基于机器视觉的留置针配距检测系统的设计

王东峰 ，韩征峰

1 河南驼人医疗器械研究院有限公司 （河南新乡 453400）；2 河南省医疗高分子材料技术与医用重点实验室 （河南新乡 453400）

留置针由塑料针座、不锈钢针、防溢塞、软管和护套组成，穿刺时将软管和钢针同时送入静脉血管，最后撤出钢针与针座，将软管留在静脉血管中，主要用于短期静脉输液治疗[1]。留置针的使用能减轻患者因反复静脉穿刺而造成的痛苦，便于临床用药及急、危重患者的抢救用药，减少了护士的工作量，因而静脉留置针在临床上得到广泛应用[2-3]。钢针刃口底端与软管顶端之间的距离称为留置针配距，留置针的配距控制在一定范围内可以有效减轻因穿刺造成的痛感，提高穿刺成功率[4-5]。

机器视觉检测技术以其检测速度快、测量精度高、可实现自动化、获取信息量大、功能多等特点被广泛应用于军事、医疗、微电子、印刷、包装、汽车及科研等众多领域[6]。在留置针的实际生产中，留置针配距检测工具操作不方便，检测效率低，工作人员的主观性对检测结果影响大，且有高额的人工成本，均迫使生产企业进行变革，引入机器视觉检测系统，让机器来替代人工检测，以提高生产检测效率及质量[7]。

本研究阐述了基于机器视觉的留置针配距检测系统的检测原理，对于所设计的留置针配距检测系统进行了大量的测试工作，有效验证了所设计检测系统的重复性精度达到了设计要求。

1 留置针配距检测系统的检测原理

留置针配距检测系统由相机控制器、相机、光源、显示器、键盘、鼠标、治具、被测工件等组成[8-9]。相机控制器是检测系统的核心，其对相机采集到的被测工件图像信息进行处理，分析判断，最后将被测工件的图像、检测数量、OK数量、NG数量、合格率等信息传送到显示器上进行显示或传递给其他控制系统[10]；通过键盘、鼠标可以修改检测系统的检测标准等参数；光源在系统中起到照明作用，通常亮度可调且稳定；治具用来放置被测工件，使相机可以准确、稳定地采集到被测工件的图像信息[11-12]。

本检测系统可以同时对4个产品进行检测，采用4个相机、4个相同的独立的检测系统。检测原理：机械手同时将4个被测工件放入治具，发送触发信号给检测系统，光源闪亮；相机采集被测工件的图像信息，检测系统在图像上找出钢针刃口与钢针右边缘的交点、软管与钢针右边缘的交点，计算出两点之间的距离，即为留置针的配距；检测系统根据预先设置的检测标准，结合测量结果，最后给出OK或NG信号给PLC控制系统。

配距合格的检测图像见图1，配距过短的检测图像见图2，配距过长的图像见图3。

图1 配距合格的留置针

图2 配距过短的不合格的留置针

图3 配距过长的不合格的留置针

2 软件实现与分析

本检测系统在康耐视 In-Sight VC Explorer7.9.1软件下完成，检测系统共包含3个画面，分别为主画面、设置画面、实时画面，各画面见图4～6。

图4 检测系统主画面

图5 检测系统设置画面

图6 检测系统实时画面

图4 所示的检测系统主画面可以显示检测系统的总检测数量、OK数量、NG数量、合格率，单个相机的检测数量、OK数量、NG数量，每个相机的检测图像、配距测量值、检测判断结果；点击“设置界面”可以切换到图5所示的检测系统设置画面，对每个相机的检测标准进行设置，从而根据配距测量值做出OK或是NG判断，并且可以根据需要选择是否对被测工件的采集图像进行存储；点击“实时界面”可以切换到图6所示的检测系统实时画面，对每个相机进行调整从而采集到最清晰的图像信息。图7所示的检测系统软件编程画面，先建立留置针的模板，对留置针进行定位，先找出留置针刃口斜线，然后找出钢针右边缘直线，再找出留置针刃口斜线与钢针右边缘直线的交点，找出软管与钢针右边缘直线的交点，计算两个交点的距离，即为留置针配距。

图7 检测系统软件编程画面

3 检测系统测试结果

本研究中的被测元件为留置针，其与人体直接接触，产品质量要求较高，要求检测系统检测结果的准确率应为100%，所以必须对检测系统的重复性精度进行测试。

调整好留置针配距检测系统后，保持系统各参数不变，取4支配距分别为0.23 mm、0.52 mm、0.55 mm、1.10 mm 的Y式留置针，分别在相机1、相机2、相机3、相机4上重复检测10次，测试结果见表1～4；分别让操作员A、操作员B、操作员C、操作员D重复检测10次，测试结果见表5～8。

表1 检测系统相机1测试结果（mm）

表2 检测系统相机2测试结果（mm）

表3 检测系统相机3测试结果（mm）

表4 检测系统相机4测试结果（mm）

表5 操作员A测试结果（mm）

表6 操作员B测试结果（mm）

表7 操作员C测试结果（mm）

表8 操作员D测试结果（mm）

根据测试结果可知，本检测系统测量出的留置针配距测量值精确，稳定，很好地解决了生产中的实际问题，提高了检测质量，能够代替人工对留置针配距进行准确检测，达到了设计要求。

4 小结

针对留置针生产中配距检测效率低，检测工具操作不方便，工作人员主观性对检测结果影响大等问题，本研究阐述了基于机器视觉的留置针配距检测系统，该检测系统基于康耐视ISVC-200相机控制器，具有检测系统参数预设置功能，能够自动对Y式留置针配距进行检测，检测精确、稳定、高效，重复性精度达到了设计要求，推动了机器视觉检测技术在医疗耗材生产制造中的应用，提高了配距检测效率，降低了配距不合格产品流入市场的风险，对于留置针生产中配距检测具有一定的应用参考意义。