CN101969756A

CN101969756A - 切割机

Info

Publication number: CN101969756A
Application number: CN2009801087974A
Authority: CN
Inventors: 小L·M·埃瓦里斯托; J·A·洛伊恩贝格尔; M·罗格里; J·G·M·d·桑托斯
Original assignee: Syngenta Participations AG
Current assignee: Syngenta Participations AG
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2011-02-09
Also published as: MX2010008867A; AU2009214259A1; WO2009100917A1; WO2009100917A8; AU2009214259B8; AU2009214259B2

Abstract

本发明一般涉及用于切割具有希望特征的茎段的切割机。本发明特别可用于切割包括甘蔗的诸如甘蔗属的植物的禾本科植物(来自“Gramineae/Poaceae”科)的茎段。根据本发明的实施例，切割机包括：用于识别茎(40)的至少一个特征的传感器(24)；根据所述传感器的响应，将茎放置在用于切割的确定位置的装置(60，61)；和用于切割茎的装置；其中用于识别茎的至少一个特征的所述传感器、用于切割茎的所述装置彼此互连且互连到控制装置(30)以便根据所述识别的特征的存在在特别位置切割茎；其特征在于，传感器选自以下传感器组成的组：压力变换器传感器、电容传感器、超声传感器、x射线传感器、磁传感器和微波传感器。

Description

切割机

技术领域

本发明总体上涉及一种切割机，并且更具体地，本发明涉及一种用于切割具有希望特征的茎段的切割机。

本发明特别可用于切割包括甘蔗的诸如甘蔗属(Saccharum spp)的植物的禾本科植物(来自Gramineae/Poaceae科)的茎段。

本发明也涉及一种用于切割包括希望特征的这种植物的茎的方法。

背景技术

为了下面的说明书和所附权利要求，使用当前定义：

茎：禾本科植物的秆部分的主茎或梗，即植物的主躯干，具体地，发育芽和枝条的主植物茎轴。

小块：具有一个或更多个节的茎段、部分或切段。

节：禾本科植物中形成芽或胞芽的茎中的部位。

芽或胞芽：禾本科植物的胚芽、孢子或生殖细胞。

萌发/发芽：从芽出现新植物。

禾本科植物(Gramineae/Poaceae科的)通常由茎形成，该茎沿其长度包括数个节和节间部分。节包括例如用于农作物的可用于获得新植物的植物的芽(或胞芽)。

禾本科植物的例子包括竹子(竹亚科(Bambusoideae)，诸如毛竹属(Phyllostachys spp)和青篱竹属(Arundinaria spp))、甘蔗(甘蔗属(Saccharum spp))和草(诸如象草、狼尾草(Pennisetum purpureum))。

具体地，在甘蔗的情况下，由于通过这种植物的发酵获得的酒精看起来是可再生的且清洁的燃料的前景，因此它被媒体强调为矿物燃料的替代物。与用于生产酒精的工厂中的投资一样，甘蔗的种植面积在全世界增加。

甘蔗的种子是由单个心皮形成的干的单种子果实或壳果，子房壁(果皮)与种皮(外种皮)结合。种子是卵形的、黄棕色的且非常小，大约1mm长。

然而，甘蔗的种子仅在特定的环境特征(诸如恒定的暖和且潮湿的气候条件)下发芽。并不是种植甘蔗的任何地方都存在这种气候条件，并且因此不总是保证甘蔗种子的发芽。对于商业性农业，不播种甘蔗的种子，而是通过种植茎段(或者梗或秆或幼苗的一部分)而生长地繁殖甘蔗。如上所述，与禾本科植物的茎一样，甘蔗的茎包括数个节，新植物从该节长出。

由于节被包括在茎中，甘蔗的传统种植过程涉及要用作用于再种植的植物源的一定面积的农作物的保留。用于再种植的植物被收割并且随后切割成近似20-50cm的段使得每个茎段(小块)中存在至少两个节。当使用全长度(未切割的)茎时，需要切割茎来破坏顶端优势，该顶端优势否则引起不良的发芽。因为不是每个芽都发芽，所以段被切割成具有至少2个芽以保证发芽。用于切割甘蔗段的当前切割机不能识别茎中的任何特征，并且因此切割部位的精确位置被随机确定。

在切割之后，小块叠置地水平布置在犁耕过的土壤的沟中，该沟通常在地平面是宽的并且纵深(40到50cm宽且30到40cm深)，并且随后用土壤轻度覆盖。

虽然这种种植技术仍然被使用直到今天，但整个过程是相对低效率的，这是因为必须使用各具有2-4个节的许多茎段来保证发芽。结果是，需要使用用于再种植的大的面积，并且因此可用于农作物以及酒精或糖的生产的该面积必须被保留用于再种植。因此，有必要增加甘蔗种植技术的收益。

借助当前技术，甘蔗茎通常被随机切割成大约在20cm和50cm之间的长度，保证包括2-4个节的长度。这是因为不是在所有节都出现芽。然而，已经发现，当在种植前用某些肥料和其它化合物处理时，芽的发芽可能来自于具有单个节的短的茎部分。

