CN110308113A - 一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置，包括参比送样机构和样品翻转机构。参比送样机构包括设置样品自转托盘单元的输送单元；样品自转托盘单元的内部设置第一底座，第一底座上设置第一支座，且第一底座与行星运动机构的内圈固定连接,行星运动机构的外圈连接第一支座；样品翻转机构包括第一、二直线模组，第一直线模组的滑块上设置样品托盘自转驱动机构，样品托盘自转驱动机构包括与第一直线模组连接的第一座板，第一座板上安装主动摩擦轮和第三直线模组，第三直线模组的滑块上安装主动抓手，第二直线模组的滑块上设置第二座板，该第二座板的前端设置随动摩擦轮，第二座板的后端安装第四直线模组，第四直线模组的滑块连接随动抓手。

Description

一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置
技术领域
本发明涉及用于食品加工使用的水果输送翻转装置,尤其涉及一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置。
背景技术
近年来，光谱检测技术得到了快速发展，近红外光谱的典型应用包括食品、药品。水果的输送和翻转对于全方位采集水果的近红外光谱信息至关重要，当前用于科研和教学的近红外光谱农产品无损检测装置，对于准球形水果的翻转，主要采用人工翻转和双锥式滚筒翻转；人工翻转，虽然准确度较高，但耗时且工作量大；双锥式滚筒翻转虽然可快速翻转准球形水果，但针对大小、表面质量不同的准球形水果其准确度不高，而且只能以一条水平轴翻转，不能全面采集光谱信息。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置，其能实现自动进样，以及准球形水果样品的全方位翻转，以实现单个样品光谱信息的全方位无盲区采集。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置，包括相互正交设置的参比送样机构和样品翻转机构，其中：
所述参比送样机构包括用于将样品及参比送至预定位置的输送单元，该输送单元上设置样品自转托盘单元；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，第一底座内固定设置第一透镜套筒，第一透镜套筒内设置第一凸透镜，第一透镜套筒的顶部设置用于放置样品的第一支座，第一支座经高度调整单元连接导杆，且第一透镜套筒与行星运动机构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相对设置的两个第一、二直线模组，第一直线模组的滑块上设置样品托盘自转驱动机构，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，第一座板上经轴承固定安装与第一驱动单元连接的主动摩擦轮，且第一座板上垂直安装第三直线模组，第三直线模组的滑块经第二驱动单元安装主动抓手，第二直线模组的滑块上设置第二座板，该第二座板的前端并列设置至少两个随动摩擦轮，第二座板的后端垂直安装第四直线模组，第四直线模组的滑块经随动抓手轴承座连接随动抓手。
进一步地，所述输送单元包括第一步进电机，第一步进电机的输出轴与主动链轮的旋转轴连接，主动链轮与从动链轮经链条连接，链条的侧面安装所述样品自转托盘单元。
进一步地，所述行星运动机构的外圈外周套设聚氨酯套圈，使主动摩擦轮可柔性接触并驱动行星运动机构，以防止行星运动机构磨损。
进一步地，所述第一支座的顶部安装第一软垫，以使样品放置时不会损伤，且样品与第一软垫柔性接触，避免杂散光的影响。
进一步地，所述第一驱动单元包括固定安装在第一座板上的第三步进电机，第三步进电机的输出轴经同步带轮连接所述主动摩擦轮的旋转轴。
进一步地，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，该第二步进电机安装座上安装第二步进电机，第二步进电机的输出轴连接所述主动抓手的旋转轴。
进一步地，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、经滑动轴及第二弹性元件与三角座连接的圆盘座，圆盘座上设置多个限位孔，且圆盘座固定连接多边形限位座，多边形限位座上铰接多个用于抓压样品的指，各指的中部通过第一弹性元件与所述圆盘座连接，各指的后端***所述圆盘座上的限位孔中。
进一步地，所述预定位置的上方设置用于监控样品位置信息的摄像头。
进一步地，所述输送单元上还设置有参比球托盘单元，所述参比球托盘单元包括固定设置在步进输送单元上的第二底座，第二底座内设置顶部用于放置参比的第二托盘套筒，所述第二底座内固定设置第二透镜套筒，第二透镜套筒的内腔中部设置第二凸透镜。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过输送单元与样品自转托盘单元的配合，实现了自动进给参比和样品，并通过第一、二、三、四直线模组的配合使用，以及第二、三驱动单元的旋转驱动，使本发明实现了准球形水果样品的全方位翻转，以此使漫反射和漫透射光谱采集实现单个样品光谱信息的全方位无盲区自动采集。
