全自動(dòng)硬膠囊檢驗(yàn)機(jī)分析

楊永明

摘要：全自動(dòng)膠囊檢驗(yàn)機(jī)，將膠囊帽體360。兩個(gè)球面及內(nèi)部缺陷全自動(dòng)檢測(cè)，無(wú)盲區(qū)；可高效檢測(cè)出膠囊A、B、C類外觀缺陷，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；針對(duì)不同產(chǎn)品快速建模和品種管理，對(duì)膠囊顏色自動(dòng)進(jìn)行分揀；檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，檢測(cè)結(jié)果、實(shí)時(shí)圖像、運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)顯示；缺陷品高速自動(dòng)剔除，定位精確；設(shè)備操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)簡(jiǎn)單，清洗方便，符合GMP要求。

關(guān)鍵詞：硬膠囊；全自動(dòng)膠囊檢驗(yàn)機(jī)；機(jī)器視覺檢測(cè)；圖像識(shí)別技術(shù)；全方位信息融合算法

中圖分類號(hào)：R197 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）10-0017-02

1 概述

我公司是專門生產(chǎn)硬膠囊產(chǎn)品的企業(yè)，擁有全自動(dòng)硬膠囊生產(chǎn)線20條，年生產(chǎn)能力為80億粒。下機(jī)的產(chǎn)品全靠后工序燈檢人員人工進(jìn)行分選，為了能及時(shí)將下機(jī)的膠囊分選入庫(kù)，在后工序配備了占全部人員3/5的燈檢工，產(chǎn)出效率低下，易受情緒的干擾，分選的膠囊質(zhì)量不可靠和不精確，不可能做到100%全檢，發(fā)出的產(chǎn)品因質(zhì)量問(wèn)題時(shí)有退貨發(fā)生。針對(duì)此現(xiàn)狀我們研發(fā)了膠囊外觀智能檢測(cè)系統(tǒng)，用來(lái)代替人工全自動(dòng)檢測(cè)膠囊外觀質(zhì)量。

膠囊外觀視覺檢測(cè)系統(tǒng)是建立在當(dāng)今快速發(fā)展的高速圖像處理技術(shù)及機(jī)器視覺技術(shù)基礎(chǔ)之上的產(chǎn)品。它能檢測(cè)出外觀質(zhì)量不合格的膠囊，并可以發(fā)出相應(yīng)的剔除信號(hào)，從而控制系統(tǒng)的剔除機(jī)構(gòu)將不合格的膠囊從鏈板檢測(cè)線上剔除。

全自動(dòng)膠囊檢驗(yàn)機(jī)檢測(cè)速度快且高效，一方面可以分選出質(zhì)量信得過(guò)的產(chǎn)品；另一方面100%的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以被驗(yàn)證下機(jī)產(chǎn)品存在的質(zhì)量缺陷，用此數(shù)據(jù)可以用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)，從而保證了對(duì)用戶的質(zhì)量承諾，最大限度地滿足了用戶的需求。

全自動(dòng)膠囊檢驗(yàn)機(jī)的使用，將員工從以前的經(jīng)常加班中解脫出來(lái)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

2 機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)

2.1 機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)介紹

機(jī)器視覺檢測(cè)的主要過(guò)程為：首先采用CCD攝像機(jī)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)。其次圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，如面積、長(zhǎng)度、數(shù)量、位置等。最后，根據(jù)預(yù)設(shè)的容許度和其他條件輸出結(jié)果，如尺寸、角度、偏移量、個(gè)數(shù)、合格/不合格等，極大地提高了工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著跨學(xué)科基礎(chǔ)研究的不斷深入，計(jì)算機(jī)性能的快速提高和其他視覺測(cè)量外圍組件性價(jià)比的提高，基于機(jī)器視覺的精密檢測(cè)技術(shù)必將會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。

