专利名称：自动检测瓶装液体中杂质的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种自动检测瓶装液体中杂质的系统和方法，属于光学仪器与光学测量技术领域。
背景技术：
临床上使用的安瓿瓶在生产和灌装等环节可能会引入杂质。这些杂质通常是细小的纤毛、毛发、玻璃屑和较大的玻璃块等。研究表明，这些杂质若注入人体会导致严重的健康问题。《中国药典》明确要求若药液中含有直径大于50微米的杂质必须检出并认定为不合格产品。目前，国内制药企业主要采用人工检测方法，即在暗室中特定光照下通过人眼来判断是否含有异物。这种检测方法强度大、主观性强、且容易误检。部分大型企业引进了国 外的全自动智能灯检机，目前我国也有多家高校和企业研制全自动灯检机，无论国外还是国内研制的全自动智能灯检机基本上都是采用机器视觉方法，即通过多台高速工业相机连续拍照结合图像分析算法及处理识别软件来判断是否存在杂质的检测方法，基于此方法的装备成本较高，图像处理识别软件较复杂，对玻璃块等较大块的异物识别率不高，而且实际生产中维护不方便。如公开号为CN1760666A的中国发明专利，该发明涉及一种可对瓶装液体中固体杂质进行全自动检测的方法及系统，该方法为驱动装置驱动匀速前进的瓶体加速自转至设定转速值，然后对其进行快速制动，向其发射光束，与其同步前进的摄像机进行摄像，将摄像信号进行分析，当出现异常时产生剔除信号。该系统包括检测工作台、皮带摩擦驱动装置、检测装置、分析控制模块等，皮带摩擦驱动装置包括主动轮、从动轮、随动轮以及摩擦皮带，随动轮的支架上设置有弹簧；夹持装置包括夹持头和摩擦轮；摩擦轮可与摩擦皮带摩擦接触。又如公开号为101806752A的中国发明专利，该发明公开了一种用于瓶装液体药品中可见异物视觉检测的方法及设备，该方法包括以下步骤I)使用工业相机对待检测的装在药瓶内的当前液体药品获取多帧连续图像；2)图像预处理采用7X7的圆形模板作为结构元素对获取的图像进行高帽形态学滤波；3)运动目标提取；4)运动目标跟踪；5)图像识别与判断。该装置由用于抓取药瓶的抓瓶机械手及在其附近设置的图像采集与处理装置组成。上述两份专利技术采用的都是机器视觉方法。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种自动检测瓶装液体中杂质的非机器视觉法的光机电系统和方法，即采用多通道光影像模拟信号异物检测方法，能高效地检测出液体中的杂质异物，结合信号处理方法，大大提高光电信号的抗干扰性，从而提高微小杂质异物的检出率。
根据本发明的一个方面，提供一种自动检测瓶装液体中杂质的系统，该系统包括大转盘，用于传送被测液体瓶，使被测液体瓶从入检口到出检口 ；自转小电机，用于带动被测液体瓶绕自身轴线旋转；光发射单元，提供一束高亮度细长条状光束垂直穿透被检测的被测液体瓶；光接受单元，将透过被测液体瓶的光束会聚成像，并探测光强信息，进行光电转换，并输出光强电信号到电学信号处理模块；两个随动转台，分别位于大转盘的外侧和内侧，用于固定光发射单元、光 接受单元；两个随动转台跟随大转盘上的被测液体瓶同步转动一定角度后快速返回；电学信号处理模块，将光接受单元输出的光电流信号转换成电压，再经放大、模数转换后，将转换成的数字量传送到数字信号处理模块；数字信号处理模块，对接收的数字量进行滤波、分析、计算与判断，通过分析光强信号的变化判断是否有杂质存在，最终显示检测结果。优选地，所述光发射单元由光源、透镜、狭缝和柱面透镜组成，一起固定于随动转台，光源发出的光经过透镜准直照射到长方形的狭缝上，经过狭缝后得到长方形的光束，再由前方的柱面透镜将长方形光束压缩成一束很细的高亮度细长条状光束垂直穿透被检测的被测液体瓶。