在工業(yè)環(huán)境中，每天需要處理不同形狀、尺寸、材料和光學(xué)特性（如反射比、吸收等）的零件。這些零件必須以特定的方向挑選和放置，然后進(jìn)行加工。將這些零件隨機(jī)從存放的環(huán)境（容器或其他）中自動(dòng)挑選并放置的活動(dòng)通常被稱為箱揀。但這對(duì)機(jī)器人末端執(zhí)行器（一種連接到機(jī)械臂末端的設(shè)備）提出了挑戰(zhàn)，它需要準(zhǔn)確地知道要抓取物體的3D位置、尺寸及其想方向。為了做到在箱子外壁和箱內(nèi)其他物體周圍準(zhǔn)確導(dǎo)航，機(jī)器人的機(jī)器視覺系統(tǒng)除了需要獲取2D相機(jī)信息外，還需要獲取深度信息。

對(duì)于箱揀來說，捕獲物體3D影像的難題可以由結(jié)構(gòu)光技術(shù)解決。基于結(jié)構(gòu)光技術(shù)的3D掃描儀/相機(jī)通過將一系列圖案投射到被掃描的物體上而工作，并且用相機(jī)或傳感器來捕獲圖案失真。然后三角剖分算法計(jì)算數(shù)據(jù)并輸出3D點(diǎn)云。圖像處理軟件（如MVTech開發(fā)的Halcon）計(jì)算物體位置和機(jī)械臂的最佳進(jìn)場(chǎng)路線。

DLP技術(shù)通過安裝在半導(dǎo)體芯片頂部的微鏡矩陣（也稱為數(shù)字微鏡器件，DMD）提供高速圖案投射能力，如圖2所示。DMD上的每個(gè)像素表示投影圖像中的一個(gè)像素，并允許像素精確圖像投影。微鏡在~ 3us時(shí)可以轉(zhuǎn)換，以通過投影透鏡將入射光反射到物體上或光塊上。前者可以在投影場(chǎng)景中獲得明亮像素，而后者可以創(chuàng)建暗像素。DLP技術(shù)也具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠使用各種光源（如燈、LED和激光）在寬波長(zhǎng)范圍(420 nm – 2500 nm)內(nèi)投射圖案。

用于箱揀的由DLP技術(shù)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)光具備多種優(yōu)勢(shì)：

抗環(huán)境光照能力強(qiáng)。工廠的光照條件，如低曝光和不同照明區(qū)域之間的高對(duì)比度，導(dǎo)致傳感器曝光不足或會(huì)對(duì)機(jī)器視覺系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的閃光燈，對(duì)需要機(jī)器視覺的應(yīng)用（如箱揀）來說是一大挑戰(zhàn)。由DLP技術(shù)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)光本身具有主動(dòng)照明，這使得它能夠抵抗這些條件。

無活動(dòng)部件。結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)可以立即捕獲整個(gè)場(chǎng)景，不再需要將光束掃過物體或通過光束移動(dòng)物體（如在掃描解決方案中）。結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)保護(hù)在宏觀尺度內(nèi)不使用活動(dòng)部件，這使其能夠免受機(jī)械磨損。

實(shí)時(shí)3D圖像采集。DLP芯片中的微鏡以高速度控制，可提供高達(dá)32kHz的自定義圖案投影。除此之外，DLP控制器提供觸發(fā)輸出和輸入，可用于使相機(jī)和其他設(shè)備與投影圖案序列保持同步。這些功能有助于實(shí)現(xiàn)允許同時(shí)掃描和挑選的實(shí)時(shí)3D圖像采集。

投影圖案的高對(duì)比度和高分辨率。由于每塊微鏡可以將光反射到目標(biāo)或吸收表面上，因而可以獲得高對(duì)比度，使得能夠在不受物體表面屬性影響情況下進(jìn)行準(zhǔn)確的點(diǎn)檢測(cè)。再加上使用具有2560 x 1600塊鏡子的高分辨率DLP芯片，可以探測(cè)到微米級(jí)的物體。

適用于物體參數(shù)。與使用衍射光學(xué)元件的系統(tǒng)相比，可編程圖案和各種點(diǎn)編碼方案（如相移或格雷編碼）使結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)更適合對(duì)象參數(shù)。

加快開發(fā)時(shí)間。盡管機(jī)器人提供較高的重復(fù)性，但在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中，箱揀需要精確性。因?yàn)樵谶@種環(huán)境下，每次從儲(chǔ)存箱中取出一個(gè)物體時(shí)，所揀選的物體的位置和方向都會(huì)發(fā)生變化。成功應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)需要可靠的工藝流程——從機(jī)器視覺到計(jì)算軟件，再到機(jī)器人的靈巧性和抓取器。使所有東西協(xié)同工作可能是一項(xiàng)耗費(fèi)大量開發(fā)時(shí)間的挑戰(zhàn)。

