CN116159777A - 一种基于视觉检测的质量判定系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于视觉检测的质量判定系统及方法，系统包括倾斜设置的筛选平台、转动连接在筛选平台上的电动筛选转盘、均布在电动筛选转盘上的筛选仓、设在筛选平台上的两组筛选通道、设在筛选平台上的两组开关组件、设在筛选平台上并沿筛选仓的移动轨迹顺序设置的第一CCD图像传感器组、第二CCD图像传感器组和第三CCD图像传感器组以及与电动筛选转盘、两组开关组件、第一CCD图像传感器组、第二CCD图像传感器组和第三CCD图像传感器组进行数据交互的图像分析与控制器。本申请公开的基于视觉检测的质量判定系统及方法，通过驱动胶囊进行同步转动和移动的方式来获取胶囊的完整表面图像，并根据完整表面图像对胶囊的合格与否进行判定。

Description

一种基于视觉检测的质量判定系统及方法

技术领域

本申请涉及质量检查技术领域，尤其是涉及一种基于视觉检测的质量判定系统及方法。

背景技术

视觉检测就是用机器代替人眼来做测量和判断。视觉检测是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分 CMOS 和CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

在药品检测领域，视觉检测的应用也越发广泛，例如可以对片剂和胶囊进行尺寸检测和外观检测等检测内容，胶囊检测的难点在于胶囊的形状为圆柱形，固定难度大，在拍摄图像过程中还需要对胶囊的两个端部进行拍摄，目前机械手的抓取速度和换位方式无法满足检测要求。

发明内容

本申请提供一种基于视觉检测的质量判定系统及方法，通过驱动胶囊进行同步转动和移动的方式来获取胶囊的完整表面图像，并根据完整表面图像对胶囊的合格与否进行判定。

本申请的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本申请提供了一种基于视觉检测的质量判定系统，包括：

倾斜设置的筛选平台；

电动筛选转盘，转动连接在筛选平台上；

筛选仓，均布在电动筛选转盘上，筛选仓与电动筛选转盘的顶面和底面连通；

两组筛选通道，均设在筛选平台上；

两组开关组件，均设在筛选平台上，两组开关组件分别用于开启和关闭两组筛选通道；

第一CCD图像传感器组、第二CCD图像传感器组和第三CCD图像传感器组，均设在筛选平台上并沿筛选仓的移动轨迹顺序设置；以及

图像分析与控制器，与电动筛选转盘、两组开关组件、第一CCD图像传感器组、第二CCD图像传感器组和第三CCD图像传感器组进行数据交互，配置为根据第一CCD图像传感器组、第二CCD图像传感器组和第三CCD图像传感器组的反馈判断胶囊质量并使用两组开关组件对胶囊进行分组。

在第一方面的一种可能的实现方式中，第一CCD图像传感器组和第二CCD图像传感器组位于电动筛选转盘最低处。

在第一方面的一种可能的实现方式中，第三CCD图像传感器组位于电动筛选转盘最高处。

在第一方面的一种可能的实现方式中，开关组件包括：

驱动器，设在筛选平台上；以及

挡板，设在驱动器上；

其中，驱动器配置为驱动挡板往复摆动或者往复移动。

在第一方面的一种可能的实现方式中，第一CCD图像传感器组的拍摄面平行于电动筛选转盘的转动平面。

在第一方面的一种可能的实现方式中，第二CCD图像传感器组的拍摄面与电动筛选转盘的拍摄面相交；

第二CCD图像传感器组的数量与第一CCD图像传感器组的数量相同且一一对应。

在第一方面的一种可能的实现方式中，还包括：

放置通道，设在筛选平台上，放置通道的第一端位于筛选仓的上方；

过渡仓，设在放置通道的第二端上；以及

电动限位器，设在放置通道上并与图像分析与控制器进行数据交互，电动限位器的活塞伸入到放置通道内。

在第一方面的一种可能的实现方式中，电动限位器的数量为两个且对称设在放置通道上。

第二方面，本申请提供了一种基于视觉检测的质量判定方法，包括：

驱动胶囊围绕固定轴线转动，胶囊围绕固定轴线转动时围绕自身轴线转动；

获取胶囊的多张侧面图像与多端面图像，侧面图像和端面图像均为胶囊表面的一部分；

使用侧面图像拼接成胶囊的完整侧面图像；

使用端面图像拼接成胶囊的完整端面图像；

对一个胶囊的完整侧面图像与完整端面图像进行色差分析并得到色差区域面积；以及

根据色差区域面积对胶囊进行分组；

其中，色差区域面积大于等于设定值时将胶囊划入不合格组，色差区域面积小于设定值时将胶囊划入合格组。

整体而言，本申请提供的基于视觉检测的质量判定系统，通过对胶囊表面（侧面和两个端部）拍摄多张图像的方式来来组合形成胶囊的完整表面图像，然后再对该完整表面图像进行分析并给出判断结果，拍摄图像过程中胶囊自动转动并自动被分组。这种方式解决了胶囊拍摄过程中抓取和姿态调整的难题，可以有效提高胶囊质量检测过程的自动化程度。

