基於計算機視覺的軟膠囊質量在線檢測的裝置與方法
2023-11-30 16:18:01
專利名稱：基於計算機視覺的軟膠囊質量在線檢測的裝置與方法
技術領域：
本發明涉及一種按照物品的特性進行實時在線檢測的機器視覺檢測裝置和方法，特指一種基於計算機視覺的軟膠囊質量在線檢測的裝置與方法。
背景技術：
軟膠囊是繼片、針劑後發展起來的一種新劑型，能將油狀藥物、藥物溶液或藥物混懸液、糊狀物甚至藥物粉末定量壓注並包封於膠膜內，形成大小、形狀各異的密封膠囊。與其他劑型相比，具備生物利用度高、含量準確、均勻性好、外形美觀等特點；若是油狀約物，還可省去吸收、固化等技術處理，可有效避免油狀藥物從吸收輔料中滲出，故軟膠囊是油性藥物最適宜的劑型。此外，低熔點藥物、生物利用度差的疏水性藥物、不良苦味及嗅味的藥物、微量活性藥物及遇光、溼、熱不穩定及易氧化的藥物也適合製成軟膠囊。軟膠囊在中國還是近幾年才逐漸流行的新劑型，但是它適用於液狀、膏狀、粉狀等多種形式的物質，造型美觀、易於服用、約效快，這許多優點使得軟膠囊越來越廣泛地被應用於製藥業，並且很快受到保健品、食品、化妝品等多個行業的歡迎。軟膠囊的特性和生產過程對設備和技術提出了很高的要求，軟膠囊的高品質要靠採用先進技術的設備來保證，這樣才能滿足消費者的需求，經受住激烈的市場競爭。目前，為了保證軟膠囊的質量，生產廠家一般都採用人工手工檢測的方式。這種檢測方式不但勞動強度高、勞動成本大，而且由於人工檢測的主官性不能保證對所有膠囊質量的準確檢測。另外，現有的一些膠囊檢測技術，如相關研究專利「膠囊自動在線稱重檢測機」(申請號200420064679.2)由於其是基於一種稱量原理的檢測，只適合於對硬膠囊在線檢測。並且該方法無法剔除那些外形不規則的軟膠囊(異型丸)。眾多軟膠囊生產廠商都提出實現軟膠囊逐粒質量(特別是重量)檢測並自動剔除的要求。
發明內容
為克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種基於計算機視覺在線軟膠囊質量(特別是重量)檢測分級的方法與裝置，可以準確、有效、全面地獲取那些在輸送鏈上高速運動的膠囊圖像，通過圖像處理，提取膠囊的面積、大小、形狀等特徵參數，一方面根據這些特徵參數自動剔除那些異型膠囊；另一方面將這些特徵參數與膠囊的重量建立關係模型，迅速判斷該膠囊的重量是否合格，並將不合格的膠囊從生產線上自動剔除。
本發明的技術方案如下本發明所述檢測裝置由膠囊排列輸送部分、計算機視覺識別部分和膠囊剔除動作部分組成。計算機視覺識別部分的攝像頭安裝在膠囊排列輸送部分的輸送鏈上方，膠囊剔除動作部分安裝在膠囊排列輸送部分的輸送鏈側面。其特徵在於所述的膠囊排列輸送部分實現的功能是使軟膠囊在線有序排列，主要包括振動送料器和輸送鏈。由於現有的膠囊檢測設備的輸送部分都是針對硬膠囊設計的，將它們直接應用於軟膠囊很容易使軟膠囊破損。本發明是通過在輸送部分前端的支架上安裝振動送料器，使軟膠囊成單列順序輸出，並通過安裝在其上部的導管與輸送鏈連接，將軟膠囊一顆一顆的落在輸送鏈的凹坑裡，隨輸送鏈以一定的間隔順序水平向前輸送，一粒一粒的呈現給計算機視覺部分。
