封  帆：三峽大學(xué)電氣信息學(xué)院

    1  概述

    在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中，涉及到各種各樣的檢查、測量和零件識別。這類應(yīng)用的共同特點(diǎn)是連續(xù)大批量生產(chǎn)、對外觀質(zhì)量的要求非常高。通常這種帶有高度重復(fù)性和智能性的工作只能靠人工檢測來完成。人眼無法連續(xù)、穩(wěn)定地完成這些帶有高度重復(fù)性和智能性的工作，其它物理量傳感器也難有用武之地。由此人們開始考慮利用光電成像系統(tǒng)采集被控目標(biāo)的圖像，而后經(jīng)計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ玫膱D像處理模塊進(jìn)行數(shù)字化處理，根據(jù)圖像的像素分布、亮度和顏色等信息，來進(jìn)行尺寸、形狀、顏色等的判別。這樣，就把計(jì)算機(jī)的快速性、可重復(fù)性，與人眼視覺的高度智能化和抽象能力相結(jié)合，由此產(chǎn)生了機(jī)器視覺的概念。

    機(jī)器視覺系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備精密控制、智能化、自動化有有效途徑，堪稱現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的“機(jī)器眼睛”。其最大優(yōu)點(diǎn)為：

    (1)實(shí)現(xiàn)非接觸測量。對觀測與被觀測者都不會產(chǎn)生任何損傷，而提高了系統(tǒng)的可靠性；

    (2)具有較寬的光譜響應(yīng)范圍。機(jī)器視覺則可以利用專用的光敏元件，可以觀察到人類無法看到的世界，從而擴(kuò)展了人類的視覺范圍；

    (3)長時(shí)間工作。人類難以長時(shí)間地對同一對象進(jìn)行觀察。機(jī)器視覺系統(tǒng)則可以長時(shí)間地執(zhí)行觀測、分析與識別任務(wù) , 并可應(yīng)用于惡劣的工作環(huán)境。

    2  針劑生產(chǎn)線安瓶檢測識別系統(tǒng)

    根據(jù)某藥業(yè)有限公司生產(chǎn)實(shí)際及其要求，吸取以往針劑生產(chǎn)中出現(xiàn)差錯(cuò)的教訓(xùn)，在針劑生產(chǎn)線上采用先進(jìn)的智能圖像檢測識別技術(shù)，對安瓶多支、缺支、空支進(jìn)行自動檢測、識別和處理，同時(shí)記錄每天生產(chǎn)數(shù)量、每月產(chǎn)品總量,確保藥品出廠數(shù)量上準(zhǔn)確可靠。安瓶在自動生產(chǎn)線上流轉(zhuǎn)過程中，由于安瓶內(nèi)氣泡的影響及所貼的標(biāo)簽的不規(guī)則性，有的甚至漏裝藥液或瓶子破損而導(dǎo)致空瓶，給安瓶檢測計(jì)數(shù)造成相當(dāng)?shù)睦щy。目前，在國內(nèi)外還沒看到類似檢測案例及檢測裝置。

    本系統(tǒng)用新型檢測手段和方法，綜合應(yīng)用智能圖像檢測識別技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)對采集到的數(shù)據(jù)自動識別處理，計(jì)劃研制出一套具備能在線自動識別、檢測安瓶是否多支、缺支、空瓶等功能并實(shí)現(xiàn)對其報(bào)警、計(jì)數(shù)顯示、基于智能機(jī)器視覺的針劑生產(chǎn)線安瓶檢測識別系統(tǒng)。

    智能機(jī)器視覺檢測識別系統(tǒng)包括三個(gè)主要部分：DVT510智能圖像傳感器，紅色LED條型光源和外部觸發(fā)信號，如圖1所示。選用紅色LED，低角度位、側(cè)面照射，成像效果最佳。光纖傳感器作為外部觸發(fā)信號，當(dāng)被檢測藥盒在生產(chǎn)線上流動時(shí)，光纖傳感器給出觸發(fā)信號，DVT510采集圖像。

圖1 智能機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)示意圖

    DVT510成像效果如圖2所示。位置三為缺支情況，位置七為安瓶破損，其它位置為正常情況。圖2是未經(jīng)處理的原始成像圖，可以看出，裝藥合格的安瓶，瓶頸處為白色亮條；安瓶破損的瓶頸處亮斑很小，與有藥水的安瓶有明顯區(qū)別；沒安瓶的位置為全黑色。所以可以通過測量盒內(nèi)10個(gè)安瓶瓶頸處的亮條個(gè)數(shù)，來判斷藥盒是否合格

