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原文传递一种近红外光谱全方位无损检测装置及控制方法

专利名称：	一种近红外光谱全方位无损检测装置及控制方法
摘要：	一种近红外光谱全方位无损检测装置及控制方法，其包括参比送样机构、样品翻转机构和多个环绕样品检测中心呈均匀对称布置的光源调整机构，光源调整机构包括一端铰接于垫高座的双平行四连杆支架，双平行四连杆支架的另一端铰接调节板座，调节板座上安装一安装角度可调的光照距离调节机构，光照距离调节机构的顶端安装光源，且调节板座与双平行四连杆支架的铰接中心连线、光照距离调节机构的照射光束中心线及双平行四连杆支架与垫高座的铰接中心连线的交点为光源调整机构转动中心；所述双平行四连杆支架与调节板座形成双平行四杆控制结构；所述双平行四连杆支架上铰接电动推杆，使各双平行四连杆支架上的光源绕光源调整机构转动中心转动。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	中南林业科技大学
发明人：	文韬;韩龙波;王孟龙;彭海龙;王利军;龚中良;曾志华
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-04T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-06T00:00:00+0800
申请号：	CN201910597188.5
公开号：	CN110208212A
代理机构：	长沙正奇专利事务所有限责任公司
代理人：	马强;李宇
分类号：	G01N21/359(2014.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	410004 湖南省长沙市韶山南路498号
主权项：	1.一种近红外光谱全方位无损检测装置，包括设置于一机箱内的参比送样机构（1）、样品翻转机构（2）和多个环绕样品检测中心呈均匀对称布置的光源调整机构（3），其特征在于，所述参比送样机构包括用于将样品及参比送至检测位置的输送单元，该输送单元上设置样品自转托盘单元（16）；所述样品自转托盘单元包括固定设置在输送单元上的第一底座（161），第一底座内固定设置第一透镜套筒（162），第一透镜套筒内设置第一凸透镜（163），第一透镜套筒的顶部设置用于放置样品的第一支座（167），第一支座经高度调整单元（168）连接导杆（169），且第一透镜套筒与行星运动机构(164)的内圈过盈配合连接, 导杆固定连接行星运动机构的外圈，使第一支座随行星运动机构的外圈转动而转动；所述样品翻转机构包括对称设置于所述输送单元两侧及检测位置的两个第一、二直线模组（21、29），第一直线模组的滑块上设置样品托盘自转驱动机构（20），该样品托盘自转驱动机构包括与第一直线模组的滑块固定连接的第一座板（203），第一座板上经轴承固定安装第一驱动单元及与第一驱动单元连接主动摩擦轮（204），且第一座板上垂直安装第三直线模组（22），第三直线模组的滑块经第二驱动单元安装主动抓手（25），第二直线模组的滑块上设置第二座板（205），该第二座板的前端并列设置至少两个随动摩擦轮（206），第二座板的后端垂直安装第四直线模组（28），第四直线模组的滑块经随动抓手轴承座（27）连接随动抓手（26）；所述光源调整机构包括一端铰接固定在垫高座（31）上的双平行四连杆支架（33），双平行四连杆支架的另一端铰接调节板座（334），调节板座上铰接安装角度可调的光照距离调节机构（34），光照距离调节机构（34）的顶端安装光源（344），且调节板座与双平行四连杆支架的铰接中心连线、光照距离调节机构的照射光束中心线及双平行四连杆支架与垫高座的铰接中心连线的相交点作为光源调整机构的转动中心，各光源调整机构的转动中心相交于同一点；所述双平行四连杆支架包括分别与机箱铰接且平行设置的前、后支架脚（331、332）和两个与所述调节板座铰接且平行设置的支架悬臂（333），前、后支架脚与支架悬臂的相邻端相互铰接，且前、后支架脚和两个支架悬臂连接成平行四边形铰接结构，所述调节板座与两个支架悬臂的铰接中心连线平行于前、后支架脚，使双平行四连杆支架与调节板座形成双平行四杆控制结构；所述双平行四连杆支架上固定铰接电动推杆，使各双平行四连杆支架上的光源绕光源调整机构的转动中心转动。 