一种抛光石英晶片浅划痕检测的装置与方法与流程

本发明属于石英晶片检测
技术领域：
，具体涉及一种抛光石英晶片浅划痕检测的装置与方法。
背景技术：
：石英晶片是晶振的核心器件，石英晶体振荡器(晶振)为电子设备提供时间基准，在电子信息产业中具有极其重要的地位。石英晶片产品规格对角线尺寸在1-8mm内，为矩形晶体，表面经过研磨和极度抛光后，厚度薄(小于50um)，摩擦系数小，极度光滑；研磨和抛光过程产生缺角、角亮点、崩边、深划痕和浅划痕等缺陷，产品外观会影响谐振频率。目前，对于抛光石英晶片的检测，多采用人工在10到20倍显微镜下目视挑出缺陷的抛光石英晶片，存在效率低和稳定性差的问题。针对以上问题，实有必要提出一种解决方案予以克服。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种抛光石英晶片浅划痕检测的装置与方法，代替人工进行抛光片缺陷分选方式，提高效率和稳定性。为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：第一方面，本申请实施例提供一种抛光石英晶片浅划痕检测的装置，包括进料筒、取片圆盘、定位模块、取片吸头、检测圆盘、正面检测模块、背面检测模块、放片吸头以及收片盒，其中：进料筒，用于在主程序的控制下，通过一定振动频率将抛光片撒到取片圆盘上；取片圆盘，设置为精确正反转动一定小角度的圆盘，将抛光片无序均匀地散布所述取片圆盘上以备逐片拾取；定位模块，所述定位模块包括定位相机、镜头及光源，位于取片圆盘上方，用于对取片圆盘上的抛光片定位成像，从而计算出抛光片的坐标，坐标包括步进量和转动角度；取片吸头，固定于直线步进电机上的真空吸头，配合取片圆盘根据所述转动角度转动的同时，根据所述步进量步进到取片圆盘上的抛光片位置，从而准确的到达待拾取抛光片上方，通过真空吸放动作，将抛光片取到检测圆盘上；检测圆盘，按照一定角度转动的特制铝盘，用于承载抛光片进行正反两面的外观检测；正面检测模块，所述正面检测模块包括正面相机、镜头及光源，位于检测圆盘上方，对检测圆盘上的抛光片上表面成像检测；背面检测模块，所述背面检测模块包括背面相机、镜头及光源，位于检测圆盘下方对检测圆盘上的抛光片下表面成像检测；放片吸头，固定于直线步进电机上的真空吸头，用于将检测完毕的抛光片移送到不同检测结果的收片盒中；收片盒，排列于放片吸头运动路径上的若干片盒，用于将不同分类的抛光片收集起来。优选地，所述检测圆盘外圆周一圈均匀设置有若干用于放置抛光片的放片单元，所述放片单元以凹透镜为底，安装在在铝板圆盘上。优选地，按照均等角度嵌入18个放片单元的特制铝盘。优选地，取片圆盘圆心心与检测圆盘圆心的连线与平台水平，取片吸头轨迹在两圆心连线的上下10度范围内，取片吸头位于取片圆盘上方2-3mm处，放片吸头位于放片圆盘上方2-3mm处，用于更好吸片与取片。另一方面，本申请实施例还提供了一种抛光石英晶片浅划痕检测的方法，应用于如权利要求上述所述的抛光石英晶片浅划痕检测的装置，包括以下步骤：进料，将抛光片放入进料筒内，并将进料筒置于电机底座上，电机旋转开始进料，根据取片圆盘上的抛光片分布智能进料；定位，定位模块对通过下方的取片圆盘上的抛光片进行成像，通过定位算法算出当前视场内所有抛光片的坐标，并转化为取片圆盘的转动角度与取片吸头的步进量；放片，取片圆盘与取片吸头根据前一步骤的结果完成相应的转动与步进，取片吸头到达抛光片上方，开始吸气，吸取抛光片，然后回到原点位置，也即检测圆盘上方，吹气，放下抛光片；检测，检测圆盘转动一个工位，使整个流程循环，检测圆盘停止转动以不同曝光时间两次触发正面相机获得两张下方工位上的抛光片图像，分别通过图像计算出抛光片缺陷，同时，以不同曝光时间两次触发背面相机获得两张上方工位上的抛光片图像，通过图像计算出抛光片的缺陷；对于浅划痕缺陷，通过浅划痕算法计算得出；正反两相机的计算结果通过检测策略整合为最终的检测结果，该结果换算为放片吸头步进量；分选，放片吸头吸气，吸走抛光片，然后步进到设定的距离，到达某一类抛光片对应收片盒的上方，吹气，抛光片落入该收片盒中。