用于保护光学检测装置不受污染的方法和设备的制作方法
专利名称：用于保护光学检测装置不受污染的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在污染环境中使用的光学检测器，并且与在自动或半自动挤奶系统中使用的光学检测器(例如用于确定动物奶头位置的光学检测器)具有特定关联。
背景技术：
光学检测布置，例如通常在自动挤奶系统中使用的光学检测布置，典型地包括呈二极管检测器或CCD阵列相机形式的检测器，该检测器用于检测从关注对象中发出或从关注对象上反射的辐射并且利用所检测到的辐射来确定对象和检测器之间的距离。一些系统还可具有辐射源(例如激光器)，辐射源用来以适合的辐射照射关注对象。在大多数情况下，如果存在辐射检测器和辐射源，则将辐射检测器和辐射源布置在壳体中在保护相机或二极管不受环境污染的屏幕或窗口后面。窗口可由玻璃或者其它适合的透明材料制成，可见光或其它辐射可基本穿过玻璃或其它适合的透明材料而不会被衰减。为了此类光学检测系统可靠地操作，重要的是辐射穿过窗口的透射不被沉积物(例如污垢、灰尘或水)阻挡。任何类型的沉积物使能够到达检测器的光学辐射的量减少，并且在包含用于照射对象的辐射源的系统中，任何类型的沉积物也会阻止对象被充分照射。挤奶工作室中的特殊挑战是系统周围存在的污垢和液体的量。与动物接触的所有装备必须保持清洁。通常，这是通过用清洁液或消毒液或者至少用水对挤奶系统的相关元件(例如挤奶杯、奶头清洁装置以及甚至机器臂的多个部分)周期性地清洗来实现的。此外，当要对动物挤奶时， 必须清洗奶头并且通常在挤奶后还必须对奶头进行消毒。在此过程中，液体的液滴会在空气中传播，因此可能会落在检测器窗口上。在挤奶前和挤奶后，奶还可能从动物的奶头上泄露。由于光学检测器经常放置在动物的奶头附近，所以奶也可能落在检测器窗口上。此外，由于各种清洁操作的原因，挤奶工作室的地板经常是湿的，使得液滴会被动物脚部的移动向上抛起。现有系统具有清洁装置，清洁装置或者与检测器分离地设置，或者连接至检测器窗口，以清洗或擦拭窗口表面并可能用气流对保护窗口进行干燥。例如，EP-A-0688498描述了一种在挤奶布置中使用的柱形光学检测器，该挤奶布置具有适于在窗口上移动的滑动盖。该滑动盖装配有被清洁液弄湿的海绵。当滑动盖在窗口上滑动时，窗口被海绵擦拭。US4, 843，561描述了一种农业收割机，该农业收割机具有呈相机形式的成像装置。通过喷出清洁溶液的喷射器和自动擦拭保护相机的玻璃盖的刮水片，对这些相机进行清洁。这种布置的问题是，花费一定的时间来完成清洁，并且在这段时间内，光学检测器必须不操作，因为在表面上施加任何形式的液体都将妨碍检测器的正确操作。US4, 240，691提出了一种用于保护电视摄像机的系统，该电视摄像机用于监视。该系统本质上包括安装在摄像机物镜的前方并被成形为产生空气通道的装置，通过该通道持续输送加压空气。保护装置被设计为生成跨越摄像机物镜表面的层状气流，从而在空气中的任何灰尘能够落在玻璃上以前将灰尘带离物镜表面。装配有此装置的摄像机连续操作，并且能够无人看管数日、数周或者甚至数月。持续气流意在确保相机保持基本没有灰尘。然而，对连续的加压气流的需要使该布置昂贵。此外，尽管该装置有效地用于防止空气中的灰尘或较小污垢颗粒在非重度污染的位置(例如安装至建筑物的位于地面正上方的墙壁)使摄像机物镜变模糊，但这种布置在位于固有地脏的地板附近时可能效果较差，因为受迫气流将产生湍流，湍流会从地板上带起灰尘、颗粒物、泥土和液体至空气中。这不仅会使物镜模糊，还可能损坏物镜，因为随时间流逝，所生成的尘云中的任何磨损性颗粒都可能会擦伤相机。因此，这种布置内在并不适于在仓库或挤奶工作室的地板附近对例如大概位于奶牛奶头高度的相机使用。鉴于以上布置和方法的缺陷，本发明的目的是减少由对被设置在脏的环境中使用的相机的清洁所产生的不操作时间，同时通过确保相机窗口维持清洁来保持可靠有效的操作。
发明内容
根据本发明，该目的是以一种挤奶系统实现的，所述挤奶系统具有:挤奶机器，具有至少一个机器臂，所述至少一个机器臂用于将挤奶杯施加至动物的奶头；光学检测器，用于检测由动物的至少一部分发出和/或反射的辐射，所述检测器具有壳体和检测元件，所述壳体具有窗口，所述 窗口对于所述辐射是基本透明的，所述检测元件被装在所述壳体内并通过所述窗口接受所述辐射，其中所述光学检测器适于移动至动物下方的位置，以检测所述动物的奶头的位置；以及控制器，用于控制所述机器臂和所述检测器的操作。所述检测器包括气流布置，所述气流布置适于连接至加压空气源并具有至少一个孔，所述至少一个孔被设置在所述检测器窗口附近以产生与所述窗口的表面基本平行流动的气帘，其中所述控制器适于控制加压空气向所述至少一个孔的施加，以在由所述控制器控制的至少一个进一步的操作开始时或在由所述控制器控制的至少一个进一步的操作开始以前不久产生所述气帘。通过产生气帘以与由所述控制器控制的另一操作同时发生并理想地与该另一操作的开始同时发生，确保了只有在窗口由于该另一操作的原因而具有污染风险时存在气帘。这不仅降低了装置的操作成本，还限制了在畜栏地板附近的不必要的空气湍流的风险，因此还限制了随之产生的会损坏检测器和挤奶畜栏中的其它装备的空气污染物。一旦该另一个操作终止，所述控制器就可通过停止对所述孔或多个所述孔施加加压空气来停止产生所述气帘。可替代地，气帘可适当地保持，直到已经连续执行了数个这样的操作为止，并且认为在这些操作期间和这些操作之间保护检测器窗口是有益的。优选地，所述由所述控制器控制的所述至少一个进一步的操作包括所述检测器在动物下方的定位。当检测器移动至动物的奶头附近时，例如以便检测奶头并在清洁或挤奶以前确定奶头的位置，存在奶滴会落在检测器窗口上的风险，这是因为在一些动物中，奶的排出简单地由进入奶舍的动作引起，在大多数情况下，奶的排出将在清洗完奶头时就已经开始。此外，当检测器位于动物下方时，存在灰尘或泥土从动物落在检测器窗口上的更高风险。因此，适当地保持气帘直至检测器已经移离动物，是有益的。可替代地或者此外，所述由所述控制器控制的至少一个进一步的操作包括所述检测器的用于检测辐射的操作。在一些情况下，产生气帘以与检测器操作的开始同时发生，可以是完全足够的。
当由挤奶系统执行任意湿操作时，显然检测器窗口更加处于污染的风险下。因此，当所述挤奶系统包括用于清洁动物的奶头的清洗装置时，还可能特别有益的是当由所述控制器控制的所述至少一个进一步的操作包括利用所述清洗装置清洁动物的奶头时。类似地，当所述挤奶系统包括用于对动物的奶头进行液体处理的奶头处理装置时，所述由所述控制器控制的所述至少一个进一步的操作优选地包括控制所述奶头处理装置来对动物的奶头施加液体处理。优选地，所述孔或多个所述孔相对于所述窗口布置，使得在施加加压空气时空气从所述孔或多个所述孔基本向下流动。这确保了像水或奶这样的液体的液滴(其中一些无论如何都将在重力作用下下落)将被气帘简单地扫除。然而，可能有益的是，相对于所述窗口布置所述孔或多个所述孔，使得在施加加压空气时空气跨越所述窗口沿与向下的方向基本垂直的方向(即从窗口的一个横向侧至另一横向侧)流动。这减少了在地板平面上产生的湍流，因此降低了灰尘被掷向空气中而使检测器视场变模糊的风险。优选地，所述检测器被安装在机器臂上。这可以是与用于将挤奶杯施加至动物的奶头上的同一机器臂，或者是独立的机器臂。以此方式，能在控制装置的控制下结合机器臂的定位(例如当机器臂位于附近或在清洗以前已被移动至清洗装置附近的位置时)实现气帘的启动。为了降低被动物损坏的风险，优选地，所述气流布置至少部分地集成在所述检测器的壳体中，所述孔或多个所述孔被设置在所述窗口的在所述壳体外部的一侧上并且与管道系统连通，所述管道系统被布置在所述壳体内或所述壳体上并且能够连接至所述加压气源。在特别有益的实施例中，所述管道系统用于在所述检测器未操作时提供用于清洗所述窗口的清洁液。