全自动灯检机研究和开发

测 产 品 质 量 。 关 键 词 ： 自动 检 测 ； 机 器 视觉 ；运 动分 析
中 图 分 类 号 ：ＴＰ２７４
文 献 标 识 码 ：Ｂ
文 章 编 号 ：１００９—９４９２（２０１ １）１２－０００１—０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ａｕｔｏｍ ａｔｉｃ Ｉｎｓｐｅｃｔｏｒ ｗｉｔｈ Ｌｉｇｈｔ ＱＩ Ｘｉａｎ－ｊｕｎ ，ＬＩＵ Ｈｕａｎ－ｊｕｎ ，ＺＨＡＮＧ Ｑｉ ，ＬＩ Ｊｕｎ
为 了替代 人 工 对 药 液 产 品进 行灯 检 ，己研 发 出一 种 全 自动 灯 检机 。全 自动灯 检 机 采用 了多 工 位设 计 ，能够 对 包装 外 形 ，液 位 和 液 体杂 质 颗 粒 等进 行 全 面检 测 。针 对 液 体 杂质 在 通 常状 态 下 很 难 被拍 摄 到 的 问题 ，灯 检 机 研 发 了动 态 高速 采 集
图 １ 液 体 图像 采集 过 程 示 意 图
测 ，并 稳定地 从流 水线上 剔除 不合格 产 品。
在 图像 采集 时 ，由于 液体 中 的杂 质 ，有 些 相 当细小 ，不易 分 辨 ，因而 在 选择 照 明方 案 时应 能 尽 量 突 出这些 细 小 的液 体 杂 质 。全 自动 灯检 机 针 对 不 同性 质 的微 粒 ，采 用 组 合 照 明系 统 ，以便 达 到 最有 效 的检测 效 果 ．其 照 明 单元 结 构 如 图 ２所
（１．Ｐｈａｒｍａｐａｃｋ （Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ）Ｐａｃｋｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．， Ｌｔｄ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０７３０， Ｃｈｉｎａ；２．Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｎｓｐｅｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ｌｉｇｈｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍａｃｈｉｎｅ ｖｉｓｉｏｎ．Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｉｎ－ ｓｐｅｃｔｏｒ ｈａｓ ｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｎｃｌｕｄｅ ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ａｎｄ ｂｏｔｔｌｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ｒｏｔａｒｙ ｌｉｑｕｉｄ， ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｆｕｓｉｏｎ ａ ｎ ｄ ｍｏｔｉｏｎ ａｎａ ｌｙｓｉｓ ａｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ａｎｄ ｂｏｔｔｌｅ．Ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｎｓｐｅｃｔｏｒ ｃａｌｌ ｉｎｓｐｅｃｔ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ａｎ ｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ；ｍａ ｃｈｉｎｅ ｖｉｓｉｏｎ； ｍｏｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ
１引 言 药 品水 剂 、粉 剂 、 口服 液 及 大小 输 液袋 等 使
