CN114431015B - 一种苗木机械嫁接参数自动测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种苗木机械嫁接参数自动测量装置，包括工作台、支架组件、切削组件、测量组件、气控组件和控制组件；支架组件是切削组件、测量组件的安装基础；切削组件安装在所述支架组件上，用于实现苗木的切削；测量组件用于测量苗木苗径以及切削过程中嫁接刀的位移、速度及切削阻力参数，包括压力传感器、位移传感器、测量显微镜和苗径测量模块；气控组件用于为切削气缸提供多种速度，包括气泵、气源三联件、电磁阀、节流阀、气阀和多通接头；控制组件包括控制箱和PC机。本发明可方便测量苗木嫁接过程中的切削速度、切削阻力以及苗木苗径、切面质量等参数，并辅助分析切削阻力、切面质量随切削参数的变化规律，为嫁接机的设计提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及嫁接技术领域，确切地说是一种苗木机械嫁接参数自动测量装置。
背景技术
嫁接栽培有助于提高植株环境适应力、促进优良植株繁育，是目前苗木育苗的主要方法。机械嫁接采用自动嫁接机完成苗木嫁接过程，相比于传统的手工嫁接，具有嫁接效率高、工人劳动强度小、嫁接质量易保证、易满足育苗的工厂化生产需要等优势，是未来我国苗木种植产业快速、健康发展的必然选择。
嫁接苗切削是苗木嫁接作业的关键环节，切削装置是自动嫁接机的重要部件，其采用的嫁接参数（切削速度、切削力等）合理与否对嫁接成功率、嫁接苗成活率具有重要影响。研究嫁接苗切削过程中切削阻力、切面质量等随嫁接参数的变化规律，为嫁接机的合理设计提供依据。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种苗木机械嫁接参数自动测量装置，该装置可实时测量、记录切削过程中嫁接刀的位移、速度及切削阻力，可实时观测、记录苗木的切削变形及切后苗木的切面质量，研究确定切削阻力、切面质量随切削参数的变化规律。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术手段：
一种苗木机械嫁接参数自动测量装置，包括支架组件，连接设置在支架组件上的切削组件、测量组件及控制组件，所述的切削组件设有安装座、导向光轴、光轴连接板、移动座、嫁接刀模块、切砧、浮动接头和切削气缸；安装座安装在支架上端中部，其中部两侧设有光轴支撑孔；导向光轴设有根，导向光轴下侧分别安装在安装座的两个光轴支撑孔内；光轴连接板安装在导向光轴顶端，光轴连接板设有与导向光轴配合的光轴孔；移动座左侧设有光轴孔，通过组直线轴承套装在导向光轴上，与其构成移动副；嫁接刀模块安装在移动座右端；切砧通过砧座安装在安装座右端、嫁接刀模块下侧；浮动接头安装在移动座下侧、两光轴孔之间；切削气缸通过气缸连接板安装在支架中部，切削气缸活塞杆上端通过压力传感器、传动轴与浮动接头相连；浮动接头为一球副，其可降低对切削气缸相对移动座的位置精度要求。切削时，先将苗木置于切砧上，后控制切削气缸动作，依次通过压力传感器、传动轴、浮动接头和移动座，带动嫁接刀模块沿导向光轴下行，完成对砧木的切削；所述的测量组件包括压力传感器、位移传感器、测量显微镜和苗径测量模块；压力传感器为S型拉压力传感器，安装在切削气缸和浮动接头之间，用于实时测量苗木切削过程中的切削阻力；位移传感器为直线式位移传感器，位移传感器通过传感器支座安装在支架中部、切削气缸左侧，位移传感器伸出端通过连杆与切削气缸的活塞杆下端相连，用于实时测量嫁接刀片的位移与速度；测量显微镜通过显微镜支架安装在支架上部右端、嫁接刀模块后侧，用于观测、记录苗木在切削过程的变形以及切削后苗木的切面质量；所述的控制组件连接控制切削组件、测量组件。
位移传感器仅可直接测量切削气缸活塞杆的实时位移（即嫁接刀片的实时位移）；即两次相邻采样时刻的位移差除以时间间隔，即为速度；速度由控制系统根据测量的数据进行计算。
本发明的有益效果是：
可实时测量、记录切削过程中嫁接刀的位移、速度及切削阻力，可实时观测、记录苗木的切削变形及切后苗木的切面质量，并辅助分析切削阻力、切面质量随切削参数的变化规律。
进一步的优选技术方案如下：
