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一次性注射器针头反表缺陷在线检测系统

作　者: 周佳
导　师: 周建民
学　校: 华东交通大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 机器视觉针头反表模板匹配 LabVIEW IMAQ Vision [c]FP控制器
分类号: TH789
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

一次性无菌注射器是我国20世纪80年代引进的一种新型医疗器械。它能避免交叉感染,而且使用方便、经济实惠,因此应用非常广泛。一次性无菌注射器可以分为针座和针头两个部分。针头在自动装配过程中可能出现反表现象,这不仅影响产品质量,而且严重时会危害到人的生命。目前,我国的医疗器械生产企业都是采用人工目视的方法来检查针头的反表缺陷。这种方法工作效率低,检测的可靠性差,长时间重复作业易引起视觉疲劳。此外,注射器针头尺寸小并且是大规模生产,人工目视检测更加不能保证检测质量,严重制约了一次性注射器生产企业的发展。针对这些问题,本文以机器视觉技术和图像处理技术为基础,开发了基于机器视觉的一次性注射器针头反表缺陷在线检测系统。论文结合系统的检测功能和针头的特点,利用机器视觉、图像处理和虚拟仪器技术,完成了系统的设计。其主要包括总体结构设计、硬件配置、图像处理方法比较分析和软件设计等。研究任务主要包括解决图像采集系统的驱动及控制、针头自动传输系统设计、照明系统的设计与制作,数字图像处理方法与针头反表缺陷检测等。文章结合散射照明和背光照明两种方式设计、制作的照明系统,解决了针头表面高反光且针尖边缘不清晰的问题,提高了系统检测的准确率。文章结合被测对象的实际情况和实验室现有条件,选择了适合本系统检测的DH-HV2002UC数字摄像机和日产computar型号为M1214-MP的光学成像镜头。在针头自动传输系统的设计中,采用NI公司的c[FP]控制器和c[FP]-PWM-520模块对步进电机进行运动控制,能够精密控制步进电动机的运动,并且使得系统更能满足工业在线检测的要求。此外,文章还详细介绍了相关的图像处理技术。在图像预处理中,选择快速中值滤波算法对针头图像进行平滑处理,处理后的图像具有较好的边缘保持和适应性;并利用直方图修正对图像进行修正;通过分析比较各种阈值分割算法,选用最大类间方差阈值法分割针头图像;运用高级形态学对针头的二值图像进行进一步处理,包括进一步去噪、内梯度法提取针头图像的边缘信息、图像填充以及图像粒子分析;再运用模板匹配方法对针头反表缺陷进行检测。论文以LabVIEW为开发平台,利用其功能强大的图像处理软件包IMAQ Vision进行软件编程和程序调试,开发出了一套完整的一次性注射器针头反表缺陷在线检测系统。论文最后还开展了相关实验研究,实验表明,本系统对于直径为φ1 .5、φ0.7和φ0.5的针头检测准确率分别达到99.9%,99.4%和99%,完全能够满足在线检测要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 前言  9
  1.2 机器视觉检测技术的国内外研究现状  9-13
    1.2.1 机器视觉系统发展现状  10-11
    1.2.2 基于机器视觉的缺陷检测的研究现状  11-13
  1.3 本文的研究内容及重点  13
  1.4 论文的基本结构  13-14
  1.5 本章小结  14-15
第二章系统的硬件设计  15-28
  2.1 系统检测功能需求  15
  2.2 系统总体设计及工作流程  15-17
  2.3 系统的硬件设计方案  17-27
    2.3.1 照明系统  17-20
    2.3.2 摄像机与光学镜头  20-23
    2.3.3 针头自动传输系统  23-27
    2.3.4 计算机  27
  2.4 本章小结  27-28
第三章检测系统的数字图像处理算法研究  28-47
  3.1 图像平滑处理  28-32
    3.1.1 低通滤波  29
    3.1.2 均值滤波  29
    3.1.3 中值滤波  29-30
    3.1.4 高斯滤波  30-31
    3.1.5 滤波器比较和选择  31-32
  3.2 直方图修正  32-35
    3.2.1 直方图修正的基本原理及常用方法  32-33
    3.2.2 系统修正方法选取  33-35
  3.3 图像二值化  35-39
    3.3.1 常用的阈值分割方法  35-38
    3.3.2 阈值分割方法的比较与选择  38-39
  3.4 数学形态学处理  39-44
    3.4.1 腐蚀  40
    3.4.2 膨胀  40-41
    3.4.3 开运算  41
    3.4.4 闭运算  41-42
    3.4.5 本系统中用到的形态学处理  42-44
  3.5 模板匹配  44-46
  3.6 本章小结  46-47
第四章系统的软件设计与反表缺陷检测测试  47-64
  4.1 系统软件开发平台  47-49
    4.1.1 系统软件开发平台LabVIEW  47
    4.1.2 NI-IMAQ Vision 软件包  47-48
    4.1.3 ActiveX 技术  48-49
  4.2 系统软件结构  49-51
  4.3 图像采集模块  51-54
  4.4 步进电动机运动控制模块  54-56
  4.5 图像处理模块  56-60
    4.5.1 中值滤波  56-57
    4.5.2 直方图修正  57
    4.5.3 阈值分割  57
    4.5.4 形态学处理  57-58
    4.5.5 建立针头定位坐标系  58-59
    4.5.6 模板匹配  59-60
  4.6 针头反表缺陷检测测试  60-62
    4.6.1 测试结果  60-61
    4.6.2 测试结果误差分析  61-62
  4.7 本章小结  62-64
第五章总结与展望  64-65
  5.1 主要工作与结论  64
  5.2 本课题今后需进一步研究的地方  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
附录 A 调试界面程序流程图  69-70
附录 B 分析界面程序流程图  70-71
个人简历在读期间发表的学术论文  71
  个人简历  71
  已发表论文  71

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