优选地，所述光发射单元进一步包括光纤，所述光源发出的光经过透镜耦合到光纤，经光纤输出的光经过透镜准直照射到长方形的狭缝上。优选地，所述光接受单元由阵列透镜和阵列探测器组成，透过被测液体瓶的光束经由阵列透镜会聚成像到阵列探测器上。优选地，所述电学信号处理模块由电流电压转换器、放大器、多路选择开关、模数转换器组成，其中电流电压转换器将光接受单元的光电流转换成电压后送到放大器，放大器把信号放大到合适的值后经多路选择开关送模数转换器，模数转换器将模拟电压信号转换成数字量后，传送到数字信号处理模块。优选地，所述数字信号处理模块采用计算机或单片机或DSP实现。根据本发明的再一个方面，提供一种自动检测瓶装液体中杂质的方法，所述方法包括如下步骤第一步，被测液体瓶通过传送带依次装上圆形大转盘，大转盘以每分钟数转的速度匀速转动，进入检测区之前，由加速电机加速旋转带动被测液体瓶绕自身轴线高速旋转，然后制动加速电机使液体瓶停止自转，而液体由于惯性仍继续旋转；第二步，光发射单元和光接受单元安装在与大转盘同步运动的随动转台上，与大转盘或被测药液瓶具有相同的转速，保持同步，光发射单元和光接受单元与被测液体瓶保持相对静止，此时连续测量光强信号；第三步，测得的光强信号经过电学信号处理模块和数字信号处理模块处理，通过分析光强信号的变化判断是否有杂质存在。优选地，所述光发射部分和光接受部分固定在随动转上，随动转台跟随大转盘上的被测液体瓶同步转动一定角度后快速返回，然后跟随下一个被测液体瓶同步转动，依此反复。
优选地，所述测得的光强信号经过电学信号处理模块和数字信号处理模块处理进行分析，是指将光电流转换成电压后放大，放大进行模数转换，将模拟电压信号转换成数字量后，传送到计算机或者单片机或者DSP，对信号做进一步的滤波、分析、计算、判断并显
/Jn ο优选地，进入检测区之前，由电机加速旋转带动被测液体瓶绕自身轴线高速旋转，转速达到1000转/分 4000转/分，然后制动电机使液体瓶停止自转，而液体由于惯性仍继续旋转。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果常规的液体中异物检测多采用机器视觉法，即由多台高速工业摄像机组成硬件系统对液体进行连续摄像，再由图像处理和识别算法及软件系统进行识别和判断，本发明与机器视觉法相比，大大降低了设备成本，简化了液体中异物检测的软件系统，系统更易于维护。
·通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显图I为本发明一实施例中检测系统的俯视光路示意图。图I中，I为光源,2为光纤,3为透镜,4为狭缝,5柱面透镜,6被检测液体瓶,7为阵列透镜，8为阵列探测器。图2为本发明一实施例中检测系统的侧视光路示意图。图2中，I为光源,2为光纤,3为透镜,4为狭缝,5柱面透镜,6被检测液体瓶,7为阵列透镜，8为阵列探测器，9为大转盘。图3为本发明一实施例的无光纤检测系统的侧视光路示意图。图3中，I为光源，3为透镜，4为狭缝，5为柱面透镜，6被检测液体瓶，7为阵列透镜，8为阵列探测器，9为大转盘。图4为本发明一实施例的光电检测大转盘及跟随转台示意图。图4中，6为被检测瓶，21为用于固定光发射单元随动转台，22为用于固定光接受单元的随动转台。图5为本发明一实施例计算机及电学信号处理模块框图。图5中，10为电流电压转换器(I/V)，11为电压放大器，12为多路选择开关，13为模数转换器(A/D)，14为计算机。