Еще одна aka инструментальная оценка экрана LCD-принтера

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. 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. Ток при максимальной освещенности 26 мА - лазерная указка 405 нм с расстояния порядка 10 см.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 4лкВерхний предел измерения (лазерная указка 405 нм с расстояния 5 см)На это фото - освещенность поверхности рабочего стола.Дальнейшие действия показались совсем простые, но не тут то было.

Сначала я сделал, как и Роман, матрицу засветки, разбив на квадраты 'модель' для печати.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.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.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.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.Даже на первый взгляд видно, как все плохо. Можно проиллюстрировать.и с обратной стороныХорошо виден горб из-за узкого телесного угла направленности источника света. И это не лечится (((

Нормализованные графики освещенности. Разница 20-ти кратная!!!Результаты измерений для второй модели. Поленился, из-за результатов по первой модели, мерять все 9 серий. Здесь только от края и до середины экрана.График засветкиЕдинственный 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.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.