另外，茎的随机切割会损坏节和芽，或者节可能很靠近段的边缘，阻止芽从那个节发芽。

此外，随机切割不会识别茎的其它具体特征，诸如可能影响芽的发芽的损坏的、患病的或腐烂的茎段。

因此，希望通过减小每个茎段中的节的数量并且也通过当切割时避免对节的损坏而增加禾本科植物(特别是甘蔗)的种植和发芽率。也希望识别茎的某些特征，从而避免种植包括损坏的、患病的或腐烂的茎的损坏的芽或段，以便改善植物的发芽率。

虽然可以手动完成切割具有减小的数量的节且没有损坏的茎，但生产率将是低的且/或仅仅切割茎就需要使用大量的人，自然会增加种植过程成本。

因此，也希望提供自动化的且受控制的方法和设备，用于将茎切割成具有希望特征的段，并且具体地用于切割包括单个节的茎段而不损坏芽。

也希望提供一种自动化的且受控制的方法和设备，用于识别茎的某些特征，诸如具有疾病和害虫和/或被损坏而使得将不能形成能萌发的芽。

日本专利申请公开No.1991-251104和2003-038017涉及使用基于视觉的检测技术的用于植物的切割装置。然而，由于各种原因，这种光学传感器是存在问题的，特别对于切割禾本科植物。首先，沿着禾本科植物的茎的叶材料遮蔽了节的部位，并且因此基于视觉的传感器的使用将需要在检测之前彻底清理茎以去除所有叶组织。清理茎的过程是费时的，并且可能损坏节处的芽形成。第二，由于存在来自切割的粉尘和来自被切割的茎的树液(粉尘和树液可能使视觉传感器模糊并且导致节的缓慢的或不精确的检测)，切割环境是脏的。

发明内容

其中，为实现上述目标，提出一种切割机，具体地，提出一种用于切割禾本科植物的茎段的切割机，该切割机包括：用于识别茎的至少一个特征的传感器；用于根据所述传感器的响应而将茎放置在用于切割的确定位置的装置；和用于切割茎的装置；其中用于识别茎的至少一个特征的所述传感器、用于将茎放置在确定位置的所述装置和用于切割茎的所述装置彼此互连且由控制装置控制，以便根据所识别的特征的存在而在特定位置切割茎；其特征在于，传感器选自以下传感器组成的组：压力变换器传感器、电容传感器、超声传感器、x射线传感器、磁传感器和微波传感器。

单独或组合的以下特征也可被包括在本发明中：

所述茎被切割成预定长度。

所述茎是甘蔗属的茎，也通常称为甘蔗。

所述茎是竹亚科植物(诸如竹子)的茎。

所述茎是象草植物(狼尾草)的茎。

用于识别茎的至少一个特征的所述传感器是压力变换器传感器、电容传感器、超声传感器、x射线传感器、磁传感器和微波传感器。

所述传感器包括至少两个金属表面，甘蔗茎在至少两个金属表面之间穿过，至少两个金属表面之间的距离可以根据茎的直径而变化。

该表面可以呈任何构造，诸如板、条、块、盘、圆柱体或类似物。

可任选地，该金属表面在茎在金属表面之间穿过时可向茎施加压力，使得茎接触两个表面。

所述压力可以通过任何合适的机构被施加，合适的机构诸如弹簧、压缩空气、液压或类似物。

在一个实施例中，所述表面可以是圆柱体的形式。

可任选地，所述圆柱体中的至少一个具有截圆锥形状。

在一个实施例中，所述磁传感器是电磁传感器。

在一个实施例中，所述传感器可以是包括两个金属圆柱体的电磁传感器，甘蔗茎在这两个金属圆柱体之间穿过，在茎在两个金属圆柱体之间穿过时所述圆柱体向茎施加压力。

在替代实施例中，传感器可以是电磁传感器，该电磁传感器包括圆柱形本体和产生电磁场的金属薄板制成的多个金属电极，所述板在其端部的一个中以规则间隔开的方式布置在所述圆柱形本体的周边的周围，并且在所述板的其它端部具有自由端部以允许茎穿过。

