用于校準(zhǔn)激光掃描系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請基于35U.S.C.§119(a)要求于2013年10月10日提交的英國專利申請GB 1317974.2的優(yōu)先權(quán)，并且基于351].3.(：.§119(6)要求于2013年9月19日提交的美國臨時專 利申請No. 61 /880，125的優(yōu)先權(quán)，其中每個申請通過引用將其全部內(nèi)容并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本申請涉及對激光掃描系統(tǒng)的校準(zhǔn)。更具體地，本申請涉及使用運動控制的相機(jī) 和參考校準(zhǔn)板來校準(zhǔn)激光掃描系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 激光掃描系統(tǒng)被用于許多不同的應(yīng)用中。這些應(yīng)用中的一個是增材制造的領(lǐng)域， 其中根據(jù)數(shù)字模型來形成三維實體對象。因為所制造的對象是三維的，所以增材制造通常 被稱為三維（"3D"）打印。在增材制造中對激光掃描系統(tǒng)的使用尤其在立體平版印刷和選擇 性激光燒結(jié)（"SLS"）制造技術(shù)中流行。這些技術(shù)使用激光掃描系統(tǒng)來將激光光束定向到指 定位置以便使被用于創(chuàng)建期望的三維（"3D"）對象的構(gòu)建材料層聚合或固化。
[0005] 與增材制造結(jié)合使用的激光掃描系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)提供非常高的精度。該高的精度幫助確 保所制造的對象與數(shù)字模型一致。然而，為了隨時間維持該精度，激光掃描系統(tǒng)必須出于各 種原因而被校準(zhǔn)。在一些實例中，校準(zhǔn)激光光束由于隨著對設(shè)備的使用形成的變化而是必 要的。在其他實例中，溫度波動可以影響激光掃描系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。
[0006] 用于校準(zhǔn)激光掃描系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)不但是昂貴的而且是復(fù)雜的。它們常常涉及必 須專門為要被校準(zhǔn)的機(jī)器制作的昂貴的有限使用的零件。其他技術(shù)需要復(fù)雜的傳感器系 統(tǒng)，這也增加了任何校準(zhǔn)過程的成本和復(fù)雜度兩者。鑒于由本發(fā)明人識別到的這些問題和 其他問題，需要對用于校準(zhǔn)激光掃描系統(tǒng)的快速、準(zhǔn)確且自動的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在一個實施例中，提供了一種用于校準(zhǔn)增材制造環(huán)境中的激光掃描系統(tǒng)的系統(tǒng)。 該系統(tǒng)可以包括校準(zhǔn)板，該校準(zhǔn)板包括參考標(biāo)記。該校準(zhǔn)板可以被定位為與該激光掃描系 統(tǒng)的掃描區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上平行。該系統(tǒng)還可以包括激光掃描器，其被配置為將激光光束發(fā)送到 該校準(zhǔn)板上的預(yù)定義位置以在該校準(zhǔn)板上形成激光標(biāo)記?？梢蕴峁┌▓D像采集設(shè)備的圖 像采集組件。該圖像采集設(shè)備可以被配置為拍攝該校準(zhǔn)板的與該校準(zhǔn)板上的預(yù)定義位置相 關(guān)聯(lián)的至少一部分。包括具有存儲器和處理器的一個或多個計算機(jī)的計算機(jī)控制系統(tǒng)也可 以形成該系統(tǒng)的一部分。該計算機(jī)控制系統(tǒng)可以被配置為使得該激光掃描器將激光光束定 向到校準(zhǔn)板上的多個預(yù)定義位置，由此創(chuàng)建一個或多個激光標(biāo)記。該計算機(jī)控制系統(tǒng)還可 以被配置接收最接近位置中的每個位置的圖像?？梢曰谒纬傻募す鈽?biāo)記相對于校準(zhǔn)板 上的參考標(biāo)記的位置來確定針對每個預(yù)定義位置的激光標(biāo)記坐標(biāo)，并且還基于所確定的激 光標(biāo)記坐標(biāo)來確定掃描器校正。
[0008] 在另一實施例中，提供了一種校準(zhǔn)增材制造環(huán)境中的激光掃描器的方法。該方法 可以包括將校準(zhǔn)板插入到該增材制造環(huán)境中。該設(shè)備可以被定位為與激光掃描器的掃描區(qū) 域?qū)嵸|(zhì)上平行。該方法還包括通過將來自激光掃描器的激光光束定向在多個預(yù)定義位置處 來在校準(zhǔn)板上形成一個或多個標(biāo)記。圖像采集組件采集每個標(biāo)記和預(yù)定義位置的圖像。基 于激光標(biāo)記相對于校準(zhǔn)板上的至少一個參考標(biāo)記的位置來確定針對每個預(yù)定義位置的激 光標(biāo)記坐標(biāo)。之后基于所確定的激光標(biāo)記坐標(biāo)來確定掃描器校正。
【附圖說明】
[0009] 圖1是用于設(shè)計和制造3D對象的系統(tǒng)的示例。
[0010] 圖2圖示了圖1中示出的計算機(jī)的一個示例的功能框圖。
[0011] 圖3示出了用于制造使用的3D對象的高級過程。
[0012] 圖4A是可以使用本文公開的系統(tǒng)和方法校準(zhǔn)的激光掃描系統(tǒng)的示例。
[0013] 圖4B是可以結(jié)合圖4A的激光掃描系統(tǒng)一起使用的校正裝置的部件的示例。
[0014] 圖5A是根據(jù)一個或多個實施例的具有參考標(biāo)記的校準(zhǔn)板的示例。
[0015] 圖5B是具有由激光掃描器添加的激光光斑的校準(zhǔn)板的示例。
[0016] 圖5C是具有由激光掃描器創(chuàng)建的激光掃描線的校準(zhǔn)板的示例。