TI的DLP技術(shù)評(píng)估模塊能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)光快速植入機(jī)器視覺工作流程。為了演示這種能力，工廠自動(dòng)化與控制系統(tǒng)工程師以一定的距離和角度將DLP LightCrafter 4500評(píng)估板安裝至單色相機(jī)。DLP評(píng)估板由相機(jī)通過一根互相連接的觸發(fā)電纜觸發(fā)。

然而，每個(gè)子系列都具有獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)。例如，如果您為了感測(cè)電機(jī)電流，最初在具有輸出擺幅至 GND 電路的單電源、低側(cè)、單向電流檢測(cè)解決方案中使用TLV9002，但后來，為了處理更大的電機(jī)瞬變電流，確定需要更高的增益和更快的壓擺率，那么您可以輕松切換到更高帶寬、引腳對(duì)引腳兼容的TLV9052，無需再重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。這是可以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槊總€(gè)子系列都有相同的16個(gè)封裝選項(xiàng)，涵蓋單通道、雙通道、四通道三種通道配置。

封裝的靈活性

圖2詳細(xì)顯示了各種封裝選擇?！靶袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)”(Industrial Standard)一列確定了該封裝是否行業(yè)通用，可從別的供應(yīng)商處獲得，以作為第二供貨選項(xiàng)。“可關(guān)斷”(Shutdown)一列顯示了具有可關(guān)斷功能的封裝，能幫助工程師進(jìn)一步降低系統(tǒng)功耗。

雖然表格中大多數(shù)的小封裝選項(xiàng)都是四方扁平無引線（QFN）封裝，但我們想重點(diǎn)介紹一下SOT23-THIN這種有引線的小封裝類型。雙通道、小外形晶體管（SOT）-23-薄封裝(SOT23-THIN)和大家熟悉的單通道SOT-23的封裝體類似，但它有8個(gè)引腳，而不是傳統(tǒng)的5或6個(gè)引腳。相對(duì)于那些尺寸更大的引線封裝，如小外形集成電路(SOIC)、薄小外形封裝(TSSOP)和極薄小外形封裝(VSSOP)，SOT23-THIN具有引腳外置、同時(shí)尺寸更小的優(yōu)點(diǎn)，是一種更好的封裝選擇。如要在同一塊PCB版上實(shí)現(xiàn)SOT23-THIN和傳統(tǒng)的引線封裝的兼容設(shè)計(jì)，也可以采用雙布局技術(shù)。如要了解更多詳情，請(qǐng)閱讀模擬設(shè)計(jì)期刊文章，“小封裝運(yùn)放的第二封裝兼容設(shè)計(jì)”。當(dāng)然，如果您想最大限度地節(jié)省PCB尺寸，我們建議采用QFN封裝選項(xiàng)。

圖2：放大器系列封裝選項(xiàng)

尺寸的突破

這三種放大器子系列采用業(yè)界最小的單通道和四通道封裝。相比市場(chǎng)上現(xiàn)有的同類小尺寸器件，TI的單通道0.8mm x 0.8mm超小型無引線(X2SON)封裝的尺寸還要小13%，四通道2.0mm x 2.0mm超小型QFN（X2QFN）封裝的尺寸還要小7%。這些封裝加上雙通道1.0mm x 1.5mm X2QFN封裝，能為工程師提供更多的封裝選擇，從而進(jìn)一步減少PCB面積。圖3的右側(cè)向您展示了這3種最小封裝。

由于超小型QFN封裝的腳間距較小，工廠的生產(chǎn)工藝水平可能會(huì)限制該封裝的應(yīng)用，為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，TI還可以提供不同腳間距的多種小型封裝選項(xiàng)。應(yīng)用手冊(cè)“采用TI X2SON封裝進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造”提供了這些封裝的布局和走線指南。

總結(jié)

有人說選擇太多會(huì)導(dǎo)致無從下手。但我們相信，不管是在德克薩斯州決定吃什么燒烤，還是研發(fā)工程師選擇放大器，選擇當(dāng)然是越多越好。在您下次進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，歡迎選擇TI TLV90xx系列運(yùn)放產(chǎn)品：有三款不同性能的產(chǎn)品可供選擇；16個(gè)不同的封裝選項(xiàng)；當(dāng)您需要節(jié)省PCB尺寸時(shí)，我們還提供業(yè)界最小的單通道和四通道封裝選擇。

審核編輯：郭婷