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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(shí)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(xiǎn)。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(guò)采用凝固劑浸漬法進(jìn)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(chǎng)手術(shù)是否能順利進(jìn)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(jī)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(dòng)包裝的機(jī)械設(shè)備。目前，國(guó)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(guò)前、過(guò)后引起的包裝紙破裂、切指、包裝不美觀等質(zhì)量缺陷。臺(tái)達(dá)DMV視覺(jué)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(guò)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(guò)前：因?yàn)檎奂埐课浑x基準(zhǔn)線只有0.5mm，手套手腕部分放置超過(guò)印刷基準(zhǔn)線很有可能會(huì)導(dǎo)致包裝紙折紙時(shí)破裂，從而影響包裝質(zhì)量；
手套放置過(guò)后：手套手指部分放置超過(guò)后段折紙區(qū)域且接近切紙線就會(huì)導(dǎo)致包裝不美觀，如果手指部分過(guò)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(guò)后段切紙線，那勢(shì)必導(dǎo)致手套手指部分切指。因?yàn)槭痔追胖檬橇魉�在線放置，速度在每分鐘50-60雙左右，放置位置過(guò)于苛刻勢(shì)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(xiǎn)區(qū)，將切紙線與后基準(zhǔn)線之間設(shè)為放置禁止區(qū)。在這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)都不得有手套存在，如果存在手套，通過(guò)視覺(jué)檢測(cè)發(fā)出報(bào)警。針對(duì)用戶手套產(chǎn)品的多樣性與需要的調(diào)整，切指危險(xiǎn)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(cè)方案
根據(jù)用戶的需求，本方案采用DMV1000視覺(jué)系統(tǒng)“一拖一”的模式來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。
圖2系統(tǒng)架構(gòu)圖
2.1 檢測(cè)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(duì)比度很差，無(wú)法穩(wěn)定的檢測(cè)出手套的存在。而當(dāng)條形光源與水平面成60度時(shí)（參考圖2），手套手腕部分與手指部分會(huì)呈現(xiàn)不同的圖像特征。
2.1.1手腕部分檢測(cè)
手腕部分比較平整，手套表面具有較強(qiáng)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(duì)比是比較明顯的；利用這個(gè)特性，可以使用【影像亮度】工具來(lái)判斷手套手腕部分有無(wú)超過(guò)基準(zhǔn)線進(jìn)入放置禁止區(qū)域；
另外，可以利用【邊緣位置】尋找基準(zhǔn)線邊緣；當(dāng)手套手腕部分遮蓋基準(zhǔn)線時(shí)，【邊緣位置】工具檢測(cè)就會(huì)出錯(cuò)，系統(tǒng)會(huì)輸出NG信號(hào)。
2.1.2手指部分檢測(cè)
當(dāng)條形光源與水平面成60度時(shí)，手指部分會(huì)在包裝紙上呈現(xiàn)黑色陰影，我們可以通過(guò)檢測(cè)手指陰影的位置來(lái)判斷手指在包裝紙上的相對(duì)位置，雖然實(shí)際檢測(cè)的并非手指的實(shí)際位置，但是，在檢測(cè)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(xiǎn)區(qū)的位置相對(duì)比較確定的位置這一特性滿足檢測(cè)的需求；在放置禁止區(qū)和切指危險(xiǎn)區(qū)分別用【面積】工具來(lái)檢測(cè)手指陰影的黑像數(shù)值，當(dāng)檢測(cè)到的黑像數(shù)值大于設(shè)定值，系統(tǒng)會(huì)輸出NG信號(hào)。
2.2 檢測(cè)方案
2.2.1手腕部分檢測(cè)
檢測(cè)工具定位：
左右手套包裝紙放置區(qū)域各有一條黑色基準(zhǔn)線，分別用【邊緣位置】來(lái)定位黑色基準(zhǔn)線的邊緣。以左基準(zhǔn)線定位為例，如圖3所示。
圖3 左基準(zhǔn)線定位界面圖
為了產(chǎn)品換產(chǎn)的需要，統(tǒng)一基準(zhǔn)線的位置，利用【標(biāo)記】工具，對(duì)該位置進(jìn)行標(biāo)識(shí)，如圖4所示。
圖4 對(duì)基準(zhǔn)線位置進(jìn)行標(biāo)識(shí)
影像強(qiáng)度檢測(cè)：
當(dāng)手套手腕部分傾斜放置時(shí)，【邊緣位置】工具沒(méi)有出錯(cuò)的情況下，需要用【影像強(qiáng)度】工具來(lái)檢測(cè)越界的手套。以左邊為例，如圖5所示。
圖5 影像強(qiáng)度檢測(cè)參數(shù)設(shè)定
手腕部分判定NG的條件：基準(zhǔn)線定位出錯(cuò)；手腕部分覆蓋基準(zhǔn)線或者基準(zhǔn)線不清晰、不存在的情況下，基準(zhǔn)線定位工具【邊緣位置】出錯(cuò)；實(shí)際影像強(qiáng)度亮度平均值大于設(shè)定值。
2.2.2手指部分檢測(cè)
因?yàn)槭痔子卸喾N規(guī)格，大小尺寸有所差異，所以其相對(duì)包裝紙的位置，會(huì)有所調(diào)整，即需要調(diào)整放置禁止區(qū)和切指危險(xiǎn)區(qū)的相對(duì)位置；針對(duì)此項(xiàng)要求，為了便于調(diào)整，我們將手指切指檢測(cè)左右兩邊分為4個(gè)區(qū)域，利用【面積】工具進(jìn)行檢測(cè)。
放置禁止區(qū)檢測(cè)：
規(guī)劃【面積】工具的檢測(cè)區(qū)域，并對(duì)圖像進(jìn)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(cè)區(qū)域內(nèi)的黑像數(shù)值大于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)輸出NG信號(hào)。
切指危險(xiǎn)區(qū)檢測(cè)：
規(guī)劃【面積】工具的檢測(cè)區(qū)域，并對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，檢測(cè)區(qū)域設(shè)置方法同上，此處省略。當(dāng)檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的黑像數(shù)值大于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)輸出NG信號(hào)。