可任选地，在茎穿过传感器之前，水被施加到茎。

用于切割茎的所述装置是刀、圆形刀、大镰刀、圆形锯、等离子切割***、激光切割***、高压水切割(可任选地包括研磨装置)、冲压装置或剪切装置中的一个或更多个。

用于切割茎的所述装置包括以预定距离间隔开的两个刀。

用于将茎放置在用于切割的确定位置的所述装置是以下各部件中的一个或更多个：由适当装置驱动的旋转的滑轮、传送带、传送链、一个或更多个爪、或辊。

被识别的茎中的所述特征是在茎中的节的位置。

被识别的茎中的所述特征是损坏。

被识别的茎中的所述特征是疾病或害虫的存在。

被识别的茎中的所述特征是腐烂的段。

所述控制装置是可编程逻辑电路(PLC)或计算机数字控制(CNC)***，该控制装置根据用于识别茎的至少一个特征的所述装置的响应控制切割机以切割具有希望特征的茎。

所述传感器包括用于产生到所述控制装置的数字输出的组件。

当使用电磁传感器时，所述组件包括：频率发生器；调整变换器；频率滤波器；信号放大器；可编程数字处理器；和数字输出。

所述切割机可基本上同时地切割多个茎。

所述切割机可基本上同时地在多个位置切割单个茎。

用于将茎放置在确定位置的所述装置由用于将切割装置放置在关于茎的切割位置的装置代替。

当在茎中识别到不希望的特征时，茎被丢弃而不是被切割。

所述长度被包括在从大约2到大约12cm、合适地从大约3到大约8cm、更合适地从大约3.5到大约4.5cm的范围内，并且具体地为大约4cm。

本发明也公开一种使用如上所述的切割机来切割茎的方法。

附图说明

现在将参考附图结合具体实施例来描述本发明，其中：

图1是根据本发明的实施例的切割机的示意性侧视剖视图；

图2是图1的切割机的示意性透视图；

图3是示出传感器组件的示例性实施例的方块图；

图4a、4b和4c示出根据本发明的实施例的传感器的后、侧和前视图；

图5到7是说明茎中的特征的识别的曲线图；

图8示出根据本发明的具体实施例的电磁传感器；并且

图9是穿过本发明的电磁传感器的茎(尤其是甘蔗茎)的示意图。

具体实施方式

图1和2中示意性地示出本发明的切割机(10)。该图公开了用于识别和切割甘蔗的茎段的本发明的切割机的具体的示例性实施例。

本发明的切割机涉及通过受控制的并自动化的装置切割包括至少一个特征的茎段(小块)。本发明的切割机特别可用于切割诸如甘蔗的禾本科植物(特别是甘蔗属)的茎段。茎段的特征是例如包括芽的节。

如上所述，已经观察到，当用某些化合物和/或肥料处理包括一个节的段时，可以种植该段以生长新的植物。因此，可以希望将茎切割成包括仅仅一个节的段以便改善种植技术、特别是甘蔗种植的效率。茎段可被切割成包含至少一个节。合适地，茎被切割成使得每个茎段仅具有一个节。

替代地，一些特征可能不希望被包括在要种植的茎或茎段中，诸如损坏、疾病、害虫或腐烂段的存在。在这种情况下，茎段将不被使用，而是被丢弃。

图1和2中示出的实施例示出该切割机，该切割机包括：用于识别茎的至少一个特征的装置，诸如传感器(24)；用于将茎放置就位以进行切割的装置(60，61)；用于将茎切割成段的装置(51，52)；和控制装置(30)，该控制装置根据识别装置(24)的响应控制茎(40)的切割位置以获得具有确定长度(L)和希望特征的段(41)。具体地，该特征是茎中的一个节(42)。

用于识别茎的至少一个特征的传感器选自以下各种传感器组成的组：压力变换器传感器、电容传感器、超声传感器、x射线传感器、微波传感器和磁传感器。在一个实施例中，传感器选自以下传感器组成的组：x射线传感器、磁传感器和微波传感器。在另一实施例中，传感器是x射线传感器或磁传感器。在一个实施例中，传感器是微波传感器。在另一实施例中，传感器是x射线传感器。在另一实施例中，传感器是磁传感器。合适地，磁传感器是电磁传感器。根据公开的实施例，用于识别茎中的特定特征的传感器(24)是电磁传感器。

在电磁传感器的情况下，并且如本领域技术人员已知的，不同的材料或元素引起对电磁场中的电磁波的不同响应。从某些材料反射的电磁波可以变换为波型，该波型使该材料的某些特征能被识别。这是用于例如人体内部组织的诊断的电磁谐振器的原理。

使用电磁传感器，在两个金属表面之间测量磁谐振频率并且由变换器译码该频率。具体地对于甘蔗的情况，节与茎的其余部分的平均硬度和含水量相比更硬且包括更少的水。因此，可以使用电磁场来识别节，这是由于其较低的水浓度和较高的硬度(纤维含量)将引起相对于茎的其余部分不同的电磁波响应。也可检测到损坏的、患病的或腐烂的茎部分，由于这些茎部分也展示与茎的其余部分相比不同的纤维和含水量。

合适地，传感器包括至少两个金属表面，甘蔗茎在该至少两个金属表面之间穿过。这两个金属表面之间的距离可以变化以适应茎的直径的变化。这两个金属表面可以呈任何构造，诸如板、条、块、盘、圆柱体或类似物。可任选地，该表面在茎在它们之间穿过时可向茎施加压力，使得茎接触两个表面。这方便了节的检测，例如，如果使用压力传感器，当节在表面之间穿过时，表面的一个或两个的轻微的移动将被检测到，这是由于茎的直径在从茎的其余部分略微突出的节的位置略宽。压力可以通过任何合适的机构被施加，合适的机构诸如弹簧、压缩空气、液压或类似物。在一个实施例中，所述表面可以是圆柱体的形式。可任选地，所述圆柱体中的至少一个具有截圆锥形状，以方便甘蔗茎进入传感器单元并且在该表面之间对齐甘蔗茎。

