1、 引言

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的提高，高速醫(yī)藥流水生產(chǎn)線上傳統(tǒng)的質(zhì)量檢測(cè)方法速度慢、檢測(cè)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(jìn)的檢測(cè)技術(shù)來(lái)完成醫(yī)藥產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)。

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在醫(yī)療中的應(yīng)用非常廣泛，現(xiàn)代很多高難度的手術(shù)都要在機(jī)器視覺(jué)的配合下完成，比如皮膚的檢測(cè)，腦部CT成像，視覺(jué)手術(shù)等。在醫(yī)學(xué)上機(jī)器視覺(jué)還被應(yīng)用在一些醫(yī)藥產(chǎn)品的檢測(cè)，醫(yī)學(xué)的一些科學(xué)研究中，比如葡萄糖藥液檢測(cè)，染色體檢測(cè)，紅細(xì)胞檢測(cè)等。

為了有效解決現(xiàn)代醫(yī)藥生產(chǎn)線上的產(chǎn)品實(shí)時(shí)檢測(cè)問(wèn)題，本文針對(duì)葡萄糖藥液的質(zhì)量檢測(cè)設(shè)計(jì)了一套檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)目標(biāo)就是：利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，使用多臺(tái)CCD攝像機(jī)、專(zhuān)用光源、工性能的工業(yè)計(jì)算機(jī)來(lái)取代人工，實(shí)現(xiàn)葡萄糖質(zhì)量的自動(dòng)檢測(cè)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為研制高精度、高速的智能葡萄糖自動(dòng)檢測(cè)裝置提供了有效的依據(jù)。

2、 葡萄糖檢測(cè)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(dāng)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(cè)，檢測(cè)的對(duì)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(tǒng)的檢測(cè)方法是人工檢測(cè)，檢測(cè)車(chē)間設(shè)在一間獨(dú)立的暗房中，帶檢測(cè)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(cè)工人控制，當(dāng)藥品傳送到檢測(cè)工人面前時(shí)，工人將其從流水線上拿出，在專(zhuān)用的燈箱下判斷產(chǎn)品質(zhì)量是否合格。

人工檢測(cè)存在著很大的弊端：

1）現(xiàn)代生產(chǎn)線的速度越來(lái)越高，人工檢測(cè)很難滿足流水線的檢測(cè)速度；

2）現(xiàn)代制造強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)、在線、非接觸檢測(cè)，確保對(duì)制造過(guò)程實(shí)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(cè)手段無(wú)法提供的；

3）現(xiàn)代產(chǎn)品的制造精度大大提高，要求相應(yīng)高精度的檢測(cè)方法。

4）傳統(tǒng)的人工無(wú)法持續(xù)保持一致的檢測(cè)效果；不同的檢測(cè)者之間存在差異；無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的流程控制；

5）傳統(tǒng)檢測(cè)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代的質(zhì)量控制和統(tǒng)計(jì)流程控制（SPC）。

3、 檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)搭建

對(duì)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(cè)需要葡萄糖液體倒置，使其液體發(fā)生運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也帶動(dòng)固體雜質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，雜質(zhì)隨著藥體運(yùn)動(dòng)到中心區(qū)域，此時(shí)再觸發(fā)攝像機(jī)采集圖像可以拍攝清晰的次品圖像，也可以通過(guò)判斷運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的方式來(lái)判斷是否存在雜質(zhì)?；谶@樣的檢測(cè)原理，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)高速的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)可以帶動(dòng)藥瓶做高速的旋轉(zhuǎn)然后劇停，從而帶動(dòng)雜質(zhì)運(yùn)動(dòng)到檢測(cè)區(qū)域。

3.1 平臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)圖

如圖2所示，待檢測(cè)的葡萄糖藥瓶被卡在轉(zhuǎn)床上，轉(zhuǎn)床旋轉(zhuǎn)的時(shí)候帶動(dòng)藥瓶高速旋轉(zhuǎn)，用于機(jī)器視覺(jué)的專(zhuān)用LED光源安裝在如圖所示的光源盒內(nèi)，CCD攝像機(jī)將拍攝到的圖像傳輸?shù)焦た貦C(jī)。下面對(duì)硬件平臺(tái)作詳細(xì)的介紹。

圖2 葡萄糖雜質(zhì)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖

（1）把手：按照上圖所示的方向轉(zhuǎn)動(dòng)把手可以帶動(dòng)瓶卡上下運(yùn)動(dòng)，以便放置藥瓶；

（2）電機(jī)：普通的交流電機(jī)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)床的主軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)；

（3）上端瓶卡：將葡萄糖瓶卡在底座上，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí)瓶卡作上下運(yùn)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(jī)：負(fù)責(zé)拍攝運(yùn)動(dòng)的藥體；

