CN216160474U - 一种基于libs技术的输运物料在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，所述检测装置包括有均位于传输机构上方的前测距模块、后测距模块、物料压平模块以及检测模块，所述物料压平模块设于前测距模块与后测距模块之间，在物料输送方向上，所述后测距模块设于检测模块的后侧。本实用新型提供的一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，无需人工值守，自动化集成度高，检测速度快，检测稳定性和准确性好。

Description

一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置

技术领域

本实用新型属于物料在线检测分析技术领域，特别涉及一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置。

背景技术

激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)技术是一种原子发射光谱技术，通过将高能脉冲激光聚焦在样品表面，烧蚀激发样品产生等离子，最后根据等离子体光谱对样品中所含元素进行定性和定量分析。该技术具有不需样品预处理、多种元素同时快速分析、远程分析以及原位实时分析等优点，已被应用于矿产、冶金、化工、建材和肥料等领域物料成份的检测。

目前，输运物料成分的检测多采用取样制样后的离线式检测方法，检测过程复杂、耗时长而且检测结果滞后且存在较多的人为因素干扰。

因此，需要一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，能实现对物料的在线检测。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，所述检测装置包括有均位于传输机构上方的前测距模块、后测距模块、物料压平模块以及检测模块，所述物料压平模块设于前测距模块与后测距模块之间，在物料输送方向上，所述后测距模块设于检测模块的后侧。

进一步的，所述检测模块包括有检测外箱以及均设在检测外箱内的光学组件及移动组件，所述光学组件由移动组件控制。

进一步的，所述光学组件包括有激光组件以及光谱激发和收集光路组件，所述激光组件连接在光谱激发和收集光路组件上。

进一步的，所述光谱激发和收集光路组件包括有检测内箱，以及均设在检测内箱内的激光反射镜、二向色镜、带孔凹面镜和凸面反射镜，所述激光反射镜、二向色镜、带孔凹面镜以及凸面反射镜从上至下依次设置；所述检测内箱的底部设有检测内窗口，所述检测内箱内设有封闭检测内窗口的窗片。

进一步的，所述激光组件包括有激光固定板以及激光器，所述激光器设在激光固定板上，所述激光固定板设在检测内箱的外壁上，所述激光器设在激光反射镜的一侧。

进一步的，所述光学组件还包括有收集透镜、光纤及光谱仪，所述光谱仪设在检测内箱外，所述收集透镜设在检测内箱内，所述光谱仪通过光纤与收集透镜连接，所述收集透镜设在二向色镜的一侧。

进一步的，所述移动组件包括有检测距离控制移动导轨以及采样点位置控制滑轨，所述凸面反射镜设在检测距离控制移动导轨上，所述检测内箱设在采样点位置控制滑轨上。

进一步的，所述检测模块还包括有小型摄像头以及LED灯，所述小型摄像头、LED灯均设于检测外箱的底部，所述检测外箱底部设有检测外窗口以及光路保护筒，所述光路保护筒与检测外窗口连通，所述光路保护筒位于小型摄像头与LED灯之间。

进一步的，所述检测模块还包括有均设于检测外箱内的光谱数据处理模块以及显示模块，所述光谱数据处理模块与光谱仪连接，所述显示模块与光谱数据处理模块连接。

进一步的，所述检测模块还包括有温度传感器以及湿度传感器，所述温度传感器以及湿度传感器均设于检测外箱内。

进一步的，所述物料压平模块包括有压平件以及控制压平件移动的升降机构。

本实用新型提供的一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，通过前、后测距模块和物料压平模块，从而提升了输送的物料料面平整性，通过设置的检测距离控制移动导轨，从而控制检测距离，降低了物料料面波动对检测结果的影响；通过设置的采样点位置控制滑轨控制了检测点在物料输送方向上左右横向反复移动，并与物料在传输机构上的运动共同作用下，实现了对物料的线状检测点向“S”形检测点的转变，增加了检测点的覆盖范围，降低了物料均匀性对检测结果的影响，实现了传输机构输运物料的在线检测。与现有技术相比，本检测装置无需人工值守，自动化集成度高，检测速度快，检测稳定性和准确性好。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本实用新型实施例的结构示意图。

