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用于自動(dòng)化制造業(yè)的光投影技術(shù)

中國投影網(wǎng)投影機(jī)資訊  來源:德州儀器  2016-4-5 10:22:13  編輯:沉默者  [ ]

增材制造,又稱3D打印,和3D機(jī)器視覺都是令人極為振奮的新技術(shù),當(dāng)我們將這兩者結(jié)合起來使用時(shí),它們有潛力創(chuàng)建一些全新的高效生產(chǎn)模式,這其中,尤其讓人感興趣的是“自動(dòng)化生產(chǎn)”的概念——一個(gè)“一站式”的機(jī)械加工車間,該車間可在無需人工監(jiān)督的情況下用3D打印技術(shù)來打造零件,并用機(jī)器視覺技術(shù)來測量和測試該零件。

德州儀器(TI)的DLP®技術(shù)及其核心的數(shù)字微鏡器件(DMD)可提供實(shí)現(xiàn)這一切的關(guān)鍵要素。DLP技術(shù)是誕生于1996年的用于投影顯示的光學(xué)技術(shù),現(xiàn)在已得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)被應(yīng)用于3D打印和機(jī)器視覺中的問題時(shí),DLP技術(shù)可提供高分辨率的成像、加快生產(chǎn)速度并降低制造成本,這有助于讓自動(dòng)化生產(chǎn)的愿景成為現(xiàn)實(shí)。正因如此,它才成為了用老技術(shù)解決新問題的經(jīng)典范例。

采用DLP技術(shù)的3D打印

光固化(SLA)是一種常見的3D打印過程,與傳統(tǒng)的打印較為相似。就像調(diào)色劑沉積在紙張上一樣,3D打印機(jī)可在一系列2D截面中沉積材料層,這樣一層一層疊加起來,就能產(chǎn)生3D物體。在采用SLA技術(shù)的情況下,材料是一種可用紫外線(UV)光源進(jìn)行固化的樹脂。當(dāng)該樹脂固化時(shí),其單體能交聯(lián)以創(chuàng)建一個(gè)聚合物鏈 —— 該聚合物鏈可產(chǎn)生固體材料。

當(dāng)SLA技術(shù)與DLP技術(shù)結(jié)合時(shí),DMD會(huì)由UV光源點(diǎn)亮。然后DMD的像素被分別處理,圖像被投影到樹脂層,從而產(chǎn)生一系列截面,這些截面可組成3D物體。采用DLP技術(shù)能夠帶來多種優(yōu)勢,比如能用光學(xué)技術(shù)使來自DMD的各個(gè)像素成像,而不是讓光源直接在樹脂上成像,這樣可優(yōu)化分辨率和特征尺寸!緢D像1】

和能產(chǎn)生100微米體素(3D像素)、基于激光的傳統(tǒng)SLA機(jī)相比,基于DLP技術(shù)的SLA機(jī)可實(shí)現(xiàn)30微米的體素。體素越小,轉(zhuǎn)化成的物體越平滑,這意味著完成物體創(chuàng)建所需的后期制作處理工作就越少。此外,因?yàn)檎麄(gè)構(gòu)造層的成像和創(chuàng)建是同時(shí)完成——而不是一次一個(gè)體素、逐層完成的,所以這些機(jī)器完成較大打印品的速度比傳統(tǒng)的SLA機(jī)快。

DLP技術(shù)測量和測試

物體被打印后,自動(dòng)生產(chǎn)線上的下一個(gè)步驟是實(shí)現(xiàn)具有3D視覺功能的機(jī)器,該機(jī)器可對物體進(jìn)行自動(dòng)測量和測試。在這個(gè)過程中也可以應(yīng)用DLP技術(shù)

傳統(tǒng)的機(jī)器視覺系統(tǒng)采用接觸式坐標(biāo)測量法或使用單個(gè)攝像頭的非接觸式2D檢測與測量法來掃描物體。DLP輔助的3D機(jī)器視覺系統(tǒng)則可采用單行掃描的變異法 —— 結(jié)構(gòu)光方法!緢D像2】在這里,數(shù)字光圖案被投影到一個(gè)物體上。接著,這些光圖案通過攝像頭傳感器成像——該傳感器可借助已知的光源角度對數(shù)據(jù)進(jìn)行三角測量,以提取3D信息。

被投影的圖案通常是黑色和白色條紋,它們由DMD將相應(yīng)的像素列開啟和關(guān)閉而產(chǎn)生。我們用投影透鏡讓來自DMD的光在被測量的物體上成像。由于DMD像素的尺寸可能僅為5.4微米,故我們可用較小的面板來產(chǎn)生高分辨率圖案。

