本發(fā)明涉及農產品質量安全光學無損檢測自動進樣技術，特別涉及一種近紅外光譜在線檢測的自動進樣裝置及其控制方法。

背景技術：

近年來，光譜檢測技術得到了飛速發(fā)展，其應用也擴展至各個領域。但，現(xiàn)有的光譜檢測儀進樣方式，多采用人工單個進樣，尤其是用于科研和教學的光譜檢測儀，均未實現(xiàn)自動進樣和在線檢測。同時，現(xiàn)有儀器對于樣品的光譜采集基本都是采集單一區(qū)域的光譜信息，這對于獲取待測樣品的光譜信息是不全面的，若要采集單個樣品多個區(qū)域的光譜信息需人工將樣品轉換位置再重新采集光譜信息，這給采集工作勢必會帶來極大不便。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有光譜檢測裝置進樣方式的缺點與不足，提供一種近紅外光譜在線檢測的自動進樣裝置及其控制方法，其能完成待測樣品多工位自動進樣，能實現(xiàn)對單個樣品多區(qū)域光譜自動檢測。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種近紅外光譜在線檢測的自動進樣裝置，其包括位于下方的間歇式進樣機構和位于間歇式進樣機構上方的樣品旋轉機構。

所述間歇式進樣機構包括設有多個樣品位的進樣轉盤、多個試管夾具、轉盤驅動盤、第一驅動機構，其中進樣轉盤的每一樣品位的上部設有夾具孔，下部設有用于置入盛樣試管的試管孔，多個試管夾具分別放置在進樣轉盤的夾具孔中，進樣轉盤的底部連接轉盤驅動盤，第一驅動機構連接轉盤驅動盤，并經(jīng)轉盤驅動盤帶動進樣轉盤及試管夾具轉動，第一驅動機構運轉一次，進樣轉盤轉動第一角度，即移動一個樣品位，將一個樣品送入光譜采集位；

所述樣品旋轉機構包括第二驅動機構、凸輪傳動軸、凸輪傳動箱、超越離合器、凸輪、錐齒輪副、夾具驅動軸、夾具驅動盤，第二驅動機構通過聯(lián)軸器連接凸輪傳動軸的一端，該凸輪傳動軸經(jīng)深溝球軸承安裝于凸輪傳動箱上，且位于凸輪傳動箱內的凸輪傳動軸上經(jīng)超越離合器安裝凸輪，凸輪傳動軸的另一端經(jīng)錐齒輪副連接夾具驅動軸的一端；所述凸輪經(jīng)凸輪滾子及推桿連接軸承架；所述夾具驅動軸的中部兩處分別經(jīng)深溝球軸承安裝于凸輪傳動箱外部的一端及軸承架內，且夾具驅動軸的另一端固定連接用于驅動所述試管夾具轉動的夾具驅動盤；當凸輪傳動軸正轉時，超越離合器處于傳動狀態(tài)，凸輪隨凸輪傳動軸轉動而轉動，并通過凸輪滾子及推桿帶動軸承架、夾具驅動盤向下或向上移動，同時凸輪傳動軸經(jīng)錐齒輪副帶動夾具驅動軸、夾具驅動盤正轉180度后與一試管夾具對接；當凸輪傳動軸反轉時，超越離合器處于超越狀態(tài)，凸輪不能被傳動，夾具驅動盤不上、下移動，僅凸輪傳動軸經(jīng)錐齒輪副、夾具驅動軸帶動夾具驅動盤反轉第二角度，使夾具驅動盤與試管夾具的傳動面有效接觸。

所述試管夾具位于一夾具圓形導軌內。

所述轉盤驅動盤的底部承重連接圓錐滾子軸承，且所述轉盤驅動盤的底部連接轉盤底座軸承。

所述試管夾具包括夾具體、彈簧夾塊、彈簧、緊定螺釘，該夾具體的中部設置截面與盛樣試管外形相匹配的放置孔，且該夾具體上經(jīng)緊定螺釘設置彈簧，彈簧的末端設置用于卡緊盛樣試管的彈簧夾塊。

