機器視覺將使藥品包裝更精準

2023-01-12 08:18:20 精質視覺

　　作為關系人類生命安全的特殊商品——藥品，其在生產、包裝、運輸中都有著嚴格的要求。為了減少次品率，越來越多的企業在藥品包裝的過程中引入機器視覺檢測系統，不僅提升了效率，更將NG率降到了歷史新低。

　　一般來說，機器視覺在藥品包裝檢測時有三類應用：初包裝、二次包裝、配件檢測。

　　初包裝檢測：從源頭消滅不合格

　　初包裝是指把藥物裝進容器封口的過程，包裝合格的產品才能進入市場，因此它的檢測項目是最多的，也是最嚴格的。

　　以疫苗常用的西林瓶和安瓿瓶為例，它們都是玻璃制品，具有較好的阻隔性能和出色的耐腐蝕能力，缺點是有易碎的安全隱患。灌裝前，機器視覺會在特定光源環境下高速拍攝并對比，找出有瑕疵的容器并在線剔除。

　　裝瓶后，同樣需要經過多道檢測來判斷是否合格。通常，制藥企業會記錄正常瓶口的特征和藥液的標準位置。經過檢測鏡頭前時，相機會捕捉當前被檢測物體的特征，與先前拍攝的樣本圖像進行比對檢測。

　　機器視覺在初包裝過程中有以下5大類檢測項目：

　　1.外形檢測(高矮瓶、斷口瓶、異形瓶、異色瓶、倒瓶、半截瓶);

　　2.瓶口檢測(瓶口上沿損壞、外沿損壞、下沿損壞);

　　3.瓶身檢測(瓶身污漬、裂紋、磨損);

　　4.瓶底檢測(瓶底污漬、異物、損壞、薄膜異物);

　　5.殘留液檢測(殘留液體)。

　　目前，制藥企業已廣泛采用高速USB工業相機來實現藥瓶檢測需求。

　　USB3.1工業相機的拍攝幀速可達539幀/秒，能快速且準確地進行圖像數據的傳輸和處理，在惡劣環境下保證穩定的性能和準確的拍攝效率，且長時間連續運行。工業相機被廣泛用來監控、分析和優化制藥流程，確保藥品質量，提高生產率。此外，檢測采用“相對位置”，檢測結果不會受瓶子在傳送帶上震動而受影響。

　　其結合彩色工業相機可獲知藥物顏色，與事先設定的顏色比對，可辨識封裝的藥物是否正確、是否變質、是否受污染，同樣可以自動淘汰不合格產品。

　　需要注意的是，容器檢測的關鍵取決于光源、鏡頭、相機和軟件算法的結合。針對不同瓶型，必須選擇適宜的光源組合，將缺陷異物視覺對比度做到最高，提高檢測精度和準確性。并運用視覺算法對采集的圖片數據開展處理和分類，以提高準確性。

　　二次包裝檢測：快一點!再快一點!

　　二次包裝檢測要清晰明確地標明藥物的各類信息，實現可溯源。在這一階段中，文字、數字、二維碼、圖形的識別是最重要的檢測部分，這恰好是機器視覺最擅長的部分。機器視覺可高速實現“條碼識別、有無檢測、字符檢測”。

　　二次包裝檢測機器視覺可檢測的外包裝項目有：

　　1.有無檢測：字符、日期、logo、條碼等字符信息是否漏印;

　　2.錯印檢測：信息是否準確無誤，有沒有字母缺失，條碼是否準確可讀;

　　3.規格檢測：字符標識的大小、粗細是否合乎規范，印刷位置是否準確;

　　4.清晰度檢測：是否存在模糊不清等瑕疵;

　　5.其他缺陷檢測：是否有黑點、飛墨、臟污，是否重印等。

　　在該類應用中，機器視覺的工作原理相對簡單——通過攝像機拍攝(采集)包裝上的圖像，與該印品的標準圖像(模板)相匹配比較，如果發現差異并超出設定的公差范圍，則判定為不合格產品

