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葡萄糖藥液質量檢測的視覺成像方案研究

電子設計 ? 來源:微計算機信息 ? 作者:朱洪濤,王威 ? 2021-04-18 09:43 ? 次閱讀

a1 引言

隨著工業技術的發展和質量檢測標準的提高,高速醫藥流水生產線上傳統的質量檢測方法速度慢、檢測質量受人為因素和工作環境的影響衛生條件難以保障,為滿足現代質量控制和流程控制要求,需要研究更先進的檢測技術來完成醫藥產品的質量檢測。

機器視覺技術在醫療中的應用非常廣泛,現代很多高難度的手術都要在機器視覺的配合下完成,比如皮膚的檢測,腦部CT成像,視覺手術等。在醫學上機器視覺還被應用在一些醫藥產品的檢測,醫學的一些科學研究中,比如葡萄糖藥液檢測,染色體檢測,紅細胞檢測等。

為了有效解決現代醫藥生產線上的產品實時檢測問題,本文針對葡萄糖藥液的質量檢測設計了一套檢測試驗系統。設計目標就是:利用機器視覺技術,使用多臺CCD攝像機、專用光源、工性能的工業計算機來取代人工,實現葡萄糖質量的自動檢測。本實驗系統的設計為研制高精度、高速的智能葡萄糖自動檢測裝置提供了有效的依據。

2 葡萄糖檢測流程

藥用葡萄糖注射液的生產流程如圖1所示,首先通過高濃度的葡萄糖加適當比例的蒸餾水得到葡萄糖溶液,然后葡萄糖溶液灌裝到經過高溫和紫外線消毒的容器里面進行封裝。封裝后的產品在進行質量檢測,檢測的對象主要是:

(1)藥液里面的懸浮物,如不容性雜質,玻璃纖維等;

(2)瓶身的缺陷;

(3)瓶身有未清洗干凈的臟污;

葡萄糖藥液質量檢測的視覺成像方案研究

圖1 葡萄糖生產工藝流程

傳統的檢測方法是人工檢測,檢測車間設在一間獨立的暗房中,帶檢測的葡萄糖用人工的方式放在流水線上,流水線的速度由檢測工人控制,當藥品傳送到檢測工人面前時,工人將其從流水線上拿出,在專用的燈箱下判斷產品質量是否合格。

人工檢測存在著很大的弊端:

1) 現代生產線的速度越來越高,人工檢測很難滿足流水線的檢測速度;

2) 現代制造強調實時、在線、非接觸檢測,確保對制造過程實現全面控制,提高生產效率和產品的合格率,這是傳統檢測手段無法提供的;

3) 現代產品的制造精度大大提高,要求相應高精度的檢測方法。

4) 傳統的人工無法持續保持一致的檢測效果;不同的檢測者之間存在差異;無法實現實時的流程控制;

5) 傳統檢測無法適應現代的質量控制和統計流程控制(SPC)。

3 檢測試驗系統搭建

對于葡萄糖藥液里面的微小的玻璃屑、橡膠屑或其他的一些不溶性顆粒,在靜止的情況下一般都沉淀在瓶底或懸浮在藥瓶的上端,人工檢測需要葡萄糖液體倒置,使其液體發生運動,同時也帶動固體雜質的運動,雜質隨著藥體運動到中心區域,此時再觸發攝像機采集圖像可以拍攝清晰的次品圖像,也可以通過判斷運動目標的方式來判斷是否存在雜質?;谶@樣的檢測原理,本實驗系統設計了一個高速的旋轉平臺,旋轉平臺可以帶動藥瓶做高速的旋轉然后劇停,從而帶動雜質運動到檢測區域。

3.1 平臺的硬件結構圖

如圖2所示,待檢測的葡萄糖藥瓶被卡在轉床上,轉床旋轉的時候帶動藥瓶高速旋轉,用于機器視覺的專用LED光源安裝在如圖所示的光源盒內,CCD攝像機將拍攝到的圖像傳輸到工控機。下面對硬件平臺作詳細的介紹。

圖2 葡萄糖雜質檢測裝置結構圖

(1) 把手:按照上圖所示的方向轉動把手可以帶動瓶卡上下運動,以便放置藥瓶;

(2) 電機:普通的交流電機,帶動轉床的主軸高速轉動;

