CN201689057U - 基于客户机-服务器的智能空瓶检测机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于客户机-服务器的智能空瓶检测机，包括传送链道，传送链道上依次设有瓶型检测单元、瓶色识别单元、图像采集单元和剔除控制单元，前述各单元分别与计算机连接。所述图像采集单元包括瓶口图像采集单元、瓶底图像采集单元和瓶壁图像采集单元，其中瓶壁图像采集单元设置于瓶口图像采集单元和瓶底图像采集单元之间。本实用新型功能全面、结构紧凑，基于客户机-服务器结构的双处理器包括图像采集和处理、人机界面控制以及由数据采集卡和运动控制卡组成的运动控制器都集成于一个双系统的计算机中，使得整套系统装置更加集成化，运行性能更加稳定。

Description

基于客户机-服务器的智能空瓶检测机

技术领域

本实用新型涉及一种空瓶检测机，尤其是一种基于客户机-服务器的智能空瓶检测机。

背景技术

目前近年来我国啤酒产量增长迅猛，啤酒产销量已连续五年位居世界第一。庞大的啤酒销量市场使得国内啤酒生产企业对啤酒瓶的需求量巨大，我国每年需要近320.7亿只啤酒瓶。经济利益驱使啤酒厂首先选择使用回收瓶，大量的啤酒瓶中新瓶占20%左右，其余80%左右为回收瓶，不仅如此，对新瓶压价厉害，也致使啤酒瓶的质量不高。因此对啤酒瓶的检测是啤酒生产过程中一个很重要的环节。传统的灌装前啤酒瓶检验方式是人工灯光检验，由工作人员在传送带旁边肉眼查看。这种方式效率低、精度差、检验人员易疲劳难以保证检测质量，尤其在高速灌装生产线上，检验人员无法对速度高达3-4 万瓶每小时的所有啤酒瓶进行全面的认真检查，只能对面积较大的瓶壁进行检查，瓶口和瓶底无法检测，导致部分不合格啤酒流入市场，影响了企业形象。在一些国家，啤酒生产厂家对清洗之后的空瓶进行严格的检测已成为十分重要的规范，并且在没有检测设备的条件下进行灌装生产，也不符合食品卫生法的规定。因此啤酒灌装前的自动检测设备越来越受到啤酒企业尤其是具有大规模生产能力的大型啤酒企业的青睐。

随着计算机技术和检测技术的发展，最近几年在线自动检测技术得到了快速的发展，基于机器视觉的在线自动化检测技术作为一种新的技术也得到了较大发展。目前市场上已经出现了许多成熟的机器视觉在线检测设备。机器视觉设备特别适用于大批量高速度生产过程中的测量、检查和识别。目前，它已在汽车制造、机械加工、电器和电子工业、塑料加工和印刷、包装业、医药和食品生产中有着广泛的应用，并且有许多基于机器视觉技术的空瓶自动检测系统已经被广泛的应用于啤酒生产线上。

空瓶检测技术在国外已经有了较成熟的发展。目前空瓶检测系统在国外灌装生产线上的应用非常广泛。主要的设备厂家有德国克朗斯（KRONES）、德国海富（HEUFT）、德国米灏（MIHO）、美国飞达（Filtec）等。这些设备都是采用基于机器视觉的光、机、电相结合的方式开发。而国产机器视觉检测设备的研发还在起步阶段，因此目前国内市场上的在线空瓶检测系统主要还是依赖进口。然而进口设备价格昂贵，后期维护费用高，同时也因为不能很好的适应我国回收瓶占多数的现状，检测精度不是很理想。因此国外的在线空瓶检测系统在国内中小企业和大量利用回收瓶的啤酒厂的推广应用较少。

国内的在线空瓶检测技术的研究主要集中在一些高校和单位，他们在瓶子图像处理方面开展了一些研究工作。但是多数还处在理论研究阶段，所研发的样机只是一些仿真设备。虽然有少数样机也投到啤酒厂，但是其研发方式主要是通过购买昂贵的图像处理软件和相关设备进行系统集成，自主知识产权程度低、成本高，整台检测设备价格较贵，无法广泛的应用于中国的啤酒企业。

发明内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种功能全面、结构紧凑、运行性能稳定、检测准确的基于客户机-服务器的智能空瓶检测机。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种基于客户机-服务器的智能空瓶检测机，包括传送链道，传送链道上依次设有瓶型检测单元、瓶色识别单元、图像采集单元和剔除控制单元，前述各单元分别与计算机连接。

