全文摘要
本实用新型提出一种微波基片自动检测系统，其特征在于，所述系统包括：图像采集模块，获取待检测基片的样本图像；图像处理模块，对所述样本图像进行预处理，获取所述样本图像的中心点位置；控制模块，将所述中心点位置转换成用于控制机械臂移动的机械臂坐标，控制机械臂将所述待检测基片置于谐振环上；数据分析模块，通过谐振环在覆盖待检测基片前后S散射矩阵的S参数的四个相位的变化计算所述待检测基片的损耗角正切和相对介电常数；判断模块，根据所述损耗角正切和相对介电常数判断所述待检测基片是否合格。该检测系统能够快速，高效，精确的实现待检测基片的自动分拣，同时能够满足产线上对基片参数质量的保障，提高生产效率。
主设计要求
1.一种微波基片自动检测系统，其特征在于，所述系统包括：图像采集模块，获取待检测基片的样本图像；图像处理模块，对所述样本图像进行预处理，获取所述样本图像的中心点位置；控制模块，将所述中心点位置转换成用于控制机械臂移动的机械臂坐标，控制机械臂将所述待检测基片置于谐振环上；数据分析模块，依据谐振环在覆盖待检测基片前后S散射矩阵的S参数的四个相位的变化计算所述待检测基片的损耗角正切和相对介电常数并将分析的信息传输至判断模块，所述判断模块接收并响应所述数据分析模块分析的信息，其中判断模块，根据所述损耗角正切和相对介电常数判断所述待检测基片是否合格。
设计方案
1.一种微波基片自动检测系统，其特征在于，所述系统包括：
图像采集模块，获取待检测基片的样本图像；
图像处理模块，对所述样本图像进行预处理，获取所述样本图像的中心点位置；
控制模块，将所述中心点位置转换成用于控制机械臂移动的机械臂坐标，控制机械臂将所述待检测基片置于谐振环上；
数据分析模块，依据谐振环在覆盖待检测基片前后S散射矩阵的S参数的四个相位的变化计算所述待检测基片的损耗角正切和相对介电常数并将分析的信息传输至判断模块，所述判断模块接收并响应所述数据分析模块分析的信息，其中判断模块，根据所述损耗角正切和相对介电常数判断所述待检测基片是否合格。
2.根据权利要求1所述微波基片自动检测系统，其特征在于，所述图像采集模块包括工业摄像头。
3.根据权利要求2所述微波基片自动检测系统，其特征在于，所述工业摄像头包含采用USB2.0工业摄像头，传动带包含微型传送带，其中工业摄像头用于拍摄待检测基片，获取待检测基片的样本图像，所述传送带将待检测基片运到制定位置，所述工业摄像头拍摄待检测基片的图像，获取待检测基片的样本图像。
4.根据权利要求1所述微波基片自动检测系统，其特征在于，所述谐振环的谐振频率为1575MHz，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02，厚度为1.6mm的FR4板材制成。
5.根据权利要求4所述微波基片自动检测系统，其特征在于，所述谐振环包含微带折叠谐振环，其具有两端微带传输线和一个H型环。
6.根据权利要求5所述微波基片自动检测系统，其特征在于，微带折叠谐振环为对称结构，其采用两端微带线馈电结构。
7.根据权利要求5所述微波基片自动检测系统，其特征在于，所述H型环包含微带传输线和多个半圆环。
8.根据权利要求1所述微波基片自动检测系统，其特征在于，还包含同轴线其一端连接谐振环，另一端连接矢量网络分析仪，用以提供计算机与矢量网络分析仪间局域网的发送\/接收数据。
9.根据权利要求1所述微波基片自动检测系统，其特征在于，
所述机械臂包含与其活动连接的末端吸盘，其依据所述图像处理模块预估的基片的中心点位置将待检测基片置于谐振环上。
10.根据权利要求9所述微波基片自动检测系统，其特征在于，所述吸盘通过管路连接气泵，在抓取基片时抽真空形式吸附所述基片。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及自动检测领域，具体的涉及到一种微波基片自动检测系统。
背景技术
