СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ УБОРОЧНАЯ МАШИНА
AGRICULTURAL HARVESTER

Область техник, к которой относится изобретение
Изобретение относится к сельскохозяйственной уборочной машине, содержащей измельчительный аппарат для измельчения убранной массы и камеру, которая расположена за измельчительным аппаратом и направлена на проходящий через измельчительный аппарат поток убранной массы, чтобы оптически воспринимать измельчаемую убранную массу и генерировать изображения измельченной убранной массы.
Уровень техники
Для уборки кукурузы на силос, то есть кукурузы, которая после уборки идет на хранение в силосную башню, предпочтительно используются самоходные полевые измельчители. Они убирают с поля подлежащую уборке массу с помощью сменного аппарата и направляют ее к приемным органам, где производится предварительное прессование убранной массы с помощью взаимодействующих валков предварительного прессования. Далее валки предварительного прессования подают убранную массу в измельчительный аппарат, в котором она разрезается («измельчается») за счет взаимодействия оснащенного ножами вращающегося измельчительного барабана с неподвижной противорежущей пластиной. После этого убранная масса поступает через транспортирующий провод, в котором расположен метатель для ускорения убранной массы, в перегрузочное устройство, которое выбрасывает ее в транспортное средство, движущееся рядом с полевым измельчителем. Для того чтобы в процессе уборки разбивать богатые энергией кукурузные зерна, чтобы обеспечить их усвояемость животными, в транспортирующем проводе расположены также плющильные валки, между которым дробятся кукурузные зерна.
Для обеспечения хорошего качества фуража характеристики обрабатываемой убранной массы должны контролироваться по возможности в ходе уборки. Поскольку вождение машины, а также наблюдение за процессом перегрузки и управление процессом уже создают большую нагрузку, очень желателен компьютеризированный мониторинг качества измельченной убранной массы.
Из патентного документа ЕР 2098109 А1 известен силосоуборочный комбайн, оснащенный расположенной на перегрузочном устройстве камерой, которая генерирует изображения измельченной массы с обработкой получаемых изображений. При этом осуществляется виртуальная сортировка частиц убранной массы, посредством которой - при использовании различных размеров ячеек виртуального решета - может определяться количественное распределение частиц по размерам. Однако только наблюдение за размерами частиц не обеспечивает достаточной оценки качества измельченной массы, поскольку в определении качества измельченной массы играют роль также и другие критерии.
Раскрытие изобретения
Соответственно, задачей изобретения является создание сельскохозяйственной уборочной машины указанного типа, в которой при более комфортном обслуживании обеспечивается дифференцированное определение качества измельченной убранной массы.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается в сельскохозяйственной уборочной машине, обладающей признаками по пункту 1 формулы изобретения. Уборочная машина отличается тем, что камера связана с устройством обработки изображений, которое выполнено с возможностью распознавать в генерируемых изображениях кромки и по ним выводить характеристики измельченной убранной массы.
В основу изобретения положено прежде всего осознание того, что качество измельченной убранной массы лишь в ограниченной мере поддается определению только по распределению размеров содержащихся в ней частиц. Было осознано, что для основательного определения качества целесообразно иметь возможность целенаправленного поиска в измельченной убранной массе таких фракций, как обертки кукурузных початков, куски стеблей, целые кукурузные зерна и/или другие возможные фракции, которые являются показателем, например, неполного измельчения в полевом измельчителе. Так, например, при наличии ориентированных по существу в продольном направлении оберток кукурузных початков или кусков стеблей может случаться, что они проходят параллельно режущим кромкам ножей измельчительного аппарата и в результате не разрезаются или разрезаются только в продольном направлении. В таких случаях значительно превышается длина резки, отрегулированная на основе скорости приема и числа оборотов измельчительного барабана.
