全自动硬胶囊检验机分析

杨永明

摘要：全自动胶囊检验机，将胶囊帽体360。两个球面及内部缺陷全自动检测，无盲区；可高效检测出胶囊A、B、C类外观缺陷，符合行业标准；针对不同产品快速建模和品种管理，对胶囊颜色自动进行分拣；检测数据实时存储，检测结果、实时图像、运行状态动态显示；缺陷品高速自动剔除，定位精确；设备操作简便，运行稳定，维护简单，清洗方便，符合GMP要求。

关键词：硬胶囊；全自动胶囊检验机；机器视觉检测；图像识别技术；全方位信息融合算法

中图分类号：R197 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）10-0017-02

1 概述

我公司是专门生产硬胶囊产品的企业，拥有全自动硬胶囊生产线20条，年生产能力为80亿粒。下机的产品全靠后工序灯检人员人工进行分选，为了能及时将下机的胶囊分选入库，在后工序配备了占全部人员3/5的灯检工，产出效率低下，易受情绪的干扰，分选的胶囊质量不可靠和不精确，不可能做到100%全检，发出的产品因质量问题时有退货发生。针对此现状我们研发了胶囊外观智能检测系统，用来代替人工全自动检测胶囊外观质量。

胶囊外观视觉检测系统是建立在当今快速发展的高速图像处理技术及机器视觉技术基础之上的产品。它能检测出外观质量不合格的胶囊，并可以发出相应的剔除信号，从而控制系统的剔除机构将不合格的胶囊从链板检测线上剔除。

全自动胶囊检验机检测速度快且高效，一方面可以分选出质量信得过的产品；另一方面100%的检测数据可以被验证下机产品存在的质量缺陷，用此数据可以用来指导生产，从而保证了对用户的质量承诺，最大限度地满足了用户的需求。

全自动胶囊检验机的使用，将员工从以前的经常加班中解脱出来，减轻了劳动强度，提高了工作效率。

2 机器视觉检测系统

2.1 机器视觉检测系统介绍

机器视觉检测的主要过程为：首先采用CCD摄像机将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号。其次图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、长度、数量、位置等。最后，根据预设的容许度和其他条件输出结果，如尺寸、角度、偏移量、个数、合格/不合格等，极大地提高了工作效率和产品的质量。随着跨学科基础研究的不断深入，计算机性能的快速提高和其他视觉测量外围组件性价比的提高，基于机器视觉的精密检测技术必将会有更广阔的应用前景。

全自动硬胶囊检验机能自动完成胶囊的表面、内部缺陷检测，减轻劳动强度，提高生产效率，符合制药卫生要求，是目前制药行业胶囊药品检测的重要设备，使生产线达到高速、实时、准确和高效的目的。实现了自动化高精度检测，与一般意义上的人工或其他检测系统相比，较大地提升了精度、速度，适用于大批量、高度重复生产过程中的测量、检查和辨识。

研究开发了一种用于硬胶囊检测设备的识别装置，包括光学成像系统、电控部件、图形处理器，光学成像系统包括相机、LED光源和定位传感器，相机和LED光源上分别设置有偏振片，图形处理器中设置有千兆网卡，传送带上至少设置有两个检测位，每个检测位上设置有一个光学成像系统，相机设置在检测位正上方，分别与电控部件及千兆网卡连接，相机下方设置有LED光源，LED光源与电控部件连接，定位传感器设置在传送带上，定位传感器分别与电控部件及千兆网卡连接，每个检测位对应的传送带下方还设置有背光源，背光源与电控部件连接，且其中至少有一个红外背光源。该装置精度高、成本低，可提高包装质量。

研究开发了一种用于硬胶囊的检测设备，该硬胶囊检测设备，包括排列装置、传送装置、识别装置和分离装置。识别装置包括光学成像系统、电控部件、图形处理器，分离装置包括电磁阀、气嘴、气源，传送装置的传送带上至少设置有两个检测位，识别装置的光学成像系统中还设置有背光源，每个检测位对应的传送带下方设置有背光源，气嘴设置在传送带上。该设备稳定性好、精度较高、相对成本低、避免二次污染，能提高硬胶囊包装质量。

