CN109521497A - 一种膛线桶状式扫描设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膛线桶状式扫描设备，涉及安检检查设备领域，包括主框架、方位旋转机构、中心机构、计算机和升降运动机构；升降运动机构包括固定座、丝杆安装座、导向座、丝杆、升降滑台、伺服电机a和同步带传动装置，用于带动方位旋转机构和中心机构升降；方位旋转机构包括伺服电机b伺服电机b上连接有方形轴；中心机构包括中心立轴，中心立轴与方形轴连接，中心立轴上沿轴向设置有若干天线横梁和天线罩横梁，天线横梁之间通过天线固定板设有若干发射天线和接收天线；计算机与发射天线、接收天线、伺服电机a、伺服电机b均电连接。该设备结构紧凑、扫描范围广、扫描效率高、扫描精度大且稳定性强，可广泛用于安检领域，安检效率高。

Description

一种膛线桶状式扫描设备

技术领域

本发明涉及安检检查设备领域，具体为一种膛线桶状式扫描设备。

背景技术

近些年，随着恐怖事件频繁反生，尤其在人员聚集公共场所，如何快速对恐怖分子身上携带的刀具、枪支、炸药等危险品进行快速检测和报警，是目前公共安全面对的一大难题。目前“金属门”式安检手段无法排除陶瓷刀具、炸药等非金属危险品，需要安检以搜身式检查，从而导致效率极低、隐私侵犯等一系列问题。随着太赫兹成像技术发展，其可对人员隐藏物品进行穿透衣物探测和高分辨成像识别，而且太赫兹光子能量低，远小于人体皮肤的电离能，不会对人体产出电离伤害。基于上述特性，国内外均已有相关产品投入安检使用。现阶段采用太赫兹主动成像系统在实际运用过程中存在如下问题：

1、对人体进行逐点式全覆盖扫描，需要大量太赫兹收发天线进行阵列扩展。这使得该太赫兹天线设计难度大，同时因天线对加工精度要求极其严格，该太赫兹天线的加工难度大，制作成本高。另外，太赫兹天线还需匹配相应数量价格高昂的太赫兹接收机，从而使得整个系统外形体积大，重量沉，制造成本高，限制了该系统广泛使用。

2、转动立轴上安装有大量太赫兹收发天线和接收机等负载，转动惯量过大，转动部分进行动静平衡标定困难。此外整个旋转部分尺寸较大、结构复杂，环境载荷影响比较明显，使得成像系统只能维持在一个低转速状态进行扫描，直接导致成像速率下降，效率低。

3、现有技术中采用间接驱动方式，齿轮啮合间隙会影响扫描精度和稳定性，导致最后成像效果不佳，影响安检人员对藏匿物品的快速识别和判断。

4、现有技术中，一次扫描只能通过一个人，效率低。对于人员聚集的公共场所，为提高安检效率，只能增加人体扫描安检设备，但该安检设备本身价格高昂，致使人力、物力消耗巨大。而且，该安检设备尺寸大，安装需要较大的空间，这使得该设备无法广泛使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种膛线桶状式扫描设备。该设备结构紧凑、扫描范围广、扫描效率高、扫描精度大且稳定性强，可广泛用于安检领域。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种膛线桶状式扫描设备，包括主框架、方位旋转机构、中心机构、计算机和两个升降运动机构；

所述主框架包括顶板、底板和若干连接柱，所述顶板与底板平行设置，所述连接柱的两端分别与顶板和底板固定连接，所述顶板上开设有通孔；

所述升降运动机构包括固定座、丝杆安装座、导向座、丝杆和升降滑台，所述固定座固定设置于顶板的顶面上，所述导向座固定设置于固定座的上端部，所述丝杆竖向设置，其两端分别可转动的设置于导向座和丝杆安装座内，所述丝杆的上端穿过所述导向座，其上端端部固定连接有从动同步带轮，所述升降滑台与丝杆通过螺纹连接，所述升降滑台的侧面固定设置有拉板；

两个所述固定座之间固定设置有电机安装板，所述电机安装板上固定设置有伺服电机a，所述伺服电机a的输出轴上固定连接有主动同步带轮，还包括同步带，所述主动同步带轮与两个从动同步带轮通过同步带传动连接；

所述两个升降运动机构的拉板之间固设置有电机安装法兰，所述电机安装法兰设置于所述通孔的正上方；

所述方位旋转机构包括伺服电机b，所述伺服电机b与电机安装法兰固定连接，所述伺服电机b竖向设置，其输出轴上顺次连接有方形轴套和方形轴，所述方形轴套和方形轴贯穿电机安装法兰设置；

