基于线阵CCD的可吸收缝合线线径的在线监测

摘要

随着医疗水平的提高和医疗事业的发展，对医用缝合线的需求日益增加。目前我国医用缝合线每年约有15亿元人民币的市场需求，缝合线的国产化率却不到40％;可吸收缝合线在创伤缝合和美容行业中被大量采用，但是在可吸收缝合线的生产过程中，线径是否均匀是衡量缝合线产品品质的关键因素之一。为了满足庞大的市场需求，突破传统生产工艺的制作瓶颈，需要设计一套能对传统生产线上的可吸收缝合线线径实现在线测量的装置，保证其线径严格符合中华人民共和国医药行业标准，大大提高可吸收缝合线的市场占有率与国产化率。
　　经过大量的调研工作，发现目前国内并没有对可吸收缝合线线径进行在线检测的仪器。所以本文首先对细丝直径检测技术的发展与现状作了介绍，对可吸收缝合线传统生产工艺进行研究，最终确定了基于线阵CCD的线径在线检测系统的工作原理并对系统的整体结构进行了设计。系统由光学成像模块、基于CPLD的线阵CCD驱动模块、高速A/D数据采集和DSP数字信号处理模块组成。文中从整个系统的电路硬件设计、软件设计、数据处理方法以及误差分析等方面进行了研究工作。实现了对缝合线线径的非接触式测量，采用远心光路配以远心镜头来减小畸变;控制部分以DSP为处理核心，对数据进行存储、分析、判断、计算、传输，并实现与上位机进行通讯，在以Visual C++编程的界面中进行尺寸波形的显示以及参数的设置。
　　为了实现快速地在线测量，设计中满足线阵CCD信号的输出与数据采集、数据处理过程同步进行，采样频率为1MHz。为了提高系统测量精度，对光学系统进行了详细分析，通过放大、滤波等手段对CCD输出信号进行预处理，在DSP处理中首先对数据进行采样，去除不合理的数据，然后采用二值化处理方法完成对缝合线的边界提取。实验证明，该检测系统的响应时间为3ms，实时性好，可靠性高，在检测范围0.002mm-4mm内的测量精度为5μm。
　　采用线阵CCD和DSP相结合的技术，不仅可以实现可吸收缝合线的非接触在线测量，还可以减少测量误差、降低劳动强度、提高生产效率。本论文对缝合线的社会效益、经济效益以及在线检测系统的学术价值等方面具有重大意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的意义以及背景

1．2 细丝直径测量技术的国内外状况

1．3 本文研究意义

1．4 本文研究内容

1．5 本章小结

第二章 可吸收缝合线线径监测系统总体设计

2．1 可吸收缝合线的技术研究路线

2．2 光学成像模块介绍

2．2．1 CCD成像基础介绍

2．2．2 照明光源与工业镜头的选择

2．2．3 CCD成像系统光路的选择

2．2．4 线阵CCD的驱动时序分析

2．3 基于CPLD的CCD驱动模块介绍

2．3．1 线阵CCD驱动方法的选择

2．3．2 CPLD的基本结构介绍

2．4 基于TLC5510的数据采集模块

2．5 基于DSP的数据处理模块

2．6 本章小结

第三章 可吸收缝合线线径监测系统硬件设计

3．1 监测系统整体硬件介绍

3．2 光学成像模块设计

3．3 基于CPLD的线阵CCD驱动模块设计

3．3．1 CPLD的外围硬件电路设计

3．3．2 TCD1209D的硬件驱动电路设计

3．4 数据采集与处理模块设计

3．4．1 数据采集模块硬件电路设计

3．4．2 数据处理模块硬件电路设计

3．5 本章小结

第四章 可吸收缝合线线径监测系统软件设计

4．1 基于CPLD的线阵CCD驱动软件设计

4．1．1 Quartus Ⅱ软件开发环境与硬件描述语言

4．1．2 线阵CCD驱动时序程序设计

4．2 基于DSP的数据处理模块软件设计

4．2．1 CCS软件开发环境与其常用操作

4．2．2 数据处理模块软件程序设计

4．3 基于Visual C++的上位机图形采集界面设计

4．4 本章小结

第五章 实验及结论

5．1 基于CPLD的线阵CCD驱动模块调试

5．2 基于DSP与上位机的数据处理模块的调试

5．3 实验

5．3．1 实时性实验

5．3．2 比对实验

5．3．3 误差计算

5．4 系统误差分析

5．5 结论

5．6 本章小结

参考文献

发表论文与参加科研情况

附录

致谢