药品光电检测理论_药品检测基础理论知识

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第三章药品的光电检测理论

§3．1药品的光电检测

光电检测是将检测的物理信息用光辐射信号承载，检测光信号的变化，通过信号 处理变换，得到检测信息。光学检测主要应用在高分辨率测量、非破坏性分析、高速 检测、精密分析等领域，在非接触式、非破坏、高速、精密检测方面具有其他方法无 法比拟的优越性“““。

光电检测技术在药品包装机械中多用于计数、容器定位、色质检测等方面”“⋯。其特点是可以实现无接触检测，可将机械动态检测变成光电静态检测，从而显著简化 机械结构，通常被称为自动控制的眼睛，具有很高的响应速度。

药品光电检测系统主要由光源、探测器、信号处理装置等组成。根据光敏探测器 所感知的信号判断被测对象的有无、形状、位置等，按光源和探测器的相对位置不同 可分为反射型和透过型两种型式。

随着光电技术的发展，现常用的是一种特殊的经过调制的光。因为LD没有热惯 性，可以在通电的瞬间发光，并且可发出与电流波形相同的光，这大大提高了其抗干 扰能力“⋯，光源发出的光经被测物后照射在探测器上，探测器会产生随光强度变化的 光生载流予，经检波、放大处理，输入控制系统。

§3．2药品光电检测装置现场工作的问题

光电检测装置的发射和接收装置都安装在生产现场，在使用中暴露出一些问题，主要问题有：

1光学检测受装药系统的机械震动的影响而引起的移位或偏移，导致接收到光信

号的不稳定，而不能产生可靠的电信号。

2因光电检测装置安装在生产现场，受生产现场环境因素影响导致光电检测装置

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不能可靠的工作。如安装部位温度高，湿度大，导致光电检测装置内部的电子元件特 性改变或损坏。当然对于制药的生产和包装环境这一点可以不考虑，因为制药的环境 洁净无菌恒温。

3牛产现场的各种电磁干扰源，对光电检测装置产生的干扰，导致光电检测装置

输出波形发牛畸变失真，使系统误动。

4．由于背景光源的影响，对接收装置造成干扰，光电检测的精度受到影响。

5．因为光源的功率有限，发射装置和接收装置必须控制在一定距离内。

§3．3药品检测方法简介

药品的光电检测通常有反射、透射和机器视觉法。

§3．3．1激光透射检测法

它是通过激光的发射接收来工作的，药板进到检测位置后，激光发射头发射出激 光，而接收头进行接收，如果激光发射头下有药片，那么接收头将收不到光信息： 如收到了，则表示相应位置没有药片，即该板发生了药片漏装，并判为不合格，需要剔除。

这种方法有三大缺陷，其一是它只能检测出药片的漏装，而对部分缺损等缺陷则 浙江大学硕士学位论文

无能为力；其二是每换一种药板类型就要换一套激光发射接收头，因为药板上药片的分布位置变了，激光头的相对位置也必须随之改变；其三，只能针对使用透明模板的瓶装流水线，对于非透明模板无能为力。

§3．3．2激光反射检测法

检测采用激光反射检测的方法，如图3—2

光源探测器

冒目冒胃冒目冒目冒冒

lf lf If lf lf

●●●-●●-●●药片，胶妻

图3—2激光反射检测法原理示意图

药板进到检测位置后，接收头接收反射的激光信号，利用药片和模板的反射率的 不同进行检测。

这种方法可以不关心瓶装流水线是否使用透明模板，只是要求药品的反射率和表 面粗糙度与模板有较大的区别就可以工作。同样的它对药品的部分缺损也是无能为

力。

§3．3．3机器视觉法

美国机器人工业协会(RIA)的自动化视觉分会对机器视觉下的定义为：“机器 视觉是通过光学的装置和非接触的传感器自动地接收和处理一个真实物体的图像，以

获得所需信息或用于控制机器人运动的装置”。

在现代工业自动化生产中，涉及到各种各样的检验、监视及识别。通常人眼无法 连续、稳定地完成这些带有高度重复性和智能性的工作，其它物理量传感器也难有用

武之地。由此考虑利用光电成像系统采集被控目标的图像，而后经计算机或专用的图

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像处理模块进行数字化处理，根据图像的像素分布、亮度和颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别。这样，就把计算机的快速性、可重复性，与人眼视觉的高度智