附图说明

图1是本申请提供的一种筛选平台和电动筛选转盘的放置位置示意图。

图2是本申请提供的一种质量判定系统的俯视图，图中箭头表示胶囊的流动方向。

图3是本申请提供的一种筛选平台上筛选通道的位置示意图。

图4是本申请提供的一种开关组件工作的原理性示意图。

图5是本申请提供的一种开关组件的结构示意图。

图6是本申请提供的一种第一CCD图像传感器组和第二CCD图像传感器组中的CCD图像传感器与胶囊的相对位置关系示意图。

图7是本申请提供的一种第三CCD图像传感器组中的CCD图像传感器与胶囊的相对位置关系示意图。

图8是本申请提供的一种胶囊的一个完全的侧面图像的生成过程示意图。

图9是本申请提供的一种控制原理的示意性框图，图中箭头表示数据流动方向。

图10是本申请提供的一种将胶囊放置入筛选仓的原理性示意图。

图11是本申请提供的一种胶囊的一个完全的端面图像的生成过程示意图。

图中，1、筛选平台，2、电动筛选转盘，3、筛选仓，4、筛选通道，5、开关组件，6、第一CCD图像传感器组，7、第二CCD图像传感器组，8、第三CCD图像传感器组，9、图像分析与控制器，51、驱动器，52、挡板，101、放置通道，102、过渡仓，103、电动限位器。

具体实施方式

以下结合附图，对本申请中的技术方案作进一步详细说明。

本申请公开了一种基于视觉检测的质量判定系统，主要由筛选平台1、电动筛选转盘2、筛选仓3、筛选通道4、开关组件5第一CCD图像传感器组6、第二CCD图像传感器组7、第三CCD图像传感器组8和图像分析与控制器9组成，筛选平台1上的电动筛选转盘2连续转动，胶囊在筛选仓3内随着电动筛选转盘2连续转动，该转动围绕电动筛选转盘2的轴线进行。

同时，胶囊在筛选仓3内会围绕自身的轴线转动，这两个转动相结合，使胶囊的表面能够在随着电动筛选转盘2转动过程中被全部暴露出来。

请参阅图1，筛选平台1倾斜设置，电动筛选转盘2转动连接在筛选平台1上，因为筛选平台1是倾斜的，因此电动筛选转盘2也是倾斜设置的。电动筛选转盘2转动时的动力由安装在筛选平台1内部的伺服系统（由伺服电机和精密减速机组成）提供，此处还可以认为电动筛选转盘2由筛选转盘和伺服系统两部分组成。

请参阅图2，筛选仓3的数量为多个，这些筛选仓3围绕电动筛选转盘2的轴线在电动筛选转盘2上均匀设置，筛选仓3与电动筛选转盘2的顶面和底面连通。通过开放的顶面，可以将胶囊放置在筛选仓3内；通过开放的底面，胶囊与筛选平台1之间的摩擦力会带动胶囊在筛选仓3内会围绕自身的轴线转动。

请参阅图3，筛选平台1上设置有两组筛选通道4，这两组筛选通道4交由两组开关组件5控制，开关组件5安装在筛选平台1上，用于控制筛选通道4的开启和关闭。一组筛选通道4中可以有一个筛选通道4，也可以有多个筛选通道4，每一个筛选通道4均配置有一个开关组件5，请参阅图4和图5。

两组筛选通道4分别用于使合格的胶囊与不合格的胶囊通过。此处，每组筛选通道4下方部署有一条运输带，图2所示，合格的胶囊与不合格的胶囊分别落在不同的运输带上，然后由运输带运送至对应工序。

请参阅图6和图7，胶囊的表面图像采集由第一CCD图像传感器组6、第二CCD图像传感器组7和第三CCD图像传感器组8执行，第一CCD图像传感器组6、第二CCD图像传感器组7和第三CCD图像传感器组8均设在筛选平台1上并沿筛选仓3的移动轨迹顺序设置。