（6）工控機(jī)：負(fù)責(zé)處理CCD攝像機(jī)拍攝到的圖像序列；

3.2工作過(guò)程

（1） 轉(zhuǎn)動(dòng)把手將上端瓶卡向上提起，放置待檢測(cè)的葡萄糖藥瓶于底座上；

（2） 放下把手，將其卡緊，開(kāi)啟轉(zhuǎn)床，轉(zhuǎn)床的主軸帶動(dòng)瓶卡高速轉(zhuǎn)動(dòng)，由于摩擦力的作用瓶卡帶動(dòng)藥瓶也做高速的轉(zhuǎn)動(dòng)；

（3） 停止轉(zhuǎn)床，瓶卡停止轉(zhuǎn)動(dòng)，葡萄糖藥瓶停止轉(zhuǎn)動(dòng)，但藥液在慣性的作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)之后緩慢停止；

（4） 在此過(guò)程中連續(xù)拍攝7幅圖像，在這一序列的運(yùn)動(dòng)圖像中，對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別；

（5） 當(dāng)識(shí)別到的目標(biāo)超過(guò)規(guī)定的容許指標(biāo)時(shí)，判斷此瓶藥液為不合格

3.3 視覺(jué)成像系統(tǒng)配置

圖像采集部分將完成流水線上的運(yùn)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(cè)效率［3］。圖像采集部分主要由CCD攝像機(jī)完成。CCD攝像機(jī)攝取圖像信號(hào)，由圖像采集卡將圖像信號(hào)采集進(jìn)來(lái)。本套實(shí)驗(yàn)裝置選用兩個(gè)方位的攝像機(jī)對(duì)待檢測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)，一個(gè)俯拍位一個(gè)側(cè)拍位，對(duì)有些待檢測(cè)物體可以進(jìn)行多方位的檢測(cè)。攝像機(jī)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(hào)和單/雙路黑白模擬視頻信號(hào)； 3路10bit A/D轉(zhuǎn)換器；24-bit RS-422/LVDS 數(shù)字接口；模擬情況下采集率達(dá)到30MHz，RS-422數(shù)字模式下達(dá)到25 MHz，LVDS數(shù)字模式下達(dá)到40 MHz ；連接2個(gè)RGB或6個(gè)模擬黑白視頻信號(hào)； 32-bit/33MHz PCI總線主模式 ；擴(kuò)展板上實(shí)時(shí)采集存儲(chǔ) ；可同時(shí)支持模擬VGA和獨(dú)立的數(shù)字VGA或TV輸出［4］。

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(dāng)VINIT脈沖發(fā)生作用時(shí)，重置攝像機(jī)的掃描清除CCD。當(dāng)在異步模式下和外部VINIT高電平信號(hào)的作用下，異步功能將自動(dòng)被選擇，信號(hào)讀出會(huì)被禁止直到有觸發(fā)。下面是攝像機(jī)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(nèi)部觸發(fā)模式：當(dāng)VINIT的下降沿和外部HD是一樣的時(shí)候，信號(hào)抓取沒(méi)有延時(shí)，否則，會(huì)有0-1HD的延時(shí)；

3）慢速內(nèi)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?cái)z像機(jī)放電。輸出延時(shí)取決于選擇的快門(mén)速度。

4、 檢測(cè)試驗(yàn)流程

通過(guò)前面的分析可知，在葡萄糖懸浮物檢測(cè)的試驗(yàn)中需要一個(gè)高速的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)配合使用。整套試驗(yàn)系統(tǒng)的操作流程如圖3所示：

首先系統(tǒng)開(kāi)機(jī)，所有設(shè)備初始化，根據(jù)葡萄糖懸浮物檢測(cè)的要求配置攝像機(jī)和采集卡的參數(shù)。然后，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)30秒帶動(dòng)葡萄糖液體作高速的旋轉(zhuǎn)，停止旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，延時(shí)10秒后液體緩慢停止，此時(shí)相機(jī)拍攝序列圖像。

圖3 葡萄糖雜質(zhì)檢測(cè)流程

5、 本文創(chuàng)新點(diǎn)

（1）本文將機(jī)器視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用在了葡萄糖藥液質(zhì)量檢測(cè)上，實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸式的檢測(cè)，在藥品安全上和檢測(cè)精度上都對(duì)傳統(tǒng)人工檢測(cè)有著重大的改進(jìn)。

（2）本文根據(jù)葡萄糖藥液雜質(zhì)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)式檢測(cè)裝置。

（3）根據(jù)葡萄糖藥液雜質(zhì)檢測(cè)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了專(zhuān)用的視覺(jué)成像方案。

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