CN109303620A - 变速激光断喙装置及变速控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种变速激光断喙装置及变速控制方法，它属于红外激光断喙技术，其特征在于它包括一个红外激光发射器、一个联通在所述的红外激光发射器的出光口上的水平旋转轴、一个电动机、一个用于控制电动机转速的可编程逻辑控制器PLC、一个由电动机驱动的可摆动激光光头；在激光光头上固定有垂直的激光通道；水平旋转轴的另一个端口与所述的激光通道的上端口与对接；水平旋转轴为空心轴；在水平旋转轴与激光枪的对接处呈设置有一反光镜，在激光通道的上端口下方还设置有一水平的聚光镜。本发明利用可编程逻辑控制器PLC和链轮机构实现精确速度控制和传递，可以实现应对不同鸡喙形状和厚度，可在最佳的时间内完成切割操作，保证断喙操作的效率和质量。
Description
技术领域：
本发明涉及一种变速激光断喙装置及变速控制方法，它属于活禽断喙技术领域，特别是红外激光断喙装置技术。
背景技术：
雏禽的一日龄集中断喙现在已慢慢成为家禽规模养殖的常规做法。目前已有使用红外激光进行一日龄断喙的设备。使用激光断喙的设备一方面需要实现较高的断喙效率，即要求在尽可能短的时间内完成每次雏鸡的断喙操作；而另一方面，在激光输出功率有限的情况下，过短的切割时间将无法保证能切断禽喙，从而影响断喙的质量和效果。因此需要有一个切割速度控制算法来平衡效率和效果的矛盾。
已有使用红外激光来完成一日龄雏禽的断喙装置，如中国专利CN206499542，其基本原理为使用聚光后的红外激光来切断禽喙，完成即时断喙。但现有的断喙装置还不能完全满足实际生产中对断喙的质量和效果的要求。
与此同时，红外激光做断喙切割时，不能使用固定的速度进行切割。以一日龄雏鸡断喙为例。鸡喙，特别是上喙的厚度沿切割线有明显的变化，其边缘厚度较薄，仅含有水分较少的角质层，因此只需要较少的激光能量就可以切断，即可以使用较快的切割速度；而鸡的上喙中部较厚，且含有较多的软组织和血管，对红外激光的吸收高，因此需要较多的激光能量才能穿透和切断鸡喙，及需要使用较慢的切割速度。而现有技术和上述的在先专利中也没有能够完美地解决根据鸡喙厚度的变化来灵活调节切割速度的问题。
更重要的是，在实际生产中，孵化厂可能需要处理不同种类的鸡。而不同鸡种鸡喙的断喙切割截面形状会有明显的变化，特别是上喙的厚度和形状的变化很大。因此切割速度的控制还需要能够适应不同鸡种的变化，即可以根据不同的鸡喙截面形状控制切割速度的变化，从而达到较高的适用范围。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种能够实现在一定的激光输出功率下，针对不同鸡种以及鸡喙的不同部位来调节切割速度的变速激光断喙装置及变速控制方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种变速激光禽类断喙装置，其特征在于它包括一个红外激光发射器、一个联通在所述的红外激光发射器的出光口上的水平旋转轴、一个电动机、一个用于控制电动机转速的可编程逻辑控制器PLC、一个由电动机驱动的可摆动激光光头；在所述的激光光头上固定有垂直的激光通道；所述的水平旋转轴的另一个端口与所述的激光通道的上端口与对接；所述的水平旋转轴为空心轴；在所述的水平旋转轴与激光枪的对接处呈设置有一反光镜，在所述的激光通道的上端口下方还设置有一水平的聚光镜。
所述的电动机通过一个链轮机构与可摆动激光光头联接。
所述的链轮机构包括一个联接在电动机输出轴上的小转轮和由链条连接的大凸轮，在所述的大凸轮上设置有凸起，所述的可摆动激光光头的摇摆中心与大凸轮均以水平旋转轴为转轴。
所述的可摆动激光光头为一框结构支架。
所述的电动机为步进电机。
所述的反光镜设置在一个反光镜支撑框架上。
一种变速激光禽类断喙装置的变速控制方法，其特征在于它包括如下的步骤：
A：收集不同种类雏鸡鸡喙的外形形状数据，并根据鸡喙在切割面的厚度数据构建拟合函数S(L)＝f(L，L0，D，k，m)；
其中L为在切割面上从鸡喙左往右或在切割面上从鸡喙从右往左的位置；
L0为鸡喙在切割面的总长度；
D为断喙长度；当长度D增加时，切割面等比例放大；
S(L)为鸡喙在L位置的厚度的拟合函数；k和m为拟合函数的参数，根据不同品种的雏鸡设定不同的数值；
