CN110694943B - 一种脐橙libs在线检测过程中的位置调整机构及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种脐橙LIBS在线检测过程中的位置调整机构，包括机架、进料口、送料机构、位置调整部件、检测定位口和出料口；所述送料机构以一轮胚为基体，所述轮胚上安装有若干弹片组，所述轮胚可相对所述机架转动；所述位置调整部件位于所述机架内，在所述送料机构上方，由呈弧形分布的若干束腰型滚轮组成。本发明对脐橙进行位置调整的方法为：通过轮胚、弹片组与滚轮组配合，在脐橙运送的过程中对脐橙的位置进行调整，既保证了工作效率，又保证了检测时脐橙方位的一致性，提高检测准确度。本发明的位置调整机构及方法用于脐橙品质安全LIBS在线检测，能够使脐橙在空间中进行多方位调整位置，可减少检测时因脐橙大小不一所产生的误差。

Description

一种脐橙LIBS在线检测过程中的位置调整机构及其方法

技术领域

本发明涉及果蔬元素检测技术领域，尤其涉及一种脐橙LIBS在线检测过程中的位置调整机构及其方法。

背景技术

脐橙味道可口，且富含人体所必需的多种营养成份，在市场上倍受消费者的喜爱。在脐橙进入市场前，厂家常常根据脐橙的色泽、外观等对其进行分级识别，并按优次将其分类。这种方法只对脐橙的外观品质进行了分级，还未涉及如今人们对于营养价值品质需求的分类，无法完成其中的营养元素或有害元素的含量分级。

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种新型的光谱检测技术，主要将脉冲激光聚焦样品表面，使其产生等离子体，通过采集光谱信号从而得到样品中多种元素谱线信息，进而对样品内元素进行定性定量分析。在LIBS静态检测中，可通过手动调整脐橙位置，获得较优且稳定的检测环境，从而获得相对精确的检测结果。然而每次手动控制检测位置需耗费大量时间精力，无法完成大批量的脐橙检测。LIBS动态检测，可在生产线上对大量脐橙依次进行实验。但由于脐橙的大小以及检测时摆放位置均为随机，导致激光击打脐橙表面时的强度也不相同，稳定性差，信噪比低，从而影响所得元素谱线信息，使得部分脐橙错误分类。

因此，现需一种动态位置调整机构，使得在LIBS在线检测中可准确且高效地完成工作。在激光聚焦强度最大的位置，可使脐橙表面产生更加良好的光谱信号，因此要求检测时脐橙表面位于激光聚焦点附近位置。但激光聚焦点由光学透镜组决定，无法根据不同脐橙表面位置而自动对焦，因此要求检测时每个脐橙表面上有一点与激光聚焦点趋近重合，即脐橙在送料过程中可自动调整自身位置，使得检测时满足工作要求，同时调整位置时不可对脐橙产生破坏，且检测完成后可自动回位并向前运输，以完成大批量脐橙的在线检测工作。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种可自动调整脐橙位置，同时满足检测要求的装置。采用如下技术方案：

一种脐橙LIBS在线检测过程中的位置调整机构，包括：机架、进料口、送料机构、检测定位口和出料口；

所述进料口用于将单个脐橙运送至送料机构；

所述送料机构位于所述机架内，用于将脐橙运送至所述检测定位口进行检测并运送至所述出料口；所述送料机构以一轮胚为基体，所述轮胚上安装有若干弹片组，所述轮胚可相对所述机架转动；

所述位置调整部件位于所述机架内，在所述送料机构上方，由呈弧形分布的若干束腰型滚轮组成；

所述检测定位口位于所述机架上方，所述位置调整部件的中心、检测定位口的中心与送料机构的中心共线；

所述进料口和出料口位于所述机架的相对侧，所述出料口用于将脐橙送出所述机架。

本发明通过轮胚、弹片组与滚轮组配合，轮胚对脐橙进行运送，弹片组用于放置待检测的脐橙、同时对进入的脐橙起到缓冲的作用、防止检测时产生水平面内的位移，使用滚轮可以减少送料过程中与脐橙之间的摩檫力，同时固定脐橙在检测时的表面位置、防止检测时表面高度不一致；在脐橙运送的过程中对脐橙的位置进行调整，既保证了工作效率，又保证了检测时脐橙方位的一致性，提高检测准确度。本发明的位置调整机构用于脐橙品质安全LIBS在线检测，能够使脐橙在空间中进行多方位调整位置，可减少检测时因脐橙大小不一所产生的误差。