随着电子设备工作频段的不断提高,高速电路的性能提高了对微波陶瓷介质基片参数的要求。特别是在大批量生产时,板材批次之间的参数差异会影响电路性能,甚至会导致设备的功能失效,因此确保各批次基材的材料参数一致,具有十分重要的工程意义。对于微波基片参数的测量，现有技术采用的是传输线法，将待测样本置入系统适当位置，作为双端口网络，再测试此网络的S参数，进而推导出待测样本的参数。对于传输线法，由于是将待测样品加载于传输线中，再进行测量，这样势必要先对样品进行破坏处理，且当样品厚度大于半个波导波长时，会导致测量不确定度增大，还会出现多值性问题，且该方法多应用于实验室研究，不能实现基片参数的大批量自动测量和对基片参数合格与否的自动分拣。
实用新型内容
基于上述问题，本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。提出一种微波基片自动检测系统其能够实现快速，高效，精确的测量微波基片参数及实现微波基片的分拣。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种微波基片自动检测系统，其特征在于，包括：
图像采集模块，获取待检测基片的样本图像；
图像处理模块，对所述样本图像进行预处理，获取所述样本图像的中心点位置；
控制模块，将所述中心点位置转换成用于控制机械臂移动的机械臂坐标，控制机械臂将所述待检测基片置于谐振环上；
数据分析模块，通过谐振环在覆盖待检测基片前后S散射矩阵的S参数的四个相位的变化计算所述待检测基片的损耗角正切和相对介电常数；
判断模块，根据所述损耗角正切和相对介电常数判断所述待检测基片是否合格。放置不同的位置。
优选的，该图像采集模块包括工业摄像头。
优选的，该工业摄像头包含采用USB2.0工业摄像头，传动带包含微型传送带，其中工业摄像头用于拍摄待检测基片，获取待检测基片的样本图像，所述传送带将待检测基片运到制定位置，所述工业摄像头拍摄待检测基片的图像，获取待检测基片的样本图像。
优选的，该谐振环的谐振频率为1575MHz，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02，厚度为1.6mm的FR4板材制成。
优选的，该谐振环包含微带折叠谐振环其具有两端微带传输线和一个H型环。
优选的，该微波基片自动检测系统，其特征在于，微带折叠谐振环为对称结构，其采用两端微带线馈电结构。
优选的，该H型环包含微带传输线和多个半圆环。
优选的，该微波基片自动检测系统，还包含同轴线其一端连接谐振环，另一端连接矢量网络分析仪，用以提供计算机与矢量网络分析仪间局域网的发送\/接收数据，实现局域网内的通信和远程控制。
相对于现有技术中的方案，本实用新型的优点：
本实用新型实施例提出的一种微波基片自动检测系统，通过图像采集获取待检测基片的样本图像，对样本图像进行预处理，获取样本图像的中心点位置，并将中心点位置转换成机械臂坐标，控制机械臂将待检测基片置于谐振环上，通过计算待检测基片的损耗角正切和相对介电常数判断待检测基片是否合格，根据判断结果控制机械臂对基片进行分拣。实现快速、高效、精确的测量微波基片参数及对微波基片的分拣，满足产线上对基片参数质量的保障，提高生产效率。
附图说明
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
图1所示为本实用新型一种微波基片自动检测方法的流程示意图；
图2所示为本实用新型步骤S20的具体流程示意图；
图3所示为本实用新型机械臂抓取待检测基片的示意图；
图4所示为本实用新型微带谐振环的结构示意图；
图5所示为本实用新型步骤S40的具体流程示意图；
图6所述为本实用新型一种微波基片自动检测系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本实用新型而不限于限制本实用新型的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
本申请公开了一种微波基片自动检测方法，请参考图1所示为本实用新型一种微波基片自动检测方法的流程示意图，包括以下步骤：
