基于机器视觉的葡萄糖药液质量检测系统设计

2009-01-11 22:11:48来源: 微计算机信息
  1 引言

  随着工业技术的发展和质量检测标准的提高,高速医药流水生产线上传统的质量检测方法速度慢、检测质量受人为因素和工作环境的影响卫生条件难以保障,为满足现代质量控制流程控制要求,需要研究更先进的检测技术来完成医药产品的质量检测。

  机器视觉技术在医疗中的应用非常广泛,现代很多高难度的手术都要在机器视觉的配合下完成,比如皮肤的检测,脑部CT成像,视觉手术等。在医学上机器视觉还被应用在一些医药产品的检测,医学的一些科学研究中,比如葡萄糖药液检测,染色体检测,红细胞检测等[1]。

  为了有效解决现代医药生产线上的产品实时检测问题,本文针对葡萄糖药液的质量检测设计了一套检测试验系统。设计目标就是:利用机器视觉技术,使用多台CCD摄像机、专用光源、工性能的工业计算机来取代人工,实现葡萄糖质量的自动检测。本实验系统的设计为研制高精度、高速的智能葡萄糖自动检测装置提供了有效的依据[2]。

  2 葡萄糖检测流程

  药用葡萄糖注射液的生产流程如图1所示,首先通过高浓度的葡萄糖加适当比例的蒸馏水得到葡萄糖溶液,然后葡萄糖溶液灌装到经过高温和紫外线消毒的容器里面进行封装。封装后的产品在进行质量检测,检测的对象主要是:

  (1)药液里面的悬浮物,如不容性杂质,玻璃纤维等;

  (2)瓶身的缺陷;

  (3)瓶身有未清洗干净的脏污;

图1 葡萄糖生产工艺流程

  传统的检测方法是人工检测,检测车间设在一间独立的暗房中,带检测的葡萄糖用人工的方式放在流水线上,流水线的速度由检测工人控制,当药品传送到检测工人面前时,工人将其从流水线上拿出,在专用的灯箱下判断产品质量是否合格。

  人工检测存在着很大的弊端:

  1)现代生产线的速度越来越高,人工检测很难满足流水线的检测速度;

  2)现代制造强调实时、在线、非接触检测,确保对制造过程实现全面控制,提高生产效率和产品的合格率,这是传统检测手段无法提供的;

  3)现代产品的制造精度大大提高,要求相应高精度的检测方法。

  4)传统的人工无法持续保持一致的检测效果;不同的检测者之间存在差异;无法实现实时的流程控制;

  5)传统检测无法适应现代的质量控制和统计流程控制(SPC)。

  3 检测试验系统搭建

  对于葡萄糖药液里面的微小的玻璃屑、橡胶屑或其他的一些不溶性颗粒,在静止的情况下一般都沉淀在瓶底或悬浮在药瓶的上端,人工检测需要葡萄糖液体倒置,使其液体发生运动,同时也带动固体杂质的运动,杂质随着药体运动到中心区域,此时再触发摄像机采集图像可以拍摄清晰的次品图像,也可以通过判断运动目标的方式来判断是否存在杂质。基于这样的检测原理,本实验系统设计了一个高速的旋转平台,旋转平台可以带动药瓶做高速的旋转然后剧停,从而带动杂质运动到检测区域。

  3.1 平台的硬件结构图

  如图2所示,待检测的葡萄糖药瓶被卡在转床上,转床旋转的时候带动药瓶高速旋转,用于机器视觉的专用LED光源安装在如图所示的光源盒内,CCD摄像机将拍摄到的图像传输到工控机。下面对硬件平台作详细的介绍。

图2 葡萄糖杂质检测装置结构图

  (1)把手:按照上图所示的方向转动把手可以带动瓶卡上下运动,以便放置药瓶;

  (2)电机:普通的交流电机,带动转床的主轴高速转动;

  (3)上端瓶卡:将葡萄糖瓶卡在底座上,当转动把手时瓶卡作上下运动方便放置药瓶;

  (4)光源盒:光源盒里放置一环形紫外光源,透过瓶底向上照射药体;

  (5)CCD摄像机:负责拍摄运动的药体;

  (6)工控机:负责处理CCD摄像机拍摄到的图像序列;

  3.2工作过程

  (1) 转动把手将上端瓶卡向上提起,放置待检测的葡萄糖药瓶于底座上;