图2示出了根据本实用新型实施例的物料压平模块的结构示意图。

图3示出了根据本实用新型实施例检测点的轨迹示意图。

图4示出了根据本实用新型实施例三角锥形挡板的结构示意图。

图中：1、前测距模块，2、物料压平模块，3、后测距模块，4、采样点位置控制滑轨，5、激光器固定板，6、激光器，7、激光反射镜，8、二向色镜，9、带孔凹面镜，10、凸反射镜，11、检测距离控制移动导轨，12、收集透镜，13、光纤，14、光谱仪，15、进气气嘴，16、光路保护筒，17、窗片，18、LED灯，19、小型摄像头，20、光谱数据处理模块，21、温度传感器，22、湿度传感器，23显示模块，24、控制模块，25、传输机构，26、压平件，27、气缸，28、固定支撑杆，29、气缸固定底座，30、连接杆，31、检测模块，32、检测外箱，33、检测内箱，34、连接板，35、插板，36、分板，37、条形孔。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，如图1所示的，检测装置包括有均位于传输机构25上方的前测距模块1、后测距模块3、物料压平模块2以及检测模块31，物料压平模块2设于前测距模块1与后测距模块3之间，在物料输送方向上，所述后测距模块3设于检测模块31的后侧，优选的，传输机构25为传送带，优选的，前测距模块1、后测距模块3均可采用位移传感器。

在本实施例中，检测装置还包括有一个机架，前测距模块1、后测距模块3、物料压平模块2以及检测模块31均设在机架上，机架只作为前测距模块1、后测距模块3、物料压平模块2以及检测模块31的支撑作用(机架的结构及形状根据实际需要设置即可，在这里不做赘述)，使得前测距模块1、后测距模块3、物料压平模块2以及检测模块31均位于传输机构25的上方。

具体的，在本实施例中，检测模块31包括有检测外箱32以及均设在检测外箱32内的光学组件及移动组件，光学组件由移动组件控制，检测外箱32是固定在机架上的。

光学组件包括有激光组件以及光谱激发和收集光路组件，激光组件连接在光谱激发和收集光路组件上。光谱激发和收集光路组件包括有检测内箱33，以及均设在检测内箱33内的激光反射镜7、二向色镜8、带孔凹面镜9和凸面反射镜10，激光反射镜7、二向色镜8、带孔凹面镜9以及凸面反射镜10从上至下依次设置。

检测内箱33的底部设有检测内窗口，检测内箱33内设有封闭检测内窗口的窗片17，并且检测外窗口位于凸面反射镜10的正下方，窗片17是由玻璃材质(熔融石英)制成，窗片17的透光率高，检测外箱32底部设有检测外窗口以及光路保护筒16，光路保护筒16与检测外窗口连通，光路保护筒16上设有进气气嘴15。

激光组件包括有激光固定板5以及激光器6，激光器6设在激光固定板5上，激光固定板5设在检测内箱33的外壁上，激光器6设在激光反射镜7的一侧并与激光器6相配合，因此，激光器6发出的激光脉冲在依次经过激光反射镜7，二向色镜8，带孔凹面镜9、凸反射镜10以及窗片17后垂直于物料输送方向聚焦在物料表面，并将物料烧蚀产生等离子体。对于激光脉冲的传输过程，具体的，是激光器6发出的激光脉冲先通过激光反射镜7进行反射，通过激光反射镜7反射的激光脉冲会透过二向色镜8(激光器6发出的激光脉冲的光波长在能透过二向色镜8的光波长范围)，透过二向色镜8的激光脉冲会穿过带孔凹面镜9上开设的小孔，穿过带孔凹面镜9上透孔的激光脉冲会射在凸反射镜10上，激光脉冲在通过凸反射镜10后会反射到带孔凹面镜9上，带孔凹面镜9将激光脉冲依次通过窗片17以及光路保护筒16后聚焦在物料料面上。

