CN113639631A

CN113639631A - 一种基于双轴mems微镜的视觉检测系统

Info

Publication number: CN113639631A
Application number: CN202110673821.1A
Authority: CN
Inventors: 秦毅; 郭芳; 王福杰; 任斌; 姜鸣; 胡耀华; 姚智伟
Original assignee: Dongguan University of Technology
Current assignee: Dongguan University of Technology
Priority date: 2021-06-17
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2021-11-12

Abstract

本发明公开了一种基于双轴MEMS微镜的视觉检测系统包括检测模块、图像收集模块、图像分析与检测模块、数据收集与处理模块、仪器模块、摄像机模块、信号采收集适配器模块、任意波形发生器模块，所述检测模块与图像收集模块相互连接，所述图像分析与检测模块与检测模块相互连接、所述数据收集与处理模块与检测模块相互连接、所述仪器模块与检测模块相连接，所述检测模块互相连接图像分析与检测模块，所述检测模块互相连接仪器模块，所述图像收集模块相连接摄像机模块。本发明采用了亚像元定位技术,系统具有较高的测量精度，应用表明该系统具有较好的灵活性和扩充性,测量速度快,检测简便,有较好的工程应用价值。

Description

一种基于双轴MEMS微镜的视觉检测系统

技术领域

本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种基于双轴MEMS微镜的视觉检测系统。

背景技术

近年来，随着MEMS的迅猛发展，对其检测系统提出了很高的要求,MEMS器件除了电子系统外还包含了非电子系统,对MEMS除了进行相关的电子学检测外,还应包括微机械结构和形貌检测、微机械力学与动态特性检测、微机械光学特性检测等,因此MEMS的检测要比集成电路的检测更为复杂。MEMS检测系统对精密光学制造、高精度的光电传感器、精密机械的加工、精细控制、微弱信号的变换与检测等提出来很高的要求。MEMS测试技术的研究在国际上已引起了高度重视,针对不同的MEMS器件和应用目的,已经研制开发出一些有实用[1 价值的测试仪器,如美国UC Berkeley大学BSAC研究中心研制的 MEMS动态特性测试仪],[2MIT的Freeman教授领导的研究小组研制的基于计算机视觉的MEMS测试系统],美国[3Sandian国家实验室研制的MEMS器件可靠性测试系统]等；国外一些公司正在研制开发集 [6[7成化的MEMS综合测试系统,基于计算机视觉的图像测量是近年来在测量领域中发展起来的崭新技术,它以光学为基础,融光电子学、计算机技术、激光技术、图像处理技术等现代科学技术为一体, 组成光、机、电、算综合测量系统,是解决MEMS测试的一个有效途径。

MEMS的检测必须解决好MEMS器件的多样性和检测系统专用性的矛盾，高速运动和低速摄像的矛盾，同时MEMS正处于迅速发展之中, 各种新技术、新器件不断涌现,在加工过程中涉及到很多新工艺、新方法，现有的检测系统没有很好的灵活性和扩充性，很难满足自动检测的要求，为此，我们提出一种基于双轴MEMS微镜的视觉检测系统来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中MEMS器件的多样性和检测系统专用性的矛盾，高速运动和低速摄像的矛盾问题，而提出的一种基于双轴MEMS微镜的视觉检测系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于双轴MEMS微镜的视觉检测系统，包括检测模块、图像收集模块、图像分析与检测模块、数据收集与处理模块、仪器模块、摄像机模块、信号采收集适配器模块、任意波形发生器模块，所述检测模块与图像收集模块相互连接，所述图像分析与检测模块与检测模块相互连接、所述数据收集与处理模块与检测模块相互连接、所述仪器模块与检测模块相连接，所述检测模块互相连接图像分析与检测模块，所述检测模块互相连接仪器模块，所述图像收集模块相连接摄像机模块，所述信号收集适配器与数据收集与处理模块相连接，所述任意波形发生器模块与仪器模块相连接。

优选的，所述仪器模块可以将若干台装置连接到一起，使这些装置能够组成一个自动测试的系统。

优选的，所述任意波形发生器模块可见信号源在电子实验和测试处理中，并不测量任何参数而是根据使用者的要求，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以达到测试的需要。

