yàn)圖片中相應(yīng)點(diǎn)處的灰度值，x、y分別為掩模圖形中測(cè)點(diǎn)位置的坐標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于面曝光快速成形系統(tǒng)的曝光能量均勻化方法，其特征在于，所述步驟3具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟3.1、根據(jù)步驟1.3中已得到的測(cè)試點(diǎn)位置和步驟2.3中構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出產(chǎn)生掩模圖形的圖片中相應(yīng)點(diǎn)處的灰度值，并獲得圖片中灰度分布； 步驟3.2、根據(jù)步驟3.1中計(jì)算出的圖片中灰度分布，在計(jì)算機(jī)上用圖形處理方法，對(duì)產(chǎn)生掩模圖形的視片中的灰度分布進(jìn)行處理，利用該圖片產(chǎn)生的掩模圖形中光能的分布實(shí)現(xiàn)均勻化 。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的用于面曝光快速成形系統(tǒng)的曝光能量均勻化方法，具體按照以下步驟實(shí)施步驟1、確定視圖掩模平面內(nèi)不同位置處，產(chǎn)生掩模圖形的圖片相應(yīng)位置處灰度取不同值時(shí)的光輻照度分布；步驟2、確定輻照度均勻化的目標(biāo)值，根據(jù)輻照度均勻化的目標(biāo)值，建立掩模圖形中測(cè)量點(diǎn)位置與產(chǎn)生掩模圖形的實(shí)驗(yàn)圖片中相應(yīng)點(diǎn)處灰度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；步驟3、視圖掩模平面內(nèi)光能均勻化的實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的用于面曝光快速成形系統(tǒng)的曝光能量均勻化方法實(shí)現(xiàn)了視圖掩模平面內(nèi)光能分布均勻化，提高了面曝光快速成形系統(tǒng)的制作精度。
文檔編號(hào)G03F7/20GK103235488SQ201310116990
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者胥光申 申請(qǐng)人:西安工程大學(xué)