一种基于机器视觉的两节式胶囊药板质检装置及方法与流程

本发明涉及一种药板质检装置，尤其是涉及一种基于机器视觉的两节式胶囊药板质检装置及方法。

背景技术：

创新科技的不断发展带动了社会的不断进步。随着社会的进步，人家对生活的要求也就越来越高。药品行业因其与人们生活紧密的关系，而受到越来越多人的关注，对药品的检测标准也就越来越高，制药厂家也就面临着越来越大的压力。

现代社会中，对药品质量的检测已然成为了制药厂家立足的关键。而在实际的生产过程中，如何使得药品既保证了较高的生产率又有着较高的检测合格率是现代制药厂家所需要亟待解决的难题。在国内现有的药品品种中，胶囊因其能够有效地掩盖内充物的味道和气味，真正实现了良药不苦口，因而备受患者欢迎，其需求量也连年剧增。随着胶囊生产企业的自动化生产线的投入，对胶囊外壳质量检测成为了其中非常重要的一个环节。

目前，大多数的制药厂家在胶囊生产流水线上，需要指定质检人员站在专门的生产线旁用肉眼盯着流水线，对外观没有达到标准的胶囊进行分拣。这样的检测方法不仅加大了劳动强度，而且不可避免的会存在着很大的个人主观性。因此使得检测的标准难以统一而且效率也不高。再加上实际检测环境中存在的噪音，工人容易疲劳等因素，导致一些不合格的产品不能及时的被挑出来而流向市场。这种落后的检测方法已经无法满足现代化工业的快速、精准需求，严重制约了企业的发展。如何提高工作效率以及怎样在胶囊生产和检测中实现工业的自动化，从而对有缺陷的胶囊的自动化的识别分拣就存在着重要的意义。

现有技术为人工检测，劳动强度大，效率低，质检通过率低，无法满足工业生产要求。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于机器视觉的两节式胶囊药板质检装置及方法，适用于医疗上常用的两节式胶囊药板缺陷识别和分拣，在一定程度上起到代替效率低、精度差的人工视觉检测，以满足企业大规模、标准化的生产需求。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于机器视觉的两节式胶囊药板质检装置，包括：

第一传送带；

沿传送方向依次设置的药板检测机构和次品分拣机构；所述药板检测机构包括用于采集药板背面图像的背面图像采集器、用于采集药板正面图像的正面图像采集器、用于抓取药板并将药板的背面向上翻的机械手机构和用于识别次品的图像处理器，所述正面图像采集器和机械手机构上下架设在第一传送带的上方，正面图像采集器的镜头朝下，所述背面图像采集器架设在第一传送带的上方且在传送方向上位于机械手机构之前，背面图像采集器的镜头朝向机械手机构，所述图像处理器分别连接背面图像采集器和正面图像采集器；

第二传送带，第二传送带位于次品分拣机构的一侧并与第一传送带相垂直，次品分拣机构将第一传送带上识别出的次品移动移至第二传送带上；

控制器，分别连接第一传送带、图像处理器、次品分拣机构和第二传送带。

所述机械手机构包括机械手臂部组件、机械手腕部组件和机械手手部执行器，所述机械手臂部组件竖直设置在第一传送带的上方，所述机械手腕部组件设于机械手臂部组件上，机械手臂部组件驱动机械手腕部组件上下移动，所述机械手手部执行器设于机械手腕部组件上，机械手腕部组件驱动机械手手部执行器在竖直平面上向上转动90度，所述控制器分别连接机械手臂部组件、机械手腕部组件和机械手手部执行器。

所述机械手臂部组件包括臂部滑块、臂部丝杠和臂部转动电机，所述臂部丝杠竖直设置在第一传送带的上方，所述臂部转动电机连接臂部丝杠的端部，所述臂部滑块通过螺母于臂部丝杠连接，所述机械手腕部组件设于臂部滑块上，所述控制器连接臂部转动电机。

所述机械手腕部组件包括腕部转动电机和腕部支架，所述腕部转动电机设于机械手臂部组件上，腕部转动电机的输出轴水平设置并与第一传送带的传送方向相垂直，所述腕部支架的底端与腕部转动电机的输出轴连接，所述机械手手部执行器设置在腕部支架的顶端，所述控制器连接腕部转动电机。

