CN110208212B - 一种近红外光谱全方位无损检测装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

一种近红外光谱全方位无损检测装置及控制方法
技术领域
本发明涉及近红外光谱无损检测农产品装置,尤其涉及一种近红外光谱全方位无损检测装置及控制方法。
背景技术
近年来，光谱检测技术得到了快速发展，应用已扩展至各个领域。利用近红外光谱可对水果的糖度、酸度进行无损检测，且具有分析速度快、非破坏性等特点。目前用于科研和教学的近红外光谱农产品无损检测装置，普遍采用反射或透射单一的光谱采集方式，采用反射或透射单一的光谱采集方式虽然可达到快速分析的要求，但获取的是单一光谱采集方式的光谱信息，无法实时将反射和透射采集的光谱信息对比；且采用人工翻转或双圆锥棍翻转准球形水果采集光谱信息，人工翻转，虽然准确度高，但耗时工作量大；依靠摩擦力的双圆锥棍翻转虽然可快速翻转转球形水果的赤道面，但水果表面光滑度和表面形状会导致翻转不到位，而且有些面无法翻转，存在盲区，且针对大小、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。
公开号为CN103487396A的中国发明专利申请公开了一种光照参数可调的近红外水果糖度无损检测装置，其通过调节光源的照射角度，或是改变光源在灯支架滑槽中的位置，达到检测不同水果部位、不同大小水果以及不同种类水果的目的。通过改变灯支架在形支架滑槽中的位置，可以改变光源照在水果上强度的大小，从而可以检测不同果皮厚度及不同大小的水果。但是，此方案仍然存在如下不足：（1）只能实现近红外光谱透射检测，无法实现近红外光谱反射检测；（2）光源照射角度和照射距离需手动调节，光源照射角度和照射距离的中心无法与不同大小样品的中心自适应重合调节；（3）样品的翻转需手动调节。
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，提供一种能自动进样、自动翻转，光源照射角度和光源照射距离可自动调节，且能适应不同大小准球形水果多目标位置检测的近红外光谱全方位无损检测装置及控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了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、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，其中：
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；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，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第一驱动单元及与第一驱动单元连接主动摩擦轮，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；
所述光源调整机构包括一端铰接固定在垫高座上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，调节板座上铰接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、后支架脚和两个与所述调节板座铰接且平行设置的支架悬臂，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铰接电动推杆，使各双平行四连杆支架上的光源绕光源照射中心点转动。
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，为实现单个样品光谱信息的全方位无盲区自动采集提供了基础；另外，本发明将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（即各光源调整机构的光照中心），并通过高度调整单元调节第一支座的高度，使不同大小样品水果的中心可与光源调整机构的转动中心相重合后进行近红外光谱检测，还可在光源照射中心点不变（光源调整机构转动中心不变）的情况下，通过启动电动推杆推动双平行四连杆支架，使其上的光源照射角度自动调节，并可通过光照距离调节机构的步进电机的脉冲数设定从而调节与光源连接的齿条的长度，从而实现对光照距离的自动调节。通过选择不同倾角的垫高座，还可对光照角度的调整范围进行调节。这样，不仅实现了处于某一方位样品光谱信息的采集，还可在光照中心不变，改变光照角度、光照距离的状况下，对某一方位样品光谱信息进行采集，再通过自动进样及全方位翻转的配合，可对单个样品多目标位置的近红外光谱信息进行自动检测，通过第一支座高度的调整，可实现对不同大小准球形水果样品的检测。
进一步地，所述机箱的内腔顶部安装反射准直镜，底部设置透射准直镜，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的一端，可控光路切换器的另一端经光纤连接光谱仪，使本发明将漫透射和漫反射集成一体，使用时可根据需要进行切换。
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通过联轴器连接，主动链轮与从动链轮之间连接链条，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。
进一步地，所述双平行四连杆支架与机箱的铰接轴连接角度传感器的检测端。
进一步地，所述光照距离调节机构包括固定在齿条滑动座板上的齿条，齿条穿设齿轮箱，且齿条的顶端安装光源，齿轮箱内设置安装在半径调节步进电机输出轴上的齿轮，齿轮与齿条啮合。
进一步地，所述机箱的内腔顶部安装上准直镜齿轮齿条伸缩机构，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，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。
