基于機器視覺(jué)的葡萄糖藥液質(zhì)量檢測系統設計

發(fā)布時(shí)間:2011-1-14 18:17    發(fā)布者:conniede
關(guān)鍵詞: 檢測 , 葡萄糖 , 視覺(jué)
1 引言

隨著(zhù)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和質(zhì)量檢測標準的提高,高速醫藥流水生產(chǎn)線(xiàn)上傳統的質(zhì)量檢測方法速度慢、檢測質(zhì)量受人為因素和工作環(huán)境的影響衛生條件難以保障,為滿(mǎn)足現代質(zhì)量控制和流程控制要求,需要研究更先進(jìn)的檢測技術(shù)來(lái)完成醫藥產(chǎn)品的質(zhì)量檢測。

機器視覺(jué)技術(shù)在醫療中的應用非常廣泛,現代很多高難度的手術(shù)都要在機器視覺(jué)的配合下完成,比如皮膚的檢測,腦部CT成像,視覺(jué)手術(shù)等。在醫學(xué)上機器視覺(jué)還被應用在一些醫藥產(chǎn)品的檢測,醫學(xué)的一些科學(xué)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(chǎn)線(xiàn)上的產(chǎn)品實(shí)時(shí)檢測問(wèn)題,本文針對葡萄糖藥液的質(zhì)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(jué)技術(shù),使用多臺CCD攝像機、專(zhuān)用光源、工性能的工業(yè)計算機來(lái)取代人工,實(shí)現葡萄糖質(zhì)量的自動(dòng)檢測。本實(shí)驗系統的設計為研制高精度、高速的智能葡萄糖自動(dòng)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(chǎn)流程如圖1所示,首先通過(guò)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(jīng)過(guò)高溫和紫外線(xiàn)消毒的容器里面進(jìn)行封裝。封裝后的產(chǎn)品在進(jìn)行質(zhì)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(zhì),玻璃纖維等;

(2)瓶身的缺陷;

(3)瓶身有未清洗干凈的臟污;


圖1 葡萄糖生產(chǎn)工藝流程

傳統的檢測方法是人工檢測,檢測車(chē)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(xiàn)上,流水線(xiàn)的速度由檢測工人控制,當藥品傳送到檢測工人面前時(shí),工人將其從流水線(xiàn)上拿出,在專(zhuān)用的燈箱下判斷產(chǎn)品質(zhì)量是否合格。

人工檢測存在著(zhù)很大的弊端:

1) 現代生產(chǎn)線(xiàn)的速度越來(lái)越高,人工檢測很難滿(mǎn)足流水線(xiàn)的檢測速度;

2) 現代制造強調實(shí)時(shí)、在線(xiàn)、非接觸檢測,確保對制造過(guò)程實(shí)現全面控制,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的合格率,這是傳統檢測手段無(wú)法提供的;

3) 現代產(chǎn)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(wú)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(wú)法實(shí)現實(shí)時(shí)的流程控制;

5) 傳統檢測無(wú)法適應現代的質(zhì)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(fā)生運動(dòng),同時(shí)也帶動(dòng)固體雜質(zhì)的運動(dòng),雜質(zhì)隨著(zhù)藥體運動(dòng)到中心區域,此時(shí)再觸發(fā)攝像機采集圖像可以拍攝清晰的次品圖像,也可以通過(guò)判斷運動(dòng)目標的方式來(lái)判斷是否存在雜質(zhì);谶@樣的檢測原理,本實(shí)驗系統設計了一個(gè)高速的旋轉平臺,旋轉平臺可以帶動(dòng)藥瓶做高速的旋轉然后劇停,從而帶動(dòng)雜質(zhì)運動(dòng)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(shí)候帶動(dòng)藥瓶高速旋轉,用于機器視覺(jué)的專(zhuān)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(zhì)檢測裝置結構圖

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

(2) 電機:普通的交流電機,帶動(dòng)轉床的主軸高速轉動(dòng);

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

(4) 光源盒:光源盒里放置一環(huán)形紫外光源,透過(guò)瓶底向上照射藥體;

(5) CCD攝像機:負責拍攝運動(dòng)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(guò)程

(1) 轉動(dòng)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(kāi)啟轉床,轉床的主軸帶動(dòng)瓶卡高速轉動(dòng),由于摩擦力的作用瓶卡帶動(dòng)藥瓶也做高速的轉動(dòng);

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

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

(5) 當識別到的目標超過(guò)規定的容許指標時(shí),判斷此瓶藥液為不合格。

3.3 視覺(jué)成像系統配置

圖像采集部分將完成流水線(xiàn)上的運動(dòng)圖像獲取,圖像采集部分采集圖像質(zhì)量的好壞將直接影響整個(gè)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(jìn)來(lái)。本套實(shí)驗裝置選用兩個(gè)方位的攝像機對待檢測物體進(jìn)行檢測,一個(gè)俯拍位一個(gè)側拍位,對有些待檢測物體可以進(jìn)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(chǎn)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(gè)RGB或6個(gè)模擬黑白視頻信號; 32-bit/33MHz PCI總線(xiàn)主模式 ;擴展板上實(shí)時(shí)采集存儲 ;可同時(shí)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(mén)速度為1/60~1/32000 秒,同時(shí)帶有異步重置功能。當VINIT脈沖發(fā)生作用時(shí),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(dòng)被選擇,信號讀出會(huì )被禁止直到有觸發(fā)。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(mén)速度有脈沖寬度來(lái)控制;

2)快速內部觸發(fā)模式:當VINIT的下降沿和外部HD是一樣的時(shí)候,信號抓取沒(méi)有延時(shí),否則,會(huì )有0-1HD的延時(shí);

3)慢速內部觸發(fā)模式:快門(mén)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(dòng)了積分充電,在VINIT下降沿攝像機放電。輸出延時(shí)取決于選擇的快門(mén)速度。

4 檢測試驗流程

通過(guò)前面的分析可知,在葡萄糖懸浮物檢測的試驗中需要一個(gè)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(kāi)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(dòng)旋轉平臺,旋轉平臺旋轉30秒帶動(dòng)葡萄糖液體作高速的旋轉,停止旋轉平臺,延時(shí)10秒后液體緩慢停止,此時(shí)相機拍攝序列圖像。


圖3 葡萄糖雜質(zhì)檢測流程

5 本文創(chuàng )新點(diǎn)

(1)本文將機器視覺(jué)技術(shù)應用在了葡萄糖藥液質(zhì)量檢測上,實(shí)現了無(wú)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(zhù)重大的改進(jìn)。

(2)本文根據葡萄糖藥液雜質(zhì)的特點(diǎn)設計旋轉式檢測裝置。

(3)根據葡萄糖藥液雜質(zhì)檢測的特點(diǎn)設計了專(zhuān)用的視覺(jué)成像方案。
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