CN106966192A - 一种近红外谷物分析仪的自动进料装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种近红外谷物分析仪的自动进料装置，包括漏斗、检测仓、波轮仓，以及设置在波轮仓中部的波轮，还包括设置在波轮侧边与波轮轮片相切的弹性挡片、带动波轮转动的驱动机构；其中漏斗设置在顶部，用于装载待检测样品；检测仓位于漏斗正下方，样品检测光路通过检测仓两侧设置的检测窗穿过样品来实现检测；波轮仓设置在检测仓的正下方，用于控制样品的下漏速度，从而控制样品在检测仓的检测位置，以实现对样品的均匀检测。本发明改善现有方案可能出现的卡料及操作复杂问题，实现了收购现场的快速检测。
Description
技术领域
本发明涉及近红外光谱分析仪研究领域，特别涉及一种近红外谷物分析仪的自动进料装置及方法。
背景技术
近红外(NIR)光谱检测技术是近年来发展较为迅速的一种高新分析测试技术,与传统分析技术相比，近红外光谱分析仪具有无损检测、分析效率高、分析速度快、分析成本低、重现性好等独特优势。
近红外分析主要是利用被测物对固定波长近红外光的吸收特性来进行各种物质含量的分析，同时由于检测速度快、对样品无损的特点，生产现场也成为了近红外产品经常出现的场所。目前小麦、水稻、大豆等粮食作物在出售时，主要根据其内部营养成分的含量来定价，而其主要数据来源的方式仍然为抽样送实验室进行化学检验，效率低下，周期长。而利用近红外技术就可以实现在收购现场对粮食成分的检验，大大提高工作效率。但一般近红外光谱仪主要采用样品杯采样的方式进行检测，装样和换样的过程复杂，效率低，因此有必要设计一种装样方便简单、检测迅速的样品检测装置来满足需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种近红外谷物分析仪的自动进料装置，改善现有方案可能出现的卡料及操作复杂问题，实现了收购现场的快速检测。
本发明的另一目的在于提供一种近红外谷物分析仪的自动进料方法，该方法具有单次装样，多次检测求平均、提高效率同时提高精度的优点。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种近红外谷物分析仪的自动进料装置，包括漏斗、检测仓、波轮仓，以及设置在波轮仓中部的波轮，还包括设置在波轮侧边与波轮轮片相切的弹性挡片、带动波轮转动的驱动机构；其中漏斗设置在顶部，用于装载待检测样品；检测仓位于漏斗正下方，样品检测光路通过检测仓两侧设置的检测窗穿过样品来实现检测；波轮仓设置在检测仓的正下方，用于控制样品的下漏速度，从而控制样品在检测仓的检测位置，以实现对样品的均匀检测。
所述弹性挡片设置在波轮左侧或者波轮右侧或者波轮左右侧同时设置。当弹性挡片设置在波轮左侧时，波轮在工作时逆时针旋转；当弹性挡片设置在波轮右侧时，波轮在工作时顺时针旋转；当波轮左右侧同时设置弹性挡片时，波轮在工作时可以选择顺时针旋转或者逆时针旋转，同时在旋转过程中若出现卡料且持续预设时间T，则波轮反向旋转。
所述波轮为8叶片设计，其叶片数主要是根据波轮半径与漏斗容量进行设计，具体的计算公式为：叶片数量N＝15×Π×波轮半径r2×波轮叶片长度L÷漏斗容量V，其中N取整舍余。