B：再根据大量的雏鸡统计数据，计算出特定激光功率下的基础切割速度Vmin(p)，Vmin(p)为保证完成鸡喙最厚部位的最低切割速度；这个参数根据不同品种的雏鸡数值，存储可编程逻辑控制器PLC中；
C：根据步骤A和步骤B的数据，获得最终的切割速度控制算法
V(L)＝Vmin(p)*b/S(L)
b为校准常数，可预先存储在可编程逻辑控制器PLC中；
D：当实际进行断喙操作时，系统会根据断喙的鸡苗品种，激光的输出功率p以及断喙长度D来设定对应的参数，从而根据步骤C中的方法计算出在不同切割位置的切割速度V(L)。
E：可编程逻辑控制器PLC根据计算出来的V(L)以及电动机与激光光头的传动比，计算并输出脉冲数，驱动步进电机实现切割速度的精确控制。
所述的变速激光禽类断喙装置的变速控制方法，其断喙的切割厚度函数有以下的变化规律：
当L≤L0/2，
S(L)＝1/exp(k*Lm)
当：L＞L0/2，
S(L)＝1/(1-exp(k*(L0-L)m))
所述的电动机与可摆动激光光头的传动比控制为：1∶2～2∶5。
本发明利用可编程逻辑控制器PLC和链轮机构实现精确速度控制和传递，可以实现应对不同鸡喙形状和厚度，可在最佳的时间内完成切割操作，保证断喙操作的效率和质量。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明图1的左视图
具体实施方式：
下面以图1和图2为本发明的实施例，对本发明进行进一步的说明：
实施例1：
如图1和图2中所示：
在本实施例中，本发明包括一个红外激光发射器1，提供用于切割的激光束；一个联通在所述的红外激光发射器1上的水平旋转轴6，这个水平旋转轴6是为了传递激光束的，因此所述的水平旋转轴6为空心轴；所述的水平旋转轴6一端口连接在红外激光发射器1的出光口上，另一个端口61与激光枪9的上端口92对接。
本发明的动力来源和控制包括如下机构：一个电动机3、在本实施例中，采用一个步进电机，一个用于控制电动机3转速的可编程逻辑控制器PLC 2和一个由电动机驱动的可摆动激光光头5。在本实施例中，所述的可摆动激光光头5为一框结构支架。
在所述的可摆动激光光头5上固定垂直的激光通道9，因此激光通道9与水平旋转轴6是相互垂直的，为了实现激光束的转折，在所述的水平旋转轴6与激光通道9的对接处呈设置有一反光镜7，在所述的激光通道9的上端口下方还设置有一水平的聚光镜8，这样从红外激光发射器1中发出的激光束就可以从水平旋转轴6通过反光镜7折射到聚光镜8上，再通过激光枪91发射出去从而完成断喙动作。在本实施例中，所述的反光镜7设置在一个反光镜支撑框架71上。
为了实现有效的断喙脉冲动作，有效控制激光脉冲速度，控制动力从电动机传递给可摆动激光光头5，通过可摆动激光光头5的摆动，带动激光点的摆动，实现断喙切割操作。本发明利用一个链轮机构4，链轮机构4包括一个联接在电动机输出轴上的小转轮43和由链条连接的大凸轮41，在所述的大凸轮上设置有凸起42，所述的可摆动激光光头5的摇摆中心与大凸轮41均以水平旋转轴6为转轴。大凸轮41以水平旋转轴6为中心旋转，旋转的角度则受制于链轮中链条和大凸轮上的凸起42。因此，大凸轮实际实现的是一个摆动动作，可摆动激光光头5也随之完成摆动动作，也即脉冲动作。
在本实施例，采用的所述的电动机3与可摆动激光光头5的传动比为1:2。
为了精确实现可摆动激光光头5的摆动速度，本发明利用可编程逻辑控制器PLC 2实现对电动机转速的控制，从而进一步的控制可摆动激光光头5的摆动速度。
本发明包含切割速度控制算法的可编程逻辑控制器PLC，是通过如下的步骤，实现切割速度控制的：
A：收集不同种类雏鸡鸡喙的外形形状数据，并根据鸡喙在切割面的厚度数据构建拟合函数S(L)＝f(L，L0，D，k，m)；
其中L为在切割面上从鸡喙左往右或在切割面上从鸡喙从右往左的位置；
L0为鸡喙在切割面的总长度；
D为断喙长度；即喙尖到切割面的距离。当长度D增加时，切割面等比例放大；
S(L)为鸡喙在L位置的厚度的拟合函数；这个厚度也就是上喙上沿到下喙下沿的距离。
k和m为拟合函数的参数，根据不同品种的雏鸡设定不同的数值；
在本发明中，所述的断喙厚度的函数是变化的，其变化规律如下：
当L≤L0/2，时，