所述中心机构包括竖向设置的中心立轴，所述中心立轴的顶端与方形轴的底端通过联轴器连接，所述中心立轴的底端可转动的设置于底板上，所述中心立轴上沿轴向设置有若干轴卡座，所述轴卡座上固定设置有两个互相对称的天线横梁和两个相互对称的天线罩横梁，两个所述天线横梁和两个所述天线罩横梁呈十字型设置；

沿中心立轴的轴向方向，相邻两个天线罩横梁之间固定设置有天线罩固定条，相邻两个所述天线横梁之间固定设置有天线固定板，所述天线固定板上均设置有若干发射天线和接收天线；

所述计算机与发射天线、接收天线、伺服电机a、伺服电机b均电连接。

进一步的，两个所述升降运动机构对称设置于所述通孔两侧。

进一步的，所述固定座上固设有两根导向轴，两根所述导向轴对称设置于丝杆的两侧，所述导向座上开设有导向孔，两个导向轴分别滑动设置于两个导向孔内。

进一步的，所述升降滑台上固定设置有连接板，所述固定座上固定设置有弹簧固定座，还包括气弹簧，所述气弹簧的缸筒端部与弹簧固定座铰接，其活塞杆端部与连接板铰接。

进一步的，还包括若干天线罩，所述天线罩设置于呈十字型设置的两个所述天线横梁和两个所述天线罩横梁外部，所述天线罩与天线罩固定条固定连接；

进一步的，还包括若干安装板，所述安装板与所述中心立轴固定连接，所述安装板上设置有接收机、DP盒、DS盒、SD盒和D-C盒。

进一步的，所述伺服电机a的转子上连接有绝对式编码器a，所述伺服电机b的转子上顺次连接有绝对式编码器b和光纤滑环。

进一步的，所述的丝杆为梯形丝杆。

本发明的有益效果是：

1、采用升降运动机构和方位旋转机构合成膛线桶状扫描方式，因收发天线能做垂直方向的运动，增大波束扫描的覆盖范围，故所需接收天线、发射天线、接收机仅为原来1/5数量，大幅度降低天线设计难度和生产成本。

2、可在扫描设备的四周各安装一个梯形垫台，将扫描区域分为了前后左右四个区域，一次扫描能同时完成2~4人的安检检查，相比传统的扫描方式，扫描效率大幅提高。

3、采用电机直驱技术和简单而对称的结构设计，所有转动部件、电机、轴承完美的结合在一起，可获得更高的稳定性和系统刚性，提供了高动态特性、高精度和高可靠性，也为成像清晰度和识别度奠定基础。

4、中心立轴采用中空结构：一方面空心过电缆、射频、光纤等线缆，以消除线缆浮动带来的系统干扰；另一方面增大结构有利于提高立轴强度、刚度，同时减轻重量和转动惯量，有利于提高系统的共振频率。

5、采用天线罩密封结构，将所有接收天线、发射天线、接收机等部件密封在内，避免高速扫描扰流引起风载、温差载荷热变形等复杂环境载荷对其影响，从而有利于设备高速扫描时平稳性，安静性，成像速率可以大幅度提升。

6、本发明升降运动机构采用同步带传动配合梯形丝杠完成升降，同步带可保证两个丝杠升降进给量相同，主动同步带轮、从动同步带轮和同步带之间没有相对滑动，能够保证严格的传动比，传动平稳，能吸振，噪音小。此外，梯形丝杠不仅为升降运动提供足够推力，自锁功能在设备运行过程遇到突发断电情况时，能保证整个旋转部件不掉落。此外，四个气弹簧在升降过程平衡绝大部分位于升降滑台上的重力，使得丝杠上负载变小，浮动变化不大，便于伺服系统PID参数控制，运行更平稳，精度更高。

7、该系统采用基于SSI协议的25位高精度的绝对编码器一和绝对编码器二，伺服系统的PID控制参数同时控制垂直方向的位置控制精度和水平方向的速度波动率满足扫描系统的技术要求。保证位置控制精度高，速度波动小，同时要求位置信息的数据更新越快越好。

8、在设备安全上，伺服系统具备直流母线电压过压欠压故障保护，电机相电流过流保护，电机过载保护，电机缺相保护，电机失速保护等故障检测保护功能。当电机触发以上故障保护功能时，驱动器会禁止使能，电机处于自由状态，提高设备运行安全性。