用量 大 ，由于生产 过程产 品 中不可 避免地 含有 玻璃 碎屑 、橡皮 屑 、毛发 、纤维 等异物 ，不合 格 品对患 者用 药会 造成 极 大 的危害 。 ２００５版 《药典 》 规定 不得检 出可见 异物 。即不得 检 出在 规定条 件下 目视 可 以观 测 到 的 任何 不 溶 性 物 质 ，如金 属 屑 、玻 璃 屑 、长度 或 最 大 粒 径不 超 过 ０．２ｍｍ 的纤 维 和块 状 物 等 。 国内 制 药企 业 采 用 人 工 灯 检 的 方 式对 产 品 进 行合 格 判 定 ，对 检 测 人 员 要 求 高 ，检测 主观 性 大且 效率 低 ，产 品质 量 的稳定 性无 法得 到保 证 。
对 于融 合后 图像 采用 ｏｔｓｕ方 法 进 行灰 度 图像 分 割 ，对 分 割 出的 图像 区域测 试 其 区域 中平 均 灰 度值 的大 小 ，如果 符合 式 （４）的条 件 ，就认 为是 缺 陷区域 。
‰ ∑ｆ（ｘｉ， ） ＞ｑ
（４）
其 中 ：Ｇ 为 设 定 的 灰 度 阈 值 ， 由专 家 经 验
颗粒检 测工位 颗粒 和Baidu Nhomakorabea面检 测工 位 瓶壁检测 （可 选 ）
合格 产 品排出通 道 瓶 盖检测 工位
剔除通 道 １ 剔除通 道２ （可选 ）
…
：
ｌ＿＿＿＿＿一
图 ３ 全 自动 灯 检 机 基 本结 构 图
固
整 个灯 检 机 根 据需 要 可设 置 ３或 ４个 检测 工 位 ，一个 或 两个 剔 除 通道 ，能 对 产 品进 行 全 面检
全 自动灯 检 机 主 要 针 对液 体 制 剂 的检 测 ，可 应 用 于 西林 瓶 、安瓿 瓶 、冻 针 粉剂 、眼 药水 、注 射 液 、 口服 液瓶 等液 体制 剂产 品检测 。
这 些 制 剂在 生 产 充 填 过 程 中有 可 能 被混 入 外 来 杂 质 。 以安 瓿 瓶 生产 过 程 为例 ，最 容 易造 成 这 类 瓶子 缺 陷的是 ：玻 璃 屑 （有大 有小 ）、顶 部 热封 系 统 操作 不 当造 成 的碳 点 （黑 点 ，属 不 可 反射 微 粒 ）、因生产 环 境 问题混 人 的纤 维物 、头 发等 。全 自动 灯检 机 可 以快速 可 靠 地 检测 出这 些 缺 陷 ，确 保 产品 的质量 。
不 。
采 用 暗背 景 底部 侧 向照 明 方式 时 ，有 利 于分 辨 较 小 的杂 质 ，颗 粒会 在 图像 中形 成 黑 色 背景 中
因为全 自动 灯 检机 控 制 复 杂 ，需 要 处 理 多路 传 感 器信 号 ，并 执 行 多项 复 杂 操作 ，所 以 采用 了 ＰＣ系统—— 信 号处 理 器——ＰＬＣ的分散 式 分 级控 制体 系。 由主控 ＰＣ负责统 一数 据管理 ，并 提供 人 机界 面 ；由 内嵌信 号 处 理器 处 理 视觉 传 感 器 采集 的 图像 ；由 ＰＬＣ负责 运 动 和传输 控 制 、剔 除 控 制 等底层 控制 。
全 自动 灯检 机 的人机 界 面采用 了人 性化 设计 ， 易 于操 作 ．能够 应 用 于 不
同产 品 的检 测 ，实 时 显 示
ｏ 蕞
检 测数 据 ，根 据产 品检 测 需 求 调 整 和 保 存 运 行 参 数 ， 人 机 界 面 如 图 ４所 示 。
３视 觉 检 测 识 别 系统
机 器视 觉作 为一 种 近 年 来 快 速 发 展 的在 线 检 测 方法 ，已经 应 用 于多 种 产 品 检 测 中 。基 于机 器 视 觉 的液 体 检 测 方法 也 有 了初 步 研究 成果 ．文 献 ［１］一 ［３］探讨 了瓶 内液体 的视 觉检 测方 法 。
本 文研 究 了一 种 新 型 灯 检 机 ，可 以替 代 人 工 对 注射 液 、 口服 液瓶 等 液 体 制 剂检 测 ，具 有 自动
式 中 ：厂（ ｙｉ）为分 割 出得 某一 图像 区域 中 点 （ ｙ１）的灰 度 值 ； 为这 一 区域 中像 素 的 总 个数 ；Ｇ，为设 定的 阈值 。 ３．３液体 检 测
液 体 中的颗 粒 检 测 时 ，采 用 了 动态 分 析 的 方 法 。随着 瓶 子 的旋 转 ，液体 中颗 粒 也旋 转 运 动起 来 。然后 瓶 子停 止 运 动 ，由于 惯 性 作用 ，液 体 中 颗 粒杂质依然 运动 。在 这种情况 下 ，连续 采集 ８帧 图像 。进行运 动分析 。对采集 到的 ８帧 图像 分别 采 用最 大灰度值 法和最小 灰度值法 进行融合 。最大 灰 度值 和最小灰 度值融合 算法如式 （５）， （６）：