附图说明
图1是本发明一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置的总体结构示意图。
图2是本发明参比送样机构的结构示意图。
图3是本发明样品自转托盘单元示意图。
图4是本发明参比球托盘单元示意图。
图5是本发明样品翻转机构结构示意图。
图6是本发明主动抓手示意图。
图7是本发明多边形限位座示意图。
图8是本发明一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置的控制方法。
图中：
1、参比送样机构；11、第一步进电机；12、链条；13、主动链轮；14、承重链条轨道；15、光电传感器；16、样品自转托盘单元；17、参比球托盘单元；18、从动链轮；
160、准球形水果样品；161、第一底座；162、第一透镜套筒；163、第一凸透镜；164、行星运动机构；165、聚氨酯套圈；166、第一软垫；167、第一支座；168、高度调整单元；169、导杆；
170、参比球；171、第二底座；172、第二透镜套筒；173、第二凸透镜；174、第二托盘套筒；175、第二软垫；176、螺钉；
2、样品翻转机构；20、样品托盘自转驱动机构；21、第一直线模组；22、第三直线模组；23、第二步进电机；24、第二步进电机座；25、主动抓手；26、随动抓手；27、随动抓手轴承座；28、第四直线模组；29、第二直线模组；
201、第三步进电机；202、同步带轮；203、第一座板；204、主动摩擦轮；205、第二座板；206、随动摩擦轮；
251、指；252、多边形限位座；253、圆盘座；2531、限位孔；2532、滑动孔；254、三角座；255、第二弹性元件；256、第一弹性元件；257、滑动轴；
摄像头3。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
为了便于描述，各部件的相对位置关系（如：上、下、左、右等）的描述均是根据说明书附图的布图方向来进行描述的，并不对本发明的结构起限定作用。
实施例1：
如图1所示，本发明用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置一实施例包括参比送样机构1和样品翻转机构2。
如图2所示，所述参比送样机构1包括第一步进电机11、链条12、主动链轮13、承重链条轨道14、光电传感器15、样品自转托盘单元16、参比球托盘单元17、从动链轮18，第一步进电机11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13与从动链轮18之间连接链条12，样品自转托盘单元16及参比球托盘单元17安装在链条12侧面的角钢上；第一步进电机11启动后通过主动链轮13带动链条12移动，进而使链条12上的样品自转托盘单元16及参比球托盘单元17依次通过光电传感器15，即准球形水果样品160及参比球170平动输送到预定检测位置以自动采集参比和样品光谱信息，同时光电传感器15产生光电信号进而将第一步进电机11的供电切断。
如图3所示，所述样品自转托盘单元16包括中空圆柱状的第一底座161、第一透镜套筒162、第一凸透镜163、行星运动机构164、聚氨酯套圈165、第一软垫166、第一支座167、高度调整单元168、导杆169，第一透镜套筒162套设于第一底座161的内腔并通过第一底座161侧面设置的螺钉定位，第一凸透镜163放置于第一透镜套筒162内的阶梯上，行星运动机构164通过其内圈固定安装在第一透镜套筒162上，聚氨酯套圈165套设在行星运动机构164的外圈上。第一支座167间隙配合在第一透镜套筒162的顶部，且第一支座167经高度调整单元168（螺栓和螺母配合结构）连接导杆169，导杆169与行星运动机构164的外圈固定连接，第一软垫166安装在第一支座167的顶部，使第一支座167与第一软垫166随行星运动机构164的外圈转动。第一支座167与第一软垫166可根据需要更换，以适应不同样品，且第一支座167与第一软垫166的高度可通过高度调整单元168调节，从而使样品的放置高度可调节。
如图4所示，所述参比球托盘单元17包括中空圆柱状的第二底座171、第二透镜套筒172、第二凸透镜173、第二托盘套筒174、第二软垫175，第二透镜套筒172套设在第二底座171内，并通过第二底座171侧面上的螺钉176定位，第二凸透镜173放置在第二透镜套筒172内的阶梯上，第二托盘套筒174的底部套设于第二透镜套筒172的上部，第二软垫175套置于第二托盘套筒174的顶部。第二托盘套筒174及第二软垫175可根据需要更换，以适应不同参比。
