一种激光切割甘蔗的装置及方法

本发明涉及甘蔗采集，更具体地，涉及一种激光切割甘蔗的装置及方法。

背景技术：

1、甘蔗采集是甘蔗产业链的核心环节，受作物特性、种植模式、作业环境、技术装备及产业配套等多重因素制约，目前国内仍以人工采集为主、机械采集为辅，整体存在效率低、成本高、损耗大、作业受限等问题，传统机械采集通常采用高速旋转的刀盘直接切割甘蔗的根部位置，切割深度及切割位置不固定，刀具的冲击也会造成甘蔗的损耗。

2、专利cn103583152a公开了一种甘蔗收割机的激光砍蔗装置，包括激光发射器、旋转反射体、电机、聚焦透镜和激光束侧挡板，设甘蔗收割机的前进方向为前方，激光发射器、旋转反射体、电机、聚焦透镜和激光束侧挡板均安装于甘蔗收割机的侧边位置，旋转反射体上设有激光反射镜，激光发射器的出光轴与激光发射镜的入光轴为同一光轴，聚焦透镜安装于旋转反射体上并位于激光发射镜的出光位置，激光发射镜的出光方向为射向甘蔗收割机的对面侧边的方向，旋转反射体能围绕其中心的转轴旋转，开启激光发射器，控制旋转反射体旋转，旋转反射体反射的激光束扫过甘蔗，完成切割。但在上述方案中，旋转反射体反射的两道激光先与甘蔗待切割位置的表面的一部分发生接触，甘蔗待切割位置的圆周上先与激光接触的部分温度升高，甘蔗在圆周方向上受热明显不均匀，可能导致甘蔗被切割的位置发生明显变形，影响切割面的平整度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不能同时切割甘蔗待切割位置的整个圆周的不足，提供一种激光切割甘蔗的装置及方法，能够对甘蔗待切割位置的整个圆周进行同步切割，减少甘蔗在圆周方向上的不均匀度，提高切割质量。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、提供一种激光切割甘蔗的装置，包括：

4、机架；

5、激光发生装置，设置在机架上，用于发射线激光；

6、分光镜，设置在所述激光发生装置的光路上，并与所述机架连接；

7、第一反射镜，设有两个，分别与所述机架连接，沿光路镜像对称设置于所述分光镜的两侧，激光可经由分光镜分成两路光束分别投射到所述第一反射镜上；

8、第二反射镜，设有两个，分别与所述机架(1)连接，沿光路镜像对称设置于所述分光镜两侧、且位于所述第一反射镜前方，投射到所述第一反射镜上的激光经反射后可入射至所述第二反射镜，两个所述第二反射镜反射的激光围合形成切割区域；

9、视觉传感器，设置于机架(1)上，其视觉范围至少覆盖分光镜、第二反射镜合围形成的前方区域；

10、控制器，与激光发生装置和视觉传感器电连接。

11、本发明的激光切割甘蔗的装置，以光路投射方向为前方；使用时，视觉传感器采集甘蔗图像，并传输至控制器，控制器根据甘蔗特征，设定激光切割参数；移动机架，使第二反射镜反射激光形成的切割区域能够包围甘蔗，控制器控制激光发生装置发射激光，激光经分光镜、第一反射镜和第二反射镜的反射，同时从甘蔗的两侧照射在甘蔗表面，对甘蔗进行切割，视觉传感器检测到甘蔗被切断时，控制器控制激光发生装置停止工作；两个第二反射镜反射激光形成的切割区域将甘蔗包围，能够对甘蔗待切割位置的整个圆周进行同步切割，提高甘蔗在圆周方向上受热的均匀度，防止甘蔗在圆周方向上局部过热而在切割过程中发生明显变形，从而提高切割面的平整度。

12、进一步地，所述第二反射镜的反射面为曲面。被第二反射镜的曲面反射面反射的激光汇聚形成靠近甘蔗表面的焦点，增强投射在甘蔗表面的激光强度，提高切割效率。

13、进一步地，所述机架上设有旋转装置，所述第二反射镜通过所述旋转装置与所述机架转动连接，所述旋转装置与所述控制器电连接。控制器可以从视觉传感器采集的甘蔗图像中提取直径数据，根据甘蔗待切割位置的直径，控制旋转装置驱动第二反射镜转动，调整切割区域的形状大小，使切割区域的内切圆直径与甘蔗待切割位置的直径相适配，在保证切割区域能够包围甘蔗的基础上，缩短激光焦点与甘蔗表面的距离，提高切割效果。

14、进一步地，还包括温度传感器，所述温度传感器安装在所述机架上，并与所述控制器电连接。激光切割甘蔗的过程中，温度传感器实时检测甘蔗表面的温度，将温度数据传输至控制器，控制器实时调整激光参数，将甘蔗表面的温度控制在预设区间内。