图6为本发明一实施例单片机及电学信号处理模块框图。图6中，10为电流电压转换器(I/V)，11为电压放大器，12为多路选择开关，13为模数转换器(A/D)，15为显示屏，16为按键，17为接口，18为电池，19为数字信号处理模块，20为单片机。图7为由本发明测得的含纤毛样品的原始信号波形(未经过数字信号处理模块处理)。图8为由本发明测得的含纤毛样品的信号波形(经过数字信号处理模块处理)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。如图1-2所示，图中1为光源，2为光纤，3为透镜，4为狭缝，5柱面透镜，6被检测液体瓶，7为阵列透镜，8为阵列探测器，9为大转盘。光源I发出的光经过透镜耦合到光纤2，经光纤2输出的光经过透镜3准直照射到长方形的狭缝4上，经过狭缝4后得到长方形的光束，再由前方的柱面透镜5将长方形光束压缩成一束很细的高亮度细长条状光束垂直穿透被检测的被测液体瓶6，透过被测液体瓶的光束经由前方的阵列透镜7会聚成像到阵列探测器8上。光源I、光纤2、透镜3、狭缝4和柱面透镜5组成光发射单元，光发射单元固定在随动转台21上；阵列透镜7阵列探测器8组成光接受单元，光接受单元固定在在随动转台22上。大转盘9用于传送被测液体瓶，使被测液体瓶6从入检口到出检口 ；自转小电机，用于带动被测液体瓶绕自身轴线旋转。 如图3所示，图中I为光源，3为透镜，4为狭缝，5柱面透镜，6被检测液体瓶，7为阵列透镜，8为阵列探测器，9为大转盘。光发射单元由光源I、透镜3、狭缝4和柱面透镜5组成，光源I发出的光经过透镜3准直照射到长方形的狭缝4上，经过狭缝4后得到长方形的光束，再由前方的柱面透镜5将长方形光束压缩成一束很细的高亮度细长条状光束垂直穿透被检测的被测液体瓶6。光接受单元由阵列透镜7和阵列探测器8组成，透过被测液体瓶6的光束经由阵列透镜7会聚成像到阵列探测器8上。所述的光源为卤钨灯、LED、激光、氙灯等。所述的光纤即导光纤维，材质为玻璃或石英或塑料等，既可以是不分束光纤，也可以是分束光纤。所述的狭缝形状为长方形。所述的阵列透镜的阵列数目可以是1，2，3，…，η的任意自然数，既可以由单个或多个单透镜单元拼接而成，也可以由模具通过压模方法整体制作而成，材料为石英、玻璃、
塑料等。所述的被测液体瓶为透明或半透明的玻璃瓶、有机玻璃瓶或塑料瓶等，被测液体为透明或半透明或不透明液体。所述的阵列探测器的阵列数目可以是1，2，3，…，η的任意自然数，既可以由单个或多个光电二极管或光电池单元拼接而成，也可以是线阵或面阵光电二极管阵列、线阵或面阵CXD、CMOS图像传感器等。如图4所示，图中6为被检测瓶，21为用于固定光发射单元随动转台，22为用于固定光接受单元的随动转台；随动转台21和22跟随大转盘9上的被测液体瓶6同步转动一定角度后快速返回，然后跟随下一个被测液体瓶同步转动，依此反复。如图5所示，图中10为电流电压转换器(I/V)，11为电压放大器，12为多路选择开关，13为模数转换器(A/D)，14为计算机。阵列探测器8各个单元输出光电信号分别接入电学信号处理模块的电流电压转换器(Ι/ν)10，电流电压转换器10将光电流转换成电压后送到放大器11，放大器11把信号放大到合适的值后经多路选择开关12送模数转换器(A/D) 13，模数转换器(A/D) 13将模拟电压信号转换成数字量后，传送到计算机14，再由计算机14内的数字信号处理程序(其功能与单片机系统中的数字信号处理模块相同)对信号做进一步的滤波、分析、计算、判断并显示。