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[導讀]1 引言  隨著工業(yè)技術的發(fā)展和質(zhì)量檢測標準的提高,高速醫(yī)藥流水生產(chǎn)線上傳統(tǒng)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(wèi)生條件難以保障,為滿足現(xiàn)代質(zhì)量控制和流程控制要求,需要研究更先進的檢

1 引言

  隨著工業(yè)技術的發(fā)展和質(zhì)量檢測標準的提高,高速醫(yī)藥流水生產(chǎn)線上傳統(tǒng)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(wèi)生條件難以保障,為滿足現(xiàn)代質(zhì)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(yī)藥產(chǎn)品的質(zhì)量檢測。

  機器視覺技術在醫(yī)療中的應用非常廣泛,現(xiàn)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(yī)學上機器視覺還被應用在一些醫(yī)藥產(chǎn)品的檢測,醫(yī)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[1]。

  為了有效解決現(xiàn)代醫(yī)藥生產(chǎn)線上的產(chǎn)品實時檢測問題,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(tǒng)。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(yè)計算機來取代人工,實現(xiàn)葡萄糖質(zhì)量的自動檢測。本實驗系統(tǒng)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(jù)[2]。

  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)過高溫和紫外線消毒的容器里面進行封裝。封裝后的產(chǎn)品在進行質(zhì)量檢測,檢測的對象主要是:

 ?。?)藥液里面的懸浮物,如不容性雜質(zhì),玻璃纖維等;

 ?。?)瓶身的缺陷;

 ?。?)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(tǒng)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(chǎn)品質(zhì)量是否合格。

  人工檢測存在著很大的弊端:

  1)現(xiàn)代生產(chǎn)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(xiàn)代制造強調(diào)實時、在線、非接觸檢測,確保對制造過程實現(xiàn)全面控制,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的合格率,這是傳統(tǒng)檢測手段無法提供的;

  3)現(xiàn)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(tǒng)的人工無法持續(xù)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(xiàn)實時的流程控制;

  5)傳統(tǒng)檢測無法適應現(xiàn)代的質(zhì)量控制和統(tǒng)計流程控制(SPC)。

  3 檢測試驗系統(tǒng)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,同時也帶動固體雜質(zhì)的運動,雜質(zhì)隨著藥體運動到中心區(qū)域,此時再觸發(fā)攝像機采集圖像可以拍攝清晰的次品圖像,也可以通過判斷運動目標的方式來判斷是否存在雜質(zhì)?;谶@樣的檢測原理,本實驗系統(tǒng)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(zhì)運動到檢測區(qū)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(nèi),CCD攝像機將拍攝到的圖像傳輸?shù)焦た貦C。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(huán)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(xù)轉動之后緩慢停止;

  (4) 在此過程中連續(xù)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(guī)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(tǒng)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(zhì)量的好壞將直接影響整個檢測效率[3]。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[4],采集卡選用的是Matrox公司的Cornora2[5]。

 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(shù)字接口;模擬情況下采集率達到30MHz,RS-422數(shù)字模式下達到25 MHz,LVDS數(shù)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(shù)字VGA或TV輸出[4]。

  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(fā)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(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:快門速度有脈沖寬度來控制;

  2)快速內(nèi)部觸發(fā)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(nèi)部觸發(fā)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(tǒng)的操作流程如圖3所示:

  首先系統(tǒng)開機,所有設備初始化,根據(jù)葡萄糖懸浮物檢測的要求配置攝像機和采集卡的參數(shù)。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(zhì)檢測流程

  5 本文創(chuàng)新點

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

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

 ?。?)根據(jù)葡萄糖藥液雜質(zhì)檢測的特點設計了專用的視覺成像方案。


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