光學(xué)薄膜元器件外觀特性機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)

王小輝 范衛(wèi)星 曹一鳴 董興華 衛(wèi)紅

（1.廣州市光機(jī)電技術(shù)研究院 2.奧普鍍膜技術(shù)（廣州）有限公司）

1 概述

21世紀(jì)，隨著3G通信時(shí)代的到來，光通信領(lǐng)域?qū)⒁鹨粓鲂碌募夹g(shù)革命。光通信中涉及到關(guān)鍵的光學(xué)元件-濾光片，它的品質(zhì)是影響光通信領(lǐng)域發(fā)展的重要要素之一。然而，濾光片的制造過程都比較復(fù)雜，如何對濾光片進(jìn)行快速準(zhǔn)確的外觀檢測及篩選出合格的濾光片，是保證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量的前提，對降低產(chǎn)品成本具有非常重要的意義。現(xiàn)在檢測濾光片的手段主要是采取人工逐片檢測的方法，這種方法檢測速度慢、精度低，企業(yè)往往需要大量的檢測人員，這些因素的制約使檢測成為大規(guī)?；a(chǎn)的“瓶頸”。于是人們紛紛尋求高效、高準(zhǔn)確度、自動(dòng)的外觀檢測系統(tǒng)，對濾光片的品質(zhì)進(jìn)行檢測[1]。因此，如何快速、有效地對濾光片進(jìn)行檢測以保證濾光片元件的品質(zhì)與產(chǎn)量是極其重要的課題[2]。

本系統(tǒng)利用工業(yè)級攝像頭CCD及開發(fā)包的機(jī)器視覺功能與計(jì)算軟件編程控制技術(shù)相結(jié)合，通過與輸入控制系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)膜片模板外觀品質(zhì)進(jìn)行對比，實(shí)現(xiàn)高速高效、準(zhǔn)確識別檢測光學(xué)薄膜器件中濾光片的外觀缺陷?？稍谏a(chǎn)線上根據(jù)外觀品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)模板中設(shè)定的類別進(jìn)行自動(dòng)分類裝盒。

本系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于光學(xué)產(chǎn)品、薄膜元件產(chǎn)品的外觀特性檢測中，在進(jìn)行自動(dòng)視覺識別和缺陷分類的同時(shí)，提高產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率，打破中國現(xiàn)代制造業(yè)過度依賴人員進(jìn)行生產(chǎn)和外觀檢驗(yàn)的勞動(dòng)密集型方式，可以提高中國制造的技術(shù)含量，改造中國傳統(tǒng)勞動(dòng)密集型生產(chǎn)模式。

本光學(xué)外觀特性檢測系統(tǒng)不僅可以檢測通信濾光片產(chǎn)品，也可拓展到當(dāng)今先進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)的各個(gè)層面產(chǎn)品，比如感光元器件 CMOS檢測；照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡相關(guān)鏡片檢測；藍(lán)光DVD產(chǎn)業(yè)中的數(shù)以億計(jì)的光學(xué)鏡片檢測；光通信波分復(fù)用濾光片檢測等。市場前景非常大，具有很強(qiáng)的行業(yè)創(chuàng)新性。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目膜片自動(dòng)檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1所示，由機(jī)械臂1、機(jī)械臂2、膜片上料盤、膜片檢測臺、定位檢測CCD1、外觀檢測CCD2、分裝膜片盒、CCD支撐架8個(gè)部件組成。

圖1 自動(dòng)檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

工作順序?yàn)椋喊央s亂無序的光學(xué)膜片載入膜片上料盒中→定位CCD拍照，通過計(jì)算機(jī)軟件對光學(xué)膜片進(jìn)行圖像坐標(biāo)定位→計(jì)算機(jī)根據(jù)圖像坐標(biāo)系與機(jī)械坐標(biāo)系之間的換算關(guān)系，把每個(gè)膜片對應(yīng)的圖像坐標(biāo)換算為機(jī)械坐標(biāo)→計(jì)算機(jī)把每個(gè)膜片的坐標(biāo)位置傳遞給機(jī)械臂1控制系統(tǒng)→機(jī)械臂1根據(jù)該膜片的坐標(biāo)位置，到該處拾取膜片放置到膜片檢測平臺→CCD2對膜片的外觀（包括正反面）進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果分離出膜片的等級類別→計(jì)算機(jī)把膜片檢測的等級類別結(jié)果發(fā)送給機(jī)械臂2控制系統(tǒng)→機(jī)械臂2根據(jù)收到的等級類別把膜片放置到對應(yīng)等級的裝膜片盒中。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用模塊化系統(tǒng)的思想，將整體系統(tǒng)分解為獨(dú)立的5個(gè)子系統(tǒng)各自完成，再通過相互間握手通訊協(xié)議關(guān)聯(lián)協(xié)調(diào)完成整體系統(tǒng)功能。工藝流程如圖2所示。

