CN107167091B - 一种基于机器视觉自调整制备高分子微粒的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉自调整制备高分子微粒的装置，包括计算机，所述计算机通过串口控制脉冲激光器，所述脉冲激光器的前方设置有衰减器，所述衰减器前方设置有反射镜，所述反射镜下方设置有凸透镜，所述凸透镜下方设置有承载件，所述承载体的下表面镀有牺牲层，所述牺牲层下表面设置有高分子材料，所述承载体下方设置有移动装置，所述移动装置包括三维精密移动平台和设置于所述三维精密移动平台上的夹具，所述夹具一端的下方设置有光源，所述夹具一端的上方设置有工业相机，所述工业相机所采集的信息通过串口传输至计算机。本发明用机器视觉检测替代人工检测，可以持续大量检测，准确高效并能实现对高分子微粒加工参数的自动调整。

Description

一种基于机器视觉自调整制备高分子微粒的装置
技术领域
本发明涉及一种制备高分子微粒过程中的微粒尺寸检测及加工参数自动调整技术，尤其涉及一种基于机器视觉自调整制备高分子微粒的装置，属于机器视觉检测技术领域和微纳加工领域。
背景技术
微粒化制备技术除了在粉末燃烧、喷射干燥、气体雾化、喷射沉积、喷墨打印和快速成形生产等生产领域中有广泛的应用，在基础科学研究中有极其重要的意义，如流体力学、紊流机制。该技术在航空、冶金、电子封装、化工、医药等行业有广泛应用。特别是生物细胞培养领域，因为动物细胞贴壁生长的特性需要载体有表面光滑、尺寸均匀的特性。
在制备高分子的微粒时，对微粒的尺寸要求非常高，精确在微米级。微粒尺寸受加工工艺、参数以及环境因素等影响，在制备过程中需要精确控制加工参数。在目前的实际生产过程中，采用如图1的过程人工检测微粒尺寸进而调整参数。
采用机器视觉做为检测产品的方法在工业中已经有广泛的应用。例如下述介绍了相关内容：[1]李前坤.基于FPGA的微型零件尺寸检测系统研究.重庆:重庆大学,2014.5；[2]叶青松，肖军.基于机器视觉的实时丸药检测系统[J].电脑知识与技术，2008，(34)：1842-1844；[3]张兴华.基于机器视觉的目标识别与测量算法的研究.济南:山东大学,2012.3。
李前坤等[1]设计了基于FPGA的微型零件尺寸检测系统，他的机器视觉系统分为了机械部分、光学部分以及基于FPGA的图像采集和处理部分。采用面阵CCD图像传感器组合其他的电路和电源作为图像采集装置，利用FPGA所具有的计算速度快、可重编程的灵活性特点作为系统控制和图像处理的处理芯片，进行微型零件尺寸检测。
叶青松等[2]基于机器视觉设计了药丸的实时检测系统，运用数字图像处理及机器视觉技术，首先获取图像,然后依次进行预处理、目标识别、形状检测、尺寸检测和颜色检测,全部合格后判定为合格品,否则为不合格品。系统在Windows操作系统平台上利用Matlab和visual studio开发出了实时检测的原型软件,实现了全部检测功能,并具有良好的人机界面和系统扩展性能。
渗透泵控释(OPCR)药片是一种可以定速释放药物的新型药品，药物只能从释药孔中释放，药物的释放速度取决于药片表面释药孔的大小，药物的释放速度直接影响药品的效果，所以释药孔的尺寸大小必须严格控制在一定范围。目前一般都采用激光打孔技术来在药片表面打孔，释药孔的尺寸一般都是毫米级别甚至微米级别的。实际中，激光强度经常变化，导致释药孔的尺寸经常波动甚至偏离标准。为了保证药品的质量，必须测量释药孔的尺寸大小，剔除打孔不合格的药片。张兴华等[3]将机器视觉技术引入渗透泵控释药片生产领域，利用由CMOS数字摄像机，工业镜头，光源等组成视觉模块获取目标药片及其释药孔的信息，经过图像处理，实现渗透泵控释药片及释药孔的识别和定位，同时自动计算释药孔尺寸大小，根据尺寸大小判断药片是否合格。最后根据批量释药孔尺寸的分析自适应的调节激光打孔机的激光强度，以使释药孔的大小尽可能的保持在一定误差范围内。