在一个实施例中，在检测之前(例如，在茎穿过传感器装置之前)，例如通过喷射或穿过水池，将水施加到茎。这改善了导电性，并且因此将信号的强度提高达50％。这实现了茎的特征的更快且更精确的检测。

控制装置(30)将对传感器发送的信息进行译码，以执行受控制的且自动化的切割的结合动作。这种控制装置(30)可以是例如可编程逻辑电路(PLC)或计算机数字控制(CNC)***，它接收将引导切割机的控制的具有特定数字数据的数字信号，如将在下面更详细地说明的。

切割装置可以是用于切割茎(特别地是甘蔗茎)的任何合适的装置，例如但不限于刀、圆形刀、大镰刀、铡刀、圆形锯、冲压装置、剪切装置、或高压水切割装置(可任选地包括诸如沙的研磨装置)。也可使用其它非机械装置，诸如等离子切割和激光切割***。

根据图中给出的实施例，使用圆形刀，并且具体地使用间隔开预定长度(L)的两个圆形刀(51，52)。这两个圆形刀可以一致地动作，以改善切割的生产率，即，可以在一个单独的切割步骤中执行将茎段切割成确定长度。

虽然未示出，但刀被适当地致动。如本领域技术人员熟知的，刀的致动可以通过任何合适的致动装置实现，合适的致动装置诸如气动气缸、液压气缸或伺服马达。

将茎放置在适当位置中以便切割的装置可以是用于以可控制的方式驱动茎以便将茎的段(41)切割成具有希望的特征的任何合适装置。这种装置可以是例如旋转的滑轮、传送带或链，该旋转的滑轮、传送带或链由诸如伺服马达、液压或蒸汽马达的适当装置驱动，从而竖直地或水平地在确定位置中以可控制的方式驱动茎。

如这个实施例中公开的，采用由伺服马达(未示出)驱动的两个旋转的滑轮(60，61)。该滑轮以确定的距离间隔开以便抓住茎并且在确定的距离内驱动茎，以将它放置在用于切割的位置中。

如上所述，任何传感器可用于检测甘蔗茎的特征，并且将在下文中结合具体实施例描述电磁传感器。

在本发明的这个具体实施例中，电磁传感器是诸如图8中示意性地公开的一个传感器。由于甘蔗的变化的物理特征，特别是茎长度和直径的变化(甘蔗茎很少是直线的)，这个实施例中公开的传感器的使用已经被证明在检测希望的茎特征中是高效的。

电磁传感器(24)由两个金属圆柱体(245，246)形成，甘蔗茎(40)在这两个金属圆柱体之间穿过。这两个金属圆柱体绕它们的中心轴线旋转，圆柱体被固定到允许它们之间的距离(D)变化的装置。因此，圆柱之间的距离(D)的变化将允许不同直径的甘蔗茎(40)通过。同时，在甘蔗茎穿过传感器时，固定圆柱体且允许圆柱体之间的距离变化的装置也向甘蔗茎施加压力。施加到茎的压力方便茎中的节(42)的部位的检测。

固定圆柱体且允许圆柱体之间的距离的变化、同时施加一定压力到茎的装置可以是例如但不限于盘簧(243，244)、弹簧、具有压缩空气的气缸、或具有液压的气缸。

由于茎的直径可能存在变化，因此一个或两个圆柱体可以具有截圆锥形状(246)，以方便传感器中的甘蔗茎的进入。

圆柱体的金属合金可以是适于产生电场并且因此产生电磁场的任何金属材料，诸如钢、不锈钢、铝、铜、镍、青铜或它们的混合物或合金。具体地，使用青铜。

当甘蔗节在圆柱体之间穿过时，电磁波响应中存在小的变化，该变化可以被检测到且用于识别茎中的节的位置。

为了根据传感器读数的响应产生数字数据输出(该数字数据输出将被PLC或CNC采用，以控制该切割机)，传感器(24)连接到具有产生电磁场并且也收集和译码传感器读数产生的数据的功能的装置(20)。

图3中示意性地示出传感器组件(20)的例子。如本领域技术人员将理解的，这个传感器组件是实施例的例子，并且可开发出许多变型以根据传感器读数产生数字数据。

根据这个例子的这个组件包括频率发生器(21)、变换器(22)、频率滤波器(23)、信号放大器(25)、可编程数字处理器(26)和数字输出(27)。如将在下面更详细地说明的，高频发生器(21)可以是用于产生能够在传感器中产生电场并且因此能够产生磁场的高频正弦电波的任何合适装置。正弦波可以是优选地具有相对高的电压和低的电流的交变电流。根据对希望被识别的甘蔗茎的特征的电磁波的响应，本领域技术人员可以凭经验确定该电流和电压。