所述机械手手部执行器包括辅助滑杆、手部丝杠、手部转动电机、两个增长挡板和两个夹持板，所述辅助滑杆和手部丝杠平行设置在机械手腕部组件上，且与第一传送带的传送方向相垂直，所述手部转动电机连接手部丝杠的端部，每个增长挡板的一端均与辅助滑杆滑动连接，并通过螺母与手部丝杠连接，两个增长挡板对应连接的螺母安装方向相反，每个增长挡板的另一端分别连接一夹持板，两个夹持板均与第一传送带的传送方向相平行，两个夹持板相向的侧面上均沿第一传送带的传送方向设有一个卡槽和多个凸台，所述多个凸台间隔设置在卡槽的上方，所述控制器连接手部转动电机。

该装置还包括分别连接控制器的用于检测机械手手部执行器抓取药板到位的第一位置检测传感器、用于检测机械手臂部组件上下移动到位的第二位置检测传感器、用于检测机械手腕部组件翻转到位的第三位置检测传感器和用于检测药片传送到次品分拣机构下方的第四位置检测传感器。

所述次品分拣机构包括分拣横向导轨、分拣横向滑块、分拣纵向导轨、分拣纵向滑块、分拣转动电机、分拣连杆和推板，所述分拣横向导轨为两个，两个分拣横向导轨均架设在第一传送带上，且分别与第二传送带的两侧边对齐，每个分拣横向导轨与一分拣横向滑块滑动连接，所述分拣纵向导轨和推板分别上下架设在两个分拣横向滑块上，分拣纵向导轨的底面上设置推板，所述分拣纵向滑块与分拣纵向导轨滑动连接，所述分拣转动电机架设在两个分拣横向导轨之间，分拣转动电机的输出轴竖直设置并连接分拣连杆的一端，所述分拣连杆的另一端与分拣纵向滑块转动连接，所述控制器连接分拣转动电机。

所述药板检测机构还包括用于照射药板的光源装置，所述光源装置连接控制器。

所述控制器连接有液晶显示屏。

一种基于机器视觉的两节式胶囊药板质检方法，利用上述基于机器视觉的两节式胶囊药板质检装置实现，包括以下步骤：

1)当药板经过第一传送带传送到机械手机构下方，机械手机构平移夹持抓取药板，正面图像采集器采集药板的正面图像，机械手机构将药板的背面向上翻，背面图像采集器采集药板的背面图像；

2)图像处理器根据药板的正面图像分别识别药板是否存在缺陷，所述缺陷包括缺粒缺陷、多粒缺陷、胶囊异形缺陷、胶囊存在异物缺陷和背面破裂缺陷；

3)当药板经第一传送带传送到次品分拣机构下方，控制器根据图像处理器识别的结果控制次品分拣机构将识别出存在缺陷的次品移动移至第二传送带上。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.该两节式胶囊药板质检装置引入机器视觉技术和机械自动化抓取、定位、分拣，有利于解决胶囊药板人工视觉检测效率低、精度差，无法满足企业大规模、标准化的生产需求的问题。

2.该装置配有液晶显示屏，可监视检测过程，也可通过界面显示的检测数据动态查看检测结果，分析、总结检测结果以了解上游设备情况。

3.该质检装置采用fh系列图像处理器，配备ccd高速相机和远望镜头作为正面图像采集器和背面图像采集器，能在短时间内完成高精度图像处理和识别，提高医药生产效率。

4.该两节式胶囊药板质检装置只需修改标准胶囊常规参数，即可适应于多种双色胶囊、软硬胶囊、片状和椭球状胶囊，适应面广泛，推广价值良好，具有十分鲜明的创新性，提高了机械装置的利用率。

5.该质检装置的机械手机构中机械手手部执行器，采取平移型夹持结构，传动方式选择双向螺杆式，针对胶囊药板尺寸参数设计卡槽和凸台，能够精准的抓取，在机械结构和参数上具有一定的创新性。

6.该质检装置的缺陷识别方法覆盖胶囊各种类型，且综合使用包括聚类算法、形态学分析、图像滤波、边缘检测及模板匹配在内的数字图像处理方法，有利于缺陷的高效识别，剔除不合格的胶囊药板，在质检方法上具有一定的创新性和应用价值。