目前的微粒制备的检测及调整过程均为人工手动调整，人工检测方法不仅生产效率很低,而且由于劳动强度大,很容易产生视觉疲劳,造成漏检或错检，产品质量不能从根本上得到保证。无法做到实时检测，生产过程中随着环境条件变化，同样的加工参数也会导致产品发生改变，造成质量不达标。使用机器视觉技术,是一个简便高效的自动检测方案,满足生产现场的各项要求,符合现代工业的需求。
机器视觉在工业领域中应用广泛，主要有产品质量检测、产品分类、产品包装和机器人定位等，但是目前未有应用于高分子微粒制备过程中的实时检测及自调整装置。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于机器视觉自调整制备高分子微粒的装置，该发明用机器视觉检测替代人工检测，实现准确高效调整制备高分子微粒。
本发明所采用的技术方案：一种基于机器视觉自调整制备高分子微粒的装置，包括计算机，所述计算机通过串口控制脉冲激光器，所述脉冲激光器的前方设置有衰减器，所述衰减器前方设置有反射镜，所述反射镜下方设置有凸透镜，所述凸透镜下方设置有承载件，所述承载件的下表面镀有牺牲层，所述牺牲层下表面设置有高分子材料，所述承载件下方设置有移动装置，所述移动装置包括三维精密移动平台和设置于所述三维精密移动平台上的夹具，所述夹具一端的下方设置有光源，所述夹具一端的上方设置有工业相机，所述工业相机所采集的信息通过串口传输至计算机。
优选的，所述承载件为透明玻璃。
优选的，所述工业相机为CCD工业相机。
优选的，所述光源为LED光源。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明在制备高分子的微粒时，为了方便后期筛选，对微粒尺寸的均匀度要求非常高，因此在制备过程中需要检测微粒，调整加工参数，采用机器视觉作为高分子微粒制备过程中的检测手段，高效准确；(2)本发明将机器视觉采集到的结果通过计算机进行图像处理，与标准样品进行对比分析；(3)本发明计算机通过运算出结果后，计算机通过串口控制加工系统，自动调整加工参数；(4)本发明作为激光制备高分子微粒的检测及调整装置，实现微粒的实时检测，自动调整加工参数，极大的调高了整个过程的生产效率与生产质量；(5)本发明用机器视觉检测替代人工检测，准确高效；(6)本发明的装置可以持续大量检测；(7)本发明在检测时能实现对高分子微粒加工参数的自动调整。
附图说明
图1是背景技术介绍的传统模式的微粒检测调整制备流程图。
图2为本发明一种基于机器视觉自调整制备高分子微粒的装置的结构示意图。
图3是本发明一种基于机器视觉自调整制备高分子微粒的装置的工作流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
如图2所示，一种基于机器视觉自调整制备高分子微粒的装置，包括计算机13，所述计算机13通过串口控制脉冲激光器1，所述脉冲激光器1的前方设置有衰减器3，所述衰减器3前方设置有反射镜4，所述反射镜4下方设置有凸透镜12，所述凸透镜12下方设置有承载件11，所述承载件的下表面镀有牺牲层，所述牺牲层下表面设置有高分子材料10，所述承载件下方设置有移动装置，所述移动装置包括三维精密移动平台8和设置于所述三维精密移动平台8上的夹具9，所述夹具9一端的下方设置有光源，所述夹具9一端的上方设置有工业相机，所述工业相机所采集的信息通过串口传输至计算机13。
在本发明的具体技术方案中，所述承载件11为透明玻璃，所述工业相机为CCD工业相机，所述光源为LED光源。
本发明的基于机器视觉自调整制备高分子微粒的装置的方法为：
本发明的脉冲激光器1，其能量和频率等可调。所述脉冲激光器1发射出高能脉冲激光2经过衰减器3做进一步的能量调节，接着高能脉冲激光2通过反射镜4的反射作用至凸透镜12，凸透镜12把高能脉冲激光平行光聚集为点光源，起到集中能量的作用。承载件11为透明玻璃，其光通过率达70％以上，下表面通过技术手段镀上牺牲层材料(例如钛层)，牺牲层下表面设置有均匀旋涂的液相的高分子材料10。高能脉冲激光2聚焦在牺牲层上，牺牲层吸收激光的能量后分解为气体，气体膨胀会对下面的高分子材料10产生一个机械推动力促使高分子材料10形成微粒6并向下转移。在具体使用时，通过控制激光的能量、离焦距离，形成需要的高分子微粒6。LED光源7提供所需照明条件，CCD工业相机5采集高分子微粒图像，通过串口传输给计算机13，对图像进行滤波、平滑、增强对比度等图像预处理，通过边缘检测目标识别算法及尺寸测量算法计算出微粒形貌、尺寸，与目标样品进行对比分析，再通过与计算机13串口控制的脉冲激光器1调节能量、脉冲频率，通过夹具9及三维精密移动平台8调节离焦距离、接收距离，从而控制高分子微粒的尺寸，实现高分子微粒制备过程的实时检测及自调整。