研究开发了系统软件，结合所检测物体以及选用的系统硬件，本系统用Visual C++6.0开发了一套插线卡参数测量软件。用户可通过建立好的应用程序来控制数字摄像机完成图像的连续采集、显示、处理等工作。该软件包括图像采集、图像处理、参数测量及结果输出等。

2.2 机器视觉检测创新点

创新点一：提出了基于图像识别技术的硬胶囊外观缺陷和内部缺陷的自动检测与完整性判断方法，建立了36种胶囊内外缺陷特征库，自主研发了硬胶囊排列装置，采用图像增强、边缘锐化和降噪等处理方法，通过对胶囊图像关键特征采集、量化和识别比对，实现了低成本分选和高速有效的胶囊完整性检测。

本产品将机器视觉技术应用于硬胶囊缺陷检测中，采用基于模式匹配与图像识别的图像处理技术，完成了硬胶囊的外观及内部缺陷自动检测与完整性判断方法。

胶囊的尺寸对人眼检测来说是一件非常困难的事情，而本产品采用的图像处理算法采用了一阶微分进行处理，这样的处理精度可达到实际尺寸0.05mm，完全超越了人眼的检测精度。

创新点二：采用两台工业相机和一套自主开发的控制装置，通过胶囊的滚动，获得了相当于4台相机得到的图像信息，结合具有自主知识产权的“图像合并的全方位信息融合算法”，实现了胶囊的360°的内外缺陷状况的全方位检测。

可实现大批量生产过程中的测量、检查和辨识，改变了以往需要人工检测的情况，节省了大量的时间以及劳动力资源。

首先，采用的现有成熟关键技术：

（1）多相机系统中的数据切换技术。

（2）网络相机的巨型数据包技术。

（3）单片机的信号筛选技术。

（4）单片机中的数据缓冲技术。

（5）剔除装置中的空气动力技术。

（6）基于旋转编码器的信号计数技术。

（7）基于Sobel滤波的图像匹配技术。

（8）不同曝光条件下的轮廓提取技术。

（9）高精度的边界检测技术。

其次，已攻克的关键技术：

（1）胶囊在不同的拍照位置上排列的情况下，程序能够将这些图像信息数据准确地进行处理合并。

（2）基于胶囊轮廓的轮廓提取技术，这种方式需要事先制定胶囊的大小，程序就能够准确地提取到图像中的胶囊。

（3）基于传感器的等间距信号筛选技术，在传送带每转动过一定的距离后，获得一个触发信号。

（4）对于图像中的缺陷进行多种检测，其中正色、反色处理同时进行，并合并两个处理的结果。

再次，待研究的关键技术：

进一步提高图像的处理速度，使得图像能够更快地完成图像处理技术，完善各种识别算法，力争精简并最终完成多种算法可同时嵌入单片中，从而完善设备的整体性和处理能力，提高设备工作效率。

经济、人口、资源与环境持续协调发展是我国目前面临的主要问题，我国人口多、人均资源量少，更要注意资源的开发利用。其中依靠科技进步，提高产品的利用率，减少浪费，使经济与社会的发展相协调。特别是目前胶囊行业使用的国产生产线，技术含量不高，产品下机合格率低，靠大量的人工在后工序分选胶囊，造成了人力和物力的极大浪费。在胶囊行业推行我公司研发的全自动胶囊检验机，作为提高产品质量、降低消耗的示范项目重点推广，以其高效的显著特点，为创建节约型社会做出了贡献。

参考文献

[1] 贾德云.机器视觉[M].北京：科学出版社，2002.

[2] 郑南宁.计算机视觉与模式识别[M].北京：国防工业出版

社，1998.

[3] 李大友，刘小伟.图形图像处理技术[M].北京：清华大学出版社，2004.

（责任编辑：黄银芳）