所述图像采集单元包括瓶口图像采集单元、瓶底图像采集单元和瓶壁图像采集单元，其中瓶壁图像采集单元设置于瓶口图像采集单元和瓶底图像采集单元之间。

所述瓶壁图像采集单元包括入口瓶壁检测单元、出口瓶壁检测单元和速差传送机构，所述入口瓶壁检测单元和出口瓶壁检测单元分别位于速差传送机构的两端，所述入口瓶壁检测单元和出口瓶壁检测单元分别包括光电传感器、相机、背光源和三级反射镜，光电传感器与计算机上的运动控制卡的I/O口相连，计算机与出口检测单元后的剔除控制单元连接，背光源设置于被检测瓶壁一侧，三级反射镜和相机设置于被检测瓶壁的另一侧，三级反射镜分别与被检测瓶壁和相机相对应，相机和图像处理系统电连接，图像处理系统与计算机连接。 

    所述速差传送机构包括上下两个平行的传送带，两传送带之间的距离与被检测瓶的直径相等，两传送带分别设置于不同带轮上，带轮通过传动轴与电机连接。

所述瓶型检测单元包括三个光电传感器、一个接近开关和一个与剔除控制单元公用的旋转编码器，第一个光电传感器位于传送链道处，第二个光电传感器位于第一个光电传感器正上方                                                

厘米的高处，

为25到30之间的实数，第三个光电传感器位于第二个光电传感器的沿链道传送方向水平

厘米的距离处，

为8到15之间的实数，第三个光电传感器垂直高度比第二个光电传感器高

厘米，为2到4之间的实数，接近开关位于传送中的空瓶的正上方，接近开关与第一个第二个光电传感器所在的平面与链道传送方向垂直，旋转编码器安装在带动链道运动的电机轴上，所述光电传感器、接近开关均与计算机上的运动控制卡的I/O口相连接，旋转编码器与计算机上的数据采集卡相连接。

所述瓶色识别单元包括一个颜色传感器、一个照明光源、一个到瓶光电传感器、一个控制器以及一个MAX232电平转换电路，所述颜色传感器与控制器的I/O口相连接，控制器的通讯口通过MAX232电平转换电路与计算机系统的RS-232串口相连接，到瓶光电传感器与剔除控制单元的运动控制卡的I/O口相连接。

所述剔除控制单元包括数据采集卡、运动控制卡、旋转编码器、电磁阀、执行剔除动作的剔除器和一个剔除确认光电开关，数据采集卡的I/O口与旋转编码器相连接，运动控制卡的I/O口分别与电磁阀、剔除确认光电开关、图像采集单元中的数字相机的I/O输出口、瓶型检测单元的光电传感器以及接近开关相连，数据采集卡和运动控制卡均与计算机相连，电磁阀与剔除器相连接。

所述计算机为集成两个双核CPU主机系统，分别为上位机系统和下位机系统，其中下位机系统为服务器系统，上位机系统为客户机系统，双核CPU卡之间以网卡对接的方式互连。 

本实用新型中的剔除器为现有的拉杆式剔除器或是其他同类剔除装置。

本实用新型是的计算机系统为集成两个双核CPU主机系统，分别为上位机系统和下位机系统。其中下位机系统作为服务器系统，内部运行图像处理程序，主要用于瓶口、瓶底、瓶壁的图像采集和图像处理，上位机系统作为客户机系统，内部运行运动控制与人机界面程序，主要用于运动控制和人机界面操作以及数据库操作。双CPU卡构成的两个系统相当于两台计算机，之间以网卡对接的方式互连，分别运行于其上的上位机软件和下位机软件即两个进程之间利用TCP/IP 协议实现通讯。所有的图像处理、剔除控制和人机交互都在一台计算机上完成。

