1996年一項(xiàng)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(jī)器視覺上，可提供高解析度影像、加快製造速度及降低成本，讓「自造」願(yuàn)景成真。如此一來，運(yùn)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(shí)現(xiàn)3D列印
3D列印技術(shù)常見的光固化成形法（Stereolithography, SLA）與傳統(tǒng)列印方式相似。如同墨粉噴在紙上，3D列印機(jī)將一片片的2D剖面材料層層堆疊，最後產(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(shí)，其單體會(huì)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(jī)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(gè)別處理後，圖像就會(huì)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)的好處在於，光源不會(huì)直接在樹脂上成像，而是透過光學(xué)原理讓每一個(gè)DMD畫素成像，進(jìn)而提高解析度和特徵精細(xì)度。
與傳統(tǒng)雷射光SLA列印機(jī)可產(chǎn)出100μm（微米）的立體畫素相比，採用DLP技術(shù)的SLA列印機(jī)的立體畫素可小至30μm。立體畫素越小代表物體越光滑，成品所需的後製加工處理越少。此外，採用DLP技術(shù)的機(jī)器列印大型物件時(shí)比傳統(tǒng)SLA列印機(jī)更快速，因?yàn)檎麄€(gè)物件可同時(shí)成像和建構(gòu)，而非一次一個(gè)立體畫素，且得一層一層進(jìn)行。
DLP技術(shù)的量測(cè)
完成物件列印之後，自動(dòng)化生產(chǎn)線的下一步是利用具備3D視覺的機(jī)器自動(dòng)量測(cè)物件。此時(shí)，DLP技術(shù)將能夠再次派上用場(chǎng)。
傳統(tǒng)的機(jī)器視覺系統(tǒng)有兩種方式：利用接觸式協(xié)調(diào)量測(cè)方法掃瞄物件，或是使用單一攝影機(jī)進(jìn)行非接觸式2D偵測(cè)和測(cè)量。採用DLP技術(shù)的3D機(jī)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(cè)器從已知的位置角度拍攝光圖形，以三角量測(cè)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)行掃瞄，建構(gòu)物件的表面積、體積、細(xì)部特徵等3D數(shù)據(jù)。（Source：德州儀器） |
|
投射的光圖形通常是黑白相間的光條，由DMD相對(duì)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(cè)物上。由於一個(gè)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(cè)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(shí)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(zhǎng)，讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)更具彈性。
| 圖3 : 採用DLP技術(shù)的3D機(jī)器視覺 |
|
DLP技術(shù)透過單一或多臺(tái)攝影機(jī)採集3D圖像，實(shí)現(xiàn)3D機(jī)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(duì)提升產(chǎn)品品質(zhì)和降低製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(shí)現(xiàn)想像中利用自造機(jī)器製造和測(cè)試產(chǎn)品的理想工廠。
（本文作者Alex Lyubarsky任職於美國(guó)德州儀器光學(xué)設(shè)計(jì)工程師）