由于频率电发生器(21)通常产生相对低的电压，因此，任选地，也可在频率发生器之后使用调整变换器(22)以便增大电压。

已经观察到，从大约10到大约2000Vpp(峰间电压)、具体地从大约50到大约1500Vpp、并且更具体地大约为150Vpp的电压适于在传感器中产生电磁场以识别茎中的特征。从大约50到大约500mA(毫安)、具体地从大约100到大约250mA的范围中、并且更具体地为大约200mA的电流设置也已经被证明适于识别茎中的特征。用于发生器的频率也可以由本领域技术人员确定，并且根据这个实施例，合适的频率被设置成从大约800kHz到大约7.2MHz、具体地从大约1MHz到大约3MHz，并且更具体地大约为2MHz。

这种范围是示例性的，并且电压、电流和频率可以由本领域技术人员根据茎的种类和希望识别的特征凭经验确定。

如上所述的调整变换器(22)可用于增加频率发生器产生的电压。根据发生器的电压输出，变换器可以在必要时增加电流以获得希望的电压。例如，变换器可以将电压增加1到20倍，并且更具体地增加大约15倍(如果高频发生器产生的信号具有大约10Vpp)。考虑上述范围，变换器的输出中的放大信号将大约为150Vpp。

如本领域技术人员可认识到的，特别是在上面示例的电压、电流和频率的范围内，如果发生器产生的电流和电压适于在传感器中产生可检测电磁场的目的，则可以抑制变换器。

来自发生器和变换器的信号被输入频率滤波器(23)，如本领域技术人员将理解的，频率滤波器的功能是识别产生的且由传感器检测到的电磁波中的变化。

图5示出可以由传感器(24)检测到且在滤波器(23)中被分离的信号的例子。这个图形示出当茎(特别是甘蔗茎)穿过传感器(24)时信号的电压随时间的变化。在t₁处，传感器中没有茎，并且电压V₀较高。当茎开始穿过传感器时，电压降低(在t₂处为V₁)，并且包含比茎的平均含水量少的水且更硬的节在波中引起扰动，该扰动可以在t₃处被检测到。在节通过之后，信号在t₄处稳定并且在t₅处当茎离开传感器(24)时电压再次增加。

关于包括仅仅一个节的茎描述了这个示例性波型。如本领域技术人员将理解的，由于茎可包括数个节，波型t₂到t₃将重复直到茎的端部，在t₅处结束。

在图5中示例的信号在滤波器(23)中被分离之后，波型在放大器(25)被放大，转换为模拟微分信号(图6)，并且转换为数字信号以产生数字数据输出(图7)(也见附图标记27和图3)。

数字数据输出(27)由可编程处理器(26)产生，该可编程处理器用于译码模拟信号，将其转换为数字信号，以产生代表希望识别的茎的特征(在这个说明性例子中，诸如节)的数字数据。

数字数据输出(27)连接到PLC或CNC(30)，该PLC或CNC协调切割机的切割装置和驱动装置以在希望的部位切割茎。如本领域技术人员可理解的，PLC和CNC都是用于根据来自传感器组件的数字信号输出执行切割机中的某些协调操作的可编程***。因此，一旦数字信号(在图7中示出)到达PLC或CNC，茎中的节的精确部位被识别，并且PLC或CNC将茎的驱动装置驱动到用于切割的正确位置，如下面将描述的。

在切割机的具体实施例中，电磁传感器可以是诸如图4a到4c中示意性地公开的一个传感器。由于甘蔗的变化的物理特征，特别是茎长度和直径的变化，使得甘蔗茎很少是直线的，传感器的使用已经被证明在检测希望的茎特征中是高效的。

根据这个具体实施例，电磁传感器具有圆柱形的本体(241)并且由采用金属薄板(242)制成的多个金属电极形成，多个金属电极产生电磁场。电极在一个端部以规则地间隔开的方式固定在圆柱形本体(241)的周边的周围，该圆柱形本体优选地由绝缘材料(诸如聚合物)制成以避免与电磁场的干涉，而电极的另一端部具有自由端部，该自由端部将允许甘蔗茎穿过。

所用的传感器也可以是x射线传感器或微波传感器，其中这种传感器沿茎的长度将具有关于特定特征的不同响应。例如，x射线传感器可检测到节中的有机组织的不同浓度或类型。微波传感器由于节中的较低的水浓度而可具有不同的响应，这是由于微波对水分子敏感。

如本领域技术人员可理解的，传感器组件也将根据所用传感器的类型而具有不同的构造。例如，如果使用x射线传感器或微波传感器，则可以响应于x射线场中或微波场中的变化而产生用于PLC或CNC的数字信号，指示希望检测的茎的特征(诸如节)。

现在说明根据说明性实施例的甘蔗切割机的运行。

在传感器(24)中引入甘蔗茎(40)，该甘蔗茎由旋转的滑轮(60，61)驱动，该旋转的滑轮抓住茎并且驱动它通过传感器。替代地，可以使用其它驱动装置，诸如传送器，其中甘蔗茎放置在传送带上并且穿过传感器。如上所述，一旦在传感器中引入茎，传感器就识别茎的引入并且电磁信号的扰动指示茎中节(42)的部位。一旦茎中节的部位被传感器识别，甘蔗茎被滑轮或传送器进一步驱动到预定距离，使得芽放置在刀(51，52)之间的希望的切割长度(L)的大约中部中。然后，茎停止在那个位置，并且致动刀以执行切割。获得具有希望长度(L)并且在其中部中包含单个节(42)的甘蔗茎段(41)，并且任何剩余的节间部分(43)被排出或再用于例如动物饲养。

