药片冲压设备高精度检测系统

1.一种药片冲压设备高精度检测系统，包括计算机，摄像机、镜头、药片冲杆、步进电机、光源灯、定位系统，摄像机由CMOS图像传感器和CMOS摄像头组成，镜头和摄像机连接在一起，摄像机通过通讯接口与计算机连接，摄像机固定在光学定位架上，光源灯给镜头提供光，药片冲杆固定在定位系统上，步进电机推动定位系统，其特征在于，所述定位系统包括底座(14)、镜头架(9)、燕尾立柱导轨(10)、升降机构(8)、步进电机平移台(13)、平移台上面的小型调节台、玻璃片(16)、背光光源(6)、底座(14)上面设有燕尾立柱导轨(10)，与燕尾导轨(10)相活配的燕尾槽活块上面安装有升降机构(8)，升降机构(8)上面设有镜头架(9)，底座(14)上面燕尾立柱导轨(10)前固定步进电机平移台(13)，平移台上面的小型调节台由固定在平移台上的固定座(15)、燕尾槽滑轨(11)及滑块(12)组成，药片冲杆(4)固定在小型调节台上，滑块(12)上面放置有玻璃片(16)，下面是背光LED光源(6)，固定在镜头架(9)上的摄像机镜头中心、玻璃片(16)中心、光源(6)中心在同一垂直线上。
2.根据权利要求1所述药片冲压设备高精度检测系统，其特征在于，所述CMOS图像传感器的最高分辨率2048*1536，像素尺寸为3.2μm*3.2μm，光学尺寸为1/2inch，信噪比＞
42dB，动态范围为60dB，敏感度为1.0V@550nm/lux/s。
3.根据权利要求1所述药片冲压设备高精度检测系统，其特征在于，所述CMOS摄像头的光学镜头的焦距为55mm，图像最大尺寸6.4mm*4.8mm，光圈F2.8-F32C，焦点范围
0.14m-无穷远，工作距离140mm，光学放大率0.5X。
4.根据权利要求1所述药片冲压设备高精度检测系统，其特征在于，所述步进电机平移台(13)行程为30mm，步距角1.8度，分辨率6.25μ，丝杆导程1mm，中心负载10kg。
5.根据权利要求1所述药片冲压设备高精度检测系统，其特征在于，所述光源灯(6)为低功率的红色LED面阵背光光源。
6.根据权利要求1所述药片冲压设备高精度检测系统，其特征在于，所述计算机数据输出口接显示器或打印机。

药片冲压设备高精度检测系统\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种检测设备，特别涉及一种药片冲压设备高精度检测系统。\n背景技术\n[0002] 药片冲压设备在药片的制作过程中起到关键作用，通过它的冲压作用我们可以把药粉做成药片。它包括上冲杆、下冲杆和中模。如果冲杆的长度不精确，会使冲压出的药片形状不同，重量不均，对于那些对剂量要求很苛刻的药物而言，这种情况会直接影响治疗效果，危及患者的生命健康。\n[0003] 影响药片制作质量的因素主要就是冲杆的长度，冲杆过长可能会把药片压缩的很厉害，过短又可能使药片的体积变得很大。本实用新型主要实现对药片上冲杆和下冲杆的检测，即检测药片上下冲杆的长度是否准确，只有冲杆的长度符合设计参数才能压出合格的药片，达到药片均匀，剂量相同的目的。\n[0004] 目前对上下冲杆的长度还没有有效的检测手段，主要还依靠传统的游标卡尺，极不规范无法达到医疗器械的高精度质量要求，因此，对药片冲压设备长度进行计算机视觉检测可实现非接触式自动检测，能够提高检测精确性，避免检测人员疲劳或精力不集中的情况下容易形成误判，可有效提高医疗器械产品质量，节省检测时间，降低生产成本，适应现代化生产的要求。\n发明内容\n[0005] 本实用新型是针对现在药片冲压设备检测精度低的问题，提出了一种药片冲压设备高精度检测系统，能够有效地检测出药片冲压杆的长度，从准确性和精确性两方面能保证了检测的有效性。\n[0006] 本实用新型的技术方案为：一种药片冲压设备高精度检测系统，包括计算机，摄像机、镜头、药片冲杆、步进电机、光源灯、定位系统，摄像机由CMOS图像传感器和CMOS摄像头组成，镜头和摄像机连接在一起，摄像机通过通讯接口与计算机连接，摄像机固定在光学定位架上，光源灯给镜头提供光，药片冲杆固定在定位系统上，步进电机推动定位系统，所述定位系统包括底座、镜头架、燕尾立柱导轨、升降机构、步进电机平移台、平移台上面的小型调节台、玻璃片、背光光源、底座上面设有燕尾立柱导轨，与燕尾导轨相活配的燕尾槽活块上面安装有升降机构，升降机构上面设有镜头架，底座上面燕尾立柱导轨前固定步进电机平移台，平移台上面的小型调节台由固定在平移台上的固定座、燕尾槽滑轨及滑块组成，药片冲杆固定在小型调节台上，滑块上面放置有玻璃片，下面是背光LED光源，固定在镜头架上的摄像机镜头中心、玻璃片中心、光源中心在同一垂直线上。