为此，所述管道系统进一步适于连接至清洁液源，其中所述控制器控制清洁液的施加来迫使清洁液通过所述孔或多个所述孔流出，以清洁所述窗口。接下来可以将所述管道系统连接至所述加压气源来产生气帘，以便对所述窗口进行干燥。本发明还存在于一种用 于防止光学检测器污染的方法，所述光学检测器用于确定产奶动物的奶头的位置，其中所述检测器包含在挤奶系统中，所述挤奶系统具有挤奶机器，所述挤奶机器具有至少一个机器臂，所述至少一个机器臂用于将挤奶杯施加至动物的奶头，并且其中所述检测器包括壳体、检测元件以及窗口，所述检测元件被装在所述壳体内，所述窗口形成所述壳体的一部分并由对通过所述检测元件检测的辐射基本透明的材料制成。所述检测器进一步包括气流布置，所述气流布置适于连接至加压气源并具有至少一个孔，所述至少一个孔被设置在所述检测器窗口附近。所述方法包括下列步骤:启动加压空气向所述至少一个孔的施加，以在由所述挤奶系统执行的至少一个进一步的操作开始时或在由所述挤奶系统执行的至少一个进一步的操作开始以前不久产生气帘。优选地，所述产生所述气帘以与至少一个进一步的操作同时发生的步骤包括:将所述检测器移动至待挤奶的动物下方的位置；以及产生所述气帘，以与所述检测器的移动同时发生。有利地，在将所述检测器从动物下方的位置移动走或在该移动结束时，通过停止加压空气向一个或多个孔的施加，关闭所述气帘。在可替代的实施例中，所述产生所述气帘以与至少一个进一步的操作同时发生的步骤包括:产生所述气帘，以与朝向动物的奶头喷射处理液体同时发生，与利用奶头清洁装置清洁动物的奶头同时发生，和/或与向动物的奶头施加挤奶杯同时发生。在所述气流布置适于连接至清洁液源的布置中，所述方法进一步包括下面的步骤:控制清洁流体向所述至少一个孔的施加以实现对所述窗口的清洁。
本发明的进一步的目的和优势将从下面对照附图通过示例给出的优选实施例的描述中变得清晰。在附图中:图1示意性图示根据本布置的具有自动挤奶系统的挤奶畜栏；图2示意性图示根据本发明的检测器；图3是图示根据本发明的控制检测器窗口上的气帘的流程图；以及图4a至4d示意性图示根据本发明可启动检测器气帘的四种情境。
具体实施例方式图1示出自动挤奶系统，该自动挤奶系统包括用于圈住待挤奶的动物的奶舍30和设置在奶舍30 —侧的挤奶机器I。奶舍30包括入口门310和出口门320。在入口门310附近在奶舍30上或在奶舍30旁边安装识别装置330。此装置330通过检测或探询应答器340对站立在奶舍前的动物的唯一标识进行检测，应答器340由动物携带(例如在项圈上)并且保存有分配给动物的唯一标识号或标识码。对这些门的控制将在下文中更详细地进行描述。挤奶机器I包括机器臂构造10以及在附图中未示出但在此类布置中常规存在的多个其它部件。这些部件典型地包括但不限于奶管线和脉动管线以及奶和真空回路的相关元件，例如收集罐和调节阀 、流和真空传感器以及生理传感器，相关元件可包括传导性传感器和温度传感器等。在布置在储料库中的休息位置设置与奶管线(未示出)连接的一组四个挤奶杯50，储料库位于机器臂构造10旁边在机器臂构造10容易达到范围内。在被布置在机器臂构造旁边的休息位置，还示出用于逐个清洗动物奶头的清洗杯60。优选地，清洗杯60包括位于其内部的喷嘴，清洁和/或漂洗液体可通过喷嘴施加给动物的奶头。可替代地，不是在挤奶杯内喷射清洁和/或漂洗液体，而是迫使清洁和/或漂洗液体通过一个或多个出口，一个或多个出口中的至少一些出口朝清洗杯60的上边缘设置，使得液体可在清洗杯中向下并在奶头各处流动，这可能与一些机械装置(例如刷子或海绵)共同起作用。尽管仅图示出一个清洗杯60，但本领域技术人员将理解，可提供两个或两个以上的清洗杯60来同时清洗一个以上的奶头。机器臂构造10包括机器臂110，机器臂110可竖直地和水平地移动并且能够绕两个轴线旋转，从而使机器臂110能够移动至存在于奶舍30内的动物下方的一个或多个精确位置并且能够在未用于挤奶时收回至奶舍30的位于所示出位置上的侧部。机器臂110在其端部携带夹具120，在所图示的实施例中，夹具120包括电磁体，该电磁体可被供电来拾取挤奶杯50或清洁杯60并且可被断电来释放挤奶杯50和清洁杯60。为此，挤奶杯50和清洁杯60配备有外壳体，该外壳体是磁性的或者配备有磁性材料条。然而，将理解，其它系统可以替代电磁体。例如，此处也可以等同地使用用于物理上夹住挤奶杯和清洁杯的张开机械元件和闭合机械元件，或者用于抱住每个挤奶杯的杯状元件。在机器臂110的端部，在夹具120稍后方和上方，设置有用于检测和确定待挤奶的动物的奶头位置的光学检测器40。在可替代实施例中，检测器40可布置在单独的机器臂上，该单独的机器臂独立于携带挤奶杯的机器臂110运动。下面将更详细地描述该检测器。在奶舍30侧部还设置用于对夹具120进行清洁的清洁装置70。该装置具有连接至清洁液源和/或水源并且可能还连接至消毒剂的一个或多个喷嘴。该装置70的位置使得能够将夹具120移动至位于喷嘴正前方的位置，并且对夹具120进行喷射来除去灰尘和污垢。还提供多个其它清洁装置，但是这些其它清洁装置在图1中未示出。这些装置包括用于清洁挤奶杯50和清洁杯60的装置。在这种布置中，最重要的是，该装置的可能与动物接触的任何部件(或者通过连接至奶头，或者仅通过在装置或动物移动时在动物的乳房、腿或肋部上拂过)可被彻底地清洁，并且还可能被消毒，以降低动物之间交叉污染的风险。通常由黑框20表示的控制器控制挤奶机器的操作。这包括下列功能:机器臂110、检测器40、将真空应用至奶管线和脉动管线来连接和断开清洁杯60和挤奶杯50及来挤奶、提供清洁和漂洗流体、通过适当的传感器监控真空和奶流以及通过生理传感器监控奶质和奶牛的健康。控制器20还可存储与由挤奶系统服务的每个动物相关的信息，并且控制器20可利用该信息来通过控制入口门310和出口门320的操作及识别装置330对进入和穿过奶舍30进行调节。优选地，控制器20通过具有相关存储器的计算机体现，但是控制器20也可由通过有线连接或无线连接或者通过外部网络链接在一起的数个计算机构成。图2中更详细地示意性地图示了检测器40，图2示出了部分剖视图。检测器40是具有基本矩形剖面的盒 状结构。检测器40的顶面和四个侧面由壳体410构成。壳体410在侧面之一中包括窗口 420。窗口 420是半透明的并且对于由检测器40所检测的辐射基本透明。用于窗口 420的适合材料包括玻璃和塑料。壳体410的其余部分对考虑中的辐射不透明。在壳体410中在窗口 420后面设置有检测元件430，检测元件43可包括一个或多个光电二极管或者CCD阵列或相机。检测元件430对从位于窗口 420前方的对象中发出或从在位于窗口 420前方的对象上反射的特定频率或频段的辐射敏感。检测元件430可以对可见光敏感，然而优选地，其对红外辐射敏感。此外，可提供光源(未示出)，例如用于发出对要检测的对象进行照射的具有所需频率的辐射的激光光源。壳体410的顶面突出至窗口外，以形成边沿411。边沿411保护窗口表面不受从上落下的污垢的影响，还防止窗口与动物的任何部分(特别是与动物的乳房和奶头)接触。尽管在附图中未示出，但是优选地，壳体的位于窗口 420附近的侧壁也向外延伸到窗口表面外来提供额外的侧向保护，以不受损坏和污染。此外且根据本发明，壳体410装备有管道系统440，管道系统440从检测器40后侧的位于壳体外面的连接器460穿过壳体410延伸至检测器的前侧，并且管道系统440开放至在壳体410上侧的突出部411的下表面中布置的一个或多个孔450。连接器460以如下方式配置:其可连接至加压空气源或清洁液源。孔450或一系列孔450延伸通过窗口的长度并且以如下方式布置:在经由连接器460提供加压空气时提供如箭头A所示的越过窗口420整个表面的基本均匀的平坦的气流。孔或多个孔450可以是狭长形的或是基本圆形的，这取决于在突出部411中提供多少个孔。本质上，该平坦的气流是气帘，该气帘被形成为与窗口表面基本平行并被设计为防止空气中的污染物(例如灰尘，更特别地例如水汽)落在窗口上并阻碍辐射(如果存在)向检测元件430的透射和/或来自光源的辐射的透射。