所述弹性挡片纵向设置在波轮侧边，安装位置位于检测仓下方，波轮仓上方的中间过渡位置，安装方向为竖直向下，安装高度需高于波轮仓最大半径高度，主要目的在于防止样品在安装位置处与波轮产生堆料的卡料现象。同时横向安装位置位于波轮半径四分之三处，其主要目的在于利用波轮与波轮仓的缓冲仓，波轮将弹性挡片压弯，利用其弹性将挡片内侧紧贴于波轮上，同时下方利用弹性将弹性挡片外侧紧贴于波轮仓内侧，防止检测过程中样品进入缓冲仓造成样品残留。弹性挡片上半部的弯曲方向为靠近波轮，弹性挡片上半部与波轮之间的空隙较小，这能够减少波轮一次转动从检测仓落到波轮上的样品数量，减小波轮与样品之间发生卡顿的机会；当波轮转动，样品从波轮仓顶部在波轮的带动下到达波轮仓下部，弹性挡片下半部的弯曲方向为远离波轮，弹性挡片下半部与波轮之间的空隙较大，这样能够使得样品尽快脱离剥离，进一步减小波轮与样品之间发生卡顿的机会。
所述缓冲仓位于波轮与波轮仓中间位置，直接被弹性挡片分割为内仓和外仓。外仓用于检测样品的通过，内仓用于为外仓样品通过提供足够的缓冲空间使其不造成卡料。其中缓冲仓宽度根据不同样品需要不同的参数设计，宽度计算公式为：缓冲仓宽度H＝样品最大直径D×1.8+弹性挡片厚度h。缓冲仓宽度H＝R-r，其中R为波轮仓的内半径，r为波轮半径，波轮仓与波轮的圆心重合；其中大宽度缓冲仓可以用来过渡小颗粒样品，但小宽度样品仓不能用于过渡大颗粒样品。公式H＝1.8*D+h是经过大量试验而最终确定的，是本发明的创造点之一。
所述弹性挡片在检测过程中直接与波轮产生摩擦，对弹性挡片的长期耐磨性要求较高；同时检测样品的种类较多较复杂，其直接接触的物质与环境也较为复杂，因此对弹性挡片的耐候性有较高的要求；最后是样机内部有卤素灯光源的发热，在机器内部温度较外部环境更高，因此对其高温下弹性的要求较高。而所述弹性挡片的材料为TPU(热塑性聚氨酯弹性体橡胶，以下简称TPU)，其主要特性为具有良好的耐磨性、耐候性、弹性热稳定性，可以很好的为本装置保证检测耐磨寿命，抵御复杂的检测环境，同时提供在高温情况下良好的挡片弹性性能。
所述近红外谷物分析仪的自动进料装置，还包括卸料抽屉，卸料抽屉位于波轮仓的正下方，用于收集检测完成的样品，方便回收。
所述近红外谷物分析仪的自动进料装置，还包括用于检测卸料抽屉是否安装到位的位置传感器，若卸料抽屉不到位，则禁止波轮转动进行测试。其主要作用在于防止样品发生混淆而导致检测结果出错，同时以防止物料直接落入仪器内部，造成清扫的麻烦。
所述近红外谷物分析仪的自动进料装置，还包括设置在卸料抽屉所在安装位置上的卡扣；在断电时，卡扣将卸料抽屉固定所在安装位置；若卸料抽屉已被取出，也只可以向内安装而不可以取出。其主要目的在于防止机器在断电携带的过程中卸料抽屉从仪器中滑落，造成样品的丢失或卸料抽屉的损坏。
所述驱动机构包括步进电机、联轴器，其中步进电机通过联轴器带动波轮正转或反转。通过步进电机对波轮进行精确控制，实现了对样品不同部位的均匀检测，提高检测精度。
本发明的另一目的通过以下的技术方案实现：
一种近红外谷物分析仪的自动进料方法，包括以下步骤：
(1)在漏斗未加入样品前，首先检测背景信号强度，记录背景光谱；
(2)装入样品，此时样品已进入检测仓，待样品稳定不动后进行第一次样品信号的采集并记录光谱；
(3)第一次检测完成后，波轮转动预设角度，通过一个波轮槽，此时样品在样品自身重力、波轮、设置在波轮侧边与波轮轮片相切的弹性挡片的共同作用下下沉一段距离，原检测样品落入波轮仓，漏斗内样品落入检测仓，待样品稳定不动后进行第二次检测；后续检测以此类推，通过波轮的均匀转动实现对样品的均匀检测；
(4)检测完成的样品由波轮仓落入卸料抽屉内，待采样完成，波轮会进行连续转动保证检测前加入的样品全部落入卸料抽屉，之后完成检测，将卸料抽屉内样品重新装回样品袋，完成检测。