В соответствии с изобретением для поиска фракций убранной массы была найдена удачная возможность преобразования, согласно которой связанное с камерой устройство обработки изображений может распознавать кромки, имеющиеся в генерируемых камерой изображениях измельченной убранной массы. В основу метода положено знание того, что видимые на изображении кромки имеющихся фракций измельченной убранной массы удобно поддаются машинному распознаванию, так как контуры (кромки) по меньшей мере некоторых фракций в генерированном изображении имеют более сильный контраст и/или контраст на большей длине по сравнению с остальной измельченной убранной массой. Далее, характерный контур кромки дает устройству обработки изображений возможность отнесения к различным фракциям измельченной убранной массы. В достаточной степени однозначное отнесение на основе контура кромок возможно, например, для оберток кукурузных початков, кусков стеблей или целых кукурузных зерен. Согласно изобретению по распознанным в изображении убранной массы кромкам устройство обработки изображений выводит характеристики убранной массы, такие как содержание в измельченной убранной массе оберток кукурузных початков, кусков стеблей или целых кукурузных зерен, что дает в результате дифференцированное заключение о качестве убранной массы. Таким путем достигается решение поставленной задачи.
Для распознавания в генерируемом изображении видимых кромок фракций убранной массы предпочтительно устройство обработки изображений отыскивает контрасты, которые превышают предварительно задаваемую наименьшую длину. За счет этого при обработке обеспечивается учет только фракций, начиная с определенного размера. На основе контура контраста (криволинейного или прямого) устройство обработки изображений может производить идентификацию, причем, в особенности, обертки кукурузных початков или куски стеблей имеют прямые кромки, а следовательно, и прямой контур контраста, в то время как, например, кукурузные зерна могут быть распознаны по криволинейному (почти круглому) контуру контраста.
Соответственно, устройство обработки изображений предпочтительно выполнено с возможностью действовать так, что на основе распознанных, проходящих по существу прямо, кромок оно определяет имеющееся в убранной массе содержание кусков стеблей. Основополагающая идея заключается в том, что стебли или куски стеблей имеют на изображении длинные контрастные кромки.
Альтернативно или дополнительно устройство обработки изображений выполнено с возможностью действовать так, что на основе распознанных, проходящих по существу прямо, кромок оно определяет имеющееся в убранной массе содержание оберток кукурузных початков, поскольку они имеют на изображении длинные контрастные кромки. Для различения оберток кукурузных початков от кусков стеблей устройство обработки изображений может учитывать другие критерии, такие как длина кромок, окраска, обнаруженные величины поверхностей или другие воспринимаемые на изображении признаки.
Альтернативно или дополнительно устройство обработки изображений выполнено с возможностью действовать так, что на основе распознанных контуров кромок оно определяет имеющееся в убранной массе содержание зерен кукурузы. Для этого возможно по видимым на изображении криволинейным, в особенности замкнутым, почти круглым контурам кромок делать заключение о наличии неизмельченных зерен кукурузы. На основе контура кромок далее в устройстве обработки изображений возможно вычисление величины кукурузных зерен, например, на основе распознанного диаметра замкнутого контура.
Согласно выгодному решению по развитию изобретения полевой измельчитель содержит устройство вывода, которое выполнено с возможностью действовать так, что выдает оператору уборочной машины информацию, связанную с установленными характеристиками убранной массы. При этом выдаваемая информация может иметь любой вид (оптический, акустический и т.д.).
Информация может иметь различную структуру по содержанию или служить для различных целей. Так например, информация может сигнализировать оператору о переходе через устанавливаемые предельные величины характеристики убранной массы. В этом случае оператор получает информацию в виде предупреждения или сигнала, когда, например, в убранной массе распознается установленное оператором наибольшее количество оберток кукурузных початков. Такая информация может служить оператору для того, чтобы он самостоятельно предпринял меры и не допустил превышения предельной величины.
Кроме того, информация может являться информацией о количестве по меньшей мере одной фракции, имеющейся в убранной массе. При этом оператору на устройстве вывода сообщаются данные о количествах фракций, установленных в убранной массе, причем количества могут быть выданы в абсолютных или относительных величинах.