进一步地，所述弹片组由四个呈对角分布的弹片组成，脐橙可停留在弹片组中心，不发生位移从而影响检测。

进一步地，所述弹片为L型结构，优选地，采用厚度0.2～0.5mm的不锈钢材料，具有高弹性，利于脐橙在位置调整部件作用下的滚动。

进一步地，所述进料口连接一向所述机架倾斜的V型轨道，脐橙经该轨道缓冲后，将均以相同的“横椭圆”姿势进入送料机构，在空间相同位置检测脐橙表面。

进一步地，所述检测定位口包括采集信号定位口和激光定位口，便于进行LIBS检测，提高工作效率。

进一步地，相邻两个弹片组之间设有推板，既保证脐橙单个进行送料检测，又为前一样品送料提供推力，为后一样品出料提供轨道。

进一步地，所述滚轮沿曲率半径ρ＝80～120mm的圆弧分布，圆弧最高点与弹片组中心相距50～80mm。脐橙到达位置调整部件后，立即在滚轮的滚动作用下作连续位置调整运动，在圆弧最高点位置进行检测。

进一步地，所述滚轮通过轴承与所述机架连接。

进一步地，所述轮胚连接电机，所述电机驱动所述轮胚间歇性转动，完成预定的周期间歇性定轴转。

进一步地，所述电机为步进电机。

进一步地，本发明脐橙LIBS在线检测过程中的位置调整机构的调整方法，包括以下步骤：

(1)脐橙经进料口进入机架内部；

(2)单个脐橙进入弹片组中心；

(3)轮胚进行间歇性定轴转，带动脐橙往出料口方向运动，同时脐橙在位置调整部件和弹片组之间进行位置调整运动；

(4)当脐橙所在弹片组转至与轮胚中心、位置调整部件中心、采集信号定位口中心、激光定位口中心共线时，轮胚停止转动，对脐橙进行LIBS元素分析检测；

(5)此时在出料口处弹片组上的另一脐橙由于重力作用向出料口滚动，完成出料；

(6)检测完毕后，轮胚带动脐橙继续转动，随着脐橙所处空间位置增大，脐橙所在弹片组所受作用力减小，脐橙随弹片组的复位而回位，当脐橙转至出料口时出料；

(7)轮胚继续转动，重复步骤(1)～(6)的动作，完成所有脐橙的LIBS检测工作。

进一步地，本发明脐橙LIBS在线检测过程中的位置调整机构的调整方法，具体包括以下步骤：

(1)脐橙经倾斜V型轨道到达进料口，进入送料机构；

(2)受推板作用，脐橙分离成单个进入送料机构，进入弹片组中心；

(3)受步进电机作用，轮胚进行间歇性定轴转，带动脐橙往出料口方向运动，同时脐橙在滚轮和弹片组之间进行调整位置运动；

(4)当脐橙所在弹片组转至与轮胚中心、位置调整部件中心、采集信号定位口中心、激光定位口中心共线时，轮胚停止转动，激光进行聚焦击打脐橙表面，产生等离子体，光谱仪完成光谱信号采集，由光谱信号处理软件进行元素分析；

(5)此时在出料口处弹片组上的另一脐橙由于重力作用而向出料口滚动，通过前一推板的一侧完成出料；

(6)光谱信号采集完毕后，轮胚带动脐橙继续转动，随着样品所处空间位置增大，脐橙所在弹片组的第一弹片、第二弹片、第三弹片、第四弹片所受作用力减小，脐橙随第一弹片、第二弹片、第三弹片、第四弹片的复位而回位，当脐橙转至出料口时，通过前一推板的一侧完成出料；

