本实用新型涉及医疗器械生产设备技术领域，尤其是涉及一种基于视觉处理的自动化导管涂覆设备。
背景技术：
目前，微创介入手术因其创伤小，出血少，并发症少，术后恢复快等特点正迅速成为广大医生的首选，医疗介入器械迅猛发展，介入导管类成为微创介入手术的主流产品。针对不同病变的运用也对导管制造提出了更高的要求。首先，微导管的尺寸对加工制造提出了一定的挑战；其次，针对制造微导管的高分子材料也提出了更高的要求，如更好的生物相容性，更稳定的化学及物理特性；再次，涂层工艺也是导管类产品必不可少的环节，如涂层可提高导管的润滑性减少其在体内输送的阻力，再如药物涂层在微导管进入病变部位后可以溶解，对病变起到治疗的作用。
目前导管的涂层涂覆主要是采用人工涂覆方式，存在效率低，涂覆效果不稳定的缺点。现有技术中也公开一些自动化涂覆设备，例如CN103128041A，但这些设备并不适用于导管类的涂层，这是因为导管无法安装到这些设备上，而且导管的涂层工艺(例如涂层材料、涂层方式等)也与其他产品的涂层工艺不同。因此，需要一种针对医疗用的导管类产品的自动化涂覆设备。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种基于视觉处理的自动化导管涂覆设备。
为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：
一种基于视觉处理的自动化导管涂覆设备，机架、控制面板、工控机、上料平台、相机、XY轴机械手运动平台、Z轴运动机构和若干试管；所述控制面板与工控机上的控制面板接口相连；所述工控机内具有图像处理模块；所述上料平台安装在机架上，用于承接导管；所述相机安装在机架上，用于采集导管在上料平台内的图像，经电源线与工控机的电源相连，经数据线与工控机的数据接收端口相连；所述XY轴机械手运动平台安装在机架上，与工控机相连，受工控机控制可在XY平面内运动；在所述XY轴机械手运动平台上设有夹持机构；所述Z轴运动机构安装在机架上，与工控机和XY轴机械手运动平台相连，受工控机控制可使XY轴机械手运动平台在Z轴轴向运动；在所述机架的内部下侧设有若干盛放有涂层液的试管。
进一步地，所述上料平台上设置有放料槽，为限位槽，用于对导管进行限位。
进一步地，所述相机为面阵相机。优选地，所述相机采用CCD传感器。
进一步地，所述XY轴机械手运动平台包括X轴伺服电机、X轴联轴器、X轴丝杠导轨、Y轴伺服电机、Y轴联轴器和Y轴丝杠导轨；X轴伺服电机与工控机上的X轴电机控制口相连，输出轴经X轴联轴器与X轴丝杠导轨相连；Y轴伺服电机与工控机上的Y轴电机控制口相连，输出轴经Y轴联轴器与Y轴丝杠导轨相连。
进一步地，所述夹持机构包括气缸、动块、导向轴和静块；导向轴为动块提供运动导向，其上固定连接有静块、滑动连接有动块，静块和动块相对设置；气缸的动力轴与动块相连。
进一步地，所述夹持机构在其与导管的接触部位设有硅胶层。
进一步地，所述Z轴运动机构包括Z轴伺服电机、同步带、支撑轴、轴承座和同步带轮；Z轴伺服电机与工控机上的Z轴电机控制口相连，输出轴连接同步带轮；同步带轮经支撑轴固定，支撑轴经轴承座支撑和定位，轴承座固定在机架上；同步带与同步带轮啮合，且与XY轴机械手运动平台相连接。
本实用新型具有以下优点：
本实用新型的基于视觉处理的自动化导管涂覆设备是专门针对医用导管设计，充分考虑了导管的位置、涂层材料、涂层方式，实现了自动上料和给导管涂覆涂层液，通过视觉处理实现精确的定位控制，涂层处理的精度提高，保证了涂层的均匀性，且生产效率高，极大减少了人工介入，降低了劳动强度。
附图说明
图1是本实用新型的基于视觉处理的自动化导管涂覆设备的主视图。
图2是本实用新型的基于视觉处理的自动化导管涂覆设备的侧视图。
图3是本实用新型的基于视觉处理的自动化导管涂覆设备的立体图。
图4是本实用新型的基于视觉处理的自动化导管涂覆设备的主要部件的构成示意图。
图5是XY轴机械手运动平台的构成示意图。
图6是夹持机构的构成示意图。
图7是Z轴运动机构的构成示意图。
具体实施方式
实施例
如图1-4所示，是本实用新型的基于视觉处理的自动化涂覆设备的结构示意图。该基于视觉处理的自动化涂覆设备，包括：控制面板1、XY轴机械手运动平台2、Z轴运动机构3、面阵相机4、上料平台5、工控机6、放料槽8、若干试管9、机架7。
控制面板1是用于控制设备执行涂覆操作的面板，具有复位、运行、停止、相机标定等功能，同时能显示当前的速度和高度。控制面板1与工控机6上的控制面板接口15相连。
机架7是由型材组装而成，是整个设备的支撑架构。
在机架7的内部下侧设有若干盛放有涂层液的试管9。
XY轴机械手运动平台2安装在机架7上，可在XY平面内运动，包括X轴伺服电机161、X轴联轴器171、X轴丝杠导轨181、Y轴伺服电机162、Y轴联轴器172和Y轴丝杠导轨182(如图5所示)。X轴伺服电机161与工控机6上的X轴电机控制口12相连，输出轴经X轴联轴器171与X轴丝杠导轨181相连。Y轴伺服电机162与工控机6上的Y轴电机控制口13相连，输出轴经Y轴联轴器172与Y轴丝杠导轨182相连。X轴丝杠导轨181和Y轴丝杠导轨182用于将转动转换为直线运动。X轴伺服电机161和Y轴伺服电机162接受工控机6的控制信号实现指定转速和转向，控制在X轴、Y轴的轴向运动，精度可达到0.1mm。