2.根据权利要求1所述的一种近红外光谱全方位无损检测装置，其特征在于，所述机箱的内腔顶部安装反射准直镜（47），底部设置透射准直镜（46），且反射准直镜与透射准直镜相对设置，反射准直镜与透射准直镜之间设置所述样品放置点，反射准直镜和透射准直镜分别经光纤连接可控光路切换器（43）的一端，可控光路切换器的另一端经光纤连接光谱仪（41）。 3.根据权利要求1所述的一种近红外光谱全方位无损检测装置，其特征在于，所述输送单元包括第一步进电机（11），第一步进电机的输出轴与主动链轮（13）的旋转轴通过联轴器连接，主动链轮与从动链轮（18）之间连接链条（12），所述样品自转托盘单元及参比球托盘单元安装在所述链条的侧面。 4.根据权利要求1所述的一种近红外光谱全方位无损检测装置，其特征在于，所述双平行四连杆支架与机箱的铰接轴连接角度传感器（35）的检测端。 5.根据权利要求1所述的一种近红外光谱全方位无损检测装置，其特征在于，所述光照距离调节机构包括固定在齿条滑动座板（342）上的齿条（341），齿条穿设齿轮箱（343），且齿条的顶端安装光源(344)，齿轮箱内设置安装在半径调节步进电机（345）输出轴上的齿轮（346），齿轮与齿条啮合。 6.根据权利要求2所述的一种近红外光谱全方位无损检测装置，其特征在于，所述机箱的内腔顶部安装上准直镜齿轮齿条伸缩机构（48），上准直镜齿轮齿条伸缩机构的齿条顶端固定安装反射准直镜座，所述反射准直镜（47）安装在反射准直镜座上；所述机箱的内腔底部安装下准直镜齿轮齿条伸缩机构（45），下准直镜齿轮齿条伸缩机构的齿条顶端固定安装透射准直镜座，透射准直镜座上安装所述透射准直镜（46）。 7.根据权利要求6所述的一种近红外光谱全方位无损检测装置，其特征在于还包括准直镜调距机构（5），该准直镜调距机构包括第四步进电机（51），第四步进电机经圆柱齿轮（52）连接第一、二电磁离合器（53、54）的输入端，第一电磁离合器的输出端经第一锥齿轮副（6）、第一传动轴（7）、第二锥齿轮副（8）、第二传动轴（9）连接所述上准直镜齿轮齿条伸缩机构的齿轮，第二电磁离合器的输出端连接所述下准直镜齿轮齿条伸缩机构的齿轮。 8.根据权利要求1所述的一种近红外光谱全方位无损检测装置，其特征在于，所述第二驱动单元包括固定在第三直线模组滑块上的第二步进电机座（24），该第二步进电机安装座上安装第二步进电机（23），第二步进电机的输出轴连接所述主动抓手的旋转轴；所述主动抓手和随动抓手的结构相同，分别包括与所述第二步进电机座固定连接的三角座（254）、经滑动轴（257）及第二弹性元件（255）与三角座连接的圆盘座（253），圆盘座上设置多个限位孔（2531），且圆盘座固定连接多边形限位座（252），多边形限位座上铰接多个用于抓压样品的指（251），各指的中部通过第一弹性元件（256）与所述圆盘座连接，各指的后端插入所述圆盘座上的限位孔中。 9.根据权利要求1所述的一种近红外光谱全方位无损检测装置，其特征在于，所述调节板座上设置圆弧槽（3341）和调节圆心孔（3342），且圆弧槽与调节圆心孔同圆心设置，所述光照距离调节机构（34）在调节圆心孔处与调节板座铰接，并经穿设在圆弧槽内的螺栓连接定位在调节板座上。 10.