Еще одна aka инструментальная оценка экрана LCD-принтера

Подписаться на 3Dtoday
ajsn
Идет загрузка
Загрузка
21.01.18
1682
27
печатает на KLD-LCD-1268-A1
Техничка
11
Статья относится к принтерам:
KLD-LCD-1268-A1
Привет коллегам!
Данная статья - прямое продолжение исследования уважаемого Романа (aka pl32) http://3dtoday.ru/blogs/pl32/experience-in-instrumental-evaluation-of-the-uniformity-of-illuminatio/
В комментах к той статье уже "анонсировал" подготоку данной публикации. К сожалению, трудностей оказалось намного больше, чем ожидалось. Да и Новый год случился неожиданно, пришлось время тратить на тазики оливье. Поэтому такая задержка. Теперь к делу.

Сразу же мои извинения за "aka", но по другому нельзя назвать эти исследования - прежде всего потому, что отсутствует система позиционирования фотодатчиков относительно поверхности экрана (XY), полностью отсутствует контроль перпедикулярности по оси Z к плоскости XY, неизвестны параметры фотодатчиков на интересущей длине волны 405 нм, не говоря уж возможности и применимости калибровки.
Правильно имхо говорить об относительной оценке освещенности, с той или иной степенью достоверности.

И сразу о результатах - они намного отвратительнее, чем ожидалось априори. Думаю, если Роман применит предложнную ниже методу к своему Wanhao Duplicator 7 - результат будет такой же печальный, т.к. оптические схемы принтеров практически идентичны.

Первым делом я попытался использовать фоторезистор СФ-2-5Б, имеющийся в загашнике.
92aad74df935fb2c6e13a62280f0297a.jpg
Технические параметры - рабочее напряжение фоторезистора 1.3В, максимальное допустимое напряжение - 10В. Ток при освещенности 1 лк - 5,0…50 мкА, при освещенности 200 лк - не менее 500 мкА. Границы спектральной чувствительности 300 - 800 нм, но это на уровне 10%. Время нарастания и спада фотосигнала - не более 2 с.
Известно также, что зависимость сопротивления от освещенности не пропорцианальная, а логарифмическая!

Практическая чувствительность.
Темновой ток при рабочем напряжении - 6 мА.
efc073da5f452673833c9a0812ba5d9f.jpg
Ток при максимальной освещенности 26 мА - лазерная указка 405 нм с расстояния порядка 10 см.
a7de37bf60d95322ae7064c71d394f60.jpg
Разрешение "прибора" на базе СФ-2-5Б я бы оценил на уровне 7-10% от максимума - т.е. как никакую.
Получается, как тригерный датчик фоторезистор сгодится, да и то со временем срабатывания 2 с. Поразмыслив, фоторезистор СФ-2-5Б был отправлен назад - в загашник.

Принялся искать другой способ измерения освещенности. Люксметра в закромах не обнаружилось:)
Взгляд упал на арсенал смартфонов.
Испытуемыми оказались:
- мой нынешний любимый флагман любимой компьютерной компании (не буду его называть, потому что в целях данной статьи он показал себя наихудшим образом, мне стыдно :()
- iPhone 7+,
- флагман конца 2013 года Samsung Galaxy S4 GT-I9505.
Были перепробованы два десятка программ под общим брэндом "люксметр для смартфона".

Победителями оказались:
- Physics Toolbox Sensor Suite - c великолепными возможностями записи и экспорта логов измерений, в том числе сразу с двух комплектов датчиков, с записью абсолютного или относительного времени измерений, и самое важное, с превосходной повторяемостью результатов измерений - десятки, если не сотни раз делал замеры, разброс показаний не превышал последней значащей цифры.
- и Samsung Galaxy S4 с огромной шкалой измерения, разрешением 1 лк, минимальным уровнем освещенности 4лк
ffe6a2b42f6ffac5de42fc926c341a8c.jpg
Верхний предел измерения (лазерная указка 405 нм с расстояния 5 см)
b3f58e63fdc113ddab3f4cf799102720.jpg
На это фото - освещенность поверхности рабочего стола.
1b82d41474fe7542670b84c96b3ebf85.jpg
Дальнейшие действия показались совсем простые, но не тут то было.
Сначала я сделал, как и Роман, матрицу засветки, разбив на квадраты "модель" для печати.
bca5a09c071354594e81a8f5fa87ba0a.jpg
Кстати, фотоаппарат видит многочисленные блики от единственного центрального источника света (это сдвоенный LED мощностью 20Вт, изготовленный по COB-технологии с пятном издучения примерно 6х12 мм). И хорошо заметна неравномерность освещения, даже на фото.

