淺析以機(jī)器視覺技術(shù)為基礎(chǔ)的藥片包裝缺損檢測(cè)系統(tǒng)

目前大多數(shù)制藥廠在藥片包裝生產(chǎn)線上，一般采用人工進(jìn)行目測(cè)的方法分揀次品，檢測(cè)人員的工作狀況對(duì)于檢測(cè)效果有著很大的影響，而且這種工作方式檢測(cè)效率低、成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大。手工勞動(dòng)的插入嚴(yán)重影響了藥片包裝生產(chǎn)線的工作效率，不但浪費(fèi)了大量的勞動(dòng)力資源，而且包裝質(zhì)量不能從根本得到保證。有些廠家采用長(zhǎng)時(shí)間錄像機(jī)進(jìn)行錄像方式來彌補(bǔ)由于人工檢測(cè)所帶來的失誤，但這失去了實(shí)時(shí)檢測(cè)的意義，同時(shí)也存在檢測(cè)成本高的問題。

利用機(jī)器視覺系統(tǒng)代替人進(jìn)行藥片包裝缺損檢測(cè)，可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。基于機(jī)器視覺技術(shù)的藥片包裝缺損檢測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)集機(jī)器視覺、光傳感器和機(jī)電等技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，而且具有計(jì)算機(jī)精度高、速度快的特點(diǎn)，能迅速而準(zhǔn)確地檢測(cè)出藥片包裝的缺損，并對(duì)其進(jìn)行綜合分析，從而對(duì)成品和廢品進(jìn)行可靠分離。

一、機(jī)器視覺概念

機(jī)器視覺又稱計(jì)算機(jī)視覺，是用計(jì)算機(jī)來模擬人或再現(xiàn)與人類視覺有關(guān)的某些智能行為的技術(shù)，從客觀事物的圖像中提取信息進(jìn)行處理，并加以理解，最終用于實(shí)際檢測(cè)、測(cè)量和控制。機(jī)器視覺是一項(xiàng)綜合技術(shù)，其中包括：數(shù)字圖像處理技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù)、控制技術(shù)、電光源照明技術(shù)、光學(xué)成像技術(shù)、傳感器技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)等。這些技術(shù)在機(jī)器視覺中是并列關(guān)系，相互協(xié)調(diào)應(yīng)用才能構(gòu)成一個(gè)成功的工業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)。一個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括圖像捕捉系統(tǒng)、光照系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊。

圖像捕捉系統(tǒng)采用CCD攝像機(jī)將所要識(shí)別的作業(yè)對(duì)象和背景轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，以圖像形式記錄下來，然后轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布亮度和顏色等信息進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，根據(jù)預(yù)設(shè)的容許度和其他條件輸出判斷結(jié)果。

光照系統(tǒng)為圖像采集提供合適的照明，以利于后續(xù)圖像的處理與分析。

圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊是機(jī)器視覺系統(tǒng)的核心，供計(jì)算機(jī)進(jìn)行特定的處理，處理完畢的數(shù)字信號(hào)需要轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)由顯示器顯示，并經(jīng)圖像采集板輸出端輸出，以控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

機(jī)械控制執(zhí)行模塊根據(jù)計(jì)算機(jī)的指令進(jìn)行動(dòng)作，最終完成系統(tǒng)所需的任務(wù)。

二、藥片包裝缺損檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

基于機(jī)器視覺技術(shù)的藥片包裝缺損檢測(cè)系統(tǒng)總體上由硬件和軟件兩大部分組成，其工作原理是：包裝好的藥片在傳送裝置中傳輸，傳送裝置在機(jī)器中分為兩個(gè)區(qū)域：檢測(cè)區(qū)和分離區(qū)。在檢測(cè)區(qū)，通過高速CCD攝像機(jī)將傳送中的連續(xù)的藥片圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)對(duì)記錄下的圖像進(jìn)行分析，分辨出未填置藥片的廢板。當(dāng)藥板進(jìn)行切割后進(jìn)入分離區(qū)時(shí)，橫向安置的噴槍射出高壓氣體把廢板快速吹出，落入廢品箱，而成品藥板正常落入成品區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)成品和廢品的分離。基于機(jī)器視覺技術(shù)的藥片包裝缺損檢測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖l所示。為了充分利用原生產(chǎn)線，并有效地進(jìn)行藥片包裝缺損檢測(cè)，可在檢測(cè)區(qū)安裝兩臺(tái)CCD攝像機(jī)進(jìn)行可靠檢測(cè)，并加裝適當(dāng)?shù)恼彰髟O(shè)備增強(qiáng)檢測(cè)效果。

三、檢測(cè)系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

基于機(jī)器視覺技術(shù)的藥片包裝缺損檢測(cè)系統(tǒng)的硬件包括攝像系統(tǒng)和分離系統(tǒng)兩部分。

1.攝像系統(tǒng)