具体而言，第一CCD图像传感器组6负责采集胶囊的侧面图像，第二CCD图像传感器组7负责采集胶囊第一端的图像，第三CCD图像传感器组8负责采集胶囊第二端的图像。

将胶囊的表面分为三个部分，并分别交由第一CCD图像传感器组6、第二CCD图像传感器组7和第三CCD图像传感器组8进行采集。第一CCD图像传感器组6、第二CCD图像传感器组7和第三CCD图像传感器组8的采集工作互不影响。

请参阅图8，采集得到的三组图片能够组成一个胶囊的完整展开图像。此处以图像采集角度为60°举例，第一CCD图像传感器组6、第二CCD图像传感器组7和第三CCD图像传感器组8需要分别采集6张图像，一共18张图像来拼接成胶囊的完整表面图像。

当然，图像数量与图像采集角度成负相关，当图像采集角度为120°度时，需要6张图像来拼接成胶囊的完整表面图像。

第一CCD图像传感器组6、第二CCD图像传感器组7和第三CCD图像传感器组8中CCD图像传感器的数量与需要图像数量相同，需要多少张图像则需要在筛选平台1上部署多少个CCD图像传感器。

筛选平台1和电动筛选转盘2均倾斜设置的原因是使胶囊能够在随电动筛选转盘2转动的过程中，胶囊的两端能够分别暴露在第二CCD图像传感器组7和第三CCD图像传感器组8的视野中。

举例说明，当胶囊位于电动筛选转盘2的较低侧时，胶囊在自身重力的作用下其第二端会抵接在筛选仓3上，此时胶囊的第一端处于自由状态；当胶囊位于电动筛选转盘2的较高侧时，胶囊在自身重力的作用下其第一端会抵接在筛选仓3上，此时胶囊的第二端处于自由状态。

也就是在一个完整的过程中，胶囊的两端（第一端和第二端）会分别处于自由状态，此处的自由状态指的是胶囊的两端（第一端和第二端）不与筛选仓3的内壁接触。

请参阅图9，图像分析与控制器9与电动筛选转盘2、两组开关组件5、第一CCD图像传感器组6、第二CCD图像传感器组7和第三CCD图像传感器组8进行数据交互，数据交互过程中根据第一CCD图像传感器组6、第二CCD图像传感器组7和第三CCD图像传感器组8反馈的图像对胶囊的表面质量进行分析，然后根据分析结果使用两组开关组件5对胶囊进行分组。

分组结果包括合格组与不合格组。

分组过程需要电动筛选转盘2和两组开关组件5配合，电动筛选转盘2需要带动指定的胶囊到达指定位置，此处的指定位置指的是筛选通道4，然后该筛选通道4处的开关组件5打开，使胶囊从筛选平台1上掉落。

在一些例子中，第一CCD图像传感器组6和第二CCD图像传感器组7位于电动筛选转盘2最低处，因为在该处，可以保证胶囊的第一端不与筛选仓3的内壁接触。

进一步地，一个第一CCD图像传感器组6中的CCD图像传感器和一个第二CCD图像传感器组7的CCD图像传感器部署在相同位置处，同时获得一个胶囊的一个部分侧面图像和一个部分端部图像。

在一些例子中，第三CCD图像传感器组8位于电动筛选转盘2最高处，因为在该处，可以保证胶囊的第二端不与筛选仓3的内壁接触。

对于上述第一CCD图像传感器组6、第二CCD图像传感器组7和第三CCD图像传感器组8的位置部署，可以参考如下方式：

第一CCD图像传感器组6的拍摄面与电动筛选转盘2的拍摄面相交平行（电动筛选转盘2的转动平面），这样可以得到胶囊的一个完整的部分侧面图像。第二CCD图像传感器组7和第三CCD图像传感器组8拍摄面与电动筛选转盘2的拍摄面相交，相交的目的是保证能够对胶囊的端部进行完整拍摄。

请参阅图4和图5，开关组件5由驱动器51和挡板52组成，驱动器51安装在筛选平台1上，挡板52安装在驱动器51上，驱动器51驱动挡板52动作，实现筛选通道4的开启和关闭。

挡板52的动作形式有以下两种：

第一种，挡板52的动作为往复摆动，此时驱动器51使用电机，挡板52固定在电机的转轴上；

第二种，挡板52的动作为往复移动，此时驱动器51使用直线电机，挡板52固定在直线电机的活塞上。

请参阅图10，在一些例子中，还增加了放置通道101、过渡仓102和电动限位器103，放置通道101安装在筛选平台1上，其两端均为开放端，此处为了方便描述，将放置通道101的两端分别称为放置通道101的第一端和放置通道101的第二端。

