[发明专利]一种基于紫外激光器的烟用原料分切装置与方法

说明书

本发明提出了一种基于紫外激光器的烟用原料分切装置与方法，其中，分切方法包括：将烟用原料以单张平铺的方式输运至紫外激光器的分切区域；烟用原料输运至指定位置后，启动高光谱成像装置进行高光谱图像采集；高光谱成像装置采集烟用原料的图谱信息后，保存至高光谱图像处理服务器进行图像处理获得烟用原料的光谱特征的位置、形状和大小；根据获得的光谱特征，形成烟用原料的分切轨迹图传输至紫外激光器；紫外激光器以设定的扫描速度基于分切轨迹图对烟用原料进行分切；装置包括烟用原料输运平台、高光谱成像装置、紫外激光器和高光谱图像处理服务器。本发明能够实现对烟用原料的精细分切和特种需求的加工处理。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种基于紫外激光器的烟用原料分切装置与方法，用于烟草加工。

背景技术

自1967年Sullivan和Houldcroft提出并实现了吹氧法进行金属激光切割，激光切割以其切割速度快、切口宽度窄、热影响区和热变形小、成本低、效率高、可实现复杂与精密切割和易于自动化等优点，成为一种重要的现代化先进加工技术。紫外相干光源的波段短，单分子能量高、光斑小的特点。常见的紫外激光器利用非线性晶体的倍频特性对泵浦源产生的基频光进行二次或多次的频率变换如倍频、混频等从而实现可见波段、红外波段激光到紫外波段激光的波长转换。采用超短脉冲技术，激光与材料相互作用的时候，由于极短的作用时间，从根本上改变了激光与材料相互作用的物理机制，激光辐射过程中，载流子在极短的时间内通过吸收光子能量而被激发，从而可以避免激光与烟用材料作用的烧蚀，进而实现对烟用材料的冷加工，同时可以保留烟草原料内在的物理特征和化学品质。

20世纪80年代，随着传感器和空间技术的快速发展，高光谱监测技术迅速引起了人们的广泛关注。高光谱成像将成像技术和光谱技术相结合，不仅仅包含了待测物品的图像的空间几何信息，如形状、边缘、大小和纹理等，还较广的光谱波段信息，能够覆盖可见光-中波红外（400~4000 nm），具有典型的“图谱合一”功能，极大地拓展待测信息的光谱和深度。在矿床勘探、地质岩分类和识别、水质监测、植被种类鉴别、病灶诊断和目标监测与识别等方面具有重要的应用价值。烟草同其他植物一样具有典型光谱反射特征，反射、吸收或者发射的辐射亮度都是随着波长变化的，成像光谱仪能够在近乎连续的光谱波段上测量烟草原料的辐射亮度，从而能够更加精确的区分烟草原料的差异。

传统烟用原料的分切主要是采用机械分切的方式，具有烟叶造碎大、漏切、分切精度低的缺点，同时需要定期更换切刀，无法严格保证分切后的烟用原料。CN107594608A一种激光分切烟叶的装置，解决了烟叶机械分切造碎大、漏切、分切精度不高、切刀更换频繁等问题，然而，随着烟用原料分级的进一步细化，烟用原料的分切已不满足于传统的简单分切，需要更进一步地进行精细化分切。

发明内容

为了解决上述问题，有必要提供一种基于紫外激光器的烟用原料分切装置与方法。

本发明第一方面提供了一种基于紫外激光器的烟用原料分切方法，包括：

将烟用原料以单张平铺的方式输运至紫外激光器的分切区域；

烟用原料输运至指定位置后，启动高光谱成像装置进行高光谱图像采集；

高光谱成像装置采集烟用原料的图谱信息后，保存至高光谱图像处理服务器进行图像处理获得烟用原料的光谱特征的位置、形状和大小；

根据获得的光谱特征，形成烟用原料的分切轨迹图传输至紫外激光器；

紫外激光器以设定的扫描速度基于分切轨迹图对烟用原料进行分切。

基于上述，根据获得的光谱特征，形成烟用原料的分切轨迹图的方法包括：

结合烟用原料的尺寸和形状，以紫外激光器的激光焦点在烟用原料的位置为中心建立平面坐标系；

以y轴方向为开始，按照逆时针方向寻找烟用原料的主梗，搜索烟用原料的目标光谱特征区域的边缘点；