所述試管夾具夾持盛樣試管的2/3位置處。

所述超越離合器為滾柱式超越離合器，所述滾柱式超越離合器傳動時，內圈正轉，并傳動至外圈；所述滾柱式超越離合器超越時，內圈反轉，不能傳動至外圈。在本發(fā)明實施例中，配合第二驅動機構正反轉可實現(xiàn)正反轉傳動至不同機構，其中正轉傳動至凸輪和錐齒輪副，反轉只傳動至錐齒輪副。

所述夾具驅動軸的另一端經(jīng)夾具驅動連接件固定安裝所述夾具驅動盤。

所述夾具驅動軸的運轉軌跡周側設置第一導軌。

所述凸輪的從動件——凸輪滾子及推桿的運動規(guī)律為正弦加速度運動，凸輪運動循環(huán)具有推程、遠休、回程、近休四個階段，且凸輪設置有配合超越離合器的傳動接口。

一種上述近紅外光譜在線檢測的自動進樣裝置控制方法，其包括下述步驟：

S1、間歇式進樣機構在第一驅動機構驅動下，使轉盤驅動盤轉動第一角度，使一樣品移至光譜采集工位；

S2、樣品旋轉機構的第二驅動機構正轉180度，超越離合器處于傳動狀態(tài)，超越離合器帶動凸輪轉動，并通過軸連接件帶動夾具驅動盤向下運動，同時凸輪傳動軸經(jīng)錐齒輪副帶動夾具驅動盤正轉180度，使夾具驅動盤與一試管夾具實現(xiàn)對接；

S3、樣品旋轉機構的第二驅動機構反轉大于180度的第二角度，超越離合器處于超越狀態(tài)，凸輪不能被驅動，凸輪傳動軸經(jīng)錐齒輪副帶動夾具驅動盤反向轉動第二角度，并使夾具驅動盤與試管夾具的傳動面有效接觸，這時進行第一次光譜采集；

S4、樣品旋轉機構的第二驅動機構繼續(xù)反轉第三角度，即夾具驅動盤帶動試管夾具反轉第三角度，然后進行第二次光譜采集，并如此往復多次，進行多次光譜采集；

S5、完成多次光譜采集后，樣品旋轉機構的第二驅動機構繼續(xù)反轉，直至所有反轉角度之和為360^。整數(shù)倍，接著第二驅動機構正轉180度，使超越離合器處于傳動狀態(tài)，超越離合器帶動凸輪轉動，并通過凸輪滾子及推桿帶動夾具驅動盤上升回到初始位置，如此即完成一個樣品的不同位置光譜采集；

S6、緊接著間歇式進樣機構在第一驅動機構驅動下轉盤驅動盤再次轉動第一角度，將下一個樣品送入光譜采集工位，重復S2到S6步驟直至完成進樣轉盤上多個樣品的光譜采集。

所述第一角度為20度，所述第二角度為240度，所述第三角度為120度。

優(yōu)選的，在步驟S1至步驟S6中，每次第一、二驅動機構轉動一定角度，是根據(jù)位置檢測傳感器判斷相應零件是否到達準確的位置來判斷的，若位置不準確，則位置調整準確后執(zhí)行下一動作或步驟。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下優(yōu)點和效果：

1、本發(fā)明設計了多樣品間歇式進樣機構，解決了人工單獨進樣的繁瑣步驟，提高了光譜采集效率。

2、本發(fā)明設計了樣品旋轉機構，可在光譜采集過程中旋轉樣品，實現(xiàn)樣品不同區(qū)域的光譜信息采集，獲得更加全面的光譜信息。

3、本發(fā)明實現(xiàn)了間歇式進樣機構和樣品旋轉機構的有效配合，整體裝置結構緊湊。

4、本發(fā)明創(chuàng)新性實現(xiàn)了近紅外光譜檢測過程中旋轉檢測樣品，采集樣品多個位置光譜信息，提供了多樣品自動進樣，實現(xiàn)了自動進樣與旋轉樣品的有效結合，提高了光譜儀在線檢測效率，可獲得較全面的樣品光譜采集信息，給科研及生產提供了極大便利。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種近紅外光譜在線檢測的自動進樣裝置整機結構示意圖。