放置通道101的第一端位于电动筛选转盘2的上方并同时位于筛选仓3的移动轨迹上；放置通道101的第二端安装有一个过渡仓102，过渡仓102的作用是接住从运输带上掉落的胶囊，用以确保胶囊能够落到放置通道101内。

应理解，为了保证胶囊能够通过放置通道101顺序落到每一个筛选仓3内，需要胶囊在放置通道101内整齐排列，也就是放置通道101的截面尺寸略大于胶囊，但是这会使运输带的胶囊无法准确的落到的放置通道101内，因此需要过渡仓102对从运输带上掉落的胶囊进行引导。

同时， 在放置通道101上还增加了电动限位器103，电动限位器103能够限制放置通道101内胶囊的移动与否，使胶囊按照顺序一个一个的落到放置通道101下方顺序经过的筛选仓3内。

电动限位器103的活塞伸入到放置通道101内，通过活塞的伸出长度来控制胶囊的顺序落下。

当然，电动限位器103的控制端还与图像分析与控制器9进行数据交互，因为图像分析与控制器9同时控制电动筛选转盘2的转动速度。电动筛选转盘2的转动速度与电动限位器103的工作频率匹配通过图像分析与控制器9完成。

在一些可能的实现方式中，电动筛选转盘2上的筛选仓3上还增加了引导斜面，引导斜面的作用是引导胶囊落到对应的筛选仓3内。

在一些可能的实现方式中，电动限位器103的数量为两个且对称设在放置通道101上。

应理解，上文中提到的图像分析与控制器9有电脑与可编程逻辑控制器两部分组成，电脑与第一CCD图像传感器组6、第二CCD图像传感器组7和第三CCD图像传感器组8进行数据通讯。第一CCD图像传感器组6、第二CCD图像传感器组7和第三CCD图像传感器组8拍摄得到的图像发送给电脑进行分析，分析由电脑上的图像处理程序进行，分析结果给到可编程逻辑控制器。

电脑与可编程逻辑控制器之间的通讯通过串口、USB或者网线实现。

电动筛选转盘2、驱动器51和电动限位器103均交由可编程逻辑控制器控制，以电动筛选转盘2为例，电动筛选转盘2的动力元件是伺服电机，伺服电机使用伺服放大器控制，此处以三菱MR-J3-A系列伺服放大器为例，该型号的伺服放大器具有RS-422串行通讯功能，可以直接与可编程逻辑控制器（三菱plc：FX1N-40MR+FX1N-485BD）连接。

驱动器51和电动限位器103的动力元件均为电机，电机与可编程逻辑控制器的连接方式为，电机使用继电器控制，继电器的控制端与可编程逻辑控制器连接，目的是进行高低压隔离。

本申请还公开了一种基于视觉检测的质量判定方法，包括如下步骤：

S101，驱动胶囊围绕固定轴线转动，胶囊围绕固定轴线转动时围绕自身轴线转动；

S102，获取胶囊的多张侧面图像与多端面图像，侧面图像和端面图像均为胶囊表面的一部分；

S103，使用侧面图像拼接成胶囊的完整侧面图像；

S104，使用端面图像拼接成胶囊的完整端面图像；

S105，对一个胶囊的完整侧面图像与完整端面图像进行色差分析并得到色差区域面积；以及

S106，根据色差区域面积对胶囊进行分组；

其中，色差区域面积大于等于设定值时将胶囊划入不合格组，色差区域面积小于设定值时将胶囊划入合格组。

其中的步骤S101和步骤S102在前述内容中已经进行了叙述，此处不再赘述。在步骤S103中，请参阅图8，使用侧面图像拼接成胶囊的完整侧面图像，此处设定侧面图像的拍摄角度是60度，侧面图像的数量是六张。

胶囊的直径是D，周长S=πD ，一张侧面图像上的截取长度是（1/6）πD。

截取高度是胶囊圆柱部分的高度。

在步骤S104中，请参阅图11，使用端面图像拼接成胶囊的完整端面图像，此处设定端面图像的拍摄角度是60度，端面图像的数量是六张。

胶囊的端部的角度是360度，一张端面图像的截取角度是60度，形状为扇形。

截取高度是胶囊球形（椭球形）端部部分的高度。

在步骤S105中，对一个胶囊的完整侧面图像与完整端面图像进行色差分析，色差分析的过程是使用颜色发现不合格区域，例如对于一个合格的完整侧面图像，其由多个像素点组成，每一个像素点可以使用一个数值进行表示，将步骤S103中生成的完整侧面图像进行灰度处理后，会得到一个灰度矩阵，该灰度矩阵中的每一个像素点均使用一个数值表示。