    圖3是智能圖像傳感器Blob工具成像圖。Blob 工具軟傳感器將亮或暗象素區(qū)域聚集成一個(gè)連通區(qū)域稱為 blob。Blob 可以根據(jù)多個(gè)不同的規(guī)則聚類。通過參數(shù)可以設(shè)置為一個(gè)區(qū)域的blob 數(shù)目。Blob 工具的靈活性使其在在線檢測時(shí)非常有用。從圖3可以看出，未經(jīng)blob工具處理的圖像，“亮度”特征不理想，blob區(qū)域不連貫。

    圖4是智能圖像傳感器Blob工具處理后的成像圖。根據(jù)“亮度”特征大于200的亮度區(qū)形成blob塊，再利用blob工具進(jìn)行“封閉”處理，從而形成八個(gè)blob連通區(qū)。通過報(bào)警參數(shù)的設(shè)置，可以根據(jù)封閉的blob塊數(shù)目判斷一盒藥“合格”和“不合格”。

圖2  DVT510原始成像圖

圖3  BLOB工具成像圖

圖4  BLOB工具軟傳感器處理后的效果圖

    但是藥盒在運(yùn)動，里面的藥品可能會發(fā)生振動，就有可能在一個(gè)瓶頸處形成不止一個(gè)blob塊，就有可能發(fā)生誤判。所以必須對方法進(jìn)行改進(jìn)，在每個(gè)瓶頸處都設(shè)置一個(gè)區(qū)域，共10個(gè)。只有當(dāng)檢測到每個(gè)區(qū)域內(nèi)的blob塊大于等于一個(gè)就算是合格的。

    圖5是改進(jìn)后blob工具軟傳感器處理后的效果圖，我們可以看到位置十的瓶頸處出現(xiàn)了兩個(gè)blob塊，如果此時(shí)缺瓶的話，按原來的方法，仍然檢測到10個(gè)blob塊，就會發(fā)生誤判。根據(jù)判斷結(jié)果DVT智能圖像傳感器輸出合格信號或者不合格信號給計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器計(jì)下合格和不合格產(chǎn)品數(shù)目。

    DVT510有用于輸入輸出的數(shù)字I/O接口和用于和計(jì)算機(jī)通信的外部接口。圖6和表1為510M視覺傳感器的I/O電纜接線圖和連接方式。I/O 1是輸入信號，就是圖1中的光纖傳感器給出觸發(fā)信號，當(dāng)有信號輸入，DVT510就開始攝像，然后對圖像進(jìn)行上述處理，判斷是否合格，之后通過I/O 6和I/O 7輸出。完成之后等待下一個(gè)觸發(fā)信號。

圖5  改進(jìn)后blob工具軟傳感器處理后的效果圖

圖6  I/O電纜接線圖

    表1

    識別系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)通信用RJ-45連接，連接方式如圖7。首先設(shè)置電腦IP和傳感器IP，使他們在同一個(gè)局域網(wǎng)中。打開軟件，選擇網(wǎng)絡(luò)鄰居，選中智能傳感器，并連接就能看到從傳感器看到的實(shí)時(shí)圖像。調(diào)節(jié)光圈，焦距，獲得清晰的圖像。在清晰的圖像上完成對Blob工具選擇與參數(shù)設(shè)置。保存后退出，系統(tǒng)就可以開始工作了。

圖7  以太網(wǎng)線接線圖

    3  總結(jié)

    機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)線自動化程度。尤其是在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人眼難以滿足要求的場合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。

    我們研制的基于智能機(jī)器視覺的針劑生產(chǎn)線安瓶檢測識別系統(tǒng)全面達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能準(zhǔn)確、可靠記錄藥品生產(chǎn)的總量、不合格數(shù)量、生產(chǎn)日期等，計(jì)數(shù)速度遠(yuǎn)大于600支/分鐘。采用該系統(tǒng)后，對提高生產(chǎn)效率、減輕工人勞動強(qiáng)度和藥品在流動的各個(gè)環(huán)節(jié)的管理提供依據(jù)等方面也有十分重要的意義。

    其他作者：施保華（1965―），男，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、智能控制理論、PLC、DSP、FPGA等技術(shù)開發(fā)。