广 州 市 科 技 计 划 项 目 （编 号 ：２０１０Ｚ２一Ｃ４６１） 收 稿 日期 ：２０１１－１０—３１
化 程度 高 、检 测全 面 、可靠 性 高 的特 点 。它 采 用 机 器 视觉 技 术 ，模 拟 人 眼 对产 品 的检 测 ，对 流 水 生 产线 上 的产 品进 行 拍 摄 ，采 集 到 产 品 图像 ，然 后 分析 采 集 的图像 ．根 据 专家 经 验 对 产 品质 量 做 出判 断 。 ２整 机 系统 设 计
（ａ）液 体 中 含 杂 质
（ｂ） 液体 中不 含 杂 质 图 ８ 液 体 杂 质 检测 结 果
ｘ（ ， ）＝ｍａｘ｛ｆ．（ｘ，Ｊ，）ｌ －１，２，…，８） （５）
４结论
ｉ （ｘ，Ｊ，）＝ｍｉｎ｛ｆ．（ｘ，Ｊ，） ＝１，２，…，８）
（６）
为 了消 除 瓶 身上 痕 迹 等 外部 噪 声 对 颗粒 分 析 的 影 响 ，融合 后 的最 大 灰 度 图像 和 最 小 灰度 图像 进行 绝对值 差分 ．见式 ７：
给 出 。
如 果 分 割 出 的 区 域 数
量 满足 以下 要求 ，则 认
为 液体 中存 在 颗 粒 ．否 则
认为液 体 中没有 颗粒 。
Ｒ ＞
（９）
其 中 ： 是 区域 数 量
的阈值 。为人工 设定 。
采 用 以 上方 法 对 液 体 图像 进行 分析 的结 果 如
图 ８所 示 。
的高 度 点状 区域 ，在 颗粒 检 测 中作 用 明 显 。 而采 用 瓶 身侧 面照射 方 式 时 ，由于 不透 明物 质 会遮 挡 光线 ，有利 于 突 出液 体 中不 透 明 杂质 。同 时在 液 位 、瓶 盖等 的检测 中也 采用这 种透射 照 明方式 。
为 了满 足在 线 检 测 的需 要 ．全 自动 灯 检 机设 计 了主 要包 括 产 品输送 、不 合 格 品剔 除 、传动 及 控 制 部 件灯 灯 在在 内的机 械 执 行单 元 。重 点解 决 产 品位 移 输 送 、不 合 格 品在 线 识 别 等 技 术 疑难 ， 其基本 结构 如 图 ３所示 。
（ａ）从 底 部 照 射 的光 线
（ｂ）从 瓶 身 侧 面 照 射 的光 线
图 ２ 照 明单 元 结 构 图
全 自动 灯检 机 的核 心 是视 觉 检测 识 别 系统 。检 测识 别 系 统对 视 觉 传感 器
技 术
具 体处理 流程 如 图 ７所示 。
图 ７ 瓶 盖融 合 处 理 流 程
测控技
全 自动 灯 检 机
齐显 军 ，刘 焕 军 ，
（１．珐 玛 珈 （广 州 ） 包装 设备 有 限公 司 ， 广 东广 州
摘 要 ：提 出 了一 种 基 于 机 器 视 觉 的 全 自动 灯 检 测 机 。这 种 灯检 机
专 门 装 置 采 集瓶 内 旋转 液体 的序 列 图 像 。运 用 图 像 融 合 和运 动 分
全 自动 灯检 机 采 用 了多 工位 设 计 ，在不 同工
技 术
位 上对 产 品 的不 同方 面进 行 全 面检 测 ，主要 包 括 了产 品包 装外 形检 测 、液位 检测 和液 体杂 质检 测 ， 其 中液体 杂质 检测是 其 中的关键 点 和难 点 。
液 体 杂质 由于 颗粒 微 小 ．在检 测 中如果 沉 积 在 瓶 底 ，较 难被 发 现 。 即使 是 悬浮 颗 粒 ，也很 容 易 和 瓶身 上 的痕 迹 混淆 ．在 人工 检 测 时 一般 都 是 晃 动 容器 。使 得 液 体带 动 杂 质一 起 运 动 ，使 杂 质 较 易 被发 现 ，因此 灯 检机 进 行 在线 测 时 也 同样 需 要 进 行 动态 检测 。灯 检机 采 用 高速 动 态 检 测方 式 来 对液体 杂质 进行 检测 。灯 检机 将 每个瓶 子旋 转 ， 突然 停下 来 ，使 瓶子 停在 智 能视 觉传 感 系统 前 时， 杂 质 ｆ颗 粒）还 在运动 状态 ，以便获 取成 像 。 内嵌 信 号 处理 器 （每个 视 觉传 感 系 统都 有 一 个 ）将 它 们 与样 板进行 比较 ，然 后 侦测液 体 中 的悬 浮 物质 ， 其 液体 图像采 集过 程示 意 图如图 １所示 。