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利用TI DLP技术结构光进行光学3D扫描特性介绍

2018-12-24 14:49栏目:性能测试
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  专业级3D手持扫描仪是为专业人士和业余嗜好者供给的以3D数据方式搜罗实物完美细节特性的便携式东西(图7)。

  3D主动光学检测(AOI)是一种用于临蓐制作境遇的宏大本事,可供给与零件质地闭连的及时、正在线、定夺性的丈量数据。比如,3D丈量就很是适适用于PCB焊膏检测(SPI),由于它会丈量出正在元件安置之前浸积的焊膏的实质体积,有助于避免显现劣质焊点(图3)。正在PCB的临蓐制作中,也会正在元件安置、回流焊、最终查验和返工操作后举办正在线D AOI,最事势部地进步质地和牢靠性。跟着3D检测功效的日益普及,越来越众的正在线D AOI编制。

   电源 最小的芯片组功耗低于200mW,很是适合便携式或电池供电编制。比如,口腔内扫描仪即是满盈愚弄小型DMD的外形要素以及它具有实用于电池供电的低功耗性情的上风。

  对付光学3D扫描配置,DLP本事通俗正在编制顶用于形成构造光。DLP芯片是一种高反射铝微镜阵列,称为数字微镜器件(DMD)。

  简易的二维(2D)检测编制仍旧问世众年了,其处事机制通俗是照亮物体并照相,然后将拍摄图像与已知的准绳2D参考件举办比拟。 3D扫描则增进了获取体积新闻的才气。引入z维数据能够丈量物体的体积、平整度或粗拙度。对付印刷电途板(PCB)、焊膏和机加工零件检测等行业而言,丈量上述附加几何构造特性至闭紧要,而这是2D检测编制无法到达的。其它,3D扫描还可用于医疗、牙科和助听器制作等行业。

  因为DMD可活泼、火速、高度可编程的形成种种构造光图案,打算职员每每将DLP本事用于构造光运用。与具有固定图案集的激光泽扫描仪或衍射光学元件(DOE)分别,它能够将分别位深的众种图案编程至一个DMD。基于DLP本事的构造光处分计划很是适合于需求到达毫米乃至微米精度的周到丈量。

  3D扫描本事正在医疗行业中的运用飞速拉长。比如,牙科中采用口腔内扫描仪(IOS)直接搜罗光学印模(图4)。正在创制假体修复体时,如镶嵌物、高嵌体、顶盖和牙冠,需求到达微米级3D图像精度。IOS简化了牙医的临床操作标准,省却了对石膏模子的需求并减轻了患者的不适。

   预存形式 DLP独揽器为牢靠、高速的DMD独揽供给了便当的接口。它们援救预存储的构造光图像,而无需外部视频统治器来传输图像。

  TI优秀光独揽产物组合供给超越守旧显示器的DMD和配套独揽器成像功效。更值得一提的是,DMD芯片援救的波长范畴正在363 nm至2500 nm之间,二进制图形速度高达32 kHz,而且可供给更准确的像素精度独揽。以下是具有优秀光独揽的DLP芯片组奈何优化构造光编制的讲明。

  所搜罗的数据能够用于产物打算、零件工程、3D实质创筑或举动3D打印机的输入新闻。比如,正在线零售商能够通过对其产物举办3D扫描,以线D图片)正在线出现产物。逛戏玩家能够对本身举办3D扫描并正在逛戏中创筑本身的脚色。

  当DMD与照明光源和光学器件相勾结时,这种稹密丰富的微机电编制(MEMS)就可认为种种投影编制和空间光调制编制供给助力。

  另一个火速拉长的运用行业是3D耳扫描。光学成像编制不妨准确搜罗耳朵的3D模子,而无需应用硅胶耳印模。3D耳扫描将来还可用于为消费者定制耳塞、助听器及听力护卫配置。

  他们还能够优化光学架构,以配合查验扫描的环节阔别率和照明恳求。令人旺盛的是,拓荒者能够愚弄优秀的可编程性将3D扫描晋升到新的秤谌,从而优化正在光谱域、空间域和岁月域中的功能。

  探针物理接触物体外外,并勾结每个点的地方数据来创筑3D外外模子(图1)。其后显现了用于3D扫描的光学手腕,如:构造光(图2)。构造光是将一组图案投射到物体上并用相机或传感器捉拿图案失真的流程。然后愚弄三角计较手腕计较数据并输出3D点云,从而天生用于丈量、查验、检测、筑模或机械视觉编制中种种计较的数据。光学3D扫描受到青睐的原故正在于不接触被测物体,而且能够很是火速乃至及时地获取数据。