  (2) 放下把手,将其卡紧,开启转床,转床的主轴带动瓶卡高速转动,由于摩擦力的作用瓶卡带动药瓶也做高速的转动;

  (3) 停止转床,瓶卡停止转动,葡萄糖药瓶停止转动,但药液在惯性的作用下继续转动之后缓慢停止;

  (4) 在此过程中连续拍摄7幅图像,在这一序列的运动图像中,对运动目标进行识别;

  (5) 当识别到的目标超过规定的容许指标时,判断此瓶药液为不合格

  3.3 视觉成像系统配置

  图像采集部分将完成流水线上的运动图像获取,图像采集部分采集图像质量的好坏将直接影响整个检测效率[3]。图像采集部分主要由CCD摄像机完成。CCD摄像机摄取图像信号,由图像采集卡将图像信号采集进来。本套实验装置选用两个方位的摄像机对待检测物体进行检测,一个俯拍位一个侧拍位,对有些待检测物体可以进行多方位的检测。摄像机采用的是Pulnix公司的TM6703[4],采集卡选用的是Matrox公司的Cornora2[5]。

  Matrox Corona Ⅱ 是Matrox Graphics Inc., 生产的图像控制器,可采集隔扫描/逐行扫描的分量RGB信号和单/双路黑白模拟视频信号; 3路10bit A/D转换器;24-bit RS-422/LVDS 数字接口;模拟情况下采集率达到30MHz,RS-422数字模式下达到25 MHz,LVDS数字模式下达到40 MHz ;连接2个RGB或6个模拟黑白视频信号; 32-bit/33MHz PCI总线主模式 ;扩展板上实时采集存储 ;可同时支持模拟VGA和独立的数字VGA或TV输出[4]。

  Pulnix公司的TM6703是1/2寸,648*484,快门速度为1/60~1/32000 秒,同时带有异步重置功能。当VINIT脉冲发生作用时,重置摄像机的扫描清除CCD。当在异步模式下和外部VINIT高电平信号的作用下,异步功能将自动被选择,信号读出会被禁止直到有触发。下面是摄像机异步重置的三种模式:

  1)控制脉冲宽度的外部VINIT:快门速度有脉冲宽度来控制;

  2)快速内部触发模式:当VINIT的下降沿和外部HD是一样的时候,信号抓取没有延时,否则,会有0-1HD的延时;

  3)慢速内部触发模式:快门速度可以选择在1/250-1/2000秒,如果VINIT和外部HD的下降沿相同,并且启动了积分充电,在VINIT下降沿摄像机放电。输出延时取决于选择的快门速度。

  4 检测试验流程

  通过前面的分析可知,在葡萄糖悬浮物检测的试验中需要一个高速的旋转平台配合使用。整套试验系统的操作流程如图3所示:

  首先系统开机,所有设备初始化,根据葡萄糖悬浮物检测的要求配置摄像机和采集卡的参数。然后,启动旋转平台,旋转平台旋转30秒带动葡萄糖液体作高速的旋转,停止旋转平台,延时10秒后液体缓慢停止,此时相机拍摄序列图像。

图3 葡萄糖杂质检测流程

  5 本文创新点

  (1)本文将机器视觉技术应用在了葡萄糖药液质量检测上,实现了无接触式的检测,在药品安全上和检测精度上都对传统人工检测有着重大的改进。

  (2)本文根据葡萄糖药液杂质的特点设计旋转式检测装置。

  (3)根据葡萄糖药液杂质检测的特点设计了专用的视觉成像方案。

  6 参考文献

  [1]Rafael C. Gonzalez , Richard E. Woods .Digital Image Processing (second Edition).Pubulishing House of Electronics Industry , Beijing. 2002.

  [2]郑世茶, 毛罕平, 胡波等.机器视觉识别棉花病害中的形态特征提取[J].微计算机信息, 2007,04-1:P290-292.

  [3]王威, 王耀南, 李树涛等. 基于机器视觉的在先检测实验平台研制. 中国仪器仪表,2006,(4).62-64.

  [4]Matrox Corona2 installation and hardware Reference[z]. Matrox Electronic Systems Ltd. April 23, 2001.

  [5]PULNIX TMC6703 Manual[z].PULNIX America Inc. 2004.

关键字:成像  标准  控制  流程  封装

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2009/0111/article_523.html
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