所述的测量组件设有苗径测量模块，苗径测量模块安装在支架上部右端、嫁接刀模块前侧，用于苗木的夹持及苗径的测量。
通过设置苗径测量组件可自动测量苗木的直径。
所述的苗径测量模块包括测量支座、手指气缸、指套、角度传感器和齿轮齿条副；测量支座套装在支架上端右侧；手指气缸安装在测量支座右侧，且相对于切砧上弧形通槽的中轴线对称布置；指套设有个，分别套装在手指气缸的根手指上，手指气缸开的状态下，两指套内侧距离大于嫁接苗木的最大直径；手指气缸合状态下两指套内侧距离小于嫁接苗木最小直径；角度传感器安装在测量支座左侧；齿轮齿条副的齿轮与角度传感器的伸出端固连，齿条通过齿条座安装在左侧的指套上；手指气缸闭合夹紧苗木的过程中，其手指的移动可通过齿轮齿条副转换为角度传感器伸出轴的转动。通过角度传感器示值的变化计算苗径。
一些苗木，如葡萄的截面近似于椭圆，本申请中的长径和短径即是指椭圆截面的长径与短径。苗木放置于切砧时，通常使长径处于水平状态，这样放置苗木更稳定，易于完成切削。
长径的测量由手指气缸、齿轮齿条副和角度传感器的配合来实现。长径的变化首先反映为手指的移动，手指的移动通过齿轮齿条副转换为齿轮的转动，齿轮的转动角度可通过角度传感器测量得到；即角度传感器测得的角度数值和长径有对应关系。短径的测量由所述压力传感器与所述位移传感器的配合来实现。根据所述压力传感器的检测数据判断切削的始、终时刻，两时刻间所述位移传感器检测的位移量即为短径。
所述的控制组件设有控制箱和PC机；控制箱内设有stm单片机；stm单片机连接控制切削气缸、手指气缸，stm单片机接收压力传感器、位移传感器、角度传感器数据，stm单片机与PC机进行串口通信。
PC机上的主控程序可发送所述切削气缸、手指气缸的运动控制指令，可测算嫁接苗直径，可实时测试、记录嫁接刀片的切削阻力、位移及速度，并可实时显示、记录所述测量显微镜采集的图像。
所述的切削气缸由气控组件调节运动速度；气控组件中的电磁阀与控制组件连接；控制组件通过控制电磁阀，控制切削气缸的伸出与缩回；气控组件设有气泵、气源三联件、电磁阀、节流阀、气阀和多通接头；气泵、气源三联件、电磁阀通过气管依次连接；气源三联件设有分水滤气器、减压阀、油雾器三部分，分水滤气器用于滤除空气中水分，减压阀用于调整出口压力，油雾器将雾化的油加入压缩空气用于气动元件的润滑；多通接头设有个，多通接头前端接头采用一进多出形式，多通接头进气孔与电磁阀常闭出气孔相连，多通接头后端接头采用多进一出形式，其出气孔与切削气缸进气口相连，前端、后端接头的出、进气口一一对应形成多条支路，各支路均由串接的节流阀和气阀组成，开关气阀控制所属支路的通断，调节节流阀可控制所属支路对应的切削气缸的速度。
所述的支架组件设置在工作台上；支架组件安装在工作台上方右侧作为切削组件和测量组件的安装基础，支架组件设有底板、支架和连接角钢；底板为一矩形钢板，置于工作台台面上；支架安装在底板上，为由铝型材和角件拼装而成的框架结构；连接角钢呈L型，设有个，分别安装在底板上、支架两侧，用于将支架固定在底板上。
所述的嫁接刀模块包括可换刀座、嫁接刀片和压刀块；可换刀座安装在移动座右端，其上设有与嫁接刀片配套的安装孔；嫁接刀片为市售各类苗木嫁接刀片，其通过个压刀块安装在可换刀座下侧。可通过更换嫁接刀模块使本装置满足各种苗木对不同嫁接刀片的要求；方便地更换多种嫁接刀片，使装置可适应多种常见苗木嫁接参数测量的需要。
附图说明
图1为本发明实施例的总体结构示意图。
图2为本发明实施例的支架组件结构示意图。
图3为本发明实施例的切削组件结构示意图。
图4为本发明实施例的支架、切削、测量组件结构示意图。
图5为本发明实施例的气控组件结构示意图。
图6为本发明实施例的苗径测量模块结构示意图。
图7为本发明实施例的嫁接刀模块结构示意图。
图8为本发明实施例的切砧结构示意图。
图9是位移传感器与切割气缸连接关系的立体图。
