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醫(yī)用橡膠手套在外科手術(shù)中的使用具有劃時代的意義, 它已經(jīng)成為減少病原體傳播的主要手段, 可以避免與任何可能引起感染的物質(zhì)直接接觸的危險。這類醫(yī)用手套分左右手配為一副供醫(yī)療手術(shù)使用，以優(yōu)質(zhì)天然膠乳為主要原材料，通過采用凝固劑浸漬法進行模具加工成型，干燥后制成的橡膠薄膜制品。一雙質(zhì)量合格的醫(yī)用手套不僅直接關(guān)系到一場手術(shù)是否能順利進行，而且也關(guān)系到病患手術(shù)者的人身安全。醫(yī)用手套包裝是保證醫(yī)用手套質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。醫(yī)用手套包裝機也稱醫(yī)用手套包裝生產(chǎn)線,是一種可將醫(yī)用乳膠手套自動包裝的機械設(shè)備。目前，國內(nèi)的醫(yī)用手套包裝普遍由人工放置手套，存在由放置的位置過前、過后引起的包裝紙破裂、切指、包裝不美觀等質(zhì)量缺陷。臺達DMV視覺系統(tǒng)的引入能夠很好地解決此類缺陷的發(fā)生，在該領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的行業(yè)推廣意義。
1 需求分析
在橡膠手套的包裝過程中，手套放置的位置直接影響包裝的質(zhì)量。主要分為以下兩種情況：
手套放置過前：因為折紙部位離基準線只有0.5mm，手套手腕部分放置超過印刷基準線很有可能會導(dǎo)致包裝紙折紙時破裂，從而影響包裝質(zhì)量；
手套放置過后：手套手指部分放置超過后段折紙區(qū)域且接近切紙線就會導(dǎo)致包裝不美觀，如果手指部分過于接近切紙線，很有可能發(fā)生切指。如果手套手指部分放置超過后段切紙線，那勢必導(dǎo)致手套手指部分切指。因為手套放置是流水線在線放置，速度在每分鐘50-60雙左右，放置位置過于苛刻勢必造成操作工放置手套的難度，直接影響包裝產(chǎn)量。
鑒于以上兩種情況，我們將切紙線與距切紙線往前100mm處區(qū)域劃為切指危險區(qū)，將切紙線與后基準線之間設(shè)為放置禁止區(qū)。在這兩個區(qū)域內(nèi)都不得有手套存在，如果存在手套，通過視覺檢測發(fā)出報警。針對用戶手套產(chǎn)品的多樣性與需要的調(diào)整，切指危險區(qū)的范圍可以由用戶自定義。
圖1 區(qū)域設(shè)置圖示
2 檢測方案
根據(jù)用戶的需求，本方案采用DMV1000視覺系統(tǒng)“一拖一”的模式來進行檢測。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。
圖2系統(tǒng)架構(gòu)圖
2.1 檢測分析
手套與包裝紙顏色相近，如果光源直射手套，手套與包裝紙的特征對比度很差，無法穩(wěn)定的檢測出手套的存在。而當(dāng)條形光源與水平面成60度時（參考圖2），手套手腕部分與手指部分會呈現(xiàn)不同的圖像特征。
2.1.1手腕部分檢測
手腕部分比較平整，手套表面具有較強的反光性，在手套手腕部分存在與不存在的情況下，該區(qū)域的亮度對比是比較明顯的；利用這個特性，可以使用【影像亮度】工具來判斷手套手腕部分有無超過基準線進入放置禁止區(qū)域；
另外，可以利用【邊緣位置】尋找基準線邊緣；當(dāng)手套手腕部分遮蓋基準線時，【邊緣位置】工具檢測就會出錯，系統(tǒng)會輸出NG信號。
2.1.2手指部分檢測
當(dāng)條形光源與水平面成60度時，手指部分會在包裝紙上呈現(xiàn)黑色陰影，我們可以通過檢測手指陰影的位置來判斷手指在包裝紙上的相對位置，雖然實際檢測的并非手指的實際位置，但是，在檢測精度要求不是很高的情況下，利用手指部分的陰影在切指危險區(qū)的位置相對比較確定的位置這一特性滿足檢測的需求；在放置禁止區(qū)和切指危險區(qū)分別用【面積】工具來檢測手指陰影的黑像數(shù)值，當(dāng)檢測到的黑像數(shù)值大于設(shè)定值，系統(tǒng)會輸出NG信號。
2.2 檢測方案
2.2.1手腕部分檢測
檢測工具定位：
左右手套包裝紙放置區(qū)域各有一條黑色基準線，分別用【邊緣位置】來定位黑色基準線的邊緣。以左基準線定位為例，如圖3所示。
圖3 左基準線定位界面圖
為了產(chǎn)品換產(chǎn)的需要，統(tǒng)一基準線的位置，利用【標記】工具，對該位置進行標識，如圖4所示。
圖4 對基準線位置進行標識
影像強度檢測：
當(dāng)手套手腕部分傾斜放置時，【邊緣位置】工具沒有出錯的情況下，需要用【影像強度】工具來檢測越界的手套。以左邊為例，如圖5所示。
圖5 影像強度檢測參數(shù)設(shè)定
手腕部分判定NG的條件：基準線定位出錯；手腕部分覆蓋基準線或者基準線不清晰、不存在的情況下，基準線定位工具【邊緣位置】出錯；實際影像強度亮度平均值大于設(shè)定值。
2.2.2手指部分檢測
因為手套有多種規(guī)格，大小尺寸有所差異，所以其相對包裝紙的位置，會有所調(diào)整，即需要調(diào)整放置禁止區(qū)和切指危險區(qū)的相對位置；針對此項要求，為了便于調(diào)整，我們將手指切指檢測左右兩邊分為4個區(qū)域，利用【面積】工具進行檢測。
放置禁止區(qū)檢測：
規(guī)劃【面積】工具的檢測區(qū)域，并對圖像進行二值化處理，以左邊為例，如圖6所示。
圖6 放置禁止區(qū)設(shè)定
當(dāng)檢測區(qū)域內(nèi)的黑像數(shù)值大于設(shè)定值時，系統(tǒng)輸出NG信號。
切指危險區(qū)檢測：
規(guī)劃【面積】工具的檢測區(qū)域，并對圖像進行二值化處理，檢測區(qū)域設(shè)置方法同上，此處省略。當(dāng)檢測區(qū)域內(nèi)的黑像數(shù)值大于設(shè)定值時，系統(tǒng)輸出NG信號。
2.3檢測效果
方案最終輸出結(jié)果需要綜合判斷2個【影像亮度】和4個【面積】工具檢測的結(jié)果，只要出現(xiàn)一個NG（即手腕部分過基準線或手套手指部分處于禁止區(qū)、危險區(qū)的情況），此包裝機便會報警停機。所以還需通過【判斷器】將此六個檢測工具的檢測結(jié)果做一個“and”關(guān)系。
圖7 檢測工具預(yù)覽
圖8 手套處于放置禁止區(qū)的檢測示意圖
圖9 手套手指部分處于切指危險區(qū)的檢測示意圖
圖10 手套手腕部分的檢測示意圖
2.4系統(tǒng)配置
表1 系統(tǒng)配置
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名稱
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說明
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型號
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數(shù)量
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控制器
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機器視覺控制器（單機）
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DMV1000-80GXC
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1
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鏡頭
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12mm百萬像素鏡頭
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DMV-LN12MC
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1
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相機
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30萬像素1394相機，配相機電纜
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DMV-CDA30GS
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1
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光源
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24V紅色條形光源
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DMV-LDBR160020P
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1
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光源控制器
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24V頻閃控制器
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DMV-STB01