在切割之后，重置刀(51，52)，另一芽将被传感器(24)识别，并且滑轮或传送器将放置用于切割的下一个段。重复该过程直到茎被用完，并且另一茎重新开始整个过程。

如本领域技术人员将理解的，将被切割的段(41)的长度(L)可以根据具体要求而变化，该具体要求诸如甘蔗的类型或段的希望长度，该希望长度已经被示出为足够长以允许芽的发芽。已经观察到，当在段(41)中包括一个节(42)时，从大约2到大约12cm、具体地从大约3到8cm，更具体地从大约3.5到4.5cm、优选地为大约4cm的长度适于保证芽的发芽。精确的段长度不是关键的，并且上述长度可以解释为近似的。

如这个说明性实施例中公开的，传感器(24)位于滑轮(60，61)前面。然而，传感器可以设置在沿茎的任何部位，甚至在滑轮之后，但必须在刀(51，2)之前，这是由于确定切割位置的是传感器(24)之间的相对距离、何时检测到芽和刀(51，52)之间的中间部分，即L/2。

在这个实施例中，PLC基于来自传感器组件的数字信息控制该过程，以同步滑轮或传送器和刀。如本发明中公开的，通过滑轮或马达驱动的传送器实现甘蔗茎的移动和放置。然而，也可以使用用于控制茎在切割设备中的引入的任何合适装置。

此外，本发明的切割机可使用任何合适的装置来切割茎。在这个实施例中，使用两个圆形的刀，但也可使用其它类型的刀、大镰刀、圆形锯、等离子或激光切割***等。此外，可以通过任何合适装置，例如使用伺服马达、气动气缸、液压气缸和类似物，执行刀的起动。用于执行甘蔗的切割的切割机元件可以由本领域技术人员确定。

在本发明的切割机的替代实施例中，多个茎可以被同时对齐以便切割，并且切割可以一次执行，因此在一个单独切割操作中获得多个段。例如，当多个传感器平行对齐，并且每个茎在每个传感器中被引入并且随后平行放置以便切割时，就是这种情况。在这个实施例中，可以使用铡刀状切割装置来一次切割数个茎段。替代地，通过检测每个节的位置，并且使用多个切割装置切割茎段，或者通过根据茎中的节的位置起动某些刀，可以同时切割单个茎中的多于一个或所有的节。

在另一替代实施例中，甘蔗茎不放置在用于切割的位置中，而是站立不动，并且切割装置移动且设置在适当位置，从而利用希望的特征切割段。

在另一实施例中，茎中的不希望的特征可能是例如由害虫引起的损害或疾病，或茎的腐烂部分的存在。攻击禾本科植物，并且特别地攻击甘蔗的害虫的例子是：

幼虫，诸如甘蔗螟虫(Diatraea saccharalis)和鳞翅目昆虫(telchin licus licus)。

植物虱，诸如玉米蚜(Rhopalosiphum maidis)和高粱蚜(Melanaphis sacchari)。

甲虫，诸如天牛(Migdolus fryanus)、Sphenophorus levis、Diloboderus spp、Euetheola spp、Ligynus spp、Stenocrates spp、植鳃金龟属(Phytalus spp)、鳃角金龟属(Phyllophaga spp)和金龟子科(Scarabaeidae family)的数个物种。

白蚁，诸如来自白蚁科(Termitidae family)的那些，Cornitermes genus(例如，C.cumulates)；和来自犀白蚁科(Rhinotermitidae family)的那些(例如，Heterotermes tenuis，H.longiceps)。

线虫，诸如根结线虫属(Meloidogyne spp)、螺旋属(Helycotilenchus spp)和短体线虫属(Pratylenchus spp)。

毛虫，诸如Elasmopalpus lignosellus、草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)和Mocis latipes。

蝉，诸如Notozulia entreriana、Deois schach、Aeneolamia selecta、Deois flavopicta、Mahanarva fimbriolata、Mahanarva postieata和Kanaina vittata。

这种害虫可引起茎结构的改变。茎的结构的这种改变可以由识别装置凭经验检测到，该识别装置诸如电磁传感器或其它类型的传感器，如上面示例的。替代地，茎可能是腐烂的，并且这种特征也可借助本发明的切割机凭经验检测到。

在这种情况下，如果传感器识别到不希望的特征，则数字信号可被发送到PLC或CNC，命令茎的段被丢弃，或者在必要的情况下命令整个茎被丢弃。通过不切割该段并且向前推进该茎直到在茎中不再观察到不希望的特征并且希望的特征被识别，可以进行该段或整个茎的处置。