图像采集单元包括采集瓶口、瓶底、瓶壁图像所需的数字相机、镜头、LED光源和定位光电传感器。其中瓶口和瓶底的图像采集单元分别与申请号为200710028027.1和200710028028.6的中国专利所公开的技术内容一样。对空瓶不同部分的图像采集所需的光源以及照明方式不同。对于瓶口用LED红色环形光源，其放置于数字相机与瓶口之间，相机位于瓶口和环形光源正上方；对于瓶底采用LED白色光源，其位于瓶底下方，相机位于瓶口正上方；对于瓶壁，分为入口瓶壁检测单元和出口瓶壁检测单元，两部分均采用平板LED绿色光源在瓶一侧进行背光照明，另一侧架构一套由三级反射镜构成光学采集系统，最后由相机采集瓶壁周围240度的图像，入口和出口瓶壁检测单元单元之间安装有一个速差传送装置，空瓶经过此装置后可使瓶身旋转90度，这样就可以采集到瓶壁一周的图像。瓶壁检测处放置一光电传感器用于检测是否有倒瓶。

图像采集单元中的数字相机通过其所带有1394接口与下位机系统主板PCI插槽上的图像采集卡连接，将采集的图像传输给图像采集卡进而送到下位机CPU中进行处理。数字相机还带有I/O接口并能接收外部触发，瓶口、瓶底和瓶壁图像采集处的定位光电与相机的I/O输入口相连接，向相机发送触发信号；光源控制器的外部I/O与相机的I/O输出口相连接，接收相机发出的触发信号，用于控制点亮LED光源。

剔除控制单元包括数据采集卡、运动控制卡、旋转编码器、电磁阀以及执行剔除动作的剔除器，另外还包括一个剔除确认光电开关。数据采集卡的I/O口与旋转编码器相连接，采集旋转编码器的信号并将此信号传送给下位机系统CPU进行处理用于对进入检测区域的空瓶进行定位。运动控制卡的I/O口与图像采集单元中的数字相机的I/O输出口相连接来接收相机发出的空瓶检测结果信号，还与瓶型检测单元的光电传感器以及接近开关相连，用于检测空瓶是否为高瓶或低瓶、粗瓶或细瓶。除此之外，运动控制卡的I/O接口还与电磁阀相连接，控制电磁阀带动剔除器执行剔除动作。剔除确认光电开关与运动控制卡的I/O口相连接。数据采集卡和运动控制卡通过双系统计算机内主板上的PCI插槽与上位机系统的CPU连接进行数据传输和通讯。其中的数据采集卡采用凌华的PCI-9221，运动控制卡采用PCI-7432。

瓶型检测单元主要由五个检测传感器构成，接近开关用来检测空瓶是否盖有金属瓶盖，第一第二个光电传感器结合公用的旋转编码器的计数值判断当前空瓶是否是倒瓶、粗瓶或细瓶，第三个光电传感器用于检测当前瓶是否为高瓶。接近开关与三个光电传感器都与上位机系统中的运动控制卡上的I/O口相连接，旋转编码器与上位机系统中的数据采集卡相连接。

瓶色识别单元包括一个颜色传感器、一个照明光源、一个到瓶光电传感器、一个控制器以及一个MAX232电平转换电路。颜色传感器与控制器的I/O口相连接，控制器的通讯口通过MAX232电平转换电路与上位机系统的RS-232串口相连接进行通讯。到瓶光电传感器与运动控制卡的I/O口相连接向上位机系统传送到瓶触发信号。

瓶色识别单元的颜色传感器为美国TAOS公司的TCS230数字颜色传感器；控制器为Sunplus公司的16位单片机SPACE061A。

本实用新型功能全面、结构紧凑，基于客户机-服务器结构的双处理器包括图像采集和处理、人机界面控制以及由数据采集卡和运动控制卡组成的运动控制器都集成于一个双系统的计算机中，使得整套系统装置更加集成化，运行性能更加稳定。

附图说明

图1为本实用新型的实物示意图；

图2为本实用新型的硬件结构原理图；

图3为本实用新型的图像采集单元的硬件结构原理图；

图4-图6分别为本实用新型的瓶口、瓶底及瓶壁图像采集的示意图；

图7为本实用新型中由入口瓶壁检测单元到出口瓶壁检测单元的速差传送装置的硬件结构原理图；

图8为本实用新型的软件处理单元各模块的软件结构图；

图9为本实用新型的软件处理单元中各线程模块的工作流程图；

图中：1.瓶型检测单元，2.入口瓶壁检测单元，3.瓶口图像采集单元，4.瓶底图像采集单元，5.出口瓶壁检测单元，6.剔除器，7.剔除确认光电开关，8.速差传送机构，9.上位机显示器，10.下位机显示器，11.计算机，12.瓶色识别单元，13.空瓶，14.皮带速度V₁，15.皮带速度V₂ (V₁< V₂)，16.空瓶传送方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1-9中，本实用新型是一种机器视觉与传感器相结合、集中管理与控制、分散执行的快速、高精度的空瓶检测系统。通过双系统计算机的核心控制，对现场各处的包括空瓶图像等的一些信息进行采集处理，并控制现场的设备执行相应的动作。

