高精度針孔檢測(cè)設(shè)備
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2023-01-12 08:18:20 精質(zhì)視覺(jué)
作為關(guān)系人類(lèi)生命安全的特殊商品——藥品，其在生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸中都有著嚴(yán)格的要求。為了減少次品率，越來(lái)越多的企業(yè)在藥品包裝的過(guò)程中引入機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，不僅提升了效率，更將NG率降到了歷史新低。
一般來(lái)說(shuō)，機(jī)器視覺(jué)在藥品包裝檢測(cè)時(shí)有三類(lèi)應(yīng)用：初包裝、二次包裝、配件檢測(cè)。
初包裝檢測(cè)：從源頭消滅不合格
初包裝是指把藥物裝進(jìn)容器封口的過(guò)程，包裝合格的產(chǎn)品才能進(jìn)入市場(chǎng)，因此它的檢測(cè)項(xiàng)目是最多的，也是最嚴(yán)格的。
以疫苗常用的西林瓶和安瓿瓶為例，它們都是玻璃制品，具有較好的阻隔性能和出色的耐腐蝕能力，缺點(diǎn)是有易碎的安全隱患。灌裝前，機(jī)器視覺(jué)會(huì)在特定光源環(huán)境下高速拍攝并對(duì)比，找出有瑕疵的容器并在線(xiàn)剔除。
裝瓶后，同樣需要經(jīng)過(guò)多道檢測(cè)來(lái)判斷是否合格。通常，制藥企業(yè)會(huì)記錄正常瓶口的特征和藥液的標(biāo)準(zhǔn)位置。經(jīng)過(guò)檢測(cè)鏡頭前時(shí)，相機(jī)會(huì)捕捉當(dāng)前被檢測(cè)物體的特征，與先前拍攝的樣本圖像進(jìn)行比對(duì)檢測(cè)。
機(jī)器視覺(jué)在初包裝過(guò)程中有以下5大類(lèi)檢測(cè)項(xiàng)目：
1.外形檢測(cè)(高矮瓶、斷口瓶、異形瓶、異色瓶、倒瓶、半截瓶);
2.瓶口檢測(cè)(瓶口上沿?fù)p壞、外沿?fù)p壞、下沿?fù)p壞);
3.瓶身檢測(cè)(瓶身污漬、裂紋、磨損);
4.瓶底檢測(cè)(瓶底污漬、異物、損壞、薄膜異物);
5.殘留液檢測(cè)(殘留液體)。
目前，制藥企業(yè)已廣泛采用高速USB工業(yè)相機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)藥瓶檢測(cè)需求。
USB3.1工業(yè)相機(jī)的拍攝幀速可達(dá)539幀/秒，能快速且準(zhǔn)確地進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的傳輸和處理，在惡劣環(huán)境下保證穩(wěn)定的性能和準(zhǔn)確的拍攝效率，且長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。工業(yè)相機(jī)被廣泛用來(lái)監(jiān)控、分析和優(yōu)化制藥流程，確保藥品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率。此外，檢測(cè)采用“相對(duì)位置”，檢測(cè)結(jié)果不會(huì)受瓶子在傳送帶上震動(dòng)而受影響。
其結(jié)合彩色工業(yè)相機(jī)可獲知藥物顏色，與事先設(shè)定的顏色比對(duì)，可辨識(shí)封裝的藥物是否正確、是否變質(zhì)、是否受污染，同樣可以自動(dòng)淘汰不合格產(chǎn)品。
需要注意的是，容器檢測(cè)的關(guān)鍵取決于光源、鏡頭、相機(jī)和軟件算法的結(jié)合。針對(duì)不同瓶型，必須選擇適宜的光源組合，將缺陷異物視覺(jué)對(duì)比度做到最高，提高檢測(cè)精度和準(zhǔn)確性。并運(yùn)用視覺(jué)算法對(duì)采集的圖片數(shù)據(jù)開(kāi)展處理和分類(lèi)，以提高準(zhǔn)確性。
二次包裝檢測(cè)：快一點(diǎn)!再快一點(diǎn)!