优选的，所述图像分析与检测模块可以完成输送到检测模块内大量图像的分析与测量。

优选的，所述信号收集适配器模块能更简便的连接具备共用端子口的携带式电子设备和外部设备。

优选的，所述图像收集模块可以精准的采集到从摄像机模块传输过来的图像。

优选的，所述检测模块对检测的环境、激励、被测器件的供电进行控制,通过总线完成相关仪器的控制,实现测控的集成化和自动化。

优选的，所述检测模块通过信号收集适配器模块完成对不同MEMS 器件各种被测信号的调理,使其满足信号采集的要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明具有测量速度快、测量方便、自动化程度较高的特点，在系统基本平台的基础上,通过更换不同的信号收集适配器模块和控制适配器可完成对不同的MEMS器件的测试需求，也易于和激光干涉测量、高速图像的采集与重构的分系统的集成,具有较好的灵活性和扩充性；

2、本发明是一个典型的光、机、电、算集成的MEMS检测系统, 已应用于MEMS微结构几何尺寸和动态特性等的测量，因采用了亚像元定位技术,系统具有较高的测量精度，应用表明该系统具有较好的灵活性和扩充性,测量速度快,检测简便,有较好的工程应用价值。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于双轴MEMS微镜的视觉检测系统的结构示意图。

图中：1检测模块、2图像收集模块、3图像分析与检测模块、4 数据收集与处理模块、5仪器模块、6摄像机模块、7信号采收集适配器模块、8任意波形发生器模块。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1，一种基于双轴MEMS微镜的视觉检测系统，包括检测模块1、图像收集模块2、图像分析与检测模块3、数据收集与处理模块4、仪器模块5、摄像机模块6、信号采收集适配器模块7、任意波形发生器模块8，检测模块1与图像收集模块2相互连接，图像分析与检测模块3与检测模块1相互连接、数据收集与处理模块4与检测模块1相互连接、仪器模块5与检测模块1相连接，检测模块1互相连接图像分析与检测模块31，检测模块1互相连接仪器模块5，图像收集模块2相连接摄像机模块6，信号收集适配器与数据收集与处理模块4相连接，任意波形发生器模块8与仪器模块5相连接。具有测量速度快、测量方便、自动化程度较高的特点，在系统基本平台的基础上,通过更换不同的信号收集适配器模块和控制适配器可完成对不同的MEMS器件的测试需求，也易于和激光干涉测量、高速图像的采集与重构的分系统的集成,具有较好的灵活性和扩充性。

仪器模块5可以将若干台装置连接到一起，使这些装置能够组成一个自动测试的系统。将多个装置与仪器模块5连接在一起，提高了使用方便性。

任意波形发生器模块8可见信号源在电子实验和测试处理中，并不测量任何参数而是根据使用者的要求，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以达到测试的需要。方便了各种测试信号提供给被测电路，提高了测试速度。