进一步地，还包括准直镜调距机构，该准直镜调距机构包括第四步进电机，第四步进电机经圆柱齿轮连接第一、二电磁离合器的输入端，第一电磁离合器的输出端经第一锥齿轮副、第一传动轴、第二锥齿轮副、第二传动轴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。
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；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，各指的后端插入所述圆盘座上的限位孔中。
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，以对行星运动机构进行保护。
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。
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。
进一步地，所述调节板座上设置圆弧槽和调节圆心孔，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。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种所述近红外光谱全方位无损检测装置的控制方法，其包括下述步骤：
S1、打开光源，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的大小，通过调节高度调整单元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、将携带参比球的参比球托盘单元与携带准球形水果样品的样品自转托盘单元通过输送单元输送，使携带有参比球的参比球托盘单元平动到达透射准直镜正上方与反射准直镜正下方；
S3、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，进行参比的透射光谱的采集；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平动到达透射准直镜正上方与反射准直镜正下方；
S5、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、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。
附图说明
图1是本发明一种近红外光谱全方位无损检测装置的立体结构图。
图2是本发明一种近红外光谱全方位无损检测装置的主视图。
图3是本发明参比送样机构的结构示意图。
图4是本发明样品自转托盘单元示意图。
图5是本发明参比球托盘单元示意图。
图6是本发明样品翻转机构结构示意图。
图7是本发明主动抓手示意图。
图8是本发明多边形限位座示意图。
图9是本发明光源调整机构的主视图。
图10是本发明光源调整机构的立体图。
图11是本发明调节板座的结构示意图。
图12是本发明光照距离调节机构的剖视图。
图13是本发明光谱采集系统及准直镜调距机构的结构示意图。
图14是本发明准直镜调距机构的结构示意图。
图15是本发明的光谱采集流程图。
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；
3、光源调整机构；31、垫高座；32、第一脚座；33、双平行四连杆支架；34、光照距离调节机构；35、角度传感器；36、电动推杆；321、322、前、后支架脚座；331、332、前、后支架脚；333、支架悬臂；334、调节板座；35、角度传感器；36、电动推杆；361、三角槽座；3341、圆弧槽；3342、调节圆心孔；
341、齿条；342、齿条滑动座板；343、齿轮箱；344、光源；345、半径调节步进电机；346、齿轮；4、光谱采集系统；41、光谱仪；42、光谱仪干路光纤；43、可控光路切换器；44、透射支路光纤；45、下准直镜齿轮齿条伸缩机构；46、透射准直镜；47、反射准直镜；48、上准直镜齿轮齿条伸缩机构；49、反射支路光纤；
5、准直镜调距机构；51、第四步进电机；52、圆柱齿轮；53、第一电磁离合器；54、第二电磁离合器；
6、8、第一、二锥齿轮副；101、温度控制器；102、温度传感器；103、摄像头；104、散热风扇。
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，并不对本专利的结构起限定作用。
实施例1：
如图1、图2所示，本发明近红外光谱全方位无损检测装置一实施例包括参比送样机构1、样品翻转机构2、四个光源调整机构3、光谱采集系统4、准直镜调距机构5以及温度调节系统。
如图3所示，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4所示，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通过其内圈过盈配合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，为样品中心与光源调整机构3的运动中心重合提供了基础。
如图5所示，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6所示，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，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7、图8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的后端插入圆盘座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9－图10所示，各光源调整机构3分别包括顶面具有0-45°倾角的垫高座31、第一脚座32、双平行四连杆支架33、光照距离调节机构34、角度传感器35、电动推杆36。四个光源调整机构3围绕检测中心呈均匀对称布置方式。垫高座31的倾角度数决定了光源照射角度的调整范围。垫高座31上固定安装第一脚座32。第一脚座32包括前、后支架脚座321、322。