7.质检装置中各机械执行机构中加入相应位置检测传感器，例如行程和光电传感器装置，使得定位、拍照、处理、分拣各工作过程有效统一协调，保证在指定时刻装置做出指定的动作。

8.该装置结构简单、紧凑，配置合理，质检操作简单便捷，单台价格成本较为低廉，具有代替人工检测和识别的高效价值。

附图说明

图1为基于机器视觉的两节式胶囊药板质检装置的正视结构示意图；

图2为基于机器视觉的两节式胶囊药板质检装置的俯视结构示意图；

图3为机械手机构的结构示意图；

图4为次品分拣机构的结构示意图；

图5为本实施例中控制器、图像处理器、液晶显示屏等电路连接示意图；

图6为机械手机构的组成关系图；

图7为机器视觉工作原理图；

图8为位置检测传感器在机械手手部执行器上的分布示意图；

图9为位置检测传感器在两节式胶囊药板质检装置上的分布示意图；

图10为plc程序工作的流程图；

图11为plc程序工作的时序图。

图中，1、第一传送带，2、次品分拣机构，21、分拣横向导轨，22、分拣横向滑块，23、分拣纵向导轨，24、分拣纵向滑块，25、分拣转动电机，26、分拣连杆，27、推板，3、背面图像采集器，4、正面图像采集器，5、机械手机构，6、机械手臂部组件，61、臂部滑块，62、臂部丝杠，63、臂部转动电机，7、机械手腕部组件，71、腕部转动电机，72、腕部支架，8、机械手手部执行器，81、辅助滑杆，82、手部丝杠，83、手部转动电机，84、增长挡板，85、夹持板，86、卡槽，87、凸台，88、手部执行器支架，9、图像处理器，10、第二传送带，11、控制器，12、液晶显示屏。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1和图2所示，一种基于机器视觉的两节式胶囊药板质检装置包括：

第一传送带1；

沿传送方向依次设置的药板检测机构和次品分拣机构2；药板检测机构包括用于采集药板背面图像的背面图像采集器3、用于采集药板正面图像的正面图像采集器4、用于抓取药板并将药板的背面向上翻的机械手机构5和用于识别次品的图像处理器9，正面图像采集器4和机械手机构5上下架设在第一传送带1的上方，正面图像采集器4的镜头朝下，背面图像采集器3架设在第一传送带1的上方且在传送方向上位于机械手机构5之前，背面图像采集器3的镜头朝向机械手机构5，图像处理器9分别连接背面图像采集器3和正面图像采集器4，药板检测机构还包括用于照射药板的光源装置，两个图像采集器可采用带镜头的相机；

第二传送带10，第二传送带10位于次品分拣机构2的一侧并与第一传送带1相垂直，次品分拣机构2将第一传送带1上识别出的次品移动移至第二传送带10上；

控制器11，分别连接第一传送带1、图像处理器9、次品分拣机构2、光源装置和第二传送带10，控制器11还连接有液晶显示屏12。

第一传送带1、第二传送带10、机械手机构5、次品分拣机构2构成机械执行模块，实现被测胶囊药板的运输、夹取定位、分拣等；光源装置、图像处理器9、正面图像采集器4、背面图像采集器3、液晶显示屏12等构成机器视觉检测模块，机器视觉检测模块通过相机镜头拍摄稳定并且高质量的产品图像，利用图像处理器9对产品图像进行识别并通过计算加以判定，从而完成对产品的检测；控制器11、位置检测传感器及电源模块等构成控制与传感模块，控制与传感模块通过接收图像处理器9输出的结果信号和采集质检装置各执行机构实际反馈情况信息，按照预先设定好的程序控制其它组成部分完成指定的动作，从而控制光源装置、相机、机械手机构5、传送带、次品分拣机构2等组成部分有序工作。

第一传送带1用于胶囊药板送检的传送，第二传送带10用于次品药板分离的传送，第一传送带1、第二传送带10均采用普通的工业物料带，两组传送带传动方向垂直，使得胶囊药片按照一定的工作节拍进行单项运动。