Далее включил в Physics Toolbox одновременную запись показаний линейного акселерометра и люксметра. Задача - привязаться к координатам LCD экрана.
Экспортируем лог в Эксель, проводим двойное интегрирование по времени, чтобы перейти от ускорения к величине линейного перемещения, и тут засада.
Пробовал раз тридцать - мне не удалось аналитически ни разу вернуться в исходную точку измерений, хотя в реальности смартфон в нее возвращался. Причину такой неудачи установить не удалось. Хотя и вкуривал проблему несколько дней с перерывами.

Пришлось менять методику - изменить модель засветки и привязываться к двум параметрам - временной шкале, и к темновым значениям результатов измерений.
Первая - серия из 9 моделей с 17 кругами засветки. покрывающими поле экрана. В каждый момент времени из 17 кругов засвечен только один, чтобы перемещаться без ошибок. Время засветки одного кружочка 2с, пауза 1с. За 2с смартфон успевал делать почти по 20 измерений освещенности.
d50495fdf8db292ebe9ab530b7c7626d.jpg
Вторая модель - с широкими темными границами между кружочками, чтобы по ним отслеживать перемещение датчика. Кроме того, в этой модели кружочки то светятся, то гаснут. Это для возможности оценки засветки при выключенных пикселах экрана, но включенном источнике света.
82fd4e495616bf6c35e5dbe28bf7dc73.jpg
Столкнулся с еще одной неприятностью - когда водил смартфоном по экрану принтера, смартфон неожиданным образом реагировал как на нажатие пальцем на экран, и совершал невероятные действия. Пришлось наклеить трубочку на датчик освещенности смартфона, чтобы экраны не касались друг друга.
cf10a59e8c51b9f28dabf1317d672aa6.jpg
Для первой модели (серии измерений для 9 моделей по 17 кружочков) получил кучу значений (до 20 показаний на каждое итоговое значение), потом ручками сводил все это в итоговую таблицу.
ae9178c0514072bbfe4b1d6194f02c48.jpg
Даже на первый взгляд видно, как все плохо. Можно проиллюстрировать.
eff46fc42457f5fa58ca778a8f4c6f64.jpg
и с обратной стороны
31e2695c4fce4fd93efa3d83cb965bf8.jpg
Хорошо виден горб из-за узкого телесного угла направленности источника света. И это не лечится (((
Нормализованные графики освещенности. Разница 20-ти кратная!!!
d919f787b2ac6b981f61f1d216cf992a.jpg
Результаты измерений для второй модели. Поленился, из-за результатов по первой модели, мерять все 9 серий. Здесь только от края и до середины экрана.
912007659ddb11a78145da9d1a00acef.jpg
График засветки
f3df93baa1f73e65d521a17f47633b7c.jpg
Единственный позитивный результат данного исследования - темновой график. LCD экран достаточно эффективно не пропускает УФ 405 нм даже при максимуме светового потока. Это дает надежду, что принтер можно модернизировать.
30cfa9d1678b1bc650529cfa6965bbc6.jpg
Паразитную XY засветку измерять не стал, хотя и планировал, потому что безсмысленно - опять таки из-за плачевных результатов по освещенности. Хотя наклеенная на смартфон трубочка позволяет провести такие измерения.

Выводы:
Печатать что-либо на принтере не хочется, в нынешнем виде это игрушка, с максимальной площадью печати максимум 40х40 мм по центру экрана.
Не думаю, что фотосмола столь толерантна к тому широкому разбросу освещенности, которя имеется. Какой смысл подбирать и выставлять время экспозиции основного слоя 7 или 11 или 17 секунд, если освещенность скачет в 20 раз.

Планы:
Решение проблемы равномерности засветки экрана. Планировал ставить колиматорную линзу кварцевого стекла с потерями в диапозоне 365-405 нм не более 3%. С нынешним источником УФ ничего не получится (места нет в корпусе, хотя и можно теоретически). Кроме того, выяснил у производителей у нас и в Китае, что такая линза будет стоить 150-200 долларов. Поэтому готовлю ассиметричный, но равноценный ответ за 3 копейки.
И хотелось бы понять, узнать мнение экспертов - так как время экспозиции пропорционально количеству накапливаемой энергии в фотоинициаторах в смоле (это моя гипотеза) - насколько целесообразно снижать длину волны УФ (с ростом частоты энергия растет квадратично). Какой нижний предел УФ, с которым работают распространенные смолы?