2.3檢測(cè)效果
方案最終輸出結(jié)果需要綜合判斷2個(gè)【影像亮度】和4個(gè)【面積】工具檢測(cè)的結(jié)果，只要出現(xiàn)一個(gè)NG（即手腕部分過(guò)基準(zhǔn)線或手套手指部分處于禁止區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)的情況），此包裝機(jī)便會(huì)報(bào)警停機(jī)。所以還需通過(guò)【判斷器】將此六個(gè)檢測(cè)工具的檢測(cè)結(jié)果做一個(gè)“and”關(guān)系。
圖7 檢測(cè)工具預(yù)覽
圖8 手套處于放置禁止區(qū)的檢測(cè)示意圖
圖9 手套手指部分處于切指危險(xiǎn)區(qū)的檢測(cè)示意圖
圖10 手套手腕部分的檢測(cè)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(shuō)明
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型號(hào)
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數(shù)量
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控制器
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機(jī)器視覺(jué)控制器（單機(jī)）
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DMV1000-80GXC
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1
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鏡頭
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12mm百萬(wàn)像素鏡頭
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DMV-LN12MC
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1
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相機(jī)
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30萬(wàn)像素1394相機(jī)，配相機(jī)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(yàn)收測(cè)試
驗(yàn)收測(cè)試分12組，每組分10次進(jìn)行測(cè)試，表2為測(cè)試報(bào)表，其中“露指”代表手套處于放置禁止區(qū)或者切指危險(xiǎn)區(qū)，“過(guò)線”為手套手腕部分過(guò)基準(zhǔn)線的情況。
表2 測(cè)試結(jié)果
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序號(hào)
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測(cè)試方案（隨機(jī)擺放）
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次數(shù)
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測(cè)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(yùn)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(yùn)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(guò)線，4組正常，連續(xù)運(yùn)行
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10
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100%
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5
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2組過(guò)線，4組正常，連續(xù)運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(guò)線，3組正常，連續(xù)運(yùn)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(yùn)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(yùn)行檢測(cè)，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(yùn)行檢測(cè)，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(chǎng)
圖11 橡皮手套檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)
3 結(jié)束語(yǔ)
本文基于臺(tái)達(dá)DMV1000機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速醫(yī)用橡膠手套自動(dòng)包裝機(jī)手套質(zhì)量的自動(dòng)化檢測(cè)，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(jiǎn)單緊湊、成本低廉、操作簡(jiǎn)便、精確度高、穩(wěn)定性高。其檢測(cè)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于人工檢測(cè)效果，規(guī)范了操作工的放置手套的操作習(xí)慣。本檢測(cè)系統(tǒng)已成功應(yīng)用于該項(xiàng)目，取得了滿意的運(yùn)行效果，準(zhǔn)確率完全達(dá)到了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。隨著醫(yī)療行業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，人工費(fèi)用的增長(zhǎng)，該系統(tǒng)具備良好地推廣應(yīng)用價(jià)值。
作者簡(jiǎn)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(dòng)化專業(yè)，工程師職稱，致力于工業(yè)自動(dòng)化控制、機(jī)器視覺(jué)方面的研究，目前在中達(dá)電通有限公司儀表產(chǎn)品處擔(dān)任視覺(jué)高級(jí)應(yīng)用工程師一職，負(fù)責(zé)機(jī)器視覺(jué)類產(chǎn)品技術(shù)支持與推廣。
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