高精度針孔檢測設(shè)備
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2023-01-12 08:18:20 精質(zhì)視覺
作為關(guān)系人類生命安全的特殊商品——藥品，其在生產(chǎn)、包裝、運輸中都有著嚴格的要求。為了減少次品率，越來越多的企業(yè)在藥品包裝的過程中引入機器視覺檢測系統(tǒng)，不僅提升了效率，更將NG率降到了歷史新低。
一般來說，機器視覺在藥品包裝檢測時有三類應(yīng)用：初包裝、二次包裝、配件檢測。
初包裝檢測：從源頭消滅不合格
初包裝是指把藥物裝進容器封口的過程，包裝合格的產(chǎn)品才能進入市場，因此它的檢測項目是最多的，也是最嚴格的。
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，缺點是有易碎的安全隱患。灌裝前，機器視覺會在特定光源環(huán)境下高速拍攝并對比，找出有瑕疵的容器并在線剔除。
裝瓶后，同樣需要經(jīng)過多道檢測來判斷是否合格。通常，制藥企業(yè)會記錄正常瓶口的特征和藥液的標(biāo)準(zhǔn)位置。經(jīng)過檢測鏡頭前時，相機會捕捉當(dāng)前被檢測物體的特征，與先前拍攝的樣本圖像進行比對檢測。
機器視覺在初包裝過程中有以下5大類檢測項目：
1.外形檢測(高矮瓶、斷口瓶、異形瓶、異色瓶、倒瓶、半截瓶);
2.瓶口檢測(瓶口上沿損壞、外沿損壞、下沿損壞);
3.瓶身檢測(瓶身污漬、裂紋、磨損);
4.瓶底檢測(瓶底污漬、異物、損壞、薄膜異物);
5.殘留液檢測(殘留液體)。
目前，制藥企業(yè)已廣泛采用高速USB工業(yè)相機來實現(xiàn)藥瓶檢測需求。
USB3.1工業(yè)相機的拍攝幀速可達539幀/秒，能快速且準(zhǔn)確地進行圖像數(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，且長時間連續(xù)運行。工業(yè)相機被廣泛用來監(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，檢測采用“相對位置”，檢測結(jié)果不會受瓶子在傳送帶上震動而受影響。
其結(jié)合彩色工業(yè)相機可獲知藥物顏色，與事先設(shè)定的顏色比對，可辨識封裝的藥物是否正確、是否變質(zhì)、是否受污染，同樣可以自動淘汰不合格產(chǎn)品。
需要注意的是，容器檢測的關(guān)鍵取決于光源、鏡頭、相機和軟件算法的結(jié)合。針對不同瓶型，必須選擇適宜的光源組合，將缺陷異物視覺對比度做到最高，提高檢測精度和準(zhǔn)確性。并運用視覺算法對采集的圖片數(shù)據(jù)開展處理和分類，以提高準(zhǔn)確性。
二次包裝檢測：快一點!再快一點!
二次包裝檢測要清晰明確地標(biāo)明藥物的各類信息，實現(xiàn)可溯源。在這一階段中，文字、數(shù)字、二維碼、圖形的識別是最重要的檢測部分，這恰好是機器視覺最擅長的部分。機器視覺可高速實現(xiàn)“條碼識別、有無檢測、字符檢測”。
二次包裝檢測機器視覺可檢測的外包裝項目有：
1.有無檢測：字符、日期、logo、條碼等字符信息是否漏印;
2.錯印檢測：信息是否準(zhǔn)確無誤，有沒有字母缺失，條碼是否準(zhǔn)確可讀;
3.規(guī)格檢測：字符標(biāo)識的大小、粗細是否合乎規(guī)范，印刷位置是否準(zhǔn)確;
4.清晰度檢測：是否存在模糊不清等瑕疵;
5.其他缺陷檢測：是否有黑點、飛墨、臟污，是否重印等。
在該類應(yīng)用中，機器視覺的工作原理相對簡單——通過攝像機拍攝(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，在二次包裝檢測的過程中，企業(yè)對速度的要求更高。攝像機種類、設(shè)備接口種類是影響連續(xù)高速識別最關(guān)鍵的兩大因素。
針對印刷質(zhì)量檢測的機器視覺設(shè)備中，可選擇的攝像機有兩類：線陣式攝像機和面陣式攝像機。
線陣式攝像機一次只能獲得圖像的一行信息，被拍攝的物體必須以直線的形式從攝像機前來回通過才能獲得完整的圖像，這適合于對以一定速度勻速運動的物體的圖像檢測。面陣式攝像機可以一次獲得整幅圖像的信息，攝像速度更快，可識別檢測的信息也更多。在實際應(yīng)用中需根據(jù)產(chǎn)品實際情況選擇。
設(shè)備接口的類型，決定了攝像機拍攝后圖像上傳速度的快慢，有專業(yè)型和消費型兩種。
比如，檢測印刷這類連續(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)這些專用型機器視覺接口。除了攝像頭外，還需要圖像采集卡、專用線纜，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)為主的消費型接口，具備便捷部署、組成簡單和價格合理的優(yōu)勢。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。可以將圖像數(shù)據(jù)從USB直接傳送到內(nèi)存供軟件使用，與各類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。在傳輸過程中需要先將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C重組為圖像框架后，再復(fù)制到軟件可存取內(nèi)存中。雖然現(xiàn)代PC的性能足夠強悍，但對于部分低功率嵌入式系統(tǒng)依然會產(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傳輸可靠性有一定要求的生產(chǎn)場景。
目前，以太網(wǎng)消費型接口已發(fā)展至萬兆以太網(wǎng)(10GigE)，最高帶寬可達10Gbit/s，是高分辨率3D掃描、容積捕捉和精密計量的理想選擇。5G的加入，更大大降低了智能工廠的構(gòu)建難度，成為更多高端復(fù)雜檢測的首選接口。
配件檢測：不放過任何缺陷
不少藥品生產(chǎn)時需配套生產(chǎn)醫(yī)療器械，同樣需要應(yīng)用機器視覺檢測。以注射器為例，注射器在自動裝配過程中可能會產(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，嚴重時會危害生命。
在此類細小瑕疵檢測中，速度退居次位，獲取清晰的細節(jié)輪廓才是最重要的。
針尖在磨削后自動進入視覺檢測區(qū)域拍照。通過背光照明(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方向、柔和的光)等布光方式，獲得需要的高清圖像。檢測后，輸出相應(yīng)結(jié)果信號至對應(yīng)產(chǎn)線PLC。生產(chǎn)線PLC根據(jù)得到的信號，控制產(chǎn)線做相應(yīng)動作(剔除NG品或者通過)。目前該系統(tǒng)已成功投入到生產(chǎn)線上使用，檢測總時長(單次“拍照+處理”時間)在100-120ms，無漏檢，誤檢率小于千分之五。
綜上所述，基于機器視覺檢測技術(shù)的表面瑕疵檢測系統(tǒng)能夠在線高速掃描每個產(chǎn)品，形成高分辨率的圖像，并實時處理，準(zhǔn)確捕捉各種表面缺陷，在線剔除殘次品。結(jié)合報警、報表統(tǒng)計、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。
在藥品包裝檢測的應(yīng)用中，內(nèi)包裝質(zhì)量、外包裝信息、配件細節(jié)檢測是最主要的檢測內(nèi)容。相比復(fù)雜的3D檢測，包裝檢測技術(shù)較成熟，應(yīng)用范圍大，市場接受度高。未來，機器視覺檢測系統(tǒng)還將融入5G技術(shù)，向著更快、更便捷、更高自動化方向發(fā)展。
