光控技術(shù)的智能工業(yè)應(yīng)用

1、光控技術(shù)的智能工業(yè)應(yīng)用-機械制造論文光控技術(shù)的智能工業(yè)應(yīng)用撰文/齊鍵22015年12月16日，德州儀器（TI）在北京舉行了“TID產(chǎn)品先進(jìn)光控創(chuàng)新技術(shù)研討會”。會上，德州儀器（ TI）DLP產(chǎn)品中國區(qū)業(yè)務(wù)拓展經(jīng) 理鄭海兵對DLP技術(shù)在3D打印、機器視覺、光譜分析和高光譜成像等多個領(lǐng) 域的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景進(jìn)行了介紹，并展示了利用DLP先進(jìn)光控創(chuàng)新技術(shù)為諸多工業(yè)應(yīng)用打造高性能且差異化的解決方案。什么是DLP ？DLP技術(shù)是德州儀器擁有的一項重要專利技術(shù)。DLP技術(shù)的核心是DMD芯片，DMD芯片的構(gòu)造包括電子電路、 機械和光學(xué)三部分，電子電路部 分為控制電路，機械部分為控制鏡片轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)部分， 光學(xué)器

2、件部分是指鏡片部 分。這項技術(shù)可以在微米級的空間內(nèi)，對大量極微小的微鏡單元實現(xiàn)精密控制， 操作它們的動作與姿態(tài)，從而精確控制光路。當(dāng)DMD 正常工作的時候，光線經(jīng)過 DMD 芯片，DMD 表面布滿了 體積微小的可轉(zhuǎn)動鏡片便會通過轉(zhuǎn)動來反射光線， 每個鏡片的旋轉(zhuǎn)都是由電路來 控制的。每個鏡子投射的光線反射到不同的角度實現(xiàn)最終的影像顯示。1977年，德州儀器的Larry Hornbeck 博士開始從事運用反射控制光 線投射的原理研究，并于1987年成功研制出了世界上第一款以光學(xué)半導(dǎo)體DMD芯片為核心的DLP投影系統(tǒng)。最早的 DMD芯片使用的是模擬技術(shù)驅(qū) 動，反射面是采用一種柔性材料，在當(dāng)時被稱為“

3、變形鏡器件”(DeformableMirror Device )。經(jīng)過深入地研究改進(jìn)，Larry Hornbeck 博士 以數(shù)字控制技術(shù)取代了模擬技術(shù)，開發(fā)出了新一代DMD器件，并命名為“數(shù)字 微鏡器件”。經(jīng)過幾十年的不斷改進(jìn)與革新，應(yīng)用 DMD芯片的DLP系統(tǒng)，在 全世界的眾多光學(xué)電子儀器中得到了廣泛地應(yīng)用。 2015年2月7日，Larry Hornbeck博士更是因為DLP技術(shù)對電影產(chǎn)業(yè)的杰出貢獻(xiàn)，被美國電影藝術(shù)與 科學(xué)學(xué)院授予了奧斯卡金像獎的科學(xué)技術(shù)獎。在改變投影放映行業(yè)的同時，德州儀器一直在積極地將DLP技術(shù)應(yīng)用到更廣泛的工業(yè)領(lǐng)域中。據(jù)鄭海兵介紹，DLP技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的主要優(yōu)勢在于

4、：微鏡偏轉(zhuǎn)速度快、波長范圍廣和微鏡的可控制性強。首先，微鏡的偏轉(zhuǎn)速 度非?？?，在很多工業(yè)領(lǐng)域都需要應(yīng)用到實時控制和顯示，DLP的快速響應(yīng)能力可以快速高效地 滿足實時需求；其次，在光波頻率方面，新近推 出的 DLP2010NIR 支持7002500納米的光波范圍，并具有針對非可見光譜分 析的芯片，滿足用戶對非可見光應(yīng)用的需求；同時， DLP技術(shù)可以實現(xiàn)對每個 微鏡的單獨控制，能夠有選擇性地控制要顯示的內(nèi)容。完全可編程的便攜光譜分析設(shè)備超便攜光譜分析的應(yīng)用是 DLP未來市場中的一個重要領(lǐng)域。研討會上, 鄭海兵展示了為手持近紅外（NIR ）傳感應(yīng)用開發(fā)的 DLP2010NIR 芯片組。 DLP201