在所图示的实施例中，孔450均设置在壳体的上边缘411上，以生成基本指向下的气帘。然而，为了减少地面高度处的湍流，优选地，可将孔设置在窗口 420的一侧，但同样地设置在壳体410的突出部分，使得气流的平面总是基本平行于窗口表面420。无论气流是横向的还是基本竖直的，壳体410的与孔或多个孔411相对的侧壁的形状可被定制为减少空气湍流，空气湍流会打乱平坦流。通往管道系统440的加压空气的启动是通过控制器20控制的。因为使用加压空气是相对经济的并且奶舍30可以昼夜不停地工作而只为清洁和保养保留的短暂间隔，所以任何时候操作气帘都不允许是昂贵的。此外已发现，任何时候操作气帘都会降低检测器40的可靠性，因为其趋向于卷起位于地板上的污垢和灰尘并将污垢和灰尘掷于空气中，从而使检测器40和待检测对象之间的空间变得混乱。这在沙子用于奶舍周围区域的地板上的仓棚中时是特别成问题的，因为由气帘产生的沙云是高度磨损性的并且除了对窗口表面420造成持久损坏以外还将对奶舍30中和奶舍30周围存在的所有装备有害。然而，只在检测器40操作时操作气帘可能不是令人期望的。这样的原因是检测器窗口 420 —直暴露于污染，但是气帘对除去已经沉积在检测器窗口 420上的污垢或水分是不起作用的，而是主要用于防止沉积物形成。因此，有利的是，只在气帘可有效地降低窗口 420污染的风险而不增加空气中的灰尘时启动气帘。为此，只在正在执行由控制器20控制的另一操作时由控制器建立气帘。理想地在其它操作开始时或在其它操作开始以前不久建立气帘，以保证气帘在污染的风险随着其它操作增加时就绪并且有效，通常，检测器窗口 420在以下时刻处于污染的风险中:当检测器窗口 420靠近动物时(特别是在动物下方或靠近动物乳房和乳头)时，当灰尘、泥土或奶能够撞在窗口上时，或者当产生额外空气污染的操作(例如清洗过程)在进行中时。特别地，当在挤奶之前或者甚至在挤奶之后检测器处于动物奶头下方的位置时，存在奶会滴至或喷射至检测器窗口 420上的风险。由于经常在动物一进入奶舍时(甚至更早)就引起排奶，所以在清洁奶头之前，即在已经利用检测器40确定奶头位置且清洁杯60已经附接至每个奶头上之前，奶就可能开始流出。而且，在清洁每个奶头的过程中，机器臂110的夹具120以及因此还有检测器40，将从其它奶头下方通过，因此将处于被奶喷射的风险中。这在检测奶头位置和附接用于挤奶的挤奶杯50的过程中是真实的。将理解，检测器40的操作不受气帘的存在影响，或者甚至不受气帘的启动影响。因此，气帘可在检测器40处于操作中之前或在检测器处于 操作中时启动。下面将参照图3中的流程图和在图4a至图4d中示意性地图示的各个过程更详细地描述气帘的操作，在图4a至图4d中图示的所有过程可能需要根据本发明的气帘操作。图3的流程图从步骤510开始，此时动物已进入奶舍30。由于控制器20在奶舍30的入口处识别动物并且仅在根据从之前的挤奶运行中获得的所存储的数据而应对该动物挤奶时才允许该动物进入奶舍，所以动物的出现意味着其已经为挤奶做好准备。因此，在步骤520，控制器20控制机器臂构造10来利用夹具120拾取奶头清洁杯60并使该奶头清洁杯60向动物乳房移动。在该点，如步骤530所示，启动气帘以保护检测器窗口 420。该情境在图4a中示出，图4a示出了携带夹具120和检测器40的机器臂110的端部，夹具120握住清洁杯60，接近动物的奶头。然后，使用利用检测器得到的光学图像数据确定奶头的位置，并且机器臂110移向被识别的第一奶头并施加清洁杯60，随后如步骤540所示，实现清洁。对其它奶头重复该过程。在此过程中，在检测器窗口 420上保持气帘，这确保了灰尘或污垢或者奶或清洁液的任何液滴在到达窗口 420之前被气帘冲走，从而保持检测器40的视场清晰并保证检测器40的操作不间断。一旦完成了奶头清洁并且机器臂110从动物乳房下方移走，就如步骤550所示，解触发气帘。然后，如步骤560所示，移动机器臂110来拾取第一挤奶杯50，并且随后再一次向动物乳房移动机器臂110。在该点，如步骤570所示，再次由控制器20启动气帘。这种情境还由图4a示出，除了此时夹具120握住挤奶杯50而非清洁杯60以外。然后，如步骤580所示，检测第一奶头的位置并将第一挤奶杯50附接至该奶头，此后从动物乳房下方撤回机器臂。在该点，如步骤590所示，解触发气帘。对每个其它奶头重复该过程(步骤560至590)，直到所有挤奶杯50均附接至奶头为止，如步骤600所示。这可以完成对动物的挤奶过程，但是还能够对奶头执行进一步处理，如步骤610至650以及图4b所示。首先转向图4b，示出了机器臂110的具有夹具120的端部，夹具120握住消毒剂喷射器80。消毒剂喷射器80附接至常规使用的液体消毒剂源，常规使用的液体消毒剂源用于在挤奶之后对动物奶头进行处理来防止感染。该过程在步骤610开始，机器臂110由控制器20控制来从消毒剂喷射器的休息位置拾取消毒剂喷射器80，消毒剂喷射器的休息位置优选地位于奶舍30旁。应当注意，不需要在该过程中操作检测器40，因为能够利用之前存储的与当前动物的尺寸相关的数据来将机器臂移动至大致在乳房前方的位置。然而，由于需要检测器40检测随后的奶牛的奶头，并且奶舍一被空出，该奶牛就会进入奶舍，所以启动气帘排除对检测器窗口 420的额外清洁。在步骤620，向动物乳房移动机器臂110，并且在步骤630，由控制器20启动气帘来保护检测器窗口 420。在步骤640，触发消毒剂喷射器80来向动物奶头上喷射消毒剂。当此过程完成时，在步骤650解触发气帘，并且将机器臂110撤回至奶舍30旁来使消毒剂喷射器80返回至其休息位置，将理解，可在检测器开始在动物下方移动时或在检测器开始在动物下方移动以前不久产生气帘，或者可替代地可在开始执行其它像检测奶头位置、清洗奶头、对奶头施加后续处理喷射这样的操作之一时或在开始执行其它操作以前不久产生气帘。此外，如果污染的风险低，则可在每个单独的操作之后关闭气帘，或者可替代地可保持气帘，直至对动物的一系列操作已完成为止。在图4c和4d中图示两种进一步的情境，在这两种情境期间，可由控制器20启动检测器窗口 420上的气帘的触发。在两种情况下，由于机器臂的所需位置事先已知且不依赖于移动对象，所以检测器40不需要在操作中。图4c所示的第一情境是对挤奶杯50或清洁杯60的清洁。在所图示的示例中，这是利用喷嘴配件90来执行的，喷嘴配件90被布置在储料库附近，储料库将挤奶杯50和清洁杯60保持在休息位置。为了清洁挤奶杯50或清洁杯60，该杯子由机器臂的夹具拾取并被输送至喷嘴配件。喷嘴配件90包括锥形突出部，该锥形突出部将被插入 挤奶杯50或清洁杯60内，杯子50、60的边缘搁置在突出部周围的凸缘上。锥形突出部和凸缘均具有喷嘴，喷嘴用于向杯子50、60内和杯子50、60周围喷射清洁流体，以清洁杯子的内侧和外侧。在图4c中，喷嘴配件90适于清洁挤奶杯50和清洁杯60。然而，将理解，清洁杯可具有比挤奶杯更大的直径，在此情况下，将为每种杯子提供独立的喷嘴配件90。对于前面在图4a和4b中图示的情况而言，利用喷嘴配件90的挤奶杯清洁将产生一定量的喷射。在该清洁操作期间落在检测器窗口 420上的任何液体会阻碍辐射的通过，因此需要在下次使用检测器之前对检测器进行清洁。为了避免这种情境，就在执行清洁以前启动气帘。当清洁结束且没有液体被进一步释放至空气中时，解触发气帘。在图4c所示的示例中，在清洁期间，夹具120将挤奶杯50或清洁杯60握持在适当位置。然而，即使夹具120释放挤奶杯或清洁杯并在清洁以前移离喷嘴配件90，由喷嘴配件产生的喷射物仍会留在检测器窗口 420上，因此在该情况下也可以产生气帘。图4d示出可产生气帘的情境的最后一个示例。在该图中，机器臂110已经移动至夹具清洁装置70旁边的位置，夹具被置于喷嘴前方。再次就在触发夹具清洁装置70以前，触发气帘来防止液滴到达检测器窗口 420。在清洁结束之后，解触发气帘。