بخشی از مقاله
خلاصه:
در این مقاله فرآیند بسته بندي کپسول در صنایع دارو سازي توسط یک سیستم کنترل که بر مبناي پردازش تصویر کار می کند مورد بازرسی قرار گرفته و در صورت وجود نقص در بسته بندي یا قرار گرفتن کپسولی با رنگ دیگر در بسته بندي کپسول، نسبت به انتقال محصول معیوب به خارج از خط تولید اقدامات لازم را انجام می دهد.
-1 مقدمه
امروزه با پیشرفت سیستم هاي تصویر برداري و الگوریتم هاي پردازش تصویر شاخه جدیدي در کنترل کیفیت و ابزار دقیق به وجود آمدهاست.و هر روز شاهد عرضه سیستم هاي تصویري پیشرفته براي سنجش اندازه، کالیبراسیون، کنترل اتصالات مکانیکی، افزایش کیفیت تولیدهستیم.با استفاده از تکنیک هاي پردازش تصویر میتوان دگرگونی اساسی در خطوط تولید ایجاد کرد. بسیاري از پروسههاي صنعتی که تا چند دهه پیش پیاده سازي آن ها دور از انتظار بود، هم اکنون با بهرگیري از پردازش هوشمند تصاویر به مرحله عمل رسیدهاند. از جمله منافع کاربرد پردازش تصویر به شرح زیر است:
افزایش سرعت و کیفیت تولید،کاهش ضایعات،اصلاح روند تولید،گسترش کنترل کیفیت می باشد. کنترل ماشین آلات و تجهیزات صنعتی یکی از وظایف مهم در فرآیندهاي تولیدي است . بکارگیري کنترل خودکار و اتوماسیون روزبه روز گسترده تر شده و رویکردهاي جدید با بهره گیري از تکنولوژيهاي نو امکان رقابت در تولید را فراهم میسازد. لازمه افزایش کیفیت و کمیت یک محصول، استفاده از ماشین آلات پیشرفته و اتوماتیک میباشد.
ماشین آلاتی که بیشتر مراحل کاري آنها به طور خودکار صورت گرفته و اتکاي آن به عوامل انسانی کمتر باشدتکنیکهاي پردازش تصویر کاربرد گستردهاي در صنعت پیدا کردهاست و کاربرد آن بویژه در کنترل کیفیت محصولات تولیدي، هدایت روبات و مکانیزمهاي خود هدایت شونده روز به روز گسترده تر میشودعدم اطلاع کافی مهندسین از تکنولوژي ماشین بینایی و عدم آشنایی با توجیه اقتصادي بکارگیري آن موجب شدهاست که در استفاده از این تکنولوژي تردید و در بعضی مواقع واکنش منفی وجود داشته باشد. علی رغم این موضوع، ماشین بینایی روز به روز کاربرد بیشتري پیدا کرده و روند رشد آن چشمگیر بودهاست.
عملیات پردازش تصویر در حقیقت مقایسه دو مجموعه عدد است که اگر تفاوت این دو مجموعه از یک محدوده خاص فراتر رود، از پذیرفتن محصول امتناع شده و در غیر اینصورت محصول پذیرفته میشود. با توجه به این مسئله که شرکت هاي دارو سازي نقش موثري در روند سلامتی جامعه بر عهده دارندو تولید محصول معیوب اثر مخرب بسیاري در پی دارد. در این مقاله پروژهي کنترل کیفی کپسول هاي دارویی که با سامانه ي پردازش تصاویر پیاده سازي شدهاست، مورد بررسی قرار می گیرد.
از سال 1993 تا کنون در این زمینه فعالیت هاي زیادي در دنیا صورت گرفته شده است که به اختصار به برخی از مهمترین آنها می پردازیم.آقاي ساموئل اوپرا و همکارانش [1] در سال 2005 بر روي یک سامانه ي کنترل کیفیت بر مبناي پردازش تصویر کار کرده اند که قابلیت تشخیص و جدا سازي قرص هاي شکسته و معیوب آسپرین را داشت و مانع از قرار گیري محصول بی کیفیت در بسته بندي می گردید.در سال 2006 یک گروه تحقیقاتی دیگر[2] با طراحی یک سیستم کنترل کیفیت مبتنی بر پردازش تصویربه بررسی وضعیت بسته بندي قرص پرداخته است به این صورت که سیستم با تشخیص محصول معیوب ، ناقص و خالی نسبت به خارج نمودن نمونه معیوب از خط تولید اقدام می نمود.