机械手机构5主要实现功能是通过抓取、翻转胶囊，使其正反面都能被检测，并能将胶囊固定在指定位置上拍照。如图3和图6所示，机械手机构5是完成夹取，搬运等动作的机械载体，构成整个执行系统的框架，包括机械手臂部组件6、机械手腕部组件7和机械手手部执行器8，机械手臂部组件6竖直设置在第一传送带1的上方，机械手腕部组件7设于机械手臂部组件6上，机械手臂部组件6驱动机械手腕部组件7上下移动，机械手手部执行器8设于机械手腕部组件7上，机械手腕部组件7驱动机械手手部执行器8在竖直平面上向上转动90度，控制器11分别连接机械手臂部组件6、机械手腕部组件7和机械手手部执行器8。考虑到机械手机构5执行运动追求简单灵活和精准定位，且对承载扭矩有一定要求，本实施例中采用电机驱动方式。

机械手臂部组件6是支撑机械手腕部组件7、机械手手部执行器8的关键部件，且能带动两者完成预定的夹取和定位动作。机械手臂部组件6包括臂部滑块61、臂部丝杠62和臂部转动电机63，臂部丝杠62通过机械手支架竖直设置在第一传送带1的上方，臂部转动电机63连接臂部丝杠62的端部，臂部滑块61通过螺母于臂部丝杠62连接，机械手腕部组件7设于臂部滑块61上，控制器11连接臂部转动电机63。机械手支架是机械手机构5的支撑部件。

机械手腕部组件7是连接机械手手部执行器8与机械手臂部组件6，并能将机械手手部执行器8向上翻转90°。机械手腕部组件7包括腕部转动电机71和腕部支架72，腕部转动电机71设于机械手臂部组件6上，腕部转动电机71的输出轴水平设置并与第一传送带1的传送方向相垂直，腕部支架72的底端与腕部转动电机71的输出轴连接，机械手手部执行器8设置在腕部支架72的顶端，控制器11连接腕部转动电机71。

机械手手部执行器8与工作对象胶囊药板直接接触，采用平移型夹持式结构以及丝杠双螺母的驱动方式，机械手手部执行器8包括辅助滑杆81、手部丝杠82、手部转动电机83、两个增长挡板84和两个夹持板85，辅助滑杆81和手部丝杠82平行设置在机械手腕部组件7上，且与第一传送带1的传送方向相垂直，手部转动电机83连接手部丝杠82的端部，每个增长挡板84的一端均与辅助滑杆81滑动连接，并通过螺母与手部丝杠82连接，两个增长挡板84对应连接的螺母安装方向相反，手部丝杆正反转动时使得两个螺母能相反、相向运动，每个增长挡板84的另一端分别连接一夹持板85，两个夹持板85均与第一传送带1的传送方向相平行，两个夹持板85相向的侧面上均沿第一传送带1的传送方向设有一个卡槽86和多个凸台87，多个凸台87间隔设置在卡槽86的上方，控制器11连接手部转动电机83。

控制器11可采用plc处理器，液晶显示屏12可采用触摸屏，该装置还包括分别连接控制器11的用于检测机械手手部执行器8抓取药板到位的第一位置检测传感器、用于检测机械手臂部组件6上下移动到位的第二位置检测传感器、用于检测机械手腕部组件7翻转到位的第三位置检测传感器和用于检测药片传送到次品分拣机构2下方的第四位置检测传感器。四类检测传感器用于检测运动执行是否正确完成，可采用行程开关或光电传感器。

次品分拣机构2主要用于当胶囊药板经机器识别后被判定为不合格(次品)时，分拣机构会将不合格的胶囊推走。次品分拣机构2能实现直线往复运动，将产品推离原传送带并回到起始位置，采用曲柄双滑块结构，驱动方式也为用电机驱动。如图4所示，次品分拣机构2包括分拣横向导轨21、分拣横向滑块22、分拣纵向导轨23、分拣纵向滑块24、分拣转动电机25、分拣连杆26和推板27，分拣横向导轨21为两个，两个分拣横向导轨21均架设在第一传送带1上，且分别与第二传送带10的两侧边对齐，每个分拣横向导轨21与一分拣横向滑块22滑动连接，分拣纵向导轨23和推板27分别上下架设在两个分拣横向滑块22上，分拣纵向导轨23的底面上设置推板27，分拣纵向滑块24与分拣纵向导轨23滑动连接，分拣转动电机25架设在两个分拣横向导轨21之间，分拣转动电机25的输出轴竖直设置并连接分拣连杆26的一端，分拣连杆26的另一端与分拣纵向滑块24转动连接，控制器11连接分拣转动电机25，分拣转动电机25接收控制器11发出的信号后将第一传送带1上不合格胶囊药板推至第二传送带10上。