在XY轴机械手运动平台2上设有具有夹持功能的夹持机构(也称为机械手)。夹持机构包括气缸23、动块24、导向轴25和静块26(如图6所示)。导向轴25为动块24提供运动导向，其上固定连接有静块26、滑动连接有动块24，静块26和动块24相对设置。气缸23的动力轴与动块24相连，用于推动动块24靠近静块26来实现夹紧功能。夹持机构用来夹持住需要进行涂层的导管，之后通过XY轴机械手运动平台2的运动移动到指定位置。为防止夹伤导管，夹持机构在其与导管的接触部位设有硅胶层。
Z轴运动机构3包括Z轴伺服电机19、同步带20、支撑轴21、轴承座22和同步带轮27(如图7所示)。Z轴伺服电机19与工控机6上的Z轴电机控制口14相连，输出轴连接同步带轮27。同步带轮27经支撑轴21固定，支撑轴21经轴承座22支撑和定位，轴承座22固定在机架7上。同步带20与同步带轮27啮合，且与XY轴机械手运动平台2相连接。通过同步带20的直线运动来带动XY轴机械手运动平台2在Z轴轴向的直线运动，直至到达试管9内，实现导管对涂层液的蘸取。Z轴伺服电机19接受工控机6的控制信号实现指定转速和转向，控制在Z轴的轴向运动，精度可达到0.1mm，足够满足常规及特殊精度的涂层的要求。
上料平台5安装在机架7的中上部外侧，用于承接导管。上料平台5上设置有放料槽8，为限位槽，用于对导管进行限位，以方便XY轴机械手运动平台2精确夹取导管。
面阵相机4安装在机架7的中上部外侧，位于上料平台5上方，用来采集导管在上料平台5内的位置图像，并将图像发送给工控机6。
工控机6安装在机架7的下部外侧，内部预置有图像处理软件，工控机6上设有电源10、数据接收端口11、X轴电机控制口12、Y轴电机控制口13、Z轴电机控制口14和控制面板接口15。电源10与面阵相机4经电源线相连，为面阵相机4提供电力。数据接收端口11与面阵相机4经数据线相连，用于接收面阵相机4实时采集的图像数据。X轴电机控制口12与X轴伺服电机161相连，根据计算所得的数据控制XY轴机械手运动平台2的X轴伺服电机161移动。Y轴电机控制口13与Y轴伺服电机162相连，根据计算所得的数据控制XY轴机械手运动平台2的伺服电机162进行移动。Z轴电机控制口14与Z轴伺服电机19相连，根据计算所得的数据控制Z轴伺服电机19进行移动。控制面板接口15与控制面板1相连，用于控制面板1与工控机6之间的通信，实现控制信息的传输和设备运行参数的显示。
利用该基于视觉处理的自动化导管涂覆设备进行导管涂覆的方法，包括以下步骤：
S1：工控机6提取面阵相机4的位置图像，进行相机标定，获取相机内部参数及外部参数，即获得相机的内部参数矩阵和转换矩阵等参数。
为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个求解参数的过程就称之为相机标定(或摄像机标定)。相机坐标系是一个以镜头光心处为原点，x轴与y轴分别与相面的两边平行，z轴为镜头光轴，与像平面垂直。世界坐标(X，Y，Z)是一个三维直角坐标，世界坐标系反映了相机和待测物体的空间位置，其原点位置可根据实际情况而定，这里将原点固定在放料槽端部的位置，其位置是固定不变的。标定方法和参数的获得采用已经成熟的视觉开发库OPenCV实现。具体地，标定是采用最为常用的棋盘格式的标定方法，标定块为正方形单位为10mm的平面，将其原点与对应的世界坐标原点重合，然后采用OpenCV中的标定函数进行标定。
S2：通过面阵相机4(CCD传感器)对导管在上料平台5内的位置成像，之后将采集到的图像传送到工控机6中，对导管特征进行提取，通过OpenCV计算出图像特征的坐标，得到导管世界坐标(X2，Y2，Z2)。
同时，XY轴机械手运动平台2复位，也就是夹持机构复位，通过OPenCV的矩阵转换函数，计算出夹持机构世界坐标(X1，Y1，Z1)。因为夹持机构的位置是通过传感器提前设置好的，其坐标位置在复位后是固定的。
S3：工控机6依照得到的导管世界坐标(X2，Y2，Z2)、夹持机构世界坐标(X1，Y1，Z1)，结合试管9世界坐标(X3，Y3，Z3)(试管的位置是提前设定好的，因此试管9的世界坐标是固定的)，控制不同伺服电机动作来实现XY轴机械手运动平台2的XY轴移动和Z轴移动来实现导管对涂层液的蘸取。具体地，首先，夹持机构从(X1，Y1，Z1)坐标点位置移动到(X2，Y2，Z2)坐标点位置，夹持机构打开并夹持住导管；之后，夹持机构移动到(X3，Y3，Z3)坐标点位置，同时根据夹持长度和总长，夹持机构将进行上下运动，即(X3，Y3)坐标点不变的Z轴轴向运动。当涂层液蘸取完毕后，人工取下导管进行晾晒即可。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。