一种利用激光去除仙人掌刺的方法和装置与流程

本发明涉及激光应用领域，特别的，本发明涉及一种利用激光去除仙人掌刺的方法。此外，本发明还涉及一种利用激光去除仙人掌刺的装置。

背景技术：

仙人掌是一种植物，属于石竹目沙漠植物的一个科。为了适应沙漠的缺水气候，其叶子演化成短短的小刺，以减少水份的蒸发，亦能作阻止动物吞食的武器。仙人掌原产于墨西哥，已知品种将近有2000种，其中有很多品种广泛用于药用、化妆品的生产原料，有些品种可作为食材。目前我国国内也已有多个品种引种，如：米邦塔仙人掌、梨果仙人掌、扭刺仙人掌、大花仙人掌、仙桃仙人掌、胭脂仙人掌等，这些种类的仙人掌含有大量的维生素和矿物质，具有降血糖、降血脂、降血压的功效，可加工成多种保健品，化妆品，药品等产品。其中米邦塔食用仙人掌又是营养丰富，低脂肪、低糖食品，对于人体健康非常有利，是控制糖尿病病情的理想食物，可加工成多种食品或保健品等产品。

但是众所周知，在仙人掌的叶茎上分布着许多侧壁孔，这些孔处覆盖着长达3～30mm的仙人掌刺，刺的旁边还有一些倒刺毛。仙人掌无论在用于原料生产或用于食用之前就需要将这些刺去除，该过程通常由操作人员手动地去除或者利用刀片等工具来为叶茎表面进行除刺。这些除刺过程通常会导致产品的损坏(损坏的体积可达30％)以及保存期限变短，从而影响了除刺后的产品的存放和销售。

公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

针对现有技术中的问题，本发明旨在提供一种利用激光去除仙人掌刺的方法，该方法不但可以快速高效地去除仙人掌刺，而且不会伤及仙人掌的本体。

为了达到上述目的，本发明的一种利用激光去除仙人掌刺的方法包括以下步骤：

s1：对待加工的仙人掌进行扫描，以检测仙人掌本体上的仙人掌刺；

s2：移动仙人掌并且定位至少一个仙人掌刺；

s3：利用激光对定位的仙人掌刺进行烧灼；

s4：通过响应第一反馈信号来确定是否完成对该定位的仙人掌刺进行的烧灼；

s5：当确定完成了对该定位的仙人掌刺所进行的烧灼时，移动该仙人掌并且继续定位其他仙人掌刺。

优选地，所述步骤s1可以进一步包括：s11：对待加工的仙人掌进行拍照，以形成计算机能够识别的图像；s12：将所述图像与特征数据库中的图像进行比对，以形成仙人掌刺的三维坐标；s13：将检测出的仙人掌刺设定为识别特征。

优选地，所述步骤s1可以进一步包括：s11’：利用小功率激光对待加工的仙人掌进行往复式扫描；s12’：通过响应第二反馈信号来确定是否检测到仙人掌刺；s13’：当确定检测到了仙人掌刺时，将检测出的仙人掌刺设定为识别特征。

优选地，所述第一反馈信号和第二反馈信号可以为由激光产生的耀斑信号或者与激光的频率相应的声音信号。

优选地，所述步骤s3可以进一步包括：s31：对所定位的至少一个仙人掌刺中的一个进行激光焦点捕捉定位；s32：利用具有一定功率的激光，以该仙人掌刺的根部为中心，并且沿着该仙人掌刺外侧周向，以逐次递减的半径对该仙人掌刺进行往复式的烧灼。

优选地，所述激光的功率范围可以大于20w。

优选地，所述激光可以为通过由yag激光器、光钎激光器或者co2激光器中的一种所发出的激光。

本发明还涉及一种利用激光去除仙人掌刺的装置，其包括：

检测识别装置，其对待加工的仙人掌进行扫描，以检测仙人掌本体上的仙人掌刺；

移动定位装置，其移动仙人掌并且定位至少一个仙人掌刺；

激光烧灼装置，其利用激光对定位的仙人掌刺进行烧灼；

控制装置，其通过响应第一反馈信号来确定是否完成对该定位的仙人掌刺进行的烧灼，当确定完成了对该定位的仙人掌刺所进行的烧灼时，该控制装置发送信号至所述移动定位装置，以移动该仙人掌并且继续定位其他仙人掌刺。

