CN117283638A - 一种用于中药的切割系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及中药切割技术领域，尤其涉及一种用于中药的切割系统，本发明通过设置切割模块、预检模块、检测模块以及上位机，上位机控制预检模块执行预检动作，根据压力板所受反馈力的变化情况确定特征压力值，以结合药材的属性参数计算脆性表征系数并判定药材的脆性类别，并根据传送带表面图像获取药材的尺寸参数结合脆性表征系数计算应力适应系数，并根据应力适应系数调整切割刀具与传送带的相对角度以及切割刀具的切割速度，通过上述过程考虑现有技术中对脆性程度较高的中药材的切割效果不佳的问题，提高了系统对中药材的切割效果。
Description
技术领域
本发明涉及中药切割技术领域，尤其涉及一种用于中药的切割系统。
背景技术
随着科技的进步和自动化技术的应用，中药切割技术的出现成为了必然，中药切割系统的出现提高了中药加工的效率和质量，并减少人为的误差和损耗，使得中药加工行业能够更好地应对市场需求，提高生产效率和产品质量。
中国专利公开号：CN111015807A，公开了如下内容，该发明涉及一种二维切割式中药切割机，包括进料斗和腔体，隔离板将腔体隔离为切割室和出料室，切割室通过进料通道同进料斗连通，进料通道上设有第一切割机构，切割室内设有第二切割机构，隔离板设有若干连通出料室和切割室的筛孔，出料室设有中药出口，第一切割机构的切割方向同第二切割机构的切割方向交叉。该发明具有在不需要人工转移中药的情况下对中药进行二维切割的优点，解决了现有的中药切割机中能够对中药进行一个方向的气缸所动作的容易产生长度过长的中药的问题。
但是，现有技术中，还存在以下问题：
在现有技术中，在脆性程度较高的中药材进行切割时中药材容易碎裂，并且切割刀具冲带来的冲击容易导致药材在远离切割处断裂，影响切割效果。
发明内容
为此，本发明提供一种用于中药的切割系统，用以克服现有技术中在脆性程度较高的中药材进行切割时中药材容易碎裂，并且切割刀具冲带来的冲击容易导致药材在远离切割处断裂，影响切割效果的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种用于中药的切割系统，其包括：
切割模块，其包括用以传输药材的传送带以及设置在所述传送带上的切割刀具，所述切割刀具设置在可调刀架上以调整切割刀具与传送带的相对切割角度；
预检模块，包括用以放置药材的放置台以及设置在所述放置台上方用以对药材进行压制的压力板；
检测模块，包括设置在所述压力板上用以检测压力板所受反馈力的力检测单元、设置在所述传送带上用以获取传送带表面图像的图像采集单元；
上位机，其分别与所述切割模块、预检模块以及检测模块连接，包括分析单元以及控制单元，
所述分析单元用以控制所述预检模块执行预检动作，根据压力板所受反馈力的变化情况确定特征压力值，以结合药材的属性参数计算脆性表征系数并判定药材的脆性类别，所述属性参数包括药材的密度以及含水率；
所述控制单元用以调整切割模块的运行参数，其中，
所述分析单元根据传送带表面图像获取药材的尺寸参数结合脆性表征系数计算应力适应系数，并根据所述应力适应系数调整所述切割刀具与所述传送带的相对角度以及所述切割刀具的切割速度。
进一步地，所述分析单元控制所述预检模块执行预检动作包括控制所述压力板对放置在所述放置台上的药材进行压制。
进一步地，所述分析单元每隔预定周期获取反馈力在周期内的变化量并与预定的反馈力变化阈值进行对比，以确定特征压力值，
若周期内的变化量大于预定的反馈力变化阈值，则所述分析单元提取所述周期内所述压力板所受的最大反馈力，将所述最大反馈力确定为特征压力值。
进一步地，所述分析单元按照公式（1）计算脆性表征系数K，
（1）
公式（1）中，F表示所述特征压力值，F0表示预设的压力参数，D表示所述药材的密度，D0表示预设的密度参数，H表示所述药材的含水率，H0表示预设的含水率参数。
进一步地，所述分析单元将所述脆性表征系数与预设的脆性阈值进行对比，以判定所述药材的脆性类别，
若所述脆性表征系数大于等于所述脆性阈值，所述分析单元判定所述药材的脆性类别为强脆性类别；