全自動(dòng)硬膠囊檢驗(yàn)機(jī)能自動(dòng)完成膠囊的表面、內(nèi)部缺陷檢測(cè)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，符合制藥衛(wèi)生要求，是目前制藥行業(yè)膠囊藥品檢測(cè)的重要設(shè)備，使生產(chǎn)線達(dá)到高速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確和高效的目的。實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化高精度檢測(cè)，與一般意義上的人工或其他檢測(cè)系統(tǒng)相比，較大地提升了精度、速度，適用于大批量、高度重復(fù)生產(chǎn)過(guò)程中的測(cè)量、檢查和辨識(shí)。

研究開發(fā)了一種用于硬膠囊檢測(cè)設(shè)備的識(shí)別裝置，包括光學(xué)成像系統(tǒng)、電控部件、圖形處理器，光學(xué)成像系統(tǒng)包括相機(jī)、LED光源和定位傳感器，相機(jī)和LED光源上分別設(shè)置有偏振片，圖形處理器中設(shè)置有千兆網(wǎng)卡，傳送帶上至少設(shè)置有兩個(gè)檢測(cè)位，每個(gè)檢測(cè)位上設(shè)置有一個(gè)光學(xué)成像系統(tǒng)，相機(jī)設(shè)置在檢測(cè)位正上方，分別與電控部件及千兆網(wǎng)卡連接，相機(jī)下方設(shè)置有LED光源，LED光源與電控部件連接，定位傳感器設(shè)置在傳送帶上，定位傳感器分別與電控部件及千兆網(wǎng)卡連接，每個(gè)檢測(cè)位對(duì)應(yīng)的傳送帶下方還設(shè)置有背光源，背光源與電控部件連接，且其中至少有一個(gè)紅外背光源。該裝置精度高、成本低，可提高包裝質(zhì)量。

研究開發(fā)了一種用于硬膠囊的檢測(cè)設(shè)備，該硬膠囊檢測(cè)設(shè)備，包括排列裝置、傳送裝置、識(shí)別裝置和分離裝置。識(shí)別裝置包括光學(xué)成像系統(tǒng)、電控部件、圖形處理器，分離裝置包括電磁閥、氣嘴、氣源，傳送裝置的傳送帶上至少設(shè)置有兩個(gè)檢測(cè)位，識(shí)別裝置的光學(xué)成像系統(tǒng)中還設(shè)置有背光源，每個(gè)檢測(cè)位對(duì)應(yīng)的傳送帶下方設(shè)置有背光源，氣嘴設(shè)置在傳送帶上。該設(shè)備穩(wěn)定性好、精度較高、相對(duì)成本低、避免二次污染，能提高硬膠囊包裝質(zhì)量。

研究開發(fā)了系統(tǒng)軟件，結(jié)合所檢測(cè)物體以及選用的系統(tǒng)硬件，本系統(tǒng)用Visual C++6.0開發(fā)了一套插線卡參數(shù)測(cè)量軟件。用戶可通過(guò)建立好的應(yīng)用程序來(lái)控制數(shù)字?jǐn)z像機(jī)完成圖像的連續(xù)采集、顯示、處理等工作。該軟件包括圖像采集、圖像處理、參數(shù)測(cè)量及結(jié)果輸出等。

2.2 機(jī)器視覺檢測(cè)創(chuàng)新點(diǎn)

創(chuàng)新點(diǎn)一：提出了基于圖像識(shí)別技術(shù)的硬膠囊外觀缺陷和內(nèi)部缺陷的自動(dòng)檢測(cè)與完整性判斷方法，建立了36種膠囊內(nèi)外缺陷特征庫(kù)，自主研發(fā)了硬膠囊排列裝置，采用圖像增強(qiáng)、邊緣銳化和降噪等處理方法，通過(guò)對(duì)膠囊圖像關(guān)鍵特征采集、量化和識(shí)別比對(duì)，實(shí)現(xiàn)了低成本分選和高速有效的膠囊完整性檢測(cè)。

本產(chǎn)品將機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用于硬膠囊缺陷檢測(cè)中，采用基于模式匹配與圖像識(shí)別的圖像處理技術(shù)，完成了硬膠囊的外觀及內(nèi)部缺陷自動(dòng)檢測(cè)與完整性判斷方法。