如图7所示，两个图像采集器拍摄采集的图片信号输送至图像处理器9，经过处理单元二值化，把模拟信号转化为数字信号。图像处理器9再将这些信号与基准值进行演算判定，最终得出结果，所得结果再输送给控制器11等待是否分拣胶囊药板。

图像处理器9的四类缺陷识别方法为：胶囊药板缺粒识别采用颜色矩阵技术，对泡罩内点集进行统计检测，从而识别；胶囊药板多粒识别方法为的边缘特征点聚类，即在边缘搜索中，多粒形态有丰富的点集，通过对特征点进行集合聚类进而识别；存在黑点和异物的胶囊，对腹部区域中点集亮度属性进行分类统计，当达到亮度阈值和面积阈值，则判定有胶囊存在异物。胶囊异形缺陷采用胶囊尺寸检测，进行阈值分类，同时进行胶囊边缘点集主成分取向的特征聚类。

光源装置主要功能是为了使胶囊药板需要被观察特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度，使得采集图像具有较好亮度和鲁棒性。光源装置采用正面环形照明方式的led平板。

图像处理器9为欧姆龙fh-1050的标准控制器11。两个图像采集器选用500万像素型号fz-sc2m的数码ccd相机，其有效像素数为1600(h)*1200(v)。相机镜头选择的是型号3z4s-lesv-0814h的远望镜头。液晶显示屏12型号为fz-m08，实现采集图像识别、特征提取和处理的实时显示。

该装置通过机械手机构5、视觉检测系统的图像处理器9、控制器11的有机结合实现两节式胶囊药板的信息采集、缺陷识别、分拣处理、数据保存等作业过程。则利用上述装置实现基于机器视觉的两节式胶囊药板质检方法包括以下步骤：

1)当药板经过第一传送带1传送到机械手机构5下方，机械手机构5平移夹持抓取药板，正面图像采集器4采集药板的正面图像，机械手机构5将药板的背面向上翻，背面图像采集器3采集药板的背面图像；

2)图像处理器9内综合使用包括聚类算法、形态学分析、图像滤波、边缘检测及模板匹配在内的数字图像处理方法，图像处理器9根据药板的正面图像分别识别药板是否存在缺陷，缺陷包括缺粒缺陷、多粒缺陷、胶囊异形缺陷、胶囊存在异物缺陷和背面破裂缺陷；

3)当药板经第一传送带1传送到次品分拣机构2下方，控制器11根据图像处理器9识别的结果控制次品分拣机构2将识别出存在缺陷的次品移动移至第二传送带10上。若缺陷识别都在设定参数范围内，胶囊药板将继续沿着皮带前移，至此整个双节式胶囊药板质检完成。

本实施例中，机械手手部执行器8设计根据常规双色胶囊药板单元板的结构及形状尺寸。双色胶囊药板基本尺寸为：长120mm、宽75mm、厚1.2mm、泡罩高度8mm。机械手手部执行器8要抓取这样一块又薄又脆的板做平移运动并定位，平移式夹持结构与单元板的接触点和接触面积较大，夹紧时夹持板85对单元板作用点的集中压力较小，避免单元板被压坏也避免夹不紧导致单元板脱落。

机械手手部执行器8的传动方式采用丝杆双螺母，两个螺母反向装在同一丝杆上，丝杆正反转动时使得两个螺母能相反、相向运动，从而使安装在螺母上的夹持板85能夹紧、松开。其中，手部丝杆选择导程8mm、直径8mm、长度150mm的丝杆。

