技术领域
[0001] 本
发明属于RFID制造领域，更具体地，涉及一种RFID天线的外观缺陷检测系统及其方法。
背景技术
[0002] 视频识别也即RFID技术，又称为
电子标签，是通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据的通信技术。它的基本组成部分包括标签、阅读器和天线，其中标签由耦合元件及
芯片组成，每个标签对应唯一的电子编码并附着在物体上用于标示目标对象；阅读器用于读写或写入标签信息，而天线用于在标签与阅读器之间传递射频
信号。由于RFID技术无须在识别系统与特定目标之间建立机械或光学
接触，并具备高速识别、抗恶劣环境和
保密性强等优点，因此在物流、仓储管理、医疗和身份识别、
食品加工，以及工业
制造过程的生产数据实时监控及
质量追踪等多个领域获得了广泛的应用。
[0003] 在RFID设备中，天线作为主要的
能量传输功能层，是按照
射频识别所要求的功能而设计的电子线路，其通过蚀刻、烫印或导电油墨印刷等方式将导电
银浆或导电
碳浆布置在PVC、PC或PET天线
基板上，并与
面层、保护层和底层等封装而成。天线的布线图案的加工质量直接影响到标签与阅读器之间能否最大程度地传递信号，甚至会影响到RFID设备的正常工作运行。
[0004] 然而，目前高
精度的天线图案检测设备在国内外均属空白，
现有技术中大部分都是由人工（人眼直接观察天线基板印刷情况）或半人工（人眼通过摄像机屏幕观察天线基板印刷情况）来执行指令检测，这样不仅效率低、成本高，而且检测结论的精确性和一致性难以得到保证，并极大限制了RFID天线标签生产行业的发展。相应地，在相关领域中存在对RFID天线的质量检测方式作出进一步改进的技术需求。
发明内容
[0005] 针对现有技术的以上缺陷或技术需求，本发明的目的在于提供一种RFID天线的外观缺陷检测系统及其方法，其通过以结构紧凑、便于操作的方式来对RFID天线的线宽、断线/粘连以及毛刺/印刷污染等重点因素进行质量检测，能够高效率、高准确性地获知RFID天线的质量检测结果，并便于实时反馈和质量控制，因而尤其适用于工业化RFID的加工制造过程。
[0006] 按照本发明的一个方面，提供了一种RFID天线的外观缺陷检测系统，其特征在于，该外观缺陷检测系统包括摄像装置、三
自由度移动模组、条形
光源、
背光光源和视觉检测装置，其中：
[0007] 所述摄像装置安装在可沿着X轴、Y轴和Z轴三个方向来回移动的三自由度移动模组上，并处于待检测的RFID天线的上方，用于在其
视野范围内拍摄天线的图像；
[0008] 所述条形光源对称设置在摄像装置的两侧，所述背光光源设置在待检测的RFID天线的下方，由此根据RFID天线基板的不同而选择性开启与摄像装置相配合，以便执行对天线的拍摄操作；
[0009] 所述视觉检测装置包括标定单元、图像获取单元、
边缘检测单元、线宽测量单元和连通域分析单元，其中标定单元用于对摄像装置所要拍摄的图像建立
像素坐标，并将像素坐标转换成同一世界
坐标系下的坐标值；所述图像获取单元用于采集摄像装置所拍摄的天线图像；所述边缘检测单元用于对所采集的整体图像执行边缘检测，并获取该图像中的RFID天线数量及其各自所对应的长、宽和中心点坐标值信息；所述线宽测量单元用于对所采集图像中的各个天线设定兴趣区域，并分别测量该区域内的平均线宽与标准天线的线宽作比较；所述连通域分析单元用于从所采集图像中获取各个天线的单独图像，并执行二值化处理及blob分析以获得有关图案断线和/或粘连的检测结果，或是将各个天线的图像与标准天线图像匹配相减后再执行二值化处理及blob分析，由此获得有关毛刺和/或印刷污染的检测结果。
[0010] 作为进一步优选地，所述视觉检测装置还包括显示单元，用于显示外观缺陷检测过程中的中间及最终检测结果。
[0011] 作为进一步优选地，所述摄像装置为工业CCD相机。
[0012] 按照本发明的另一方面，还提供了相应的检测方法，其特征在于，该检测方法包括下列步骤：
[0013] （a）在采用摄像装置摄取待检测的RFID天线图像之前，执行摄像装置的预标定步骤；
[0014] （b）通过操作三自由度移动模组来使摄像装置到达所需
位置，并通过其与条形光源或背光光源之间的配合，对待检测的一个或多个RFID天线拍摄其图像；
