基于圖像處理的石英晶體片分選系統

    1 引言
  石英晶片是怎么來的呢，石英晶片前稱叫壓電石英晶體，是由壓電石英晶體產生壓電效應之后加工而成的。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，是電子設備中應用極為廣泛的一種電子元件。在壓電石英晶片的生產過程中，前期還需要很多道工序，要經過切割、研磨等工藝過程，其中一部分壓電石英晶片會產生崩邊、掉碴、裂紋、斷裂、劃傷等物理缺陷，這樣的殘片必須篩選出來。目前生產過程中主要是依靠人工，通過目視方法檢驗壓電石英晶片存在的缺陷。這種方法存在如下弊端：
    1) 檢驗結果不統一。缺陷的形狀千差萬別，由于人的視覺及思維的差別，對存在的缺陷很難用準確的圖形和文字描述，因此既沒有晶振行業標準，各晶體生產企業也沒有量化的檢驗標準，即使是同一個操作人員，兩次檢驗結果也不完全一樣。
    2) 檢驗結果易受人為因素影響。由于工作枯燥、持續時間長、眼睛容易疲勞，檢驗完全是憑感覺，檢驗結果在很大程度上取決于嚴格的管理和到人的精神集中狀態。
    隨著計算機、圖像處理、通訊以及控制技術的飛速發展，目前已經具備了改變石英晶體片檢驗現狀的技術基礎。康華爾電子研制了一種基于圖像處理的光機電一體化石英晶體片分選系統。為石英晶體片品質篩選開辟了新的途徑。
      2 系統工作原理
    石英晶體片品質分選系統是光機電一體化的高技術設備，采用計算機圖像處理技術識別壓電石英晶片品質，在完成對樣本的人工建模后，能自動完成壓電石英晶片輸送、檢測、分類，可以完全取代人工檢測，大大提高了石英晶體振蕩器的成品的質量。在這種機器自動化檢測的情況下生產出來的石英晶振也會比較穩定。
    壓電石英晶片品質分選系統從硬件上分為物料輸送、分選機構、圖像采集、控制器、電源和電腦主機6個組成單元，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輸料器和驅動電路組成，實現物料的自動輸送。其中振動輸料器包括圓振和直振兩部分，圓振同時也是桶形料倉。在桶壁上有從底到頂的螺旋線形料道，石英晶體片在振動的作用下，沿料道形成連續、整齊的排列運動，最終到達料倉出口。直振的人口與圓振的出口相連，在直振的出口處有一個光電開關，用于檢測該位置是否存在壓電石英晶片。
壓電石英晶片在振動的作用下直線行走，當停止振動時即運動停止。
    分選機構單元由步進電機、檢測盤、分選盤和電磁鐵組成。檢測盤和分選盤安裝在步進電機軸上，由步進電機驅動同步旋轉。檢測盤和分選盤上都均勻分布了8個孔，分選盤底部帶有翻蓋，并在翻蓋上安裝有永久磁鋼。當檢測盤靜止時。直振的出口對準檢測盤上的一個孔，石英晶體片可以落入檢測盤。同時檢測盤上的下一個孔位與光學顯微鏡頭相對應。分選盤靜止位置下安裝有電磁鐵。電磁鐵通電后翻蓋打開，使該孔內的壓電石英晶片落入料盒內。（壓電石英晶片處了可以生產石英晶體振蕩器，和到石英晶體諧振器之外，音叉表晶也一樣是可以生產的）
    圖像采集單元由光學顯微鏡、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中。通過調節光學顯微鏡的焦距和放大倍數，可以獲得滿意的圖像。CCD攝像頭實現圖像的光電轉換，圖像捕捉卡最終完成計算機成像。
    控制器單元由單片機和USB通信接口、步進電機驅動電路、電磁鐵驅動電路、振動盤輸料器控制電路等組成。單片機通過USB通信接口接收控制命令和分類命令，從而控制整個系統的機械動作。
    圖像處理軟件是基于Windows操作系統的應用軟件，具有人機對話、樣本生成、圖像數字處理、分類及管理全系統的功能。該軟件采用VC++語言編寫。
 以一個石英晶體片的分選過程為例，系統工作原理如下：
    1) 控制器控制直振起振，一個壓電石英晶片落人檢測盤的孔內。直振上的光電信號反饋到控制器，直振停止。
    2) 步進電機旋轉45°，剛落入檢測盤的壓電石英晶片被送到光學顯微鏡的鏡頭下，控制器向電腦主機發出定位完成信號。
    3) 接收到定位完成信號后，電腦主機上的圖像處理軟件包首先調用攝像程序，拍攝壓電石英晶片圖像。然后電腦主機再向控制器發出攝像完畢信號，調用圖像處理程序，按事先制訂的規則分類，并將分類結果發送至控制器。
    4) 控制器接收到攝像完畢信號后啟動步進電機。
    5) 在步進電機旋轉過程中，壓電石英晶片從檢測盤落入分選盤。
    6) 控制器接收到分類結果后，在步進電機停止時，根據分類結果驅動相應的電磁鐵，使翻蓋打開，壓電石英晶片落入相應的容器內。
    在生產中上述步驟是連續、同步的，由于檢測盤的運行速度較慢，圖像處理基本上是在檢測盤運行過程中進行的。而裝入壓電石英晶片、攝像、卸料等動作是在步進電機的每一次停止中實現的。康華爾公司在生產石英晶振的設備上現基本是全自動化，目前正準備在投入兩臺聲表面濾波器自動化焊接設備。
                                                             作者：康華爾電子