Design and implementation of a vision system for microassembly workstation

Abstract

Mikro/nano teknolojilerdeki hızlı gelişme ve biyoteknolojideki evrimleşme, mikroelemanların kompleks mikrosistemler i»cine montajı ve hücrelerin, genlerin veya ben-zeri biyolojik elemanların işlenmesi alanlarındaki araştırmalara öncülük etmiştir.Mikro ürünlerin ve mikro elemanların işlenmesi ve montajı i»cin gelişmiş denetleme/uygulama sistemleri ve metodları geliştirmek için yüksek hızlı, tekrarlanan, güvenilir,gürbüz, serbest yapılı ve tekrar ayarlanabilen mikromontaj iş istasyonu gürbüzmikromanipülasyon ve mikromontaj stratejileri ile uygulanabilir.Doğruluk gereksinimlerinden ve mikroölçek dünyasını yöneten özgül mekanikve fiziksel yasalardan dolayı, mikromanipülasyon ve mikromontaj görevleri gerçekzamanlı algılayıcı geri beslemesi tabanlı gürbüz kontrol stratejilerine gereksinim du-yarlar. Pasif algılayıcı olarak görü, stereoskopik mikroskop ile beraber, mikro nes-nelerin ve mikro sahnelerin yüksek çözünürlüklerini elde eder. Görsel veriler, mikro-manipülasyon ve mikromontaj görevleri için yararlı bilgi içerir. Görsel veriler, ayrıcagörüntü işleme ve bilgisayarlı görü algoritmalarında uygulanabilinirler.Bu tezde, mikromontaj iş istasyonu için bir görü sistemi tasarımı ve uygulamasıhakkında başlangıç olarak yapılan çalışmalar tanıtılmıştır. Hem yazılım hem dedonanım meselelerine değinilmiştir. Vurgu, bilgisayarlı görü ve görü tabanlı kon-trol tekniklerinin uygulamaları üzerine konulmuştur. Bu teknikler mikromontajiş istasyonunun görü sistemi için sağlam bir temel inşa edilmesine yardımcı olur.Böyle bir görü sistemi tasarımı yapılmasındaki asıl amaç, çeşitli uygulamalar içinotomatikleştirilmiş mikromanipülasyon ve mikromontaj görevlerini gerçekleyebilmek-tir. Birkaç, mikro parçacıkların elle veya otomatik olarak mikro tutgaç (microgrip-per) veya mikro iğne (probe) ile manipüle edilmesini amaçlayan, uzaktan kumanda(teleoperated) ve yarı otomatik (semi-automated) mikromanipülasyon ve mikromon-taj görev deneyleri, umut verici sonuçlar alınarak gerçekleştirilmiştir.Anahtar Kelimeler: Mikromontaj İş İstasyonu, mikroişlem, görü tabanlı kontrol,kamera kalibrasyonu, hough dönüşümü, eliptik fourier tanımlıyıcıları, otomatikodaklama, hareket parametre hesaplaması, içkin görüntü hesaplaması ve görüntübulanıklığının giderilmesi

Rapid development of micro/nano technologies and the evolvement of biotechnol-ogy have led to the research of assembling micro components into complex microsys-tems and manipulation of cells, genes or similar biological components. In order todevelop advanced inspection/handling systems and methods for manipulation andassembly of micro products and micro components, robust micromanipulation andmicroassembly strategies can be implemented on a high-speed, repetitive, reliable,recon¯gurable, robust and open-architecture microassembly workstation.Due to high accuracy requirements and speci¯c mechanical and physical lawswhich govern the microscale world, micromanipulation and microassembly tasksrequire robust control strategies based on real-time sensory feedback. Vision as apassive sensor can yield high resolutions of micro objects and micro scenes alongwith a stereoscopic optical microscope. Visual data contains useful information formicromanipulation and microassembly tasks, and can be processed using variousimage processing and computer vision algorithms.In this thesis, the initial work on the design and implementation of a visionsystem for microassembly workstation is introduced. Both software and hardwareissues are considered. Emphasis is put on the implementation of computer visionalgorithms and vision based control techniques which help to build strong basisfor the vision part of the microassembly workstation. The main goal of designingsuch a vision system is to perform automated micromanipulation and microassemblytasks for a variety of applications. Experiments with some teleoperated and semi-automated tasks, which aim to manipulate micro particles manually or automaticallyby microgripper or probe as manipulation tools, show quite promising results.Keywords: Microassembly workstation, micromanipulation, vision based control,camera calibration, hough transform, elliptic fourier descriptors, autofocusing,motion parameter estimation, intrinsic image estimation and image deblurring