【摘要】橡膠手套在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是如何保證手套的包裝質(zhì)量是生產(chǎn)廠商面臨的一個(gè)難題。臺(tái)達(dá)DMV視覺(jué)系統(tǒng)成功地應(yīng)用于醫(yī)用手套包裝機(jī)，為客戶解決了包裝紙破裂、切指、包裝不美觀等質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的難題。本文從需求分析入手，通過(guò)對(duì)手套手腕部分與手指部分的檢測(cè)分析，深入淺出地講述了如何實(shí)現(xiàn)檢測(cè)要求的。

【Abstract】Rubber gloves are used extensively in medical field, but the packing quality of gloves is a difficult problem to manufacturers. Delta DMV vision system is successfully applied to medical gloves packing machine, it solves the quality problem of the wrapping paper breaking, finger cutting, ugly packing and so on for customers. Starting with the analysis of demand, this paper explains how to realize the detection requirements through the detection of glove wrist and finger analysis.

【關(guān)鍵詞】醫(yī)用手套；包裝質(zhì)量；視覺(jué)檢測(cè)

【Keywords】medical gloves; packing quality; visual inspection 

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

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

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。