Согласно решению по развитию изобретения дополнительно предусмотрено, что информация содержит рекомендацию для оператора по настройкам машины, с помощью которых обеспечивается возможность улучшения качества убранной массы. При этом для определения качества убранной массы, к которому следует стремиться, целесообразно на основе введенных ранее оператором или вызываемых из запоминающего устройства критериев установить, что выданная рекомендация направлена на достижение этого определенного качества.
Для дальнейшего облегчения работы в процессе уборки в следующем примере осуществления изобретения предусмотрено связанное с устройством обработки изображений устройство управления, которое в зависимости от установленных характеристик убранной массы настраивает по меньшей мере один рабочий аппарат уборочной машины для повышения качества убранной массы. Это обеспечивает возможность автоматического реагирования уборочной машины на установленные характеристики убранной массы без необходимости для оператора обращать на них внимание. Возможна настройка различных рабочих аппаратов. Может быть также предусмотрено, что перед выполнением настройки от оператора запрашивается подтверждение меры, чтобы предотвратить нежелательное автоматическое вмешательство в работу машины.
Устройство управления выгодным образом выполнено с возможностью действовать так, что в зависимости от содержания в убранной массе распознанных стеблей оно изменяет длину резки убранной массы. При измельчении длина резки убранной массы определяется взаимосвязью числа оборотов измельчительного барабана и скорости подачи приемного органа, при этом при повышении числа оборотов измельчительного барабана или при снижении скорости подачи - при равных других параметрах - длина резки уменьшается.
Предпочтительно устройство управления путем соответствующей настройки измельчительного барабана и/или приемного органа обеспечивает уменьшение длины резки при повышении содержания стеблей в убранной массе, поскольку эта мера позволяет снизить содержание стеблей.
Далее, выгодным образом устройство управления выполнено с возможностью действовать так, что в зависимости от содержания в убранной массе распознанных оберток кукурузных початков оно запускает или осуществляет меры по улучшению режима резки измельчительного аппарата. Эта идея может осуществляться, например, посредством того, что при превышении задаваемого содержания в убранной массе оберток кукурузных початков устройство управления активизирует предназначенное для измельчительного аппарата устройство заточки или устройство настройки положения относящейся к измельчительному аппарату противорежущей пластины, поскольку эти меры могут вновь понизить содержание оберток кукурузных початков.
Альтернативно или дополнительно устройство управления может быть выполнено с возможностью действовать так, что в зависимости от содержания в убранной массе распознанных кукурузных зерен оно настраивает расположенное за измельчительным аппаратом устройство кондиционирования таким образом, что не превышается предварительно задаваемое содержание кукурузных зерен в убранной массе. В этом случае настройка должна служить для того, чтобы в измельченной массе было меньше или совсем не было неизмельченных кукурузных зерен. Конкретно настройка может заключаться в изменении расстояния между плющильными валками устройства кондиционирования. Кроме того, путем настройки может изменяться разность чисел оборотов плющильных валков или сила прессования между ними.
Краткий перечень чертежей
Другие особенности и преимущества изобретения будут ясны из последующего описания примеров осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах:
фиг.1 схематично изображает на виде сбоку полевой измельчитель по изобретению,
фиг.2 схематично изображает в упрощенном виде изображение измельченной убранной массы, снятое камерой полевого измельчителя по изобретению.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показана самоходная уборочная машина в виде полевого измельчителя 1. Полевой измельчитель 1 оснащен не обозначенными позициями передней и задней ходовыми осями с относящимися к ним колесами и способен передвигаться по полю для уборки растительности 2 на корню. Поток 3 убранной массы, проходящий через полевой измельчитель 1 в процессе уборки, обозначен черной линией (с указанием направления стрелками).