图1为本实用新型的整个系统实物示意图，其包括传送链道，传送链道上依次设有瓶型检测单元1、瓶色识别单元12、图像采集单元和剔除控制单元，前述各单元分别与计算机11连接。

图像采集单元包括瓶口图像采集单元3、瓶底图像采集单元4和瓶壁图像采集单元，其中瓶壁图像采集单元设置于瓶口图像采集单元3和瓶底图像采集单元4两侧。

如图3、4所示，瓶口图像采集单元3由一个数字相机、与相机配套的镜头、一个LED环形红色光源及光源控制器、一个瓶口定位光电传感器组成。数字相机通过1394口与下位机系统的图像采集卡连接，该数字相机具有I/O口，其I/O口的输入口与瓶口定位光电传感器连接，两路输出口分别与光源控制器的输入以及上位机系统的运动控制卡I/O口连接。

如图3、5所示，瓶底图像采集部分由一个数字相机、与相机配套的镜头、一个LED平板白色光源、一个瓶底定位光电传感器组成。数字相机通过1394口与下位机系统的图像采集卡连接，其I/O口的输入口与瓶底定位光电传感器连接，两路输出口分别与光源控制器的输入以及上位机系统的运动控制卡I/O口连接。

如图3、6、7所示，瓶壁图像采集单元包括入口瓶壁检测单元2、出口瓶壁检测单元5和速差传送机构8，所述入口瓶壁检测单元2和出口瓶壁检测单元5分别位于速差传送机构8的两端，所述入口瓶壁检测单元2和出口瓶壁检测单元5分别包括光电传感器、数字相机、背光源和三级反射镜，光电传感器与计算机11相连，计算机11与出口检测单元后的剔除控制单元连接，背光源设置于被检测瓶壁一侧，三级反射镜和相机设置于被检测瓶壁的另一侧，三级反射镜分别与被检测瓶壁和相机相对应，相机和图像处理系统电连接，图像处理系统与计算机连接。

三级反射镜包括一级反射镜、二级反射镜、三级反射镜，一级反射镜的入射方向正对着空瓶，一级反射镜位于二级反射镜的入射方向上，二级反射镜位于三级反射镜的入射方向上，相机位于三级反射镜的反射方向上；所述一级反射镜包含两组，每组各有两个平行交错的反射镜，两组分别位于二级反射镜的两侧，与空瓶传送方向成

的角度，其中，

；二级反射镜包含两个反射镜，两个反射镜之间成

的角度，其中，

；所述两个二级反射镜各与本侧的一级反射镜成

的角度，其中，

；三级反射镜平面与空瓶传送方向平行，与地面成

的角度，其中，

；相机位于三级反射镜的上方，与三级反射镜成

的角度，其中，

。

       速差传送机构8包括上下两个平行的传送带，两传送带之间的距离与被检测瓶的直径相等，两传送带分别设置于不同带轮上，带轮通过传动轴与电机连接。

当到达速差传送部分时，空瓶13被传送带夹住，悬空传输。由于两条传送带有一定的速度差，空瓶13在该部分传输过程中会发生旋转，设置的传送带速度差刚好使空瓶13在通过该部分后旋转90度，将入口瓶壁检测部分的检测盲区完全呈现到出口瓶壁的检测区域内。

空瓶在速差传送装置中实现90度旋转的原理如图7所示，图中，沿空瓶传送方向16输送皮带的速度关系为皮带速度V₁14<皮带速度V₂15，且成固定比例。从而实现了将空瓶13准确旋转90度。