步骤S10,通过图像采集获取待检测基片的样本图像。
在本实用新型的其中一实施例中，通过传送带将产品运送到指定区域，工业相机用来拍摄待检测基片。为了更好的获取待检测基片的样本图像，在工业相机拍摄待检测基片的同时，用过采用LED来补光。具体的，传送带可以是微型传送带，微型传送带每次应将带检测基片运到大概位置，同时微型传送带与工业相机的相对位置也尽量固定，这样可以减少图片匹配时的旋转、缩放所带来的误差。
步骤S20，对所述样本图像进行预处理，获取所述样本图像的中心点位置。
在本实用新型的其中一个实施例中，首先对步骤S1采集到的样本图像进行滤波，然后进行灰度处理和二值化处理，最后进行边缘检测处理定位出待检测基片的中心点位置。具体的，请参考图2所示为步骤S20的具体流程示意图，步骤S20包括：
步骤S21,对所述样本图像通过高斯滤波进行去噪。对采集的样本图像进行去噪，其目的是从噪声图像中恢复不含噪声的原始图像同时尽可能多的保持图像中的细节信息，以提高后续图像处理的有效性和可靠性。现有的图像去噪方法分为局部方法和非局部方法两种。局部方法是用某种核与图像做卷积运算，它利用的是像素之间的空间位置关系。非局部方法是像素之间在空间位置上不存在实质性关系，只与用来度量像素之间相似性的图像片有关。
在本实施例中，可以采用高斯滤波对样本图像进行去噪，其中高斯滤波核的大小可以为3×3，或者其他值。高斯滤波是一种线性平滑滤波，适用于消除高斯噪声。利用高斯滤波来消除图像噪声的具体过程是，用一个模板扫描图像中的每一个像素，然后用模板确定的领域内像素的加权平均灰度值去替代模板中心像素点的值。高斯滤波去噪是一种局部方法。
在一些实施例中也可以采用非局部的方法来对采集的样本图像进行去噪。例如，可以基于图像梯度域奇异值分解来使用一种非局部均值图像去噪方法，采用梯度域奇异分解方法提取图像的局部结构特征，根据提取的特征来生成相似像素点集合，然后基于该相似集合选取与当前像素具有相似特征值的像素。其中，由于相似集的大小影响去噪性能，因此要采用大小适中的相似集，比如，取相似集合中元素个数为当前搜索范围内相似个数的40％-60％。需要说明的是，进行图像去噪的方法并不仅限于上述方法，还可以采用其他方法来对采集的样本图像进行去噪处理。通过图像去噪处理后，能够有效地扩充图像的有效像素。
步骤S22，对去噪后的样本图像进行灰度处理；本实用新型对去噪后的样本图像进行灰度化处理，若去噪后的图像已经为灰度图像，则执行步骤23。否则，将去噪后的样本图像转换为灰度图像。若去噪后的样本图像为RGB图像，则需要对R、G、B三个通道进行加权平均，得到的灰度图像Gray为：Gray＝(R+G+B)\/3。
步骤S23，对灰度处理后的样本图像进行二值化，得到二值图像。图像二值化是将图像上的像素点的灰度值设置为0或255，使整个图像呈现出明显的黑白效果。
其中，可以通过设置阈值对图像进行二值化，例如，以一定的准则在原始灰度图像中找出一个灰度值作为阈值T，将图像分割成两部分，灰度值大于T的部分为白色，灰度值小于T的部分为灰色，从而生成二值图像。其中，该阈值的选取是阈值分割技术的关键，例如，通过传统的最大类间方差法(OSTU)获取图像二值化初始阈值。
需要说明的是，本实用新型实施例二值化的方法并不仅限于上述方法，还可以通过其他方法对图像进行二值化。
通过统计灰度图中各个点的灰度值制成灰度值直方图，选择两个波峰之间的最小值作为阈值，提取图像中个点的灰度值并与获得的阈值进行对比，灰度值大于阈值的点在处理后的图像中显示黑色，灰度值小于阈值的点在处理后的图像中显示为白色，从而得到一个二值图像。
步骤S24，利用canny边缘检测方法对二值图像进行边缘检测处理后，定位出待检测基片的中心点位置。
对得到的二值图像进行边缘提取，先进行hough变化和canny算法进行边缘检测，找出待检测基片的边缘，根据待检测基片的边缘计算出待检测基片的中心点位置。
