CN103293165A

CN103293165A - 用于自动灯检机的固态颗粒异物检测装置及其方法

Info

Publication number: CN103293165A
Application number: CN 201210044175
Authority: CN
Inventors: 吴士旭; 刘云龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-09-11

Abstract

一种用于自动灯检机的固态颗粒异物检测装置及其方法，包括顺序设置的照射光源系统、前向接收傅里叶透镜、前向光电探测器阵列及信号处理系统，该照射光源系统包括顺序设置的激光发射器、准直扩束透镜、空间滤波器及后向发送傅里叶透镜。照射光源系统提供一发散的激光光束，并经准直扩束后形成平行单色激光，含有固态微细颗粒异物的洁净液体介质装于一透明容器中，容器位于前向接收傅里叶透镜的前部。检测前先使液体介质及固态颗粒异物混合均匀并高速旋转，当平行单色激光照射到固态颗粒异物上，将发生夫琅禾费衍射现象。光电探测器阵列把汇聚的散射光转换成包含固态颗粒异物信息的电压信号，信号处理系统根据该电压信号变化进行固体颗粒异物的检测。

Description

用于自动灯检机的固态颗粒异物检测装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种洁净液体介质中的固体颗粒异物的检测设备，特别是制药工业中的注射针剂和输液中混入的不溶性固态颗粒异物的检测技术，医药行业特指用于自动灯检机的固态颗粒异物检测装置及其方法。

背景技术

在制药工业加工制造过程中，自动灯检机是一种利用光学成像，计算机对获得的图像进行匹配处理，对已包装的医用液体制剂进行自动化检测的专用检测设备。计算机对采集到的图像数据进行分析处理，对医用液体制剂进行检测判断，对不合格的产品进行剔除动作。

如图1所示，目前国内现有的灯检机都是按照从后面或底面用LED光源10照射水针剂容器6，将水针剂容器6置于旋转机构11上高速旋转约几秒后在急停机构12动作下急停，工业摄像机13对水针剂容器6跟踪拍摄3幅以上图像，基于数字图像技术，计算机图像处理软件对获取到的图像进行处理，进而判断水针剂容器中是否含有固态颗粒异物15。基于图像法的典型自动灯检机在专利号为200910303968.0的“自动灯检机”专利作了详细叙述。

由于现有的图像处理技术的软硬件技术瓶颈及国内制造的水针剂瓶瓶身厚度不一致，造成国内甚至国外的灯检机在国内运用大都存在检测重复性不高的技术难题，并且目前，采用图像法对固态颗粒的检测下限在20微米左右，而我国药典规定每毫升输液中大于10微米的颗粒少于20个，大于25微米的固态颗粒少于3个。因此在目前技术状态下，采用图像法很难实现低于20微米的固态颗粒异物的检测，检测结果的重复性也很难保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：针对现有基于图像处理法的自动灯检机存在的技术问题，设计一种结构简单，能够有效提高检测结果重复性的用于自动灯检机的固态颗粒异物检测装置及其方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于自动灯检机的固态颗粒异物检测装置，其包括顺序设置的照射光源系统、前向接收傅里叶透镜、前向光电探测器阵列及信号处理系统，且该照射光源系统、前向接收傅里叶透镜、前向光电探测器阵列的光学中心设置在同一直线上，该照射光源系统包括顺序设置的激光发射器、准直扩束透镜、空间滤波器及后向发送傅里叶透镜，该准直扩束透镜设置于该激光发射器的发射端，空间滤波器设置于准直扩束透镜的后焦平面处，该准直扩束透镜的后焦平面同时也是后向发送傅里叶透镜的前焦平面；该前向光电探测器阵列位于前向接收傅里叶透镜的后焦平面处，且该前向光电探测器阵列电性连接信号处理系统；在后向发送傅里叶透镜和前向接收傅里叶透镜之间设有用于置放待检洁净液体介质的旋转机构,该旋转机构连接可使旋转机构瞬间停止的急停机构。

所述待检洁净液体介质的前部左上方设置有后向光电探测器阵列。

所述照射光源系统为He-Ne激光发射器或者半导体激光器。

所述前、后向光电探测器阵列为与激光照射方向呈纵向排列的光电二极管阵列或者为由数十个同心半圆或扇形CCD/CMOS类型传感器组成。该前、后向光电探测器阵列将照射到每个环面上的颗粒散射光能转换成电压信号，这些电压信号含有固态颗粒的大小信息。

所述照射光源系统、前向接收傅里叶透镜、前向光电探测器阵列置于位置可二维调节的机械机构上，若照射光源系统的中心与前向接收傅里叶透镜、前向多元光电探测器阵列的中心发生偏移，信号处理系统分析多元光电探测器阵列的电压输出信号判断各光学元件的中心位置是否在同一直线上。