为了实现对瓶壁全身图像进行采集，将瓶壁图像采集部分分为入口瓶壁检测单元2和出口瓶壁检测单元5两部分，各由一个数字相机、与相机配套的镜头、一个LED平板绿色光源、一个瓶壁定位光电传感器以及三级反射镜组成。数字相机通过1394口与下位机系统的图像采集卡连接，其I/O口的输入口与瓶壁定位光电传感器连接，两路输出口分别与光源控制器的输入以及上位机系统的运动控制卡I/O口连接。从入口瓶壁检测单元2要经过一个速差传送装置，如图5所示，使得空瓶可以旋转90°角后到达出口瓶壁检测单元5部分，这样可以保证整个瓶身图像都可以被采集到。另外在入口瓶壁检测单元2的入口处还有一个光电传感器用于检测是否有倒瓶。

该单元整体工作流程如下：空瓶13由传送机构传送先进入入口瓶壁检测单元2部分，经过入口处的光电传感器时，光电传感器产生信号送入上位机系统中的运动控制卡中处理，检测是否有倒瓶，如有倒瓶则使整个系统停机并产生报警由工作人员进行检查处理，其中报警灯与运动控制卡的I/O口相连接。空瓶进入入口瓶壁检测单元2时触发定位光电产生触发信号，入口瓶壁检测单元2的数字相机接收到这一触发信号后触发光源点亮的同时并开始拍照，采集到的前壁图像通过相机的1394接口传送到下位机系统中的图像采集卡并送到CPU中进行处理。空瓶经过入口瓶壁检测单元2后进入速差传送装置。当到达瓶口定位光电传感器后，光电触发瓶口数字相机控制点亮LED光源并开始拍照，采集到的瓶口图像通过相机的1394接口传送到下位机系统的图像采集卡中并传输给CPU进行处理。空瓶继续往下传送，当到达瓶底定位光电传感器后，光电触发瓶底数字相机控制点亮LED光源并开始拍照，采集到的瓶底图像通过相机的1394接口传送到下位机系统的图像采集卡中并传输给CPU进行处理。空瓶继续往下传送，当到达后壁定位光电传感器后，此时空瓶经过速差传送装置已经旋转了90度，光电触发后壁数字相机控制点亮LED光源并开始拍照，采集到的瓶底图像通过相机的1394接口传送到下位机系统的图像采集卡中并传输给CPU进行处理。经过前壁、瓶口、瓶底、后壁这四部分的图像采集，整个空瓶13的图像就可以完全被采集到并传输给图像处理系统进行处理。

瓶型检测单元1包括三个光电传感器、一个接近开关和一个与剔除控制单元公用的旋转编码器，第一个光电传感器位于传送链道处，第二个光电传感器位于第一个光电传感器正上方

厘米的高处，

为25到30之间的实数，第三个光电传感器位于第二个光电传感器的沿链道传送方向水平

厘米的距离处，

为8到15之间的实数，第三个光电传感器垂直高度比第二个光电传感器高

厘米，

为2到4之间的实数，接近开关位于传送中的空瓶的正上方，接近开关与第一个第二个光电传感器所在的平面与链道传送方向垂直，旋转编码器安装在带动链道运动的电机轴上，所述光电传感器、接近开关均与计算机上的运动控制卡的I/O口相连接，旋转编码器与计算机上的数据采集卡相连接。接近开关用来检测空瓶是否盖有金属瓶盖，第一第二个光电传感器结合公用的旋转编码器的计数值判断当前空瓶是否是倒瓶、粗瓶或细瓶，第三个光电传感器用于检测当前瓶是否为高瓶。

该单元的整体工作流程如下：当空瓶进入瓶型检测单元时，上位机系统CPU通过运动控制卡检测接近开关和三个光电传感器的信号，通过数据采集卡获得旋转编码器的脉冲数，判断瓶型属于高瓶或低瓶、粗瓶或细瓶，是否带有瓶盖，将这些信息存储起来以配合剔除单元进行剔除。

瓶色识别单元12包括一个颜色传感器、一个照明光源、一个到瓶光电传感器、一个控制器以及一个MAX232电平转换电路，颜色传感器与控制器的I/O口相连接，控制器的通讯口通过MAX232电平转换电路与上位机系统的RS-232串口相连接进行通讯。到瓶光电传感器与运动控制卡的I/O口相连接向上位机系统传送到瓶触发信号。该单元的控制器为单片机控制。

该单元的工作流程如下：当空瓶到达该单元的到瓶光电传感器时光电产生到瓶触发信号并通过运动控制卡将信号传送给上位机系统CPU进行处理，上位机通过RS-232串口与瓶色识别单元的单片机控制器通讯并控制其启动颜色传感器工作，颜色传感器将采集到的颜色信号传输到单片机中进行处理，处理后的结果单片机通过MAX232电平转换电路传输给上位机系统中，上位机系统在其人机界面程序中进行相应显示并进行相应的控制。