(7)轮胚继续转动，重复步骤(1)～(6)的动作，完成所有脐橙的LIBS检测工作。

进一步地，所述轮胚每次转动角度为360°/n，停顿0.5s，其中n为弹片组的数量。

与现有装置相比，本发明可取得如下有益效果：

1、本发明的位置调整机构用于脐橙品质安全LIBS在线检测，能够使脐橙在空间中进行多方位调整位置，可减少检测时因脐橙大小不一所产生的误差。

2、本发明的弹片组随轮胚做周期间歇性定轴转，可增强样品检测时的稳定性，提高信噪比。

3、本发明通过轮胚、弹片组与滚轮组配合，在脐橙运送的过程中对脐橙的位置进行调整，既保证了工作效率，又保证了检测时脐橙方位的一致性，提高检测准确度。

4、本发明所采用的弹片最大反作用力为8N，不会对脐橙产生破坏，同时检测完可自动回位，可做到脐橙品质安全LIBS的快速无损检测。

5、本发明的装置结构简单，自动化程度高，方法快速便捷，检测效率高，适合推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例的脐橙元素成分LIBS全光学快速检测装置的调整位置机构的结构示意图；

图2为本发明实施例的脐橙元素成分LIBS全光学快速检测装置的调整位置机构的机构半剖视图；

图3为本发明实施例的弹片组中的弹片分布图；

图4为本发明实施例的脐橙元素成分LIBS全光学快速检测装置的调整位置机构的使用状态示意图；

附图标记说明：1电机，2位置调整部件，3送料机构，4进料口，5出料口，6激光定位口，7采集信号定位口，8滚轮，9推板，10第一弹片组，11倾斜V型轨道，12第七弹片组，13机架，14轮胚，15第六弹片组，16轴承，17第二弹片组，18第三弹片组，19第四弹片组，20第五弹片组，21第一弹片，22第二弹片，23第三弹片，24第四弹片，25上果机构，26分级机构。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以弹片组数量n＝7为例，对本发明的一种脐橙LIBS在线检测过程中的位置调整机构进行描述。

实施例1：

一种脐橙LIBS在线检测过程中的位置调整机构，用于LIBS在线工作时调整控制样品位置，提高检测分类的准确性。如图1、图2所示，该位置调整机构包括机架13、进料口4、送料机构3、位置调整部件2、检测定位口和出料口5。

其中，进料口4位于于机架13右侧，出料口5为一向下倾斜的结构，位于机架13左侧。机架13上方装有检测定位口，包括采集信号定位口7和激光定位口6，采集信号定位口7的中心、激光定位口6的中心与位置调整机构2、送料机构3的中心共线。

单个脐橙从进料口4进入送料机构3，送料机构3将脐橙运送至采集信号定位口7和激光定位口6下方进行检测，并将检测完的脐橙运送至出料口5。送料机构3以一轮胚14为基体，其上装有七组相间分布的第一弹片组10、第二弹片组17、第三弹片组18、第四弹片组19、第五弹片组20、第六弹片组15，弹片组用于放置待检测的脐橙、同时对进入的脐橙起到缓冲的作用、防止检测时产生水平面内的位移。

位置调整部件2为机架13上通过轴承16连接的6个呈弧形分布的实心束腰型滚轮8，可以减少送料过程中与脐橙之间的摩檫力，同时固定脐橙在检测时的表面位置，防止检测时表面高度不一致带来的误差。

在图2所示状态下，当轮胚14处于静止时，第一弹片组10与进料口4相对应，第三弹片组18与出料口5相对应，第二弹片组17中心与轮胚14中心、弧形分布的滚轮8中心、采集信号定位口7中心以及激光定位口6中心共线。

