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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。 |
