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用于自动化制造业的光投影技术
发布时间:2021-10-14
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本文摘要:增材生产,又称3D打印机,和3D机器视觉都是令人十分鼓舞的新技术,当我们将这两者融合一起用于时,它们有潜力创立一些全新的高效生产模式,这其中,特别是在让人感兴趣的是自动化生产的概念一个一站式的机械加工车间,该车间可在需要人工监督的情况下用3D打印机技术来打造出零件,后用机器视觉技术来测量和测试该零件。 德州仪器(TI)的DLP技术及其核心的数字微镜器件(DMD)可获取构建这一切的关键要素。 DLP技术是问世于1996年的用作投影表明的光学技术,现在已获得广泛应用。

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增材生产,又称3D打印机,和3D机器视觉都是令人十分鼓舞的新技术,当我们将这两者融合一起用于时,它们有潜力创立一些全新的高效生产模式,这其中,特别是在让人感兴趣的是自动化生产的概念一个一站式的机械加工车间,该车间可在需要人工监督的情况下用3D打印机技术来打造出零件,后用机器视觉技术来测量和测试该零件。  德州仪器(TI)的DLP技术及其核心的数字微镜器件(DMD)可获取构建这一切的关键要素。

DLP技术是问世于1996年的用作投影表明的光学技术,现在已获得广泛应用。当被应用于3D打印机和机器视觉中的问题时,DLP技术可获取高分辨率的光学、减缓生产速度并减少生产成本,这有助让自动化生产的愿景沦为现实。

正因如此,它才沦为了用老技术解决问题新问题的经典范例。  使用DLP技术的3D打印机  光固化(SLA)是一种少见的3D打印机过程,与传统的打印机更为相近。就像调色剂沉积在纸张上一样,3D打印机可在一系列2D横截面中沉积材料层,这样一层一层变换一起,就能产生3D物体。

在使用SLA技术的情况下,材料是一种能用紫外线(UV)光源展开烧结的树脂。当该树脂烧结时,其单体能交联以创立一个聚合物链该聚合物链可产生液体材料。

  当SLA技术与DLP技术融合时,DMD不会由UV光源照亮。然后DMD的像素被分别处置,图像被投影到树脂层,从而产生一系列横截面,这些横截面可构成3D物体。

使用DLP技术需要带给多种优势,比如能用光学技术使来自DMD的各个像素光学,而不是让光源必要在树脂上光学,这样可优化分辨率和特征尺寸。使用DLP技术的光固化  使用DLP技术的光固化:物体通过3D计算机辅助设计(CAD)模型获得详尽的解释。打印机软件可将虚拟世界模型转化成一系列表层以适应环境该物体的打印机。

(由德州仪器(TI)获取)  和能产生100微米体素(3D像素)、基于激光的传统SLA机比起,基于DLP技术的SLA机可实现30微米的体素。体素就越小,转化成的物体就越光滑,这意味著已完成物体创立所需的后期制作处置工作就越多。

此外,因为整个结构层的光学和创立是同时已完成而不是一次一个体素、逐级已完成的,所以这些机器已完成较小打印机五品的速度比传统的SLA机快。  DLP技术测量和测试  物体被打印机后,自动生产线上的下一个步骤是构建具备3D视觉功能的机器,该机器可对物体展开自动测量和测试。在这个过程中也可以应用于DLP技术。

  传统的机器视觉系统使用接触式座标测量法或用于单个摄像头的非接触式2D检测与测量法来扫瞄物体。DLP辅助的3D机器视觉系统则可使用单行扫瞄的变异法结构光方法。在这里,数字光图案被投影到一个物体上。

接着,这些光图案通过摄像头传感器光学该传感器可利用未知的光源角度对数据展开三角测量,以萃取3D信息。  右图是通过使用DLP技术的结构光扫瞄法,就能萃取任何物体的表面面积、体积和特征尺寸等维度值。(由德州仪器(TI)获取)  被投影的图案一般来说是黑色和白色条纹,它们由DMD将适当的像素佩打开和重开而产生。

我们用投影透镜让来自DMD的光在被测量的物体上光学。由于DMD像素的尺寸有可能仅有为5.4微米,故我们能用较小的面板来产生高分辨率图案。DLP辅助的3D机器视觉系统  DLP辅助的3D机器视觉系统:通过获取单个或多个摄像头的3D图像收集功能,DLP技术可实现3D机器视觉。

该系统能将一个DMD用于空间光调制器,后用一个DMD控制器来获取对微镜的高速掌控功能。(由德州仪器(TI)获取)  与传统的单行扫瞄法和接触式座标测量法比起,DLP辅助的结构光方法具有高分辨率,并且有低约32kHz的可编程图案速率,因此能产生高精度的3D动态数据。此外,DMD还可在系统设计中获取灵活性波长自由选择范围很广,可从365纳米到2,500纳米。

  对提升产品质量和减少生产成本的市场需求正在一系列领域还包括安全性、医疗、环境和科学领域显得更加强大。利用TI的DLP技术,工程师可取得一种途径来符合这些市场需求,并能设想一个理想的生产工厂,其中自动机器人可生产和测试产品。  AlexLyubarsky是德州仪器的一名光学设计工程师。


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