剔除控制单元包括数据采集卡、运动控制卡、旋转编码器、电磁阀、执行剔除动作的剔除器6和一个剔除确认光电开关7，数据采集卡的一个I/O口与旋转编码器连接采集旋转编码器的脉冲数用于对检测空瓶的定位，运动控制卡的I/O口分别与电磁阀、剔除确认光电开关、图像采集单元中的数字相机的I/O输出口、瓶型检测单元的光电传感器以及接近开关相连，数据采集卡和运动控制卡均与计算机相连。运动控制卡控制电磁阀的动作，电磁阀与剔除器6相连接，带动剔除器6执行剔除动作。

该部分的整体工作流程如下：当空瓶触发瓶型检测的光电传感器时，上位机系统CPU在程序内部开始记录旋转编码器的脉冲数用以记录空瓶的位置。当下位机系统图像处理软件检测出不合格空瓶的瓶口、瓶壁或瓶壁图像时，其与相应的瓶口、瓶底或瓶壁相机通讯，由相机的与运动控制卡相连接的I/O口产生不合格信号传送给上位机系统CPU，上位机系统CPU处理这一信号并根据旋转编码器的脉冲数判断出不合格空瓶的位置，控制运动控制卡与电磁阀相连的I/O输出口产生剔除信号，电磁阀带动剔除器6动作，剔除不合格的空瓶，完成剔除过程。当不合格瓶触发剔除确认光电开关7时，剔除确认光电开关7产生触发信号通过运动控制卡传送给上位机系统CPU进行处理，并控制报警灯产生报警。报警灯与运动控制卡相连接。

计算机为集成两个双核CPU主机系统，分别为上位机系统和下位机系统，其中下位机系统为服务器系统，上位机系统为客户机系统，双核CPU卡之间以网卡对接的方式互连。 

本实用新型采用自上而下集中控制的理念，如图2所示，包含以下几个部分：双系统计算机作为整套实用新型装置的核心分为上位机系统和下位机系统，下位机系统作为服务器系统负责图像处理的任务，将处理的结果传送给上位机系统，并控制数字相机通过相机的I/O口产生不合格空瓶的触发信号传送给运动控制卡；上位机系统作为客户机系统负责人机界面操作以及剔除控制，数据库的操作如报表、打印、坏瓶图像的存储等也在上位机系统中完成；图像采集单元负责采集瓶口、瓶底、瓶壁图像并传送到图像采集卡中交由下位机系统CPU进行处理分析；剔除控制单元执行不合格瓶的剔除动作；瓶型检测单元用于检测空瓶为高瓶或低瓶、粗瓶或细瓶；瓶色识别单元可以识别不同颜色的空瓶。

双系统计算机实质上是将两个主机系统集成在一个工控机中。两个主机系统的核心均为一个主频为2.0GHz的双核CPU卡，各自与上位机显示器9和下位机显示器10和两个鼠标及键盘相连。下位机系统作为服务器系统通过主板的PCI插槽与图像采集卡相连，图像采集卡带有1394接口，可以通过此接口与数字相机通讯接收相机获取的图像。下位机系统中运行着图像处理程序可以对采集到的瓶口、瓶底以及瓶壁图像进行处理，检测出不合格的空瓶。上位机系统作为客户机系统通过主板的PCI插槽与数据采集卡和运动控制卡相连，数据采集卡与旋转编码器相连获取检测的空瓶的位置信息，运动控制卡与数字相机的I/O输出口以及电磁阀和瓶型检测单元的光电传感器、接近开关相连接。

该部分工作流程如下：当数字相机采集到的瓶口、瓶底或瓶壁图像通过1394口传输到图像采集卡中之后，图像采集卡将获取到的图像传送到下位机系统CPU中交由下位机软件即图像处理软件进行处理，检测出不合格图像后，控制相应的相机通过其I/O输出口向运动控制卡发出不合格信号，由上位机系统CPU采集到这一信号并进行剔除处理。上位机系统主板上的数据采集卡采集到旋转编码器的脉冲信号传送给CPU进行处理用于指示检测瓶的位置信息，运动控制卡采集现场的各种开关信号，如瓶型检测、数字相机I/O输出口发送的不合格空瓶信号并送给上位机系统CPU进行处理，而且运动控制卡还与现场剔除器的电磁阀相连，输出信号控制电磁阀的动作。