二次包裝檢測(cè)要清晰明確地標(biāo)明藥物的各類(lèi)信息，實(shí)現(xiàn)可溯源。在這一階段中，文字、數(shù)字、二維碼、圖形的識(shí)別是最重要的檢測(cè)部分，這恰好是機(jī)器視覺(jué)最擅長(zhǎng)的部分。機(jī)器視覺(jué)可高速實(shí)現(xiàn)“條碼識(shí)別、有無(wú)檢測(cè)、字符檢測(cè)”。
二次包裝檢測(cè)機(jī)器視覺(jué)可檢測(cè)的外包裝項(xiàng)目有：
1.有無(wú)檢測(cè)：字符、日期、logo、條碼等字符信息是否漏印;
2.錯(cuò)印檢測(cè)：信息是否準(zhǔn)確無(wú)誤，有沒(méi)有字母缺失，條碼是否準(zhǔn)確可讀;
3.規(guī)格檢測(cè)：字符標(biāo)識(shí)的大小、粗細(xì)是否合乎規(guī)范，印刷位置是否準(zhǔn)確;
4.清晰度檢測(cè)：是否存在模糊不清等瑕疵;
5.其他缺陷檢測(cè)：是否有黑點(diǎn)、飛墨、臟污，是否重印等。
在該類(lèi)應(yīng)用中，機(jī)器視覺(jué)的工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單——通過(guò)攝像機(jī)拍攝(采集)包裝上的圖像，與該印品的標(biāo)準(zhǔn)圖像(模板)相匹配比較，如果發(fā)現(xiàn)差異并超出設(shè)定的公差范圍，則判定為不合格產(chǎn)品
因此，在二次包裝檢測(cè)的過(guò)程中，企業(yè)對(duì)速度的要求更高。攝像機(jī)種類(lèi)、設(shè)備接口種類(lèi)是影響連續(xù)高速識(shí)別最關(guān)鍵的兩大因素。
針對(duì)印刷質(zhì)量檢測(cè)的機(jī)器視覺(jué)設(shè)備中，可選擇的攝像機(jī)有兩類(lèi)：線(xiàn)陣式攝像機(jī)和面陣式攝像機(jī)。
線(xiàn)陣式攝像機(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(xiàn)的形式從攝像機(jī)前來(lái)回通過(guò)才能獲得完整的圖像，這適合于對(duì)以一定速度勻速運(yùn)動(dòng)的物體的圖像檢測(cè)。面陣式攝像機(jī)可以一次獲得整幅圖像的信息，攝像速度更快，可識(shí)別檢測(cè)的信息也更多。在實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際情況選擇。
設(shè)備接口的類(lèi)型，決定了攝像機(jī)拍攝后圖像上傳速度的快慢，有專(zhuān)業(yè)型和消費(fèi)型兩種。
比如，檢測(cè)印刷這類(lèi)連續(xù)流水作業(yè)的行掃描攝像頭，其工作頻率一般處于kHz水平。為保證最高速率，此類(lèi)應(yīng)用通常使用CarmeraLink(支持最大6.8Gbit/s數(shù)據(jù)傳輸)和CoaXPress(支持最大12Gbit/s數(shù)據(jù)傳輸)這些專(zhuān)用型機(jī)器視覺(jué)接口。除了攝像頭外，還需要圖像采集卡、專(zhuān)用線(xiàn)纜，一定程度上增加了設(shè)備集成的難度與成本。
相比之下，目前以USB3.1Gen1和千兆以太網(wǎng)為主的消費(fèi)型接口，具備便捷部署、組成簡(jiǎn)單和價(jià)格合理的優(yōu)勢(shì)。USB3.1Gen1接口可提供最大4Gibt/s的圖像數(shù)據(jù)帶寬，支持直接內(nèi)存存取(DMA)功能?？梢詫D像數(shù)據(jù)從USB直接傳送到內(nèi)存供軟件使用，與各類(lèi)攝像頭與軟件的兼容性更好。
千兆以太網(wǎng)(GigE)提供最大1Gbit/s的圖像數(shù)據(jù)帶寬。與USB不同，GigE不支持DMA。在傳輸過(guò)程中需要先將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)重組為圖像框架后，再?gòu)?fù)制到軟件可存取內(nèi)存中。雖然現(xiàn)代PC的性能足夠強(qiáng)悍，但對(duì)于部分低功率嵌入式系統(tǒng)依然會(huì)產(chǎn)生延遲。好在以太網(wǎng)電纜中包含屏蔽層，并具有數(shù)據(jù)重發(fā)功能，適用于有較大電磁干擾及對(duì)傳輸可靠性有一定要求的生產(chǎn)場(chǎng)景。
目前，以太網(wǎng)消費(fèi)型接口已發(fā)展至萬(wàn)兆以太網(wǎng)(10GigE)，最高帶寬可達(dá)10Gbit/s，是高分辨率3D掃描、容積捕捉和精密計(jì)量的理想選擇。5G的加入，更大大降低了智能工廠(chǎng)的構(gòu)建難度，成為更多高端復(fù)雜檢測(cè)的首選接口。
配件檢測(cè)：不放過(guò)任何缺陷
不少藥品生產(chǎn)時(shí)需配套生產(chǎn)醫(yī)療器械，同樣需要應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)。以注射器為例，注射器在自動(dòng)裝配過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生倒插現(xiàn)象(針尖部位被插入針座)，不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危害生命。
在此類(lèi)細(xì)小瑕疵檢測(cè)中，速度退居次位，獲取清晰的細(xì)節(jié)輪廓才是最重要的。
針尖在磨削后自動(dòng)進(jìn)入視覺(jué)檢測(cè)區(qū)域拍照。通過(guò)背光照明(獲取高清晰的針尖輪廓)、環(huán)形光照明(產(chǎn)生最適合高反射物體的無(wú)方向、柔和的光)等布光方式，獲得需要的高清圖像。檢測(cè)后，輸出相應(yīng)結(jié)果信號(hào)至對(duì)應(yīng)產(chǎn)線(xiàn)PLC。生產(chǎn)線(xiàn)PLC根據(jù)得到的信號(hào)，控制產(chǎn)線(xiàn)做相應(yīng)動(dòng)作(剔除NG品或者通過(guò))。目前該系統(tǒng)已成功投入到生產(chǎn)線(xiàn)上使用，檢測(cè)總時(shí)長(zhǎng)(單次“拍照+處理”時(shí)間)在100-120ms，無(wú)漏檢，誤檢率小于千分之五。
綜上所述，基于機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的表面瑕疵檢測(cè)系統(tǒng)能夠在線(xiàn)高速掃描每個(gè)產(chǎn)品，形成高分辨率的圖像，并實(shí)時(shí)處理，準(zhǔn)確捕捉各種表面缺陷，在線(xiàn)剔除殘次品。結(jié)合報(bào)警、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量分析和分揀等處理，有效提高產(chǎn)品合格率，為企業(yè)降本增效。
在藥品包裝檢測(cè)的應(yīng)用中，內(nèi)包裝質(zhì)量、外包裝信息、配件細(xì)節(jié)檢測(cè)是最主要的檢測(cè)內(nèi)容。相比復(fù)雜的3D檢測(cè)，包裝檢測(cè)技術(shù)較成熟，應(yīng)用范圍大，市場(chǎng)接受度高。未來(lái)，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)還將融入5G技術(shù)，向著更快、更便捷、更高自動(dòng)化方向發(fā)展。