所述的膠囊剔除動作部分實現的功能是剔除那些重量不合格、異型的軟膠囊，主要由氣源、電磁閥和噴嘴順序連接組成。噴嘴安裝在輸送鏈後端的側面，要求它們能根據計算機視覺部分提供的分級信號產生動作，把重量不合格、異型的軟膠囊從輸送鏈上準確的剔除。
所述的計算機視覺識別部分，其是本發明的核心部分，由一個逐行掃描的攝像系統、一個光照箱、光電觸發傳感器、控制模塊和相應的軟體組成。其中逐行掃描的攝系統由一個逐行掃描攝像頭、一塊高速圖像採集卡、一臺計算機順序連接而成。光電觸發傳感器安裝在輸送鏈上，通過線路與計算機中的高速圖像採集卡和控制模塊相連，提供圖像拍攝的觸發信號和每個膠囊的位置；光照箱安裝在輸送鏈的上方，裡面安置有條形的LED光源，在膠囊表面產生均勻的漫反射光。逐行掃描攝像頭安裝在光照箱內，並垂直於安裝在輸送鏈的正上方，能拍攝到膠囊的圖像，攝像頭經線路與計算機內的高速數字圖像採集卡相連，將所拍攝的圖像存入計算機。計算機通過數據線與控制模塊相連，控制模塊發出信號控制膠囊剔除動作部分的電磁閥動作，將重量不合格、異型的軟膠囊從輸送鏈上準確的剔除。
本發明所述的檢測方法，其特徵在於(1).膠囊排列輸送部分使軟膠囊向前自動成單列以10個～15個/秒的速度隨輸送鏈高速輸送，保證在通過計算機視覺識別部分時膠囊能逐粒的呈現給計算機識別部分；(2).計算機視覺識別部分通過安裝在輸送鏈正上方的逐行掃描攝像系統，對每一粒膠囊採集圖像；(3).對所採集膠囊圖像進行序列圖像處理，完成膠囊面積、形狀、大小等特徵參數的提取，通過智能識別軟體判斷是否為異型丸以及確定該膠囊重量是否合格。
(4)對於那些異型丸和重量不合格的膠囊，計算機視覺部分發出指令給控制模塊，控制模塊發出信號控制膠囊剔除動作部分的電磁閥動作，將其從輸送鏈上準確的剔除。
所述的序列圖像處理中包括每一幅圖像獲取、去背景、濾波、信息存儲等。
所述的智能識別軟體中包含一些高精度的智能識別模型，建立所提取的膠囊圖像特徵參數與異型丸的關係模型，以及膠囊圖像特徵參數與膠囊重量的關係模型，並保證模型識別精度在97％以上。
光照箱中的光源可以針對不同的軟膠囊對象進行選擇和位置調整，選取合適的光源頻譜和空間位置，並使攝像頭的視場內的光照均勻一致，攝像頭在光源箱中的位置也可以根據膠囊對象進行調整，使攝像頭可以獲得膠囊圖像。
工作時，軟膠囊在膠囊排列輸送部分上有序排列並隨著輸送鏈前進，在計算機視覺識別部分內觸動光電觸發傳感器，光電觸發傳感器將膠囊位置發送給控制模塊和計算機，並觸發計算機內的高速圖像採集卡，採集膠囊的圖像。計算機在每次拍攝完後，及時對所拍攝的序列圖像進行處理，提取面積、大小、形狀等特徵參數，通過識別軟體完成膠囊是否為異型丸和重量的檢測。最後通過控制模塊將剔除指令發送到膠囊剔除動作部分，由電磁閥產生動作，將異型丸和重量不合格的膠囊從輸送鏈上準確的剔除。合格的軟膠囊自動進入接料盒中。
本發明的效果是(1)本發明的對軟膠囊重量的檢測不是直接稱量的方法，而是通過建立膠囊的圖像特徵參數與膠囊重量之間的關係，通過計算機視覺達到間接檢測膠囊重量的目的，保證高速在線檢測軟膠囊重量的準確性。(2)本發明在完成軟膠囊重量檢測的同時，還可完成異型丸的檢測。(3)本發明通過高速的處理軟體處理膠囊的圖像信息，保證膠囊檢測速度為10～15個/秒，也就是按一天8小時工作來說，可以分檢28.8～43.2萬粒軟膠囊。