检测器40不仅处于来自空气中的灰尘和液滴的污染风险下，还处于可能被动物蹄子向上带起的尿、泥土和粪便的污染风险下，这部分地因为检测器40至少在操作期间被相对邻近地板放置的在机器臂110上的位置。气帘不太能有效防止大块污垢影响窗口表面420，并且无论如何，气帘大多数时间将不工作。因此，提供用于清洁窗口 420的辅助清洁布置。为此，管道系统440和孔450也用于输运清洁液和/或水，以在检测器不操作时清洗窗口 420的表面。连接器460选择性地连接至加压气源或者清洁液源或水源。当用清洁液或水清洁窗口 420时，随后可通过孔发送加压空气流来对窗口进行干燥。这防止了随时间流逝在窗口表面420上堆积会妨碍辐射透射的残留物。对气源或液体源的选择由控制器20控制作为在它们之间切换。可替代地或者此外，可在邻近机器臂构造的位置提供独立的清洁装置，使得检测器可在需要清洁时使用该清洁装置。该装置可使用喷嘴或海绵或织物来对窗口 420施加清洁和可能的漂洗以及使用用于干燥或扫除过多水分的一些装置。由于检测器壳体410处于与动物接触的风险下，所以其可能变成污染源并且必须对其进行清洁。因此，清洁装置应当既能够清洁壳体表面又能够清洁窗口 420。将理解，对挤奶系统的多个部分执行的其它自动或半自动清洗操作也可引起气帘的启动。这将显著地降低清洁 窗口的频率，并且还可能缩短清洁窗口所需的时间。
权利要求
1.一种挤奶系统,包括: 挤奶机器(I )，具有至少一个机器臂(110)，所述至少一个机器臂(110)用于将挤奶杯施加至动物的奶头； 光学检测器(40)，用于检测由动物的至少一部分发出和/或反射的辐射，所述检测器具有壳体(410)和检测元件(430 )，所述壳体(410)具有窗口( 420 )，所述窗口( 420 )对于所述辐射是基本透明的，所述检测元件(430)被装在在所述壳体内并通过所述窗口(420)接受所述辐射，其中所述光学检测器适于移动至动物下方的位置，以检测所述动物的奶头的位置；以及 控制器(20 )，用于控制所述机器臂(110)和所述检测器(40 )的操作， 其特征在于， 所述检测器(40)包括气流布置(440)，所述气流布置(440)适于连接至加压气源并具有至少一个孔(450)，所述至少一个孔(450)被设置在所述检测器窗口(420)附近以产生与所述窗口的表面基本平行流动的气帘， 其中所述控制器(20)被配置为控制加压空气向所述至少一个孔(420)的施加，以在由所述控制器控制的至少一个进一步的操作开始时或在由所述控制器控制的至少一个进一步的操作开始以前不久产生所述气帘。
2.如权利要求1所述的挤奶系统，其中所述由所述控制器(20)控制的至少一个进一步的操作包括所述检测器(40)在动物下方的定位。
3.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的挤奶系统，其中所述由所述控制器(20)控制的至少一个进一步的操作包括所述检测器(40)的用于检测辐射的操作。
4.如前述任一项权利要求所述的挤奶系统，其中所述挤奶系统进一步包括用于清洁动物的奶头的清洗装置(60)，并且所述由所述控制器控制的至少一个进一步的操作包括利用所述清洗装置清洁动物的奶头。
5.如前述任一项权利要求所述的挤奶系统，其中所述挤奶系统进一步包括用于对动物的奶头施加液体处理的奶头处理装置(80)，并且所述由所述控制器(20)控制的至少一个进一步的操作包括控制所述奶头处理装置来对动物的奶头施加液体处理。
6.如前述任一项权利要求所述的挤奶系统，其中所述至少一个孔(450)相对于所述窗口(420)布置，使得在施加加压空气时空气从所述孔或多个所述孔(450)基本向下流动。
7.如权利要求1至权利要求5中任一项所述的挤奶系统，其中所述至少一个孔(450)相对于所述窗口(420)布置，使得在施加加压空气时空气从所述孔或多个所述孔(450)沿与向下的方向基本垂直的方向流动。
8.如前述任一项权利要求所述的挤奶系统，其中所述检测器(40)被安装在机器臂上。
9.如权利要求8所述的挤奶系统，其中所述检测器被安装在用于将挤奶杯(50)施加至动物的奶头的所述机器臂(110)上。
10.如前述任一项权利要求所述的挤奶系统，其中所述气流布置至少部分地集成在所述检测器的壳体(410)中，并且所述至少一个孔(450)被设置在所述窗口的在所述壳体外部的一侧上且与管道系统(440)连通，所述管道系统(440)被布置在所述壳体内或所述壳体上并且能连接至所述加压气源。
11.如权利要求10所述的挤奶系统，其中所述管道系统进一步适于连接至清洁液源，其中所述控制器控制清洁液的施加来迫使清洁液通过所述至少一个孔(450)流出，以清洁所述窗口(420)。
12.一种用于防止光学检测器(40)污染的方法，所述光学检测器(40)用于确定产奶动物的奶头的位置， 其中所述检测器包含在挤奶系统中，所述挤奶系统具有挤奶机器(1)，所述挤奶机器(I)具有至少一个机器臂(110)，所述至少一个机器臂(110)用于将挤奶杯(50)施加至动物的奶头，并且 其中所述检测器包括壳体(410)、检测元件(430)以及窗口(420)，所述检测元件(430)被装在所述壳体内，所述窗口(420)形成所述壳体的一部分并由对通过所述检测元件(430)检测的辐射基本透明的材料制成， 其特征在于， 所述检测器进一步包括气流布置(440)，所述气流布置(440)适于连接至加压气源并具有至少一个孔(450)，所述至少一个孔(450)被设置在所述检测器窗口(420)附近，并且其中所述方法包括下列步骤: 利用控制器启动加压空气向所述至少一个孔(450)的施加，以在由所述控制器执行的至少一个进一步的操作开始时或在由所述控制器执行的至少一个进一步的操作开始以前不久产生气帘。
13.如权利要求13所述的方法，其中所述产生所述气帘以与至少一个进一步的操作同时发生的步骤包括: 将所述检测器移动至待挤奶的动物下方的位置，以及 产生所述气帘，以与所述检测器的移动同时发生， 随后将所述检测器移动至离开动物下方的位置并在所述移动终止时或在所述检测器的移动过程中停止对所述至少一个孔(450)施加加压空气。
14.如权利要求12或权利要求13所述的方法，其中所述产生所述气帘以与至少一个进一步的操作同时发生的步骤包括:产生所述气帘，以与朝向动物的奶头喷射处理液体同时发生。
15.如权利要求12至权利要求14中任一项所述的方法，其中所述产生所述气帘以与至少一个进一步的操作同时发生的步骤包括:产生所述气帘，以与利用奶头清洁装置清洁动物的奶头同时发生。
16.如权利要求12至权利要求15中任一项所述的方法，其中所述产生所述气帘以与至少一个进一步的操作同时发生的步骤包括:产生所述气帘，以与向动物的奶头施加挤奶杯同时发生。
17.如权利要求12至权利要求16中任一项所述的方法,其中所述气流布置(440)进一步适于连接至清洁液源， 所述方法进一步包括下面的步骤:控制清洁流体向所述至少一个孔(450)的施加，以实现所述窗口的清洁。
全文摘要
描述了一种挤奶系统，其包括具有机器臂的挤奶机器，机器臂用于将挤奶杯施加至动物的奶头；光学检测器(40)，用于检测由动物发出和/或反射的辐射；以及控制器，用于控制机器臂和检测器的操作。检测器具有壳体(410)和检测元件(430)，壳体(410)具有窗口(420)，检测元件(430)被装在壳体内，检测元件对被发出或被反射的穿过窗口的辐射敏感。为了防止污染撞在检测器窗口上，提供气流布置，该气流布置可连接至加压气源并具有至少一个孔(411)，至少一个孔被设置在检测器窗口(420)附近以产生与窗口的表面平行流动的气帘。控制器控制气帘的产生，以与由控制器控制的至少一个进一步的操作的开始同时发生。
文档编号A01J5/017GK103228127SQ201180056985
公开日2013年7月31日 申请日期2011年12月20日 优先权日2010年12月22日
发明者贾恩·埃瑞克·安德松, 安德斯·哈尔斯特伦 申请人:利拉伐控股有限公司
