一種空心膠囊壁厚在線光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的研究

梁明湖 胡偉軍 黃雪峰 劉志偉

摘 ? 要：產(chǎn)品制造的整個(gè)工序中，制造完成后，均需要對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)是現(xiàn)在工藝常應(yīng)用系統(tǒng)之一，能夠?qū)Ξa(chǎn)品制造中的不足之處明確提示，工作人員則以此為依據(jù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改善。本文以要用硬質(zhì)空心膠囊產(chǎn)品的檢測(cè)為例，對(duì)基于空心膠囊壁厚在線光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究。通過(guò)應(yīng)用該系統(tǒng)，可以對(duì)膠囊額壁厚進(jìn)行較為精準(zhǔn)的測(cè)量。

關(guān)鍵詞：空心膠囊 ?壁厚 ?在線光學(xué)檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TP274 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（c）-0094-02

要用硬質(zhì)空心膠囊的主要生產(chǎn)原料為藥用明膠或是植物纖維，所用輔料不局限于一種，包括食用色素與遮光劑等。生產(chǎn)過(guò)程包括多個(gè)環(huán)節(jié)，具體為溶膠、配色、主機(jī)模具蘸膠、風(fēng)道干燥切割、脫模與對(duì)接等工藝流程。本文主要基于空心膠囊壁厚的在線光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，希望可以在原有基礎(chǔ)上提高膠囊生產(chǎn)線上的膠囊壁厚，使其監(jiān)測(cè)功能更加完善。

1 ?測(cè)量方式和壁厚要求

1.1 常用壁厚測(cè)量方法

1.1.1 共焦測(cè)壁厚法

共焦測(cè)壁厚法主要是應(yīng)用色彩編碼的原理，發(fā)揮特殊透鏡色調(diào)長(zhǎng)度色差，對(duì)距離與厚度進(jìn)行測(cè)量。立足理論層面，檢測(cè)系統(tǒng)的傳感器可以識(shí)別多種材料，是因?yàn)檫@種方式主要是對(duì)材料的表面性質(zhì)測(cè)量。不過(guò)此方式的難點(diǎn)在于需要有更加精準(zhǔn)的光學(xué)探頭，真正投入生產(chǎn)，需要高昂的成本，需要生產(chǎn)單位有雄厚的經(jīng)濟(jì)資本作為支撐方可實(shí)現(xiàn)。

1.1.2 光柵光譜法

光柵光譜法是檢測(cè)中常用的方式之一，這種方法操作起來(lái)比較簡(jiǎn)潔，并且掃描的速度極快，測(cè)量的精度結(jié)果相對(duì)較高。這種采用的是白光照射下，光學(xué)元件反射光被光柵分解后的光譜解讀，進(jìn)而對(duì)材料的壁厚進(jìn)行計(jì)算。此方式的不足之處在于進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)有一定的難度，不適宜用于自動(dòng)化生產(chǎn)中。

1.1.3 測(cè)厚儀檢測(cè)法

針對(duì)膠囊制造產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，這種方式最為常見(jiàn)。測(cè)厚儀的主要作用為對(duì)材料或是物體的厚度進(jìn)行檢測(cè)，確定其厚度是否達(dá)到國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用于連續(xù)性檢測(cè)或是抽樣檢測(cè)產(chǎn)品的厚度，例如鋼帶、薄膜或是金屬箔片等。根據(jù)測(cè)厚儀的工作原理，可以將其分為激光測(cè)厚儀與超聲波測(cè)厚儀。激光測(cè)厚儀的工作原理為，按照光切法測(cè)量與對(duì)機(jī)械制造中零件加工表面的形狀觀察來(lái)對(duì)產(chǎn)品厚度進(jìn)行測(cè)量，屬于非接觸式動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x器。其能夠通過(guò)數(shù)字信號(hào)的傳播來(lái)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)結(jié)，對(duì)于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)盡快處理，將偏差輸出到不同的工業(yè)設(shè)備中。

1.2 不同型號(hào)的膠囊壁厚標(biāo)準(zhǔn)

膠囊的生產(chǎn)規(guī)格、型號(hào)不同，為保證藥品的安全性，國(guó)家相關(guān)部門對(duì)膠囊的壁厚都有特殊的規(guī)定，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該嚴(yán)格按照此規(guī)格進(jìn)行生產(chǎn)，不可超標(biāo)。具體壁厚標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)以下數(shù)據(jù)。

規(guī)格型號(hào)：

1組：00#帽長(zhǎng)度11.70±0.40mm單壁厚基本尺寸0.090～0.120mm口部外徑8.50～8.60mm;00#體長(zhǎng)度20.20±0.40mm單壁厚基本尺寸0.090～0.120mm口部外徑8.15～8.25mm。兩者重量差異±8.0mg

2組：0#帽長(zhǎng)度11.00±0.40mm單壁厚基本尺寸0.085～0.115mm口部外徑7.61～7.71mm;0#體長(zhǎng)度18.60±0.40mm單壁厚基本尺寸0.085～0.115mm口部外徑7.30～7.40mm。兩者重量差異±7.0mg

3組：1#帽長(zhǎng)度9.80±0.40mm單壁厚基本尺寸0.085～0.115mm口部外徑7.30～7.40mm;1#體長(zhǎng)度16.60±0.40mm單壁厚基本尺寸0.080～0.110mm口部外徑6.61～6.69mm。兩者重量差異±6.0mg