优选地，所述检测识别装置可以包括照相机和识别控制器，该照相机用于对待加工的仙人掌进行拍照，以形成计算机能够识别的图像，并且将该图像发送至所述识别控制器，该识别控制器将所述图像与特征数据库进行比对，以形成仙人掌刺的三维坐标并且将检测出的仙人掌刺设定为识别特征；所述移动定位装置可以包括传送带、第一激光位移控制器、第一透镜、第二激光位移控制器和第二透镜，该第一激光位移控制器和第一透镜用于将激光聚焦至待加工的仙人掌的一侧的仙人掌刺上，该第二激光位移控制器和第二透镜用于将激光聚焦至待加工的仙人掌的另一侧上的仙人掌刺上；所述激光烧灼装置可以包括第一激光发生器和第二激光发生器，以用于分别发射激光。

优选地，该装置还可以包括：第一光电/声音传感器和第二光电/声音传感器，以用于分别检测仙人掌的两侧上的光电/声音信号，并且将检测到的信号发送至所述控制器。

本发明通过使用激光对仙人掌片除刺，除刺后的仙人掌表面光滑，仙人掌表面无伤口，使保质期延长，同时也可用于其他工业原料如仙人掌汁的加工。

附图说明

下文将结合附图对本发明的示例性实施例进行更为详细的说明。为清楚起见，不同附图中相同的部件以相同标号示出。需要说明的是，附图仅起到示意作用，其并不必然按照比例绘制。在附图中：

图1为本发明中的利用激光去除仙人掌刺的方法的流程图；

图2为本发明中对仙人掌刺进行拍照扫描后所形成的示意图；

图3为本发明中对仙人掌刺的进行激光烧灼的路径的示意图；

图4为本发明中的利用激光去除仙人掌刺的装置的结构示意图；以及

图5为图4中的侧视结构示意图。

具体实施方式

下面将参考所附附图对本发明的示例性实施例进行详细的描述。

作为本发明中的一种具体实施方式，本发明的利用激光去除仙人掌刺的方法实现原理是：首先将仙人掌通过传送带送入到带排烟装置的箱体中，该箱体中安装有三维图像识别照相机，监测到仙人掌进入后对仙人掌进行拍照，拍照后通过计算机将特征图像与识别系统数据库中的图像进行比对，从而确定仙人掌刺的三维坐标，拍照后形成的扫描图形如图2所示，在该图中a区域表示拍照区域，箭头方向表示进料方向。随后，去刺过程通过检测激光烧蚀过程的耀斑或声音作为反馈信号，以此确认去刺的过程是否终结，由于仙人掌叶片含有大量的水分，在将仙人掌刺全部烧蚀完毕后激光功率大部分被吸收，不会有耀斑或声音产生，以此作为该坐标点去刺完成的标识信号，对一个坐标点完成除刺后，激光位移伺服控制模块控制激光焦点移向下一个仙人掌刺，直至将这个平面的刺去除干净。当一个检测平面的工作完毕后传送带向前运行一个三维识别区，进行下一个循环作业。

下面结合附图1，对本发明的利用激光去除仙人掌刺的方法的流程进行进一步的详细描述：首先在步骤s1：对待加工的仙人掌进行扫描，以检测出仙人掌本体上的仙人掌刺。将仙人掌放到传送带上后，途径在激光机扫描头下方时，被集成有高清拍照系统的激光扫描头进行拍照，照片和控制计算机中特征识别模块中存储的仙人掌刺的特征进行对比识别，对仙人掌刺进行定位，同时确定每一组仙人掌刺的坐标。步骤s2：移动仙人掌并且定位至少一个仙人掌刺，以准备开始对定位的仙人掌刺进行激光烧灼。步骤s3：利用激光对定位的仙人掌刺进行烧灼。具体请参考图3中的烧灼轨迹b，该种烧灼方式是以仙人掌刺的根部为中心，沿着该仙人掌刺外侧周向、以逐圈递减的半径对该仙人掌刺一圈一圈地进行往复式的烧灼。采用这种特殊的烧灼方式，不但效率更高而且烧灼效果更好。但是本发明并不局限于这种烧灼方式，例如也可以采用类似于上述的烧灼方式，只不过烧灼外周不是以圆形递减而是以方形或其他形状递减，或者还可以采用沿仙人掌刺的周向或者轴向进行逐行扫描并烧灼的方式等，只要能利用激光对仙人掌刺进行烧灼，这些具体的方式均可以用于本发明中的方法中。