所述信号处理系统包含了信号放大器、A/D转换器、信号输出执行机构、微处理器。微处理器内写入的固态颗粒分析算法模型根据获得的电压信号进行颗粒分析计算，将计算结果送至相应的人机界面或者不合格品剔除执行机构进行不合格产品的报警与剔除。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种用于自动灯检机的固态颗粒异物检测方法，主要是在对待检洁净液体介质中含有的固态颗粒异物检测前，将装有待检洁净液体介质的容器倒置后复位，再在旋转机构的带动下使装有待检洁净液体介质的容器高速旋转，并使其在急停机构作用下急速停止，同时一经准直扩束后的平行激光束照射向该容器中的待检洁净液体介质，一前向接收傅里叶透镜接收经待检洁净液体介质散射后的激光束，并使接收的激光束汇聚于位于该前向接收傅里叶透镜后焦平面处的前向光电探测器阵列而转换成相应的电压信号输出，该电压信号中包含了待检洁净液体介质中含有的固态颗粒异物的信息，一信号处理系统根据前向光电探测器阵列输出的电压信号变化进行固体颗粒异物的检测。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明采用基于激光散射原理的电压信号分析法进行洁净液体介质中固态颗粒的检测，检测的下限取决于激光照射光源的波长，因此具有硬件技术设计灵活的特点，检测固态颗粒的尺寸范围在10μm～2000μm。采用上述技术方案，结合平行单激光，独特的前、后向光电探测器阵列接收散射光技术，不仅可以判断洁净液体介质中是否含有固态颗粒，还能根据夫琅禾费衍射原理计算公式获得颗粒的大小尺寸，在有效保证了检测结果的重复性的同时还能获得固态颗粒异物的大小分布信息。采用基于激光散射原理的电压信号分析法进行洁净液体介质中固态颗粒的检测，检测的下限取决于激光照射光源的波长，因此具有硬件技术设计灵活的特点，检测固态颗粒的尺寸范围在10μm～2000μm。采用上述技术方案，结合单激光，独特的双接收透镜，双多元光电探测器接收散射光技术，不仅可以判断洁净液体介质中是否含有固态颗粒，还能根据夫琅禾费衍射原理计算公式获得颗粒的大小尺寸，在有效保证了检测结果的重复性的同时还能获得固态颗粒异物的大小分布信息，同时还扩展了检测下限值，是一种技术革命性的灯检机应用技术。

附图说明

图 1 为现有自动灯检机的检测技术原理图。

图 2为本发明一实施例的结构和光路示意图。

图 3为本发明检测原理示意图。

图 4 为本发明装有含固态颗粒异物的待检洁净液体介质的容器旋转与静止过程示意图。

图 5 为光电探测器阵列结构示意图。

具体实施方式

下面以安瓿水针剂的检测为例,结合附图对本发明的内容作进一步的说明。

参见图2-图5，本发明用于自动灯检机的固态颗粒异物检测装置包括顺序设置的照射光源系统1、前向接收傅里叶透镜7、前向光电探测器阵列8及信号处理系统14，且该照射光源系统1、前向接收傅里叶透镜7、前向光电探测器阵列8的光学中心设置在同一直线上。其中，该照射光源系统1包括顺序设置的激光发射器2、准直扩束透镜3、空间滤波器4及后向发送傅里叶透镜5。该激光发射器2为照射光源，且准直扩束透镜3设置于该激光发射器2的发射端，空间滤波器4设置于准直扩束透镜3的后焦平面处，该准直扩束透镜3的后焦平面同时也是后向发送傅里叶透镜5的前焦平面,这样激光发射器2发出的激光经准直扩束透镜3扩束，空间滤波器4滤波后，经后向发送傅里叶透镜5形成平行单色激光束16。该照射光源系统为He-Ne激光发射器或者半导体激光器。

该前向光电探测器阵列8位于前向接收傅里叶透镜7的后焦平面处，且该前向光电探测器阵列8电性连接信号处理系统14。在后向发送傅里叶透镜5和前向接收傅里叶透镜7之间设有用于置放装设待检洁净液体介质的容器（在本实施例中为安瓿水针剂瓶6）的旋转机构11,该旋转机构11连接急停机构12，该急停机构12能使旋转机构11在瞬间停止。为保证接收到更多的固态颗粒异物15的散射光，提高固态颗粒的检测下限值，在装设待检洁净液体介质容器的左上方还设置有后向光电探测器阵列9，用于接收装设待检洁净液体介质容器前侧散射的光线。该前、后向光电探测器阵列8、9可以为光电二极管阵列，也可以为CCD/CMOS类型传感器。

图3系统说明了本发明所包含的检测步骤。检测前，根据前向光电探测器阵列8的输出电压信号值与标准对中位置的输出电压信号的差值，调节照射光源系统1、前向接收傅里叶透镜7、前向光电探测器阵列8的中心位置，保证照射光源系统1的激光发射器2的激光出射点与准直扩束透镜3、空间滤波器4、后向发送傅里叶透镜5、前向接收傅里叶透镜7及前向光电探测器阵列8的中心位于同一直线上。