优选地，通过定位算法算出当前视场内所有抛光片的坐标中定位算法具体如下：在装置运行之前，定位相机采集没有抛光片的取片圆盘图像作为第一图像；在装置运行过程当中，定位相机采集取片圆盘中的均匀分布抛光片的图像作为第二图像；通过第二图像与第一图像做差分运算，再经过自动化二值化含有抛光片的区域，分别对所有区域做种子填充，从而计算得到面积和重心坐标；计算得到的面积处于设定值范围，则判为抛光片，并计算出抛光片中心的图像坐标，将图像直角坐标系转换到以取片圆盘圆心为原点的直角坐标系，获得抛光片中心在新坐标系下的坐标，并且将坐标转化为极坐标，从而得到批量抛光片在取片圆盘的实际位置，遍历所有抛光片中心坐标，用极坐标方程计算取片吸头的直线轨迹和以取片圆盘圆心到抛光中心点的距离为半径的圆弧轨迹的交点，根据实交点计算得到取片圆盘的转动角度与取片吸头的步进量。优选地，以不同曝光时间两次触发正背面相机获得两张下方工位上的抛光片图像，分别通过图像计算出抛光片缺陷。具体为：分别通过软件控制相机以低曝光时间采集第一张图像，为边角图像，用于抛光片角落、边缘缺陷的处理，在采集完第一张图像的同时，更改相机为高曝光时间，采集第二张图像用于抛光片内部脏污和浅划痕的处理。优选地，对于浅划痕缺陷，通过浅划痕算法计算得出；具体为：在抛光片内部区域做图像平滑，根据模板尺寸，确定标准差的模板权重分配取值函数，根据模板中元素位置与模板中心的距离，在函数上以距离取获得函数值，并填入模板所对应的位置，将模板与抛光片内部做卷积计算，获得平滑图像，分别对平滑图像做水平与竖直二阶差分运算获得新的图像，计算得到二阶差分图像的幅度与方向，保留局部幅度极大值，将非极大值点的幅度值置0；设定高低幅度阈值与各局部幅度极大值比较，找到并优化线的轮廓，合并处于同一条直线的轮廓，轮廓参数大于设定参数，则判为浅划痕。采用本发明具有如下的有益效果：1、代替人工进行抛光片缺陷分选方式，提高效率和稳定性；2、通过在检测圆盘上设置放片单元，解决了抛光片滑动的问题；3、提供了一种快速定位抛光片位置的方法：通过定位模块快速获取在取片圆盘上批量均匀分布的抛光片图像，进行定位计算，计算出所有抛光片的位置信息，并转化成取片圆盘的转动角度和取片吸头的步进量；4、由于抛光片的边缘、角落区域的检测和内部脏污、浅划痕的检测需要不同的亮度，往常做法是提高两套检测模块和两个工位，而本发明提供了一种单光源下更改相机高低曝光时间的方案而依次采集两张图像，减少工位和硬件；5、本发明提供了一种解决抛光片浅划痕检测的方法，由于浅划痕的程度轻，人工检验时需要复杂条件才能挑出，本发明提供了全自动、高准确率的检测模块与图像算法。附图说明图1为本发明实施例的抛光石英晶片浅划痕检测的装置结构示意图；图2为本发明实施例的抛光石英晶片浅划痕检测的装置结构俯视图；图3为本发明实施例的部分检测机构示意图；图4为本发明实施例的放片单元结构图；图5为本发明实施例的放片单元轴侧图；图6为本发明实施例的放片单元正视图；图7为本发明实施例的抛光石英晶片浅划痕检测的方法的流程图；图8为本发明实施例的抛光石英晶片浅划痕检测的方法的定位计算流程图；图9本发明实施例的抛光石英晶片浅划痕检测的方法定位计算中的抛光片区域图图10为图像坐标转换图；图11为本发明实施例的抛光石英晶片浅划痕检测的方法定位计算中的抛光片位置结果图；图12为上位机单次检测流程图；图13为缺陷检测顺序算法流程图；图14为本发明实施例的抛光石英晶片浅划痕检测的方法的算法流程图；图15为模板权重取值函数。