哈尔滨工业大学（深圳）机电工程与自动化学院，广东 深圳 518057
精密定位测量旨在针对微动目标实现微纳米精度的定位与小尺度操纵，其作为一种重要的测量技术，在工业生产、半导体制造等高端装备领域得到广泛应用。与其他测量方法不同，光学显微视觉测量技术因具备交互性强、扩展性强的特征而广泛应用于精密测量中。对基于光学显微视觉的精密定位测量技术进行分析与综述。首先，介绍光学显微视觉系统的成像模型与工作原理。其次，根据是否基于标靶图案的特征，对显微定位测量算法进行分类；同时，根据标靶图案的周期特征进行进一步的分类与探究，讨论其在不同标靶图案下的性能指标。最后，总结光学显微视觉定位测量方法在不同领域的应用与前景。该综述旨在为研究人员提供关于光学显微视觉精密定位测量技术的发展状态与趋势，促进微纳尺度定位测量技术的发展。
光学系统 精密定位测量 显微视觉 微纳尺度 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211021
光学 精密工程
2022, 30(19): 2353
1 苏州大学 机电工程学院，江苏苏州25000
2 中国空气动力研究与发展中心 超高速空气动力研究所，四川绵阳61000
MEMS摩阻传感器是一种专门为测量高超音速飞行器模型表面摩擦阻力设计的立体式MEMS传感器，为了实现其可靠组装，设计了MEMS摩阻传感器微组装系统，对包括双显微视觉系统、高精度治具设计、精密操作工具、精密定位平台、高精度视觉识别算法以及点胶工艺等进行了研究。首先，分析确定了传感器性能与传感器浮动杆与芯片组装的形位公差、总成后的浮动杆上端圆面与传感器管壳上组件圆孔的同心度以及端面平齐度与高度差相关。然后，针对影响因素设计了高精度治具保证组装前传感器各个部件的形位公差在理论范围内，设计了精密操作工具确保精确吸取部件并在组装过程中稳定搬运部件，利用双显微视觉精确识别装配的轴孔位置，驱动精密定位平台将各部件搬运到对应装配位置。最后，研究点胶工艺对于传感器装配性能的影响。实验结果表明：传感器微组装完成后，其浮动头与管壳上组件圆孔同心度偏差平均值约4.90 μm；浮动头与上端盖端面高度差跳动值为1 μm。MEMS摩阻传感器微组装系统完全满足传感器装配要求。
MEMS封装技术 微操作 显微视觉 精密定位 MEMS packaging technology micromanipulation micro vision precision positioning 光学 精密工程
2022, 30(16): 1943
光学 精密工程
2022, 30(11): 1353
1 大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室, 辽宁 大连 116024
2 大连理工大学 辽宁省微纳米技术及系统重点实验室, 辽宁 大连 116024
在微装配中, 采用变焦变倍视觉系统可以有效解决测量范围与精度的矛盾, 但同时也引入了动态标定和实时自动聚焦的新问题。为此, 对变焦变倍显微视觉系统的标定和自动聚焦技术展开研究。在标定方面, 首先通过变倍率法完成图像主点的标定。基于平面靶标定法, 采用单视图单应矩阵分解对固定倍率下相机内外参数进行线性标定, 再引入畸变模型, 并由量子行为粒子群优化算法对标定结果进行非线性优化, 优化之后的最大反投影误差约为0.13 pixel, 平均反投影误差约为0.1 pixel。此外, 通过高斯曲线拟合完成对任意工作状态下视觉系统放大倍数的校准。在自动聚焦方面, 针对传统灰度梯度函数只考虑固定梯度方向且易受噪声影响的问题, 采用八邻域最大梯度阈值的自动调焦算法, 通过梯度阈值提高算法的抗噪性。与其他几种灰度梯度调焦函数相比, 该算法的单峰性好, 抗噪性强。
变焦变倍显微视觉系统 标定 量子行为粒子群优化 自动调焦 zoom micro-vision system calibration quantum-behaved particle swarm optimization automatic focusing 红外与激光工程
2018, 47(11): 1117001
上海大学 机电工程与自动化学院, 上海 200072
针对高功率激光物理装置中的靶自动准直实验平台, 提出了一种基于三路显微视觉的高精度靶位姿控制方法。该方法采用基于图像的显微视觉控制策略, 通过对送靶机构的主动运动控制, 实现了图像雅可比矩阵的在线自标定; 利用增量式 PI 控制方法对送靶机构进行控制, 实现靶的快速定位及姿态调整。本文对比了基于图像的显微视觉控制和之前研究中所提出的基于位置的显微视觉控制两种方法。其中, 基于图像的控制方法靶的定位误差为0.07 μm, 姿态调整误差为0.02 μrad; 而基于位置的控制方法靶的定位误差为0.16 μm, 姿态调整误差为0.07 μrad。实验结果表明: 基于图像的显微视觉控制方法对系统中的运动学误差、视觉标定误差等因素具有较好的鲁棒性, 靶定位及姿态调整的精度高且稳定性好。
