一種空心膠囊壁厚在線光學檢測系統的研究

梁明湖 胡偉軍 黃雪峰 劉志偉

摘 ? 要：產品制造的整個工序中，制造完成后，均需要對產品的質量進行檢測。光學檢測系統是現在工藝常應用系統之一，能夠對產品制造中的不足之處明確提示，工作人員則以此為依據，對產品進行改善。本文以要用硬質空心膠囊產品的檢測為例，對基于空心膠囊壁厚在線光學檢測系統進行研究。通過應用該系統，可以對膠囊額壁厚進行較為精準的測量。

關鍵詞：空心膠囊 ?壁厚 ?在線光學檢測

中圖分類號：TP274 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（c）-0094-02

要用硬質空心膠囊的主要生產原料為藥用明膠或是植物纖維，所用輔料不局限于一種，包括食用色素與遮光劑等。生產過程包括多個環節，具體為溶膠、配色、主機模具蘸膠、風道干燥切割、脫模與對接等工藝流程。本文主要基于空心膠囊壁厚的在線光學監測系統進行分析，希望可以在原有基礎上提高膠囊生產線上的膠囊壁厚，使其監測功能更加完善。

1 ?測量方式和壁厚要求

1.1 常用壁厚測量方法

1.1.1 共焦測壁厚法

共焦測壁厚法主要是應用色彩編碼的原理，發揮特殊透鏡色調長度色差，對距離與厚度進行測量。立足理論層面，檢測系統的傳感器可以識別多種材料，是因為這種方式主要是對材料的表面性質測量。不過此方式的難點在于需要有更加精準的光學探頭，真正投入生產，需要高昂的成本，需要生產單位有雄厚的經濟資本作為支撐方可實現。

1.1.2 光柵光譜法

光柵光譜法是檢測中常用的方式之一，這種方法操作起來比較簡潔，并且掃描的速度極快，測量的精度結果相對較高。這種采用的是白光照射下，光學元件反射光被光柵分解后的光譜解讀，進而對材料的壁厚進行計算。此方式的不足之處在于進行調節時有一定的難度，不適宜用于自動化生產中。

1.1.3 測厚儀檢測法

針對膠囊制造產業來說，這種方式最為常見。測厚儀的主要作用為對材料或是物體的厚度進行檢測，確定其厚度是否達到國家規定標準，工業生產中經常用于連續性檢測或是抽樣檢測產品的厚度，例如鋼帶、薄膜或是金屬箔片等。根據測厚儀的工作原理，可以將其分為激光測厚儀與超聲波測厚儀。激光測厚儀的工作原理為，按照光切法測量與對機械制造中零件加工表面的形狀觀察來對產品厚度進行測量，屬于非接觸式動態測量儀器。其能夠通過數字信號的傳播來與計算機進行聯結，對于傳輸的數據盡快處理，將偏差輸出到不同的工業設備中。

1.2 不同型號的膠囊壁厚標準

膠囊的生產規格、型號不同，為保證藥品的安全性，國家相關部門對膠囊的壁厚都有特殊的規定，生產企業應該嚴格按照此規格進行生產，不可超標。具體壁厚標準見以下數據。

規格型號：

1組：00#帽長度11.70±0.40mm單壁厚基本尺寸0.090～0.120mm口部外徑8.50～8.60mm;00#體長度20.20±0.40mm單壁厚基本尺寸0.090～0.120mm口部外徑8.15～8.25mm。兩者重量差異±8.0mg

2組：0#帽長度11.00±0.40mm單壁厚基本尺寸0.085～0.115mm口部外徑7.61～7.71mm;0#體長度18.60±0.40mm單壁厚基本尺寸0.085～0.115mm口部外徑7.30～7.40mm。兩者重量差異±7.0mg

3組：1#帽長度9.80±0.40mm單壁厚基本尺寸0.085～0.115mm口部外徑7.30～7.40mm;1#體長度16.60±0.40mm單壁厚基本尺寸0.080～0.110mm口部外徑6.61～6.69mm。兩者重量差異±6.0mg