若所述脆性表征系数小于所述脆性阈值，所述分析单元判定所述药材的脆性类别为弱脆性类别。
进一步地，所述控制单元还用以判定是否调整切割模块的运行参数，其中，
若所述分析单元判定药材为强脆性类别，则所述控制单元判定需调整所述切割模块的运行参数。
进一步地，所述控制单元获取尺寸参数，所述尺寸参数包括所述传送带表面图像中药材轮廓的面积，以按照公式（2）计算应力适应系数，
（2）
公式（2）中，E表示应力适应系数，S0表示预设的面积阈值，Si表示所述传送带表面图像中第i个药材轮廓的面积，n表示药材轮廓数量，K表示脆性表征系数。
进一步地，所述控制单元中设置有若干根据所述应力适应系数调整所述切割刀具与所述传送带的相对角度调整方式，其中，
所述控制单元控制所述切割刀具向传送带传送方向的相反方向倾斜以调整相对角度，且各所述调整方式中对所述相对角度的调整量不同。
进一步地，所述控制单元中设置有若干根据所述应力适应系数调整所述切割刀具的切割速度的若干调整方式，各所述调整方式中，对所述切割速度的调整量不同。
进一步地，所述上位机与外接显示屏连接，以使所述外接显示屏根据所述上位机传输的数据显示对应内容。
与现有技术相比，本发明通过设置切割模块、预检模块、检测模块以及上位机，上位机控制预检模块执行预检动作，根据压力板所受反馈力的变化情况确定特征压力值，以结合药材的属性参数计算脆性表征系数并判定药材的脆性类别，并根据传送带表面图像获取药材的尺寸参数结合脆性表征系数计算应力适应系数，并根据应力适应系数调整切割刀具与传送带的相对角度以及切割刀具的切割速度，通过上述过程考虑现有技术中对脆性程度较高的中药材的切割效果不佳的问题，提高了系统对中药材的切割效果。
尤其，本发明中，分析单元根据压力板所受反馈力的变化情况确定特征压力值，以结合药材的属性参数计算脆性表征系数，脆性表征参数考虑了特征压力值、药材的含水率以及药材的密度，特征压力值是反馈力变化量大于预定的反馈力变化阈值的周期内压力板所受的最大反馈力，即压力板对药材进行压制时药材在破碎的瞬间对压力板的反馈力，在实际情况中，药材在破碎的瞬间对压力板的反馈力越小，药材越脆，且在实际情况中，药材的密度越小，含水率越小，药材越脆，因此，本发明通过脆性表征参数将药材的脆性数据化，便于后续根据脆性表征参数调整切割模块的运行，提高了对中药的切割效果。
尤其，本发明中，分析模块根据脆性表征系数判定药材的脆性类别，由于在实际情况中，脆性程度较高的中药材进行切割时中药材容易碎裂，并且切割刀具冲带来的冲击容易导致药材在远离切割处断裂，影响切割效果，脆性表征系数表征了药材的脆性大小，因此，根据脆性表征系数能可靠地将药材划分成脆性较大的强脆性类别以及脆性较小的弱脆性类别，以针对强脆性类别进行对应的处理，提高对中药的切割效果。
尤其，本发明中，根据传送带表面图像获取药材的尺寸参数结合脆性表征系数计算应力适应系数，应力适应系数考虑了药材的尺寸以及脆性表征系数，在实际情况中，在药材较脆的强脆性类别下，若药材的尺寸越大，在切割时越易发生碎裂，因此，在强脆性类别下，通过药材的尺寸参数以及脆性表征系数结合来表征药材的脆性，便于后续根据应力适应系数调整切割模块，以提高切割效果。
尤其，本发明中，根据应力适应系数调整切割刀具与传送带的相对角度以及切割刀具的切割速度，在实际情况中，应力适应系数越大，表明药材的脆性越大，在实际情况中，调整切割角度能够使得切割方向顺着传送带的移动方向，减少应力，并且一定的切割角度可以降低切割刀具对药材的压力和力度，减少切割时对药材的冲击，因此，在切割适应性调整所述切割刀具与所述传送带的相对角度，以及减小切割刀具的切割速度，减少切割时对药材的冲击和摩擦，保证药材不破碎，提高了切割的效果。
附图说明
图1为发明实施例的用于中药的切割系统结构示意图；
图2为发明实施例的上位机结构示意图；
图3为发明实施例的脆性类别的判定流程图；
图4为发明实施例的是否调整切割模块运行参数的判定流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1至图4所示，分别为本发明实施例的用于中药的切割系统结构示意图、上位机结构示意图、脆性类别的判定流程图以及是否调整切割模块运行参数的判定流程图，本发明的用于中药的切割系统包括：