В процессе уборки полевой измельчитель 1 с помощью сменного аппарата 10 срезает растительность 2 на корню, чтобы подавать отделенные части растений в виде потока 3 убранной массы к расположенным позади приемным органам 11. Приемные органы 11 помимо прочего содержат две пары валков предварительного прессования с вращающимися валками (позициями не обозначены), которые предварительно уплотняют поток 3 убранной массы с образованием полосы и подают ее в измельчительный аппарат 12.
Измельчительный аппарат 12 содержит по существу вращающийся измельчительный барабан 14 и расположенную напротив него неподвижную противорежущую пластину 13. Измельчительный барабан 14 снабжен множеством ножей 15 и при работе вращается против часовой стрелки на фиг.1, чтобы разрезать («измельчать») убранную массу во взаимодействии с неподвижной противорежущей пластиной 13.
После измельчения в измельчительном аппарате 12 убранная масса проходит через транспортирующий провод 16, выступающий вверх за кабиной 23 водителя. В транспортирующем проводе 16 расположены друг за другом по направлению потока 3 убранной массы устройство кондиционирования, оснащенное двумя плющильными валками 17, и метатель 18. Поток 3 убранной массы проходит между приводными плющильными валками 17, причем их поверхности трения служат для того, чтобы дробить содержащиеся в убранной массе кукурузные зерна и делать их усвояемыми для животных. Метатель 18 служит для дальнейшего ускорения убранной массы для обеспечения возможности ее последующего выброса через примыкающее к транспортирующему провожу перегрузочное устройство 19 («разгрузочную трубу») из полевого измельчителя 1 на непоказанное транспортное средство.
В процессе уборки качество выбрасываемой измельченной массы довольно значительно колеблется из-за самых различных факторов влияния, помимо прочих таких как изменяющиеся условия уборки (вид убираемой культуры, влажность убранной массы, состав убранной массы), переменных параметров настройки или использования компонентов машины (скорость движения, длина кусков при измельчении, размер зазора между плющильными валками, острота ножей, состояние противорежущей пластины или ее зазор и т.д.).
Для мониторинга качества процесса измельчения полевой измельчитель 1 оснащен камерой 4, которая в целях оценки качества оптически воспринимает обработанную в полевом измельчителе 1 убранную массу непосредственно перед ее перегрузкой на транспортное средство. Для этого камера 4 расположена позади всех обрабатывающих устройств полевого измельчителя 1 на задней стенке перегрузочного устройства 19. Камера 4 оптически воспринимает подаваемую через перегрузочное устройство 19 измельченную убранную массу 9, при этом камера 4 генерирует изображения 5 измельченной убранной массы 9 (упрощенно представленные в виде квадрата). Из-за высокой скорости движения убранной массы в перегрузочном устройстве 19 и слабого освещения предпочтительно камера 4 дополнительно снабжена осветительным устройством (например, стробоскопом), которое, например, создает направленные на измельченную убранную массу световые вспышки для обеспечения возможности генерировать изображения 5, пригодные для обработки.
Камера 4 связана проводом передачи сигналов с устройством 6 обработки изображений для передачи генерируемых камерой 4 изображений 5 измельченной убранной массы 9. Устройство 6 обработки изображений выполнено с возможностью поиска кромок 8, чтобы по ним делать вывод о характеристиках измельченной убранной массы.
В показанном на фиг.1 примере выполнения устройство 6 обработки изображений снабжено оптическим устройством 7 вывода в виде монитора для оператора машины, работающего в кабине 23 водителя. С помощью устройства 7 вывода оператору машины предоставляется информация о характеристиках измельченной убранной массы 9, установленных устройством 6 обработки изображений. Это может быть, например, информация о количестве фракций, распознанных в измельченной убранной массе 9. Дополнительно через устройство 7 вывода оператору могут предоставляться рекомендации о том, с помощью каких настроек машины или других мер может быть улучшено качество измельченной массы.