由螺杆柔度公式

式中：μ为螺杆长度系数。l为螺杆工作长度。

i为螺杆危险截面的惯性半径。若危险界面为圆形，

计算得λs＝37.5。当λs＜40，可以不必进行稳定性校核。

两个夹持板85通过增长挡板84安装在螺母上。夹持板85用于夹药板的长边，为了保证夹取的稳定性，夹取距离取长边的一半，即夹持板85的长度为60mm。根据药板厚薄程度，在夹持板85中部位置设计一条宽1.5mm的卡槽86，使其嵌入夹持。考虑到药板上每个泡罩距为5mm，夹持板85部分每5mm设置一个顶面3mm*5mm底面5mm*5mm高3mm的凸台87。这样一来，每两个泡罩之间就有一个凸台87卡住。夹持定位就会更加准确、稳定。由于简单的螺母带动夹持板85夹紧，必定还存在一个不确定自由度，因此还需要一个实现导向的辅助滑杆81。考虑到本发明采用的是丝杆螺母传动，采用光杆直线轴承作为辅助滑杆81。其中光杆的直径为5mm，直线轴承为内径5mm外径10mm的lm5uu。螺母和直线轴承为固定在一体的安装座，使得丝杆和光杆能在同一平面且保持平行，具体如图8所示。

进一步的，本实施例的机械手臂部组件6选择kkm60线性模组的单轴机械手滑台。滑台有效行程100mm便能满足该发明的承载要求。为了方便调试，滑台行程选大一点的。故选择型号kkm6004c-300a1的滑台。其水平负载56kg，垂直负载10kg。

进一步的，本实施例的机械手手部执行器8为丝杆螺母传动，需对其手部转动电机83进行校核和验证：

(1)负载转矩

其负载力矩计算公式为：

式中：f为轴向载荷。ph为导程，单位m。i为传动比。μ0为摩擦系数。由于本机构中摩擦很小，忽略不计。单手指的部件的重量为300g，由f＝fa+mg(sinα+μcosα)得f＝3.6n。本装置采用丝杆电机，故i＝1。

本装置采用中的丝杆螺母为滑动螺旋，η1＝0.6；一对丝杆安装轴承座的效率为η2＝0.99；一个直线轴承的效率为η3＝0.99。则总效率

η＝η1η2η3

故η＝0.6×0.99×0.99＝0.588

则负载扭矩

丝杆电机上为双螺母，故总的负载t＝2tl＝2×0.078＝0.0156n·m。由于负载较小，所以驱动电机选择二相步进电机，选择42型步进电机。

(2)启动转矩

负载的惯量：

式中：m为丝杆负载的质量。

丝杆惯量：

总负荷惯量：

j＝jl+jb

j＝9.7367+4.7326＝14.4693gcm²

启动转矩：

其中nm为低杆最大转速；jm为电机转子转动惯量，取jm＝102gcm²(42系列步进电机中最大转动惯量)。t1为启动时间，取0.2s。

(3)必须转矩

tm＝(tl+ts)×s

tm＝(0.0156+0.0021)×2＝0.0177n·m

其中s为安全系数，取2。

根据计算，确定传动电机型号为l42bygh48-1684a的丝杆步进电机。其静力矩0.5n·m，定位转矩20n·m，远大于需求，步进电机的转动惯量68gcm²＜102gcm²，电机符合要求。

进一步的，需对腕部转动电机71和臂部转动电机63选型进行校核和验证：

(1)腕部转动电机71选型

机械手手部执行器8所需力矩：

t＝fd

t＝25×0.15＝3.75n·m

式中：f为机械手手部执行器8的质量f＝2.5kg，d为机械手手部执行器8重心到电机轴的距离。

启动力矩：

因此选择86系列，型号为86hs80408的步进电机。其静力矩为4n·m，能满足腕部的运动要求。

(2)臂部转动电机63选择

已知f＝60n；导程4mm；滚珠丝杆传动效率η1＝0.95，联轴器效率η2＝0.99，一对轴承效率η3＝0.99。由公式上述公式得启动转矩tl＝0.0411n·m。

由于负载力矩较小，故直接选择57系列，型号为57hs4506a4的步进电机。其静力矩为0.8n·m已满足需要。

进一步的，本实施例的次品分拣机构2能快速响应缺陷识别结果，齿轮齿条、螺纹传动都不合适。本发明中次品分拣机构2的行程为400mm，运动规律要求简单。故本实例的次品分拣机构2采用曲柄双滑块机构，如图4所示。