15、提供一种激光切割甘蔗的方法，应用于如前所述的激光切割甘蔗的装置，包括以下步骤：

16、s1：根据甘蔗直径与激光切割参数之间的关系，建立切割工艺参数数据库；

17、s2：所述视觉传感器采集作业视野内的甘蔗图像，并传输至所述控制器；

18、s3：所述控制器从采集的图像中提取甘蔗的位置和直径数据，将直径数据与内置的切割工艺参数数据库匹配，设定激光切割参数；

19、s4：控制器根据甘蔗的位置，规划收割甘蔗的路线，并控制机架向待切割甘蔗移动，使得第二反射镜反射激光时形成的切割区域能够将甘蔗包围；

20、s5：所述控制器控制所述激光发生装置发射线激光，经所述分光镜反射出两道激光，分别射向两个所述第一反射镜，两道激光经所述第一反射镜反射后入射至对应的所述第二反射镜，两个所述第二反射镜反射的激光对甘蔗进行持续切割，当所述视觉传感器检测到甘蔗被切断时，所述控制器控制所述激光发生装置停止工作，重复s2到s5的步骤。

21、本发明的激光切割甘蔗的方法，控制器根据从视觉传感器采集的甘蔗图像中提取的甘蔗种植位置、待切割位置、直径等特征数据，规划收割甘蔗的路线、设定激光功率，自动控制机架的移动和激光发生装置的工作，实现对甘蔗的自动收割，节省人力，提高工作效率；切割区域将甘蔗包围，能够对甘蔗待切割位置的整个圆周进行同步切割，提高甘蔗在圆周方向上受热的均匀度。

22、进一步地，第二反射镜与机架转动连接，第二反射镜的反射面为曲面，步骤s3中，将甘蔗的直径数据与切割工艺参数数据库匹配，控制器控制两个第二反射镜转动，调整切割区域的形状、大小，使切割区域的内切圆直径与待切割甘蔗的直径相适配。控制器根据从视觉传感器采集的甘蔗图像中提取的甘蔗直径数据，自动调整切割区域的形状大小，在保证切割区域能够包围甘蔗的基础上，缩短激光焦点与甘蔗表面的距离，确保对不同直径甘蔗的切割效果。

23、进一步地，步骤s3中，设定激光切割参数时，待切割甘蔗的直径越大，控制器设定的激光功率越大。甘蔗直径越大，切割甘蔗所需消耗的能量越多，因此需要设定更大的激光功率，以实现对甘蔗的快速、彻底切割。

24、进一步地，步骤s3中，控制器还从采集的图像中提取甘蔗表皮颜色特征，设定激光切割参数时，在直径相等的情况下，甘蔗表皮颜色越浅，控制器设定的激光功率越大。甘蔗表皮颜色越深，吸热能力越强，切割甘蔗所需的激光功率越小，需要设定较低的激光功率，以免过度烧蚀；甘蔗表皮颜色越浅，吸热能力越弱，切割甘蔗所需的激光功率越高，需要设定较高的激光功率，以免切割不彻底或切割过慢。

25、进一步地，机架上设有温度传感器，步骤s5中，激光切割甘蔗的过程中，所述温度传感器实时检测甘蔗被切割部位的温度，当温度超出预设的温度区间时，所述控制器降低或升高激光发生装置的输出功率，使甘蔗温度回到预设的温度区间内。通过实时调整激光功率，将甘蔗温度维持在预设的温度区间，防止甘蔗过度烧蚀或者切割不彻底，提高切割作业的稳定性，保证切割质量。

26、进一步地，机架上设有声音传感器，步骤s5中，激光切割甘蔗的过程中，所述声音传感器实时监测切割噪声，当噪声大小超过预设阈值时，所述控制器降低激光发生装置的输出功率，将噪声大小降低至预设阈值以下。通过实时调整激光功率，可以降低切割甘蔗产生的噪声大小，改善使用体验，避免扰民。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、本发明的激光切割甘蔗的装置：1、两个第二反射镜反射激光形成的切割区域将甘蔗包围，能够对甘蔗待切割位置的整个圆周进行同步切割，防止甘蔗在圆周方向上局部过热而在切割过程中发生明显变形，从而提高切割面的平整度；2、控制器控制旋转装置驱动第二反射镜转动，调整切割区域的形状大小，使切割区域的内切圆直径与甘蔗待切割位置的直径相适配，在保证切割区域能够包围甘蔗的基础上，提高切割效果；

29、本发明的激光切割甘蔗的方法：1、自动控制甘蔗收割机的前进、第二反射镜的转动和激光发生装置的工作，实现对甘蔗的自动收割，节省人力，提高工作效率；2、设定激光切割参数时，待切割甘蔗的直径越大，控制器设定的激光功率越大，以实现对甘蔗的快速、彻底切割；3、在直径相等的情况下，甘蔗表皮颜色越浅，吸热能力越弱，控制器设定的激光功率越大，防止甘蔗过度烧蚀或切割不彻底；3、根据实时检测得到的甘蔗被切割位置的温度数据，通过实时调整激光功率，将甘蔗温度维持在预设的温度区间，防止甘蔗过度烧蚀或者切割不彻底，提高切割作业的稳定性。