整个系统的处理单元分为上位机和下位机两大部分，分别运行于作为客户机的上位机CPU和作为服务器的下位机CPU。上位机软件部分主要由人机界面模块、数据库模块、剔除控制软件模块和通讯模块组成；下位机软件由瓶口图像采集模块、瓶口图像处理模块、瓶底图像采集模块、瓶底图像处理模块、瓶壁图像采集模块、瓶壁图像处理模块和通讯模块组成。如图8所示。

具体各个模块的功能如下：

① 人机界面模块：是上位机系统的主线程，主要完成系统的初始化工作、实现参数设置、接受用户的操作和显示各种数据等。

② 数据库模块：存储和管理系统的各种检测参数、检测结果数据、报警信息、用户登录和操作记录以及系统运行状态信息等。

③ 剔除控制模块：负责系统执行部分的控制和管理，保证不倒瓶的情况下准确剔除掉不合格瓶子。

④ 瓶口采集模块：运行控制数字相机程序，在相应光电开关触发时采集瓶口图像并发送给瓶口图像处理模块。

⑤ 瓶底采集模块：运行控制瓶底数字相机程序，在相应光电开关触发时采集瓶底图像并发送给瓶底图像处理模块。

⑥ 瓶壁采集模块：运行控制瓶壁数字相机程序，在相应光电开关触发时采集瓶壁图像并发送给瓶壁图像处理模块。

⑦ 瓶口检测模块：运行瓶口图像处理程序，与瓶口图像采集模块协同工作，共同实现瓶口检测功能，并把瓶口检测结果及处理图像传送给通讯模块。

⑧ 瓶底检测模块：运行瓶底图像处理程序，与瓶底图像采集模块协同工作，共同实现瓶底检测功能，并把瓶底检测结果及处理图像传送给通讯模块。

⑨ 瓶壁检测模块；运行瓶壁图像处理程序，与瓶壁图像采集模块协同工作，共同实现瓶壁检测功能，并把瓶壁检测结果及处理图像传送给通讯模块。

⑩ 通讯模块：在数据到来时触发运行，根据检测功能模块要求把需要的数据及时的传送给人机界面模块进行存储或显示，同时把从人机界面模块接受到的用户命令操作或设置参数传送给相应的模块。

各模块的实现和工作流程如下：

为了保证各个模块能够相对独立工作，并且互相配合、共同完成系统的检测任务，本系统软件中的各个功能模块都设计为一个独立的线程，分别运行于下位机软件和上位机软件中。下位机软件共有九个线程，分别为：软件主线程、瓶口图像采集线程、瓶底图像采集线程和两瓶壁的图像采集线程、瓶口图像处理线程、瓶底图像处理线程、两瓶壁图像处理线程，其中数据通讯功能模块运行于主线程。上位机共有三个线程，分别是：人机界面线程、通讯线程、剔除控制线程，数据库模块运行于人机界面线程中。

各线程工作情况如图9 所示，系统处于运行状态时，当图像采集系统相应的检测传感器检测到瓶子到来时开始拍照采集图像，采集完图像，数字相机利用其DMA 功能直接把图像数据送往图像处理模块的内存中，然后利用回调函数启动相应的图像处理线程，进行图像处理。图像处理模块处理完图像后把好坏信息通过数字相机的I/O 口输出并把瓶子图像数据传给通讯模块，通讯模块再根据系统检测要求向上位机软件发送数据。上位机软件中的剔除控制模块根据接收到的瓶子好坏信息决定是否剔除瓶子。

在在线空瓶检测系统中，上位机和下位机各是一个进程，分别运行于检测系统的系统二和系统一中。两进程模块各有不同的处理任务，且需要互相传送数据，协同完成系统的总任务，因此必须有合理、可靠的通讯。本系统设计了上位机软件和下位机软件两个运行于不同系统中的进程模块间的关系模式为客户机/服务器模式，即上位软件客户机向下位机软件服务器提出请求，下位机软件接收到请求后，提供相应的服务。同时，本系统选择了上位机软件进程和下位机软件进程之间的通讯为基于TCP/IP的网络架构。在线空瓶检测系统中，图像处理下位机软件需向人机界面传输图像数据，要求稳定传输大量的数据，故选用TCP协议，在传输过程中把图像信息组织成一个数据包发送。人机界面对图形处理软件的控制需要具备一定的实时性，并且传送的数据量很少，故选用了UDP协议，传送时把所有控制命令组织成包发送。