由力矩公式，得次品分拣机构2运动所需力矩t＝0.198n·m。

每个直线轴承效率η1＝0.99，一对球轴承的效率为η2＝0.99。得总效率η＝0.96。则tl＝0.2063n·m。

由于启动负载较小，故直接选择57系列，型号为57hs4506a4的步进电机。其静力矩为0.8n·m已满足需要。

进一步的，本实施例的第一传送带1选择宽400mm的平行式输送带。机身高1000mm，皮带的材质为pvc，带速0.15m/s。

进一步的，本实施例机械手手部执行器8的手部丝杠82和辅助滑杆81分别通过丝杆支撑座fk08-c7和轴承座gfsbb-605用螺栓固定在手部执行器支架88上，手部执行器支架88与腕部支架72固定连接。增长挡板84的作用是增加夹持板85的夹紧范围。图3中次品分拣机构2的导轨选用直径5mm的光杆，两端用gfsbb-605轴承座固定；滑块选用lm5uu直线轴承；分拣连杆26和滑块之间用内径5mm外径10mm的法兰轴承连接。

本实施例整个机械框架由40mm*40mm和20mm*20mm的型材搭建而成。机械手执行机构部分最为关键。为了保证图像采集质量，相机的位置取决于机械手机构5的位置。机械手机构5安装在第一传送带1上方，一方面机械手机构5要从第一传送带1上夹取产品，所以安装时不能离第一传送带1太远以免浪费行程；另一方面要保证产品能从机械手机构5下方通过，所以也不能太近。考虑药板的尺寸120mm*75mm*1.2mm(长*宽*高)，设计机械手机构5离第一传送带1的安装高度为50mm。将不合格产品分拣出来是在检测环节后的一个工序，次品分拣机构2要紧跟着安装在机械手机构5后方。而分拣过程与第一传送带1的工作节拍相关联。在第一传送带1间歇停止的时间次品分拣机构2才能将不合格产品推走。因此，本发明中次品分拣机构2与机械手执行机构的安装距离设定为第一传送带1上的产品一个工作节拍内走过的行程。

本实施例中被检测的药板的平面尺寸为120mm*75mm(长*宽)，则相机视野的短边即v方向的视野大于药板长边即可满足要求。故确定v方向视野为120mm。本文设计的视觉系统需检测药板的正面即可，背面缺陷识别难度较低，主要检测胶囊状况和位置，药板正面是要检测泡罩内胶囊情况，缺陷类型较多，所以，精度要高一点，故精度取θ＝0.18(mm/pixel)。由精度公式：

式中：x——v方向的视野(mm)；y——v方向的像素(pixel)。

故y＝x/θ＝350/0.18＝1944.44(pixel)则检测的相机选用500万像素型号fz-sc5m2的数码ccd相机，其有效像素数为2448(h)*2044(v)。

本实施例中镜头的主要光学特性有光圈，焦距，视场角三个。选择合适的参数范围后，再根据安装距离和视野大小关系选择合适的镜头。对于框架布局，确定相机的安装距离为500mm，又已知相机v视野为120mm。选择相机型号3z4s-lesv-0814h的远望镜头。

本实施例中fh系列的图像处理器9根据处理速度可以分为高速型和标准型两类。每类根据可连接的相机数量又可以分成三个型号。本发明的质检系统检测内容不复杂，只用到两台相机。因此，图像处理器9选择型号fh-1050的标准控制器11。

本实施例中质检过程中机械结构的每个动作都要准确无误，因此机械结构中需要加入一些位置检测传感器，例如行程开关和光电传感器，来保证在指定时刻系统做出指定的动作。如图8、图9所示，要安装7个位置检测传感器。其中，sq1，sq2，sq3，sq4，sq5，sq6选用微型行程开关。sq7选用光电传感器。sq1，安装在机械手手部执行器8的一增长挡板84上。sq2，安装在机械手手部执行器8的另一增长挡板84上。sq3，安装在机械手臂部组件6上。sq4，安装在机械手臂部组件6的上方上。sq5，安装在机械手臂部组件6上，sq3与sq5上下设置。sq6，安装在机械手腕部组件7上。sq7，安装在次品分拣机构2中间位置。图9中标记a为药板的单元板。

根据输入输出点统计，按照20％冗余。则数字输入点10个，数字输出点16个。因为输入输出点不多，所以控制器11选择欧姆龙cp1h系列高功能型的一体式plc：cp1h-y40dr-d。控制器11连接电路关系如图5所示。