滤波主要是滤去信号中的高频成分，可以采用巴特沃斯滤波、小波滤波、中值滤波等方法，将波形数据分段进行统计分析，设定阈值，计算方差、标准差等值并将其与阈值进行对照，最后做出是否含异物的判断并显示结果。此部分信号处理均可以采用现有技术实现，不再详述。如图6所示，图中10为电流电压转换器(I/V)，11为电压放大器，12为多路选择开关，13为模数转换器(A/D)，15为显示屏，16为按键，17为接口，18为电池，19为数字信号处理模块，20为单片机。阵列探测器8各个单元输出光电信号分别接入电学信号处理模块的电流电压转换器(ι/ν)ιο，电流电压转换器 ο将光电流转换成电压后送到放大器11，放大器Ii把信号放大到合适的值后经多路选择开关12送模数转换器(A/D) 13，模数转换器(A/D) 13将模拟·电压信号转换成数字量后，传送到单片机20，再由单片机20内的数字信号处理模块19对信号做进一步的滤波、分析、计算与判断，由显示屏15显示，通过按键16操作可以控制整机的运行，设定和更改参数等。通过接口 17可以实现与其他外部设备的联接与控制，电池18为整个电路供电。此部分信号处理均可以采用现有技术实现，不再详述。为了实现自动检测，被测液体瓶通过传送带依次装上圆形大转盘，大转盘以每分钟数转的速度匀速转动，进入检测区之前，由电机加速旋转带动被测液体瓶绕自身轴线高速旋转，转速达到1000转/分 4000转/分，然后制动电机使液体瓶停止自转，而液体由于惯性仍继续旋转，光学检测部分(包括光发射和光接受单元)由于安装在与大转盘同步运动的随动转台上，因而与大转盘(或被测药液瓶)具有相同的转速，保持同步，光学检测部分与被测液体瓶，保持相对静止，此时连续测量光强信号，通过分析光强信号的变化判断是否有杂质存在。 基于上述技术说明，在某实施例中，光源米用齒鹤灯，光纤米用一分二玻璃光纤，被检液体瓶为Iml装安瓿针剂药液瓶，大转盘转速为5转/分，被检瓶自转转速为1000转/分，由本发明测得的含纤毛样品的原始信号(未经过数字信号处理模块处理)如附图7所示，经过信号处理模块处理后的含纤毛样品的信号如附图8所示。如附图7可见，在没有经过数字信号处理模块处理之前，含纤毛样品中的杂质信号不能辨别，被淹没在噪声里，经过本发明数字信号处理模块处理后，含纤毛样品中的杂质信号明显，如附图8所示。 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
权利要求
1.一种自动检测瓶装液体中杂质的系统，其特征在于该系统包括 大转盘，用于传送被测液体瓶，使被测液体瓶从入检口到出检口； 自转小电机，用于带动被测液体瓶绕自身轴线旋转； 光发射单元，提供一束高亮度细长条状光束垂直穿透被检测的被测液体瓶； 光接受单元，将透过被测液体瓶的光束会聚成像，并探测光强信息，进行光电转换，并输出光强电信号到电学信号处理模块； 两个随动转台，分别位于大转盘的外侧和内侧，用于固定光发射单元、光接受单元；两个随动转台跟随大转盘上的被测液体瓶同步转动一定角度后快速返回； 电学信号处理模块，将光接受单元输出的光电流信号转换成电压，再经放大、模数转换后，将转换成的数字量传送到数字信号处理模块； 数字信号处理模块，对接收的数字量进行滤波、分析、计算与判断，通过分析光强信号的变化判断是否有杂质存在，最终显示检测结果。
2.根据权利要求I所述的自动检测瓶装液体中杂质的系统，其特征在于，所述光发射单元由光源、透镜、狭缝和柱面透镜组成，光源发出的光经过透镜准直照射到长方形的狭缝上，经过狭缝后得到长方形的光束，再由前方的柱面透镜将长方形光束压缩成一束很细的高亮度细长条状光束垂直穿透被检测的被测液体瓶。