所述弹性挡片设置在波轮左侧或者波轮右侧或者波轮左右侧同时设置；当弹性挡片设置在波轮左侧时，波轮在工作时逆时针旋转；当弹性挡片设置在波轮右侧时，波轮在工作时顺时针旋转；当波轮左右侧同时设置弹性挡片时，波轮在工作时可以选择顺时针旋转或者逆时针旋转，同时在旋转过程中若出现卡料且持续预设时间T，则波轮反向旋转。
所述预设角度为45°，其设计目的在于很好的配合整个进料装置。弹性挡片与波轮接触位置的中线位于波轮左右两侧偏上22.5°，因此采用45°设计使整个波轮上方两个卡位用于移动检测样品，侧上方两个卡位用于过渡样品，下方4个卡位用于卸料和空转。整个过程使样品运输更加平稳和均匀，保证每次转动所带动样品量的一致性，进一步提高检测精度。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明因为采用了软连接过渡，以及波轮外轮廓的圆弧过渡，因此很好的解决了现有波轮经常卡料的情况。
2、本发明可以适应在各种复杂环境下，各种不同大小，不同形状的样品，且不需要更换任何东西，通过同一个检测通道进行检测，减小本身一致性带来的检测误差。
3、本发明电机控制电路设计了电流监控模块，能够实时检测到卡料情况并及时作出反转和停止的动作，更好的保护波轮以及电机等零部件。
附图说明
图1为本发明所述一种近红外谷物分析仪的自动进料装置的正视图。
图2为本发明所述一种近红外谷物分析仪的自动进料装置的侧视图。
其中，附图标记说明如下：1-漏斗；2-检测仓；3-检测窗；4-波轮仓；5-弹性挡片；6-波轮；7-卸料抽屉；8-联轴器；9-步进电机。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
一种近红外谷物分析仪的自动进料装置，包括漏斗、检测仓、波轮仓、波轮、弹性挡片、卸料抽屉，其中漏斗位于进料器上方，主要用来装载待检测样品；检测仓位于漏斗正下方，样品检测光路通过检测仓两侧的检测窗穿过样品来实现检测；再下方为波轮仓和波轮仓，也是机构的主要部分，用来控制样品的下漏速度，从而控制样品在检测仓的检测位置，以实现对样品的均匀检测；卸料抽屉位于整个结构的最下方，用于收集检测完成的样品，方便回收。
所述样品进料装置中，叶轮两侧配有两个弹性挡片，其主要作用在于防止样品在波轮未转动的情况下下漏至卸料抽屉。一般进料器其波轮与波轮仓之间主要采用硬接触，其很大的问题在于经常卡料，进而导致原材料损坏，并且对电机和波轮产生较大损伤；而两侧的弹性挡片就很好的解决了以上几个问题，其对各种不同颗粒度及形状的样品均有较好地通过性，大大减少了卡料的概率，同时也减小了驱动电机的损伤。所述结构中，叶轮片最外侧采用了双侧圆角过渡，能够很大程度上减小样品对波轮的直接作用力，保护了转轴的同时，减小了电机的工作负荷。
所述结构中，在波轮一侧设有步进电机，通过联轴器与波轮相连接，主要作用为带动波轮转动实现样品的进料和分段检测。其主要优势在于可以实现对波轮转动角度的精确控制，从而保证每次样品经过量的一致性，实现对样品的均匀检测；同时电机控制部分设有电流监测模块，如波轮位置因样品尺寸不合要求而导致卡料，电机控制模块会监测到卡料情况，自动进行电机的反转或停止动作以对波轮、样品及电机进行保护。
上述结构中在卸料抽屉部分装有位置传感器，位于机器内部的传感器会检测卸料抽屉是否安装到位，不到位的情况将禁止波轮转动进行测试，主要作用在于防止样品发生混淆而导致检测结果出错，同时以防止物料直接落入仪器内部，造成清扫的麻烦。同时仪器在断电时，仪器内部的自动卡扣会将卸料抽屉所在安装位置，如卸料抽屉已被取出，也只可以向内安装而不可以取出，主要目的在于防止机器在断电携带的过程中卸料抽屉从仪器中滑落，造成样品的丢失或卸料抽屉的损坏。
