專利名稱：用于面曝光快速成形系統(tǒng)的曝光能量均勻化方法
技術領域：
本發(fā)明屬于制造方法技術領域，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：
快速成型技術是一種先進的制造技術，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體零件，是一種極富生命力的新技術。面曝光快速成形技術是近年來發(fā)展起來的一種新型快速成形技術，其原理是:零件的三維模型經(jīng)切層后，切層數(shù)據(jù)存儲為能生成零件截面形狀的視圖文件，由該文件驅(qū)動視圖發(fā)生器，在樹脂表面形成相應的視圖，再以該視圖作為掩模，實現(xiàn)對樹脂的選擇性固化。其優(yōu)點是:整層曝光時間短、成型速度快、成型效率高、可使用非激光光源及系統(tǒng)造價低。已授權(quán)的國家發(fā)明專利，其專利號為ZL200810150338.X，發(fā)明名稱為“基于反射型液晶光閥的光固化快速成型裝置及成型方法”公開了一種典型的面曝光快速成形技術。用于微小零件制作的面曝光快速成形系統(tǒng)對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脂在固化平面內(nèi)的固化深度的分布。由于光學系統(tǒng)的原因，使得實際的視圖掩模平面內(nèi)光能分布不均勻，將導致樹脂在固化平面內(nèi)的固化深度的不均勻，不但會影響制件微細特征的尺寸精度，還會使樹脂在固化平面內(nèi)產(chǎn)生明顯的變形，最終使制件的精度喪失，無法滿足準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位置處灰度取不同值時的光輻照度分布；步驟2、確定輻照度均勻化的目標值，根據(jù)輻照度均勻化的目標值，建立掩模圖形中測量點位置與產(chǎn)生掩模圖形的實驗圖片中相應點處灰度之間關系的數(shù)學模型；步驟3、視圖掩模平面內(nèi)光能均勻化的實現(xiàn)。本發(fā)明的特點還在于，步驟I具體按照以下步驟實施:步驟1.1、在計算機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試點位置:視圖發(fā)生器生成的掩模圖形中點的位置坐標以象素為單位表示，首先在測試點為(115，115)、(906，115)、(115，655)、(906，655)處分別做標記，再在這些測試點之間，按照像素值在X方向的坐標間隔為113，y方向坐標間隔為108設置測試點，總共確定48個測試
占.
步驟1.4、經(jīng)步驟1.3后，對應一張灰度確定的圖片，用紫外光輻照計在掩模圖形內(nèi)對各個測試點處依次測量紫外光輻照度數(shù)據(jù)。步驟2具體按照以下步驟實施:步驟2.1、確定輻照度均勻化的目標值，該輻照度均勻化的目標值設定為2.0 μ W/cm2 ；
步驟2.2、利用樣條插值法計算灰度分布:利用三次樣條插值方法、輻照度均勻化的目標值及步驟I得到的測量紫外光輻照度數(shù)據(jù)進行計算，計算出輻照度為輻照度均勻化的目標值2.0 μ ff/cm2時視圖平面內(nèi)各個位置對應的灰度值；步驟2.3、建立掩模圖形中測量點位置與產(chǎn)生掩模圖形的圖片中相應點處灰度之間關系的數(shù)學模型。步驟2.3中建立的數(shù)學模型具體按照以下方法實施:采用TableCurve3D擬合軟件，對經(jīng)步驟2.2獲取的紫外光輻照度值為2.0μ W/cm2時各區(qū)域灰度值進行處理，即構(gòu)建出掩模圖形中測量點位置與產(chǎn)生掩模圖形的圖片中相應點處灰度之間關系的數(shù)學模型；該數(shù)學模型具體如下: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代表實驗圖片中相應點處的灰度值，x、y分別為掩模圖形中測點位置的坐標。步驟3具體按照以下步驟實施:步驟3.1、根據(jù)步驟1.3中已得到的測試點位置和步驟2.3中構(gòu)建的數(shù)學模型，計算出產(chǎn)生掩模圖形的圖片中相應點處的灰度值，并獲得圖片中灰度分布；步驟3.2、根據(jù)步驟3.1中計算出的圖片中灰度分布，在計算機上用圖形處理方法，對產(chǎn)生掩模圖形的視片中的灰度分布進行處理，利用該圖片產(chǎn)生的掩模圖形中光能的分布實現(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特定的面曝光快速成形系統(tǒng)，通過實驗建立在給定輻照度條件下，掩模圖形中測點位置坐標與掩模圖片中相應點處灰度之間的關系模型，根據(jù)該模型計算掩模圖片的灰度分布，實現(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單、有效、易行，使用該方法后，使得實際的視圖掩模平面內(nèi)光能比較均勻，進而使曝光面內(nèi)樹脂的固化深度一致，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。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。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位置處灰度取不同值時的光輻照度分布，具體按照以下步驟實施:為了得到由視圖發(fā)生器生成掩模圖形的不同位置、不同灰度值對應的光輻照度值之間的關系，按照如下的方法進行測量:步驟1.1、在計算機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試點位置:視圖發(fā)生器生成的掩模圖形中點的位置坐標以象素為單位表示，首先在測試點為(115，115)、(906，115)、(115，655)、(906，655)處分別做標記，再在這些測試點之間，按照像素值在X方向的坐標間隔為113，y方向坐標間隔為108設置測試點，總共確定48個測試
占.