技术领域：
本发明涉及在污染环境中使用的光学检测器，并且与在自动或半自动挤奶系统中使用的光学检测器(例如用于确定动物奶头位置的光学检测器)具有特定关联。
背景技术：
光学检测布置，例如通常在自动挤奶系统中使用的光学检测布置，典型地包括呈二极管检测器或CCD阵列相机形式的检测器，该检测器用于检测从关注对象中发出或从关注对象上反射的辐射并且利用所检测到的辐射来确定对象和检测器之间的距离。一些系统还可具有辐射源(例如激光器)，辐射源用来以适合的辐射照射关注对象。在大多数情况下，如果存在辐射检测器和辐射源，则将辐射检测器和辐射源布置在壳体中在保护相机或二极管不受环境污染的屏幕或窗口后面。窗口可由玻璃或者其它适合的透明材料制成，可见光或其它辐射可基本穿过玻璃或其它适合的透明材料而不会被衰减。为了此类光学检测系统可靠地操作，重要的是辐射穿过窗口的透射不被沉积物(例如污垢、灰尘或水)阻挡。任何类型的沉积物使能够到达检测器的光学辐射的量减少，并且在包含用于照射对象的辐射源的系统中，任何类型的沉积物也会阻止对象被充分照射。挤奶工作室中的特殊挑战是系统周围存在的污垢和液体的量。与动物接触的所有装备必须保持清洁。通常，这是通过用清洁液或消毒液或者至少用水对挤奶系统的相关元件(例如挤奶杯、奶头清洁装置以及甚至机器臂的多个部分)周期性地清洗来实现的。此外，当要对动物挤奶时， 必须清洗奶头并且通常在挤奶后还必须对奶头进行消毒。在此过程中，液体的液滴会在空气中传播，因此可能会落在检测器窗口上。在挤奶前和挤奶后，奶还可能从动物的奶头上泄露。由于光学检测器经常放置在动物的奶头附近，所以奶也可能落在检测器窗口上。此外，由于各种清洁操作的原因，挤奶工作室的地板经常是湿的，使得液滴会被动物脚部的移动向上抛起。现有系统具有清洁装置，清洁装置或者与检测器分离地设置，或者连接至检测器窗口，以清洗或擦拭窗口表面并可能用气流对保护窗口进行干燥。例如，EP-A-0688498描述了一种在挤奶布置中使用的柱形光学检测器，该挤奶布置具有适于在窗口上移动的滑动盖。该滑动盖装配有被清洁液弄湿的海绵。当滑动盖在窗口上滑动时，窗口被海绵擦拭。US4, 843，561描述了一种农业收割机，该农业收割机具有呈相机形式的成像装置。通过喷出清洁溶液的喷射器和自动擦拭保护相机的玻璃盖的刮水片，对这些相机进行清洁。这种布置的问题是，花费一定的时间来完成清洁，并且在这段时间内，光学检测器必须不操作，因为在表面上施加任何形式的液体都将妨碍检测器的正确操作。US4, 240，691提出了一种用于保护电视摄像机的系统，该电视摄像机用于监视。该系统本质上包括安装在摄像机物镜的前方并被成形为产生空气通道的装置，通过该通道持续输送加压空气。保护装置被设计为生成跨越摄像机物镜表面的层状气流，从而在空气中的任何灰尘能够落在玻璃上以前将灰尘带离物镜表面。装配有此装置的摄像机连续操作，并且能够无人看管数日、数周或者甚至数月。持续气流意在确保相机保持基本没有灰尘。然而，对连续的加压气流的需要使该布置昂贵。此外，尽管该装置有效地用于防止空气中的灰尘或较小污垢颗粒在非重度污染的位置(例如安装至建筑物的位于地面正上方的墙壁)使摄像机物镜变模糊，但这种布置在位于固有地脏的地板附近时可能效果较差，因为受迫气流将产生湍流，湍流会从地板上带起灰尘、颗粒物、泥土和液体至空气中。这不仅会使物镜模糊，还可能损坏物镜，因为随时间流逝，所生成的尘云中的任何磨损性颗粒都可能会擦伤相机。因此，这种布置内在并不适于在仓库或挤奶工作室的地板附近对例如大概位于奶牛奶头高度的相机使用。鉴于以上布置和方法的缺陷，本发明的目的是减少由对被设置在脏的环境中使用的相机的清洁所产生的不操作时间，同时通过确保相机窗口维持清洁来保持可靠有效的操作。
发明内容
根据本发明，该目的是以一种挤奶系统实现的，所述挤奶系统具有:挤奶机器，具有至少一个机器臂，所述至少一个机器臂用于将挤奶杯施加至动物的奶头；光学检测器，用于检测由动物的至少一部分发出和/或反射的辐射，所述检测器具有壳体和检测元件，所述壳体具有窗口，所述 窗口对于所述辐射是基本透明的，所述检测元件被装在所述壳体内并通过所述窗口接受所述辐射，其中所述光学检测器适于移动至动物下方的位置，以检测所述动物的奶头的位置；以及控制器，用于控制所述机器臂和所述检测器的操作。所述检测器包括气流布置，所述气流布置适于连接至加压空气源并具有至少一个孔，所述至少一个孔被设置在所述检测器窗口附近以产生与所述窗口的表面基本平行流动的气帘，其中所述控制器适于控制加压空气向所述至少一个孔的施加，以在由所述控制器控制的至少一个进一步的操作开始时或在由所述控制器控制的至少一个进一步的操作开始以前不久产生所述气帘。通过产生气帘以与由所述控制器控制的另一操作同时发生并理想地与该另一操作的开始同时发生，确保了只有在窗口由于该另一操作的原因而具有污染风险时存在气帘。这不仅降低了装置的操作成本，还限制了在畜栏地板附近的不必要的空气湍流的风险，因此还限制了随之产生的会损坏检测器和挤奶畜栏中的其它装备的空气污染物。一旦该另一个操作终止，所述控制器就可通过停止对所述孔或多个所述孔施加加压空气来停止产生所述气帘。可替代地，气帘可适当地保持，直到已经连续执行了数个这样的操作为止，并且认为在这些操作期间和这些操作之间保护检测器窗口是有益的。优选地，所述由所述控制器控制的所述至少一个进一步的操作包括所述检测器在动物下方的定位。当检测器移动至动物的奶头附近时，例如以便检测奶头并在清洁或挤奶以前确定奶头的位置，存在奶滴会落在检测器窗口上的风险，这是因为在一些动物中，奶的排出简单地由进入奶舍的动作引起，在大多数情况下，奶的排出将在清洗完奶头时就已经开始。此外，当检测器位于动物下方时，存在灰尘或泥土从动物落在检测器窗口上的更高风险。因此，适当地保持气帘直至检测器已经移离动物，是有益的。可替代地或者此外，所述由所述控制器控制的至少一个进一步的操作包括所述检测器的用于检测辐射的操作。在一些情况下，产生气帘以与检测器操作的开始同时发生，可以是完全足够的。
当由挤奶系统执行任意湿操作时，显然检测器窗口更加处于污染的风险下。因此，当所述挤奶系统包括用于清洁动物的奶头的清洗装置时，还可能特别有益的是当由所述控制器控制的所述至少一个进一步的操作包括利用所述清洗装置清洁动物的奶头时。类似地，当所述挤奶系统包括用于对动物的奶头进行液体处理的奶头处理装置时，所述由所述控制器控制的所述至少一个进一步的操作优选地包括控制所述奶头处理装置来对动物的奶头施加液体处理。优选地，所述孔或多个所述孔相对于所述窗口布置，使得在施加加压空气时空气从所述孔或多个所述孔基本向下流动。这确保了像水或奶这样的液体的液滴(其中一些无论如何都将在重力作用下下落)将被气帘简单地扫除。然而，可能有益的是，相对于所述窗口布置所述孔或多个所述孔，使得在施加加压空气时空气跨越所述窗口沿与向下的方向基本垂直的方向(即从窗口的一个横向侧至另一横向侧)流动。这减少了在地板平面上产生的湍流，因此降低了灰尘被掷向空气中而使检测器视场变模糊的风险。优选地，所述检测器被安装在机器臂上。这可以是与用于将挤奶杯施加至动物的奶头上的同一机器臂，或者是独立的机器臂。以此方式，能在控制装置的控制下结合机器臂的定位(例如当机器臂位于附近或在清洗以前已被移动至清洗装置附近的位置时)实现气帘的启动。为了降低被动物损坏的风险，优选地，所述气流布置至少部分地集成在所述检测器的壳体中，所述孔或多个所述孔被设置在所述窗口的在所述壳体外部的一侧上并且与管道系统连通，所述管道系统被布置在所述壳体内或所述壳体上并且能够连接至所述加压气源。在特别有益的实施例中，所述管道系统用于在所述检测器未操作时提供用于清洗所述窗口的清洁液。为此，所述管道系统进一步适于连接至清洁液源，其中所述控制器控制清洁液的施加来迫使清洁液通过所述孔或多个所述孔流出，以清洁所述窗口。接下来可以将所述管道系统连接至所述加压气源来产生气帘，以便对所述窗口进行干燥。