1996年一項為了投影顯示器而問世的光學(xué)技術(shù)已臻成熟，其將能夠扮演結(jié)合兩者的關(guān)鍵角色。德州儀器的DLP投影技術(shù)和其核心的數(shù)位微型反射鏡元件（DMD）應(yīng)用在3D列印和機器視覺上，可提供高解析度影像、加快制造速度及降低成本，讓「自造」愿景成真。如此一來，運用舊技術(shù)解決新問題的經(jīng)典案例將再添一筆。
DLP技術(shù)實現(xiàn)3D列印
3D列印技術(shù)常見的光固化成形法（Stereolit??hography, SLA）與傳統(tǒng)列印方式相似。如同墨粉噴在紙上，3D列印機將一片片的2D剖面材料層層堆疊，最后產(chǎn)出立體的3D物件。光固化成形法利用紫外線（UV）光源將樹脂材料固化；當(dāng)樹脂固化時，其單體會相互連結(jié)成聚合物鏈，因而形成固態(tài)物質(zhì)。
利用3D CAD模型描繪物件，列印機軟體將虛擬模型轉(zhuǎn)化為可將物件列印出來的剖面層（Source：德州儀器）
結(jié)合DLP技術(shù)的光固化成形法，使用紫外線光源照射DMD。 DMD畫素經(jīng)個別處理后，圖像就會投射到樹脂層，建構(gòu)出一片片的剖面層，堆疊起來就成了3D物體。使用DLP技術(shù)的好處在于，光源不會直接在樹脂上成像，而是透過光學(xué)原理讓每一個DMD畫素成像，進(jìn)而提高解析度和特征精細(xì)度。
與傳統(tǒng)雷射光SLA列印機可產(chǎn)出100μm（微米）的立體畫素相比，采用DLP技術(shù)的SLA列印機的立體畫素可小至30μm。立體畫素越小代表物體越光滑，成品所需的后制加工處理越少。此外，采用DLP技術(shù)的機器列印大型物件時比傳統(tǒng)SLA列印機更快速，因為整個物件可同時成像和建構(gòu)，而非一次一個立體畫素，且得一層一層進(jìn)行。
DLP技術(shù)的量測
完成物件列印之后，自動化生產(chǎn)線的下一步是利用具備3D視覺的機器自動量測物件。此時，DLP技術(shù)將能夠再次派上用場。
傳統(tǒng)的機器視覺系統(tǒng)有兩種方式：利用接觸式協(xié)調(diào)量測方法掃瞄物件，或是使用單一攝影機進(jìn)行非接觸式2D偵測和測量。采用DLP技術(shù)的3D機器視覺是利用一種變異的單線掃瞄，稱之為結(jié)構(gòu)光法。 （圖2）如圖所示，先將數(shù)位光圖形 （digital light pattern） 投射在物件上，再利用攝影感測器從已知的位置角度拍攝光圖形，以三角量測的方法取得3D數(shù)據(jù)。
| 圖2 : 利用DLP技術(shù)的結(jié)構(gòu)光進(jìn)行掃描,建構(gòu)物件的表面積、體積、細(xì)部特征等3D數(shù)據(jù)。 (So??urce:德州儀器) |
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投射的光圖形通常是黑白相間的光條，由DMD相對應(yīng)的畫素列開關(guān)所形成。利用投影鏡頭， DMD發(fā)出的光被投射到受測物上。由于一個DMD畫素只有5.4μm，使用較小的DMD面板也能產(chǎn)生高解析度的圖形。
與傳統(tǒng)單線掃瞄和接觸式座標(biāo)量測相比，DLP結(jié)構(gòu)光法擁有高解析度效能、快速、且高達(dá)32kHz的可程式化圖形率，因此可即時產(chǎn)出高精確的3D數(shù)據(jù)。此外，DMD提供廣泛的365-2,500奈米波長，讓系統(tǒng)設(shè)計更具彈性。
DLP技術(shù)透過單一或多臺攝影機采集3D圖像，實現(xiàn)3D機器視覺。該系統(tǒng)使用DMD作為空間光調(diào)解器和DMD控制器，以提供微反射鏡的高速控制。 （Source：德州儀器）
包括安全、醫(yī)療、環(huán)境、科學(xué)等各行業(yè)領(lǐng)域，對提升產(chǎn)品品質(zhì)和降低制造成本的需求日益殷切。善用德州儀器DLP技術(shù)，工程師不但可滿足上述需求，還可實現(xiàn)想像中利用自造機器制造和測試產(chǎn)品的理想工廠。
(本文作者Alex Lubarsky任職于美國德州儀器光學(xué)設(shè)計工程師)