步驟1.4、經(jīng)步驟1.3后，對應一張灰度確定的圖片，用紫外光輻照計在掩模圖形內(nèi)對各個測試點處依次測量紫外光輻照度數(shù)據(jù)。
采用本發(fā)明方法對全部11組不同灰度的圖片相應的掩模圖形內(nèi)對各個測試點處的紫外光輻照度進行測量，得到視圖掩模平面內(nèi)不同位置處，對應不同灰度值時的光輻照度分布數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)如表I所示，表I是灰度值為225時的一組測量數(shù)據(jù):表I灰度值為225時各區(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位置處灰度取不同值時的光福照度分布； 步驟2、確定輻照度均勻化的目標值，根據(jù)輻照度均勻化的目標值，建立掩模圖形中測量點位置與產(chǎn)生掩模圖形的實驗圖片中相應點處灰度之間關系的數(shù)學模型； 步驟3、視圖掩模平面內(nèi)光能均勻化的實現(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施: 步驟1.1、在計算機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試點位置: 視圖發(fā)生器生成的掩模圖形中點的位置坐標以象素為單位表示，首先在測試點為(115，115)、(906，115)、(115，655)、(906，655)處分別做標記，再在這些測試點之間，按照像素值在X方向的坐標間隔為113，y方向坐標間隔為108設置測試點，總共確定48個測試占.步驟1.4、經(jīng) 步驟1.3后，對應一張灰度確定的圖片，用紫外光輻照計在掩模圖形內(nèi)對各個測試點處依次測量紫外光輻照度數(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施: 步驟2.1、確定輻照度均勻化的目標值，該輻照度均勻化的目標值設定為2.0 μ ff/cm2 ； 步驟2.2、利用樣條插值法計算灰度分布: 利用三次樣條插值方法、輻照度均勻化的目標值及步驟I得到的測量紫外光輻照度數(shù)據(jù)進行計算，計算出輻照度為輻照度均勻化的目標值2.0 μ ff/cm2時視圖平面內(nèi)各個位置對應的灰度值； 步驟2.3、建立掩模圖形中測量點位置與產(chǎn)生掩模圖形的圖片中相應點處灰度之間關系的數(shù)學模型。
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)學模型具體按照以下方法實施: 采用TableCurve3D擬合軟件，對經(jīng)步驟2.3獲取的紫外光輻照度值為2.0 μ W/cm2時各區(qū)域灰度值進行處理，即構(gòu)建出掩模圖形中測量點位置與產(chǎn)生掩模圖形的圖片中相應點處灰度之間關系的數(shù)學模型； 該數(shù)學模型如下: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代表實驗圖片中相應點處的灰度值，x、y分別為掩模圖形中測點位置的坐標。
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施: 步驟3.1、根據(jù)步驟1.3中已得到的測試點位置和步驟2.3中構(gòu)建的數(shù)學模型，計算出產(chǎn)生掩模圖形的圖片中相應點處的灰度值，并獲得圖片中灰度分布； 步驟3.2、根據(jù)步驟3.1中計算出的圖片中灰度分布，在計算機上用圖形處理方法，對產(chǎn)生掩模圖形的視片中的灰度分布進行處理，利用該圖片產(chǎn)生的掩模圖形中光能的分布實現(xiàn)均勻化 。
全文摘要
本發(fā)明公開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位置處灰度取不同值時的光輻照度分布；步驟2、確定輻照度均勻化的目標值，根據(jù)輻照度均勻化的目標值，建立掩模圖形中測量點位置與產(chǎn)生掩模圖形的實驗圖片中相應點處灰度之間關系的數(shù)學模型；步驟3、視圖掩模平面內(nèi)光能均勻化的實現(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G03F7/20GK103235488SQ201310116990
公開日2013年8月7日 申請日期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 申請人:西安工程大學