در سال 2007 یک گروه از دانشمندان[3] به طراحی یک سیستم کنترلی که از یک دوربین CCD با کیفیت بالا بهره می گیرد پرداختند،این سیستم به کنترل رنگ دارو هاي مایع می پردازد معمولا در صنایع شیمیایی در پی ترکیب مواد گوناگون و طی فرآیندي ویژه اي محصول نهایی حاصل می گردد.معمولا این محصول تولیدي داراي رنگ بخصوصی می باشد در صورت ایجاد نقص در فرآیند تولید که در برخی از موارد در اثر اشتباهات سیستم رخ می دهد رنگ محصول نهایی با رنگ مورد نظر تفاوت خواهد داشت سیستم طراحی شده ي ناظر با تشخیص رنگ غیر طبیعی در محصول که معمولا ناشی از نقص در تولید می باشد نسبت به از کار انداختن خط تولید اقدام می کند و تا رفع نقص کامل از راه اندازي مجدد خط جلوگیري به عمل می آورد.
در سال 2007 یک سیستم کنترل فازي مبتنی بر پردازش تصویر[4] براي جدا کردن قرص هاي با ابعاد و رنگ هاي متفاوت توسط گروه تحقیقاتی آقاي سونکا طراحی شد که می تواند با سرعت بالا و دقت مناسب به جدا سازي و بسته بندي دارو با خطاي بسیار پایین بپردازد در شرکت هاي دارو سازي بزرگ به علت سرعت و حجم کاري بالا و استفاده مشترك ازتجهیزات جهت کاهش هزینه هاي تولید امکان بروز اشتباه و ورود داروي متفاوت به بسته بندي محصول نهایی وجود دارد .در سامانه ي طراحی شده توسط این تیم یک سیستم نظارت مبتنی بر پردازش تصویر در خط تولید قرا ر گرفته که می تواند رنگ هاي مختلف را تشخیص دهد و اگر قرصی با رنگ متفاوت در خط تولید مشاهده شد از طریق سیستم کنترلی خود به خارج هدایت نماید.به این ترتیب از بسته بندي و ارسال محصول معیوب به بازار جلوگیري به عمل می آید.
در سال 2008 یک گروه تحقیقاتی [5]سیستمی را طراحی نمودند که می تواند در بررسی ساختار ملکولی دارو ها به دانشمندان کمک کند. این سیستم که با کمک میکروسکوپ هاي ویژه که به دوربین هاي با کیفیت بالا که به یک سامانه ي پردازشی متصل است مجهز شده اند که می تواند ساختار ملکولی دارو هاي مختلف را بررسی نمایند و دربه دست آوردن فرمول مناسب جهت ساخت دارو هاي با تاثیر بیشتر کمک شایانی نمایند.
در همان سال یک گروه تحقیقاتی دیگر بر روي سیستم پیشرفته دیگري فعالیت نمودند که می تواند با دوربین هاي نظارتی خود به طور تمام اتوماتیک باز بودن در یا ترك در شیشه ي شربت هاي داروي را تشخیص دهد چون معیوب بودن بسته بندي شربت با عث نفوذ آلودگی به داخل محصول می گردد و سلامتی مصرف کنندگان را به شدت تهدید می کند. با توجه به موارد گفته شده می توان با بهره گیري از سیستم هاي نظارتی پیشرفته در صد خطا و تولید محصول معیوب را به راحتی کاهش داد.با توجه به این که براي شناسایی و خارج کردن بسته بندي کپسول ها ي معیوب از طریق پردازش تصویر در خطوط تولید دارویی اقدامی صورت نگرفته است در این مقاله به بررسی و طراحی سیستم کنترل کیفی کسپول هاي دارویی پرداخته می شود.