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。参见图1所示为本发明实施例的抛光石英晶片浅划痕检测的装置结构示意图，参见图2所示为本发明实施例的抛光石英晶片浅划痕检测的装置结构俯视图，参见图3所示为本发明实施例的部分检测机构示意图，本发明实施例的抛光石英晶片浅划痕检测的装置包括进料筒101、取片圆盘102、定位模块103、取片吸头104、检测圆盘105、正面检测模块106、背面检测模块107、放片吸头108以及收片盒109，其中：进料筒101，用于在主程序的控制下，通过一定振动频率将抛光片撒到取片圆盘上；取片圆盘102，设置为精确正反转动一定小角度的圆盘，将抛光片无序均匀地散布所述取片圆盘上以备逐片拾取；定位模块103，所述定位模块包括定位相机、镜头及光源，位于取片圆盘上方，用于对取片圆盘上的抛光片定位成像，从而计算出抛光片的坐标，坐标包括步进量和转动角度；取片吸头104，固定于直线步进电机上的真空吸头，配合取片圆盘根据所述转动角度转动的同时，根据所述步进量步进到取片圆盘上的抛光片位置，从而准确的到达待拾取抛光片上方，通过真空吸放动作，将抛光片取到检测圆盘上；检测圆盘105，按照一定角度转动的特制铝盘，用于承载抛光片进行正反两面的外观检测；正面检测模块106，所述正面检测模块包括正面相机、镜头及光源，位于检测圆盘上方，对检测圆盘上的抛光片上表面成像检测；背面检测模块107，所述背面检测模块包括背面相机、镜头及光源，位于检测圆盘下方对检测圆盘上的抛光片下表面成像检测；放片吸头108，固定于直线步进电机上的真空吸头，用于将检测完毕的抛光片移送到不同检测结果的收片盒中；收片盒109，排列于放片吸头运动路径上的若干片盒，用于将不同分类的抛光片收集起来。具体应用实施例中，通过电机控制取片圆盘102正反转快速旋转5度，进行5次运动，使得抛光片均匀分布在取片圆盘上。其中，取片圆盘圆心与检测圆盘圆心的连线与平台水平，取片吸头轨迹在两圆心连线的附近，定位模块中心在所述连线上方20mm处，位置如图2所示。进一步的，参见图3，检测圆盘105外圆周一圈均匀设置有若干用于放置抛光片的放片单元1051，参见图4，放片单元1051以凹透镜1052为底，安装在在铝板圆盘上，以此设置可防止抛光片滑动而转出视场，有效解决高速检测过程中的滑动问题。具体应用实例中，按照均等角度为20度嵌入18个放片单元的特制铝盘，放片单元，均匀排满检测圆盘一圈，参见图5，选用对角线为3-6mm抛光片进行检测，设置凹透镜是外径为20mm的k9平凹透镜，凹透镜中心厚度为2mm，边缘厚度为4mm，用于承载抛光片，主程序自动运行初始化完成，每个放片单元就代表固定编码，1号的位置，即起始点对应取片吸头的下方、依次类推，7号的位置，对应正面检测模块的下方，10号的位置对应背面检测模块的下方，13号的位置，对应放片吸头的下方，通过精确控制工位，用于按顺序记录检测抛光片的检测结果到数据库，同时有效控制了检测圆盘的转动流程。具体应用实施例中，定位模块包括定位相机、镜头及光源，其相机为1英寸大靶面相机，镜头选择25mm焦距，光源为与垂直线夹角为30度的蓝色环形光，更多采集在分布在取片圆盘上的抛光片，参加图9所示的图像，一次可以定位更多的抛光位置。具体应用实施例中，正、反两检测模块包括检测相机、镜头及光源，其镜头选择为1倍放大率的远心镜头，镜头距离检测圆盘上方65mm的位置，配合光源为30度蓝色环形光源，安装在检测圆盘上方10mm，获得对比高的图像，而且能够很好突出角落、边缘、浅划痕等缺陷的图像。