Спасибо за внимание.
Подписаться на 3Dtoday
11
Комментарии к статье

Комментарии

21 Янв 08:35
3
Взгляд со стороны: думается мне, что тут нужна светодиодная матрица во все поле.
Возможно самодельная.
21 Янв 17:46
1
Если бы я был производителем 3Д принтеров такого типа - первым бы делом собрал прибор по предлагаемому Вами принципу - хотя бы для понимания производителем того, что он продает. Но, похоже, световая схема изготовлена на глазок - чтобы светилось, была подешевле, внешне покрасивше.
А мне, даже с учетом еще одного будущего исследования, вроде как не с руки делать прибор.
22 Янв 09:43
0
Светодиодная матрица во все поле зает засветку в середине выше, чем по краям - легко проверить расчетом.
Надо либо светодиодную матрицу больше, чем поле, но при этом будет паразитная засветка.
Нужно не просто светодиодную матрицу во все поле, а светодиодную матрицу с сотовой насадкой - hard light.
На самоделках такие есть, почему "фирменные" производители так не делают - не знаю...
22 Янв 09:56
1
а светодиодную матрицу с сотовой насадкой - hard light.
Светодиодная матрица с сотовой насадкой - если это вертикальные соты с тонкими стенками - то это называется в оптике коллиматор простейшего типа. Как раз сейчас делаю опыты со светодиодами, чтобы понять какая в итоге должна быть конструкция такого коллиматора. Это и есть ответ за 3 копейки )))
22 Янв 10:38
0
Да, я имел ввиду именно вертикальные соты с тонкими стенками...
Как это называется в оптике - буду знать.... спасибо...
Как раз сейчас делаю опыты со светодиодами, чтобы понять какая в итоге должна быть конструкция такого коллиматора. Это и есть ответ за 3 копейки )))
Тут в свое время Vortex-3D предлашал
Нашёл диод у которого угол светового потока 20градусов, что меньше чем у линзы (60-80град), зеркала (30-60град). А при кол-ве 350штук при номинальном токе 30мА на диод будет суммарная мощность 40Вт. При этом в импульсном режиме на 1кГц данный диод способен работать при 100мА токе.
Может пригодится....
22 Янв 12:19
1
Я хочу прикрутить 365нм, меньше чем 3Вт диодов не нашел. Спасибо за ссылку, мне такие не попадались. Попробую покопать в эту сторону.
25 Янв 19:43
0
Вопрос нуба - а если линзы такого плана: https://ru.aliexpress.com/store/product/10pcs-13mm-mini-IR-Lens-15-30-45-60-90-100-Degree-Needn-t-Holder-For/1080577_32820431045.html?spm=a2g0v.12010608.0.0.2d34acb88kS4D5
И вообще, по каким параметрам линзы необходимы, если нет подходящих диодов?
А матрица? Печать, фрезеровка? Отталкиваться от "медовых сот"?
Прошу простить, совсем не спец в теме.
26 Янв 07:47
0
К сожалению я не оптик, и профессионально ответить на ваш вопрос не могу.
По роликам на ютюбе тип линзы не определить... как и конструкцию сотовых насадок...
Сам я не экспериментировал в этом направлении...
Если брать фотографию - то там сотовые насадки делают самых разных конструкций - и шестигранные и квадратные и треугольные... самый распространенный "колхоз", которые делают фотографы - картонная обечайка набитая свернутыми трубочками из белой бумаги...
Но там цель "жесткого света" несколько иная - получить определенные эффекты при съемке...
А здесь нам надо равномерный свет, перпендикулярный плоскости экрана... Какой вариант насадки будет самым эффективным - не знаю.
Те варианты, которые видел на ютубе - квадратные соты - вряд ли самые эффективные, скорее самые простые...
23 Янв 17:18
1
Производители делают - например принтер SLASH 3D и SLASH+. там именно так и сделано. И скорость оооочень достойная ;)
24 Янв 09:10
0
Я бы не стал столь наивно доверять рекламным материалам.
То, что там стоит матрица во всю площадь экрана - верю (иначе бы не вписались в столь малые габариты по высоте), а вот "сот" (простейшего коллиматора) там, вероятно, нет... И вопрос равномерности засветки - ждем-с отзывов от пользователей...
PS Насчет недоверия рекламным материалам - это я прежде всего об скорости печати (200 мм/ч) и об вертикальной стенке 0,2 и 0,1 мм на принтере с размером пикселя 0,075 мм...
21 Янв 10:44
2
Спасибо.
Очень наглядно.
21 Янв 23:30
2
У Вас тоже всегда наглядно :):):)
22 Янв 00:33
1
У Вас тоже всегда наглядно
Мы все идём, каждый вроде своим путём, но делаем одно общее дело.
Уже много раз это писал...........мы развиваем технологию. Это делается для будущего.
Вроде как громкие слова..................но это так и есть)))
Если бы у меня в "заначке" лежал фоторезистор или фотодиод, я бы тоже быстро напечатал бы на Геркулесе сетку, и в ячейки бы засовывал этот датчик и измерял бы какие нибудь величины и заносил бы их в таблицу.
Это же интересно!
21 Янв 13:13
3
Метод "авоськи с горбулькой" - рулит.
Сам - занимался этим довольно давно, уже после дипломного проекта... Визуализация с конвертацией - на PC AT 286 данных с VAX-а.