-2 سیستم پردازش تصویر براي تشخیص کپسول معیوب
در مرحله اول باید در زمینه ي تصویر به جستجوي هدف مورد نظر پرداخت. این فرآیند بسیار پیچیده بوده و متد ها و الگوریتم هاي زیادي جهت انجام این فرآیند پیشنهاد شده است. در این مقاله ما از متد شناسایی لبه که از جدید ترین وبهترین روش ها می باشد براي شناسایی بسته کپسول بهره می بریم. در سیستم کنترل بر مبناي پردازش تصویر سه قسمت مهم وجود دارد قسمت اول دوربین ،قسمت دوم سیستم پردازش اطلاعات و قسمت سوم محرك هاي الکتریکی موجود در خط تولید سیستم طراحی شده به این صورت عمل می کند که ابتدا اطلاعات از طریق دوربین به سامانه ي پردازش گر فرستاده شده و پس از پردازش اطلاعات می توان فرا مین کنترلی را به محرك هاي موجود در خط تولید ارسال کرد که اگر بسته ي کپسول معیوبی در طول فرآیند موجود بود از خط تولید به بیرون منتقل شود و در غیر این صورت به سمت سایر مراحل ارسال گردد.
اکنون قبل از توضیح نحوه ي عملکرد ابتدا به صورت مختصر نحوه ي اجراي مراحل اول و دوم را بیان می کنیم . اولین کاري که باید صورت گیرد مشخص کردن مکان و حرکت خود دوربین به عنوان عضو بینایی رایانه می باشد. که در این مدل معرفی شده دوربین بالاي خط تولید به صورت عمودي و ثابت قرار می گیرد. دومین کاري که باید صورت گیرد ساختن یک مدل از ناحیه ي پیرامونی به کمک تصاویري که از دوربین ارسال می گردد می باشد.
یک سامانه◌ٔ بینایی رایانهاي را میتوان به زیرسامانههاي زیر تقسیم کرد:تصویربرداري، پیش پردازش، استخراج ویژگی ،ثبت اطلاعات . تصویر یا دنباله تصاویر با یک سامانه تصویربرداري - دوربین، رادار، لیدار، سامانه توموگرافی - برداشته میشود. معمولاً سامانه تصویربرداري باید پیش از استفاده تنظیم شود.این مرحله شامل تنظیم و انتخاب مناسب ترین لنز براي رسیدن به بالاترین کیفیت ارسال تصویر به سامانه پردازش اطلاعات می باشد.
شکل : - 1 - نمایی از سیستم کنترلی نظارتی بر مبناي پردازش تصویر
پیش پردازش : در گام پیشپردازش، تصویر در معرض اَعمال "سطح پایین" قرار میگیرد. هدف این گام کاهش نوفه - کاهش نویز - جدا کردن سیگنال از نویز - و کمکردن مقدار کلی داده ها است. این کار نوعاً با به کارگیري روشهاي گوناگون پردازش تصویر - دیجیتال - انجام میشود. استخراج ویژگی : هدف از استخراج ویژگی کاهش دادن بیشتر دادهها به مجموعهاي از ویژگیهاست، که باید به اغتشاشاتی چون شرایط نورپردازي، موقعیت دوربین، نویز و اعوجاج ایمن باشند.
نمونههایی از استخراج ویژگی عبارتاند از:انجام آشکارسازي لبه. استخراج ویژگیهاي گوشهاي. استخراج تصاویر چرخش از نقشههاي ژرفا. بدست آوردن خطوط ترازو احتمالاً گذر از صفرهاي خمش. ثبت اطلاعات : هدف گام ثبت برقراري تناظر میان ویژگیهاي مجموعه برداشت شده و ویژگیهاي اجسام شناختهشده در یک پایگاه دادههاي مدل ویا ویژگیهاي تصویر قبلی است. در گام ثبت باید به یک فرضیه نهایی رسید. چند روش این کار عبارتاند از:تخمین کمترین مربعات. تبدیل هاگ در انواع گوناگون.
درهمسازي هندسی. پالودن ذرهاي. با توجه به مقدمات اولیه گفته شده به بررسی سیستم کنترل و نظارت بر روي صحت بسته بندي کپسول می پردازیم . پس از ورود کپسول به محدوده ي دید دوربین سیستم بعداز دریافت اصلی به بررسی تصویر پرداخته و در صورت وجود عیوبی مانند نبود یک یا چند کپسول و یا وجود کپسولی غیر همرنگ با سایر کپسول ها ضمن ارسال دستور به بازوي پنوماتیکی موجود در خط نسبت به خارج کردن محصول از خط اقدام می کند.