附图标记说明：1-工作台，2-支架组件，3-切削组件，4-测量组件，5-气控组件，6-控制组件，21-底板，22-支架，23-连接角钢，24-支撑竖梁，25-支撑横梁，31-安装座， 32-导向光轴，33-光轴连接板，34-移动座，35-嫁接刀模块，351-刀座，352-嫁接刀片，353-压刀块，36-切砧，361-砧座，362-弧形通槽，363-容刀槽，37-浮动接头，38-切削气缸，381-气缸连接板，382-传动轴，39-直线轴承，41-压力传感器，42-位移传感器，43-测量显微镜，44-苗径测量模块，45-传感器支座，46-显微镜支架，51-气泵，52-气源三联件，53-电磁阀，54-节流阀，55-气阀，56-多通接头，61-控制箱，62-PC机，71-测量支座，72-手指气缸，73-指套，74-角度传感器，75-齿轮齿条副，751-齿轮，752-齿条，753-齿条座。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
参见图1-图9可知，本发明的一种苗木机械嫁接参数自动测量装置，由工作台1、支架组件2、切削组件3、测量组件4、气控组件5和控制组件6组成。
工作台1为其余各组件的安装基础。
结合图1、图2可知，支架组件2安装在工作台1上方右侧，是切削组件3和测量组件4的安装基础，支架组件2设有底板21、支架22和连接角钢23。底板21为一矩形钢板，置于工作台1台面上；支架22安装在底板21上，为由铝型材和角件拼装而成的框架结构；连接角钢23呈L型，设有2个，分别安装在底板21上、支架22两侧，用于将支架22固定在底板21上。
结合图1、图3、图9可知，切削组件3安装在支架组件2上，用于实现苗木的切削，其设有安装座31、导向光轴32、光轴连接板33、移动座34、嫁接刀模块35、切砧36、浮动接头37和切削气缸38。安装座31安装在支架22上端中部，其中部两侧设有光轴支撑孔；导向光轴32设有2根，下侧分别安装在安装座31的两个光轴支撑孔内；光轴连接板33安装在导向光轴32顶端，其上设有与导向光轴32配合的光轴孔；移动座34左侧设有光轴孔，通过2组直线轴承39套装在导向光轴32上，与其构成移动副；嫁接刀模块35安装在移动座34右端；切砧36通过砧座361安装在安装座31右端、嫁接刀模块35下侧；浮动接头37安装在移动座34下侧、两光轴孔之间；切削气缸38通过气缸连接板381安装在支架22中部，其活塞杆上端通过压力传感器41、传动轴382与浮动接头37相连；浮动接头37为一球副，其可降低对切削气缸38相对移动座34的位置精度要求。切削时，先将苗木置于切砧36上，后控制切削气缸38动作，依次通过压力传感器41、传动轴382、浮动接头37和移动座34，带动嫁接刀模块35沿导向光轴32下行，完成对砧木的切削。
结合图1、图4可知，测量组件4设有压力传感器41、位移传感器42、测量显微镜43和苗径测量模块44。压力传感器41为S型拉压力传感器，安装在切削气缸38和浮动接头37之间，用于实时测量苗木切削过程中的切削阻力；位移传感器42通过传感器支座45安装在支架22中部、切削气缸38左侧，为直线式位移传感器，其伸出端通过连杆与切削气缸38的活塞杆下端相连，用于实时测量嫁接刀片的位移与速度；测量显微镜43通过显微镜支架46安装在支架22上部右端、嫁接刀模块35后侧，用于观测、记录苗木在切削过程的变形以及切削后苗木的切面质量；苗径测量模块44安装在支架22上部右端、嫁接刀模块35前侧，用于苗木的夹持及苗径的测量。
结合图1、图5可知，气控组件5用于为切削气缸38提供多种速度，其设有气泵51、气源三联件52、电磁阀53、节流阀54、气阀55和多通接头56。气泵51、气源三联件52、电磁阀53通过气管依次连接；气源三联件52由分水滤气器、减压阀、油雾器三部分组成，其分水滤气器用于滤除空气中水分，减压阀用于调整出口压力，油雾器将雾化的油加入压缩空气用于气动元件的润滑；多通接头56设有2个，前端多通接头采用一进多出形式，其进气孔与电磁阀53常闭出气孔相连，后端多通接头采用多进一出形式，其出气孔与切削气缸38进气口相连，前、后端多通接头的出、进气口一一对应，形成多条支路，各支路均由串接的节流阀54和气阀55组成，开关气阀55可控制所属支路的通断，调节节流阀54可控制所属支路对应的切削气缸38的速度。
控制组件6设有控制箱61和PC机62。控制箱61内设有stm32单片机；PC机62安装主控程序；控制系统采用主从式控制模式，上位机为PC机62，下位机为stm32单片机。