能化和抽象能力相结合，由此产生了机器视觉的概念”1。

机器视觉法，又称为图像处理法。机器视觉技术用计算机来分析一个图像，并根 据分析得出结论。典型的机器视觉系统一般包括：光源、光学系统，相机、图像处理

单元(或图像采集卡)、图像分析处理软件、监视器、通讯／输入输出单元等”1。ccD、cMOs是目前机器视觉最为常用的图像传感器。

机器视觉包括以下几个过程；1图像采集。光学系统采集图像，图像转换成模拟 格式并传入计算机存储器。2图像处理。处理器运用不同的算法来提高对结论有重要

影响的图像要素。3特性提取。处理器识别并量化图像的关键特性，例如装药模

板上

承药孔的位置或者承药孔内的图像特性。然后这些数据传送到控制程序。4判决和控

制。处理器的控制程序根据收到的数据做出结论。例如：承药孔内是否有药品。机器视觉系统中，视觉信息的处理技术主要依赖于图像处理方法，它包括图像增 强、数据编码和传输、平滑、边缘锐化、分割、特征抽取、图像识别与理解等内容。

经过这些处理后，输出图像的质量得到相当程度的改善，既改善了图像的视觉效果，又便于计算机对图像进行分析、处理和识别。

机器视觉系统”。7’”3应具有以下几点要求和特点：

1．精度高。作为一个精确的测量仪器，设计优秀的视觉系统能够对一千个或更 多部件的一个进行空间测量。因为此种测量不需要接触，所以对脆弱部件没有磨损和

危险。

2．连续性，长时间工作。人类难以长时间地对同一对象进行观察。机器视觉系 统则可以长时间地执行观测、分析与识别任务，并可应用于恶劣的工作环境。

3．效率高。计算机处理器价值成本高，所以一个价值10000元的视觉系统应当 取代10000元以上的工资量的工人人数。

4．检测信息的复杂性和智能性。视觉系统能够进行传统无法做到的复杂智能测 量。应当适用于多变的条件，有强的鲁棒性。变化以后可以适应和识别。

5．实现非接触测量。对观测与被观测者都不会产生任何损伤。

随着图形处理算法的发展和硬件速度的提高以及成本的降低，采用CCD摄像头获 浙江大学硕士学位论文

取待检测药板的图像，然后把对药片的检测转化为对图像的分析处理，因为药片的诸

多不良都可以通过ccD的摄像很好地反映出来，而且不受位置的制约。这样，我们就

不仅可以检测出漏装，还可以检测出缺损。而且不受限于不同药板类型。如图3—3

栗

／l＼

●●●-●●●●药片，胶囊

图3—3机器视觉法原理示意图

ccD线列成像可用于图像识别。可用ccD将装药模板经过探测头位黉时承药孔图 像拍摄下来，转化为灰度图或二值化，经过差分或梯度等边缘算法的处理，提取边界

信息，与计算机中贮存的原承药孔图像进行对比，以此来判断承药孔中是否落有药片。

由于采用图像处理的方式，要考虑处理时间的问题，一次处理时间必须短于一瓶 药的运行周期，这样才可以做到运行的实时检测。通过实验，用软件采集一幅从ccD

镜头来的图像到内存需要约100毫秒的时间，而到目前为止，国内最快的药品包装生

产线的速度为约500毫秒／瓶，通过对一些图像处理算法的试验及推算，在剩下的400

毫秒内可以完成药品的分析处理。对于用ccD摄像头采集过来的图像也可以满足对药

品的分析处理要求。图像帧的采集靠牛产线包装机给出的同步信号触发，用软件接收。

对采集过来的图像进行分析处理后，如发现不良，则把结果信号送给生产线的剔除机

构以把不良药瓶剔除。

这种方法克服了上述2种方法的两大缺陷，不但能检测出药片的漏装，而对部分 缺损等缺陷也能检测出来：二是每换一种药板类型不需要换一套激光发射接收头。

该方法的对软件的要求高，相对成本较高。缺点是使用和维护成本高，耗能大，研发成本高，周期长，而且对用户的知识水平又较高的要求。不适宜一般的器械生产

型的制造加工企业。而且我们的目的只是实现有无的定性判断，相对来说，光电直接

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探测系统更加合适。