一种近红外光谱在线检测的自动进样装置及其控制方法技术领域
本发明涉及农产品质量安全光学无损检测自动进样技术，特别涉及一种近红外光
谱在线检测的自动进样装置及其控制方法。
背景技术
近年来，光谱检测技术得到了飞速发展，其应用也扩展至各个领域。但，现有的光
谱检测仪进样方式，多采用人工单个进样，尤其是用于科研和教学的光谱检测仪，均未实现
自动进样和在线检测。同时，现有仪器对于样品的光谱采集基本都是采集单一区域的光谱
信息，这对于获取待测样品的光谱信息是不全面的，若要采集单个样品多个区域的光谱信
息需人工将样品转换位置再重新采集光谱信息，这给采集工作势必会带来极大不便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有光谱检测装置进样方式的缺点与不足，提供一种近红
外光谱在线检测的自动进样装置及其控制方法，其能完成待测样品多工位自动进样，能实
现对单个样品多区域光谱自动检测。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种近红外光谱在线检测的自动进
样装置，其包括位于下方的间歇式进样机构和位于间歇式进样机构上方的样品旋转机构。
所述间歇式进样机构包括设有多个样品位的进样转盘、多个试管夹具、转盘驱动
盘、第一驱动机构，其中进样转盘的每一样品位的上部设有夹具孔，下部设有用于置入盛样
试管的试管孔，多个试管夹具分别放置在进样转盘的夹具孔中，进样转盘的底部连接转盘
驱动盘，第一驱动机构连接转盘驱动盘，并经转盘驱动盘带动进样转盘及试管夹具转动，第
一驱动机构运转一次，进样转盘转动第一角度，即移动一个样品位，将一个样品送入光谱采
集位；
所述样品旋转机构包括第二驱动机构、凸轮传动轴、凸轮传动箱、超越离合器、凸轮、锥
齿轮副、夹具驱动轴、夹具驱动盘，第二驱动机构通过联轴器连接凸轮传动轴的一端，该凸
轮传动轴经深沟球轴承安装于凸轮传动箱上，且位于凸轮传动箱内的凸轮传动轴上经超越
离合器安装凸轮，凸轮传动轴的另一端经锥齿轮副连接夹具驱动轴的一端；所述凸轮经凸
轮滚子及推杆连接轴承架；所述夹具驱动轴的中部两处分别经深沟球轴承安装于凸轮传动
箱外部的一端及轴承架内，且夹具驱动轴的另一端固定连接用于驱动所述试管夹具转动的
夹具驱动盘；当凸轮传动轴正转时，超越离合器处于传动状态，凸轮随凸轮传动轴转动而转
动，并通过凸轮滚子及推杆带动轴承架、夹具驱动盘向下或向上移动，同时凸轮传动轴经锥
齿轮副带动夹具驱动轴、夹具驱动盘正转180度后与一试管夹具对接；当凸轮传动轴反转
时，超越离合器处于超越状态，凸轮不能被传动，夹具驱动盘不上、下移动，仅凸轮传动轴经
锥齿轮副、夹具驱动轴带动夹具驱动盘反转第二角度，使夹具驱动盘与试管夹具的传动面
有效接触。
所述试管夹具位于一夹具圆形导轨内。
所述转盘驱动盘的底部承重连接圆锥滚子轴承，且所述转盘驱动盘的底部连接转
盘底座轴承。
所述试管夹具包括夹具体、弹簧夹块、弹簧、紧定螺钉，该夹具体的中部设置截面
与盛样试管外形相匹配的放置孔，且该夹具体上经紧定螺钉设置弹簧，弹簧的末端设置用
于卡紧盛样试管的弹簧夹块。
所述试管夹具夹持盛样试管的2/3位置处。
所述超越离合器为滚柱式超越离合器，所述滚柱式超越离合器传动时，内圈正转，
并传动至外圈；所述滚柱式超越离合器超越时，内圈反转，不能传动至外圈。在本发明实施
例中，配合第二驱动机构正反转可实现正反转传动至不同机构，其中正转传动至凸轮和锥
齿轮副，反转只传动至锥齿轮副。
所述夹具驱动轴的另一端经夹具驱动连接件固定安装所述夹具驱动盘。
所述夹具驱动轴的运转轨迹周侧设置第一导轨。
所述凸轮的从动件——凸轮滚子及推杆的运动规律为正弦加速度运动，凸轮运动
循环具有推程、远休、回程、近休四个阶段，且凸轮设置有配合超越离合器的传动接口。
一种上述近红外光谱在线检测的自动进样装置控制方法，其包括下述步骤：
S1、间歇式进样机构在第一驱动机构驱动下，使转盘驱动盘转动第一角度，使一样品移
至光谱采集工位；
S2、样品旋转机构的第二驱动机构正转180度，超越离合器处于传动状态，超越离合器
带动凸轮转动，并通过轴连接件带动夹具驱动盘向下运动，同时凸轮传动轴经锥齿轮副带
动夹具驱动盘正转180度，使夹具驱动盘与一试管夹具实现对接；
S3、样品旋转机构的第二驱动机构反转大于180度的第二角度，超越离合器处于超越状
态，凸轮不能被驱动，凸轮传动轴经锥齿轮副带动夹具驱动盘反向转动第二角度，并使夹具