5、0NIR 是一款完全可編程的微機電系統(tǒng)（MEMS ）芯片組，其可以支持 7002500納米波長范圍的光譜分析。并具有低功耗、可編程高速模式和最 新的5.4微米像素等特點，可實現(xiàn)緊湊型的光學(xué)設(shè)計。在光譜分析中，DLP技術(shù)中核心的DMD可幫助實現(xiàn)高性能的液體和固體分析。在分析過程中，DLP微鏡陣列作為一個可編程波長選擇濾波器，不 僅可以提供更高的波長分辨率、更大的探測面積和更高的光捕獲效率，還可實現(xiàn) 更好的信噪比（SNR）指標(biāo)，可被用于設(shè)計高性能、可靠、靈活和經(jīng)濟的光譜分 析解決方案。與傳統(tǒng)光譜分析方法相比，DLP技術(shù)的主要優(yōu)勢在于便攜性，DLP2010NIR 芯片組的尺寸十分小巧，可以集成到手持

6、設(shè)備甚至手機當(dāng)中，其 應(yīng)用可以從專業(yè)設(shè)備延伸到消費電子產(chǎn)品當(dāng)中。同時，DLP2010NIR 芯片組可以與藍(lán)牙和采用藍(lán)牙低功耗技術(shù)的 DLP NIRscan超便攜評估模塊（EVM ）組合 使用，幫助工程人員設(shè)計便攜分析儀器的原型，從而加快超便攜光譜儀的開發(fā)進(jìn) 程。DLP2010NIR 芯片組可以應(yīng)用于光譜儀和化學(xué)成份分析儀器，應(yīng)用涵蓋農(nóng) 業(yè)、餐飲、石油化工、醫(yī)療及皮膚護(hù)理等行業(yè)。更精準(zhǔn)、更平滑的3D打印機德州儀器在2015年10月推出了針對3D打印和平板印刷應(yīng)用開發(fā)的 新一代光固化打印核心芯片組一一DLP9000X。其應(yīng)用領(lǐng)域可以覆蓋3D打印、 直接成像平板印刷術(shù)、激光打標(biāo)、LCD/OLED修復(fù)

7、、快速成型打印機、3D機器視覺以及高光譜成像等。DLP9000X芯片組由 DLP9000X數(shù)字微鏡器件（DMD ）和全新的 DLPC910控制芯片組成。其有效光波范圍為400700 納米，可以支持405納 米波長的常用激光。DLP9000X的微鏡陣列分辨率高達(dá)2560 X 1600而微鏡陣 列尺寸只有0.9英寸，像素點距7.6微米，打印光頭數(shù)量較 DLP9500減少了 一半，可以支持 1微米以下的打印特征尺寸。與現(xiàn)有的DLP9000不同，DLP9000X的最高數(shù)據(jù)速率支持為60Gbps，連續(xù)數(shù)據(jù)流支持是DLP9000的5 倍。常用的3D打印設(shè)備采用材料快速溶解和涂抹的方式， 難免產(chǎn)生精細(xì)度 低，打印時間長等問題?；诠饷舨牧虾?DLP技術(shù)的光固化打印則可以有效地 解決這些問題，DLP技術(shù)提供的大規(guī)模微鏡陣列能夠提高 3D打印的體像素， 通過DLP芯片組構(gòu)建的紫外線影像對材料進(jìn)行曝光，材料隨著紫外影像的刷新， 分層凝固，逐層下沉，并最終實現(xiàn)紫外影像所繪制的產(chǎn)品。在分層照射過程中， DLP提供的精確微鏡控制能力，則可以提高 3D打印產(chǎn)品的平滑度和精確度。德