\n[0007] 所述所述CMOS图像传感器的最高分辨率2048*1536，像素尺寸为3.2μm*3.2μm，光学尺寸为1/2inch，信噪比＞42dB，动态范围为60dB，敏感度为1.0V@550nm/lux/s。\n[0008] 所述CMOS摄像头的光学镜头的焦距为55mm，图像最大尺寸6.4mm*4.8mm，光圈F2.8-F32C，焦点范围0.14m-无穷远，工作距离140mm，光学放大率0.5X。\n[0009] 所述步进电机平移台(13)行程为30mm，步距角1.8度，分辨率6.25μ，丝杆导程\n1mm，中心负载10kg。\n[0010] 所述光源灯(6)为低功率的红色LED面阵背光光源。\n[0011] 所述计算机数据输出口接显示器或打印机。\n[0012] 本实用新型的有益效果在于：本实用新型药片冲压设备高精度检测系统是一种快速、准确的检测系统，可以解决大尺寸工件的检测问题，同时由于图像分辨率的提高使得对产品的检测精度极大的提高，产品合格率和安全性得到保证，避免人为的误判，提高检测效率，保证产品的质量。因此，具有准确度高、速度快、结构设计简洁的优点，适合推广使用。\n[0013] 附图说明\n[0014] 图1为本实用新型药片冲压设备高精度检测系统结构示意图；\n[0015] 图2为本实用新型药片冲压设备高精度检测系统中定位系统结构示意图；\n[0016] 图3为本实用新型药片冲压设备高精度检测系统中步进电机电控平移台的示意图；\n[0017] 图4为本实用新型小型调节台示意图；\n[0018] 图5为本实用新型药片冲压设备高精度检测系统工作流程图。\n[0019] 具体实施方式\n[0020] 如图1所示系统结构示意图，药片冲压设备高精度检测系统，包括计算机1，摄像机2、镜头3、药片冲杆4、步进电机7、光源灯6、定位系统5。摄像机由CMOS图像传感器和CMOS摄像头组成。镜头3和摄像机2连接在一起，摄像机2通过通讯接口与计算机1连接，光源灯6给镜头3提供光，药片冲杆4固定在定位系统上，步进电机7推动定位系统5。\n[0021] 如图2所示，系统的定位系统包括底座14、镜头架9、燕尾立柱导轨10、升降机构\n8、步进电机平移台13、平移台上面的小型调节台、玻璃片16、背光光源6、底座14上面设有燕尾立柱导轨10，与燕尾导轨10相活配的燕尾槽活块上面安装有升降机构8，升降机构8上面设有镜头架9，底座14上面燕尾立柱导轨10前固定步进电机平移台13，平移台上面的小型调节台由固定在平移台上的固定座15、燕尾槽滑轨11及滑块12组成，药片冲杆4固定在小型调节台上，滑块12上面放置有玻璃片16，下面是背光LED光源6。固定在镜头架9上的摄像机镜头中心、玻璃片16中心、光源6中心在同一垂直线上。摄像机2与计算机通过USB2.0通用接口连接；计算机操作系统为WindowsXP+SP2，所用软件为多种数字图像处理方法和模糊识别软件。\n[0022] 本系统采用CMOS(互补金属氧化物半导体，Complementary Metal-Oxide Semiconductor)感光器件构成的摄像机采集图像，自行设计了统一、简洁的光路和配合各类型的被测物的机械系统，运用多种数字图像处理方法，实现了药片冲压设备的精确特征点提取。\n[0023] 1、CMOS图像传感器与周边电路的整合性高，体积较小，电源消耗量较低，传输速度可以较快，它的主要参数见表1所示。采用的高分辨率数字摄像机已经完成了ADC、采集卡、控制芯片及电路的整合，体积小，重量轻，携带方便，并且和计算机的接口采用USB2.0通用串行总线接口，传输速度高达480Mb/s，适合高速、实时的设计要求。\n[0024] 表1所选光学元件的主要参数\n[0025] \n[0026] 2、检测用的图像拼接有其特殊性，如果在非暗室条件下获取冲压设备图像，可能会受到光强度的影响和周围噪声的干扰，导致拼接过程中产生错误的匹配，无法达到拼接的精度要求，故在获取图像时，我们采用暗室环境，用低功率红色LED照明光源进行背光照射，同时，为防止光线的不平行，在背光LED光源上面放置两块交叉的滤光片，形成平行光，均匀光线，降低光强，增加对比度。在保证图像效果的前提下实现了光学系统设计的统一性、简洁性。\n[0027] 3、系统采用步进电机是基于可以让药片冲压设备精确移动考虑的。通过步进电机控制平移台13可实现位移调整自动化，该平移台的关键零部件有：滚珠螺杆，线性轴承导轨，线性滑块导轨，弹性联轴器等。左右极限开关设置，保护产品，方便使用。