附图说明

图1为本发明一种膛线桶状式扫描设备的结构示意图；

图2 为升降运动机构和方位旋转机构的安装示意图；

图3 为图2的A-A剖视图；

图4 为图2的俯视图；

图5 为中心机构中去除部分天线罩的结构示意图；

图6 为中心机构的主剖视图；

图7 为图5的俯视图；

图8 为本扫描设备的安装示意图；

图9 为本扫描设备的工作流程图；

图10为扫描过程流程图；

图中，1-固定座，2-丝杆安装座，3-导向座，4-丝杆，5-升降滑台，6-伺服电机a，7-从动同步带轮，8-拉板，9-电机安装板，10-主动同步带轮，11-同步带，12-电机安装法兰，13-伺服电机b，14-方形轴套，15-方形轴，16-中心立轴，17-轴卡座，18-天线横梁，19-天线罩横梁，20-天线罩固定条，21-天线固定板，22-发射天线，23-接收天线，24-导向轴，25-连接板，26-弹簧固定座，27-气弹簧，28-天线罩，29-安装板，30-绝对式编码器a，31-绝对式编码器b，32-光纤滑环，33-梯形垫台，34-人员，35-销轴，36-顶板，37-底板，38-连接柱。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1至图10所示，一种膛线桶状式扫描设备，包括主框架、方位旋转机构、中心机构、计算机和两个升降运动机构。

主框架包括顶板36、底板37和若干连接柱38，顶板36与底板37平行设置，连接柱38的两端分别与顶板36和底板37固定连接。

升降运动机构包括固定座1、丝杆安装座2、导向座3、丝杆4和升降滑台5，固定座1固定设置于顶板36的顶面上，导向座3固定设置于固定座1的上端部，丝杆4竖向设置，其两端分别可转动的设置于导向座3和丝杆安装座2内，丝杆4的上端穿过导向座3，其上端端部固定连接有从动同步带轮7，升降滑台5与丝杆4通过螺纹连接，升降滑台5的侧面固定设置有拉板8。两个固定座1之间固定设置有电机安装板9，电机安装板9上固定设置有伺服电机a6，伺服电机a6的输出轴上固定连接有主动同步带轮10，还包括同步带11，主动同步带轮10与两个从动同步带轮7通过同步带11传动连接。伺服电机a6转动时，通过主动同步带轮10、从动同步带轮7和同步带11构成的同步带传动机构带动两丝杆4转动，由丝杆传动原理可知，丝杆4转动时，升降滑台5完成上下移动。采用同步带传动配合梯形丝杠完成升降，同步带可保证两个丝杠升降进给量相同，主动同步带轮、从动同步带轮和同步带之间没有相对滑动，能够保证严格的传动比，传动平稳，能吸振，噪音小。

优选的，两个升降运动机构对称设置于通孔两侧，固定座1上固设有两根导向轴24，两根导向轴24对称设置于丝杆4的两侧，导向座3上开设有导向孔，两个导向轴24分别滑动设置于两个导向孔内。通过导向轴24与导向孔的导向作用，使上述运动过程更为稳定。

优选的，丝杆4选用梯形丝杆，梯形丝杠不仅为升降运动提供足够推力，自锁功能在设备运行过程遇到突发断电情况时，能保证整个旋转部件不掉落。

优选的，升降滑台5上固定设置有连接板25，固定座1上固定设置有弹簧固定座26，还包括气弹簧27，气弹簧27的缸筒端部与弹簧固定座26铰接，其活塞杆端部通过销轴35与连接板25铰接。具体实施时，共使用四个气弹簧27，四个气弹簧27两两对称设置。四个气弹簧27在升降过程平衡绝大部分位于升降滑台上的重力，使得丝杠上负载变小，浮动变化不大，便于伺服系统PID参数控制，运行更平稳，精度更高。

两个升降运动机构的拉板8之间固设置有电机安装法兰12，主框架的顶板36上开设有通孔，电机安装法兰12设置于通孔的正上方。方位旋转机构包括伺服电机b13，伺服电机b13与电机安装法兰12固定连接，伺服电机b13竖向设置，其输出轴上顺次连接有方形轴套14和方形轴15，方形轴套14和方形轴15贯穿电机安装法兰12设置。在上述升降过程中，拉板8随升降滑台5上下移动，继而可通过法兰12带动伺服电机b13以及方形轴15和方形轴套14上下移动。

中心机构包括竖向设置的中心立轴16，中心立轴16的顶端与方形轴15的底端通过联轴器连接，中心立轴16的底端可转动的设置于底板37上，中心立轴16上沿轴向设置有若干轴卡座17，轴卡座17上固定设置有两个互相对称的天线横梁18和两个相互对称的天线罩横梁19，两个天线横梁18和两个天线罩横梁19呈十字型设置。沿中心立轴16的轴向方向，相邻两个天线罩横梁19之间固定设置有天线罩固定条20，相邻两个天线横梁18之间固定设置有天线固定板21，天线固定板21上均设置有若干发射天线22和接收天线23。还包括若干安装板29，安装板29与中心立轴16固定连接，安装板29上设置有接收机、DP盒、DS盒、SD盒和D-C盒。