Что касается безтеневого "нормального распределения", могу снова повторить здесь свою идею с множественными рефлекторами.
Вот - иллюстрация идеи, притом - совершенно серьёзно:

900d8270d60805365f64b8de1aae935e.jpg
cda31afb9826cd5351dd18e8237de970.jpg


Этого "добра" - после каждого праздника - навалом...
И Кстати, размеры ячейки рефлектора можно довести и до размера блистера больших витаминных таблеток, такое тоже встречается.
Суть - в достаточной поверхности, дающей необходимые рассеянные "зайчики"...

Понимаю, что надо решить вопрос деформации от нагрева, но тут я могу только подсказать - запускать излучатели не на максимум...
Чувствительности видеокамеры должно быть достаточно.
21 Янв 18:25
3
Визуализация с конвертацией - на PC AT 286 данных с VAX-а
Для этого надо сначала заиметь первичный фотодатчик с хорошо известной ВАХ, или откалибровать датчик по эталону. Потом собрать механическую систему позиционирования датчика по XY.
И где-то найти PC AT 286 :) :) :)
Что касается безтеневого "нормального распределения"
Слово "нормальное" тут плохо употребимо, потому что нормальное распределение в физике - Гауссово. Это распределение горбом, по экспоненте - с ним как раз боремся.

Если идея подложки от конфет - в применении матрицы светодиодов (создание не точечного, а распределенного источника света) - я как раз провожу опыты в этом направлении.
Что касается самой подложки от конфет - она будет просто вредна, если будет участвовать в светоотражении - искажая спектральное распределение источника света и увеличивая рассеяние по ХУ
Дело в том, что свет, падающий на LCD экран, должен быть не только равномерным, но и перпедикулярным экрану в каждой его точке.
21 Янв 18:39
2
заиметь первичный фотодатчик с хорошо известной ВАХ
Не думаю, что это - нужно. Академические расчёты велись на Фортране вот на ЭТОМ VAX-е:
b1ad64c2ec22f54e34f9485957fc856a.jpg


... и для 1988-го года - это был "писк" по скорости портирования данных численного моделирования физических процессов для Центра Москвы, не считая оборонки.

Дело в том, что свет, падающий на LCD экран, должен быть не только равномерным, но и перпедикулярным экрану в каждой его точке.
Согласен.
Так надо-бы его "выравнивать" непосредственно "до" LCD-экрана.
Я хоть и не оптик, но про дифракционные решётки - кое что помню...
Да и малогабаритные линзы Френеля - уже вроде народ 3D-печатает...

Так что - буду очень рад, если у Вас что-то получится...
21 Янв 18:45
3
линзы Френеля
Каждой отдельной линзе Френеля требуется свой близкий к точечному источник. В случае матрицы источников - специально сконструированная матрица из линз Френеля с непонятными эффектами на границах.
21 Янв 18:49
3
на ЭТОМ VAX-е
Я думал, Вы имели в виду вольт-амперную характеристику фотодатчика. Тогда тем более, вопрос корректного датчика остается открытым.
21 Янв 19:02
2
вопрос корректного датчика остается открытым
05ce63e11a19ccbcf0f48c4754f5e782.jpg

Причём наверняка есть модели и с USB-выходом...
Если дорого - пробуйте арендовать.

Это явно - инструментарий мастерской или заводской лаборатории и/или ОТК.
Не думаю, что китайцы будут делать систему ОС на подобном датчике.

+Update:
Ну или вот бюджетно-туристический вариант:
6aab16f1147b80dce8c3a8261d42e967.jpg


Тут думаю точности - никакой... хотя - мелкими цифрами - что-то есть...