Согласно примеру выполнения по фиг.1 полевой измельчитель 1 дополнительно снабжен устройством 22 управления, связанным с устройством 6 обработки изображений связью передачи сигналов. Это обеспечивает возможность в зависимости от установленных характеристик измельченной убранной массы 9 автоматической настройки рабочего аппарата полевого измельчителя 1 или автоматического запуска в действие других мер для улучшения качества измельченной убранной массы 9. Посредством настройки могут изменяться, например, числа оборотов приемных органов 11, измельчительного барабана 14, плющильных валков 17 (или соотношение их чисел оборотов). Кроме того, посредством настройки может изменяться зазор противорежущей пластины и/или зазор между плющильными валками. Возможен также запуск процесса заточки ножей 15.
На фиг.2 в упрощенном схематичном виде показано изображение 5 измельченной убранной массы, принятое камерой 4 полевого измельчителя 1. Здесь видно мгновенное изображение измельченной убранной массы, «пролетающей» мимо камеры 4 в поле обзора камеры 4, укрепленной на задней стенке перегрузочного устройства 19, как это показано на фиг.1. Согласно фиг.2 показанная в качестве примера убранная масса 9 состоит из различных фракций, при этом в ней имеется множество частиц 21 различных форм и размеров, а также два куска 20 стеблей.
Для заключения о характеристиках измельченной убранной массы 9 устройство 6 обработки изображений распознает в полученном участке убранной массы 9 (изображении 5) имеющиеся в ней кромки 8. Это выгодным образом осуществляется путем того, что с помощью устройства 6 обработки изображений отыскиваются и распознаются имеющиеся в изображении 5 контрасты, которые имеют определенную наименьшую длину и определенную интенсивность, как это прежде всего имеет место вдоль кромок 8 кусков 20 стеблей. На основе прямых линий кромок кусков 20 стеблей значительно большей длины, чем частицы 21, устройство 6 обработки изображений может четко относить куски 20 стеблей к категории кусков стеблей. В зависимости от числа идентифицированных кусков стеблей в изображении 5, причем при рассмотрении серии нескольких изображений 5 может быть получено более точное заключение, устройство 6 обработки изображений способно вычислить частотную характеристику (например, число кусков стеблей на количество убранной массы). При этом возможно соответствующее сообщение оператору на устройстве 7 вывода. Соответственно, с помощью устройства 22 управления могут быть произведены действия по настройке машины, чтобы оказать автоматизированное влияние на характеристики измельченной убранной массы 9.
Дополнительно к описанному распознаванию кромок возможно привлечение устройством 6 обработки изображений других содержащихся в изображении признаков для обработки. Так, например, распознавание кромок может выгодным образом комбинироваться с цветовой обработкой.
Следует отметить, что здесь описана обработка на основе анализа кромок на примере кусков 20 стеблей, однако подобным же образом могут быть идентифицированы и другие фракции убранной массы, которые имеют формы, распознаваемые по характерным линиям кромок. Это относится, например, к оберткам кукурузных початков. Возможно также распознавание зерен кукурузы в убранной массе, причем здесь вместо прямого хода кромок следует искать замкнутый почти круглый контур кромки, при необходимости в сочетании с размером диаметра. Здесь может быть выгодна также комбинация с цветовой обработкой, особенно с учетом того, что зерна кукурузы отличаются своей желтой окраской от остальных фракций убранной массы.
Перечень ссылочных обозначений на чертежах
1
Полевой измельчитель
2
Растительность на корню
3
Поток убранной массы
4
Камера
5
Изображение
6
Устройство обработки изображений
7
Индикаторное устройство
8
Кромка
9
Измельченная убранная масса
10
Сменный аппарат
11
Приемные органы
12
Измельчительный аппарат
13
Противорежущая пластина
14
Измельчительный барабан
15
Нож
16
Транспортирующий провод
17
Плющильные валки
18
Метатель
19
Перегрузочное устройство
20
Кусок стебля (разрезанный поперечно длине)
21
Частица
22
Устройство управления
23
Кабина водителя