[0015] （c）采集所拍摄的图像，并对其执行边缘检测，然后将符合检测条件也即边缘检测长度与标准天线相符的边缘中心点定为待检测天线的中心点，统计符合检测条件的边缘中心点个数以获得该检测图像内的RFID天线数量，并分别记录各个天线有关长、宽和中心点坐标值等信息；
[0016] （d）根据工况需求，选择性执行以下检测步骤中的至少一项，并当其中任意一项检测步骤不符合要求时，判定所对应的RFID天线质量不合格：
[0017] （d1）线宽检测：对检测图像中各个天线设定兴趣区域，并测量该区域内的平均线宽与标准天线的线宽作比较；
[0018] （d2）断线/粘连检测：根据边缘检测后所获得的有关各个RFID天线的长、宽和中心点坐标值信息，分别获取各个天线的单独图像并对其执行二值化处理及blob分析，然后根据它的黑、白连通域数量与标准天线所对应的黑、白连通域数量相比较，由此判定是否发生图案断线和/或粘连现象；
[0019] （d3）毛刺/印刷污染检测：根据边缘检测后所获得的有关各个RFID天线的长、宽和中心点坐标值信息，分别获取各个天线的单独图像，并将其与标准天线图像匹配相减后执行二值化处理及blob分析，然后根据黑色区域的存在情况及其面积信息，由此判定是否产生毛刺和/或印刷污染。
[0020] 作为进一步优选地，在步骤（b）中，采用工业CCD相机来对待检测的一个或多个RFID天线拍摄图像。
[0021] 作为进一步优选地，在步骤（d2）中，若待检测天线图像的黑、白连通域的数量与标准天线所对应的黑、白连通域数量相等，则认为不存在图案断线粘连现象；否则，则判定该单个图像所对应的RFID天线不符合质量要求。
[0022] 作为进一步优选地，在步骤（d2）中，若待检测天线图像中白色连通域的个数多于标准天线所对应的白色连通域个数，或者前者的黑色连通域个数少于后者所对应的黑色连通域个数，则判定该天线存在图案粘连现象；若待检测天线图像中白色连通域的个数少于标准天线所对应的白色连通域个数，或者前者的黑色连通域个数多余后者所对应的黑色连通域个数，则判定该天线存在图案断线现象。
[0023] 作为进一步优选地，在步骤（d3）中，若不存在黑色区域，或者虽然存在黑色区域但其实际面积均处于容忍范围之内，则判定不存在毛刺或打印污染；若存在黑色区域并且该黑色区域的实际面积超出所设定的容忍
阈值，则判定存在毛刺或打印污染。
[0024] 作为进一步优选地，在步骤（d3）中，可以根据所述黑色区域的实际面积大小，来进一步判断该区域属于毛刺或打印污染。
[0025] 总体而言，按照本发明的用于RFID天线的外观缺陷检测系统及其方法与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0026] 1、通过采用先边缘检测
定位再进行局部缺陷分析的质量检测方式，能够适应各种不同的复杂天线图案的检测，并有助于提高检测效率的同时保证检测结果的精确性和一致性；
[0027] 2、通过选择对天线线宽、图案断线/粘连以及毛刺/印刷污染等因素进行检测，可以根据不同需求来调整质量检测的次序及偏重点，便于实现流程化管理，因此尤其适用于工业化的实际控制；
[0028] 3、整体外观缺陷检测系统结构紧凑、便于操作，能灵活运用于不同基板类型的RFID天线检测获取高
分辨率的检测图像，并达到很高的视觉检测精度。
附图说明
[0029] 图1是按照本发明的用于RFID天线的外观缺陷检测系统的总体结构示意图；
[0030] 图2是图1中所示外观缺陷检测装置的构成示意图；
[0031] 图3是按照本发明的用于RFID天线的外观缺陷检测方法的工艺
流程图；
[0032] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0033] 1-摄像装置 2-三自由度移动模组 3-条形光源 4-背光光源 5-视觉检测装置 6-
机架 7-待检测天线 501-标定单元 502-图像获取单元 503-边缘检测单元504-线宽测量单元 505-连通域分析单元506-显示单元
具体实施方式
[0034] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及