本发明也公开一种用于切割禾本科植物的茎段的方法，该方法包括：使用传感器识别茎的至少一个特征，该传感器选自以下各种传感器组成的组：压力变换器传感器、电容传感器、超声传感器、x射线传感器、磁传感器和微波传感器；根据所述传感器的响应而将茎放置在用于切割的确定位置；和根据所识别的特征的存在而在特定位置切割茎。合适地，使用如上所述的切割机执行该方法。

根据另外实施例，当在本发明的方法中使用电磁传感器时，在茎穿过传感器之前将水施加到茎，以便提高茎的导电性并且因此提高茎中的希望或不希望的特征的识别。例如，通过用水喷射茎或者使茎在检测和切割之前穿过水池，可以实现茎的润湿。

本发明也包括茎特征的预先检测，以便在以后的时间点进行切割。例如，传感器可用于检测如上所述的茎的特定的特征，并且茎在那个特征的位置被标记以方便后续切割。茎的标记可以使用任何合适装置，例如有色标记、UV标签、或茎中的物理凹口。然后，可以在以后使用简单的传感器***(与起初检测茎特征所需的复杂的传感器相比)来检测标记以便定位切割部位。

本发明也包括特别可用于检测禾本科植物的茎中的特征的电磁传感器的具体布置，禾本科植物的茎很少是直线的并且在直径和长度上可变化。已经观察到，当传感器包围茎时，可以获得较好的结果。换句话说，由于茎和茎的差异，如果传感器不仅靠近茎而且包围它，则茎中的某些特征的读取更加精确。

本发明的一个具体的电磁传感器布置由包括框架的电磁传感器组成，该框架具有在所述框架的周边的周围等距地布置的长形薄金属板的至少两个电极。

在本发明的替代实施例中：框架可具有圆形的、六边形的、八边形的、方形的或不规则的形状；框架具有不连续的周边；框架包括3到12个电极；框架包括多于12个的电极；电极布置成相对于框架的横轴线成一角度；所述角度被包括在0°到90°之间，具体地在10°到60°之间，更具体地在15°到50°之间，并且更加具体地大约为45°；且/或框架由电绝缘材料制成。

图4a到4c示出本发明的传感器(24)的具体实施例。传感器(24)包括具有至少两个长形电极(242)的框架(241)。根据这个具体实施例，图中示出的框架具有圆形形状。然而，如本领域技术人员可认识到的，框架可以呈现不同的形状，诸如六边形或八边形形状，或者甚至方形或不规则形状。框架可以呈现本领域技术人员确定的任何形状，只要至少两个电极在所述框架的周边的周围以等距的方式固定。

框架也可包括连续的或不连续的周边。通过不连续的周边，可以解释成框架可具有分离的段，诸如圆的段。框架甚至可以不在其整个周边设置，只要至少两个电极以等距的方式布置在该周边的周围。

框架应当包括至少两个电极以产生电场并因此产生磁场。该图示出包括八个电极(242)的实施例，但多于或少于八个电极可布置在框架中。

电极(242)由金属材料制成以允许电流通过，并且框架优选地由电绝缘材料制成以避免与电极的电干涉。这种电绝缘材料可以是例如聚合物，该聚合物例如但不限于聚四氟乙烯、尼龙、聚酯等。

如上所述，电极应当具有长形的且薄的形状，使得它们可以弹性地挠曲并且方便茎通过它们。电极的尺寸，诸如它们的长度和厚度，可以由本领域技术人员确定，只要当茎穿过它们时电极可以挠曲而不破裂。电极在挠曲之后需要返回到它们的初始位置。

电极(242)应当等距地布置在框架(241)的周边的周围。“等距地布置”意指电极应当考虑框架的整个周边彼此等距。在图中示出的这个具体实施例中，由于有八个电极分布在框架的360°周边中，因此电极各以45°间隔开。如本领域技术人员将认识到的，不同数量的电极将导致不同的分布，诸如，考虑圆形框架的情况下，当存在三个电极时每个电极以120°分布，当存在四个电极时以90°分布，当存在五个电极时以72°分布，以此类推。相同的原理可用于不同形状的框架。例如，在八边形形状中，八个电极可以布置在八面体的每个侧面中。

在替代实施例中，电极(242)布置在相对于框架的横轴线的角位置中。可以希望这个角位置方便茎在电极中的引入。该角度可以在0°(即不形成角度并且电极平行于框架的横轴线)到90°(即电极相对于框架的横轴线垂直)的范围内变化。优选地，该角度在10°到60°的范围内，更优选地在15°到50°之间，并且更加优选地大约为45°。

电极可通过合适的装置连接到电气插头(未示出)，以允许电流通过以在这种电极中产生电磁场。

图9示意性地示出特别地为甘蔗茎的茎(40)穿过其的本发明的传感器(24)。

必须理解，虽然已经针对特别实施例描述了本发明，但本领域技术人员可开发处许多技术和构造变型而不偏离本发明的范围。因此，所附权利要求应当解释为涵盖本发明的范围和特征内的所有等同物。

