基于圖像處理的石英晶體片分選系統(tǒng)

    1 引言
  石英晶片是怎么來(lái)的呢，石英晶片前稱叫壓電石英晶體，是由壓電石英晶體產(chǎn)生壓電效應(yīng)之后加工而成的。壓電石英晶片是石英晶體諧振器以及振蕩器的核心部件，石英晶片線路加上IC以及電容電阻在封裝外殼后即成為石英晶體振蕩器，是電子設(shè)備中應(yīng)用極為廣泛的一種電子元件。在壓電石英晶片的生產(chǎn)過(guò)程中，前期還需要很多道工序，要經(jīng)過(guò)切割、研磨等工藝過(guò)程，其中一部分壓電石英晶片會(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(lái)。目前生產(chǎn)過(guò)程中主要是依靠人工，通過(guò)目視方法檢驗(yàn)壓電石英晶片存在的缺陷。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(wàn)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，因此既沒有晶振行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各晶體生產(chǎn)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嚴(yán)格的管理和到人的精神集中狀態(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)。康華爾電子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)別壓電石英晶片品質(zhì)，在完成對(duì)樣本的人工建模后，能自動(dòng)完成壓電石英晶片輸送、檢測(cè)、分類，可以完全取代人工檢測(cè)，大大提高了石英晶體振蕩器的成品的質(zhì)量。在這種機(jī)器自動(dòng)化檢測(cè)的情況下生產(chǎn)出來(lái)的石英晶振也會(huì)比較穩(wěn)定。
    壓電石英晶片品質(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)該位置是否存在壓電石英晶片。
壓電石英晶片在振動(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)的壓電石英晶片落入料盒內(nèi)。（壓電石英晶片處了可以生產(chǎn)石英晶體振蕩器，和到石英晶體諧振器之外，音叉表晶也一樣是可以生產(chǎn)的）
    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(guò)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(guò)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(guò)程為例，系統(tǒng)工作原理如下：
    1) 控制器控制直振起振，一個(gè)壓電石英晶片落人檢測(cè)盤的孔內(nèi)。直振上的光電信號(hào)反饋到控制器，直振停止。
    2) 步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)45°，剛落入檢測(cè)盤的壓電石英晶片被送到光學(xué)顯微鏡的鏡頭下，控制器向電腦主機(jī)發(fā)出定位完成信號(hào)。
    3) 接收到定位完成信號(hào)后，電腦主機(jī)上的圖像處理軟件包首先調(diào)用攝像程序，拍攝壓電石英晶片圖像。然后電腦主機(jī)再向控制器發(fā)出攝像完畢信號(hào)，調(diào)用圖像處理程序，按事先制訂的規(guī)則分類，并將分類結(jié)果發(fā)送至控制器。
    4) 控制器接收到攝像完畢信號(hào)后啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。
    5) 在步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，壓電石英晶片從檢測(cè)盤落入分選盤。
    6) 控制器接收到分類結(jié)果后，在步進(jìn)電機(jī)停止時(shí)，根據(jù)分類結(jié)果驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電磁鐵，使翻蓋打開，壓電石英晶片落入相應(yīng)的容器內(nèi)。
    在生產(chǎn)中上述步驟是連續(xù)、同步的，由于檢測(cè)盤的運(yùn)行速度較慢，圖像處理基本上是在檢測(cè)盤運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行的。而裝入壓電石英晶片、攝像、卸料等動(dòng)作是在步進(jìn)電機(jī)的每一次停止中實(shí)現(xiàn)的。康華爾公司在生產(chǎn)石英晶振的設(shè)備上現(xiàn)基本是全自動(dòng)化，目前正準(zhǔn)備在投入兩臺(tái)聲表面濾波器自動(dòng)化焊接設(shè)備。
                                                             作者：康華爾電子