本发明还存在于一种用 于防止光学检测器污染的方法，所述光学检测器用于确定产奶动物的奶头的位置，其中所述检测器包含在挤奶系统中，所述挤奶系统具有挤奶机器，所述挤奶机器具有至少一个机器臂，所述至少一个机器臂用于将挤奶杯施加至动物的奶头，并且其中所述检测器包括壳体、检测元件以及窗口，所述检测元件被装在所述壳体内，所述窗口形成所述壳体的一部分并由对通过所述检测元件检测的辐射基本透明的材料制成。所述检测器进一步包括气流布置，所述气流布置适于连接至加压气源并具有至少一个孔，所述至少一个孔被设置在所述检测器窗口附近。所述方法包括下列步骤:启动加压空气向所述至少一个孔的施加，以在由所述挤奶系统执行的至少一个进一步的操作开始时或在由所述挤奶系统执行的至少一个进一步的操作开始以前不久产生气帘。优选地，所述产生所述气帘以与至少一个进一步的操作同时发生的步骤包括:将所述检测器移动至待挤奶的动物下方的位置；以及产生所述气帘，以与所述检测器的移动同时发生。有利地，在将所述检测器从动物下方的位置移动走或在该移动结束时，通过停止加压空气向一个或多个孔的施加，关闭所述气帘。在可替代的实施例中，所述产生所述气帘以与至少一个进一步的操作同时发生的步骤包括:产生所述气帘，以与朝向动物的奶头喷射处理液体同时发生，与利用奶头清洁装置清洁动物的奶头同时发生，和/或与向动物的奶头施加挤奶杯同时发生。在所述气流布置适于连接至清洁液源的布置中，所述方法进一步包括下面的步骤:控制清洁流体向所述至少一个孔的施加以实现对所述窗口的清洁。
本发明的进一步的目的和优势将从下面对照附图通过示例给出的优选实施例的描述中变得清晰。在附图中:图1示意性图示根据本布置的具有自动挤奶系统的挤奶畜栏；图2示意性图示根据本发明的检测器；图3是图示根据本发明的控制检测器窗口上的气帘的流程图；以及图4a至4d示意性图示根据本发明可启动检测器气帘的四种情境。
具体实施例方式图1示出自动挤奶系统，该自动挤奶系统包括用于圈住待挤奶的动物的奶舍30和设置在奶舍30 —侧的挤奶机器I。奶舍30包括入口门310和出口门320。在入口门310附近在奶舍30上或在奶舍30旁边安装识别装置330。此装置330通过检测或探询应答器340对站立在奶舍前的动物的唯一标识进行检测，应答器340由动物携带(例如在项圈上)并且保存有分配给动物的唯一标识号或标识码。对这些门的控制将在下文中更详细地进行描述。挤奶机器I包括机器臂构造10以及在附图中未示出但在此类布置中常规存在的多个其它部件。这些部件典型地包括但不限于奶管线和脉动管线以及奶和真空回路的相关元件，例如收集罐和调节阀 、流和真空传感器以及生理传感器，相关元件可包括传导性传感器和温度传感器等。在布置在储料库中的休息位置设置与奶管线(未示出)连接的一组四个挤奶杯50，储料库位于机器臂构造10旁边在机器臂构造10容易达到范围内。在被布置在机器臂构造旁边的休息位置，还示出用于逐个清洗动物奶头的清洗杯60。优选地，清洗杯60包括位于其内部的喷嘴，清洁和/或漂洗液体可通过喷嘴施加给动物的奶头。可替代地，不是在挤奶杯内喷射清洁和/或漂洗液体，而是迫使清洁和/或漂洗液体通过一个或多个出口，一个或多个出口中的至少一些出口朝清洗杯60的上边缘设置，使得液体可在清洗杯中向下并在奶头各处流动，这可能与一些机械装置(例如刷子或海绵)共同起作用。尽管仅图示出一个清洗杯60，但本领域技术人员将理解，可提供两个或两个以上的清洗杯60来同时清洗一个以上的奶头。机器臂构造10包括机器臂110，机器臂110可竖直地和水平地移动并且能够绕两个轴线旋转，从而使机器臂110能够移动至存在于奶舍30内的动物下方的一个或多个精确位置并且能够在未用于挤奶时收回至奶舍30的位于所示出位置上的侧部。机器臂110在其端部携带夹具120，在所图示的实施例中，夹具120包括电磁体，该电磁体可被供电来拾取挤奶杯50或清洁杯60并且可被断电来释放挤奶杯50和清洁杯60。为此，挤奶杯50和清洁杯60配备有外壳体，该外壳体是磁性的或者配备有磁性材料条。然而，将理解，其它系统可以替代电磁体。例如，此处也可以等同地使用用于物理上夹住挤奶杯和清洁杯的张开机械元件和闭合机械元件，或者用于抱住每个挤奶杯的杯状元件。在机器臂110的端部，在夹具120稍后方和上方，设置有用于检测和确定待挤奶的动物的奶头位置的光学检测器40。在可替代实施例中，检测器40可布置在单独的机器臂上，该单独的机器臂独立于携带挤奶杯的机器臂110运动。下面将更详细地描述该检测器。在奶舍30侧部还设置用于对夹具120进行清洁的清洁装置70。该装置具有连接至清洁液源和/或水源并且可能还连接至消毒剂的一个或多个喷嘴。该装置70的位置使得能够将夹具120移动至位于喷嘴正前方的位置，并且对夹具120进行喷射来除去灰尘和污垢。还提供多个其它清洁装置，但是这些其它清洁装置在图1中未示出。这些装置包括用于清洁挤奶杯50和清洁杯60的装置。在这种布置中，最重要的是，该装置的可能与动物接触的任何部件(或者通过连接至奶头，或者仅通过在装置或动物移动时在动物的乳房、腿或肋部上拂过)可被彻底地清洁，并且还可能被消毒，以降低动物之间交叉污染的风险。通常由黑框20表示的控制器控制挤奶机器的操作。这包括下列功能:机器臂110、检测器40、将真空应用至奶管线和脉动管线来连接和断开清洁杯60和挤奶杯50及来挤奶、提供清洁和漂洗流体、通过适当的传感器监控真空和奶流以及通过生理传感器监控奶质和奶牛的健康。控制器20还可存储与由挤奶系统服务的每个动物相关的信息，并且控制器20可利用该信息来通过控制入口门310和出口门320的操作及识别装置330对进入和穿过奶舍30进行调节。优选地，控制器20通过具有相关存储器的计算机体现，但是控制器20也可由通过有线连接或无线连接或者通过外部网络链接在一起的数个计算机构成。图2中更详细地示意性地图示了检测器40，图2示出了部分剖视图。检测器40是具有基本矩形剖面的盒 状结构。检测器40的顶面和四个侧面由壳体410构成。壳体410在侧面之一中包括窗口 420。窗口 420是半透明的并且对于由检测器40所检测的辐射基本透明。用于窗口 420的适合材料包括玻璃和塑料。壳体410的其余部分对考虑中的辐射不透明。在壳体410中在窗口 420后面设置有检测元件430，检测元件43可包括一个或多个光电二极管或者CCD阵列或相机。检测元件430对从位于窗口 420前方的对象中发出或从在位于窗口 420前方的对象上反射的特定频率或频段的辐射敏感。检测元件430可以对可见光敏感，然而优选地，其对红外辐射敏感。此外，可提供光源(未示出)，例如用于发出对要检测的对象进行照射的具有所需频率的辐射的激光光源。壳体410的顶面突出至窗口外，以形成边沿411。边沿411保护窗口表面不受从上落下的污垢的影响，还防止窗口与动物的任何部分(特别是与动物的乳房和奶头)接触。尽管在附图中未示出，但是优选地，壳体的位于窗口 420附近的侧壁也向外延伸到窗口表面外来提供额外的侧向保护，以不受损坏和污染。此外且根据本发明，壳体410装备有管道系统440，管道系统440从检测器40后侧的位于壳体外面的连接器460穿过壳体410延伸至检测器的前侧，并且管道系统440开放至在壳体410上侧的突出部411的下表面中布置的一个或多个孔450。连接器460以如下方式配置:其可连接至加压空气源或清洁液源。孔450或一系列孔450延伸通过窗口的长度并且以如下方式布置:在经由连接器460提供加压空气时提供如箭头A所示的越过窗口420整个表面的基本均匀的平坦的气流。孔或多个孔450可以是狭长形的或是基本圆形的，这取决于在突出部411中提供多少个孔。本质上，该平坦的气流是气帘，该气帘被形成为与窗口表面基本平行并被设计为防止空气中的污染物(例如灰尘，更特别地例如水汽)落在窗口上并阻碍辐射(如果存在)向检测元件430的透射和/或来自光源的辐射的透射。在所图示的实施例中，孔450均设置在壳体的上边缘411上，以生成基本指向下的气帘。