Claims

1.一种用于切割禾本科植物的茎段的切割机(10)，包括：

用于识别茎(40)的至少一个特征的传感器(24)；

用于根据所述传感器的响应而将所述茎放置在用于切割的确定位置的装置(60，61)；和

用于切割所述茎的装置；

其中用于识别所述茎的至少一个特征的所述传感器、用于将所述茎放置在用于切割的确定位置的所述装置以及用于切割所述茎的所述装置彼此互连且由控制装置(30)控制，以便根据所识别的特征的存在而在特定位置切割所述茎，

其特征在于，该传感器选自以下传感器组成的组：压力变换器传感器、电容传感器、超声传感器、x射线传感器、磁传感器和微波传感器。

2.根据权利要求1的切割机(10)，其中所述茎被切割成预定长度(L)。

3.根据权利要求1的切割机(10)，其中所述茎(40)是甘蔗(甘蔗属)茎、竹子(竹亚科)茎、或象草植物(狼尾草)茎。

4.根据权利要求1的切割机(10)，其中用于识别所述茎的至少一个特征的所述传感器是X射线传感器(24)。

5.根据权利要求1的切割机(10)，其中用于识别所述茎的至少一个特征的所述传感器是磁传感器(24)。

6.根据权利要求5的切割机(10)，其中所述传感器是电磁传感器(24)。

7.根据权利要求6的切割机(10)，其中所述电磁传感器(24)包括两个金属表面，所述甘蔗茎在这两个金属表面之间穿过。

8.根据权利要求7的切割机(10)，其中，在所述茎在所述金属表面之间穿过之前，水被施加到所述茎。

9.根据权利要求7或8的切割机(10)，其中，当所述茎在所述金属表面之间穿过时，所述金属表面向所述茎施加压力。

10.根据权利要求8的切割机(10)，其中所述金属表面是圆柱体的形式。

11.根据权利要求1的切割机(10)，其中用于切割所述茎的所述装置是刀、圆形刀、大镰刀、圆形锯、冲压***、剪切***、高压水切割***、等离子切割***或激光切割***中的一个或更多个。

12.根据权利要求1的切割机(10)，其中用于切割所述茎的所述装置包括以预定距离(L)间隔开的两个刀(51，52)。

13.根据权利要求1的切割机(10)，其中用于将所述茎放置在用于切割的确定位置的所述装置(60，61)是由适当装置驱动的旋转的滑轮、传送带、传送链、爪或辊中的一个或更多个。

14.根据权利要求1的切割机(10)，其中在所述茎中识别的所述特征是所述茎中的节(42)的位置。

15.根据权利要求1的切割机(10)，其中在所述茎中识别的所述特征是损坏、疾病或害虫的存在、或腐烂的段。

16.根据权利要求1的切割机(10)，其中所述控制装置(30)是可编程逻辑电路(PLC)或计算机数字控制(CNC)***。

17.根据权利要求1的切割机(10)，其中，该切割机还包括连接到用于识别所述茎(24)的至少一个特征的所述装置的组件，以产生到所述控制装置(30)的数字输出数据(27)，其中所述组件包括频率发生器(21)、调整变换器(22)、频率滤波器(23)、信号放大器(25)、可编程数字处理器(26)和数字输出装置(27)。

18.根据权利要求17的切割机(10)，其中所述频率发生器产生从大约10到大约2000Vpp、具体地从大约50到大约1500Vpp、并且更具体地大约为150Vpp的电压。

19.根据权利要求17的切割机(10)，其中所述频率发生器产生从大约50到大约500mA、具体地从大约100到大约250mA、并且更具体地大约为200mA的电流。

20.根据权利要求17的切割机(10)，其中所述频率发生器产生从大约800kHz到大约7.2MHz、具体地从大约1MHz到大约3MHz、并且更具体地大约为2MHz的频率。

21.根据权利要求1的切割机(10)，其中大体上同时地切割多个茎。

22.根据权利要求1的切割机(10)，其中单个茎的多个切割大体上同时进行。

23.根据权利要求1的切割机(10)，其中用于将所述茎放置在用于切割的确定位置的所述装置由用于将所述切割装置放置在关于所述茎的切割位置的装置代替。

24.根据权利要求1的切割机(10)，其中，当在所述茎中识别到不希望的特征时，所述茎不被切割而是被丢弃。

25.根据权利要求2的切割机(10)，其中所述长度(L)在从大约2到大约12cm、具体地从大约3到大约8cm的范围中，并且具体地大约为4cm。

26.一种用于切割禾本科植物的茎段的方法，包括：

a)使用传感器识别茎的至少一个特征，该传感器选自以下各种传感器组成的组：压力变换器传感器、电容传感器、超声传感器、x射线传感器、磁传感器和微波传感器；

b)根据所述传感器的响应将所述茎放置在用于切割的确定位置；和

c)根据所识别的特征的存在而在特定位置切割所述茎。

27.根据权利要求26的方法，还包括在识别所述茎的特征之前润湿所述茎的步骤。

28.根据权利要求26或27的方法，其中所述特征是所述茎中的节(42)。