光学组件还包括有收集透镜12、光纤13及光谱仪14，光谱仪14设在检测内箱33外，收集透镜12设在检测内箱33内，光谱仪14通过光纤13与收集透镜12连接，收集透镜12设在二向色镜8的一侧并与二向色镜8相配合，因此，在物料经烧蚀产生等离子体后，等离子体发出的光谱通过窗片17依次经过带孔凹面镜9，凸反射镜10，二向色镜8和收集透镜12后耦合至光纤13，光纤13用于将耦合后的光谱的光信号进行传输给光谱仪14，光信号通过光谱仪14完成光谱的光电转换和光谱数据采集。对于等离子体发出的光谱的传输过程，具体的，等离子体发出的光谱通过光路保护筒16以及窗片17后，照射在带孔凹面镜9上设置的凹面上(带孔凹面镜9的凹面朝下设置)，通过带孔凹面镜9聚焦在凸反射镜10上表面的中心点上，通过凸反射镜10反射，然后通过带孔凹面镜9的小孔照射在二向色镜8的下表面，等离子体发出的光谱此时不能透过二向色镜8(等离子体发出的光谱的光波长的不在能透过二向色镜8的光波长范围)，会被二向色镜8反射，等离子体发出的光谱在通过二向色镜8反射后照射在收集透镜12上，并聚焦至光纤13端面，然后通过光纤13耦合至光谱仪14中完成光谱的光电转换和光谱数据采集。

移动组件包括有检测距离控制移动导轨11以及采样点位置控制滑轨4，凸面反射镜10设在检测距离控制移动导轨11上。至于检测距离控制移动导轨11的安装位置，在检测内箱33内并位于凸面反射镜10的一侧即可，凸面反射镜10在检测内箱33内设有的第一自动伸缩机构控制下，可在检测距离控制移动导轨11上移动，且是垂直于物料输送方向上下移动的。检测内箱33设在采样点位置控制滑轨4上，至于采样点位置控制滑轨4的安装位置，在检测外箱32内并位于检测内箱33的下方即可，检测内箱33在检测外箱32设有的第二伸缩机构的控制下，可在采样点位置控制滑轨4上移动，且是在平行于物料输送方向，并在物料传输方向上，左右横向移动的。优选的，第一自动伸缩机构以及第二伸缩机构均可以为电动直线滑台，电动直线滑台是利用电机驱动的滚珠丝杠机构，例如当第一自动伸缩机构为电动直线滑台时，通过该电动直线滑台上的滑块移动来驱动凸面反射镜10在检测距离控制移动导轨11上移动。

在本实施例中，检测模块31还包括有小型摄像头19以及LED灯18，小型摄像头19、LED灯18均设于检测外箱32的底部，光路保护筒16位于小型摄像头19与LED灯18之间，在输送物料的方向上，LED灯18位于小型摄像头19的前侧，在开启LED灯18进行照明后，开启的小型摄像头19，能记录物料在检测的过程中有没有受烟气等环境因素的干扰，以及所检测物料的颗粒度以及平整度等状态。

在本实施例中，检测模块31还包括有温度传感器21以及湿度传感器22，温度传感器21以及湿度传感器22均设于检测外箱32内，温度传感器21和湿度传感器22用来监测检测外箱32内部的温度以及湿度状态。如图1所示的，光路保护筒16上设有进气气嘴15，进气气嘴15倾斜设置，图1中的进气气嘴15与光路保护筒16之间，顺时针方向的夹角小于90°，至于该夹角具体设置为多少，在此不做限定，只要保证在通过进气气嘴15进气体后，气体可以从光路保护筒16下端口出去即可，这样就可以防止烟气和粉尘进入检测外箱32内。

在本实施例中，检测模块31还包括有均设于检测外箱32内的光谱数据处理模块20以及显示模块23，光谱数据处理模块20与光谱仪14连接，显示模块23与光谱数据处理模块20连接。光谱仪14采集到的光谱数据会传输给光谱数据处理模块20进行处理，通过光谱数据处理模块20处理，得到光谱数据对应的物料成分信息，另一方面，光谱数据处理模块20也会将光谱数据进行保存，物料成分信息会在显示模块23上进行显示。