当弹片受挤压时，单个弹片所表现出的最大反作用力为8N，不会对脐橙产生破坏。轮胚14每秒转动360/7度，每转动一次停留0.5秒，以供LIBS检测。

实施例2：

本实施例的调整位置机构，在实施例1的基础上，每个弹片组由四个呈矩形对角分布的第一弹片21、第二弹片22、第三弹片23、第四弹片24组成；弹片采用L型结构，优选地，采用厚度0.2mm的不锈钢材料，具有高弹性，利于脐橙在位置调整部件作用下的滚动。位置调整部件2由机架13上通过轴承16连接的6个呈弧形分布的实心束腰型滚轮8组成，6个滚轮8沿曲率半径ρ＝90mm的圆弧分布，圆弧最高点与弹片组中心相距60mm。

实施例3：

本实施例的调整位置机构，在实施例2的基础上，弹片采用厚度0.4mm的高弹性不锈钢材料，相邻两个弹片组之间设有推板9，其中一个弹片组和一个推板所组成的部分称为一个运送位。推板9既保证脐橙单个进行送料检测，又为前一样品送料提供推力，为后一样品出料提供轨道。位置调整部件2由机架13上通过轴承16连接的8个呈弧形分布的实心束腰型滚轮8组成，8个滚轮8沿曲率半径ρ＝120mm的圆弧分布，圆弧最高点与弹片组中心相距75mm。

实施例4：

本实施例的调整位置机构，在实施例3的基础上，弹片采用厚度0.3mm的高弹性不锈钢材料，进料口4连接一向机架13倾斜的V型轨道，脐橙经该轨道缓冲后，将均以相同的“横椭圆”姿势进入送料机构3，在空间相同位置检测脐橙表面。位置调整部件2由机架13上通过轴承16连接的6个呈弧形分布的实心束腰型滚轮8组成，6个滚轮8沿曲率半径ρ＝100mm的圆弧分布，圆弧最高点与弹片组中心相距60mm。轮胚14由电机1驱动，电机1采用步进电机(57BYG250B型号)，完成预定的周期间歇性定轴转。

实施例5：

如图4所示，本发明的工作过程如下：

(1)脐橙经上果机构25到达倾斜V型轨道11，脐橙经该轨道缓冲后，均以“横椭圆”姿势通过进料口4进入送料机构3；

(2)受推板9作用，脐橙分离成单个进入送料机构3，即进入图4所示状态的第一弹片组10中心；

(3)受步进电机1作用，轮胚14将进行逆时针间歇性定轴转，带动脐橙在滚轮8和第一弹片组10之间进行调整位置运动，即脐橙受滚轮作用力后，可在呈矩形对角分布的弹片上进行多方位位置调整；

(4)当第一弹片组10转至与轮胚14中心、位置调整部件8中心、采集信号定位口7中心、激光定位口6中心共线时，轮胚14停止转动，激光进行聚焦击打脐橙表面，产生等离子体，光谱仪完成光谱信号采集，由光谱信号处理软件进行元素分析；

(5)此时在出料口5处第二弹片组17上的另一脐橙由于重力作用而向出料口5滚动，通过前一推板9的一侧完成出料，脐橙到达分级机构26对不同大小的脐橙进行分级；

(6)光谱信号采集完毕后，轮胚14继续逆时针转动，随着样品所处空间位置增大，第一弹片组10的第一弹片21、第二弹片22、第三弹片23、第四弹片24所受作用力减小，脐橙随第一弹片21、第二弹片22、第三弹片23、第四弹片24的复位而回位；转至出料口5时，轮胚停止转动，第七弹片组12上的脐橙将进行检测，第一弹片组10上的脐橙由于重力作用而向出料口滚动，通过前一推板9的一侧完成出料，脐橙到达分级机构对不同大小的脐橙进行分级；

(7)轮胚14继续逆时针转动，重复步骤(1)～(6)的动作，完成所有脐橙的LIBS检测工作。

通过本发明位置调整机构的重复工作，可实现LIBS在线检测对脐橙表面位置的工作要求，即脐橙可根据工作环境多方位调整位置，同时检测完后可自动回位，且不对脐橙产生破坏，完成LIBS高效无损检测工作。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种脐橙LIBS在线检测过程中的位置调整机构，其特征在于，包括：机架、进料口、送料机构、位置调整部件、检测定位口和出料口；