4組：2#帽長度9.00±0.40單壁厚基本尺寸0.080～0.110mm口部外徑6.32～6.40mm;2#體長度15.40±0.40mm單壁厚基本尺寸0.080～0.110mm口部外徑6.05～6.13mm。兩者重量差異±5.0mg

5組：3#帽長度8.10±0.40mm單壁厚基本尺寸0.080～0.105mm口部外徑5.79～5.87mm;3#體長度13.60±0.40mm單壁厚基本尺寸0.080～0.105mm口部外徑5.53～5.61mm。兩者重量差異±4.0mg

6組：4#帽長度7.20±0.40mm單壁厚基本尺寸0.080～0.105mm口部外徑5.28～5.36mm;4#體長度12.20±0.40mm單壁厚基本尺寸0.075～0.100mm口部外徑5.00～5.08mm。兩者重量差異±±3.0mg

以上數據的極限偏差±0.020mm

注1：單壁厚尺寸允許在規定的尺寸范圍內修訂中心值，但極限偏差必須在規定范圍內。

注2：長度中心值及口部外徑指標僅供參考，不作為驗收依據。

注3：上述規格尺寸可根據填充要求，由供需雙方協商確定具體的指標。

2 ?LED光在線檢測系統分析

根據空心膠囊的生產流程，筆者在前期針對膠囊的生產線等進行了相應的調研與理論分析，對于生產線過程中的實際需求和生產成本等原因進行探究，隨后提出運用基于CMOS的LED光在線光學檢測系統，以此解決現有問題，提高檢測精度。具體應用原理如下。

2.1 系統原理

基于CMOS的LED光在線光學檢測系統所運用原理為將LED作為照射的光源，在其經過均光系統時，將其轉化為均衡的平行光，對生產線上的膠囊進行照射。二維CMOS主要是用于接受膠囊光照之后形成的明暗投影。系統進行計算之后，可以算出膠囊不同位置的外徑。

2.2 系統總體設計框架

2.2.1 LED光源

LED光源也就是所說的二極管光源，這種光源為體積較小，但發光率較高，單色性能較好，光譜更為狹窄，不需要進行過濾，在生產線流程中的應用效果更佳。由于LED光源不會消耗過多的電量，應用的壽命相對也較長，有助于生產企業控制成本，更便于在后期進行維護。

2.2.2 擴束均光系統

均光系統是膠囊檢測工藝的一種，最為典型的為Labsphere小型USS。在此流程中，工作人員可以運用散射器與衰減器，對產品進行檢測。一般來說，均光系統需要滿足三點要求，具體為：第一，需要有較強的輻射量度均勻度;第二，內部元件應該便于后期更換;第三，操作簡單，易于上手。

2.2.3 光學接收系統

基于CMOS光學成像系統中主要涵蓋面陣CMOS器件與濾光片，并且為了確保可以正確提取出像素中的信號能量，假信號的概率應該控制在小于1%的范圍內。為能夠有效避免外界雜光對信號的干擾，我們設定濾光片，通過濾光片，也能夠有效避免強光的照射，削弱其照射，借此滿足器件能量特性的需求。

2.2.4 CMOS信號處理系統

CMOS探測器能夠實現信號光電間的轉換，對陰影進行簡單處理，同時兼具A/D轉換功能，可以將其它需要的信息送入數據處理系統當中。

3 ?結語

本文闡述的系統是在現有壁厚檢測方法的基礎上，結合生產條件進行研發，并提出了合理的測量方案——在線硬質空心膠囊厚度測量系統，系統利用LED光源和CMOS傳感器計算膠囊的厚度。通過驗證，研發的基于CMOS的LED光在線檢測系統能夠應用于生產線中，且具有測量范圍大、準確率高、搭構簡單、成本低等優點，滿足市場的需求。

參考文獻

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