此处假设一个合格的完整侧面图像，每一个像素点的数值是155，设定误差范围为5，则合格范围是150-160，用合格范围对灰度矩阵进行分类处理，可以得到合格像素点与不合格像素点。

不合格像素点的数量之和与设定值相比，也就是步骤S106中的内容，根据色差区域面积对胶囊进行分组，分组结果有合格与不合格两种。此处的色差区域面积，可以理解为像素点的面积时单位面积，像素点的数量与像素点的面积在数值上相等。

当然，除了S106中的判定方式外，还可以增加如下方式：

离散的单个像素点或者小于设定数量的像素点不计入色差区域面积；

连续的多个像素点组成图形的长度和/或宽度超过设定值，直接判定胶囊为不合格；

部分像素点的数值与合格范围的偏离度超过允许范围，直接判定胶囊为不合格。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于视觉检测的质量判定系统，其特征在于，包括：

倾斜设置的筛选平台（1）；

电动筛选转盘（2），转动连接在筛选平台（1）上；

筛选仓（3），均布在电动筛选转盘（2）上，筛选仓（3）与电动筛选转盘（2）的顶面和底面连通；

两组筛选通道（4），均设在筛选平台（1）上；

两组开关组件（5），均设在筛选平台（1）上，两组开关组件（5）分别用于开启和关闭两组筛选通道（4）；

第一CCD图像传感器组（6）、第二CCD图像传感器组（7）和第三CCD图像传感器组（8），均设在筛选平台（1）上并沿筛选仓（3）的移动轨迹顺序设置；以及

图像分析与控制器（9），与电动筛选转盘（2）、两组开关组件（5）、第一CCD图像传感器组（6）、第二CCD图像传感器组（7）和第三CCD图像传感器组（8）进行数据交互，配置为根据第一CCD图像传感器组（6）、第二CCD图像传感器组（7）和第三CCD图像传感器组（8）的反馈判断胶囊质量并使用两组开关组件（5）对胶囊进行分组。

2.根据权利要求1所述的基于视觉检测的质量判定系统，其特征在于，第一CCD图像传感器组（6）和第二CCD图像传感器组（7）位于电动筛选转盘（2）最低处。

3.根据权利要求2所述的基于视觉检测的质量判定系统，其特征在于，第三CCD图像传感器组（8）位于电动筛选转盘（2）最高处。

4. 根据权利要求1至3中任意一项所述的基于视觉检测的质量判定系统，其特征在于，开关组件（5）包括：

驱动器（51），设在筛选平台（1）上；以及

挡板（52），设在驱动器（51）上；

其中，驱动器（51）配置为驱动挡板（51）往复摆动或者往复移动。

5.根据权利要求1所述的基于视觉检测的质量判定系统，其特征在于，第一CCD图像传感器组（6）的拍摄面平行于电动筛选转盘（2）的转动平面。

6.根据权利要求5所述的基于视觉检测的质量判定系统，其特征在于，第二CCD图像传感器组（7）的拍摄面与电动筛选转盘（2）的拍摄面相交；

第二CCD图像传感器组（7）的数量与第一CCD图像传感器组（6）的数量相同且一一对应。

7.根据权利要求1所述的基于视觉检测的质量判定系统，其特征在于，还包括：

放置通道（101），设在筛选平台（1）上，放置通道（101）的第一端位于筛选仓（3）的上方；

过渡仓（102），设在放置通道（101）的第二端上；以及

电动限位器（103），设在放置通道（101）上并与图像分析与控制器（9）进行数据交互，电动限位器（103）的活塞伸入到放置通道（101）内。

8.根据权利要求7所述的基于视觉检测的质量判定系统，其特征在于，电动限位器（103）的数量为两个且对称设在放置通道（101）上。

9.一种基于视觉检测的质量判定方法，其特征在于，包括：

驱动胶囊围绕固定轴线转动，胶囊围绕固定轴线转动时围绕自身轴线转动；

获取胶囊的多张侧面图像与多端面图像，侧面图像和端面图像均为胶囊表面的一部分；

使用侧面图像拼接成胶囊的完整侧面图像；

使用端面图像拼接成胶囊的完整端面图像；

对一个胶囊的完整侧面图像与完整端面图像进行色差分析并得到色差区域面积；以及

根据色差区域面积对胶囊进行分组；

其中，色差区域面积大于等于设定值时将胶囊划入不合格组，色差区域面积小于设定值时将胶囊划入合格组。

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