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    封  帆：三峽大學電氣信息學院

    1  概述

    在現代工業自動化生產中，涉及到各種各樣的檢查、測量和零件識別。這類應用的共同特點是連續大批量生產、對外觀質量的要求非常高。通常這種帶有高度重復性和智能性的工作只能靠人工檢測來完成。人眼無法連續、穩定地完成這些帶有高度重復性和智能性的工作，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采集被控目標的圖像，而后經計算機或專用的圖像處理模塊進行數字化處理，根據圖像的像素分布、亮度和顏色等信息，來進行尺寸、形狀、顏色等的判別。這樣，就把計算機的快速性、可重復性，與人眼視覺的高度智能化和抽象能力相結合，由此產生了機器視覺的概念。

    機器視覺系統是實現儀器設備精密控制、智能化、自動化有有效途徑，堪稱現代工業生產的“機器眼睛”。其最大優點為：

    (1)實現非接觸測量。對觀測與被觀測者都不會產生任何損傷，而提高了系統的可靠性；

    (2)具有較寬的光譜響應范圍。機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，從而擴展了人類的視覺范圍；

    (3)長時間工作。人類難以長時間地對同一對象進行觀察。機器視覺系統則可以長時間地執行觀測、分析與識別任務 , 并可應用于惡劣的工作環境。

    2  針劑生產線安瓶檢測識別系統

    根據某藥業有限公司生產實際及其要求，吸取以往針劑生產中出現差錯的教訓，在針劑生產線上采用先進的智能圖像檢測識別技術，對安瓶多支、缺支、空支進行自動檢測、識別和處理，同時記錄每天生產數量、每月產品總量,確保藥品出廠數量上準確可靠。安瓶在自動生產線上流轉過程中，由于安瓶內氣泡的影響及所貼的標簽的不規則性，有的甚至漏裝藥液或瓶子破損而導致空瓶，給安瓶檢測計數造成相當的困難。目前，在國內外還沒看到類似檢測案例及檢測裝置。

    本系統用新型檢測手段和方法，綜合應用智能圖像檢測識別技術、計算機技術、自動檢測與轉換技術對采集到的數據自動識別處理，計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、空瓶等功能并實現對其報警、計數顯示、基于智能機器視覺的針劑生產線安瓶檢測識別系統。

    智能機器視覺檢測識別系統包括三個主要部分：DVT510智能圖像傳感器，紅色LED條型光源和外部觸發信號，如圖1所示。選用紅色LED，低角度位、側面照射，成像效果最佳。光纖傳感器作為外部觸發信號，當被檢測藥盒在生產線上流動時，光纖傳感器給出觸發信號，DVT510采集圖像。

圖1 智能機器視覺檢測系統示意圖

    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別；沒安瓶的位置為全黑色。所以可以通過測量盒內10個安瓶瓶頸處的亮條個數，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域聚集成一個連通區域稱為 blob。Blob 可以根據多個不同的規則聚類。通過參數可以設置為一個區域的blob 數目。Blob 工具的靈活性使其在在線檢測時非常有用。從圖3可以看出，未經blob工具處理的圖像，“亮度”特征不理想，blob區域不連貫。

    圖4是智能圖像傳感器Blob工具處理后的成像圖。根據“亮度”特征大于200的亮度區形成blob塊，再利用blob工具進行“封閉”處理，從而形成八個blob連通區。通過報警參數的設置，可以根據封閉的blob塊數目判斷一盒藥“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

    但是藥盒在運動，里面的藥品可能會發生振動，就有可能在一個瓶頸處形成不止一個blob塊，就有可能發生誤判。所以必須對方法進行改進，在每個瓶頸處都設置一個區域，共10個。只有當檢測到每個區域內的blob塊大于等于一個就算是合格的。

    圖5是改進后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了兩個blob塊，如果此時缺瓶的話，按原來的方法，仍然檢測到10個blob塊，就會發生誤判。根據判斷結果DVT智能圖像傳感器輸出合格信號或者不合格信號給計數器，計數器計下合格和不合格產品數目。

    DVT510有用于輸入輸出的數字I/O接口和用于和計算機通信的外部接口。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信號，當有信號輸入，DVT510就開始攝像，然后對圖像進行上述處理，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觸發信號。

圖5  改進后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

    識別系統和計算機通信用RJ-45連接，連接方式如圖7。首先設置電腦IP和傳感器IP，使他們在同一個局域網中。打開軟件，選擇網絡鄰居，選中智能傳感器，并連接就能看到從傳感器看到的實時圖像。調節光圈，焦距，獲得清晰的圖像。在清晰的圖像上完成對Blob工具選擇與參數設置。保存后退出，系統就可以開始工作了。

圖7  以太網線接線圖

    3  總結

    機器視覺系統的特點是提高生產的產品質量和生產線自動化程度。尤其是在一些不適合于人工作業的危險工作環境或人眼難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業生產過程中，用人工視覺檢查產品質量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產效率和生產的自動化程度。

    我們研制的基于智能機器視覺的針劑生產線安瓶檢測識別系統全面達到設計要求，能準確、可靠記錄藥品生產的總量、不合格數量、生產日期等，計數速度遠大于600支/分鐘。采用該系統后，對提高生產效率、減輕工人勞動強度和藥品在流動的各個環節的管理提供依據等方面也有十分重要的意義。

    其他作者：施保華（1965―），男，副教授，碩士生導師，主要研究方向計算機控制技術、智能控制理論、PLC、DSP、FPGA等技術開發。