切割模块，其包括用以传输药材的传送带以及设置在所述传送带上的切割刀具，所述切割刀具设置在可调刀架上以调整切割刀具与传送带的相对切割角度；
预检模块，包括用以放置药材的放置台以及设置在所述放置台上方用以对药材进行压制的压力板；
检测模块，包括设置在所述压力板上用以检测压力板所受反馈力的力检测单元、设置在所述传送带上用以获取传送带表面图像的图像采集单元；
上位机，其分别与所述切割模块、预检模块以及检测模块连接，包括分析单元以及控制单元，
所述分析单元用以控制所述预检模块执行预检动作，根据压力板所受反馈力的变化情况确定特征压力值，以结合药材的属性参数计算脆性表征系数并判定药材的脆性类别，所述属性参数包括药材的密度以及含水率；
所述控制单元用以调整切割模块的运行参数，其中，
所述分析单元根据传送带表面图像获取药材的尺寸参数结合脆性表征系数计算应力适应系数，并根据所述应力适应系数调整所述切割刀具与所述传送带的相对角度以及所述切割刀具的切割速度。
具体而言，本发明对切割刀具的具体结构不做限定，在本实施例中，切割刀具可以设置在可调刀架上，切割刀具通过在可调刀架上移动实现切割动作，此为现有技术，不再赘述。
对于可调刀架的结构本发明不做具体限定，在本实施例中，可调刀架可以由刀架以及活动臂构成，活动臂带动刀架移动实现切割角度的调整，此不再赘述
具体而言，本发明对力检测单元的具体结构不做限定，力检测单元可以是压力传感器，同样的，本发明对图像采集单元的具体结构不做限定，图像采集单元可以是工业CCD相机，通过支架固定在传送带上，以检测传送带表面图像。
具体而言，本发明对上位机的具体结构不做限定，上位机可由逻辑部件或逻辑部件的组合构成，逻辑部件包括现场可编程处理器，计算机或计算机中的微处理器。
具体而言，本发明中药材的属性参数为预先检测后输入至上位机的，其中检测药材的密度以及含水率的方式在现有技术中有多种，例如通过计算药材的质量与体积之比确定密度，通过含水率传感器测量药材表面的水分含量来确定含水率，也可以通过其他方式，不再赘述。
具体而言，本发明对根据传送带表面图像获取药材的尺寸参数的具体方式不做限定，当然，优选的，在本实施例中可预先训练能够识别图像中物体轮廓的相关图像模型并导入上位机，通过上位机运行对应模型实现上述功能，此为现有技术，不再赘述。
具体而言，所述分析单元控制所述预检模块执行预检动作包括控制所述压力板对放置在所述放置台上的药材进行压制。
具体而言，所述分析单元每隔预定周期获取反馈力在周期内的变化量并与预定的反馈力变化阈值进行对比，以确定特征压力值，
若周期内的变化量大于预定的反馈力变化阈值，则所述分析单元提取所述周期内所述压力板所受的最大反馈力，将所述最大反馈力确定为特征压力值。
具体而言，在本实施例中，反馈力变化阈值F0基于周期起始时刻所述压力板所受反馈力Fe所设定，设定F0=Fe×g，g表示比例系数，0.3＜g＜0.5，周期设定为0.1s。
具体而言，所述分析单元按照公式（1）计算脆性表征系数K，
（1）
公式（1）中，F表示所述特征压力值，F0表示预设的压力参数，D表示所述药材的密度，D0表示预设的密度参数，H表示所述药材的含水率，H0表示预设的含水率参数。
在本实施例中，预设的压力参数F0为预先测定所得，预先取样若干种药材作为样本，并获取特征压力值Fe，设定F0=Fe×α，α表示精度系数，0.75＜α＜0.9。
为使得数据具备表征性，
预设的密度参数在区间[0.8，1.2]内选定，区间单位为g/ml。
预设的含水率参数在区间[7%，13%]内选定。
本发明中，分析单元根据压力板所受反馈力的变化情况确定特征压力值，以结合药材的属性参数计算脆性表征系数，脆性表征参数考虑了特征压力值、药材的含水率以及药材的密度，特征压力值是反馈力变化量大于预定的反馈力变化阈值的周期内压力板所受的最大反馈力，即压力板对药材进行压制时药材在破碎的瞬间对压力板的反馈力，在实际情况中，药材在破碎的瞬间对压力板的反馈力越小，药材越脆，且在实际情况中，药材的密度越小，含水率越小，药材越脆，因此，本发明通过脆性表征参数将药材的脆性数据化，便于后续根据脆性表征参数调整切割模块的运行，提高了对中药的切割效果。