本实施例中共需要用到8个数字量输入，14个数字量输出端口。如图10、图11所示，传送带①为第一传送带1，传送带②为第二传送带10，相机①为正面图像采集器4，相机②为背面图像采集器3，具体如下：

1)常开开关i0.0。当开关闭合，i0.0触点接通，系统启动。plc数字输出q0.0，q0.1接通，输出高电平控制第一传送带1和第二传送带10的驱动电机转动。

2)限位开关sq1。当药板传送至机械手机构5处，触碰到sq1，i0.1接通。plc数字输出q0.0断开，第一传送带1停止。同时，plc控制视觉处理让正面图像采集器4拍摄一张药板背面照片。plc数字输出q0.2，q0.3，q0.4控制丝杆步进电机正转，使得机械手手部执行器8夹紧。

3)限位开关sq2。机械手手部执行器8夹紧到接通sq2，i0.2接通。plc数字输出q0.2，q0.3，q0.4控制丝杆步进电机停止夹紧。同时，plc数字输出q0.5，q0.6，q0.7，q1.0，q1.1，q1.2同时控制腕部步进电机和臂部步进电机正转，使得机械手手部执行器8向上翻转和向上移动。

4)限位开关sq3。机械手手部执行器8上移接通sq3，i0.3接通。plc数字输出q1.0，q1.1，q1.2控制臂部步进电机停止。

5)限位开关sq4。机械手手部执行器8上翻接通sq4，i0.4接通。plc数字输出q0.5，q0.6，q0.7控制腕部步进电机停止。同时，plc控制视觉处理器让背面图像采集器3拍摄一张药板正面照片。拍摄完瞬间，plc数字输出q0.5，q0.6，q0.7，q1.0，q1.1，q1.2同时控制腕部步进电机和臂部步进电机反转，使得机械手手部执行器8向下翻转和向下移动。

6)限位开关sq5。机械手手部执行器8下移接通sq5，i0.5接通。plc数字输出q1.0，q1.1，q1.2控制臂部步进电机停止。

7)限位开关sq6。机械手手部执行器8上翻接通sq6，i0.6接通。plc数字输出q0.5，q0.6，q0.7控制腕部步进电机停止。同时，plc数字输出q0.2，q0.3，q0.4控制丝杆步进电机反转，使得机械手手部执行器8松开，反转4圈后停止。

8)光电传感器sq7。当同时满足视觉处理器判定为不合格产品和次品分拣机构2中间sq7感应到有产品两个条件。plc数字输出q1.3，q1.4，q1.5控制分拣步进电机正转一圈。

则运用该质检装置实施质检方法过程的总结描述为：

1)装置进行初始化，参数设定；当胶囊药板经过第一传送带1传动到设定传送带区域时，将触发行程开关，plc处理器接收到行程开关的触发信号后将发送信号给机械手执行机构，对多胶囊药板进行定位，相机进行自动拍照，获取胶囊药板正反面图片，采集后机械手机构5将放开药板，使其继续沿皮带前移。

2)质检前获取药板模板，得到胶囊泡罩具体位置，泡罩外的区域不作处理。通过图像处理器9转化为数字图像，对其进行边缘检测和胶囊区域点集属性滤波后方差分类，若存在丰富的点集和边缘信息，则胶囊判定为多粒。

3)再者，对泡罩内部胶囊数字图像进行自动阈值分割，若泡罩内数字图像无分割结果，则判为缺粒。

4)采集图像前，先取得胶囊整体形状，计算标准胶囊的宽、长和圆度、胶囊双色长度等参数；其次根据胶囊泡罩的常规大小，制定弧线峰点距泡罩最左端、最右端边缘弧线的距离，若从数字图像信息中计算出以上参数值未在设定范围内，则判断为胶囊异形。

5)对泡罩内部区域进行灰度增强，若存在灰度小于黑点或异物提取阈值的区域，且该区域直径大于最小异物直径，则判定为泡罩内异物缺陷。

6)胶囊药板背面缺陷主要是破裂缺陷，与胶囊内黑点或异物识别方法相同。

7)图像处理器9对图像进行处理后，若获得以上五类缺陷出现，将输送信号给控制器11，控制器11处理信息后，将发出执行信息给次品分拣机构2，次品分拣机构2在接受控制器11发出的信号后将第一传送带1上不合格胶囊药板推至第二传送带10上。