步骤S30，将中心点位置转换成用于控制机械臂移动的机械臂坐标，控制机械臂将待检测基片置于谐振环上。
本实用新型步骤S20中计算待检测基片的中心点位置后，以机械臂底座为参考点，将待检测基片的中心点位置转换成机械臂坐标，并通过计算机等控制装置将该机械臂坐标转换成控制指令传送给机械臂，控制机械臂移动，机械臂末端吸盘抓取待检测基片置于谐振环上，请参考图3所示。
本实用新型的谐振环包括微带折叠谐振环，所述微带折叠谐振环的谐振频率为1575MHz，所述微带折叠谐振采用环介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02，厚度为1.6mm的FR4板材制成。其中，所述微带折叠谐振环包括两端微带传输线和一个H型环。在其中一个实施例中，所述微带折叠谐振环由两端微带传输线和一个H型环组成，且所述微带折叠谐振环为对称结构。
在本实用新型的其中一实施例中，微带传输线的长度为λg\/4(λg是微带线的波导波长)，H型环结构是由微带传输线和多个半圆环构成。采用两端微带线馈电结构。请参考图4所示为本实用新型微带谐振环的结构示意图。
步骤S40,通过谐振环在覆盖待检测基片前后S散射矩阵的S参数的四个相位的变化计算所述待检测基片的损耗角正切和相对介电常数。
本实用新型通过谐振环来计算待检测基片参数，具体通过谐振环在覆盖待检测基片前后S散射矩阵的S参数的四个相位的变化计算待检测基片的损耗角正切和相对介电常数。请参考图5所示为本实用新型步骤S40的具体流程示意图，步骤S40具体包括：
步骤S41，计算谐振环的谐振频率；
步骤S42，根据谐振环在覆盖待检测基片前后S散射矩阵的S参数的四个相位的变化，计算特征相位，根据特征相位计算所述待检测基片的损耗角正切。
在本实用新型的其中一实施例中，分别检测谐振环在覆盖待检测基片前后S散射矩阵的S参数的四个相位，提取与谐振频率相对应的S11相位Φ11、S12相位Φ12、S21相位Φ21和S22相位Φ22，并计算出谐振环在覆盖待检测基片前后特征相位的变化△Φ；然后由特征相位的变化△Φ来推导出样本的损耗角正切tanδ。
步骤S43，根据S21相位的变化计算待检测基片的相对介电常数。上述实施例中，根据谐振环在覆盖待检测基片前后S21相位Φ21的变化计算待检测基片的相对介电常数。
步骤S50，根据损耗角正切和相对介电常数判断待检测基片是否合格。
本实用新型判断待检测基片是否合格可通过判断所述损耗角正切和相对介电常数是否满足预设阈值，若满足，则所述待检测基片合格。在本实用新型的其中一实施例中，预先设置损耗角正切的精度和相对介电常数的精度，判断计算的损耗角正切是否符合损耗角正切的精度以及判断计算的相对介电常数是否符合预设的相对介电常数的精度，若满足，则产生第一控制指令控制机械臂将所述待检测基片放入合格区内，若不满足，则产生第二控制指令控制机械臂将所述待检测基片放入不合格区内。从而实现待检测基片的自动分拣。
在本实用新型的其中一实施例中，本实用新型对部分微波陶瓷基片实物进行测量，其测量结果如下表所示：
申请码:申请号:CN201920109158.0 申请日:2019-01-23 公开号:公开日:国家:CN 国家/省市:32(江苏) 授权编号:CN209690427U 授权时间:20191126 主分类号:G01R31/01 专利分类号:G01R31/01 范畴分类:31F; 申请人:苏州大学 第一申请人:苏州大学 申请人地址:215104 江苏省苏州市相城区济学路8号 发明人:刘学观;吴恒名;周鸣籁 第一发明人:刘学观 当前权利人:苏州大学 代理人:唐学青 代理机构:32345 代理机构编号:苏州智品专利代理事务所(普通合伙) 32345 优先权:关键词:当前状态:审核中 类型名称:外观设计 标签：传输线论文; 灰度值论文; 自动化控制论文; 正切值论文; 图像像素论文; 谐振电路论文; 灰度直方图论文; 介电常数论文; 二值化论文; 
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