实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0035] 图1是按照本发明的用于RFID天线的外观缺陷检测系统的总体结构示意图。如图中所示，按照本发明的用于RFID天线的外观缺陷检测系统主要包括摄像装置1、三自由度移动模组2、条形光源3、背光光源4和视觉检测装置5。摄像装置1譬如为工业相机的形式，其安装在三自由度移动模组2上并处于作为待检测对象的已制造RFID天线的上方，由此可以在X、Y和Z轴方向上自由移动，并在其视野范围内拍摄多个天线基板的图像。为了给摄像装置1提供拍摄图像时所必需的光照，在摄像装置1的前后两侧（也可以是左右两侧，其根据摄像装置自身在三自由度移动模组上的安装形式而定）对称安装有条形光源3，并可随摄像装置而移动。此外，在RFID天线的下方还设置有背光光源4，这主要是考虑到天线基板可能由不同材质构成：当基板为透明基板时，可以利用背光光源4予以照明；而当基板不透明或者透明度差时，则可以改用条形光源3予以照明。
[0036] 当摄像装置1通过与条形光源3或背光光源4的配合，获取其视野范围内一个或多个RFID天线7的图像之后，摄像装置1通过数据线或无线方式将拍摄图像传输给视觉检测装置5。该视觉检测装置5譬如呈计算机的形式，并包括标定单元501、图像获取单元502、边缘检测单元503、线宽测量单元504和连通域分析单元505。其中，标定单元501用于对摄像装置1所要拍摄的图像建立像素坐标，并将像素坐标转换成同一世界坐标系下的坐标值。图像获取单元502用于采集摄像装置1所拍摄的图像。边缘检测单元503根据图像获取单元502所采集的图像，对其执行边缘检测并将符合检测条件也即边缘检测长度与标准天线（即作为比较基准的天线设计模板）相符的边缘中心点定为待检测天线的中心点，并统计同样符合条件的边缘中心点个数，由此获得该检测图像内完整的RFID天线数量；此外，可以根据标定单元501转换获得的坐标值，分别记录各个天线有关长、宽和中心点坐标值等信息。
[0037] 考虑到天线线宽是影响天线导电特性的主要因素，线宽过窄将造成阻值过小甚至导致
短路，线宽过宽将造成阻值过大并导致开路，因此在视觉外观缺陷检测过程中首先需要对各个RFID天线的线宽进行质量检测。线宽测量单元504用于对检测图像中各个天线设定兴趣区域（ROI，Region Of Interest），并测量该区域内的平均线宽与标准天线的线宽作比较：若在容忍范围内，则认为线宽测量合格；否则，判定该区域平均线宽所对应的RFID天线不符合质量要求。在工业实践中，一般可以将处于待检测天线关键或集中布线所处的位置及其附近选择设定为兴趣区域，并例如可以将不超出5%的阈值设定为RFID天线制造工艺中可接受的容忍范围，当然这些设定值也可以根据具体工艺条件及客户需求进行调整。对于平均线宽而言，本领域通常理解为当用户定义了天线图案的条纹
颜色和条纹方向后，所规定区域内所有条纹宽度的平均值。
[0038] 若线宽检测合格，则继续检测天线是否存在图案断线和/或粘连的现象。连通域分析单元505根据边缘检测单元502所获取的关于各个天线的长、宽和中心点坐标值等信息，可以从整体检测图像中分别抠取出各个天线单独的完整图像。对这些单个图像执行二值化处理及blob分析，能够获知它的黑、白连通域的数量信息，并将其与标准天线所对应的黑、白连通域数量相比较：若黑、白连通域的数量与标准天线相等，则认为不存在图案断线粘连现象；否则，则判定该单个图像所对应的RFID天线不符合质量要求。具体而言，还可以分别根据黑、白连通域各自的数量来确定究竟发生图案断线或是粘连。例如，如果该单个图像中白色连通域的个数多于对标准天线进行二值化处理及blob分析后所得的白色连通域个数，或者前者的黑色连通域个数少于后者所对应的黑色连通域个数，则可以认为该天线存在图案粘连现象；又如，如果该该单个图像中白色连通域的个数少于对标准天线进行二值化处理及blob分析后所得的白色连通域个数，或者前者的黑色连通域个数多于后者所对应的黑色连通域个数，则可以认为该天线存在图案断线现象。
[0039] 若未检测到图案断线粘连现象，则可以继续检测天线是否存在毛刺和/或印刷污染等现象。所谓毛刺，是指由于