圖2是本發(fā)明間歇式進樣機構放置試管夾具和盛樣試管的結構示意圖。

圖3是本發(fā)明試管夾具立體結構示意圖。

圖4是本發(fā)明間歇式進樣機構去掉進樣轉盤和轉盤驅動盤后的結構示意圖。

圖5是本發(fā)明樣品旋轉機構傳動部分立體結構示意圖。

圖6是本發(fā)明樣品旋轉機構傳動部分去掉凸輪傳動箱蓋后的結構示意圖。

圖7是本發(fā)明樣品旋轉機構傳動部分結構剖視示意圖。

圖8是本發(fā)明一種近紅外光譜在線檢測的自動進樣裝置控制方法流程圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

如圖1－圖7所示，本發(fā)明近紅外光譜在線檢測的自動進樣裝置一實施例包括位于下方的間歇式進樣機構1和位于間歇式進樣機構1上方的樣品旋轉機構2，間歇式進樣機構1用于實現(xiàn)樣品的自動進樣，樣品旋轉機構2用于實現(xiàn)樣品在光譜采集過程中的多次旋轉。

所述間歇式進樣機構1包括設有18個樣品位的進樣轉盤11、18個試管夾具12、夾具圓形導軌13、轉盤驅動盤14、圓錐滾子軸承15、第一減速器16、第一步進電機17、轉盤底座軸承19和多種樣式鈑金架20。其中進樣轉盤11的每一個樣品位的上部設有用于放置試管夾具12的夾具孔，下部設有用于置入盛樣試管3的試管孔，多個試管夾具12分別放置在進樣轉盤11的夾具孔中，進樣轉盤11的底部連接轉盤驅動盤14，轉盤驅動盤14的底部承重連接圓錐滾子軸承15，為防止人為誤操作傾覆，轉盤驅動盤14的底部同時連接轉盤底座軸承19。第一步進電機17經(jīng)第一減速器16的轉軸及平鍵連接轉盤驅動盤14，從而帶動轉盤驅動盤14、進樣轉盤11及試管夾具12轉動。多種樣式鈑金架20承接第一減速器16、轉盤底座軸承19、夾具圓形導軌13、圓錐滾子軸承15。第一步進電機17每前進一步，進樣轉盤11移動20度的第一角度，將一個樣品送至光譜采集位。

所述的試管夾具12包括夾具體121、彈簧夾塊122、彈簧123、緊定螺釘124。該夾具體121的中部設置截面與盛樣試管3外形相匹配的放置孔125以便于盛樣試管3穿設放置，且該夾具體121上經(jīng)緊定螺釘124設置彈簧123，彈簧123的末端設置彈簧夾塊122。該夾具體121的頂部設置與夾具驅動盤30對接且對稱的第一凸塊126。當夾具體121夾持盛樣試管3時，彈簧夾塊122和彈簧123用于夾緊盛樣試管3，緊定螺釘124用于限位彈簧123。該試管夾具12夾持盛樣試管3時，從盛樣試管3上部進入，并使夾具體121夾持盛樣試管3的2/3位置以上部分，以保證不遮擋盛樣試管3的光譜采集部分。

如圖5－圖7所示，所述樣品旋轉機構2包括第二步進電機21、聯(lián)軸器22、凸輪傳動軸23、凸輪傳動箱24、超越離合器25、凸輪26、錐齒輪副27、夾具驅動軸28、第一導軌29、夾具驅動盤30。第二步進電機21通過聯(lián)軸器22連接凸輪傳動軸23，凸輪傳動軸23的兩端經(jīng)深溝球軸承31安裝于凸輪傳動箱24上，且位于凸輪傳動箱24內的凸輪傳動軸23上經(jīng)超越離合器25安裝凸輪26，凸輪傳動軸23的另一端經(jīng)錐齒輪副27連接夾具驅動軸28的一端。所述凸輪26凸輪滾子及推桿32連接軸承架33。該夾具驅動軸28的中部兩處分別經(jīng)深溝球軸承31安裝于凸輪傳動箱24外的一端及軸承架33內，且夾具驅動軸28的另一端經(jīng)夾具驅動連接件34固定安裝用于驅動試管夾具12的夾具驅動盤30。為使夾具驅動盤30在預定軌道內精確運轉，夾具驅動軸28的運轉軌跡周側設置第一導軌29。該夾具驅動盤30的底部設有與試管夾具12的第一凸塊126相匹配的第二凸塊35，當夾具驅動盤30與試管夾具12的傳動面有效接觸時，第二凸塊35與第一凸塊126抵觸，因而第二凸塊35籍由第一凸塊126驅動試管夾具12。