支架22为由3030铝型材和30角件拼装而成的长方体型框架结构，其右侧另设有1根支撑竖梁24、中部另设有2根支撑横梁25。支撑竖梁24安装在切砧36下侧，可提升切削时支架22的支撑刚度；支撑横梁25用于提升支架22的横向刚度，亦作为传感器支座45的安装部件。
结合图7可知，嫁接刀模块35包括可换刀座351、嫁接刀片352和压刀块353；可换刀座351安装在移动座34右端，其上设有与嫁接刀片352配套的安装孔；嫁接刀片352为市售各类苗木嫁接刀片，其通过2个压刀块353安装在可换刀座351下侧。可通过更换嫁接刀模块35使本装置满足各种苗木对不同嫁接刀片的要求。
结合图8可知，本实施例中，切砧36在水平方向上设有弧形通槽362，竖直方向上设有与嫁接刀片刃口相吻合的容刀槽363。弧形通槽362可防止切削过程中苗木移动，容刀槽363有助于苗木切断。
结合图1、图6可知，本实施例中，苗径测量模块44包括测量支座71、手指气缸72、指套73、角度传感器74和齿轮齿条副75。测量支座71套装在支架22上端右侧；手指气缸72安装在测量支座71右侧，且相对于切砧36上弧形通槽362的中轴线对称布置；指套73设有2个，分别套装在手指气缸72的2根手指上，手指气缸72开、合状态下两指套73内侧距离分别大于、小于嫁接苗木的最大、最小直径；角度传感器74安装在测量支座71左侧；齿轮齿条副75的齿轮751与角度传感器74的伸出端固连，齿条752通过齿条座753安装在左侧的指套73上。手指气缸72闭合夹紧苗木的过程中，其手指的移动可通过齿轮齿条副75转换为角度传感器74伸出轴的转动，因此，可通过角度传感器74示值的变化计算出苗径。
本实施例中，控制箱61内的stm32单片机可控制切削气缸38、手指气缸72运动，可实时采集压力传感器41、位移传感器42、角度传感器74数据，并可与PC机62进行串口通信；PC机62上的主控程序可发送切削气缸38、手指气缸72的运动控制指令，可测算嫁接苗直径，可实时测试、记录嫁接刀片352的切削阻力、位移及速度，并可实时显示、记录测量显微镜43采集的图像。
本发明的有益效果是：
（1）可实时测量、记录切削过程中嫁接刀352的位移、速度及切削阻力，可实时观测、记录苗木的切削变形及切后苗木的切面质量，并辅助分析切削阻力、切面质量随切削参数的变化规律。
（2）可自动测量苗木在两正交方向上的直径。长径的测量由手指气缸72、齿轮齿条副75和角度传感器74的配合来实现；短径的测量由压力传感器41与位移传感器42的配合来实现，根据压力传感器41的检测数据判断切削的始、终时刻，两时刻间位移传感器42检测的位移量即为短径。
（3）可通过嫁接刀模块35方便地更换多种嫁接刀片352，使装置可适应多种常见苗木嫁接参数测量的需要。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。
Claims (7)
1.一种苗木机械嫁接参数自动测量装置，包括支架组件（2），连接设置在支架组件（2）上的切削组件（3）、测量组件（4）及控制组件（6），其特征在于：
所述的切削组件（3）设有安装座（31）、导向光轴（32）、光轴连接板(33)、移动座(34)、嫁接刀模块（35）、切砧（36)、浮动接头（37)和切削气缸（38）；安装座（31）安装在支架（22）上端中部，其中部两侧设有光轴支撑孔；导向光轴（32）设有2根，导向光轴（32）下侧分别安装在安装座（31）的两个光轴支撑孔内；光轴连接板（33）安装在导向光轴（32）顶端，光轴连接板（33）设有与导向光轴（32）配合的光轴孔；移动座（34）左侧设有光轴孔，通过2组直线轴承（39）套装在导向光轴（32）上，与其构成移动副；嫁接刀模块（35）安装在移动座（34）右端；切砧（36）通过砧座（361）安装在安装座（31）右端、嫁接刀模块（35）下侧；浮动接头（37）安装在移动座（34）下侧、两光轴孔之间；切削气缸（38）通过气缸连接板（381）安装在支架（22）中部，切削气缸（38）活塞杆上端通过压力传感器（41）、传动轴（382）与浮动接头（37）相连；
