自動化製造における光投影技術にDLP技術とそのデジタルマイクロミラーデバイス（DMD）を使用する

アレックス・リュバルスキー

3D 印刷とも呼ばれる付加製造と 3D マシンビジョンは、どちらも非常に魅力的な新技術であり、併用することでまったく新しい効率的な生産モデルを作成できる可能性があります。特に興味深いのは、「自動製造」という概念です。これは、人間の監督なしで部品を 3D 印刷し、マシンビジョンを使用して部品を測定およびテストできる「ワンストップ」マシンショップです。

Texas Instruments (TI) の DLP® テクノロジーとその中核となるデジタルマイクロミラーデバイス (DMD) は、これを可能にする重要な要素を提供します。 DLP技術は1996年に誕生し、現在広く使用されている投影ディスプレイ用の光学技術です。 DLP テクノロジーを 3D プリンティングやマシンビジョンの問題に適用すると、高解像度の画像が提供され、生産が高速化され、製造コストが削減されるため、自動化生産のビジョンを実現できます。だからこそ、これは古い技術を使って新しい問題を解決する典型的な例なのです。

DLP技術による3Dプリント

ステレオリソグラフィー (SLA) は、従来の印刷に似た一般的な 3D 印刷プロセスです。トナーが紙に付着するのと同じように、3D プリンターは一連の 2D 断面に材料の層を付着させ、層ごとに 3D オブジェクトを作成します。 SLA 技術の場合、材料は紫外線 (UV) 光源を使用して硬化する樹脂です。樹脂が硬化すると、モノマーが架橋してポリマー鎖が形成され、固体材料が生成されます。

SLA テクノロジーと DLP テクノロジーを組み合わせると、DMD は UV 光源によって照らされます。次に、DMD のピクセルが個別に処理され、画像が樹脂層に投影され、3D オブジェクトを構成する一連の断面が生成されます。 DLP テクノロジを使用すると、光源を樹脂に直接投影するのではなく、光学系を使用して DMD から個々のピクセルを投影できるため、解像度とフィーチャサイズが最適化されるなど、いくつかの利点があります。

100 ミクロンのボクセル (3D ピクセル) を生成できる従来のレーザーベースの SLA マシンと比較して、DLP テクノロジに基づく SLA マシンは 30 ミクロンのボクセルを実現できます。ボクセルが小さいほどオブジェクトは滑らかになり、オブジェクトを完成させるのに必要なポストプロダクション処理が少なくなります。さらに、構築レイヤー全体のイメージングと作成が、一度に 1 つのボクセル、レイヤーごとに行われるのではなく、同時に行われるため、これらのマシンは従来の SLA マシンよりも高速に大規模なプリントを完了できます。

DLPテクノロジーの測定とテスト

オブジェクトが印刷された後、自動化された生産ラインの次のステップは、オブジェクトを自動的に測定およびテストできる 3D ビジョン機能を備えたマシンを実装することです。このプロセスには DLP テクノロジも適用できます。

従来のマシンビジョンシステムでは、接触座標測定または非接触 2D 検査と測定のいずれかを使用して、単一のカメラでオブジェクトをスキャンします。 DLP 支援 3D マシンビジョンシステムでは、単一ラインスキャンのバリエーションである構造化光方式を使用できます。ここでは、デジタルの光のパターンがオブジェクトに投影されます。これらの光パターンはカメラセンサーによって画像化され、光源の既知の角度を使用してデータを三角測量し、3D 情報を抽出します。

投影されるパターンは通常、白黒のストライプであり、DMD が対応するピクセル列のオン/オフを切り替えることによって生成されます。投影レンズを使用して、DMD からの光を測定対象物に投影します。 DMD ピクセルのサイズは 5.4 ミクロンと小さいため、より小さなパネルを使用して高解像度のパターンを生成できます。

従来のシングルラインスキャンや接触座標測定方法と比較して、DLP 支援構造化光方式は高解像度と最大 32kHz のプログラム可能なパターンレートを備えており、高精度の 3D リアルタイムデータを生成します。さらに、DMD は 365 nm から 2,500 nm までの幅広い波長オプションを備えており、システム設計に柔軟性をもたらします。

安全、医療、環境、科学など、さまざまな分野で製品品質の向上と製造コストの削減に対する需要がますます高まっています。 TI の DLP テクノロジーを使用すると、エンジニアはこれらのニーズを満たす方法を手に入れ、自律型ロボットが製品を製造およびテストできる理想的な製造工場を構想することができます。

Alex Lyubarsky 氏は、Texas Instruments 社の光学設計エンジニアです。

DLP 技術を使用した立体造形イラストレーション: 3D コンピュータ支援設計 (CAD) モデルを使用してオブジェクトが詳細に記述されます。プリンターソフトウェアは、仮想モデルをオブジェクトの印刷に適した一連の表面レイヤーに変換します。

画像の説明: DLP テクノロジーの構造化光スキャン方式を使用することで、任意の物体の表面積、体積、特徴サイズなどの寸法値を抽出できます。

DLP 支援 3D マシンビジョンシステム画像の説明: DLP テクノロジーは、単一または複数のカメラに 3D 画像取得機能を提供することで、3D マシンビジョンを実現します。このシステムは、空間光変調器として DMD を使用し、DMD コントローラを使用してマイクロミラーの高速制御を実現します。

出典: テキサスインスツルメンツ提供

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