随后，在步骤s4：通过响应第一反馈信号来确定是否完成对该定位的仙人掌刺的烧灼。在对仙人掌刺进行烧蚀去刺时，去刺过程可以通过检测激光烧蚀过程的耀斑作为反馈信号，以此确认去刺的过程是否终结，由于仙人掌叶片含有大量的水分，在将仙人掌刺全部烧蚀完毕后激光功率大部分被吸收，不会有耀斑产生，以此作为该坐标点去刺完成的标识信号。步骤s5：当确定完成了对该定位的仙人掌刺的烧灼时，既对一个坐标点完成除刺后，激光位移伺服控制模块控制激光焦点移向下一个仙人掌刺，直至将这个平面的刺全部去除干净。

整个去刺过程，传送带均在运行中，安装在传送带上的速度传感器将仙人掌的移动位移信息传送给激光位移伺服控制其，激光位移伺服控制器按传送带位移信息和仙人掌定位坐标信息进行运算跟踪，使仙人掌刺在运动中也能被准确跟踪定位进行激光烧蚀。

在本发明的第二具体实施方式中，具体的仙人掌刺检测方法采用激光扫描方式进行检测而具体的反馈方法则采用声音反馈的方式进行反馈。具体的，首先利用小功率(该功率小于上述烧灼仙人掌刺的功率，以不至于损坏仙人掌本体)激光对待加工的仙人掌进行往复式扫描。可以使用激光器的振镜控制系统对工作位的仙人掌以较小的功率进行间隔为0.1～5mm为间隔的往复扫描，当激光探测到刺的存在，由于强烈的光吸收就产生了一个典型的和激光激发频率相近的声音信号。当该声信号产生后，声音探测器发出指令，系统提高激光能量，同时激光位移驱动模块跟踪这组刺，按设定的激光位移速度和轨迹(如图3所示)对仙人掌刺盘进行高能激光脉冲去刺加工，烧蚀去刺，去刺过程通过检测特定频率的声音作为反馈信号，以此确认去刺的过程是否终结，该组仙人掌刺去除完毕后从声音信号开始的坐标点开始进行侦测扫描。

此外，在本发明的第三具体实施方式中，具体的仙人掌刺检测方法可以采用激光扫描方式进行检测而具体的反馈方法则采用如第一具体实施方式中所提及的耀斑反馈的方式。其中的仙人掌刺的具体检测方式如第二具体实施方式中所述，这里不再对其进行描述。

如图4和图5所示，本发明还涉及一种利用激光去除仙人掌刺的装置，其包括：检测识别装置，其对待加工的仙人掌进行扫描，以检测出仙人掌本体上的仙人掌刺。移动定位装置，其移动仙人掌并且定位至少一个仙人掌刺。激光烧灼装置，其利用激光对定位的仙人掌刺进行烧灼。控制装置，其通过响应第一反馈信号来确定是否完成对该定位的仙人掌刺的烧灼，当确定完成了对该定位的仙人掌刺的烧灼时，该控制装置发送信号至所述移动定位装置，以移动该仙人掌并且继续定位其它的仙人掌刺。

具体的，所述检测识别装置包括照相机和识别控制器(图中未示)，该照相机用于对待加工的仙人掌进行拍照，以形成计算机能够识别的图像，并且将该图像发送至所述识别控制器，该识别控制器将所述图像与特征数据库进行比对，以形成仙人掌刺的三维坐标并且将检测出的仙人掌刺设定为识别特征。所述移动定位装置包括传送带1、第一激光位移控制器2、第一透镜3(镜头)、第二激光位移控制器4、第二透镜5(镜头)以及第一光电/声音传感器6和第二光电/声音传感器7。该第一激光位移控制器2和第一透镜3用于将激光聚焦至待加工的仙人掌的一侧的仙人掌刺上，该第二激光位移控制器4和第二透镜5用于将激光聚焦至待加工的仙人掌的另一侧上的仙人掌刺上。此外，所述激光烧灼装置还包括设置在第一激光机8中的第一激光发生器9和设置在第一激光机10中的第二激光发生器11，以用于分别用于发射第一激光束12和第二激光束13。

本发明中的激光器可以使用yag(钇铝石榴石)激光器、光纤激光器、co2(二氧化碳)激光器等(根据实际需要，也可以是其它形式的激光器)。优选地以采用光纤激光器效果最佳，其次为yag激光器，co2激光器对焦点追踪的要求较高，虽然控制系统稍显复杂，但仍能达到除刺的目的，故也在本专利的保护范围中。综合考虑不同品种的仙人掌及产能，激光器功率可选20～120w(瓦)均可得到质量满意的除刺效果，但考虑产能，也可以使用大于120w的激光功率。

前面对本发明具体示例性实施方式所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。