在本实施例中，如图2所示的，物料压平模块2包括有压平件26以及控制压平件26移动的升降机构，压平件26可将在传输机构25传送的物料进行压平。升降机构设有两个，升降机构包括有固定支撑杆28、气缸27以及气缸固定座29以及连接杆30，固定支撑杆28上开设有腰形孔，固定支撑杆28是固定在机架上的，气缸的顶部设有两个立杆；气缸27连接在气缸固定座29上，气缸固定座29连接在固定支撑杆28上，压平件26的两端均设有连接杆30，两个连接杆30分别与两个气缸27的输出端连接(即每个连接杆30连接在与其对应的气缸27输出端上)，因此，气缸27控制压平件26的上下移动。

在本实施例中，压平件26可为滚筒，当压平件26为滚筒时，两个连接杆30分别是设在滚筒的两端，此时连接杆30与对应的气缸27输出端之间采用转动连接的方式连接(例如气缸的输出端可以设有轴承座，连接杆30安装在轴承座上)，滚筒可以将物料压平。需要注意的是，压平件26并不局限于采用滚筒，也可以采用刮板或三角锥形挡板等用于刮平物料的部件，在压平件26为刮板时，两个连接杆30是分别设在刮板的两端侧壁上，刮板为长方形板，通过刮板的物料可以被刮板刮平；在压平件26为三角锥形挡板时，至于三角锥形挡板的具体结构，如图4所示，三角锥形挡板包括有连接板34、插板35以及两个分板36，此时两个连接杆30是分别设在连接板34的两端侧壁上的，连接板34竖直设置，连接板上还开设有多条条形孔37，分板36倾斜的连接在连接板34的底部(分板36与连接板34之间逆时针方向的夹角大于90°)，其中一个分板36的侧壁与另一个分板36的侧壁之间相互连接，两个分板36之间形成一个夹角开口，该夹角开口朝上，分板36的底端面与传输机构25平行，插板35的一侧侧壁连接在连接板34上，插板35的下端连接在两个分板36的连接处，分板36的底端面与传输机构25之间有一定的间距(优选的，该间距为80cm)，因此，在传输机构25上的物料高度高于80cm时，一部分物料首先被两个分板36分开，从两个分板36的两边继续传输，由于两个分板36的底端面均与传输机构25平行，因此还有一部分物料会通过两个分板36，并被两个分板36刮平后继续传输。

在本实施例中，检测模块31还包括有控制模块24，温度传感器21、湿度传感器22、前测距模块1以及后测距模块3检测的信号均传输给控制模块24，通过控制模块24，可控制第一自动伸缩机构、第二自动伸缩机构、LED灯18、小型摄像头19、气缸27、激光器6、光谱仪14、光谱数据处理模块20以及显示模块23工作。

本实施例对物料检测的过程如下：

通过测距模块1测量得到物料料面高度，根据物料料面高度，通过控制模块24控制气缸27，将物料压平模块2中的压平件26下降至合适压平高度，压平件26将物料进行压平。

后测距模块3测量得到压平后的物料料面高度，通过控制模块24控制第一自动伸缩机构，将凸面反射镜10进行上下移动，使得凸面反射镜10的焦距与压平后的物料料面高度相同的位置，然后，通过控制模块24控制LED灯18和小型摄像头19均开启，小型摄像头19能记录检测过程以及所检测物料的状态。

通过控制模块24控制激光器6开启，激光器6发出的激光脉冲经过激光反射镜7，二向色镜8，带孔凹面镜9、凸反射镜10以及窗片17后聚焦在物料料面，使物料烧蚀产生等离子体，等离子发出的光谱经过窗片17、带孔凹面镜9，凸反射镜10，二向色镜8和收集透镜12后耦合至光纤13，通过光纤13，光谱的光信号传输至光谱仪14，从而通过光谱仪14完成光谱的光电转换和光谱数据采集。

