基于機器視覺的留置針配距檢測系統(tǒng)的設計

王東峰 ，韓征峰

1 河南駝人醫(yī)療器械研究院有限公司 （河南新鄉(xiāng) 453400）；2 河南省醫(yī)療高分子材料技術與醫(yī)用重點實驗室 （河南新鄉(xiāng) 453400）

留置針由塑料針座、不銹鋼針、防溢塞、軟管和護套組成，穿刺時將軟管和鋼針同時送入靜脈血管，最后撤出鋼針與針座，將軟管留在靜脈血管中，主要用于短期靜脈輸液治療[1]。留置針的使用能減輕患者因反復靜脈穿刺而造成的痛苦，便于臨床用藥及急、危重患者的搶救用藥，減少了護士的工作量，因而靜脈留置針在臨床上得到廣泛應用[2-3]。鋼針刃口底端與軟管頂端之間的距離稱為留置針配距，留置針的配距控制在一定范圍內(nèi)可以有效減輕因穿刺造成的痛感，提高穿刺成功率[4-5]。

機器視覺檢測技術以其檢測速度快、測量精度高、可實現(xiàn)自動化、獲取信息量大、功能多等特點被廣泛應用于軍事、醫(yī)療、微電子、印刷、包裝、汽車及科研等眾多領域[6]。在留置針的實際生產(chǎn)中，留置針配距檢測工具操作不方便，檢測效率低，工作人員的主觀性對檢測結(jié)果影響大，且有高額的人工成本，均迫使生產(chǎn)企業(yè)進行變革，引入機器視覺檢測系統(tǒng)，讓機器來替代人工檢測，以提高生產(chǎn)檢測效率及質(zhì)量[7]。

本研究闡述了基于機器視覺的留置針配距檢測系統(tǒng)的檢測原理，對于所設計的留置針配距檢測系統(tǒng)進行了大量的測試工作，有效驗證了所設計檢測系統(tǒng)的重復性精度達到了設計要求。

1 留置針配距檢測系統(tǒng)的檢測原理

留置針配距檢測系統(tǒng)由相機控制器、相機、光源、顯示器、鍵盤、鼠標、治具、被測工件等組成[8-9]。相機控制器是檢測系統(tǒng)的核心，其對相機采集到的被測工件圖像信息進行處理，分析判斷，最后將被測工件的圖像、檢測數(shù)量、OK數(shù)量、NG數(shù)量、合格率等信息傳送到顯示器上進行顯示或傳遞給其他控制系統(tǒng)[10]；通過鍵盤、鼠標可以修改檢測系統(tǒng)的檢測標準等參數(shù)；光源在系統(tǒng)中起到照明作用，通常亮度可調(diào)且穩(wěn)定；治具用來放置被測工件，使相機可以準確、穩(wěn)定地采集到被測工件的圖像信息[11-12]。

本檢測系統(tǒng)可以同時對4個產(chǎn)品進行檢測，采用4個相機、4個相同的獨立的檢測系統(tǒng)。檢測原理：機械手同時將4個被測工件放入治具，發(fā)送觸發(fā)信號給檢測系統(tǒng)，光源閃亮；相機采集被測工件的圖像信息，檢測系統(tǒng)在圖像上找出鋼針刃口與鋼針右邊緣的交點、軟管與鋼針右邊緣的交點，計算出兩點之間的距離，即為留置針的配距；檢測系統(tǒng)根據(jù)預先設置的檢測標準，結(jié)合測量結(jié)果，最后給出OK或NG信號給PLC控制系統(tǒng)。

配距合格的檢測圖像見圖1，配距過短的檢測圖像見圖2，配距過長的圖像見圖3。

圖1 配距合格的留置針

圖2 配距過短的不合格的留置針

圖3 配距過長的不合格的留置針

2 軟件實現(xiàn)與分析

本檢測系統(tǒng)在康耐視 In-Sight VC Explorer7.9.1軟件下完成，檢測系統(tǒng)共包含3個畫面，分別為主畫面、設置畫面、實時畫面，各畫面見圖4～6。

圖4 檢測系統(tǒng)主畫面

圖5 檢測系統(tǒng)設置畫面

圖6 檢測系統(tǒng)實時畫面

圖4 所示的檢測系統(tǒng)主畫面可以顯示檢測系統(tǒng)的總檢測數(shù)量、OK數(shù)量、NG數(shù)量、合格率，單個相機的檢測數(shù)量、OK數(shù)量、NG數(shù)量，每個相機的檢測圖像、配距測量值、檢測判斷結(jié)果；點擊“設置界面”可以切換到圖5所示的檢測系統(tǒng)設置畫面，對每個相機的檢測標準進行設置，從而根據(jù)配距測量值做出OK或是NG判斷，并且可以根據(jù)需要選擇是否對被測工件的采集圖像進行存儲；點擊“實時界面”可以切換到圖6所示的檢測系統(tǒng)實時畫面，對每個相機進行調(diào)整從而采集到最清晰的圖像信息。圖7所示的檢測系統(tǒng)軟件編程畫面，先建立留置針的模板，對留置針進行定位，先找出留置針刃口斜線，然后找出鋼針右邊緣直線，再找出留置針刃口斜線與鋼針右邊緣直線的交點，找出軟管與鋼針右邊緣直線的交點，計算兩個交點的距離，即為留置針配距。

圖7 檢測系統(tǒng)軟件編程畫面

3 檢測系統(tǒng)測試結(jié)果

本研究中的被測元件為留置針，其與人體直接接觸，產(chǎn)品質(zhì)量要求較高，要求檢測系統(tǒng)檢測結(jié)果的準確率應為100%，所以必須對檢測系統(tǒng)的重復性精度進行測試。

調(diào)整好留置針配距檢測系統(tǒng)后，保持系統(tǒng)各參數(shù)不變，取4支配距分別為0.23 mm、0.52 mm、0.55 mm、1.10 mm 的Y式留置針，分別在相機1、相機2、相機3、相機4上重復檢測10次，測試結(jié)果見表1～4；分別讓操作員A、操作員B、操作員C、操作員D重復檢測10次，測試結(jié)果見表5～8。

表1 檢測系統(tǒng)相機1測試結(jié)果（mm）

表2 檢測系統(tǒng)相機2測試結(jié)果（mm）

表3 檢測系統(tǒng)相機3測試結(jié)果（mm）

表4 檢測系統(tǒng)相機4測試結(jié)果（mm）

表5 操作員A測試結(jié)果（mm）

表6 操作員B測試結(jié)果（mm）

表7 操作員C測試結(jié)果（mm）

表8 操作員D測試結(jié)果（mm）

根據(jù)測試結(jié)果可知，本檢測系統(tǒng)測量出的留置針配距測量值精確，穩(wěn)定，很好地解決了生產(chǎn)中的實際問題，提高了檢測質(zhì)量，能夠代替人工對留置針配距進行準確檢測，達到了設計要求。

4 小結(jié)

針對留置針生產(chǎn)中配距檢測效率低，檢測工具操作不方便，工作人員主觀性對檢測結(jié)果影響大等問題，本研究闡述了基于機器視覺的留置針配距檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)基于康耐視ISVC-200相機控制器，具有檢測系統(tǒng)參數(shù)預設置功能，能夠自動對Y式留置針配距進行檢測，檢測精確、穩(wěn)定、高效，重復性精度達到了設計要求，推動了機器視覺檢測技術在醫(yī)療耗材生產(chǎn)制造中的應用，提高了配距檢測效率，降低了配距不合格產(chǎn)品流入市場的風險，對于留置針生產(chǎn)中配距檢測具有一定的應用參考意義。