驱动盘与试管夹具的传动面有效接触，这时进行第一次光谱采集；
S4、样品旋转机构的第二驱动机构继续反转第三角度，即夹具驱动盘带动试管夹具反
转第三角度，然后进行第二次光谱采集，并如此往复多次，进行多次光谱采集；
S5、完成多次光谱采集后，样品旋转机构的第二驱动机构继续反转，直至所有反转角度
之和为360。整数倍，接着第二驱动机构正转180度，使超越离合器处于传动状态，超越离合
器带动凸轮转动，并通过凸轮滚子及推杆带动夹具驱动盘上升回到初始位置，如此即完成
一个样品的不同位置光谱采集；
S6、紧接着间歇式进样机构在第一驱动机构驱动下转盘驱动盘再次转动第一角度，将
下一个样品送入光谱采集工位，重复S2到S6步骤直至完成进样转盘上多个样品的光谱采
集。
所述第一角度为20度，所述第二角度为240度，所述第三角度为120度。
优选的，在步骤S1至步骤S6中，每次第一、二驱动机构转动一定角度，是根据位置
检测传感器判断相应零件是否到达准确的位置来判断的，若位置不准确，则位置调整准确
后执行下一动作或步骤。
本发明与现有技术相比较，具有如下优点和效果：
1、本发明设计了多样品间歇式进样机构，解决了人工单独进样的繁琐步骤，提高了光
谱采集效率。
2、本发明设计了样品旋转机构，可在光谱采集过程中旋转样品，实现样品不同区
域的光谱信息采集，获得更加全面的光谱信息。
3、本发明实现了间歇式进样机构和样品旋转机构的有效配合，整体装置结构紧
凑。
4、本发明创新性实现了近红外光谱检测过程中旋转检测样品，采集样品多个位置
光谱信息，提供了多样品自动进样，实现了自动进样与旋转样品的有效结合，提高了光谱仪
在线检测效率，可获得较全面的样品光谱采集信息，给科研及生产提供了极大便利。
附图说明
图1是本发明一种近红外光谱在线检测的自动进样装置整机结构示意图。
图2是本发明间歇式进样机构放置试管夹具和盛样试管的结构示意图。
图3是本发明试管夹具立体结构示意图。
图4是本发明间歇式进样机构去掉进样转盘和转盘驱动盘后的结构示意图。
图5是本发明样品旋转机构传动部分立体结构示意图。
图6是本发明样品旋转机构传动部分去掉凸轮传动箱盖后的结构示意图。
图7是本发明样品旋转机构传动部分结构剖视示意图。
图8是本发明一种近红外光谱在线检测的自动进样装置控制方法流程图。
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。
如图1－图7所示，本发明近红外光谱在线检测的自动进样装置一实施例包括位于
下方的间歇式进样机构1和位于间歇式进样机构1上方的样品旋转机构2，间歇式进样机构1
用于实现样品的自动进样，样品旋转机构2用于实现样品在光谱采集过程中的多次旋转。
所述间歇式进样机构1包括设有18个样品位的进样转盘11、18个试管夹具12、夹具
圆形导轨13、转盘驱动盘14、圆锥滚子轴承15、第一减速器16、第一步进电机17、转盘底座轴
承19和多种样式钣金架20。其中进样转盘11的每一个样品位的上部设有用于放置试管夹具
12的夹具孔，下部设有用于置入盛样试管3的试管孔，多个试管夹具12分别放置在进样转盘
11的夹具孔中，进样转盘11的底部连接转盘驱动盘14，转盘驱动盘14的底部承重连接圆锥
滚子轴承15，为防止人为误操作倾覆，转盘驱动盘14的底部同时连接转盘底座轴承19。第一
步进电机17经第一减速器16的转轴及平键连接转盘驱动盘14，从而带动转盘驱动盘14、进
样转盘11及试管夹具12转动。多种样式钣金架20承接第一减速器16、转盘底座轴承19、夹具
圆形导轨13、圆锥滚子轴承15。第一步进电机17每前进一步，进样转盘11移动20度的第一角
度，将一个样品送至光谱采集位。
所述的试管夹具12包括夹具体121、弹簧夹块122、弹簧123、紧定螺钉124。该夹具
体121的中部设置截面与盛样试管3外形相匹配的放置孔125以便于盛样试管3穿设放置，且
该夹具体121上经紧定螺钉124设置弹簧123，弹簧123的末端设置弹簧夹块122。该夹具体
121的顶部设置与夹具驱动盘30对接且对称的第一凸块126。当夹具体121夹持盛样试管3
时，弹簧夹块122和弹簧123用于夹紧盛样试管3，紧定螺钉124用于限位弹簧123。该试管夹
具12夹持盛样试管3时，从盛样试管3上部进入，并使夹具体121夹持盛样试管3的2/3位置以
上部分，以保证不遮挡盛样试管3的光谱采集部分。