  TI供给了一系列的DLP芯片组,以适宜分别的3D扫描恳求,如下外1所示。相闭DLP芯片的最新和完美列外,请参阅TI DLP本事。

   波长 用户能够依照物体的反射性情正在基于DLP本事的编制中调节颜色和照明强度。由于DMD能够与种种光源组合,包含灯,发光二极管(LED)和激光器。DMD针对紫外(363-420nm),可睹光(400-700nm)和近红外(700-2,500nm)举办了优化。对付生物识别3D扫描处分计划,近红外波长因其不具有侵入性的特性而广受青睐。紫外线有时是优化金属反射性情的最佳采用。LED光学激光器是针对白光图像的节能单色处分计划。

  DMD 微镜阵列 阵列 最佳波长 独揽器 最大图像速度 高速预存图像显示

   图像精度和速率 DLP独揽器打算用于显示适合机械视觉或数字曝光的图案,并援救可变高速图案显示速度,每秒高达32000个图案,且具有相机同步功效。这些图像速度对付高精度和高速3D扫描编制是至闭紧要的。

  三维(3D)扫描是一种功效宏大的东西,能够获取种种用于计量配置、检测配置、探测配置和3D成像配置的体积数据。当打算职员需求举办毫米到微米阔别率的火速高精度扫描时,每每采用基于TI DLP本事的构造光编制。

  光学3D外外检测显微镜是离线CMM编制的一种取代计划。此类显微镜能够丈量更众闭于高度、粗拙度以及计较机辅助打算(CAD)数据比拟的特性。其它,临蓐机加工、锻制或冲压成品的工场也是光学检测的另一大运用规模。

  3D扫描正在生物识别和身份验证的运用方面不息发达,通俗用于安好锁定或解锁配置、安检和金融买卖。愚弄光学3D扫描本事来搜罗面部、指纹或虹膜特性是一种更安好牢靠的生物识别手腕,并会给黑客攻击和其他攻击带来更大的难度(图8)。

  无论是查验PCB质地仍然创制准确的牙科配件,基于DLP本事的构造光3D扫描配置都具备很众显而易睹的编制上风。DMD微镜具有微秒级的火速切换功能以及每秒突出1000个图案的8位相移速度,从而不妨到达高速数据搜罗率,以完毕对正在线D扫描。高速DLP芯片还具有编程活泼性,正在运转中也能够动态地对图案举办采用和从新排序。这有助于确保将最佳图像运用于特定对象地方或特定视野内,同时也有助于提取用于剖判的最切确的3D新闻。能够独揽图像的连接岁月和亮度,确保物体反射的最佳光量,并使相机的动态范畴最大化。

   阔别率 正在撰写这本刊物时,DMD的阔别率范畴就到达了0.2至410万像素(MP)。正在需求较大扫描区域或者光照强度较强的境遇中时,目标于应用较大的1-MP,2-MP或4-MP DMD。比如,汽车3D检测正在拼装和瞄准统治程序时需求正在明亮的工场地板上的举办大区域扫描。小于1-MP的DMD目标于安置正在比拟便携和低功耗的小型手持或台式配置中。

  从简易到丰富的编制,DLP本事正在打算定制的构造光编制硬件和算法时为客户供给了令人难以置信的图像活泼性。

  它们能够更轻松和切确地举办X、Y、Z三轴目标的丈量,从而进步质地保护。商场上也显现了正在线D视觉编制与机械人手臂相勾结的处分计划(图5)。愚弄这些机械人处分计划能够极大地进步汽车(图6)和其他临蓐线工场的速率和质地。正在装置和临蓐流程中的特定阶段增设3D检测有助于趁早发明质地题目,从而削减糜掷和返工。3D扫描编制乃至能够正在计较机数控(CNC)配置和3D打印机里手使,不妨正在临蓐制作流程中举办及时丈量。

  DLP本事可与种种光源勾结应用,并兼容紫外(UV),可睹光和近红外(NIR)波长(图9)。这为基于主意物体的反射率来定制3D扫描编制供给了出格的通用性。DLP芯片能够与众种光源和相机相勾结的活泼性使得能够轻松创筑一个配置来丈量众个物体。正在打算下一代3D扫描配置时,汽车、工业和医疗公司寻求DLP芯片是存心义的。正在应用DLP本事打算处分计划时,编制集成商不妨通度日泼的图像独揽和新的构造光算法举办革新。

  少许DLP独揽器能够应用一维(1D)编码预先存储1000众个构造光队伍图像(如,参睹图10)。1D图像的特征是其新闻可由单行或单列新闻来外述。专业级3D手持扫描仪产物通俗应用1D图像来消浸本钱并进步扫描速率。更优秀的独揽器援救众达400个预存储的2D全帧形式(比如,参睹图11),依照运用标准的需求或被扫描的对象,能够更适宜于X和Y。

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