基于圖像處理的石英晶體片分選系統

　　分選機構單元由步進(jìn)電機、檢測盤(pán)、分選盤(pán)和電磁鐵組成。檢測盤(pán)和分選盤(pán)安裝在步進(jìn)電機軸上，由步進(jìn)電機驅動(dòng)同步旋轉。檢測盤(pán)和分選盤(pán)上都均勻分布了8個(gè)孔，分選盤(pán)底部帶有翻蓋，并在翻蓋上安裝有永久磁鋼。當檢測盤(pán)靜止時(shí)。直振的出口對準檢測盤(pán)上的一個(gè)孔，石英晶體片可以落入檢測盤(pán)。同時(shí)檢測盤(pán)上的下一個(gè)孔位與光學(xué)顯微鏡頭相對應。分選盤(pán)靜止位置下安裝有電磁鐵。電磁鐵通電后翻蓋打開(kāi)，使該孔內的石英晶體片落入料盒內。

　　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中。通過(guò)調節光學(xué)顯微鏡的焦距和放大倍數，可以獲得滿(mǎn)意的圖像。CCD攝像頭實(shí)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(jìn)電機驅動(dòng)電路、電磁鐵驅動(dòng)電路、振動(dòng)盤(pán)輸料器控制電路等組成。單片機通過(guò)USB通信接口接收控制命令和分類(lèi)命令，從而控制整個(gè)系統的機械動(dòng)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(huà)、樣本生成、圖像數字處理、分類(lèi)及管理全系統的功能。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盤(pán)的孔內。直振上的光電信號反饋到控制器，直振停止。

　　2) 步進(jìn)電機旋轉45°，剛落入檢測盤(pán)的石英晶體片被送到光學(xué)顯微鏡的鏡頭下，控制器向電腦主機發(fā)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，拍攝石英晶體片圖像。然后電腦主機再向控制器發(fā)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(lèi)，并將分類(lèi)結果發(fā)送至控制器。

　　4) 控制器接收到攝像完畢信號后啟動(dòng)步進(jìn)電機。

　　5) 在步進(jìn)電機旋轉過(guò)程中，石英晶體片從檢測盤(pán)落入分選盤(pán)。

　　6) 控制器接收到分類(lèi)結果后，在步進(jìn)電機停止時(shí)，根據分類(lèi)結果驅動(dòng)相應的電磁鐵，使翻蓋打開(kāi)，石英晶體片落入相應的容器內。

　　在生產(chǎn)中上述步驟是連續、同步的，由于檢測盤(pán)的運行速度較慢，圖像處理基本上是在檢測盤(pán)運行過(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)電機的每一次停止中實(shí)現的。

　　3 系統硬件電路設計

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

　　步進(jìn)電機驅動(dòng)器與步進(jìn)電機配套使用，本系統選用的驅動(dòng)器旋轉方向可以一次設定，不再更改。驅動(dòng)信號為脈沖串，脈沖數決定了旋轉角度，脈沖頻率決定了旋轉速率。脈沖輸入使得單片機與驅動(dòng)器的連接非常簡(jiǎn)單，本系統中單片機的T2定時(shí)器設置成自動(dòng)重裝載時(shí)間常數的定時(shí)器，用以控制脈沖頻率。將P1.0設置成自動(dòng)裝載脈沖輸出并與T0連接，T0設置成計數器方式，裝入輸出脈沖數，當其中的計數減為0時(shí)，停止P1.0的脈沖輸出。

　　電磁鐵驅動(dòng)橋路如圖2所示。分選盤(pán)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。電磁鐵驅動(dòng)電路采用全橋結構，線(xiàn)圈接在兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)上。當兩個(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)橋臂的下半部分導通，電磁鐵動(dòng)作。當輸入端都是低電平時(shí)，橋路不關(guān)斷，電磁鐵不動(dòng)作。

　　控制器與電腦主機的通訊是通過(guò)CH375 USB接口電路實(shí)現的。為了提高生產(chǎn)效率，希望盡可能提高控制器與電腦主機通訊的實(shí)時(shí)性，考慮到傳輸的數據量并不大，采用USB通訊的響應速度可以滿(mǎn)足要求。單片機的中斷輸入INT0接收CH375的INT信號，P1.1輸出連接CH375的A0，選擇數據／命令方式。T1設置為定時(shí)器模式，用于控制電磁鐵的導通時(shí)間。

　　控制器的中斷源分配為：INT0：USB口中斷；INT1：直振光電信號；T0：計數器方式，驅動(dòng)步進(jìn)電機的脈沖計數；T1：定時(shí)器方式，電磁鐵導通時(shí)間定時(shí)。

　　4 控制器軟件設計

　　進(jìn)行控制器軟件設計時(shí)，考慮到有4個(gè)中斷源，因此將一些耗時(shí)較長(cháng)的復雜計算、判斷等放在主循環(huán)程序中。程序采用C51編寫(xiě)、調試，INT0中斷(CH375)函數流程如圖3所示，T1、T0中斷函數流程分別如圖4、圖5所示。