检测开始前，首先将装有洁净介质液体的容器安瓿水针剂瓶6倒置，以保证安瓿水针剂瓶6中的不溶性固态颗粒异物15充分混合，将安瓿水针剂瓶6置于带有急停机构12的旋转机构11中，旋转机构11将装有待检洁净介质液体的安瓿水针剂瓶6以高速（3-6转/秒）旋转，约2-5秒钟后在急停机构12的作用下，安瓿水针剂瓶6进行急速停止动作，保证液体介质及固态颗粒异物15旋转运动起来后，当平行的单色光照射到微小的不溶性固态颗粒异物15上，将发生夫琅禾费衍射现象。发生夫琅禾费衍射光学现象的条件取决于固态颗粒异物15的尺寸大小及照射激光器2发出的激光的波长。安瓿水针剂瓶6从初始状态a-倒置b-沿轴线旋转c-停止d-检测结束e的流程如图4所示。从图4中可以明显得出在惯性作用下，经旋转急停后处于停止状态的安瓿水针剂瓶6中的固态颗粒异物15仍然在高速旋转，因此，同一固态颗粒异物15在平行激光束16的照射下，将在不同的位置发生衍射现象，因此，在前、后向光电探测器阵列8、9上的不同位置会输出不同值的电压信号。

前、后向光电探测器阵列8、9把经不溶性固态颗粒异物15和前向接收傅里叶透镜7的散射光汇聚到前、后向光电探测器阵列8、9上并转换成对应的电压信号，电压信号中包含了待检洁净介质中含有的不溶性固态颗粒异物15的物理信息，信号处理系统14经过对前、后向光电探测器阵列8、9输出的电压信号进行放大处理，A/D转换后将包含固态颗粒异物15信息的信号送至微处理器，经固态颗粒异物检测算法模型计算后，信号处理系统14通过分析电压信号的变化即可检测出洁净介质中是否含有杂质固态颗粒异物15,并由剔除机构执行不合格品的剔除动作，最后将检测结果送人机显示界面显示。

Claims

1.一种用于自动灯检机的固态颗粒异物检测装置，其特征在于包括顺序设置的照射光源系统（1）、前向接收傅里叶透镜（7）、前向光电探测器阵列（8）及信号处理系统（14），且该照射光源系统（1）、前向接收傅里叶透镜（7）、前向光电探测器阵列（8）的光学中心设置在同一直线上，该照射光源系统（1）包括顺序设置的激光发射器（2）、准直扩束透镜（3）、空间滤波器（4）及后向发送傅里叶透镜（5），该准直扩束透镜（3）设置于该激光发射器（2）的发射端，空间滤波器（4）设置于准直扩束透镜（3）的后焦平面处，该准直扩束透镜（3）的后焦平面同时也是后向发送傅里叶透镜（5）的前焦平面；该前向光电探测器阵列（8）位于前向接收傅里叶透镜（7）的后焦平面处，且该前向光电探测器阵列（8）电性连接信号处理系统（14）；在后向发送傅里叶透镜（5）和前向接收傅里叶透镜（7）之间设有用于置放待检洁净液体介质的旋转机构（11）,该旋转机构（11）连接急停机构（12）。

2.根据权利要求1所述的用于自动灯检机的固态颗粒异物检测装置，其特征在于，所述待检洁净液体介质的前部左上方设置有后向光电探测器阵列（9）。

3.根据权利要求1所述的用于自动灯检机的固态颗粒异物检测装置，其特征在于：所述照射光源系统（1）为He-Ne激光发射器或者半导体激光器。

4.根据权利要求1或2所述的用于自动灯检机的固态颗粒异物检测装置，其特征在于：所述前、后向光电探测器阵列（8、9）为光电二极管阵列或CCD/CMOS类型传感器。

5.一种用于自动灯检机的固态颗粒异物检测方法，其特征在于，在对待检洁净液体介质中含有的固态颗粒异物检测前，将装有待检洁净液体介质的容器倒置后复位，再在旋转机构的带动下使装有待检洁净液体介质的容器高速旋转，并使其在急停机构作用下急速停止，同时一经准直扩束后的平行激光束照射向该容器中的待检洁净液体介质，一前向接收傅里叶透镜接收经待检洁净液体介质散射后的激光束，并使接收的激光束汇聚于位于该前向接收傅里叶透镜后焦平面处的前向光电探测器阵列而转换成相应的电压信号输出，该电压信号中包含了待检洁净液体介质中含有的固态颗粒异物的信息，一信号处理系统根据前向光电探测器阵列输出的电压信号变化进行固体颗粒异物的检测。

6.根据权利要求5所述的一种用于自动灯检机的固态颗粒异物检测方法，其特征在于，所述待检洁净液体介质的前部左上方设置有后向光电探测器阵列（9），以接收从待检洁净液体介质前方散射的激光。

7.根据权利要求5所述的一种用于自动灯检机的固态颗粒异物检测方法，其特征在于：所述照射光源系统（1）为He-Ne激光发射器或者半导体激光器。

8.根据权利要求5或6所述的一种用于自动灯检机的固态颗粒异物检测方法，其特征在于：所述前、后向光电探测器阵列（8、9）为光电二极管阵列或CCD/CMOS类型传感器。