基于圖像處理的石英晶體片分選系統(tǒng)

　　1 引言

　　在石英晶體片的生產(chǎn)過程中，要經(jīng)過切割、研磨等工藝過程，其中一部分石英晶體片會(huì)產(chǎn)生崩邊、掉碴、裂紋、斷裂、劃傷等物理缺陷，這樣的殘片必須篩選出來。目前生產(chǎn)過程中主要是依靠人工，通過目視方法檢驗(yàn)石英晶體片存在的缺陷。這種方法存在如下弊端：

　　1) 檢驗(yàn)結(jié)果不統(tǒng)一。缺陷的形狀千差萬別，由于人的視覺及思維的差別，對(duì)存在的缺陷很難用準(zhǔn)確的圖形和文字描述，因此既沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各企業(yè)也沒有量化的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，即使是同一個(gè)操作人員，兩次檢驗(yàn)結(jié)果也不完全一樣。

　　2) 檢驗(yàn)結(jié)果易受人為因素影響。由于工作枯燥、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、眼睛容易疲勞，檢驗(yàn)完全是憑感覺，檢驗(yàn)結(jié)果在很大程度上取決于人的精神和身體狀態(tài)。

　　隨著計(jì)算機(jī)、圖像處理、通訊以及控制技術(shù)的飛速發(fā)展，目前已經(jīng)具備了改變石英晶體片檢驗(yàn)現(xiàn)狀的技術(shù)基礎(chǔ)。筆者研制了一種基于圖像處理的光機(jī)電一體化石英晶體片分選系統(tǒng)。為石英晶體片品質(zhì)篩選開辟了新的途徑。

　　2 系統(tǒng)工作原理

　　石英晶體片品質(zhì)分選系統(tǒng)是光機(jī)電一體化的高技術(shù)設(shè)備，采用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)識(shí)別石英晶體片品質(zhì)，在完成對(duì)樣本的人工建模后，能自動(dòng)完成石英晶體片輸送、檢測(cè)、分類，可以完全取代人工檢測(cè)，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

　　石英晶體片品質(zhì)分選系統(tǒng)從硬件上分為物料輸送、分選機(jī)構(gòu)、圖像采集、控制器、電源和電腦主機(jī)6個(gè)組成單元，如圖1所示。從軟件上分為控制器軟件和圖像處理軟件包兩部分。

物料輸送單元是由振動(dòng)輸料器和驅(qū)動(dòng)電路組成，實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)輸送。其中振動(dòng)輸料器包括圓振和直振兩部分，圓振同時(shí)也是桶形料倉(cāng)。在桶壁上有從底到頂?shù)穆菪€形料道，石英晶體片在振動(dòng)的作用下，沿料道形成連續(xù)、整齊的排列運(yùn)動(dòng)，最終到達(dá)料倉(cāng)出口。直振的人口與圓振的出口相連，在直振的出口處有一個(gè)光電開關(guān)，用于檢測(cè)該位置是否存在石英晶體片。石英晶體片在振動(dòng)的作用下直線行走，當(dāng)停止振動(dòng)時(shí)即運(yùn)動(dòng)停止。

　　分選機(jī)構(gòu)單元由步進(jìn)電機(jī)、檢測(cè)盤、分選盤和電磁鐵組成。檢測(cè)盤和分選盤安裝在步進(jìn)電機(jī)軸上，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步旋轉(zhuǎn)。檢測(cè)盤和分選盤上都均勻分布了8個(gè)孔，分選盤底部帶有翻蓋，并在翻蓋上安裝有永久磁鋼。當(dāng)檢測(cè)盤靜止時(shí)。直振的出口對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)盤上的一個(gè)孔，石英晶體片可以落入檢測(cè)盤。同時(shí)檢測(cè)盤上的下一個(gè)孔位與光學(xué)顯微鏡頭相對(duì)應(yīng)。分選盤靜止位置下安裝有電磁鐵。電磁鐵通電后翻蓋打開，使該孔內(nèi)的石英晶體片落入料盒內(nèi)。

　　圖像采集單元由光學(xué)顯微鏡、CCD攝像頭和高分辨率圖像捕捉卡組成。圖像捕捉卡安裝在電腦主機(jī)中。通過調(diào)節(jié)光學(xué)顯微鏡的焦距和放大倍數(shù)，可以獲得滿意的圖像。CCD攝像頭實(shí)現(xiàn)圖像的光電轉(zhuǎn)換，圖像捕捉卡最終完成計(jì)算機(jī)成像。

　　控制器單元由單片機(jī)和USB通信接口、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路、振動(dòng)盤輸料器控制電路等組成。單片機(jī)通過USB通信接口接收控制命令和分類命令，從而控制整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械動(dòng)作。

　　圖像處理軟件是基于Windows操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，具有人機(jī)對(duì)話、樣本生成、圖像數(shù)字處理、分類及管理全系統(tǒng)的功能。該軟件采用VC++語(yǔ)言編寫。

　　以一個(gè)石英晶體片的分選過程為例，系統(tǒng)工作原理如下：