对于数据库，本系统采用Microsoft Office中的Access创建数据库，并使用ADO作为数据访问接口。

Claims (8)

1.一种基于客户机-服务器的智能空瓶检测机，包括传送链道，其特征在于：传送链道上依次设有瓶型检测单元、瓶色识别单元、图像采集单元和剔除控制单元，前述各单元分别与计算机连接。

2.根据权利要求1所述的基于客户机-服务器的智能空瓶检测机，其特征在于：所述图像采集单元包括瓶口图像采集单元、瓶底图像采集单元和瓶壁图像采集单元，其中瓶壁图像采集单元设置于瓶口图像采集单元和瓶底图像采集单元两侧。

3.根据权利要求2所述的基于客户机-服务器的智能空瓶检测机，其特征在于：所述瓶壁图像采集单元包括入口瓶壁检测单元、出口瓶壁检测单元和速差传送机构，所述入口瓶壁检测单元和出口瓶壁检测单元分别位于速差传送机构的两端，所述入口瓶壁检测单元和出口瓶壁检测单元分别包括光电传感器、相机、背光源和三级反射镜，光电传感器与计算机上的运动控制卡的I/O口相连，计算机与出口检测单元后的剔除控制单元连接，背光源设置于被检测瓶壁一侧，三级反射镜和相机设置于被检测瓶壁的另一侧，三级反射镜分别与被检测瓶壁和相机相对应，相机和图像处理系统电连接，图像处理系统与计算机连接。

4.根据权利要求3所述的基于客户机-服务器的智能空瓶检测机，其特征在于：所述速差传送机构包括上下两个平行的传送带，两传送带之间的距离与被检测瓶的直径相等，两传送带分别设置于不同带轮上，带轮通过传动轴与电机连接。

5.根据权利要求1所述的基于客户机-服务器的智能空瓶检测机，其特征在于：所述瓶型检测单元包括三个光电传感器、一个接近开关和一个与剔除控制单元公用的旋转编码器，第一个光电传感器位于传送链道处，第二个光电传感器位于第一个光电传感器正上方                                                

厘米的高处，

为25到30之间的实数，第三个光电传感器位于第二个光电传感器的沿链道传送方向水平厘米的距离处，

为8到15之间的实数，第三个光电传感器垂直高度比第二个光电传感器高厘米，

为2到4之间的实数，接近开关位于传送中的空瓶的正上方，接近开关与第一个第二个光电传感器所在的平面与链道传送方向垂直，旋转编码器安装在带动链道运动的电机轴上，所述光电传感器、接近开关均与计算机上的运动控制卡的I/O口相连接，旋转编码器与计算机上的数据采集卡相连接。

6.根据权利要求1所述的基于客户机-服务器的智能空瓶检测机，其特征在于：所述瓶色识别单元包括一个颜色传感器、一个照明光源、一个到瓶光电传感器、一个控制器以及一个MAX232电平转换电路，所述颜色传感器与控制器的I/O口相连接，控制器的通讯口通过MAX232电平转换电路与计算机系统的RS-232串口相连接，到瓶光电传感器与运动控制卡的I/O口相连接。

7.根据权利要求1所述的基于客户机-服务器的智能空瓶检测机，其特征在于：所述剔除控制单元包括数据采集卡、运动控制卡、旋转编码器、电磁阀、执行剔除动作的剔除器和一个剔除确认光电开关，数据采集卡的I/O口与旋转编码器相连接，运动控制卡的I/O口分别与电磁阀、剔除确认光电开关、图像采集单元中的数字相机的I/O输出口、瓶型检测单元的光电传感器以及接近开关相连，数据采集卡和运动控制卡均与计算机相连，电磁阀与剔除器相连接。

8.根据权利要求1所述的基于客户机-服务器的智能空瓶检测机，其特征在于：所述计算机为集成两个双核CPU主机系统，分别为上位机系统和下位机系统，其中下位机系统为服务器系统，上位机系统为客户机系统，双核CPU卡之间以网卡对接的方式互连。

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