圖1本發明的軟膠囊分選機示意圖；圖2輸送鏈放大圖；圖3光箱部分示意4計算機視覺預測的軟膠囊重量和實際重量的相關關係圖；1-料倉，2-振動送料器，3-輸送鏈，4-光電觸發傳感器，5-逐行掃描攝像頭，6-氣動噴嘴，7-接料盒，8-計算機，9-控制櫃，10-輸送鏈調節裝置，11-調速電機，12-輸送鏈支架，13-高速微型電磁閥，14-潔淨高壓氣源裝置，15-膠囊固定塊，16-鏈條，17-LED光源，18-軟膠囊，19-光箱具體實施方式
如圖1所示，本發明所述檢測裝置由膠囊排列輸送部分、計算機視覺識別部分和膠囊剔除動作部分組成。計算機視覺識別部分的逐行掃描攝像頭5安裝在膠囊排列輸送部分的輸送鏈3上方，膠囊剔除動作部分安裝的氣動噴嘴6安裝在膠囊排列輸送部分的輸送鏈5側面。
所述的膠囊排列輸送部分實現的功能是使軟膠囊在線有序排列，主要包括振動送料器2和輸送鏈3。振動送料器2安裝在輸送鏈3的前端，使軟體囊18成單列順序輸出，並通過安裝在其上部的導管與輸送鏈3連接，將軟膠囊18一顆一顆的落在輸送鏈3的凹坑裡，該凹坑由膠囊固定塊15形成，如圖2所示。軟膠囊18隨輸送鏈3以一定的間隔順序水平向前輸送，一粒一粒的呈現在逐行掃描攝像頭5的視野裡。
所述的膠囊剔除動作部分實現的功能是剔除那些重量不合格、異型的軟膠囊，主要由潔淨高壓氣源14、高速微型電磁閥13和氣動噴嘴6順序連接組成。氣動噴嘴6安裝在輸送鏈3後端的側面，要求它們能根據計算機視覺部分提供的分級信號產生動作，把重量不合格、異型的軟膠囊18從輸送鏈3上準確的剔除。
所述的計算機視覺識別部分，其是本發明的核心部分，由一個逐行掃描的攝像系統、一個光照箱19、光電觸發傳感器4、控制模塊和相應的軟體組成。其中逐行掃描的攝系統由一個逐行掃描攝像頭5、一塊高速圖像採集卡、一臺計算機8順序連接而成。光電觸發傳感器4安裝在輸送鏈3上，通過線路與計算機8中的高速圖像採集卡和控制模塊相連，提供圖像拍攝的觸發信號和每個膠囊的位置。如圖3所示，光照箱19安裝在輸送鏈3的上方，裡面安置有條形的LED光源17，在軟膠囊18表面產生均勻的漫反射光。逐行掃描攝像頭5安裝在光照箱19內，並垂直於安裝在輸送鏈3的正上方，能拍攝到軟膠囊18的圖像，攝像頭5經線路與計算機8內的高速數字圖像採集卡相連，將所拍攝的圖像存入計算機。計算機8通過數據線與控制模塊相連，根據處理的結果發送指令給控制模塊，控制模塊安置在控制櫃9中，控制模塊發出信號控制膠囊剔除動作部分的電磁閥13動作，將重量不合格、異型的軟膠囊18從輸送鏈3上準確的剔除。合格的軟膠囊18自動進入接料盒中。所述的軟膠囊的重量判斷是通過建立膠囊的圖像特徵參數與膠囊重量之間的關係(如圖4所示)來實現檢測的。
工作時，軟膠囊18在膠囊排列輸送部分上有序排列並隨著輸送鏈3前進，在計算機視覺識別部分觸動光電觸發傳感器4，光電觸發傳感器4將膠囊位置發送給控制模塊和計算機8，並觸發計算機8內的高速圖像採集卡，採集軟膠囊18的圖像。計算機8在每次拍攝完後，及時對所拍攝的序列圖像進行處理，提取面積、大小、形狀等特徵參數，通過識別軟體完成軟膠囊18是否為異型丸和重量的檢測。最後通過控制模塊將剔除指令發送到膠囊剔除動作部分，由電磁閥13產生動作，將異型丸和重量不合格的軟膠囊18從輸送鏈3上準確的剔除。合格的軟膠囊18自動進入接料盒7中。