如图5－图7所示，所述样品旋转机构2包括第二步进电机21、联轴器22、凸轮传动
轴23、凸轮传动箱24、超越离合器25、凸轮26、锥齿轮副27、夹具驱动轴28、第一导轨29、夹具
驱动盘30。第二步进电机21通过联轴器22连接凸轮传动轴23，凸轮传动轴23的两端经深沟
球轴承31安装于凸轮传动箱24上，且位于凸轮传动箱24内的凸轮传动轴23上经超越离合器
25安装凸轮26，凸轮传动轴23的另一端经锥齿轮副27连接夹具驱动轴28的一端。所述凸轮
26凸轮滚子及推杆32连接轴承架33。该夹具驱动轴28的中部两处分别经深沟球轴承31安装
于凸轮传动箱24外的一端及轴承架33内，且夹具驱动轴28的另一端经夹具驱动连接件34固
定安装用于驱动试管夹具12的夹具驱动盘30。为使夹具驱动盘30在预定轨道内精确运转，
夹具驱动轴28的运转轨迹周侧设置第一导轨29。该夹具驱动盘30的底部设有与试管夹具12
的第一凸块126相匹配的第二凸块35，当夹具驱动盘30与试管夹具12的传动面有效接触时，
第二凸块35与第一凸块126抵触，因而第二凸块35籍由第一凸块126驱动试管夹具12。
本实施例中用到的超越离合器25为滚柱式超越离合器，其超越时不自锁，即在内
圈反转时，外圈不动，实现超越；其传动时，内圈正转，外圈相应正转，实现传动。
所述样品旋转机构2工作时，第二步进电机21按设定流程通过联轴器22带动凸轮
传动轴23正反转。当凸轮传动轴23正转180度时，超越离合器25的内圈正转，可传动至外圈，
进而通过凸轮26、凸轮滚子及推杆32带动轴承架33、夹具驱动盘30向下移动，同时凸轮传动
轴23经锥齿轮副27、夹具驱动轴28带动夹具驱动盘30正转180度后，使夹具驱动盘30的第二
凸块35与试管夹具12的第一凸块126处于相对卡设位置；当凸轮传动轴23反转时，超越离合
器25的内圈反转，不可传动外圈，因而夹具驱动盘30不能上、下移动，仅凸轮传动轴23经锥
齿轮副27、夹具驱动轴28、夹具驱动连接件34带动夹具驱动盘30反转240度（第二角度），以
保证夹具驱动盘30的第二凸块35与试管夹具12的第一凸块126有效接触。
如图8所示，本实施例一种近红外光谱在线检测的自动进样装置控制方法，包括下
述步骤（下述步骤中每次步进电机转动一设定角度，是根据位置检测传感器判断相应零件
是否到达准确的位置，若位置不准确，则位置调整准确后执行下一动作或步骤）：
S1、间歇式进样机构1在第一步进电机17驱动下，使转盘驱动盘14转动20。（第一角度）
使一样品移至光谱采集工位；
S2、样品旋转机构2的第二步进电机21正转180。，超越离合器25处于传动状态，超越离
合器25内圈带动外圈转动，外圈带动凸轮26转动使夹具驱动盘30向下运动10mm，同时凸轮
传动轴23经锥齿轮副27带动夹具驱动盘30正转180。，以使夹具驱动盘30与试管夹具12的传
动接口对接；
S3、样品旋转机构2的第二步进电机21反转240。的（第二角度），超越离合器25处于超越
状态，外圈不随内圈转动，凸轮26随之也不动，凸轮传动轴23经锥齿轮副27带动夹具驱动盘
30反向转动240。（第二角度），并使夹具驱动盘30与试管夹具12的传动面有效接触（第二凸
块35与第一凸块126抵触，且第二凸块35能籍由第一凸块126驱动试管夹具12），并进行第一
次光谱采集；
S4、样品旋转机构2的第二步进电机21继续反转120。（第三角度），即夹具驱动盘30带动
试管夹具12间隙转动，每反转一个第三角度即可进行一次光谱采集，可根据需要自行设定
采集次数和采集区域，即可自行调整每次反转的第三角度；
S5、完成多次采集后，样品旋转机构2的第二步进电机21还需完成反转，直至所有反转
之和为360。整数倍，接着第二步进电机21正转180。，使夹具驱动盘上升10mm回到初始位置，
即完成一个样品的不同位置光谱采集；
S6、紧接着间歇式进样机构1在第一步进电机17驱动下转盘驱动盘14再次转动20。（第
一角度），将下一个样品送入光谱采集位，重复S2到S6步骤直至完成18个样品的光谱采集。
上述实施例为本发明最常用的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例
的限制，其他任何未背离本发明的思想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，都应包含在本发明的保护范围之内。