面向微流控芯片基于视觉的自动微装配研究

论文摘要

微流控芯片是一种全新的微全分析系统,它能够用于化学药品检测,并具有低耗、高效、快速等特点。目前较为常用的有紫外吸收、激光诱导荧光以及电化学法,紫外吸收检测是技术上较为成熟、价格相对较低的检测方法。然而制作芯片的聚合物材料PMMA只能有限地透过紫外线,这样就无法对样品做出精确的检测。解决这个问题的方法是在微流控芯片微通道的末端接上石英毛细管,样品的检测在毛细管上进行。微型功能器件以及接口器件在微流控芯片上的应用,加快了微流控芯片实现产业化、商品化的进程。自动微装配系统是实现微型功能器件、接口器件与微流控芯片装配的关键设备。 本课题是要把毛细管自动地装配到微流控芯片末端,实现毛细管与微通道的准确对接。搭建的微装配系统包括三维工作台、微夹持器、视觉装置（显微镜、图像采集卡、CCD摄像机）、用于粘接的自动点胶系统和紫外固化灯。结合开发的微装配系统,采用Visual c++编制出用于自动微装配作业的软件。视觉伺服的微装配方法实现了毛细管与微流控芯片相对位置的检测与识别,从而控制工作台精确定位。本文综述了微装配技术国内外现状及存在的问题和难点,对图像处理、检测与识别、深度信息提取的几种算法进行了比较,确定了适合的视觉处理算法。通过对微装配系统和视觉系统的标定,得到图像坐标系和世界坐标系的关系。对图像采集卡采集到的图像经过预处理、二值化、边缘检测得到待识别物体的边缘图像,从而确定毛细管与微孔所选关键点的位置坐标。竖直方向本文采用了自动调焦和立体视觉两种方法来实现深度方向信息的提取,并对两种方法的优缺点作了阐述。针对毛细管与微流控芯片装配问题作了实验研究,实验验证此自动微装配系统能够成功完成毛细管与微流控芯片的装配任务。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 微流控芯片的基本概念及应用
• 1.2 微装配系统技术的研究
• 1.2.1 微装配技术的发展现状
• 1.2.2 微装配技术的种类
• 1.2.3 微装配国内外研究现状
• 1.2.4 微装配系统的基本组成
• 1.3 微装配系统的显微视觉
• 1.3.1 基于显微视觉的微装配
• 1.3.2 显微视觉系统的功能
• 1.3.3 视觉伺服的分类
• 1.4 论文课题背景与来源
• 1.5 本论文主要研究工作
• 2 微装配实验系统的构成及定位精度测试
• 2.1 微装配实验系统的构成
• 2.1.1 夹持部分
• 2.1.2 三维工作台
• 2.1.3 视觉部分
• 2.1.4 自动点胶系统
• 2.1.5 紫外固化装置
• 2.1.6 系统控制软件
• 2.2 微装配系统定位精度测试
• 3 微装配目标检测与识别
• 3.1 显微图像特点
• 3.2 图像预处理
• 3.2.1 图像去噪
• 3.2.2 图像增强
• 3.3 阈值分割，二值化
• 3.4 数字形态学处理
• 3.5 边缘检测
• 3.6 识别技术
• 3.6.1 边缘提取对象识别定位技术
• 3.6.2 模板匹配对象识别定位技术
• 4 微装配深度信息提取
• 4.1 显微数字图像调焦原理与方法
• 4.1.1 显微数字图像成像过程光路研究
• 4.1.2 基于数字图像处理的调焦评价函数
• 4.1.3 典型的评价函数
• 4.2 立体视觉
• 4.2.1 基于体视显微镜的显微立体视觉系统的光路
• 4.2.2 体视显微镜的视觉模型
• 4.2.3 立体匹配的算法介绍
• 4.2.4 本文采用的立体匹配的算法
• 5 基于显微视觉的微装配
• 5.1 显微视觉系统的标定
• 5.2 基于调焦方法的位置控制
• 5.2.1 控制的方法
• 5.2.2 实验
• 5.3 基于立体视觉的位置控制
• 5.3.1 控制的方法
• 5.3.2 实验
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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