所述的测量组件（4）包括压力传感器（41）、位移传感器（42）、测量显微镜（43）和苗径测量模块（44）；压力传感器（41）为S型拉压力传感器，安装在切削气缸（38）和浮动接头（37）之间，用于实时测量苗木切削过程中的切削阻力；位移传感器（42）为直线式位移传感器，位移传感器（42）通过传感器支座（45）安装在支架（22）中部、切削气缸（38）左侧，位移传感器（42）伸出端通过连杆与切削气缸（38）的活塞杆下端相连，用于实时测量嫁接刀片的位移与速度；测量显微镜（43）通过显微镜支架（46）安装在支架（22）上部右端、嫁接刀模块（35）后侧，用于观测、记录苗木在切削过程的变形以及切削后苗木的切面质量；
所述的控制组件连接控制切削组件（3）、测量组件（4）。
2.根据权利要求1所述的苗木机械嫁接参数自动测量装置，其特征在于：所述的测量组件（4）设有苗径测量模块（44），苗径测量模块（44）安装在支架（22）上部右端、嫁接刀模块（35）前侧，用于苗木的夹持及苗径的测量。
3.根据权利要求2所述的苗木机械嫁接参数自动测量装置，其特征在于：所述的苗径测量模块（44）包括测量支座（71）、手指气缸（72）、指套（73）、角度传感器（74）和齿轮齿条副（75）；测量支座（71）套装在支架（22）上端右侧；手指气缸（72）安装在测量支座（71）右侧，且相对于切砧（36）上弧形通槽（362）的中轴线对称布置；指套（73）设有2个，分别套装在手指气缸（72）的2根手指上；角度传感器（74）安装在测量支座（71）左侧；齿轮齿条副（75）的齿轮（751）与角度传感器（74）的伸出端固连，齿条（752）通过齿条座（753）安装在左侧的指套（73）上；手指气缸（72）闭合夹紧苗木的过程中，其手指的移动可通过齿轮齿条副（75）转换为角度传感器（74）伸出轴的转动。
4.根据权利要求1所述的苗木机械嫁接参数自动测量装置，其特征在于：所述的控制组件（6）设有控制箱和PC机；控制箱内设有stm32单片机；stm32单片机连接控制切削气缸、手指气缸，stm32单片机接收压力传感器、位移传感器、角度传感器数据，stm32单片机与PC机进行串口通信。
5.根据权利要求1所述的苗木机械嫁接参数自动测量装置，其特征在于：所述的切削气缸（38）由气控组件（5）调节运动速度；气控组件（5）设有气泵（51）、气源三联件（52）、电磁阀（53）、节流阀（54）、气阀（55）和多通接头（56）；气泵（51）、气源三联件（52）、电磁阀（53）通过气管依次连接；气源三联件（52）设有分水滤气器、减压阀、油雾器三部分，分水滤气器用于滤除空气中水分，减压阀用于调整出口压力，油雾器将雾化的油加入压缩空气用于气动元件的润滑；多通接头（56）设有2个，多通接头（56）前端接头采用一进多出形式，多通接头（56）进气孔与电磁阀（53）常闭出气孔相连，多通接头（56）后端接头采用多进一出形式，其出气孔与切削气缸（38）进气口相连，前端、后端接头的出、进气口一一对应形成多条支路，各支路均由串接的节流阀（54）和气阀（55）组成，开关气阀（55）控制所属支路的通断，调节节流阀（54）可控制所属支路对应的切削气缸（38）的速度。
6.根据权利要求1所述的苗木机械嫁接参数自动测量装置，其特征在于：所述的支架组件（2）设置在工作台（1）上；支架组件（2）安装在工作台（1）上方右侧作为切削组件（3）和测量组件（4）的安装基础，支架组件（2）设有底板（21）、支架（22）和连接角钢（23）；底板（21）为一矩形钢板，置于工作台（1）台面上；支架（22）安装在底板（21）上，为由铝型材和角件拼装而成的框架结构；连接角钢（23）呈L型，设有2个，分别安装在底板（21）上、支架（22）两侧，用于将支架（22）固定在底板（21）上。
7.根据权利要求1所述的苗木机械嫁接参数自动测量装置，其特征在于：所述的嫁接刀模块（35）包括可换刀座（351）、嫁接刀片（352）和压刀块（353）；可换刀座（351）安装在移动座（34）右端，其上设有与嫁接刀片（352）配套的安装孔；嫁接刀片（352）为市售各类苗木嫁接刀片，其通过2个压刀块（353）安装在可换刀座（351）下侧。
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