一种近红外谷物分析仪的自动进料方法，包括以下步骤：
(1)在未加入样品前，首先检测背景信号强度，记录背景光谱；
(2)装入样品，此时样品已进入检测仓，待样品稳定不动后仪器进行第一次样品信号的采集并记录光谱；
(3)第一以此检测完成后，波轮转动45度，通过一个波轮槽，此时样品在重力作用下下沉一段距离，原检测样品落入波轮仓，漏斗内样品落入检测仓，待样品稳定不动后进行第二次检测；后续检测以此类推，通过波轮的均匀转动实现对样品的均匀检测；
(4)检测完成的样品由波轮仓落入卸料抽屉内，待采样完成，波轮会进行连续转动保证检测前加入的样品全部落入卸料抽屉，之后完成检测，将卸料抽屉内样品重新装回样品袋，完成检测。
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参见图1、2，本实施例所述一种用于近红外谷物分析仪的自动进料装置，漏斗1位于最上方，检测仓2位于漏斗下方，其两侧有两个检测窗3用于样品检测。在检测仓下方是波轮仓4。当样品装入漏斗1后，在重力的作用下，会落入检测仓2及波轮仓4中，这时光谱仪检测光路通过检测窗3对样品进行第一次检测并记录检测光谱。
在完成第一次检测之后，波轮6由步进电机9带动旋转固定的角度，将部分样品由波轮仓4上方带入下方，在重力作用下落入卸料抽屉7中，同时检测仓内的样品下落一段距离，使原本处于检测窗3位置的样品更换为从漏斗1进入的新样品，这时进行第二次样品检测并记录检测光谱。
上述过程中在波轮6转动带动样品的过程中，当样品通过弹性挡片5时，波轮槽内溢出的样品会将弹性挡片推入其后方的缓冲空间中，同时在弹性挡片与波轮之间出现了一个通过空间，由此实现弹性挡片的防卡料作用。
重复上述步骤，在样品全部检测完成后，波轮6会连续转动将整个检测机构内的所有样品送入卸料抽屉7中，同时提醒用户检测已完成，先将卸料抽屉7中的样品清理干净后更换下一个样品进行检测。
当用户将卸料漏斗7内的样品清理干净后安装会原位，卸料漏斗7内的位置传感器会检测其是否安装到位，到位后提示可以进行下一个样品的检测，否则无法对下一个样品进行检测。
在光谱仪断电后，卸料漏斗将被所在卸料仓内，方便外出携带。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种近红外谷物分析仪的自动进料装置，其特征在于：包括漏斗、检测仓、波轮仓，以及设置在波轮仓中部的波轮，还包括设置在波轮侧边与波轮轮片相切的弹性挡片、带动波轮转动的驱动机构；其中漏斗设置在顶部，用于装载待检测样品；检测仓位于漏斗正下方，样品检测光路通过检测仓两侧设置的检测窗穿过样品来实现检测；波轮仓设置在检测仓的正下方，用于控制样品的下漏速度，从而控制样品在检测仓的检测位置，以实现对样品的均匀检测。
2.根据权利要求1所述近红外谷物分析仪的自动进料装置，其特征在于：所述弹性挡片设置在波轮左侧或者波轮右侧或者波轮左右侧同时设置。
3.根据权利要求1或2所述近红外谷物分析仪的进料装置，其特征在于：所述弹性挡片固定安装于检测仓下方与波轮仓上方的中间过渡位置，安装方向为竖直向下，安装高度需高于波轮仓最大半径高度，横向安装位置位于波轮半径四分之三处。
4.权利要求1所述近红外谷物分析仪的自动进料装置，其特征在于：所述弹性挡片的材料选用TPU。
5.根据权利要求1所述近红外谷物分析仪的自动进料装置，其特征在于：所述波轮仓的内半径为R，波轮半径为r，波轮仓与波轮的圆心重合，满足以下公式：