然而，为了减少地面高度处的湍流，优选地，可将孔设置在窗口 420的一侧，但同样地设置在壳体410的突出部分，使得气流的平面总是基本平行于窗口表面420。无论气流是横向的还是基本竖直的，壳体410的与孔或多个孔411相对的侧壁的形状可被定制为减少空气湍流，空气湍流会打乱平坦流。通往管道系统440的加压空气的启动是通过控制器20控制的。因为使用加压空气是相对经济的并且奶舍30可以昼夜不停地工作而只为清洁和保养保留的短暂间隔，所以任何时候操作气帘都不允许是昂贵的。此外已发现，任何时候操作气帘都会降低检测器40的可靠性，因为其趋向于卷起位于地板上的污垢和灰尘并将污垢和灰尘掷于空气中，从而使检测器40和待检测对象之间的空间变得混乱。这在沙子用于奶舍周围区域的地板上的仓棚中时是特别成问题的，因为由气帘产生的沙云是高度磨损性的并且除了对窗口表面420造成持久损坏以外还将对奶舍30中和奶舍30周围存在的所有装备有害。然而，只在检测器40操作时操作气帘可能不是令人期望的。这样的原因是检测器窗口 420 —直暴露于污染，但是气帘对除去已经沉积在检测器窗口 420上的污垢或水分是不起作用的，而是主要用于防止沉积物形成。因此，有利的是，只在气帘可有效地降低窗口 420污染的风险而不增加空气中的灰尘时启动气帘。为此，只在正在执行由控制器20控制的另一操作时由控制器建立气帘。理想地在其它操作开始时或在其它操作开始以前不久建立气帘，以保证气帘在污染的风险随着其它操作增加时就绪并且有效，通常，检测器窗口 420在以下时刻处于污染的风险中:当检测器窗口 420靠近动物时(特别是在动物下方或靠近动物乳房和乳头)时，当灰尘、泥土或奶能够撞在窗口上时，或者当产生额外空气污染的操作(例如清洗过程)在进行中时。特别地，当在挤奶之前或者甚至在挤奶之后检测器处于动物奶头下方的位置时，存在奶会滴至或喷射至检测器窗口 420上的风险。由于经常在动物一进入奶舍时(甚至更早)就引起排奶，所以在清洁奶头之前，即在已经利用检测器40确定奶头位置且清洁杯60已经附接至每个奶头上之前，奶就可能开始流出。而且，在清洁每个奶头的过程中，机器臂110的夹具120以及因此还有检测器40，将从其它奶头下方通过，因此将处于被奶喷射的风险中。这在检测奶头位置和附接用于挤奶的挤奶杯50的过程中是真实的。将理解，检测器40的操作不受气帘的存在影响，或者甚至不受气帘的启动影响。因此，气帘可在检测器40处于操作中之前或在检测器处于 操作中时启动。下面将参照图3中的流程图和在图4a至图4d中示意性地图示的各个过程更详细地描述气帘的操作，在图4a至图4d中图示的所有过程可能需要根据本发明的气帘操作。图3的流程图从步骤510开始，此时动物已进入奶舍30。由于控制器20在奶舍30的入口处识别动物并且仅在根据从之前的挤奶运行中获得的所存储的数据而应对该动物挤奶时才允许该动物进入奶舍，所以动物的出现意味着其已经为挤奶做好准备。因此，在步骤520，控制器20控制机器臂构造10来利用夹具120拾取奶头清洁杯60并使该奶头清洁杯60向动物乳房移动。在该点，如步骤530所示，启动气帘以保护检测器窗口 420。该情境在图4a中示出，图4a示出了携带夹具120和检测器40的机器臂110的端部，夹具120握住清洁杯60，接近动物的奶头。然后，使用利用检测器得到的光学图像数据确定奶头的位置，并且机器臂110移向被识别的第一奶头并施加清洁杯60，随后如步骤540所示，实现清洁。对其它奶头重复该过程。在此过程中，在检测器窗口 420上保持气帘，这确保了灰尘或污垢或者奶或清洁液的任何液滴在到达窗口 420之前被气帘冲走，从而保持检测器40的视场清晰并保证检测器40的操作不间断。一旦完成了奶头清洁并且机器臂110从动物乳房下方移走，就如步骤550所示，解触发气帘。然后，如步骤560所示，移动机器臂110来拾取第一挤奶杯50，并且随后再一次向动物乳房移动机器臂110。在该点，如步骤570所示，再次由控制器20启动气帘。这种情境还由图4a示出，除了此时夹具120握住挤奶杯50而非清洁杯60以外。然后，如步骤580所示，检测第一奶头的位置并将第一挤奶杯50附接至该奶头，此后从动物乳房下方撤回机器臂。在该点，如步骤590所示，解触发气帘。对每个其它奶头重复该过程(步骤560至590)，直到所有挤奶杯50均附接至奶头为止，如步骤600所示。这可以完成对动物的挤奶过程，但是还能够对奶头执行进一步处理，如步骤610至650以及图4b所示。首先转向图4b，示出了机器臂110的具有夹具120的端部，夹具120握住消毒剂喷射器80。消毒剂喷射器80附接至常规使用的液体消毒剂源，常规使用的液体消毒剂源用于在挤奶之后对动物奶头进行处理来防止感染。该过程在步骤610开始，机器臂110由控制器20控制来从消毒剂喷射器的休息位置拾取消毒剂喷射器80，消毒剂喷射器的休息位置优选地位于奶舍30旁。应当注意，不需要在该过程中操作检测器40，因为能够利用之前存储的与当前动物的尺寸相关的数据来将机器臂移动至大致在乳房前方的位置。然而，由于需要检测器40检测随后的奶牛的奶头，并且奶舍一被空出，该奶牛就会进入奶舍，所以启动气帘排除对检测器窗口 420的额外清洁。在步骤620，向动物乳房移动机器臂110，并且在步骤630，由控制器20启动气帘来保护检测器窗口 420。在步骤640，触发消毒剂喷射器80来向动物奶头上喷射消毒剂。当此过程完成时，在步骤650解触发气帘，并且将机器臂110撤回至奶舍30旁来使消毒剂喷射器80返回至其休息位置，将理解，可在检测器开始在动物下方移动时或在检测器开始在动物下方移动以前不久产生气帘，或者可替代地可在开始执行其它像检测奶头位置、清洗奶头、对奶头施加后续处理喷射这样的操作之一时或在开始执行其它操作以前不久产生气帘。此外，如果污染的风险低，则可在每个单独的操作之后关闭气帘，或者可替代地可保持气帘，直至对动物的一系列操作已完成为止。在图4c和4d中图示两种进一步的情境，在这两种情境期间，可由控制器20启动检测器窗口 420上的气帘的触发。在两种情况下，由于机器臂的所需位置事先已知且不依赖于移动对象，所以检测器40不需要在操作中。图4c所示的第一情境是对挤奶杯50或清洁杯60的清洁。在所图示的示例中，这是利用喷嘴配件90来执行的，喷嘴配件90被布置在储料库附近，储料库将挤奶杯50和清洁杯60保持在休息位置。为了清洁挤奶杯50或清洁杯60，该杯子由机器臂的夹具拾取并被输送至喷嘴配件。喷嘴配件90包括锥形突出部，该锥形突出部将被插入 挤奶杯50或清洁杯60内，杯子50、60的边缘搁置在突出部周围的凸缘上。锥形突出部和凸缘均具有喷嘴，喷嘴用于向杯子50、60内和杯子50、60周围喷射清洁流体，以清洁杯子的内侧和外侧。在图4c中，喷嘴配件90适于清洁挤奶杯50和清洁杯60。然而，将理解，清洁杯可具有比挤奶杯更大的直径，在此情况下，将为每种杯子提供独立的喷嘴配件90。对于前面在图4a和4b中图示的情况而言，利用喷嘴配件90的挤奶杯清洁将产生一定量的喷射。在该清洁操作期间落在检测器窗口 420上的任何液体会阻碍辐射的通过，因此需要在下次使用检测器之前对检测器进行清洁。为了避免这种情境，就在执行清洁以前启动气帘。当清洁结束且没有液体被进一步释放至空气中时，解触发气帘。在图4c所示的示例中，在清洁期间，夹具120将挤奶杯50或清洁杯60握持在适当位置。然而，即使夹具120释放挤奶杯或清洁杯并在清洁以前移离喷嘴配件90，由喷嘴配件产生的喷射物仍会留在检测器窗口 420上，因此在该情况下也可以产生气帘。图4d示出可产生气帘的情境的最后一个示例。在该图中，机器臂110已经移动至夹具清洁装置70旁边的位置，夹具被置于喷嘴前方。再次就在触发夹具清洁装置70以前，触发气帘来防止液滴到达检测器窗口 420。在清洁结束之后，解触发气帘。检测器40不仅处于来自空气中的灰尘和液滴的污染风险下，还处于可能被动物蹄子向上带起的尿、泥土和粪便的污染风险下，这部分地因为检测器40至少在操作期间被相对邻近地板放置的在机器臂110上的位置。