4組：2#帽長(zhǎng)度9.00±0.40單壁厚基本尺寸0.080～0.110mm口部外徑6.32～6.40mm;2#體長(zhǎng)度15.40±0.40mm單壁厚基本尺寸0.080～0.110mm口部外徑6.05～6.13mm。兩者重量差異±5.0mg

5組：3#帽長(zhǎng)度8.10±0.40mm單壁厚基本尺寸0.080～0.105mm口部外徑5.79～5.87mm;3#體長(zhǎng)度13.60±0.40mm單壁厚基本尺寸0.080～0.105mm口部外徑5.53～5.61mm。兩者重量差異±4.0mg

6組：4#帽長(zhǎng)度7.20±0.40mm單壁厚基本尺寸0.080～0.105mm口部外徑5.28～5.36mm;4#體長(zhǎng)度12.20±0.40mm單壁厚基本尺寸0.075～0.100mm口部外徑5.00～5.08mm。兩者重量差異±±3.0mg

以上數(shù)據(jù)的極限偏差±0.020mm

注1：?jiǎn)伪诤癯叽缭试S在規(guī)定的尺寸范圍內(nèi)修訂中心值，但極限偏差必須在規(guī)定范圍內(nèi)。

注2：長(zhǎng)度中心值及口部外徑指標(biāo)僅供參考，不作為驗(yàn)收依據(jù)。

注3：上述規(guī)格尺寸可根據(jù)填充要求，由供需雙方協(xié)商確定具體的指標(biāo)。

2 ?LED光在線檢測(cè)系統(tǒng)分析

根據(jù)空心膠囊的生產(chǎn)流程，筆者在前期針對(duì)膠囊的生產(chǎn)線等進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)研與理論分析，對(duì)于生產(chǎn)線過(guò)程中的實(shí)際需求和生產(chǎn)成本等原因進(jìn)行探究，隨后提出運(yùn)用基于CMOS的LED光在線光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，以此解決現(xiàn)有問(wèn)題，提高檢測(cè)精度。具體應(yīng)用原理如下。

2.1 系統(tǒng)原理

基于CMOS的LED光在線光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)所運(yùn)用原理為將LED作為照射的光源，在其經(jīng)過(guò)均光系統(tǒng)時(shí)，將其轉(zhuǎn)化為均衡的平行光，對(duì)生產(chǎn)線上的膠囊進(jìn)行照射。二維CMOS主要是用于接受膠囊光照之后形成的明暗投影。系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算之后，可以算出膠囊不同位置的外徑。

2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架

2.2.1 LED光源

LED光源也就是所說(shuō)的二極管光源，這種光源為體積較小，但發(fā)光率較高，單色性能較好，光譜更為狹窄，不需要進(jìn)行過(guò)濾，在生產(chǎn)線流程中的應(yīng)用效果更佳。由于LED光源不會(huì)消耗過(guò)多的電量，應(yīng)用的壽命相對(duì)也較長(zhǎng)，有助于生產(chǎn)企業(yè)控制成本，更便于在后期進(jìn)行維護(hù)。

2.2.2 擴(kuò)束均光系統(tǒng)

均光系統(tǒng)是膠囊檢測(cè)工藝的一種，最為典型的為L(zhǎng)absphere小型USS。在此流程中，工作人員可以運(yùn)用散射器與衰減器，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)。一般來(lái)說(shuō)，均光系統(tǒng)需要滿足三點(diǎn)要求，具體為：第一，需要有較強(qiáng)的輻射量度均勻度;第二，內(nèi)部元件應(yīng)該便于后期更換;第三，操作簡(jiǎn)單，易于上手。

2.2.3 光學(xué)接收系統(tǒng)

基于CMOS光學(xué)成像系統(tǒng)中主要涵蓋面陣CMOS器件與濾光片，并且為了確?？梢哉_提取出像素中的信號(hào)能量，假信號(hào)的概率應(yīng)該控制在小于1%的范圍內(nèi)。為能夠有效避免外界雜光對(duì)信號(hào)的干擾，我們?cè)O(shè)定濾光片，通過(guò)濾光片，也能夠有效避免強(qiáng)光的照射，削弱其照射，借此滿足器件能量特性的需求。

2.2.4 CMOS信號(hào)處理系統(tǒng)

CMOS探測(cè)器能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)光電間的轉(zhuǎn)換，對(duì)陰影進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，同時(shí)兼具A/D轉(zhuǎn)換功能，可以將其它需要的信息送入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)當(dāng)中。

3 ?結(jié)語(yǔ)

本文闡述的系統(tǒng)是在現(xiàn)有壁厚檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)條件進(jìn)行研發(fā)，并提出了合理的測(cè)量方案——在線硬質(zhì)空心膠囊厚度測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)利用LED光源和CMOS傳感器計(jì)算膠囊的厚度。通過(guò)驗(yàn)證，研發(fā)的基于CMOS的LED光在線檢測(cè)系統(tǒng)能夠應(yīng)用于生產(chǎn)線中，且具有測(cè)量范圍大、準(zhǔn)確率高、搭構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，滿足市場(chǎng)的需求。

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