参见图7，图1至图6所示的抛光石英晶片浅划痕检测的装置对应的抛光石英晶片浅划痕检测的方法，包括以下步骤：进料，将抛光片放入进料筒内，并将进料筒置于电机底座上，电机旋转开始进料，根据取片圆盘正反快速转动小角度让抛光片均匀分布进料；定位，定位模块对通过下方的取片圆盘上的抛光片进行成像，通过定位算法算出当前视场内所有抛光片的坐标，并转化为取片圆盘的转动角度与取片吸头的步进量；放片，取片圆盘与取片吸头根据前一步骤的结果完成相应的转动与步进，取片吸头到达抛光片上方，开始吸气，吸取抛光片，然后回到原点位置，也即检测圆盘上方，吹气，放下抛光片；检测，检测圆盘转动一个工位，使整个流程循环，检测圆盘停止转动以不同曝光时间两次触发正面相机获得两张下方工位上的抛光片图像，分别通过图像计算出抛光片缺陷，同时，以不同曝光时间两次触发背面相机获得两张上方工位上的抛光片图像，通过图像计算出抛光片的缺陷；对于浅划痕缺陷，通过浅划痕算法计算得出；正反两相机的计算结果通过检测策略整合为最终的检测结果，该结果换算为放片吸头步进量；分选，放片吸头吸气，吸走抛光片，然后步进到设定的距离，到达某一类抛光片对应收片盒的上方，吹气，抛光片落入该收片盒中。其中，参见图8定位计算流程图定位步骤中，通过定位算法算出当前视场内所有抛光片的坐标中定位算法具体如下：在装置运行之前，定位相机采集没有抛光片的取片圆盘图像作为第一图像，；在装置运行过程当中，定位相机采集取片圆盘中的均匀分布抛光片的图像作为第二图像；通过第二图像与第一图像做差分运算，再经过自动化二值化含有抛光片的区域，分别对所有区域做种子填充，从而计算得到面积和重心坐标；计算得到的面积处于设定值范围，则判为抛光片，并计算出抛光片中心的图像坐标，将图像直角坐标系转换到以取片圆盘圆心为原点的直角坐标系，获得抛光片中心在新坐标系下的坐标，并且将坐标转化为极坐标，从而得到批量抛光片在取片圆盘的实际位置，遍历所有抛光片中心坐标，用极坐标方程计算取片吸头的直线轨迹和以取片圆盘圆心到抛光中心点的距离为半径的圆弧轨迹的交点，根据实交点计算得到取片圆盘的转动角度与取片吸头的步进量。具体应用实例中，经过自动化二值化含有抛光片的区域，参见图9中黑色区域；将图像直角坐标系转换到以取片圆盘圆心为原点的直角坐标系，获得抛光片中心在新坐标系下的坐标，如下：参见图10，图像坐标系中，已知图像坐标原点o(0，0)，圆盘圆心坐标c(x0，y0)，取片吸头轨迹上两点l1(x1，y1)，l2(x2，y2)，以及找到的晶片中心坐标p(x3，y3)，求将此晶片转至直线上，需要转动多少角度。首先任意一点坐标从图像坐标原点o系转换以圆盘圆心c为原点坐标系的新坐标：之后根据下式分别将l1，l2，p点直角坐标转化为极坐标。由于获取取片吸头轨迹直线方程：ρsin(θ-α)＝ρ0sin(θ0-α)获得抛光片中心的圆方程：从中求出交点：δθ＝θ-θ3其中θ0，ρ0为l1，l2中任一点的极坐标。ρ为p点的极坐标值。最后，可根据θ0，ρ0得到取片圆盘的转动角度与取片吸头的步进量。参加图11，获得抛光片位置的处理结果，黑色区域是散步在盘上的抛光片，虚线代表取片圆盘与抛光片中心连线。参见图12，单次检测流程描述步骤中：将上一片检测结果转换为放片吸头步进量step、上述θ0，ρ0，形成三坐标模式，发送命令给下位机，控制取片圆盘转动θ0，控制取片吸头步行ρ0，控制放片吸头运行step距离将抛光片放入收片盒中，检测圆盘寻找一个工位，停止后同时触发正反两相机，分别对各自工位上抛光片成像，若相机低曝光标志位为1，则用低曝光时间采集的边角图像，用于检测边缘、角落亮点，发送检测命令后，启动正面相机边角检测线程的同时，更改相机曝光时间为高曝光，更改相机低曝光标志位为0，进一步，进行正面相机高曝光时间采集抛光片，采集图像为内部图像，启动正面相机内部缺陷检测线程，用于检测脏污与划痕缺陷；其中划痕由浅划痕算法判断得到。正面相机在检测的同时，反面模块对检测当前位置下的抛光片进行检测，需要判断当前位置上的样品在正面检测模块的结果是否判为缺陷，若是，将直接退出不进行反面检测；否则，进行如正面检测模块一样的检测流程。