攝像系統(tǒng)采用工業(yè)中廣泛采用的電荷耦合性固體攝像機(jī)（CCD），它由固體攝像器件作為感光元件，具有動(dòng)態(tài)范圍大、光譜響應(yīng)范圍寬、體積小、功耗低和可靠性高等特點(diǎn)。CCD圖像傳感器的輸出簡(jiǎn)單，可以很方便地把圖像信號(hào)的空間分布按照一個(gè)確定的線性關(guān)系轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的時(shí)序分布，并進(jìn)行后續(xù)處理。CCD能與MOS電路集成在一個(gè)芯片上，既具有光電轉(zhuǎn)換功能，又具有信號(hào)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和讀出功能，因此CCD圖像傳感器可看成一個(gè)圖像變換器，把一幅空間分布的光圖像變換成按時(shí)間順序分布的視頻電壓信號(hào)，傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。CCD攝像機(jī)按照其使用的CCD器件可以分為線陣式和面陣式兩大類，因?yàn)榫€陣CCD攝像機(jī)一次只能獲得圖像的一行信息，被拍攝的物體必須以直線形式從攝像機(jī)前移過才能獲得完整的圖像，針對(duì)工作實(shí)際，這里采用線陣式CCD攝像機(jī)。

2.圖像采集卡

在基于PC機(jī)的機(jī)器視覺系統(tǒng)中，圖像采集卡是控制攝像機(jī)拍照完成圖像采集與數(shù)字化協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的重要設(shè)備，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的效率密切相關(guān)。一般的圖像采集卡具有以下功能模塊：圖像信號(hào)的接收與A／D轉(zhuǎn)換模塊；攝像機(jī)控制輸入輸出接口；總線接口；通訊接口。本系統(tǒng)使用NI公司的PCI—1408圖像采集卡，它支持多路圖像采集，并且采用雙CCD輸入以提高系統(tǒng)的分辨率和可靠性，藥板的圖像經(jīng)CCD攝像頭再經(jīng)采集卡轉(zhuǎn)化為數(shù)字化圖像輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后判斷是否有廢板出現(xiàn)。

3.分離系統(tǒng)

分離系統(tǒng)主要是氣槍的設(shè)計(jì)，包括氣槍噴氣口的形狀、位置、噴氣壓力及噴氣時(shí)間的控制等。氣槍噴氣口與攝像頭的距離和傳輸帶的運(yùn)行速度決定了噴氣的時(shí)間及延時(shí)時(shí)間，這里通過計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)運(yùn)行過程的實(shí)時(shí)計(jì)算，給控制器發(fā)出指令，控制器控制氣槍進(jìn)行動(dòng)作，使其在指定的時(shí)間后噴射氣流，將廢板吹入廢品箱。

四、檢測(cè)系統(tǒng)的控制

控制系統(tǒng)包括識(shí)別算法、用戶界面和通信三個(gè)子系統(tǒng)，分別完成檢測(cè)識(shí)別、氣槍控制和通訊功能。

系統(tǒng)軟件基于Windows平臺(tái)，用Delphi語(yǔ)言編寫，并引入了NI公司的LabVIEW語(yǔ)言進(jìn)行圖形處理。軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示，共分為參數(shù)設(shè)置、預(yù)處理、數(shù)字圖像處理、智能判斷決策、機(jī)械控制、通訊和用戶界面七個(gè)模塊。參數(shù)設(shè)置提供數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)文件的設(shè)置和存儲(chǔ)操作；預(yù)處理模塊按照設(shè)定的值完成初始化操作；數(shù)字圖像處理模塊完成實(shí)時(shí)采集的CCD圖像的數(shù)字化處理；智能判斷決策模塊進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的比較和判斷處理；機(jī)械控制模塊完成氣槍電路的控制；通訊模塊完成檢測(cè)系統(tǒng)與上位機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)的雙向通訊及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的上報(bào)；用戶界面采用圖形方式，為用戶提供方便的操作和統(tǒng)計(jì)顯示，便于用戶在檢測(cè)品種改變時(shí)及時(shí)更換參數(shù)設(shè)置值并增刪或修改數(shù)據(jù)庫(kù)。

這種能代替人的檢測(cè)、分類工作的機(jī)器視覺系統(tǒng)，能夠大幅降低檢驗(yàn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，并為勞動(dòng)者創(chuàng)造一個(gè)舒適的工作環(huán)境。利用機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng)代替人工進(jìn)行藥片包裝檢測(cè)具有實(shí)用價(jià)值，特別在自動(dòng)化生產(chǎn)線上代替人工從事快速、單調(diào)的產(chǎn)品檢驗(yàn)工作，可以達(dá)到快速，準(zhǔn)確的效果。