如图5所示，所述样品翻转机构2包括样品托盘自转驱动机构20、第一直线模组21、第三直线模组22、第二步进电机23、第二步进电机座24、主动抓手25、随动抓手26、随动抓手轴承座27、第四直线模组28、第二直线模组29、摄像头3，其中第一、二直线模组为同步带直线模组，第三、四直线模组为丝杆直线模组。
样品托盘自转驱动机构20包括第三步进电机201、同步带轮202、T型的第一座板203、主动摩擦轮204、Y型的第二座板205、随动摩擦轮206，第一座板203和第二座板205分别固定安装于第一、二同步带直线模组21、29的滑座上，且第三步进电机201固定安装在T型的第一座板203的凸端，主、随动摩擦轮204、206分别安装在第一、二座板203、205前端固定安装的旋转轴上，第三步进电机201的输出轴经同步带轮202连接主动摩擦轮204的旋转轴。
第三直线模组22垂直安装于第一座板203上，第四直线模组28垂直安装于第二座板205上，第二步进电机23固定于第三直线模组22滑块上的第二步进电机座24上，主动抓手25的旋转轴通过联轴器连接第二步进电机23的输出轴，随动抓手26通过旋转轴安装在第四直线模组28滑块上的随动抓手轴承座27上。
如图6、图7所示，主动抓手25和随动抓手26的结构相同，分别包括多个指251、多边形限位座252、圆盘座253、三角座254，多边形限位座252通过轴与圆盘座253固定连接为一体，圆盘座253上设置多个限位孔2531和三个滑动孔2532，多个指251的前端通过销安装在多边形限位座252上，指251的中部通过第一弹性元件256与圆盘座253连接，指251的后端***圆盘座253上的限位孔2531中，圆盘座253与三角座254之间设置穿设三个滑动孔2532的滑动轴257，滑动轴257上安装第二弹性元件255。当抓压准球形水果样品160时，主动抓手25在第一直线模组21的作用下，主动抓向准球形水果样品160，接触到准球形水果样品160后，主动抓手25的多个指251被动张开并压迫第一、二弹性元件256、255，随动抓手26的多个指251同时被动张开并压迫其第一、二弹性元件256、255，进而在主动抓手25和随动抓手26的共同作用下压住准球形水果样品160。多边形限位座252在压抓准球形水果样品160时对指251起到限位作用。
如图1所示，摄像头3可采集样品翻转机构2是否将准球形水果样品160翻转到准确的位置信息。
本发明使用时，将准球形水果样品160分为类似方型物品的六个面，第二步进电机启动一次使准球形水果样品160翻转90度，第三步进电机启动一次使样品自转托盘单元16自转90度时，本发明一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置的控制方法，包括下述步骤：
S1、将携带有准球形水果样品160的样品自转托盘单元16通过链条12在第一步进电机11驱动下，平移输送到光电传感器15处（检查位置），使准球形水果样品160的一个面对准光谱信号采集装置的同时，光电传感器15发出信号使第一步进电机11的电源切断，光谱信号采集装置对准球形水果样品160的第一面采集信息；
S2、通过第三、四直线模组22、28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160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22、28滑块上的主动抓手25和随动抓手26相对向准球形水果样品160移动，使主、随动抓手25、26压紧或抓紧准球形水果样品160，然后同步驱动第三、四直线模组22、28，通过主动抓手25和随动抓手26将准球形水果样品160向上抬离样品自转托盘单元16；接着启动第二步进电机23，通过主动抓手25和随动抓手26将准球形水果样品160翻转90°，使准球形水果样品160的第二面对准光谱信号采集装置，最后同步驱动第三、四直线模组22、28，通过主动抓手25和随动抓手26向下移动将准球形水果样品160放回样品自转托盘单元16，并通过驱动第一、二直线模组，使主动抓手25、随动抓手26返回到初始位置，以便光谱信号采集装置对准球形水果样品160的第二面采集信息；
S3、重复步骤S2两次，使准球形水果样品160再两次翻转90度，完成第三、四面的光谱信号采集；
S4、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160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160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支座、样品转动90°，使准球形水果样品160的第五面对准光谱信号采集装置，以便光谱信号采集装置对准球形水果样品160的第五面采集信息；