气帘不太能有效防止大块污垢影响窗口表面420，并且无论如何，气帘大多数时间将不工作。因此，提供用于清洁窗口 420的辅助清洁布置。为此，管道系统440和孔450也用于输运清洁液和/或水，以在检测器不操作时清洗窗口 420的表面。连接器460选择性地连接至加压气源或者清洁液源或水源。当用清洁液或水清洁窗口 420时，随后可通过孔发送加压空气流来对窗口进行干燥。这防止了随时间流逝在窗口表面420上堆积会妨碍辐射透射的残留物。对气源或液体源的选择由控制器20控制作为在它们之间切换。可替代地或者此外，可在邻近机器臂构造的位置提供独立的清洁装置，使得检测器可在需要清洁时使用该清洁装置。该装置可使用喷嘴或海绵或织物来对窗口 420施加清洁和可能的漂洗以及使用用于干燥或扫除过多水分的一些装置。由于检测器壳体410处于与动物接触的风险下，所以其可能变成污染源并且必须对其进行清洁。因此，清洁装置应当既能够清洁壳体表面又能够清洁窗口 420。将理解，对挤奶系统的多个部分执行的其它自动或半自动清洗操作也可引起气帘的启动。这将显著地降低清洁 窗口的频率，并且还可能缩短清洁窗口所需的时间。
权利要求
1.一种挤奶系统,包括: 挤奶机器(I )，具有至少一个机器臂(110)，所述至少一个机器臂(110)用于将挤奶杯施加至动物的奶头； 光学检测器(40)，用于检测由动物的至少一部分发出和/或反射的辐射，所述检测器具有壳体(410)和检测元件(430 )，所述壳体(410)具有窗口( 420 )，所述窗口( 420 )对于所述辐射是基本透明的，所述检测元件(430)被装在在所述壳体内并通过所述窗口(420)接受所述辐射，其中所述光学检测器适于移动至动物下方的位置，以检测所述动物的奶头的位置；以及 控制器(20 )，用于控制所述机器臂(110)和所述检测器(40 )的操作， 其特征在于， 所述检测器(40)包括气流布置(440)，所述气流布置(440)适于连接至加压气源并具有至少一个孔(450)，所述至少一个孔(450)被设置在所述检测器窗口(420)附近以产生与所述窗口的表面基本平行流动的气帘， 其中所述控制器(20)被配置为控制加压空气向所述至少一个孔(420)的施加，以在由所述控制器控制的至少一个进一步的操作开始时或在由所述控制器控制的至少一个进一步的操作开始以前不久产生所述气帘。
2.如权利要求1所述的挤奶系统，其中所述由所述控制器(20)控制的至少一个进一步的操作包括所述检测器(40)在动物下方的定位。
3.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的挤奶系统，其中所述由所述控制器(20)控制的至少一个进一步的操作包括所述检测器(40)的用于检测辐射的操作。
4.如前述任一项权利要求所述的挤奶系统，其中所述挤奶系统进一步包括用于清洁动物的奶头的清洗装置(60)，并且所述由所述控制器控制的至少一个进一步的操作包括利用所述清洗装置清洁动物的奶头。
5.如前述任一项权利要求所述的挤奶系统，其中所述挤奶系统进一步包括用于对动物的奶头施加液体处理的奶头处理装置(80)，并且所述由所述控制器(20)控制的至少一个进一步的操作包括控制所述奶头处理装置来对动物的奶头施加液体处理。
6.如前述任一项权利要求所述的挤奶系统，其中所述至少一个孔(450)相对于所述窗口(420)布置，使得在施加加压空气时空气从所述孔或多个所述孔(450)基本向下流动。
7.如权利要求1至权利要求5中任一项所述的挤奶系统，其中所述至少一个孔(450)相对于所述窗口(420)布置，使得在施加加压空气时空气从所述孔或多个所述孔(450)沿与向下的方向基本垂直的方向流动。
8.如前述任一项权利要求所述的挤奶系统，其中所述检测器(40)被安装在机器臂上。
9.如权利要求8所述的挤奶系统，其中所述检测器被安装在用于将挤奶杯(50)施加至动物的奶头的所述机器臂(110)上。
10.如前述任一项权利要求所述的挤奶系统，其中所述气流布置至少部分地集成在所述检测器的壳体(410)中，并且所述至少一个孔(450)被设置在所述窗口的在所述壳体外部的一侧上且与管道系统(440)连通，所述管道系统(440)被布置在所述壳体内或所述壳体上并且能连接至所述加压气源。
11.如权利要求10所述的挤奶系统，其中所述管道系统进一步适于连接至清洁液源，其中所述控制器控制清洁液的施加来迫使清洁液通过所述至少一个孔(450)流出，以清洁所述窗口(420)。
12.一种用于防止光学检测器(40)污染的方法，所述光学检测器(40)用于确定产奶动物的奶头的位置， 其中所述检测器包含在挤奶系统中，所述挤奶系统具有挤奶机器(1)，所述挤奶机器(I)具有至少一个机器臂(110)，所述至少一个机器臂(110)用于将挤奶杯(50)施加至动物的奶头，并且 其中所述检测器包括壳体(410)、检测元件(430)以及窗口(420)，所述检测元件(430)被装在所述壳体内，所述窗口(420)形成所述壳体的一部分并由对通过所述检测元件(430)检测的辐射基本透明的材料制成， 其特征在于， 所述检测器进一步包括气流布置(440)，所述气流布置(440)适于连接至加压气源并具有至少一个孔(450)，所述至少一个孔(450)被设置在所述检测器窗口(420)附近，并且其中所述方法包括下列步骤: 利用控制器启动加压空气向所述至少一个孔(450)的施加，以在由所述控制器执行的至少一个进一步的操作开始时或在由所述控制器执行的至少一个进一步的操作开始以前不久产生气帘。
13.如权利要求13所述的方法，其中所述产生所述气帘以与至少一个进一步的操作同时发生的步骤包括: 将所述检测器移动至待挤奶的动物下方的位置，以及 产生所述气帘，以与所述检测器的移动同时发生， 随后将所述检测器移动至离开动物下方的位置并在所述移动终止时或在所述检测器的移动过程中停止对所述至少一个孔(450)施加加压空气。
14.如权利要求12或权利要求13所述的方法，其中所述产生所述气帘以与至少一个进一步的操作同时发生的步骤包括:产生所述气帘，以与朝向动物的奶头喷射处理液体同时发生。
15.如权利要求12至权利要求14中任一项所述的方法，其中所述产生所述气帘以与至少一个进一步的操作同时发生的步骤包括:产生所述气帘，以与利用奶头清洁装置清洁动物的奶头同时发生。
16.如权利要求12至权利要求15中任一项所述的方法，其中所述产生所述气帘以与至少一个进一步的操作同时发生的步骤包括:产生所述气帘，以与向动物的奶头施加挤奶杯同时发生。
17.如权利要求12至权利要求16中任一项所述的方法,其中所述气流布置(440)进一步适于连接至清洁液源， 所述方法进一步包括下面的步骤:控制清洁流体向所述至少一个孔(450)的施加，以实现所述窗口的清洁。
全文摘要
描述了一种挤奶系统，其包括具有机器臂的挤奶机器，机器臂用于将挤奶杯施加至动物的奶头；光学检测器(40)，用于检测由动物发出和/或反射的辐射；以及控制器，用于控制机器臂和检测器的操作。检测器具有壳体(410)和检测元件(430)，壳体(410)具有窗口(420)，检测元件(430)被装在壳体内，检测元件对被发出或被反射的穿过窗口的辐射敏感。为了防止污染撞在检测器窗口上，提供气流布置，该气流布置可连接至加压气源并具有至少一个孔(411)，至少一个孔被设置在检测器窗口(420)附近以产生与窗口的表面平行流动的气帘。控制器控制气帘的产生，以与由控制器控制的至少一个进一步的操作的开始同时发生。
文档编号A01J5/017GK103228127SQ201180056985
公开日2013年7月31日 申请日期2011年12月20日 优先权日2010年12月22日
发明者贾恩·埃瑞克·安德松, 安德斯·哈尔斯特伦 申请人:利拉伐控股有限公司
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