一种权利要求1－9中任一项所述近红外光谱全方位无损检测装置的控制方法，其特征在于包括下述步骤： S1、打开光源，根据光源调整机构的转动中心及待检准球形水果样品（160）的大小，通过调节高度调整单元（168）使待检准球形水果样品平动到检查位置时，准球形水果样品的中心与各光源调整机构的转动中心重合于同一点，并更换合适的光阑； S2、将携带参比球（170）的参比球托盘单元（17）与携带准球形水果样品的样品自转托盘单元（16）通过输送单元输送，使携带有参比球的参比球托盘单元平动到达透射准直镜(46)正上方与反射准直镜（47）正下方； S3、将可控光路切换器（43）切换到透射支路光纤（44），透射光由透射准直镜耦合到透射支路光纤后，由可控光路切换器传入光谱仪（41），进行参比的透射光谱的采集；将可控光路切换器切换在反射支路光纤（49），反射光由反射准直镜（47）耦合到反射支路光纤后，由可控光路切换器传入光谱仪，进行参比的反射光谱采集； S4、将携带有准球形水果样品的样品自转托盘机构（16）平动到达透射准直镜正上方与反射准直镜正下方； S5、先将可控光路切换器切换到透射支路光纤，透射光由透射准直镜耦合到透射支路光纤后，由可控光路切换器传入光谱仪，进行样品第一面透射光谱的采集；再将可控光路切换器切换在反射支路光纤，反射光由反射准直镜耦合到反射支路光纤后，由可控光路切换器传入光谱仪，进行样品第一面反射光谱的采集； S6、通过第三、四直线模组驱动主动抓手（25）、随动抓手（26），使其移动至与准球形水果样品位于同一水平线上，再通过第一、二直线模组（21、29）同步驱动第三、四直线模组（22、28），使位于第三、四直线模组滑块上的主动抓手和随动抓手相对向准球形水果样品移动，使主、随动抓手压紧和抓紧准球形水果样品，然后同步驱动第三、四直线模组，通过主动抓手和随动抓手将准球形水果样品向上抬离样品自转托盘单元；接着启动第二步进电机，通过主动抓手和随动抓手将准球形水果样品翻转90°，使准球形水果样品的第二面到达透射准直镜正上方与反射准直镜正下方，最后同步驱动第三、四直线模组，通过主动抓手和随动抓手向下移动将准球形水果样品放回样品自转托盘单元，并通过驱动第一、二直线模组，使主动抓手、随动抓手返回到初始位置，重复步骤S5，完成样品第二面透射光谱或反射光谱的采集； S7、重复步骤S6两次，使准球形水果样品两次翻转90度，完成第三、四面样品的透射光谱或反射光谱的采集； S8、先通过驱动第三、四直线模组分别将主、随动抓手向上移动到高于准球形水果样品的位置；再通过第一、二直线模组同步驱动主、随动摩擦轮向准球形水果样品平移至与行星运动机构的外圈接触；然后启动第三步进电机，使主动摩擦轮旋转，从而使行星运动机构的外圈及第一、二支座、样品转动90°，再次通过主动抓手和随动抓手相对向准球形水果样品移动，使主、随动抓手压紧和抓紧准球形水果样品，然后同步驱动第三、四直线模组，通过主动抓手和随动抓手将准球形水果样品向上抬离样品自转托盘单元；接着启动第二步进电机，通过主动抓手和随动抓手将准球形水果样品翻转90°,通过主动抓手和随动抓手向下移动将准球形水果样品放回样品自转托盘单元，并通过驱动第一、二直线模组，使主动抓手、随动抓手返回到初始位置,重复S5，完成样品第五面透射样品光谱或反射光谱的采集； S9、通过第三、四直线模组驱动主动抓手、随动抓手，使其移动至与准球形水果样品位于同一水平线上，再通过第一、二直线模组同步驱动第三、四直线模组，使位于第三、四直线模组滑块上的主动抓手和随动抓手相对向准球形水果样品移动，使主、随动抓手压紧和抓紧准球形水果样品，然后同步驱动第三、四直线模组，通过主动抓手和随动抓手将准球形水果样品向上抬离样品自转托盘单元；接着两次连续启动第二步进电机，通过主动抓手和随动抓手将准球形水果样品翻转180°，使准球形水果样品的第六面到达透射准直镜正上方与反射准直镜正下方，最后同步驱动第三、四直线模组，通过主动抓手和随动抓手向下移动将准球形水果样品放回样品自转托盘单元，并通过驱动第一、二直线模组，使主动抓手、随动抓手返回到初始位置，重复步骤S5，完成样品第六面透射光谱或反射光谱的采集； S10、对光照角度进行调节时，通过电动推杆驱动双平行四连杆支架，使样品的光照角度变化； S11、对光照距离进行调节时，启动光照距离调节机构的半径调节步进电机，进而通过齿轮带动齿条及光源，使样品的光照距离变化。
所属类别：	发明专利