本實施例中用到的超越離合器25為滾柱式超越離合器，其超越時不自鎖，即在內圈反轉時，外圈不動，實現(xiàn)超越；其傳動時，內圈正轉，外圈相應正轉，實現(xiàn)傳動。

所述樣品旋轉機構2工作時，第二步進電機21按設定流程通過聯(lián)軸器22帶動凸輪傳動軸23正反轉。當凸輪傳動軸23正轉180度時，超越離合器25的內圈正轉，可傳動至外圈，進而通過凸輪26、凸輪滾子及推桿32帶動軸承架33、夾具驅動盤30向下移動，同時凸輪傳動軸23經(jīng)錐齒輪副27、夾具驅動軸28帶動夾具驅動盤30正轉180度后，使夾具驅動盤30的第二凸塊35與試管夾具12的第一凸塊126處于相對卡設位置；當凸輪傳動軸23反轉時，超越離合器25的內圈反轉，不可傳動外圈，因而夾具驅動盤30不能上、下移動，僅凸輪傳動軸23經(jīng)錐齒輪副27、夾具驅動軸28、夾具驅動連接件34帶動夾具驅動盤30反轉240度（第二角度），以保證夾具驅動盤30的第二凸塊35與試管夾具12的第一凸塊126有效接觸。

如圖8所示，本實施例一種近紅外光譜在線檢測的自動進樣裝置控制方法，包括下述步驟（下述步驟中每次步進電機轉動一設定角度，是根據(jù)位置檢測傳感器判斷相應零件是否到達準確的位置，若位置不準確，則位置調整準確后執(zhí)行下一動作或步驟）：

S1、間歇式進樣機構1在第一步進電機17驅動下，使轉盤驅動盤14轉動20^。（第一角度）使一樣品移至光譜采集工位；

S2、樣品旋轉機構2的第二步進電機21正轉180^。，超越離合器25處于傳動狀態(tài)，超越離合器25內圈帶動外圈轉動，外圈帶動凸輪26轉動使夾具驅動盤30向下運動10mm，同時凸輪傳動軸23經(jīng)錐齒輪副27帶動夾具驅動盤30正轉180^。，以使夾具驅動盤30與試管夾具12的傳動接口對接；

S3、樣品旋轉機構2的第二步進電機21反轉240^。的（第二角度），超越離合器25處于超越狀態(tài)，外圈不隨內圈轉動，凸輪26隨之也不動，凸輪傳動軸23經(jīng)錐齒輪副27帶動夾具驅動盤30反向轉動240^。（第二角度），并使夾具驅動盤30與試管夾具12的傳動面有效接觸（第二凸塊35與第一凸塊126抵觸，且第二凸塊35能籍由第一凸塊126驅動試管夾具12），并進行第一次光譜采集；

S4、樣品旋轉機構2的第二步進電機21繼續(xù)反轉120^。（第三角度），即夾具驅動盤30帶動試管夾具12間隙轉動，每反轉一個第三角度即可進行一次光譜采集，可根據(jù)需要自行設定采集次數(shù)和采集區(qū)域，即可自行調整每次反轉的第三角度；

S5、完成多次采集后，樣品旋轉機構2的第二步進電機21還需完成反轉，直至所有反轉之和為360^。整數(shù)倍，接著第二步進電機21正轉180^。，使夾具驅動盤上升10mm回到初始位置，即完成一個樣品的不同位置光譜采集；

S6、緊接著間歇式進樣機構1在第一步進電機17驅動下轉盤驅動盤14再次轉動20^。（第一角度），將下一個樣品送入光譜采集位，重復S2到S6步驟直至完成18個樣品的光譜采集。

上述實施例為本發(fā)明最常用的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的思想實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化均應為等效的置換方式，都應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。