具体而言，请继续参阅图3所示，所述分析单元将所述脆性表征系数与预设的脆性阈值进行对比，以判定所述药材的脆性类别，
若所述脆性表征系数大于等于所述脆性阈值，所述分析单元判定所述药材的脆性类别为强脆性类别；
若所述脆性表征系数小于所述脆性阈值，所述分析单元判定所述药材的脆性类别为弱脆性类别。
具体而言，所述脆性阈值K0基于F=F0，D=D0，H=H0条件下计算所得的脆性表征系数Ke所设定，设定K0=Ke×1.2。
本发明中，分析模块根据脆性表征系数判定药材的脆性类别，由于在实际情况中，脆性程度较高的中药材进行切割时中药材容易碎裂，并且切割刀具带来的冲击容易导致药材在远离切割处断裂，影响切割效果，脆性表征系数表征了药材的脆性大小，因此，根据脆性表征系数能可靠地将药材划分成脆性较大的强脆性类别以及脆性较小的弱脆性类别，以针对强脆性类别进行对应的处理，提高对中药的切割效果。
具体而言，请继续参阅图4所示，所述控制单元还用以判定是否调整切割模块的运行参数，其中，
若所述分析单元判定药材为强脆性类别，则所述控制单元判定需调整所述切割模块的运行参数。
具体而言，所述控制单元获取尺寸参数，所述尺寸参数包括所述传送带表面图像中药材轮廓的面积，以按照公式（2）计算应力适应系数，
（2）
公式（2）中，E表示应力适应系数，S0表示预设的面积阈值，Si表示所述传送带表面图像中第i个药材轮廓的面积，n表示药材轮廓数量，K表示脆性表征系数。
在本实施例中，预设的面积阈值在区间[50，100]内选定，区间单位为cm²。
具体而言，所述控制单元中设置有若干根据所述应力适应系数调整所述切割刀具与所述传送带的相对角度调整方式，其中，
所述控制单元控制所述切割刀具向传送带传送方向的相反方向倾斜以调整相对角度，且各所述调整方式中对所述相对角度的调整量不同。
在本实施例中提供至少三种相对角度调整方式，其中，
所述控制单元将E与预设的第一应力对比参数E1以及第二应力对比参数E2进行对比；
若0＜E＜E1，则相对角度设置为85°；
若E1≤E≤E2，则相对角度设置为80°；
若E2＜E，则相对角度设置为75°；
在本实施例中E1表示第一应力对比参数，E2表示第二应力对比参数，1.15＜E1＜1.3，1.3＜E2＜1.5。
具体而言，所述控制单元中设置有若干根据所述应力适应系数调整所述切割刀具的切割速度的若干调整方式，各所述调整方式中，对所述切割速度的调整量不同。
在本实施例中，提供至少三种切割速度调整方式，其中，
所述控制单元将E与预设的第一应力对比参数E1以及第二应力对比参数E2进行对比；
若0＜E＜E1，采用第一切割速度调整方式，将切割刀具的切割速度调整至第一切割速度V1，设定V1=V0×v1；
若E1≤E≤E2，采用第二切割速度调整方式，将切割刀具的切割速度调整至第二切割速度V2，设定V2=V0×v2；
若E2＜E，采用第三切割速度调整方式，将切割刀具的切割速度调整至第三切割速度V3，设定V3=V0×v3；
其中，V0表示初始切割速度，v1表示第一切割速度对比系数，v2表示第二切割速度对比系数，v3表示第三切割速度对比系数，在本实施例中，为避免调整过大且调整有效，设定0.15V0＜v1＜0.3V0＜v2＜0.45V0＜v3＜0.6V0。
本发明中，根据传送带表面图像获取药材的尺寸参数结合脆性表征系数计算应力适应系数，应力适应系数考虑了药材的尺寸以及脆性表征系数，在实际情况中，在药材较脆的强脆性类别下，若药材的尺寸越大，在切割时越易发生碎裂，因此，在强脆性类别下，通过药材的尺寸参数以及脆性表征系数结合来表征药材的脆性，便于后续根据应力适应系数调整切割模块，以提高切割效果。
根据应力适应系数调整切割刀具与传送带的相对角度以及切割刀具的切割速度，在实际情况中，应力适应系数越大，表明药材的脆性越大，在实际情况中，调整切割角度能够使得切割方向顺着传送带的移动方向，减少应力，并且一定的切割角度可以降低切割刀具对药材的压力和力度，减少切割时对药材的冲击，因此，在切割适应性调整所述切割刀具与所述传送带的相对角度，以及减小切割刀具的切割速度，减少切割时对药材的冲击和摩擦，保证药材不破碎，提高了切割的效果。
