光學薄膜元器件外觀特性機器視覺檢測系統

王小輝 范衛星 曹一鳴 董興華 衛紅

（1.廣州市光機電技術研究院 2.奧普鍍膜技術（廣州）有限公司）

1 概述

21世紀，隨著3G通信時代的到來，光通信領域將引起一場新的技術革命。光通信中涉及到關鍵的光學元件-濾光片，它的品質是影響光通信領域發展的重要要素之一。然而，濾光片的制造過程都比較復雜，如何對濾光片進行快速準確的外觀檢測及篩選出合格的濾光片，是保證產品的質量和產量的前提，對降低產品成本具有非常重要的意義。現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模化生產的“瓶頸”。于是人們紛紛尋求高效、高準確度、自動的外觀檢測系統，對濾光片的品質進行檢測[1]。因此，如何快速、有效地對濾光片進行檢測以保證濾光片元件的品質與產量是極其重要的課題[2]。

本系統利用工業級攝像頭CCD及開發包的機器視覺功能與計算軟件編程控制技術相結合，通過與輸入控制系統中的標準膜片模板外觀品質進行對比，實現高速高效、準確識別檢測光學薄膜器件中濾光片的外觀缺陷。可在生產線上根據外觀品質標準模板中設定的類別進行自動分類裝盒。

本系統可以廣泛應用于光學產品、薄膜元件產品的外觀特性檢測中，在進行自動視覺識別和缺陷分類的同時，提高產品品質和生產效率，打破中國現代制造業過度依賴人員進行生產和外觀檢驗的勞動密集型方式，可以提高中國制造的技術含量，改造中國傳統勞動密集型生產模式。

本光學外觀特性檢測系統不僅可以檢測通信濾光片產品，也可拓展到當今先進光學系統的各個層面產品，比如感光元器件 CMOS檢測；照相機、望遠鏡相關鏡片檢測；藍光DVD產業中的數以億計的光學鏡片檢測；光通信波分復用濾光片檢測等。市場前景非常大，具有很強的行業創新性。

2 系統硬件結構

本項目膜片自動檢測系統結構示意圖如圖 1所示，由機械臂1、機械臂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個部件組成。

圖1 自動檢測系統結構示意圖

工作順序為：把雜亂無序的光學膜片載入膜片上料盒中→定位CCD拍照，通過計算機軟件對光學膜片進行圖像坐標定位→計算機根據圖像坐標系與機械坐標系之間的換算關系，把每個膜片對應的圖像坐標換算為機械坐標→計算機把每個膜片的坐標位置傳遞給機械臂1控制系統→機械臂1根據該膜片的坐標位置，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）進行檢測，根據檢測結果分離出膜片的等級類別→計算機把膜片檢測的等級類別結果發送給機械臂2控制系統→機械臂2根據收到的等級類別把膜片放置到對應等級的裝膜片盒中。

3 系統軟件設計

本系統采用模塊化系統的思想，將整體系統分解為獨立的5個子系統各自完成，再通過相互間握手通訊協議關聯協調完成整體系統功能。工藝流程如圖2所示。

圖2 工藝流程圖

此5個子系統的功能及相互間關系如下：

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

（2）薄膜濾光片膜面判定系統：機械臂1把膜片放置到檢測平臺后，給出觸發信號，CCD2受觸發拍照獲取圖像信息，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：膜片正反面檢測完成后，給出觸發信號，CCD2受觸發拍照獲取圖像信息，通過外觀缺陷分析軟件檢測出膜片外觀缺陷等級；

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

（5）通訊控制系統：對以上4個子系統之間進行信息堆棧、隊列等交互控制。

4 總體性能

（1）膜片產品通過視覺定位計算的坐標精確度能達到±0.01mm；

（2）視覺識別、分辨濾光片正反面的功能上，能實現產品生產過程中誤判率達到0%；

（3）外觀缺陷的檢測過程中，對缺陷的測量精度能達到30um以上的分析水平；

（4）外觀缺陷自動檢測生產線建立后，能實現每小時900片以上的檢測能力；

（5）能根據設定的外觀缺陷等級要求，在外觀缺陷檢測方面實現全自動分類，而不需要人工輔助。

5 收獲與前景

本系統自2009年開始研發， 2011年成功投入生產應用，現階段在國內處于領先的水平。到目前為止，有關光學薄膜濾光片產品的自動檢測分揀系統設備在國內市場上還未見有相關的產品推出。

本系統設備已經在奧普鍍膜技術（廣州）有限公司的生產線上投入生產使用達半年之久，結合公司的實際工藝要求，生產檢測能力穩定。

通過本系統的研發攻關，對圖像坐標的計算精度可達到10微米級別水平，對現有的生產制造企業進行自動化轉型具較大的促進作用和典型意義，特別是對膜片生產制造公司，在膜片自動裝盒、膜片自動上料進行光學測試等很多工序中，都可以直接使用本技術。在膜片裝配生產公司或工序中，可以結合其實際工藝進行優化后，融入本技術進行自動化升級。在此基礎上作相關的技術延伸和拓展，形成一定的自動化生產規模，在行業內開創光學膜片自動化生產轉型升級典范。

[1] 張五一,趙強松,王東云.機器視覺的現狀及發展趨勢[J].中原工學院學報,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].新技術新工藝,2009,(4)：19.