刻蚀、印刷等生产制造原因，造成天线平面内线条单侧或两侧出现的凸起或凹陷，该现象可能引起天线线条之间的短路或短路，或影响到天线
电阻值的电性能参数，其具体面积或偏差阈值需要根据RFID标签的种类、用途、尺寸和复杂程度来确定。所谓印刷污染，是指出去正常的天线图案之外，在基板上呈现的多余图案。在本发明中，同样利用连通域分析单元505来执行该工艺步骤。连通域分析单元505根据边缘检测单元502所获取的关于各个天线的长、宽和中心点坐标值等信息，从整体检测图像中分别抠取出各个天线单独的完整图像。对这些单个图像，首先需要将其分别与标准天线图像执行匹配操作，并获得匹配旋转
角度等信息；接着，跟根据匹配信息将两幅图像相减，并对所获得的图像执行二值化处理及blob分析，由此可以清晰显现出待检测图像与标准天线图像之间所存在的区别：若不存在黑色区域，或者虽然存在黑色区域但其实际面积均处于容忍范围之内，则认为不存在毛刺或打印污染；若存在黑色区域并且该黑色区域的实际面积超出容忍范围之外，则记录该黑色区域所对应的中心点，并判定该单个图像所对应的RFID天线不符合质量要求。更具体地，还可以根据所述黑色区域的实际面积大小，来进一步判断该区域属于毛刺或打印污染。
[0040] 此外，为了便于实际操作和控制，视觉检测装置5还可以包括显示单元506，该显示单元506用于显示上述各个检测步骤的中间及最终检测结果，并可以告知操作人员具体的检测代码及内容。
[0041] 下面，将具体描述按照本发明的外观缺陷检测工艺过程。如图2中所示，按照本发明的RFID天线外观缺陷检测方法包括以下步骤：
[0042] 首先，在通过摄像装置1拍摄其视野范围内的RFID天线之前，执行摄像装置的预标定步骤。预标定步骤具体包括为摄像装置所要拍摄的图像建立像素坐标，并将该像素坐标转换成同一世界坐标系下的坐标值。此外，若工作参数与上次工作时的参数相比有所改变，也应当重新执行预标定步骤，纠正畸变并确保得到正确的检测结论。
[0043] 接着，通过操作三自由度移动模组2来使摄像装置1到达期望位置，并通过与条形光源3或背光光源4的配合拍摄其视野范围内的一个或多个已制造RFID天线的图像。摄像装置1将所拍摄的整体图像传输至视觉检测装置5，并由图像获取单元502予以采集。
[0044] 接着，针对图像获取单元502所采集的整体图像，边缘检测单元503通过边缘检测算子对其执行边缘检测，并将符合检测条件也即边缘检测长度与标准天线相符的边缘中心点定为待检测天线的中心点，并统计同样符合条件的边缘中心点个数，由此获得该检测图像内完整的RFID天线数量；此外，还可以根据标定单元501转换获得的坐标值，分别记录各个天线有关长、宽和中心点坐标值等信息。
[0045] 在完成对待检测天线的数量统计并获取其各自对应的位置信息之后，线宽测量单元504对检测图像中各个天线设定兴趣区域，并测量该兴趣区域内的平均线宽与标准天线的线宽作比较：若在容忍范围内，则认为线宽测量合格；否则，判定该区域平均线宽所对应的RFID天线不符合质量要求。
[0046] 此外，可以通过连通域分析单元505来分别检测天线是否存在图案断线/粘连、以及是否存在毛刺/印刷污染等现象：首先根据边缘检测单元502所获取的关于各个天线的长、宽和中心点坐标值等信息，从整体检测图像中分别抠取出各个天线单独的完整图像。对这些单个图像，当需要检测图案断线/粘连情况时，对各个图像执行二值化处理及blob分析，由此获知它的黑、白连通域的数量信息，并将其与标准天线所对应的黑、白连通域数量相比较。而当需要检测毛刺/印刷污染情况时，则需要将各个图像分别与标准天线图像执行匹配操作，并获得匹配旋转角度等信息；接着，跟根据匹配信息将两幅图像相减，并对所获得的图像执行二值化处理及blob分析，由此显现是否存在毛刺或打印污染。
[0047] 最后，可以通过显示单元506显示上述各个检测步骤的检测结果，并告知操作人员具体的检测代码及内容。此外，应当指出的是，上述有关线宽、断线/粘连以及毛刺/印刷污染等方面的质量检测步骤可以进行次序上的调整，或是根据需要仅选择其中的一部分来执行，若在检测的任意环节检测到以上缺陷，都认为该天线不合格，并结束对该天线的检测。
[0048] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