H＝1.8*D+h；
其中H＝R-r，D为待检测样品的最大直径，h为弹性挡片的厚度。
6.根据权利要求1所述近红外谷物分析仪的自动进料装置，其特征在于：还包括卸料抽屉，卸料抽屉位于波轮仓的正下方；
还包括用于检测卸料抽屉是否安装到位的位置传感器，若卸料抽屉不到位，则禁止波轮转动进行测试；
还包括设置在卸料抽屉所在安装位置上的卡扣；在断电时，卡扣将卸料抽屉固定所在安装位置，若卸料抽屉已被取出，则只向内安装而不能取出。
7.根据权利要求1所述近红外谷物分析仪的自动进料装置，其特征在于：所述驱动机构包括步进电机、联轴器，其中步进电机通过联轴器带动波轮正转或反转。
8.一种近红外谷物分析仪的自动进料方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在漏斗未加入样品前，首先检测背景信号强度，记录背景光谱；
(2)装入样品，此时样品已进入检测仓，待样品稳定不动后进行第一次样品信号的采集并记录光谱；
(3)第一次检测完成后，波轮转动预设角度，通过一个波轮槽，此时样品在样品自身重力、波轮、设置在波轮侧边与波轮轮片相切的弹性挡片的共同作用下下沉一段距离，原检测样品落入波轮仓，漏斗内样品落入检测仓，待样品稳定不动后进行第二次检测；后续检测以此类推，通过波轮的均匀转动实现对样品的均匀检测；
(4)检测完成的样品由波轮仓落入卸料抽屉内，待采样完成，波轮会进行连续转动保证检测前加入的样品全部落入卸料抽屉，之后完成检测，将卸料抽屉内样品重新装回样品袋，完成检测。
9.根据权利要求8所述近红外谷物分析仪的自动进料方法，其特征在于，所述弹性挡片设置在波轮左侧或者波轮右侧或者波轮左右侧同时设置；当弹性挡片设置在波轮左侧时，波轮在工作时逆时针旋转；当弹性挡片设置在波轮右侧时，波轮在工作时顺时针旋转；当波轮左右侧同时设置弹性挡片时，波轮在工作时可以选择顺时针旋转或者逆时针旋转，同时在旋转过程中若出现卡料且持续预设时间T，则波轮反向旋转。
10.根据权利要求8所述近红外谷物分析仪的自动进料方法，其特征在于，所述预设角度为45°。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2020030101A1 (zh) * | 2018-08-10 | 2020-02-13 | 佛山市饭小二煮饭机器人科技有限公司 | 谷物定量机构防堵转控制系统、电饭煲及防堵转控制方法 |
| CN110980334A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-10 | 广东智源机器人科技有限公司 | 落料机构与投料装置 |
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2017
- 2017-05-31 CN CN201710396733.5A patent/CN106966192A/zh not_active Withdrawn
Cited By (3)
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| WO2020030101A1 (zh) * | 2018-08-10 | 2020-02-13 | 佛山市饭小二煮饭机器人科技有限公司 | 谷物定量机构防堵转控制系统、电饭煲及防堵转控制方法 |
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