具体应用实例中，同时触发正反两相机，分别对各自工位上抛光片成像，根据正反面检测模块的光源亮度，则用低曝光时间为300微秒采集的边角图像，用于检测边缘、角落亮点，发送检测命令后，启动正面相机边角检测线程的同时，更改相机曝光时间为高曝光时间为800微秒，采集的第二图像，用于检测内部脏污和浅划痕。进一步地，参见图13缺陷算法检测流程，具体执行如下：获取原始图像，将rgb图像转化为灰度图像，进行二值化阈值，通过面积阈值判断，获得抛光片区域，轮廓跟踪获取抛光片轮廓，分割并拟合轮廓，获得四条直线，计算两两相邻的直线的交点获得四个端点及精度高的四条边长，计算四条边长的尺寸和两两边长间的角度。该原始图像那个是否为边角图像，若是，则进行边角缺陷检测：四个端点分别以一定像素点为半径的圆与抛光所围成的扇形区域为角落区域，进行角落缺陷判断，根据四条边，分别做边缘缺陷检测；否则，进行内部检测，由四条边所在直线均向抛光片中心平移3个像素点后，所围成的区域为内部区域，针对内部区域进行脏污检测和浅划痕缺陷检测。进一步地，参见图14浅划痕缺陷算法流程图步骤中，通过检测算法判断抛光片是否有浅划痕具体如下：在抛光片内部区域做图像平滑，根据模板尺寸，确定标准差的模板权重分配取值函数，根据模板中元素位置与模板中心的距离，在函数上以距离取获得函数值，并填入模板所对应的位置，将模板与抛光片内部做卷积计算，获得平滑图像，分别对平滑图像做水平与竖直二阶差分运算获得新的图像，计算得到二阶差分图像的幅度与方向，保留局部幅度极大值，将非极大值点的幅度值置0；设定高低幅度阈值与各局部幅度极大值比较，找到并优化线的轮廓，合并处于同一条直线的轮廓，轮廓参数大于设定参数，则判为浅划痕。具体应用实例中，具体为：在抛光片内部区域做图像平滑，根据模板尺寸5*5，参见图15确定标准差为0.87的模板权重取值函数，根据模板中元素位置与模板中心的距离，在函数上以距离取获得函数值，当模板尺寸为5*5时，取x＝0.x＝±1，x＝±2，所应对的函数值所得权值分别填入模板对应位置之中。0.0050.0370.0710.0370.0050.0370.260.510.260.0370.0710.5110.510.0710.0370.260.510.260.0370.0050.370.0710.0370.005将模板权重值与遍历抛光片内部同样大小区域图像灰度做加权平均值代替区域中心灰度的卷积计算，获得平滑图像，分别对平滑图像做水平与竖直二阶差分运算获得新的图像，获得水平二阶差分x和水平二阶差分y计算得到二阶差分图像的幅度amplitude与方向direction，保留局部幅度极大值，将非极大值点的幅度值置0；设定两个幅度阈值，分别为低幅度阈值flow与高幅度阈值fhigh。将局部幅度极大值与幅度阈值比较。首先，大于jhigh的点，即为轮廓点，这些为离散线段点，可以看出划痕大概轮廓；接着，小于jhigh的点，不为轮廓，直接剔除，而位于flow和fhigh中间的那些点，算法不断在这些点8邻域位置，寻找可以与相连接的边缘，直到与jhigh提取出来的离散线段点全部连接起来为止。fhigh用来负责找到每条线段，flow用来负责在这些线段的两个方向上延伸寻找边缘的断裂处，并连接这些边缘。最后对挑选出来的线条进行通过长度阈值与曲率阈值进行判断，大于阈值，则判为浅划痕。具体实施应用中，放片吸头距离分选盒中四个自分选盒分别为50mm，60mm，70mm，80mm，对应的样品结果合格、角落缺陷、边缘缺陷、浅划痕缺陷，程序在获得了抛光的检测结果，转换为相对应步进距离，来完成抛光片的分选。应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。当前第1页12