双平行四连杆支架33包括分别与前、后支架脚座321、322铰接且平行设置的前、后支架脚331、332，两个与调节板座334铰接且平行设置的支架悬臂333，前、后支架脚331、332铰接支架悬臂333，且前、后支架脚331、332和两个支架悬臂333连接成平行四边形铰接结构，调节板座334与两个支架悬臂333的铰接中心连线平行于前、后支架脚331、332，使双平行四连杆支架33与调节板座334之间形成双平行四杆控制结构。角度传感器35安装在后支架脚座322上，且角度传感器35的检测端连接后支架脚332的旋转轴，电动推杆36铰接固定在隔板6上的三角槽座361，电动推杆36的顶端和双平行四连杆支架33的前支架脚331中部通过销连接，光照距离调节机构34通过调节板座334安装在双平行四连杆支架33上；电动推杆36推动双平行四连杆支架33，即连动光照距离调节机构34在0-180°范围转动，后支架脚332的旋转轴带动角度传感器35的检测端转动，从而通过角度传感器35可以确定光源照射角度。
如图11所示，调节板座334上设置圆弧槽3341和调节圆心孔3342，且圆弧槽3341与调节圆心孔3342同圆心设置，即调节圆心孔3342为光照距离调节机构34的调节圆心；光照距离调节机构34与调节板座334经螺栓在调节圆心孔3342处连接，且光照距离调节机构34经插设在圆弧槽3341内的螺栓连接固件，使光照距离调节机构34不仅安装在调节板座334上，并能在松开螺栓后沿圆弧槽3341转动，且调节板座334与两个支架悬臂333的铰接中心连线、光照距离调节机构34前端的光源照射光束中心线、前、后支架脚331、332与垫高座31的铰接中心连线的交点为光源调整机构3的转动中心。
如图10、12所示，光照距离调节机构34包括齿条341、齿条滑动座板342、齿轮箱343、光源344、半径调节步进电机345、齿轮346。支架悬臂333的顶端与调节板座334的左端通过销连接，调节圆心孔3342与齿轮箱343下端通过销连接，圆弧槽3341与齿轮箱343上端侧边孔通过螺栓安装，齿条341的顶端安装光源344，齿条341的一侧固定安装在齿条滑动座板342上并穿过齿轮箱343的T型滑槽，齿轮346与齿条341啮合，且齿轮346安装在半径调节步进电机345的输出轴上，半径调节步进电机345通过齿轮346带动齿条341在T型滑槽上滑动，从而带动齿条341顶端的光源344，从而使光源344的照射距离得到调节。
如图13所示，光谱采集系统4包括光谱仪41、光谱仪干路光纤42、可控光路切换器43、透射支路光纤44、下准直镜齿轮齿条伸缩机构45、透射准直镜46、反射准直镜47、上准直镜齿轮齿条伸缩机构48、反射支路光纤49；反射准直镜47安装在上准直镜齿轮齿条伸缩机构48的齿条顶端固定的准直镜座上，透射准直镜46安装在下准直镜齿轮齿条伸缩机构45的齿条顶端固定的准直镜座上；反射准直镜47经反射支路光纤49连接可控光路切换器43，透射准直镜46经透射支路光纤44连接可控光路切换器43，可控光路切换器43经光谱仪干路光纤42连接光谱仪41，从而通过可控光路切换器43可切换漫反射或漫透射采集光路。
如图14所示，准直镜调距机构5包括第四步进电机51、圆柱齿轮52、第一电磁离合器53、第二电磁离合器54、第一、二锥齿轮副6、8，第四步进电机51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53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连接上准直镜齿轮齿条伸缩机构48，第二电磁离合器54的输出端连接下准直镜齿轮齿条伸缩机构45。当第一电磁离合器53合上时，第四步进电机51启动后，经圆柱齿轮52可独立驱动下准直镜齿轮齿条伸缩机构45，当第二电磁离合器54合上后，可通过经第一锥齿轮副6、第一传动轴7、第二锥齿轮副8、第二传动轴9驱动上准直镜齿轮齿条伸缩机构48。
如图2所示，温度调节系统包括温度控制器101、温度传感器102、摄像头103、散热风扇104，温度控制器101安装在光谱仪41下面，散热风扇104安装在机箱壁上，温度传感器102安装在机箱内隔板上；温度控制器101用于调节光谱仪41的温度，温度传感器102接入光源344的控制回路中，当温度传感器102检测到机箱内温度高于设定温度时，自动切断光源344的电源，机箱内温度降低后自动接通光源344的电源，这样通过温度传感器102可控制机箱内的温度。摄像头103用于监测样品转动角度。
本发明实施例使用时，假设将准球形水果样品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。如图15所示，本发明近红外光谱全方位无损检测装置的控制方法，包括下述步骤：
S1、打开光源，根据光源调整机构3的转动中心及待检准球形水果样品160在检查位置的中心点，通过调节高度调整单元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3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；再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、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、随动抓手压紧或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，可通过电动推杆36驱动双平行四连杆支架33，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34的半径调节步进电机345，进而通过齿轮346带动齿条341滑动，从而带动齿条341顶端的光源344，使样品的光照距离变化。
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 (10)

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。
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