通过控制模块24，控制第二伸缩机构，使得整个检测内箱33在物料输送方向上，左右横向移动，从而使得整个的光学组件，在物料输送方向上左右横向反复移动，光学组件的反复移动与物料在传输机构25上的运动共同作用下，可实现对物料的线状检测点向“S”形检测点的转变，增加了检测点的覆盖范围，降低了物料均匀性对检测结果的影响，得到不同位置处的光谱数据，实现了对物料的线状检测点向“S”形检测点的转变(如图3所示)，增加了检测点的覆盖范围，降低了物料均匀性对检测结果的影响，光谱数据经过光谱数据处理模块20得到物料中各成分含量信息并保存，物料成分信息通过显示模块23显示，在完成所设置的检测时间或检测次数内的检测，关闭前测距模块1和后测距模块3，升起物料压平模块2，关闭第一自动伸缩机构、第二自动伸缩机构、LED灯18、小型摄像头19、气缸27、激光器6以及光谱仪14、光谱数据处理模块20以及显示模块23，完成物料成分的一次检测过程。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，其特征在于，所述检测装置包括有均位于传输机构(25)上方的前测距模块(1)、后测距模块(3)、物料压平模块(2)以及检测模块(31)，所述物料压平模块(2)设于前测距模块(1)与后测距模块(3)之间，在物料输送方向上，所述后测距模块(3)设于检测模块(31)的后侧。

2.根据权利要求1所述的一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，其特征在于，所述检测模块(31)包括有检测外箱(32)以及均设在检测外箱(32)内的光学组件及移动组件，所述光学组件由移动组件控制。

3.根据权利要求2所述的一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，其特征在于，所述光学组件包括有激光组件以及光谱激发和收集光路组件，所述激光组件连接在光谱激发和收集光路组件上。

4.根据权利要求3所述的一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，其特征在于，所述光谱激发和收集光路组件包括有检测内箱(33)，以及均设在检测内箱(33)内的激光反射镜(7)、二向色镜(8)、带孔凹面镜(9)和凸面反射镜(10)，所述激光反射镜(7)、二向色镜(8)、带孔凹面镜(9)以及凸面反射镜(10)从上至下依次设置；所述检测内箱(33)的底部设有检测内窗口，所述检测内箱(33)内设有封闭检测内窗口的窗片(17)。

5.根据权利要求4所述的一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，其特征在于，所述激光组件包括有激光固定板(5)以及激光器(6)，所述激光器(6)设在激光固定板(5)上，所述激光固定板(5)设在检测内箱(33)的外壁上，所述激光器(6)设在激光反射镜(7)的一侧。

6.根据权利要求4所述的一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，其特征在于，所述光学组件还包括有收集透镜(12)、光纤(13)及光谱仪(14)，所述光谱仪(14)设在检测内箱(33)外，所述收集透镜(12)设在检测内箱(33)内，所述光谱仪(14)通过光纤(13)与收集透镜(12)连接，所述收集透镜(12)设在二向色镜(8)的一侧。

7.根据权利要求4所述的一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，其特征在于，所述移动组件包括有检测距离控制移动导轨(11)以及采样点位置控制滑轨(4)，所述凸面反射镜(10)设在检测距离控制移动导轨(11)上，所述检测内箱(33)设在采样点位置控制滑轨(4)上。

8.根据权利要求2所述的一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，其特征在于，所述检测模块(31)还包括有小型摄像头(19)以及LED灯(18)，所述小型摄像头(19)、LED灯(18)均设于检测外箱(32)的底部，所述检测外箱(32)底部设有检测外窗口以及光路保护筒(16)，所述光路保护筒(16)与检测外窗口连通，所述光路保护筒(16)位于小型摄像头(19)与LED灯(18)之间。

9.根据权利要求6所述的一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，其特征在于，所述检测模块(31)还包括有均设于检测外箱(32)内的光谱数据处理模块(20)以及显示模块(23)，所述光谱数据处理模块(20)与光谱仪(14)连接，所述显示模块(23)与光谱数据处理模块(20)连接。

10.根据权利要求2所述的一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，其特征在于，所述检测模块(31)还包括有温度传感器(21)以及湿度传感器(22)，所述温度传感器(21)以及湿度传感器(22)均设于检测外箱(32)内。

11.根据权利要求1-10任意一项所述的一种基于LIBS技术的输运物料在线检测装置，其特征在于，所述物料压平模块(2)包括有压平件(26)以及控制压平件(26)移动的升降机构。

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