به حال این سوال مطرح می گردد که چگونه سامانه ي بازرسی از طریق پردازش تصویر این عیوب را شناسایی می نمایید. در ابتدا باید تصویر بسته بندي کپسول را از تصویر پس زمینه استخراج نماییم براي این کار الگوریتم هاي گوناگونی وجود دارد از الگوریتم لبه جهت شناسایی بسته ي کپسول بهره برده ایم براي توضیح این روش ابتدا به تعریف لبه د ر تصویر می پردازیم لبه ها به نقاط ي از تصویر گفته می شود که نقاط دو پیکسل در کنار یکدیگر دو مقدار متفاوت داشته باشندیا دو مقدار داراي فاصله زیادي از نظر ارزش عددي باشند. لبه ها در حقیقت مرز بین زمینه و شی در یک تصویر می باشند. البته براي شناسایی لبه الگوریتم هاي گوناگونی وجود دارد و بنا بر کاربرد مورد نیاز از یکی از این الگوریتم ها استفاده می شود.
در این مقاله ما از الگوریتم Roberts بهره برده ایم [6] این متداز روش تقریب مشتق براي شناسایی لبه استفاده می کند هر جاي تصویر که شیبی در اعداد پیکسل ها وجود داشته باشد همان جا را لبه معرفی می کندو ویژگی این متد وجود افزایش دهنده ي حجم لبه می باشد. در شکل - - 1 تصویر محل قرار گیري دوربین در خط تولید مشاهده می شود.
در شکل - 2 - تصویر اصلی را مشاهده می کنید که بطور مستقیم از دوربین نصب شده بر روي خط تولید به واحد پردازش گر ارسال شده است . این تصویر خام بوده و باید مورد پردازش قرار گیرد.در مرحله بعد براي کاهش حجم محاسبات و پردازش با اعمال یک فرآیند ساده تصویر رنگی را به تصاویر غیر رنگی گري تبدیل می کنیم این نوع تصاویر غیر رنگی با وضوح روشنی و تیرگی هاي تصویر به صورت تک ماتریس در ابعاد تصویر می باشد.آرایه هاي ماتریس این تصاویر تنها نشان دهنده ي میزان روشنایی و یا تیرگی و سایه هاي تصاویر می باشند در مرحله ي اول تبدیل تصویر رنگی به گري صورت می گیرد بعد ازآن سیستم پردازش تصویر با متد Roberts به استخراج اطلاعات مفید از کل تصویر اقدام می کند.در مرحله ي بعد باید به فیلترینگ و بهینه سازي تصاویر [7] اقدام نماییم
. چون ممکن است که بسته کپسول ها در خط تولید صاف و مستقیم حرکت نکنند.و هر کدام با یک زاویه به زیر دوربین قرار گیرند در بخش بعدي زاویه کپسول اندازه گیري می شودو با بر عکس آن زاویه چرخش داده می شودتا زاویه صفر شود. در بخش بعدي بسته ي کپسول اندازه گیري می شود تا اضافی اطراف تصویر بسته حذف شود و تنها بسته کپسول در تصویر نمایش داده شود. در بخش بعدي رنگ سبز کپسول به صورت باینري از تصویر جدا می شود و تنها بسته ي کپسول در تصویر نمایش داده می شود .
همان طور که در شکل - - 3 نشان داده شده است تصویر بسته کپسول را توسط دو حلقه ي تو در تو به دوازده قسمت تقسیم می کنیم.تا هر قسمت شامل یک کپسول باشد.در قسمت هاي که کپسول وجود دارد تصویر داراي object می باشدو در جاهاي که کپسول وجود ندارد یا کپسول وجود دارد و لی به رنگ دیگري است نیز object وجود ندارد پس کافی است هر قسمت را چک نماییم و در صورتی که تمام مقادیر آن صفر باشد آن قسمت را توسط یک بیضی علامت گذاري می نماییم در شکل - 4 - کپسول هاي مشکل ساز مشخص شوند ودر بخش انتهاي دستوري براي بازو ارسال می گردد تا بسته ي معیوب را از خط تولید خارج نماید. در شکل - 5 - مراحل کار پردازش تصویر به طور کامل نشان داده شده است.