　　因此，在二次包裝檢測的過程中，企業對速度的要求更高。攝像機種類、設備接口種類是影響連續高速識別最關鍵的兩大因素。

　　針對印刷質量檢測的機器視覺設備中，可選擇的攝像機有兩類：線陣式攝像機和面陣式攝像機。

　　線陣式攝像機一次只能獲得圖像的一行信息，被拍攝的物體必須以直線的形式從攝像機前來回通過才能獲得完整的圖像，這適合于對以一定速度勻速運動的物體的圖像檢測。面陣式攝像機可以一次獲得整幅圖像的信息，攝像速度更快，可識別檢測的信息也更多。在實際應用中需根據產品實際情況選擇。

　　設備接口的類型，決定了攝像機拍攝后圖像上傳速度的快慢，有專業型和消費型兩種。

　　比如，檢測印刷這類連續流水作業的行掃描攝像頭，其工作頻率一般處于kHz水平。為保證最高速率，此類應用通常使用CarmeraLink(支持最大6.8Gbit/s數據傳輸)和CoaXPress(支持最大12Gbit/s數據傳輸)這些專用型機器視覺接口。除了攝像頭外，還需要圖像采集卡、專用線纜，一定程度上增加了設備集成的難度與成本。

　　相比之下，目前以USB3.1Gen1和千兆以太網為主的消費型接口，具備便捷部署、組成簡單和價格合理的優勢。USB3.1Gen1接口可提供最大4Gibt/s的圖像數據帶寬，支持直接內存存取(DMA)功能。可以將圖像數據從USB直接傳送到內存供軟件使用，與各類攝像頭與軟件的兼容性更好。

　　千兆以太網(GigE)提供最大1Gbit/s的圖像數據帶寬。與USB不同，GigE不支持DMA。在傳輸過程中需要先將圖像數據傳輸到主機重組為圖像框架后，再復制到軟件可存取內存中。雖然現代PC的性能足夠強悍，但對于部分低功率嵌入式系統依然會產生延遲。好在以太網電纜中包含屏蔽層，并具有數據重發功能，適用于有較大電磁干擾及對傳輸可靠性有一定要求的生產場景。

　　目前，以太網消費型接口已發展至萬兆以太網(10GigE)，最高帶寬可達10Gbit/s，是高分辨率3D掃描、容積捕捉和精密計量的理想選擇。5G的加入，更大大降低了智能工廠的構建難度，成為更多高端復雜檢測的首選接口。

　　配件檢測：不放過任何缺陷

　　不少藥品生產時需配套生產醫療器械，同樣需要應用機器視覺檢測。以注射器為例，注射器在自動裝配過程中可能會產生倒插現象(針尖部位被插入針座)，不僅影響產品質量，嚴重時會危害生命。

　　在此類細小瑕疵檢測中，速度退居次位，獲取清晰的細節輪廓才是最重要的。

　　針尖在磨削后自動進入視覺檢測區域拍照。通過背光照明(獲取高清晰的針尖輪廓)、環形光照明(產生最適合高反射物體的無方向、柔和的光)等布光方式，獲得需要的高清圖像。檢測后，輸出相應結果信號至對應產線PLC。生產線PLC根據得到的信號，控制產線做相應動作(剔除NG品或者通過)。目前該系統已成功投入到生產線上使用，檢測總時長(單次“拍照+處理”時間)在100-120ms，無漏檢，誤檢率小于千分之五。

　　綜上所述，基于機器視覺檢測技術的表面瑕疵檢測系統能夠在線高速掃描每個產品，形成高分辨率的圖像，并實時處理，準確捕捉各種表面缺陷，在線剔除殘次品。結合報警、報表統計、質量分析和分揀等處理，有效提高產品合格率，為企業降本增效。

　　在藥品包裝檢測的應用中，內包裝質量、外包裝信息、配件細節檢測是最主要的檢測內容。相比復雜的3D檢測，包裝檢測技術較成熟，應用范圍大，市場接受度高。未來，機器視覺檢測系統還將融入5G技術，向著更快、更便捷、更高自動化方向發展。