标准接口，方便信号传输。电机后部配有手轮，可进行手动调节。具体参数如表2：\n[0028] 表2所选步进电机平移台的主要参数\n[0029] \n[0030] \n[0031] 本实用新型所采用的步进电机通过串口线连接到电控箱上，平移台有六种工作方式，可以手动设置步进电机控制箱上的具体参数实现位移量、速度、加速度等设置。平移台通过四个M4的螺丝固定在底座上，平移台上面放置一个小型调节台。安装步进电机平移台时要确保平移台长轴与CMOS传感器的长轴重合，这样才能保证在步进电机移动时采集出来的冲杆图像中冲杆的长轴彼此平行，保障拼接的精度。\n[0032] 4、系统机械系统的设计目的主要为摄像头和被测元件提供一个稳定良好的工作环境，以便准确定位和图像的采集。如图2所示，以玻璃片16的中心为工作中心，保证镜头中心、被测工件中心在同一垂直线上，工作平面选择冲压设备最高被测点，利用升降机构8实现了工作距离的调节。\n[0033] 为了实现被测工件的精确移动，本系统采用了步进电机平移台，实现水平方向上的精确移动，其结构如图3所示，通过设置步进电机的参数，使平移台的移动符合图像拼接所要求的图像重叠范围选择，同时采用的小型调节台如图4所示，可以实现被检测工件的上下精确移动，这样使得工件在水平和垂直位置都能精确移动，保证被测工件的中心和被测面是整个机械系统的工作中心和工作平面。在采集冲杆图像时，将冲杆放在小型升降设备的玻璃片上，玻璃片上放置有一些特征点明显的多边形，在暗室环境中这些多边形会为图像提供大量的特征点，便于提高拼接的精度。小型调节台的手动调节旋钮12，使视频捕获设备中冲杆的图像最为清晰。拍摄图像时，将步进电机设置为位移量工作模式，根据工件长度以及需要移动的距离设置步进电机的脉冲数量(要求图像重叠40％)，通过公式换算成所要移动的位移量，实现工件的精确移动。脉冲数量和位移量的转换公式如下：\n[0034] 位移量(毫米)＝(((脉冲数量/细分)*步距角)/360)*导程\n[0035] 5、整个系统的工作流程如图5所示：初始化设备；采集图像至内存(单帧采集、停止、读取、存储)；实时参数设置完成反馈；图像处理和判别；检测结果(存储、打印)。\n[0036] 系统软件的运行环境是：1GB内存、120GB硬盘的P4 3.0G戴尔计算机，操作系统为WindowsXP+SP2中文版，采用Visual C++6.0编制软件。该系统软件能够设置和实时调节摄像头的多个参数(分辨率、图像窗口、曝光、增益、白平衡、Gamma校正等)，使图像采集质量达到最佳；从获得的数字图像中提取特征，以此为判据实现高正确率、高精度的图像拼接以及长度检测任务，功能完善、运行可靠、界面友好、使用方便。\n[0037] 6、系统关键技术-数字图像拼接技术\n[0038] 本系统从计算机视觉的角度提出了一种基于图像拼接技术的药片冲压设备自动检测软件。具体的软件工作流程如下：\n[0039] (1)在暗室环境中采用背光光源照射冲压设备，在设备周围放置有边角特征非常明显的多边形，便于提取特征角点；\n[0040] (2)截取出原始BMP通过程序转换成灰度图像，采集图像时应尽量使被测冲杆处于镜头中心，这样可以减少摄像机边缘失真造成的图像失真，满足精确拼接和测量的需要；\n[0041] (3)针对噪声来源(环境噪声等)采取中值滤波消除噪声；\n[0042] (4)将预处理后的三幅图像显示在计算机上，通过Harris算法提取每幅图像中的特征点并将特征点显示在计算机上；利用RANSAC算子对检测出的特征点进行一一配对，完成图像配准及图像的融合，使三幅图像拼接成一幅。\n[0043] (5)拼接后的长度测量，通过上述步骤对图像进行处理后，通过软件对冲压设备的长度进行测试，并与设备说明书中要求的尺寸比较，确定冲压设备是否合格。\n[0044] 以往的冲压设备的检测多采取游标卡尺或者其他简易方法，此类方法的检测精度多受人为因素的影响，不但精度方面得不到保证，而且耗费精力、浪费时间，通过机器视觉的方法不但克服了这个缺点，还可实现非接触式检测，检测速度和精度都得到了极大的提高。同时由于被检测产品为长尺寸工件，其长度超过摄像机的视野范围，股采用图像拼接的方式对图像进行处理后测试其长度，这样不但提高了图像的分辨率，而且测试精度也有明显提高，实验表明其测试精度与单幅图像测试相比提高数十倍。\n[0045] 根据实际工作环境，图像分辨率为2048*1536，正常采集速度，选取最佳的曝光条件和增益系数的条件下，对中号药片冲压设备的上冲杆和下冲杆进行图像拼接和长度检测，测试结果完全在要求范围之内，效果良好。