與傳統(tǒng)的單行掃描法和接觸式坐標(biāo)測量法相比,DLP輔助的結(jié)構(gòu)光方法有著高分辨率,并且有高達(dá)32kHz的可編程圖案速率,因此能產(chǎn)生高精度的3D實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。此外,DMD還可在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提供靈活性 —— 波長選擇范圍很廣,可從365納米到2,500納米。

對提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低制造成本的需求正在一系列領(lǐng)域——包括安全、醫(yī)療、環(huán)境和科學(xué)領(lǐng)域——變得越來越強(qiáng)勁。利用TI的DLP技術(shù)工程師可獲得一種途徑來滿足這些需求,并能設(shè)想一個(gè)理想的制造工廠,其中自動(dòng)機(jī)器人可制造和測試產(chǎn)品。

Alex Lyubarsky是德州儀器的一名光學(xué)設(shè)計(jì)工程師。

【圖像1】

標(biāo)題:采用DLP技術(shù)的光固化

圖像說明:物體通過3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)模型得到詳細(xì)的說明。打印機(jī)軟件可將虛擬模型轉(zhuǎn)化成一系列表層以適應(yīng)該物體的打印。

資料來源注解:由德州儀器(TI)提供

【圖像2】

圖像說明:通過采用DLP技術(shù)的結(jié)構(gòu)光掃描法,就能提取任何物體的表面面積、體積和特征尺寸等維度值。

資料來源注解:由德州儀器(TI)提供

【圖像2(供選擇)】

標(biāo)題:DLP輔助的3D機(jī)器視覺系統(tǒng)

圖像說明:通過提供單個(gè)或多個(gè)攝像頭的3D圖像采集功能,DLP技術(shù)可實(shí)現(xiàn)3D機(jī)器視覺。該系統(tǒng)能將一個(gè)DMD用作空間光調(diào)制器,并用一個(gè)DMD控制器來提供對微鏡的高速控制功能。


關(guān)于德州儀器
關(guān)于德州儀器公司DLP®產(chǎn)品事業(yè)部:
自1996年以來,德州儀器公司的DLP顯示技術(shù)屢獲殊榮,為全球頂級的顯示設(shè)備提供色彩豐富、對比鮮明、 高清靚麗的優(yōu)秀畫質(zhì),已廣泛應(yīng)用于包括智能顯示技術(shù)在內(nèi)的各種裝置。利用DLP的智能顯示功能,用戶可在諸如汽車、醫(yī)療和互動(dòng)投影等各種應(yīng)用中與內(nèi)容互 動(dòng)。從影院(DLP Cinema®)到大型專業(yè)展廳,從會(huì)議室、教室到家庭影院,DLP的技術(shù)貫穿其中。此外,DLP Pico™使移動(dòng)設(shè)備能夠在您手中輕易地投影出畫面。每一塊DLP芯片的核心是由多達(dá)800萬塊顯微鏡所排成的陣列,它們超高速切換。憑借速度優(yōu) 勢,DLP技術(shù)可提供最尖端的應(yīng)用。
更多信息請?jiān)L問:www.dlp.com/cn/
關(guān)于德州儀器的創(chuàng)新:
80 多年來,德州儀器一直行走在科技創(chuàng)新前沿,其所生產(chǎn)的更高集成性、更快速且更節(jié)能的產(chǎn)品總能帶給客戶與眾不同的感受。今天,隨著能量采集、能源管理、云計(jì) 算、安全性、醫(yī)療健康技術(shù)等方面的進(jìn)步,我們正在構(gòu)建新的未來。更多關(guān)于德州儀器的模擬和嵌入式處理產(chǎn)品在現(xiàn)在以及將來如何改善人們生活、工作和娛樂方式的信息,敬請?jiān)L問www.ti.com/innovation
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德州儀器 (TI) 半導(dǎo)體提供創(chuàng)新技術(shù)幫助全球90,000家客戶開啟未來世界無限可能。德州儀器致力于打造更智能、更安全、更環(huán)保、更健康以及更精彩的生活。我們把構(gòu)建美 好未來的承諾付諸于日常言行的點(diǎn)滴,從高度負(fù)責(zé)地生產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)品,到關(guān)愛員工、回饋社區(qū)。這一切僅是德州儀器實(shí)踐承諾的開始。更多詳情,敬請查閱 www.TI.com.cn
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