(3) 上端瓶卡:將葡萄糖瓶卡在底座上,當轉動把手時瓶卡作上下運動方便放置藥瓶;

(4) 光源盒:光源盒里放置一環形紫外光源,透過瓶底向上照射藥體;

(5) CCD攝像機:負責拍攝運動的藥體;

(6) 工控機:負責處理CCD攝像機拍攝到的圖像序列;

3.2工作過程

(1) 轉動把手將上端瓶卡向上提起,放置待檢測的葡萄糖藥瓶于底座上;

(2) 放下把手,將其卡緊,開啟轉床,轉床的主軸帶動瓶卡高速轉動,由于摩擦力的作用瓶卡帶動藥瓶也做高速的轉動;

(3) 停止轉床,瓶卡停止轉動,葡萄糖藥瓶停止轉動,但藥液在慣性的作用下繼續轉動之后緩慢停止;

(4) 在此過程中連續拍攝7幅圖像,在這一序列的運動圖像中,對運動目標進行識別;

(5) 當識別到的目標超過規定的容許指標時,判斷此瓶藥液為不合格。

3.3 視覺成像系統配置

圖像采集部分將完成流水線上的運動圖像獲取,圖像采集部分采集圖像質量的好壞將直接影響整個檢測效率。圖像采集部分主要由CCD攝像機完成。CCD攝像機攝取圖像信號,由圖像采集卡將圖像信號采集進來。本套實驗裝置選用兩個方位的攝像機對待檢測物體進行檢測,一個俯拍位一個側拍位,對有些待檢測物體可以進行多方位的檢測。攝像機采用的是Pulnix公司的TM6703,采集卡選用的是Matrox公司的Cornora2。

Matrox Corona Ⅱ 是Matrox Graphics Inc., 生產的圖像控制器,可采集隔掃描/逐行掃描的分量RGB信號和單/雙路黑白模擬視頻信號; 3路10bit A/D轉換器;24-bit RS-422/LVDS 數字接口;模擬情況下采集率達到30MHz,RS-422數字模式下達到25 MHz,LVDS數字模式下達到40 MHz ;連接2個RGB或6個模擬黑白視頻信號; 32-bit/33MHz PCI總線主模式 ;擴展板上實時采集存儲 ;可同時支持模擬VGA和獨立的數字VGA或TV輸出。

Pulnix公司的TM6703是1/2寸,648*484,快門速度為1/60~1/32000 秒,同時帶有異步重置功能。當VINIT脈沖發生作用時,重置攝像機的掃描清除CCD。當在異步模式下和外部VINIT高電平信號的作用下,異步功能將自動被選擇,信號讀出會被禁止直到有觸發。下面是攝像機異步重置的三種模式:

1)控制脈沖寬度的外部VINIT:快門速度有脈沖寬度來控制;

2)快速內部觸發模式:當VINIT的下降沿和外部HD是一樣的時候,信號抓取沒有延時,否則,會有0-1HD的延時;

3)慢速內部觸發模式:快門速度可以選擇在1/250-1/2000秒,如果VINIT和外部HD的下降沿相同,并且啟動了積分充電,在VINIT下降沿攝像機放電。輸出延時取決于選擇的快門速度。

4 檢測試驗流程

通過前面的分析可知,在葡萄糖懸浮物檢測的試驗中需要一個高速的旋轉平臺配合使用。整套試驗系統的操作流程如圖3所示:

首先系統開機,所有設備初始化,根據葡萄糖懸浮物檢測的要求配置攝像機和采集卡的參數。然后,啟動旋轉平臺,旋轉平臺旋轉30秒帶動葡萄糖液體作高速的旋轉,停止旋轉平臺,延時10秒后液體緩慢停止,此時相機拍攝序列圖像。

圖3 葡萄糖雜質檢測流程

5 本文創新點

(1)本文將機器視覺技術應用在了葡萄糖藥液質量檢測上,實現了無接觸式的檢測,在藥品安全上和檢測精度上都對傳統人工檢測有著重大的改進。

(2)本文根據葡萄糖藥液雜質的特點設計旋轉式檢測裝置。

(3)根據葡萄糖藥液雜質檢測的特點設計了專用的視覺成像方案。

責任編輯:gt

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