613902dadb14257ccf6f3c8b01f88587.jpg
9950e333088d3022d36aafb9f50ea360.png

87c29c7e17fdb2fe7999e850088cd27e.jpg
21 Янв 20:05
3
инструментарий мастерской или заводской лаборатории и/или ОТК
Для измерения засветки имеющихся экранов в 3Д принтерах такой датчик не подходит из-за "неправильных" габаритов и размера входного отверстия. Тем более, имеется очень неплохая альтернатива в виде смартфона с софтом.
22 Янв 09:50
0
Для этого надо сначала заиметь первичный фотодатчик с хорошо известной ВАХ
а PC AT 286 данных с VAX-а.
Это у вас юмор такой ;) или вы друг друга не поняли?
PS ВАХ - вольт-амперная характеристика, нам нужен датчик не просто я известной ВАХ, но и с серией ВАХ при разном уровне освещенности УФ 405 нм.
VAX - семейство 32-битных мини-ЭВМ, дальнейшее развитие ЭВМ семейства DPD-11... старье такое, что сейчас уже никто и не вспомнит, что эра "персоналок" началась в 1967 г, когда стивы еще пешком под стол ходили...
22 Янв 10:14
1
В том посте было написано "Визуализация с конвертацией - на PC AT 286 данных с VAX-а. "
Т.е.обработка на PC AT 286, а данные беруться с Volt-Ampere Characteristic фотодатчика, решил, что опечатка - Х вместо С.
22 Янв 09:52
0
Отличная статья! Отличная работа!
Очень наглядно и поучительно!
По существу разбор будет ниже...
22 Янв 10:04
0
1. Я использовал фоторезистор в нетипичном для него включении (питание 19 В вместо 10), не зная его ток насыщения в этом режиме. Поэтому моя оценка разницы освещенности в 2 раза вполне может быть и не два раза, а двадцать.
2. Я измерял прикладывая фоторезистор линзой к поверхности экрана, здесь измерение - через тонкую трубочку, поэтому вся паразитная засветка отсекалась - трубочка пропускала только лучи, перпендикулярные экрану. С учетом паразитной засветки разница в освещенности будет не в 20 раз, а меньше...
3. Этот опыт очень хорошо объясняет разброс в данных о времени засветки - одни печатают в центре экрана небольшую детальку - поэтому им достаточно 5с на слой, другие - на краю, и у них если меньше 30с на слой - лужа на дне, вместо детали...
4.
в нынешнем виде это игрушка, с максимальной площадью печати максимум 40х40 мм по центру экрана.
Вы пессимист. Наоборот - это означает, что в центре экрана на площади 40х40 мм реально получить "честные" 0,05 мм ювелирной точности - уже неплохо! ;):)
5. Методика измерения очень поучительная, правда, сильно зависит от модели смартфона..
22 Янв 10:29
1
фоторезистор
Совершенно не годный для наших целей датчик. И очень инерционный.
через тонкую трубочку, поэтому вся паразитная засветка отсекалась
Она не очень тонкая, с телесным углом порядка 20-25 град. С ней максимальная освещенность 180 лк, без нее - около 250 лк.
сильно зависит от модели смартфона
Понятно, что смартфон не откалиброван в качестве люксметра, поэтому измерения проводятся в попугаях :):):)
Но попугаи эти честные - пропорциональные освещенности, с очень хорошим разрешением и неплохой точностью на уровне 1%. Я проверял показания на нескольких известных мне светодиодах, прежде чем использовать эту связку смартфон - спецсофт.
22 Янв 13:54
0
Можно использовать китайские модули - люксметры на базе, например BH1750 или MAX44009
https://mysku.ru/blog/aliexpress/47183.html
22 Янв 14:15
0
BH1750
не подходит, - не чувствителен к ближнему ультрафиолету
или MAX44009
В принципе подойдет - но чувствительность на 405 нм менее 20% от максимума - все равно на выходе "попугаи", а не люксы.
PS лучше всего подходят специальные УФ-детекторы - они достаточно дорогие, из дешевых модулей лучше подойдет TSL2560.
Но в любом случае - надо делать люксметр самому - это решение не для всех.
Смартфон, в какой-то степени, лучше...

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

3Dtoday за 60 секунд от 19 февраля

Голова медведя, рельеф. Литье полиуретана

Анонсированы бесплатные вебинары «Социальное 3D-моделирование онлайн»

Апгрейд AnyCubic Pluse | Delta 3D Printer

Имитация текстуры дерева при 3D печати. Метод папы Карло

Anet A 8 - история одного принтера. ч2.UPD. Сгорела MEGA классно!