S(L)＝1/exp(k*Lm)；
当L＞L0/2时，
S(L)＝1/(1-exp(k*(L0-L)m))
B：再根据大量的雏鸡统计数据，计算出特定激光功率下的基础切割速度Vmin(p)，Vmin(p)为保证完成鸡喙最厚部位的最低切割速度；这个参数根据不同品种的雏鸡数值，存储可编程逻辑控制器PLC中；
C：根据步骤A和步骤B的数据，获得最终的切割速度控制算法
V(L)＝Vmin(p)*b/S(L)
b为校准常数，可预先存储在可编程逻辑控制器PLC中；
D：当实际进行断喙操作时，系统会根据断喙的鸡苗品种，激光的输出功率p以及断喙长度D来设定对应的参数，从而根据步骤C中的方法计算出在不同切割位置的切割速度V(L)。
E：可编程逻辑控制器PLC根据计算出来的V(L)以及电动机与激光光头的传动比，计算并输出脉冲数，驱动步进电机实现切割速度的精确控制。
Claims (9)
1.一种变速激光禽类断喙装置，其特征在于它包括一个红外激光发射器(1)、一个联通在所述的红外激光发射器(1)的出光口上的水平旋转轴(6)、一个电动机(3)、一个用于控制电动机(3)转速的可编程逻辑控制器PLC(2)、一个由电动机驱动的可摆动激光光头(5)；在所述的激光光头(5)上固定有垂直的激光通道(9)；所述的水平旋转轴(6)的另一个端口(61)与所述的激光通道(9)的上端口(92)与对接；所述的水平旋转轴(6)为空心轴；在所述的水平旋转轴(6)与激光枪(91)的对接处呈设置有一反光镜(7)，在所述的激光通道(9)的上端口下方还设置有一水平的聚光镜(8)。
2.如权利要求1中所述的变速激光禽类断喙装置，其特征在于所述的电动机(3)通过一个链轮机构(4)与可摆动激光光头(5)联接。
3.如权利要求2中所述的变速激光禽类断喙装置，其特征在于所述的链轮机构(4)包括一个联接在电动机输出轴上的小转轮(43)和由链条连接的大凸轮(41)，在所述的大凸轮上设置有凸起(42)，所述的可摆动激光光头(5)的摇摆中心与大凸轮(41)均以水平旋转轴(6)为转轴。
4.如权利要求1或2或3中所述的变速激光禽类断喙装置，其特征在于可摆动激光光头(5)为一框结构支架。
5.如权利要求1或2或3中所述的变速激光禽类断喙装置，其特征在于所述的电动机为步进电机。
6.如权利要求1或2或3中所述的变速激光禽类断喙装置，其特征在于所述的反光镜(7)设置在一个反光镜支撑框架(71)上。
7.一种变速激光禽类断喙装置的变速控制方法，其特征在于它包括如下的步骤：
A：收集不同种类雏鸡鸡喙的外形形状数据，并根据鸡喙在切割面的厚度数据构建拟合函数S(L)＝f(L,L0,D,k,m)；
其中L为在切割面上从鸡喙左往右或在切割面上从鸡喙从右往左的位置；
L0为鸡喙在切割面的总长度(即切割面从左到右的最大长度)；
D为断喙长度；当长度D增加时，切割面等比例放大；
S(L)为鸡喙在L位置的厚度的拟合函数；k和m为拟合函数的参数，根据不同品种的雏鸡设定不同的数值；
B：再根据大量的雏鸡统计数据，计算出特定激光功率下的基础切割速度Vmin(p)，Vmin(p)为保证完成鸡喙最厚部位的最低切割速度；这个参数根据不同品种的雏鸡数值，存储可编程逻辑控制器PLC中；
C：根据步骤A和步骤B的数据，获得最终的切割速度控制算法
V(L)＝Vmin(p)*b/S(L)
b为校准常数，可预先存储在可编程逻辑控制器PLC中；
D：当实际进行断喙操作时，系统会根据断喙的鸡苗品种，激光的输出功率p以及断喙深度D来设定对应的参数，从而根据步骤C中的方法计算出在不同切割位置的切割速度V(L)。
E：可编程逻辑控制器PLC根据计算出来的V(L)以及电动机与激光光头的传动比，计算并输出脉冲数，驱动步进电机实现切割速度的精确控制。
8.如权利要求7中所述的变速激光禽类断喙装置的变速控制方法，其特征在于所述的鸡喙在L位置的厚度的拟合函数是一个变量，且如下的变化规律：
L≤L0/2，
S(L)＝1/exp(k*Lm)
L＞L0/2，
S(L)＝1/(1-exp(k*(L0-L)m)) 。
9.如权利要求7中变速激光禽类断喙装置的变速控制方法，其特征在于所述的电动机(3)与可摆动激光光头(5)的传动比控制为：1∶2～2∶5。
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