S5、通过第三、四直线模组22、28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160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22、28滑块上的主动抓手25和随动抓手26相对向准球形水果样品160移动，使主、随动抓手25、26压紧或抓紧准球形水果样品160，然后同步驱动第三、四直线模组22、28，通过主动抓手25和随动抓手26将准球形水果样品160向上抬离样品自转托盘单元16；接着两次连续启动第二步进电机23，通过主动抓手25和随动抓手26将准球形水果样品160翻转180°，使准球形水果样品160的第六面对准光谱信号采集装置，最后同步驱动第三、四直线模组22、28，通过主动抓手25和随动抓手26向下移动将准球形水果样品160放回样品自转托盘单元16，并通过驱动第一、二直线模组，使主动抓手25、随动抓手26返回到初始位置，以便光谱信号采集装置对准球形水果样品160的第六面采集信息。
在本实施例中假定将准球形水果样品160分为类似方型物品的六个面，第二步进电机启动一次使准球形水果样品160翻转90度，第三步进电机启动一次使样品自转托盘单元16自转90度，但并不局限于此，比如可将本申请中的步进电机替换为无级调速电机，实现翻转角度及自转角度的无级调整，这样就可将准球形水果样品分为任意多个面，然后通过第一、二、三、四直线模组的配合，实现任意面的光谱采集。
以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (9)

1.一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置，包括相互正交设置的参比送样机构（1）和样品翻转机构（2），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预定位置的输送单元，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相对设置的两个第一、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与第一驱动单元连接的主动摩擦轮（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），使主动抓手（25）和随动抓手（26）通过柔性的压和抓两个动作稳定翻转样品。
2.根据权利要求1所述的一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置，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）的旋转轴连接，主动链轮与从动链轮（18）经链条（12）连接，链条的侧面安装所述样品自转托盘单元。
3.根据权利要求1所述的一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置，其特征在于，所述行星运动机构的外圈外周套设聚氨酯套圈（165）。
4.根据权利要求1所述的一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置，其特征在于，所述第一支座的顶部安装第一软垫（166）。
5.根据权利要求1所述的一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置，其特征在于，所述第一驱动单元包括固定安装在第一座板上的第三步进电机（201），第三步进电机的输出轴经同步带轮（202）连接所述主动摩擦轮的旋转轴。
6.根据权利要求1所述的一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置，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。
7.根据权利要求6所述的一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置，其特征在于，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***所述圆盘座上的限位孔中。
8.根据权利要求1所述的一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置，其特征在于，所述预定位置的上方设置用于样品位置信息的摄像头（3）。
9.根据权利要求1所述的一种用于近红外光谱检测的全方位翻转准球形水果装置，其特征在于，所述输送单元上还设置有参比球托盘单元（17），所述参比球托盘单元包括固定设置在步进输送单元上的第二底座（171），第二底座内设置顶部用于放置参比的第二托盘套筒(174)，所述第二底座内固定设置第二透镜套筒（172），第二透镜套筒的内腔中部设置第二凸透镜（173）。
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