图像分析与检测模块3可以完成输送到检测模块1内大量图像的分析与测量。提高了图像分析和测量的质量。

信号收集适配器模块能更简便的连接具备共用端子口的携带式电子设备和外部设备。方便了不同电子设备和外部设备与信号收集适配器模块能快速连接。

图像收集模块2可以精准的采集到从摄像机模块6传输过来的图像。将图像精准的采集，通过摄像机模块6传输图像。

检测模块1对检测的环境、激励、被测器件的供电进行控制,通过总线完成相关仪器的控制,实现测控的集成化和自动化。实现了测控的集成化和自动化，减少了人力劳动。

检测模块1通过信号收集适配器模块完成对不同MEMS器件各种被测信号的调理,使其满足信号采集的要求。保证了MEMS可以和不同不同型号都可以使用。

本发明中的MEMS器件大部分是三维微细结构,其结构尺寸在微米量级,因此要对其进行测量,必须采用高精度的摄像机和图像采集设备。图像采集系统的基本参数包括视场大小、工作距离、分辨率、景深和CCD大小等。图像质量决定了图像测量系统的性能,一个图像测量系统CCD传感器的最小像素分辨率应为Wl*2/S,其中WI为被测物体的最大长度,S为应分辨的最小尺寸。如MEMS器件的最大长度500 μm,应分辨的最小尺寸为1μm,则CCD传感器的最小像素分辨率应为 1000,图像采集系统的焦距FL为S*WD/FOV,其中S为CCD的大小,WD 为工作距离,FOV为视场的长轴长度。对于MEMS芯片测量来说,其视场范围为毫米量,根据不同的测量目的,需分辨的最小尺寸各不相同, 如几何尺寸测量约为0.1μm；表面形貌测量应在几十纳米范围,微观运动应具有纳米级精度等,因此可通过选用不同放大倍数的显微镜来满足不同的测试需求，在图像采集过程中,由于摄像机的非线性、显微镜视场光不均匀、光学系统误差等因素会带来各种镜视场光不均匀、光学系统误差等因素会带来各种图像的失真，因此,为使图像测量的结果真实、可靠,必须采用各种校正方法来减少这些失真,防止各种误差对测量结果的影响，在图像系统的工作距离确定之后,为了从目标图像占有的像元跨距N来计算目标的实际尺寸,需要事先对系统进行标定。即先对已知尺寸WP的物体成像,得到该物体的像所占有的 CCD像元数NP,则图像系统放大比例系数K为WP/NP,它表示一个像元所对应的实际几何尺寸，当把被测物体置于该位置,即可得到被测物体的实际几何尺寸，标定过程也会引入误差,若标定尺的实际长度是 L,在图像上该长度由α个像素组成,从而每个像素所代表的实际长度为L/α，可以推断标定结果的精确度不可能优于(1/α)×100％,可见标定过程带来的相对误差将随α的增大而减小,因此应该尽可能选择充满视场的标定尺寸来进行标定本发明具有测量速度快、测量方便、自动化程度较高的特点，在系统基本平台的基础上,通过更换不同的信号收集适配器模块和控制适配器可完成对不同的MEMS器件的测试需求，也易于和激光干涉测量、高速图像的采集与重构的分系统的集成,具有较好的灵活性和扩充性，是一个典型的光、机、电、算集成的MEMS检测系统,已应用于MEMS微结构几何尺寸和动态特性等的测量，因采用了亚像元定位技术,系统具有较高的测量精度，应用表明该系统具有较好的灵活性和扩充性,测量速度快,检测简便,有较好的工程应用价值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于双轴MEMS微镜的视觉检测系统，包括检测模块(1)、图像收集模块(2)、图像分析与检测模块(3)、数据收集与处理模块(4)、仪器模块(5)、摄像机模块(6)、信号采收集适配器模块(7)、任意波形发生器模块(8)，其特征在于，所述检测模块(1)与图像收集模块(2)相互连接，所述图像分析与检测模块(3)与检测模块(1)相互连接、所述数据收集与处理模块(4)与检测模块(1)相互连接、所述仪器模块(5)与检测模块(1)相连接，所述检测模块(1)互相连接图像分析与检测模块(3)，所述检测模块(1)互相连接仪器模块(5)，所述图像收集模块(2)相连接摄像机模块(6)，所述信号收集适配器与数据收集与处理模块(4)相连接，所述任意波形发生器模块(8)与仪器模块(5)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于双轴MEMS微镜的视觉检测系统，其特征在于，所述仪器模块(5)可以将若干台装置连接到一起，使这些装置能够组成一个自动测试的系统。

3.根据权利要求1所述的一种基于双轴MEMS微镜的视觉检测系统，其特征在于，所述任意波形发生器模块(8)可见信号源在电子实验和测试处理中，并不测量任何参数而是根据使用者的要求，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以达到测试的需要。

4.根据权利要求1所述的一种基于双轴MEMS微镜的视觉检测系统，其特征在于，所述图像分析与检测模块(3)可以完成输送到检测模块(1)内大量图像的分析与测量。

5.根据权利要求1所述的一种基于双轴MEMS微镜的视觉检测系统，其特征在于，所述信号收集适配器模块能更简便的连接具备共用端子口的携带式电子设备和外部设备。

6.根据权利要求1所述的一种基于双轴MEMS微镜的视觉检测系统，其特征在于，所述图像收集模块(2)可以精准的采集到从摄像机模块(6)传输过来的图像。

7.根据权利要求1所述的一种基于双轴MEMS微镜的视觉检测系统，其特征在于，所述检测模块(1)对检测的环境、激励、被测器件的供电进行控制,通过总线完成相关仪器的控制,实现测控的集成化和自动化。

8.根据权利要求1所述的一种基于双轴MEMS微镜的视觉检测系统，其特征在于，所述检测模块(1)通过信号收集适配器模块完成对不同MEMS器件各种被测信号的调理,使其满足信号采集的要求。