一种空心胶囊壁厚在线光学检测系统的研究
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摘 要：产品制造的整个工序中，制造完成后，均需要对产品的质量进行检测。光学检测系统是现在工艺常应用系统之一，能够对产品制造中的不足之处明确提示，工作人员则以此为依据，对产品进行改善。本文以要用硬质空心胶囊产品的检测为例，对基于空心胶囊壁厚在线光学检测系统进行研究。通过应用该系统，可以对胶囊额壁厚进行较为精准的测量。
关键词：空心胶囊 壁厚 在线光学检测
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）08（c）-0094-02
要用硬质空心胶囊的主要生产原料为药用明胶或是植物纤维，所用辅料不局限于一种，包括食用色素与遮光剂等。生产过程包括多个环节，具体为溶胶、配色、主机模具蘸胶、风道干燥切割、脱模与对接等工艺流程。本文主要基于空心胶囊壁厚的在线光学监测系统进行分析，希望可以在原有基础上提高胶囊生产线上的胶囊壁厚，使其监测功能更加完善。
1 测量方式和壁厚要求
1.1 常用壁厚测量方法
1.1.1 共焦测壁厚法
共焦测壁厚法主要是应用色彩编码的原理，发挥特殊透镜色调长度色差，对距离与厚度进行测量。立足理论层面，检测系统的传感器可以识别多种材料，是因为这种方式主要是对材料的表面性质测量。不过此方式的难点在于需要有更加精准的光学探头，真正投入生产，需要高昂的成本，需要生产单位有雄厚的经济资本作为支撑方可实现。
1.1.2 光栅光谱法
光栅光谱法是检测中常用的方式之一，这种方法操作起来比较简洁，并且扫描的速度极快，测量的精度结果相对较高。这种采用的是白光照射下，光学元件反射光被光栅分解后的光谱解读，进而对材料的壁厚进行计算。此方式的不足之处在于进行调节时有一定的难度，不适宜用于自动化生产中。
1.1.3 测厚仪检测法
针对胶囊制造产业来说，这种方式最为常见。测厚仪的主要作用为对材料或是物体的厚度进行检测，确定其厚度是否达到国家规定标准，工业生产中经常用于连续性检测或是抽样检测产品的厚度，例如钢带、薄膜或是金属箔片等。根据测厚仪的工作原理，可以将其分为激光测厚仪与超声波测厚仪。激光测厚仪的工作原理为，按照光切法测量与对机械制造中零件加工表面的形状观察来对产品厚度进行测量，属于非接触式动态测量仪器。其能够通过数字信号的传播来与计算机进行联结，对于传输的数据尽快处理，将偏差输出到不同的工业设备中。
1.2 不同型号的胶囊壁厚标准
胶囊的生产规格、型号不同，为保证药品的安全性，国家相关部门对胶囊的壁厚都有特殊的规定，生产企业应该严格按照此规格进行生产，不可超标。具体壁厚标准见以下数据。
规格型号：
1组：00#帽长度11.70±0.40mm单壁厚基本尺寸0.090～0.120mm口部外径8.50～8.60mm;00#体长度20.20±0.40mm单壁厚基本尺寸0.090～0.120mm口部外径8.15～8.25mm。两者重量差异±8.0mg
2组：0#帽长度11.00±0.40mm单壁厚基本尺寸0.085～0.115mm口部外径7.61～7.71mm;0#体长度18.60±0.40mm单壁厚基本尺寸0.085～0.115mm口部外径7.30～7.40mm。两者重量差异±7.0mg
3组：1#帽长度9.80±0.40mm单壁厚基本尺寸0.085～0.115mm口部外径7.30～7.40mm;1#体长度16.60±0.40mm单壁厚基本尺寸0.080～0.110mm口部外径6.61～6.69mm。两者重量差异±6.0mg
