台达视觉系统在药瓶轧盖机的应用

1  前言

        随着我国国民经济的快速发展、人民生活水平的提高及人口老龄化趋势的加快，我国药品需求年均递增速达到12%以上。2007年中国药品需求量为5991亿元人民币，预计到2010年将达到600亿美元，2020年达1200亿美元，从而超过美国成为世界第一大药品市场。

        目前，药品生产企业不再单纯追求速度，而是越来越将药品质量的管控放在第一位。随着自动化程度的不断提高，产品管控单靠人力越来越不适应。在这种背景下，机器视觉可以很好的适应医药企业高速、稳定的检测需求。

        在瓶装药品的生产环节，有一道轧盖工序。然而在实际生产过程中，可能由于多方面原因导致前道加盖时，没有将瓶盖安装到位，甚至于整个盖子丢失，这样对药品的生产质量会造成重大隐患。所以在此类生产设备上，引入机器视觉系统，用以检测瓶盖有无加装或者加装是否到位，可以很好的杜绝此类情况发生，从而保证药品的生产质量。

       台达DMV 机器视觉系统，具有高速精准、多任务运算处理能力和智能型、人性化的操作接口，可广泛应用于食品、饮料、医药及包装等行业的识别确认、坐标定位、测量计数、瑕疵检测等领域。

2  瓶盖检测原理

       根据客户的机械特点，我们考虑采用如图1的打光方式以及架设相机的方式。  

图1 打光方式示意图

       采用上部照射光源照亮瓶盖，可以更好的取得检测重点瓶盖的情况，另一方面采用此种打光方式，也比较容易安装，成本也相对较低。

       通过分析药瓶的尺寸特征，发现瓶身也有会有一定尺寸偏差，这样势必对瓶盖是否盖紧有一定影响。通过评估得知，可通过DMV的内置工具“边缘位置”来定位瓶口位置，从而可以避免由于瓶身高度误差对检测的影响。

图2 瓶身高度误差示意图

       在实际检测过程中，由于送料机构的特点，在每次拍摄时，瓶子左右方向也存在一定的偏差。同样可借助“边缘位置”工具来定位瓶身。

图3 瓶子水平位置误差示意图

       经过上述分析得知，通过两个维度的定位后，可以很好地确定被测药瓶的位置，确保检测的稳定性。通过“二值化”所拍摄的图像，可以清晰的看到由于上部光源的作用，瓶盖上部会被照亮，在图片中表现为大片的白色像素。这时就可以利用图4红框内白色像素来检测瓶盖有无，以及瓶盖有无安装到位。

图4 通过白色像素检验瓶盖安装情况

表1 本系统配置表

  图5 电气控制图

3  药瓶检测流程

       判定产品的NG的条件有两项：瓶盖丢失（如红框内无白色像素，就可以认为该瓶盖丢失）；瓶盖安装不到位，其表现形式就是瓶盖倾斜，或者高度变化，我们可以在正常瓶盖上方建立一个白色像素检测区域，正常情况下应该检测不到白色像素，如在此区域出现过多的白色像素，就可以认为瓶盖没有安装到位。

图6 瓶盖正常安装图示

随后可对DMV的检测工具做如下规划。  

图7 检测工具规划

       如图7所示，第一个“边缘位置”定位瓶子的X轴位置（以水平方向为X轴）；第二个“边缘位置”定位盖子的Y轴位置。

图8 检测区域显示

       如图8所示，左边检测“面积”，检测瓶盖有无；右边检测“面积”，检测瓶盖是否安装到位。

       由于存在瓶盖丢失的情况，所以还必须加入检测瓶盖有无的检测。经过观察，如果瓶盖存在的话，会被光源照亮并出现许多白色像素。这样的话，可以通过检测白色像素的数量来达到检测有无的目的。如果瓶盖一旦丢失，则规定检测区域内的白色像素必定达不到额定数量，基与此就可判断瓶盖有无。

       最终输出结果需要综合两个“面积”工具检测的结果判断，只要出现一个NG，即瓶盖丢失或者瓶盖未安装到位的情况，则此药瓶便不通过。所以还需通过“判断器”将此两个检测工具的检测结果做进行综合。

图9 判断器界面

4  检测结果

       通过检测判断，可以清晰地看出药瓶的情况，图10到图12是不同情况下效果图。  

图10 瓶盖丢失检测效果图   图11 瓶盖安装不到位检测效果图   图12 正常安装检测效果图

       目前，系统只需 60ms以下即可完成一个产品的判断，理论上每分钟1000个产品的检测，但是由于系统机械结构的限制，目前可达到400瓶/分钟的检测速度，已经完全满足客户需求。

5  结束语

       俗话说“人命关天”，药品质量绝非小事。自动化生产的大背景下，对产品质量的控制也是目前最为迫切需要解决的问题。台达DMV视觉系统的引入，可保证药品安装环节的品质，同时也解决了其他传感技术无法准确检测瓶盖是否安装到位的问题。

作者简介：

宗伟，男，出生于1981年，毕业于上海电机学院机械系机械设备及自动化专业，现就职于台达集团--中达电通股份有限公司仪表产品开发处，主要专注于台达仪表的技术支持以及市场开发。