基于圖像處理的石英晶體片分選系統(tǒng)

　　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(kāi)，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(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(xiě)。

　　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)石英晶體片落人檢測(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)盤的石英晶體片被送到光學(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，拍攝石英晶體片圖像。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，石英晶體片從檢測(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(kāi)，石英晶體片落入相應(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。而裝入石英晶體片、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。

　　3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　硬件電路包括USB接口器件CH375、電磁鐵驅(qū)動(dòng)橋路、直振光電信號(hào)比較器、單片機(jī)P89LPC932以及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等。

　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)配套使用，本系統(tǒng)選用的驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)方向可以一次設(shè)定，不再更改。驅(qū)動(dòng)信號(hào)為脈沖串，脈沖數(shù)決定了旋轉(zhuǎn)角度，脈沖頻率決定了旋轉(zhuǎn)速率。脈沖輸入使得單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)器的連接非常簡(jiǎn)單，本系統(tǒng)中單片機(jī)的T2定時(shí)器設(shè)置成自動(dòng)重裝載時(shí)間常數(shù)的定時(shí)器，用以控制脈沖頻率。將P1.0設(shè)置成自動(dòng)裝載脈沖輸出并與T0連接，T0設(shè)置成計(jì)數(shù)器方式，裝入輸出脈沖數(shù)，當(dāng)其中的計(jì)數(shù)減為0時(shí)，停止P1.0的脈沖輸出。

　　電磁鐵驅(qū)動(dòng)橋路如圖2所示。分選盤的翻蓋上鑲嵌一個(gè)永久磁鋼，翻蓋本身是靠彈簧施壓關(guān)閉的。給電磁鐵通電使其產(chǎn)生與磁鋼相反的磁性，就可打開(kāi)翻蓋。再給電磁鐵反向通電，使其產(chǎn)生與磁鋼相同的磁性，加快翻蓋關(guān)閉速度。電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路采用全橋結(jié)構(gòu)，線圈接在兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)上。當(dāng)兩個(gè)輸入端中的任意一個(gè)為高電平時(shí)，使一個(gè)橋臂的上半部分和另一個(gè)橋臂的下半部分導(dǎo)通，電磁鐵動(dòng)作。當(dāng)輸入端都是低電平時(shí)，橋路不關(guān)斷，電磁鐵不動(dòng)作。

　　控制器與電腦主機(jī)的通訊是通過(guò)CH375 USB接口電路實(shí)現(xiàn)的。為了提高生產(chǎn)效率，希望盡可能提高控制器與電腦主機(jī)通訊的實(shí)時(shí)性，考慮到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量并不大，采用USB通訊的響應(yīng)速度可以滿足要求。單片機(jī)的中斷輸入INT0接收CH375的INT信號(hào)，P1.1輸出連接CH375的A0，選擇數(shù)據(jù)／命令方式。T1設(shè)置為定時(shí)器模式，用于控制電磁鐵的導(dǎo)通時(shí)間。

　　控制器的中斷源分配為：INT0：USB口中斷；INT1：直振光電信號(hào)；T0：計(jì)數(shù)器方式，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的脈沖計(jì)數(shù)；T1：定時(shí)器方式，電磁鐵導(dǎo)通時(shí)間定時(shí)。

　　4 控制器軟件設(shè)計(jì)

　　進(jìn)行控制器軟件設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到有4個(gè)中斷源，因此將一些耗時(shí)較長(zhǎng)的復(fù)雜計(jì)算、判斷等放在主循環(huán)程序中。程序采用C51編寫(xiě)、調(diào)試，INT0中斷(CH375)函數(shù)流程如圖3所示，T1、T0中斷函數(shù)流程分別如圖4、圖5所示。