具体而言，所述上位机与外接显示屏连接，以使所述外接显示屏根据所述上位机传输的数据显示对应内容。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于中药的切割系统，其特征在于，包括：
切割模块，其包括用以传输药材的传送带以及设置在所述传送带上的切割刀具，所述切割刀具设置在可调刀架上以调整切割刀具与传送带的相对切割角度；
预检模块，包括用以放置药材的放置台以及设置在所述放置台上方用以对药材进行压制的压力板；
检测模块，包括设置在所述压力板上用以检测压力板所受反馈力的力检测单元、设置在所述传送带上用以获取传送带表面图像的图像采集单元；
上位机，其分别与所述切割模块、预检模块以及检测模块连接，包括分析单元以及控制单元，
所述分析单元用以控制所述预检模块执行预检动作，根据压力板所受反馈力的变化情况确定特征压力值，以结合药材的属性参数计算脆性表征系数并判定药材的脆性类别，所述属性参数包括药材的密度以及含水率；
所述控制单元用以调整切割模块的运行参数，其中，
所述分析单元根据传送带表面图像获取药材的尺寸参数结合脆性表征系数计算应力适应系数，并根据所述应力适应系数调整所述切割刀具与所述传送带的相对角度以及所述切割刀具的切割速度。
2.根据权利要求1所述的用于中药的切割系统，其特征在于，所述分析单元控制所述预检模块执行预检动作包括控制所述压力板对放置在所述放置台上的药材进行压制。
3.根据权利要求1所述的用于中药的切割系统，其特征在于，所述分析单元每隔预定周期获取反馈力在周期内的变化量并与预定的反馈力变化阈值进行对比，以确定特征压力值，
若周期内的变化量大于预定的反馈力变化阈值，则所述分析单元提取所述周期内所述压力板所受的最大反馈力，将所述最大反馈力确定为特征压力值。
4.根据权利要求1所述的用于中药的切割系统，其特征在于，所述分析单元按照公式（1）计算脆性表征系数K，
（1）
公式（1）中，F表示所述特征压力值，F0表示预设的压力参数，D表示所述药材的密度，D0表示预设的密度参数，H表示所述药材的含水率，H0表示预设的含水率参数。
5.根据权利要求4所述的用于中药的切割系统，其特征在于，所述分析单元将所述脆性表征系数与预设的脆性阈值进行对比，以判定所述药材的脆性类别，
若所述脆性表征系数大于等于所述脆性阈值，所述分析单元判定所述药材的脆性类别为强脆性类别；
若所述脆性表征系数小于所述脆性阈值，所述分析单元判定所述药材的脆性类别为弱脆性类别。
6.根据权利要求1所述的用于中药的切割系统，其特征在于，所述控制单元还用以判定是否调整切割模块的运行参数，其中，
若所述分析单元判定药材为强脆性类别，则所述控制单元判定需调整所述切割模块的运行参数。
7.根据权利要求1所述的用于中药的切割系统，其特征在于，所述控制单元获取尺寸参数，所述尺寸参数包括所述传送带表面图像中药材轮廓的面积，以按照公式（2）计算应力适应系数，
（2）
公式（2）中，E表示应力适应系数，S0表示预设的面积阈值，Si表示所述传送带表面图像中第i个药材轮廓的面积，n表示药材轮廓数量，K表示脆性表征系数。
8.根据权利要求7所述的用于中药的切割系统，其特征在于，所述控制单元中设置有若干根据所述应力适应系数调整所述切割刀具与所述传送带的相对角度调整方式，其中，
所述控制单元控制所述切割刀具向传送带传送方向的相反方向倾斜以调整相对角度，且各所述调整方式中对所述相对角度的调整量不同。
9.根据权利要求7所述的用于中药的切割系统，其特征在于，所述控制单元中设置有若干根据所述应力适应系数调整所述切割刀具的切割速度的若干调整方式，各所述调整方式中，对所述切割速度的调整量不同。
10.根据权利要求1所述的用于中药的切割系统，其特征在于，所述上位机与外接显示屏连接，以使所述外接显示屏根据所述上位机传输的数据显示对应内容。
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