圖2 工藝流程圖

此5個(gè)子系統(tǒng)的功能及相互間關(guān)系如下：

（1）視覺定位系統(tǒng)：其功能是當(dāng)上料盤進(jìn)入CCD1的視場范圍后，給出觸發(fā)信號，CCD1受觸發(fā)拍照獲取圖像信息，通過坐標(biāo)定位分析軟件檢測出視場內(nèi)膜片中心位置坐標(biāo)；

（2）薄膜濾光片膜面判定系統(tǒng)：機(jī)械臂1把膜片放置到檢測平臺后，給出觸發(fā)信號，CCD2受觸發(fā)拍照獲取圖像信息，通過正反面分析軟件檢測出膜片正反面信息；

（3）外觀缺陷檢測系統(tǒng)：膜片正反面檢測完成后，給出觸發(fā)信號，CCD2受觸發(fā)拍照獲取圖像信息，通過外觀缺陷分析軟件檢測出膜片外觀缺陷等級；

（4）機(jī)械控制系統(tǒng)：包括機(jī)械臂1和機(jī)械臂2，每個(gè)機(jī)械臂均由X/Y平面導(dǎo)軌組成；還包括一些電氣輔助控制部分；

（5）通訊控制系統(tǒng)：對以上4個(gè)子系統(tǒng)之間進(jìn)行信息堆棧、隊(duì)列等交互控制。

4 總體性能

（1）膜片產(chǎn)品通過視覺定位計(jì)算的坐標(biāo)精確度能達(dá)到±0.01mm；

（2）視覺識別、分辨濾光片正反面的功能上，能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中誤判率達(dá)到0%；

（3）外觀缺陷的檢測過程中，對缺陷的測量精度能達(dá)到30um以上的分析水平；

（4）外觀缺陷自動(dòng)檢測生產(chǎn)線建立后，能實(shí)現(xiàn)每小時(shí)900片以上的檢測能力；

（5）能根據(jù)設(shè)定的外觀缺陷等級要求，在外觀缺陷檢測方面實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)分類，而不需要人工輔助。

5 收獲與前景

本系統(tǒng)自2009年開始研發(fā)， 2011年成功投入生產(chǎn)應(yīng)用，現(xiàn)階段在國內(nèi)處于領(lǐng)先的水平。到目前為止，有關(guān)光學(xué)薄膜濾光片產(chǎn)品的自動(dòng)檢測分揀系統(tǒng)設(shè)備在國內(nèi)市場上還未見有相關(guān)的產(chǎn)品推出。

本系統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)在奧普鍍膜技術(shù)（廣州）有限公司的生產(chǎn)線上投入生產(chǎn)使用達(dá)半年之久，結(jié)合公司的實(shí)際工藝要求，生產(chǎn)檢測能力穩(wěn)定。

通過本系統(tǒng)的研發(fā)攻關(guān)，對圖像坐標(biāo)的計(jì)算精度可達(dá)到10微米級別水平，對現(xiàn)有的生產(chǎn)制造企業(yè)進(jìn)行自動(dòng)化轉(zhuǎn)型具較大的促進(jìn)作用和典型意義，特別是對膜片生產(chǎn)制造公司，在膜片自動(dòng)裝盒、膜片自動(dòng)上料進(jìn)行光學(xué)測試等很多工序中，都可以直接使用本技術(shù)。在膜片裝配生產(chǎn)公司或工序中，可以結(jié)合其實(shí)際工藝進(jìn)行優(yōu)化后，融入本技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化升級。在此基礎(chǔ)上作相關(guān)的技術(shù)延伸和拓展，形成一定的自動(dòng)化生產(chǎn)規(guī)模，在行業(yè)內(nèi)開創(chuàng)光學(xué)膜片自動(dòng)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)型升級典范。

[1] 張五一,趙強(qiáng)松,王東云.機(jī)器視覺的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào),2008,19：9.

[2] 胡赤兵,王偉.影響在線檢測效率提高的因素分析及對策[J].新技術(shù)新工藝,2009,(4)：19.