權利要求
1.基於計算機視覺的軟膠囊質量在線檢測的裝置，其由膠囊排列輸送部分、計算機視覺識別部分和膠囊剔除動作部分組成，其特徵在於計算機視覺識別部分的攝像頭安裝在膠囊排列輸送部分的輸送鏈上方，膠囊剔除動作部分安裝在膠囊排列輸送部分的輸送鏈側面。
2.根據權利要求1所述的基於計算機視覺的軟膠囊質量在線檢測的裝置，其特徵是所述的膠囊排列輸送部分包括振動送料器和輸送鏈。在輸送部分前端的支架上安裝振動送料器，並通過安裝在其上部的導管與輸送鏈連接。
3.根據權利要求1所述的基於計算機視覺的軟膠囊質量在線檢測的裝置，其特徵是所述的膠囊剔除動作部分由氣源、電磁閥和噴嘴順序連接組成，噴嘴安裝在輸送鏈後端的側面。
4.根據權利要求1所述的基於計算機視覺的軟膠囊質量在線檢測的裝置，其特徵是所述的計算機視覺識別部分，由一個逐行掃描的攝像系統、一個光照箱、光電觸發傳感器、控制模塊和相應的軟體組成；其中逐行掃描的攝系統由一個逐行掃描攝像頭、一塊高速圖像採集卡、一臺計算機順序連接而成；電觸發傳感器安裝在輸送鏈上，通過線路與計算機中的高速圖像採集卡和控制模塊相連；光照箱安裝在輸送鏈的上方，裡面安置有條形的LED光源，逐行掃描攝像頭安裝在光照箱內，並垂直於安裝在輸送鏈的正上方，攝像頭經線路與計算機內的高速數字圖像採集卡相連。
5.根據權利要求1所述的基於計算機視覺的軟膠囊質量在線檢測的裝置的方法，其特徵在於(1).膠囊排列輸送部分使軟膠囊向前自動成單列以10個～15個/秒的速度隨輸送鏈高速輸送；(2).計算機視覺識別部分通過安裝在輸送鏈正上方的逐行掃描攝像系統，對每一粒膠囊採集圖像；(3).對所採集膠囊圖像進行序列圖像處理，完成膠囊面積、形狀、大小等特徵參數的提取，通過智能識別軟體判斷是否為異型丸以及確定該膠囊重量是否合格；(4)對於那些異型丸和重量不合格的膠囊，計算機視覺部分發出指令給控制模塊，控制模塊發出信號控制膠囊剔除動作部分的電磁閥動作，將其從輸送鏈上準確的剔除。
6.根據權利要求1所述的基於計算機視覺的軟膠囊質量在線檢測的裝置的方法，其特徵在於所述的序列圖像處理中包括每一幅圖像獲取、去背景、濾波、信息存儲等。
全文摘要
本發明涉及一種按照物品的特性進行實時在線檢測的機器視覺檢測裝置和方法，其由膠囊排列輸送部分、計算機視覺識別部分和膠囊剔除動作部分組成；其特徵是計算機視覺識別部分的攝像頭安裝在膠囊排列輸送部分的輸送鏈上方，膠囊剔除動作部分安裝在膠囊排列輸送部分的輸送鏈側面。膠囊排列輸送部分主要包括振動送料器和輸送鏈。膠囊剔除動作部分實現的功能是剔除那些重量不合格、異型的軟膠囊，主要由氣源、電磁閥和噴嘴順序連接組成。計算機視覺識別部分，其由一個逐行掃描的攝像系統、一個光照箱、光電觸發傳感器、控制模塊和相應的軟體組成。本發明通過計算機視覺達到間接檢測膠囊重量的目的，保證高速在線檢測軟膠囊重量的準確性。
文檔編號B65G17/00GK1943886SQ20061009674
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月13日 優先權日2006年10月13日
發明者趙傑文, 許友誼, 孫樂六, 鄒小波, 葛福才, 廈蓉, 張應龍 申請人:江蘇大學