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1
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手柄
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手持操作編程器
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DMV1000-KEY
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1
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2.5驗收測試
驗收測試分12組，每組分10次進行測試，表2為測試報表，其中“露指”代表手套處于放置禁止區(qū)或者切指危險區(qū)，“過線”為手套手腕部分過基準線的情況。
表2 測試結(jié)果
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序號
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測試方案（隨機擺放）
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次數(shù)
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測試結(jié)果
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1
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1組“露指”，5組正常，連續(xù)運行
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10
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100%
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2
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2組“露指”，4組正常，連續(xù)運行
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10
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100%
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3
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6組全部正常
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10
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100%
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4
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1組“露指”，1組過線，4組正常，連續(xù)運行
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10
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100%
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5
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2組過線，4組正常，連續(xù)運行
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10
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100%
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6
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3組露指，3組正常，連續(xù)運行
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10
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100%
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7
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3組露指，4組正常，連續(xù)運行
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10
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100%
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8
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3組露指，5組正常，連續(xù)運行
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10
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100%
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9
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2組“露指”，1組過線，3組正常，連續(xù)運行
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10
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100%
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10
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3組露指，5組正常，連續(xù)運行
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10
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100%
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11
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不放手套，空載運行檢測，速度25雙/分鐘
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10
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100%
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12
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不放手套，空載運行檢測，速度50雙/分鐘
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10
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100%
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2.6應(yīng)用現(xiàn)場
圖11 橡皮手套檢測現(xiàn)場
3 結(jié)束語
本文基于臺達DMV1000機器視覺檢測系統(tǒng)實現(xiàn)了高速醫(yī)用橡膠手套自動包裝機手套質(zhì)量的自動化檢測，不僅大大降低了產(chǎn)品線次品的輸出，提升了品牌形象，而且為企業(yè)節(jié)約了資源。該系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、操作簡便、精確度高、穩(wěn)定性高。其檢測效果遠遠優(yōu)于人工檢測效果，規(guī)范了操作工的放置手套的操作習(xí)慣。本檢測系統(tǒng)已成功應(yīng)用于該項目，取得了滿意的運行效果，準確率完全達到了系統(tǒng)的設(shè)計目標。隨著醫(yī)療行業(yè)自動化水平的不斷提高，人工費用的增長，該系統(tǒng)具備良好地推廣應(yīng)用價值。
作者簡介：
唐慧，男，1982年出生，畢業(yè)于浙江大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，工程師職稱，致力于工業(yè)自動化控制、機器視覺方面的研究，目前在中達電通有限公司儀表產(chǎn)品處擔(dān)任視覺高級應(yīng)用工程師一職，負責(zé)機器視覺類產(chǎn)品技術(shù)支持與推廣。
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