靶定位 姿态调整 图像雅克比矩阵 基于图像的视觉控制 显微视觉 target positioning pose adjustment image Jacobian image-based visual control microscope vision
北方工业大学 机械与材料工程学院, 北京 100144
结核杆菌医学涂片大多具有观察区内容稀疏不均匀、杂质较多的特点, 使用自动显微镜检方法进行图像采集时, 会出现清晰度区分困难、效率低下、甚至聚焦评价失效的问题, 为提高自动镜检的效率和准确度, 本文自主搭建了显微视觉计算机自动检测系统, 对结核杆菌涂片的自动聚焦技术进行系统的研究。首先, 对比研究11种常用聚焦函数对结核杆菌镜检玻片图像聚焦评价的优劣, 并分析了聚焦成功和失效的原因。在综合分析各聚焦函数对结核杆菌涂片的聚焦效果基础上, 提出了一种基于Tenengrad的改进型聚焦评价函数, 通过改进内容像素的聚焦权重提高聚焦准确度, 优化图像处理算法来提高图像采集效率。实验结果表明: 改进型Tenengrad聚焦函数FTen-Q在结核杆菌涂片的各类视野图像评价方面具有高灵敏度和准确度, 其聚焦成功率和运算效率分别提高了13.884%和17.616%, 可以满足结核杆菌涂片类非均匀涂片的显微视觉自动检测应用要求。
自动聚焦 显微视觉 聚焦函数 聚焦权重 图像处理 auto-focusing micro vision focusing function focusing weight coefficient image processing
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
针对微颗粒空间装配的问题, 以外径为十几微米的微颗粒与外径为几百微米的柱腔装配为研究对象, 开展微颗粒空间跨尺度装配方法研究。首先, 针对微颗粒受到基底表面作用力影响不易被拾取与释放的问题, 分析了微颗粒的受力情况, 设计了真空吸附式微夹持器用于微颗粒的拾取与释放; 然后, 针对由于微颗粒与柱腔的尺寸跨度大, 很难实现装配过程中二者空间位置实时监测的问题, 设计了具有多维视觉监测功能的微装配机器人并且建立了多维视觉监测模型, 实现微颗粒与柱腔装配过程的在线监测; 最后, 提出了基于多维视觉监测模型的微颗粒与柱腔空间半自动装配方法。实验结果证明了所提方法的有效性, 并且实现了将外径为20 μm的微颗粒放入外径为200 μm的柱腔内的目标。该方法适用于微机电系统制造中微颗粒的三维空间装配。
微颗粒 微夹持 空间装配 显微视觉 微装配 micro-particle micro-grip space assembly micro-vision micro-assembly
1 燕山大学 电气工程学院，河北 秦皇岛 066004
2 东北大学 秦皇岛分校 控制工程学院，河北 秦皇岛 066004
3 河北环境工程学院 环境工程系，河北 秦皇岛 066004
针对显微视觉系统中大范围聚焦问题，本文提出新的聚焦搜索策略。该策略将改进的SUSAN 算子和小波变换算子组合提出新的聚焦评价函数，并根据评价函数单峰性以及峰值两侧变化陡峭的特点将聚焦曲线分为实现快速搜索的平缓区和高斯拟合的陡峭区，采用自行研发的显微视觉系统对搜索策略进行验证，按照拟合结果驱动电机直接到达焦平面。实验结果表明，新的聚焦搜索策略在实时性和准确性上具有更好的效果。
显微视觉 大范围聚焦 SUSAN 算子 小波变换 高斯拟合 micro-vision system large range focus SUSAN operator DWT Gaussian fit
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
为了对光纤阵列测量的高精度显微模板进行精密检测,采用双频激光干涉仪结合显微视觉系统,通过骨架化、腐蚀法、质心法等算法对显微图像进行计算处理,实现模板特征刻线的提取与精确定位.对模板上8条刻度线之间的间距分别进行重复测量和组合测量,实验结果表明重复测量的标准偏差不大于0.07 μm,组合测量的标准偏差不大于0.04 μm.介绍了测量系统构成与工作原理,并对测量过程进行了精度分析,分析结果表明测量过程的极限误差不大于0.10 μm.
显微视觉 双频激光干涉仪 光纤阵列 精密测量 micro-vision dual-frequency laser interferometer fiber array precision measurement