所述进料口用于将单个脐橙运送至送料机构；

所述送料机构位于所述机架内，用于将脐橙运送至所述检测定位口进行检测并运送至所述出料口；所述送料机构以一轮胚为基体，所述轮胚上安装有若干弹片组，所述轮胚相对所述机架转动；

所述位置调整部件位于所述机架内，在所述送料机构上方，由呈弧形分布的束腰型滚轮组成；

所述检测定位口位于所述机架上方，所述位置调整部件的中心、检测定位口的中心与送料机构的中心共线；

所述进料口和出料口位于所述机架的相对侧，所述出料口用于将脐橙送出所述机架；

相邻两个弹片组之间设有推板，所述轮胚转动方向前部的弹片组与所述弹片组后侧的推板构成一个运送位；

所述弹片组由四个呈对角分布的弹片组成；

所述弹片为L型结构。

2.根据权利要求1所述的脐橙LIBS在线检测过程中的位置调整机构，其特征在于，所述滚轮沿曲率半径ρ＝80～120mm的圆弧分布，圆弧最高点与弹片组中心相距50～80mm。

3.根据权利要求1所述的脐橙LIBS在线检测过程中的位置调整机构，其特征在于，所述进料口连接一向所述机架倾斜的V型轨道。

4.根据权利要求1所述的脐橙LIBS在线检测过程中的位置调整机构，其特征在于，所述检测定位口包括采集信号定位口和激光定位口。

5.根据权利要求1所述的脐橙LIBS在线检测过程中的位置调整机构，其特征在于，所述滚轮通过轴承与所述机架连接；

所述轮胚连接电机，所述电机用于驱动所述轮胚间歇性转动。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的脐橙LIBS在线检测过程中的位置调整机构的调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)脐橙经进料口进入机架内部；

(2)单个脐橙进入弹片组中心；

(3)轮胚进行间歇性定轴转，带动脐橙往出料口方向运动，同时脐橙在位置调整部件和弹片组之间进行位置调整运动；

(4)当脐橙所在弹片组转至与轮胚中心、位置调整部件中心、采集信号定位口中心、激光定位口中心共线时，轮胚停止转动，对脐橙进行LIBS元素分析检测；

(5)此时在出料口处弹片组上的另一脐橙由于重力作用向出料口滚动，完成出料；

(6)检测完毕后，轮胚带动脐橙继续转动，随着脐橙所处空间位置增大，脐橙所在弹片组所受作用力减小，脐橙随弹片组的复位而回位，当脐橙转至出料口时出料；

(7)轮胚继续转动，重复步骤(1)～(6)的动作，完成所有脐橙的LIBS检测工作。

7.根据权利要求6所述的脐橙LIBS在线检测过程中的位置调整机构的调整方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)脐橙经倾斜V型轨道到达进料口，进入送料机构；

(2)受推板作用，脐橙分离成单个进入送料机构，进入弹片组中心；

(3)受步进电机作用，轮胚进行间歇性定轴转，带动脐橙往出料口方向运动，同时脐橙在滚轮和弹片组之间进行调整位置运动；

(4)当脐橙所在弹片组转至与轮胚中心、位置调整部件中心、采集信号定位口中心、激光定位口中心共线时，轮胚停止转动，激光进行聚焦击打脐橙表面，产生等离子体，光谱仪完成光谱信号采集，由光谱信号处理软件进行元素分析；

(5)此时在出料口处弹片组上的另一脐橙由于重力作用而向出料口滚动，通过前一推板的一侧完成出料；

(6)光谱信号采集完毕后，轮胚带动脐橙继续转动，随着样品所处空间位置增大，脐橙所在弹片组的第一弹片、第二弹片、第三弹片、第四弹片所受作用力减小，脐橙随第一弹片、第二弹片、第三弹片、第四弹片的复位而回位，当脐橙转至出料口时，通过前一推板的一侧完成出料；

(7)轮胚继续转动，重复步骤(1)～(6)的动作，完成所有脐橙的LIBS检测工作。