基于图像处理的石英晶体片分选系统

    1 引言
  石英晶片是怎么来的呢，石英晶片前称叫压电石英晶体，是由压电石英晶体产生压电效应之后加工而成的。压电石英晶片是石英晶体谐振器以及振荡器的核心部件，石英晶片线路加上IC以及电容电阻在封装外壳后即成为石英晶体振荡器，是电子设备中应用极为广泛的一种电子元件。在压电石英晶片的生产过程中，前期还需要很多道工序，要经过切割、研磨等工艺过程，其中一部分压电石英晶片会产生崩边、掉碴、裂纹、断裂、划伤等物理缺陷，这样的残片必须筛选出来。目前生产过程中主要是依靠人工，通过目视方法检验压电石英晶片存在的缺陷。这种方法存在如下弊端：
    1) 检验结果不统一。缺陷的形状千差万别，由于人的视觉及思维的差别，对存在的缺陷很难用准确的图形和文字描述，因此既没有晶振行业标准，各晶体生产企业也没有量化的检验标准，即使是同一个操作人员，两次检验结果也不完全一样。
    2) 检验结果易受人为因素影响。由于工作枯燥、持续时间长、眼睛容易疲劳，检验完全是凭感觉，检验结果在很大程度上取决于严格的管理和到人的精神集中状态。
    随着计算机、图像处理、通讯以及控制技术的飞速发展，目前已经具备了改变石英晶体片检验现状的技术基础。康华尔电子研制了一种基于图像处理的光机电一体化石英晶体片分选系统。为石英晶体片品质筛选开辟了新的途径。
      2 系统工作原理
    石英晶体片品质分选系统是光机电一体化的高技术设备，采用计算机图像处理技术识别压电石英晶片品质，在完成对样本的人工建模后，能自动完成压电石英晶片输送、检测、分类，可以完全取代人工检测，大大提高了石英晶体振荡器的成品的质量。在这种机器自动化检测的情况下生产出来的石英晶振也会比较稳定。
    压电石英晶片品质分选系统从硬件上分为物料输送、分选机构、图像采集、控制器、电源和电脑主机6个组成单元，如图1所示。从软件上分为控制器软件和图像处理软件包两部分。
 物料输送单元是由振动输料器和驱动电路组成，实现物料的自动输送。其中振动输料器包括圆振和直振两部分，圆振同时也是桶形料仓。在桶壁上有从底到顶的螺旋线形料道，石英晶体片在振动的作用下，沿料道形成连续、整齐的排列运动，最终到达料仓出口。直振的人口与圆振的出口相连，在直振的出口处有一个光电开关，用于检测该位置是否存在压电石英晶片。
压电石英晶片在振动的作用下直线行走，当停止振动时即运动停止。
    分选机构单元由步进电机、检测盘、分选盘和电磁铁组成。检测盘和分选盘安装在步进电机轴上，由步进电机驱动同步旋转。检测盘和分选盘上都均匀分布了8个孔，分选盘底部带有翻盖，并在翻盖上安装有永久磁钢。当检测盘静止时。直振的出口对准检测盘上的一个孔，石英晶体片可以落入检测盘。同时检测盘上的下一个孔位与光学显微镜头相对应。分选盘静止位置下安装有电磁铁。电磁铁通电后翻盖打开，使该孔内的压电石英晶片落入料盒内。（压电石英晶片处了可以生产石英晶体振荡器，和到石英晶体谐振器之外，音叉表晶也一样是可以生产的）
    图像采集单元由光学显微镜、CCD摄像头和高分辨率图像捕捉卡组成。图像捕捉卡安装在电脑主机中。通过调节光学显微镜的焦距和放大倍数，可以获得满意的图像。CCD摄像头实现图像的光电转换，图像捕捉卡最终完成计算机成像。
    控制器单元由单片机和USB通信接口、步进电机驱动电路、电磁铁驱动电路、振动盘输料器控制电路等组成。单片机通过USB通信接口接收控制命令和分类命令，从而控制整个系统的机械动作。
    图像处理软件是基于Windows操作系统的应用软件，具有人机对话、样本生成、图像数字处理、分类及管理全系统的功能。该软件采用VC++语言编写。
 以一个石英晶体片的分选过程为例，系统工作原理如下：
    1) 控制器控制直振起振，一个压电石英晶片落人检测盘的孔内。直振上的光电信号反馈到控制器，直振停止。
    2) 步进电机旋转45°，刚落入检测盘的压电石英晶片被送到光学显微镜的镜头下，控制器向电脑主机发出定位完成信号。
    3) 接收到定位完成信号后，电脑主机上的图像处理软件包首先调用摄像程序，拍摄压电石英晶片图像。然后电脑主机再向控制器发出摄像完毕信号，调用图像处理程序，按事先制订的规则分类，并将分类结果发送至控制器。
    4) 控制器接收到摄像完毕信号后启动步进电机。
    5) 在步进电机旋转过程中，压电石英晶片从检测盘落入分选盘。
    6) 控制器接收到分类结果后，在步进电机停止时，根据分类结果驱动相应的电磁铁，使翻盖打开，压电石英晶片落入相应的容器内。
    在生产中上述步骤是连续、同步的，由于检测盘的运行速度较慢，图像处理基本上是在检测盘运行过程中进行的。而装入压电石英晶片、摄像、卸料等动作是在步进电机的每一次停止中实现的。康华尔公司在生产石英晶振的设备上现基本是全自动化，目前正准备在投入两台声表面滤波器自动化焊接设备。
                                                             作者：康华尔电子