膠囊的尺寸對(duì)人眼檢測(cè)來(lái)說(shuō)是一件非常困難的事情，而本產(chǎn)品采用的圖像處理算法采用了一階微分進(jìn)行處理，這樣的處理精度可達(dá)到實(shí)際尺寸0.05mm，完全超越了人眼的檢測(cè)精度。

創(chuàng)新點(diǎn)二：采用兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)和一套自主開發(fā)的控制裝置，通過(guò)膠囊的滾動(dòng)，獲得了相當(dāng)于4臺(tái)相機(jī)得到的圖像信息，結(jié)合具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“圖像合并的全方位信息融合算法”，實(shí)現(xiàn)了膠囊的360°的內(nèi)外缺陷狀況的全方位檢測(cè)。

可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)過(guò)程中的測(cè)量、檢查和辨識(shí)，改變了以往需要人工檢測(cè)的情況，節(jié)省了大量的時(shí)間以及勞動(dòng)力資源。

首先，采用的現(xiàn)有成熟關(guān)鍵技術(shù)：

（1）多相機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)切換技術(shù)。

（2）網(wǎng)絡(luò)相機(jī)的巨型數(shù)據(jù)包技術(shù)。

（3）單片機(jī)的信號(hào)篩選技術(shù)。

（4）單片機(jī)中的數(shù)據(jù)緩沖技術(shù)。

（5）剔除裝置中的空氣動(dòng)力技術(shù)。

（6）基于旋轉(zhuǎn)編碼器的信號(hào)計(jì)數(shù)技術(shù)。

（7）基于Sobel濾波的圖像匹配技術(shù)。

（8）不同曝光條件下的輪廓提取技術(shù)。

（9）高精度的邊界檢測(cè)技術(shù)。

其次，已攻克的關(guān)鍵技術(shù)：

（1）膠囊在不同的拍照位置上排列的情況下，程序能夠?qū)⑦@些圖像信息數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地進(jìn)行處理合并。

（2）基于膠囊輪廓的輪廓提取技術(shù)，這種方式需要事先制定膠囊的大小，程序就能夠準(zhǔn)確地提取到圖像中的膠囊。

（3）基于傳感器的等間距信號(hào)篩選技術(shù)，在傳送帶每轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)一定的距離后，獲得一個(gè)觸發(fā)信號(hào)。

（4）對(duì)于圖像中的缺陷進(jìn)行多種檢測(cè)，其中正色、反色處理同時(shí)進(jìn)行，并合并兩個(gè)處理的結(jié)果。

再次，待研究的關(guān)鍵技術(shù)：

進(jìn)一步提高圖像的處理速度，使得圖像能夠更快地完成圖像處理技術(shù)，完善各種識(shí)別算法，力爭(zhēng)精簡(jiǎn)并最終完成多種算法可同時(shí)嵌入單片中，從而完善設(shè)備的整體性和處理能力，提高設(shè)備工作效率。

經(jīng)濟(jì)、人口、資源與環(huán)境持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展是我國(guó)目前面臨的主要問(wèn)題，我國(guó)人口多、人均資源量少，更要注意資源的開發(fā)利用。其中依靠科技進(jìn)步，提高產(chǎn)品的利用率，減少浪費(fèi)，使經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展相協(xié)調(diào)。特別是目前膠囊行業(yè)使用的國(guó)產(chǎn)生產(chǎn)線，技術(shù)含量不高，產(chǎn)品下機(jī)合格率低，靠大量的人工在后工序分選膠囊，造成了人力和物力的極大浪費(fèi)。在膠囊行業(yè)推行我公司研發(fā)的全自動(dòng)膠囊檢驗(yàn)機(jī)，作為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低消耗的示范項(xiàng)目重點(diǎn)推廣，以其高效的顯著特點(diǎn)，為創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì)做出了貢獻(xiàn)。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）