基于视觉的微夹钳位移测试技术研究

　　0　引　言

　　微夹钳是一种重要的微执行器,用于完成微小目标的夹持、移动和组装等动作,在微机电系统(MEMS)中有很重要的作用。在微夹钳的设计开发过程中,它的功能主要通过输出位移和夹持力来实现,因此,微夹钳位移的测量已成为其研发过程的重要内容。

　　随着计算机技术的发展和数字图像处理技术的不断成熟,基于视觉的微位移测量作为一种非接触测量方法应用也越来越广泛[1]。非接触式测量是以光 电、电磁等技术为基础,在不接触被测物体表面的情况下,得到物体表面参数信息的测量方法。非接触式测量主要有视觉测量、雷达测距、全息干涉测量等。其中, 视觉测量技术具有非接触和高精度等特点[2]。

　　本文研究了一种基于视觉的微夹钳位移测试装置,开发了配套的图像测量软件,建立了图像标定系统,能够连续测量一组图片,并能在图片上标注其实际长度和单位,最后对微夹钳进行了位移测试实验。

　　1　测量系统与原理

　　1.1　系统组成

　　微夹钳位移测试系统(图1所示)是由高倍率光学显微镜、微操作台、CCD摄像机、测微尺、计算机显示、驱动和控制装置等组成。其中, CCD摄像机采用JAI公司生产的CB—140GE型的彩色摄像机,是一种基于(GigEVision)千兆以太网视觉标准的相机,不需要图像采集卡,只 通过一根网线就能传输清晰的数字图像。

　　将封装好的微夹钳放在显微镜下操作台上,调节操作台的旋钮,使微夹钳处在显微镜视野的中央,再调节显微镜的焦距,得到微夹钳的清晰图像。在两电 极间加直流电压,微夹钳受热钳口产生输出位移,夹钳的位移就通过夹持端距离的变化反映出来,夹持端距离变化通过对所记录的图片计算分析得到,微夹钳的典型 实验结果是在一系列的驱动电压下,得到不同的输出位移[3]。

　　1.2　测量原理

　　CCD实时采集到的图像经过适当的图像处理,得到清晰的边缘,测得微夹钳两钳口内边缘之间的像素数为n,经图像标定得到图像单位像素代表的实际尺寸为K,则可计算得到两钳口间的距离为：

　　按上述方法测得微夹钳驱动前后的钳口距离分别为L₁和L₂,从而得出微夹钳在一定输出电压下的位移s为：

　　2　图像标定

　　图像的尺寸一般用像素表示,但它与实际尺寸存在一定的线性关系[4],图像的标定过程就是确定两者之间的比例关系常数K。图2为图像标定示意图。

　　采集固定标识的显微图像并进行图像处理,得到固定标识放大了的清晰图像。系统再测量测微尺图像上被放大的长度L,根据测微尺的实际尺寸L0,确定尺寸标定值,即单位像素代表的实际长度K：