3.根据权利要求2所述的自动检测瓶装液体中杂质的系统，其特征在于，所述光发射单元进一步包括光纤，所述光源发出的光经过透镜耦合到光纤，经光纤输出的光经过透镜准直照射到长方形的狭缝上。
4.根据权利要求I所述的自动检测瓶装液体中杂质的系统，其特征在于，所述光接受单元由阵列透镜和阵列探测器组成，透过被测液体瓶的光束经由阵列透镜会聚成像到阵列探测器上，探测器输出光强信息，阵列透镜和阵列探测器的阵列个数为一个或者多个。
5.根据权利要求1-4任一项所述的自动检测瓶装液体中杂质的系统，其特征在于，所述电学信号处理模块由电流电压转换器、放大器、多路选择开关、模数转换器组成，其中电流电压转换器将光接受单元的光电流转换成电压后送到放大器，放大器把信号放大到合适的值后经多路选择开关送模数转换器，模数转换器将模拟电压信号转换成数字量后，传送到数字信号处理模块。
6.根据权利要求1-4任一项所述的自动检测瓶装液体中杂质的系统，其特征在于，所述数字信号处理模块采用计算机或单片机或DSP实现。
7.一种采用权利要求1-6所述系统进行的自动检测瓶装液体中杂质的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 第一步，被测液体瓶通过传送带依次装上圆形大转盘，大转盘以每分钟数转的速度匀速转动，被测液体瓶进入检测区之前，由电机加速旋转带动被测液体瓶绕自身轴线高速旋转，然后制动电机使液体瓶停止自转，而液体由于惯性仍继续旋转； 第二步，光发射单元和光接受单元安装在与大转盘同步运动一定角度后快速返回的随动转台上，当随动转台与大转盘保持同步运动时，光发射单元和光接受单元与被测液体瓶保持相对静止，此时连续测量光强信号； 第三步，对测得的光强信号经过电学信号处理模块和数字信号处理模块处理，通过分析光强信号的变化判断是否有杂质存在。
8.根据权利要求7所述的自动检测瓶装液体中杂质的方法，其特征在于，所述测得的光强信号经过电学信号处理模块和数字信号处理模块处理，是指将光电流转换成电压后放大，放大进行模数转换，将模拟电压信号转换成数字量后，传送到计算机或者单片机或者DSP，对信号做进一步的滤波、分析、计算、判断并显示。
9.根据权利要求7所述的自动检测瓶装液体中杂质的方法，其特征在于，所述光发射部分和光接受部分固定在随动转台上，随动转台跟随大转盘上的被测液体瓶同步转动一定角度后快速返回，然后跟随下一个被测液体瓶同步转动，依此反复。
10.根据权利要求7所述的自动检测瓶装液体中杂质的方法，其特征在于，所述被测液体瓶绕自身轴线高速旋转，转速为1000 4000r/m。
全文摘要
本发明提供了一种自动检测瓶装液体中杂质的系统和方法，采用多通道光影像模拟信号检测方法，其中被测液体瓶依次装上圆形大转盘，大转盘以每分钟数转的速度匀速转动，被测液体瓶由电机带动绕自身轴线高速旋转后制动，液体瓶停止自转而液体由于惯性仍继续旋转；由光源、透镜、狭缝和柱面透镜组成的光发射单元和由阵列透镜和阵列探测器组成的光接受单元安装在与大转盘同步运动并快速返回的随动转台上，当随动转台与被测液体瓶保持相对静止时连续监测光强信号的变化，对连续测得的光强信号进行处理与分析，通过分析光强信号的变化判断是否有杂质存在。本发明能高效能地检测液体中的杂质异物，与机器视觉法相比，设备成本更低，系统更易于维护。
文档编号G01N21/90GK102914547SQ201210380188
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月9日 优先权日2012年10月9日
发明者黄梅珍, 曾涛, 梁明亮, 汪洋, 刘天元, 冯磊, 王馥宇 申请人:上海交通大学