图3基于机器视觉自调整制备高分子微粒装置工作流程图。
启动加工系统，设定初始加工参数后制备微粒，通过CCD相机获取微粒图像，接着计算机对图像进行预处理后进行边缘检测尺寸测量，分析计算微粒形貌、大小后对比标准样品是否合格，若合格则维持参数，进行下一次检测；若不合格，则判断微粒是否偏大，若微粒偏大则控制激光器降低能量，控制夹具9和三维平台减少离焦距离，增大接收距离；若微粒不是偏大则控制激光器提高能量，控制夹具9和三维平台增加离焦距离，减少接收距离。
本发明具有明显的如下有益效果：1、机器视觉检测的特点是提高生产的柔性化和自动化程度，相对于人力来说，优势体现在效率、速度，以及能做到普通人工无法做到的精确检测，替代了传统人工检测手段，这是对高分子微粒可视质量检测自动化、智能化发展的一个创新，提高了产品质量检测水平，提高了产品质量检测的效率，是智能化工业制造的一个有益补充，不仅解放了劳动力，而且推动了利用信息技术改造提升传统生产流程。更精确、高效率、智能化；2、人类难以长时间对同一类型对象进行准确统一检测，而机器视觉则可以长时间地测量、分析与识别。机器视觉技术获取信息量大、速度非常快、检测精度和检测效率很高并且容易通过计算机实现信息集成。3、通过计算机对采集的图像进行计算分析后，计算机通过串口控制自动调节高分子微粒的加工参数，实现生产结果的实时反馈及调整，保证微粒尺寸的均匀性，且快速、大量地制备出高分子微粒。
本发明的还具有如下的创造性：1、生产制备高分子微粒时，用机器视觉替代人工作为微粒的检测手段。2、实现高分子微粒制备过程的实时检测，保证了每个微粒达到尺寸要求。3、实现制备高分子微粒过程中加工参数自动调整，显著提高生产效率，节省人力。4、激光器、精密三维移动平台、CCD工业相机都通过串口与计算机相连，整个加工装置简便高效。
与现有的人工检测高分子微粒，人工调节加工参数相比，本装置显著了提高检测和加工的效率与准确率，保证了微粒尺寸的均匀性，且快速、大量地制备出高分子微粒。
机器视觉在工业领域中应用广泛，与目前存在的机器视觉应用相比，首次把机器视觉用于制备高分子微粒的实时检测，拓展了机器视觉的应用范围。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于机器视觉自调整制备高分子微粒的装置，其特征在于：包括计算机，所述计算机通过串口控制脉冲激光器，所述脉冲激光器的前方设置有衰减器，所述衰减器前方设置有反射镜，所述反射镜下方设置有凸透镜，所述凸透镜下方设置有承载件，所述承载件的下表面镀有牺牲层，所述牺牲层下表面设置有高分子材料，所述承载件下方设置有移动装置，所述移动装置包括三维精密移动平台和设置于所述三维精密移动平台上的夹具，所述夹具一端的下方设置有光源，所述夹具一端的上方设置有工业相机，所述工业相机所采集的信息通过串口传输至计算机。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉自调整制备高分子微粒的装置，其特征在于：所述承载件为透明玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉自调整制备高分子微粒的装置，其特征在于：所述工业相机为CCD工业相机。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉自调整制备高分子微粒的装置，其特征在于：所述光源为LED光源。
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