4组：2#帽长度9.00±0.40单壁厚基本尺寸0.080～0.110mm口部外径6.32～6.40mm;2#体长度15.40±0.40mm单壁厚基本尺寸0.080～0.110mm口部外径6.05～6.13mm。两者重量差异±5.0mg
5組：3#帽长度8.10±0.40mm单壁厚基本尺寸0.080～0.105mm口部外径5.79～5.87mm;3#体长度13.60±0.40mm单壁厚基本尺寸0.080～0.105mm口部外径5.53～5.61mm。两者重量差异±4.0mg
6组：4#帽长度7.20±0.40mm单壁厚基本尺寸0.080～0.105mm口部外径5.28～5.36mm;4#体长度12.20±0.40mm单壁厚基本尺寸0.075～0.100mm口部外径5.00～5.08mm。两者重量差异±±3.0mg
以上数据的极限偏差±0.020mm
注1：单壁厚尺寸允许在规定的尺寸范围内修订中心值，但极限偏差必须在规定范围内。
注2：长度中心值及口部外径指标仅供参考，不作为验收依据。
注3：上述规格尺寸可根据填充要求，由供需双方协商确定具体的指标。
2 LED光在线检测系统分析
根据空心胶囊的生产流程，笔者在前期针对胶囊的生产线等进行了相应的调研与理论分析，对于生产线过程中的实际需求和生产成本等原因进行探究，随后提出运用基于CMOS的LED光在线光学检测系统，以此解决现有问题，提高检测精度。具体应用原理如下。 2.1 系统原理
基于CMOS的LED光在线光学检测系统所运用原理为将LED作为照射的光源，在其经过均光系统时，将其转化为均衡的平行光，对生产线上的胶囊进行照射。二维CMOS主要是用于接受胶囊光照之后形成的明暗投影。系统进行计算之后，可以算出胶囊不同位置的外径。
2.2 系统总体设计框架
2.2.1 LED光源
LED光源也就是所说的二极管光源，这种光源为体积较小，但发光率较高，单色性能较好，光谱更为狭窄，不需要进行过滤，在生产线流程中的应用效果更佳。由于LED光源不会消耗过多的电量，应用的寿命相对也较长，有助于生产企业控制成本，更便于在后期进行维护。
2.2.2 扩束均光系统
均光系统是胶囊检测工艺的一种，最为典型的为Labsphere小型USS。在此流程中，工作人员可以运用散射器与衰减器，对产品进行检测。一般来说，均光系统需要满足三点要求，具体为：第一，需要有较强的辐射量度均匀度;第二，内部元件应该便于后期更换;第三，操作简单，易于上手。
2.2.3 光学接收系统
基于CMOS光学成像系统中主要涵盖面阵CMOS器件与滤光片，并且为了确保可以正确提取出像素中的信号能量，假信号的概率应该控制在小于1%的范围内。为能够有效避免外界杂光对信号的干扰，我们设定滤光片，通过滤光片，也能够有效避免强光的照射，削弱其照射，借此满足器件能量特性的需求。
2.2.4 CMOS信号处理系统
CMOS探测器能够实现信号光电间的转换，对阴影进行简单处理，同时兼具A/D转换功能，可以将其它需要的信息送入数据处理系统当中。
3 结语
本文阐述的系统是在现有壁厚检测方法的基础上，结合生产条件进行研发，并提出了合理的测量方案——在线硬质空心胶囊厚度测量系统，系统利用LED光源和CMOS传感器计算胶囊的厚度。通过验证，研发的基于CMOS的LED光在線检测系统能够应用于生产线中，且具有测量范围大、准确率高、搭构简单、成本低等优点，满足市场的需求。
参考文献
[1] 麦国铭，文生平.基于光学仿真与图像处理的塑料细管壁厚测量方法[J].塑料工业，2011，39（9）：31-34.
[2] 杨薇，赵娟，周学威.基于数字图像技术的壁厚测量方法研究[J].硅谷，2012（2）：92.
[3] 刘爽.紫外法COD检测系统的研究与设计[D].北京化工大学，2017.
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