[0017] 圖f5D是可以由掃描器制作在校準(zhǔn)板上的激光標(biāo)記的另一示例。
[0018] 圖6是圖示了可以通過其來校準(zhǔn)激光掃描系統(tǒng)的過程的一個示例的流程圖。
[0019] 圖7是圖示了可以通過其來校準(zhǔn)激光掃描系統(tǒng)的過程的另一示例的另一流程圖。
[0020] 圖8是示出了預(yù)期的激光標(biāo)記坐標(biāo)和測得的激光標(biāo)記坐標(biāo)的表格的示例。
[0021] 圖9是圖示了可以通過其來校準(zhǔn)激光掃描系統(tǒng)的備選過程的流程圖。
[0022] 圖10是圖示了可以通過其來校準(zhǔn)激光掃描系統(tǒng)的又一過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0023] 本文公開的系統(tǒng)和方法提供用于校準(zhǔn)與3D打印應(yīng)用結(jié)合使用的激光掃描系統(tǒng)的 簡單的廉價的方式。具有參考標(biāo)記的校準(zhǔn)板可以被用于接收來自激光掃描設(shè)備的激光掃 描。諸如數(shù)字相機(jī)的圖像采集組件例如可以被定位在該校準(zhǔn)板的上方，并且被配置為獲取 由激光掃描在該板上制作的標(biāo)記的攝影圖像。之后可以基于所形成的激光標(biāo)記相對于校準(zhǔn) 板上的參考標(biāo)記的位置來確定針對每個預(yù)定義位置的激光標(biāo)記坐標(biāo)。之后可以使用這些坐 標(biāo)來確定掃描器校正。
[0024]本發(fā)明的實施例可以在用于設(shè)計和制造 3D對象的系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行實踐。轉(zhuǎn)到圖1，示出 了適合于實施3D對象設(shè)計和制造的計算機(jī)環(huán)境的示例。該環(huán)境包括系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括 一個或多個計算機(jī)l〇2a-102d，其可以例如為能夠處理信息的任何工作站、服務(wù)器或其他計 算設(shè)備。在一些方面中，計算機(jī)102a-102d中的每個計算機(jī)可以通過任何適當(dāng)?shù)耐ㄐ偶夹g(shù) (例如，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)連接到網(wǎng)絡(luò)1〇5(例如，互聯(lián)網(wǎng)）。因此，計算機(jī)102a-102d可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò) 105在彼此之間發(fā)送和接收信息(例如，軟件、3D對象的數(shù)字表示、用于操作增材制造設(shè)備的 命令或指令、等等）。
[0025]系統(tǒng)100還包括一個或多個增材制造設(shè)備(例如，3D打印機(jī)）106a_106b。如所示出 的，增材制造設(shè)備l〇6a直接連接到計算機(jī)102d(并且通過計算機(jī)102d經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)105連接到計 算機(jī)102a-102c)，并且增材制造設(shè)備106b經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)105連接到計算機(jī)102a-102d。因此，本領(lǐng) 域技術(shù)人員將理解，增材制造設(shè)備106可以直接連接到計算機(jī)102、經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)105連接到計算 機(jī)102和/或經(jīng)由另一計算機(jī)102和網(wǎng)絡(luò)105連接到計算機(jī)102。
[0026] 應(yīng)當(dāng)指出，盡管參考網(wǎng)絡(luò)和一個或多個計算機(jī)描述了系統(tǒng)100,但是本文描述的技 術(shù)也適用于可以直接連接到增材制造設(shè)備106的單個計算機(jī)102。
[0027] 圖2圖示了圖1中示出的計算機(jī)的一個示例的功能框圖。計算機(jī)102a包括與存儲器 220數(shù)據(jù)通信的處理器210、輸入設(shè)備230和輸出設(shè)備240。在一些實施例中，處理器還與任選 的網(wǎng)絡(luò)接口卡260數(shù)據(jù)通信。盡管單獨地進(jìn)行描述，但是要認(rèn)識到參考計算機(jī)102a描述的功 能框不必是單獨的結(jié)構(gòu)元件。例如，處理器210和存儲器220可以被實現(xiàn)在單個芯片中。 [0028]處理器210可以是被設(shè)計為執(zhí)行本文描述的功能的通用處理器、數(shù)字信號處理器 (DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其他可編程邏輯器件、分立門或 晶體管邏輯、分立硬件部件或其任何適當(dāng)?shù)慕M合。處理器還可以被實現(xiàn)為各計算設(shè)備的組 合，例如DSP和微處理器的組合，多個微處理器、結(jié)合DSP核心的一個或多個微處理器、或任 何其他這樣的配置。
[0029]處理器210可以經(jīng)由一個或多個總線耦合以從存儲器220讀取信息或?qū)⑿畔懭?到存儲器220。處理器可以附加地或者在備選方案中包含存儲器，例如處理器寄存器。存儲 器220可以包括處理器緩存，包括其中不同級別具有不同容量和訪問速度的多級別分層緩 存。存儲器220還可以包括隨機(jī)存取存儲器(RAM)、其他易失性存儲設(shè)備或非易失性存儲設(shè) 備。存儲可以包括硬盤驅(qū)動器、光盤(例如，緊湊盤(CD)或數(shù)字視頻盤(DVD))、閃存、軟盤、磁 帶和Zip驅(qū)動器。
[0030] 處理器210還可以耦合到輸入設(shè)備230和輸出設(shè)備240以用于分別接收來自計算機(jī) 102a的用戶的輸