当伺服电机b13转动时，中心立轴16随方形轴15转动，继而设置于中心立轴16上的天线横梁18绕其轴心转动，发射天线22和接收天线23亦随之一起转动。同时，发射天线22和接收天线23在中心立轴16的带动下，可在伺服电机a6转动时随方形轴15上下移动。具体实施时，中心立轴16上设置有五个轴卡座17，为五层结构。该扫描设备在运行时采用升降运动机构和方位旋转机构合成膛线桶状扫描方式，因收发天线能做垂直方向的运动，增大波束扫描的覆盖范围，故所需接收天线、发射天线、接收机仅为原来数量的五分之一，大幅度降低天线设计难度和生产成本。

优选的，中心轴16采用中空结构，一方面空心过电缆、射频、光纤等线缆，以消除线缆浮动带来的系统干扰；另一方面增大结构有利于提高立轴强度、刚度，同时减轻重量和转动惯量，有利于提高系统的共振频率。

计算机与发射天线22、接收天线23、伺服电机a6、伺服电机b13均电连接，用于对发射天线22、接收天线23、伺服电机a6和伺服电机b13进行控制，同时亦用于对接收天线23接收的扫描信号进行成像处理。

该扫描设备选用伺服电机a6和伺服电机b13，利用伺服系统直流母线电压过压欠压故障保护、电机相电流过流保护、电机过载保护、电机缺相保护、和电机失速保护等故障检测保护功能，当电机触发以上故障保护功能时，驱动器会禁止使能，电机处于自由状态，提高设备运行安全性。

进一步的，伺服电机a6的转子上连接有绝对式编码器a30，伺服电机b13的转子上顺次连接有绝对式编码器b31和光纤滑环32。该系统采用基于SSI协议的25位高精度的绝对编码器a30和绝对编码器b1，伺服系统的PID控制参数同时控制垂直方向的位置控制精度和水平方向的速度波动率满足扫描系统的技术要求。保证位置控制精度高，速度波动小，位置信息的数据更新快。

进一步的，还包括若干天线罩28，天线罩28设置于呈十字型设置的两个天线横梁18和两个天线罩横梁19外部，天线罩28与天线罩固定条20固定连接。采用天线罩密封结构，将所有接收天线、发射天线、接收机等部件密封在内，避免高速扫描扰流引起风载、温差载荷热变形等复杂环境载荷对其影响，从而有利于设备高速扫描时平稳性，安静性，成像速率可以大幅度提升。

该膛线桶状式扫描设备采用电机直驱技术和简单而对称的结构设计，所有转动部件、电机、轴承完美的结合在一起，可获得更高的稳定性和系统刚性，提供了高动态特性、高精度和高可靠性，也为成像清晰度和识别度奠定基础。

具体实施时，在扫描设备的四周各安装一个梯形垫台33，将扫描区域分为了前后左右四个区域，被扫描人员34站在梯形垫台33上进行扫描，在安检检查时最多可一次扫描四人，相比传统的安检模式，安检效率大幅提高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种膛线桶状式扫描设备，其特征在于，包括主框架、方位旋转机构、中心机构、计算机和两个升降运动机构；

所述主框架包括顶板（36）、底板（37）和若干连接柱（38），所述顶板（36）与底板（37）平行设置，所述连接柱（38）的两端分别与顶板（36）和底板（37）固定连接，所述顶板（36）上开设有通孔；

所述升降运动机构包括固定座（1）、丝杆安装座（2）、导向座（3）、丝杆（4）和升降滑台（5），所述固定座（1）固定设置于顶板（36）的顶面上，所述导向座（3）固定设置于固定座（1）的上端部，所述丝杆（4）竖向设置，其两端分别可转动的设置于导向座（3）和丝杆安装座（2）内，所述丝杆（4）的上端穿过所述导向座（3），其上端端部固定连接有从动同步带轮（7），所述升降滑台（5）与丝杆（4）通过螺纹连接，所述升降滑台（5）的侧面固定设置有拉板（8）；

两个所述固定座（1）之间固定设置有电机安装板（9），所述电机安装板（9）上固定设置有伺服电机a（6），所述伺服电机a（6）的输出轴上固定连接有主动同步带轮（10），还包括同步带（11），所述主动同步带轮（10）与两个从动同步带轮（7）通过同步带（11）传动连接；

所述两个升降运动机构的拉板（8）之间固设置有电机安装法兰（12），所述电机安装法兰（12）设置于所述通孔的正上方；

所述方位旋转机构包括伺服电机b（13），所述伺服电机b（13）与电机安装法兰（12）固定连接，所述伺服电机b（13）竖向设置，其输出轴上顺次连接有方形轴套（14）和方形轴（15），所述方形轴套（14）和方形轴（15）贯穿电机安装法兰（12）设置；

所述中心机构包括竖向设置的中心立轴（16），所述中心立轴（16）的顶端与方形轴（15）的底端通过联轴器连接，所述中心立轴（16）的底端可转动的设置于底板（37）上，所述中心立轴（16）上沿轴向设置有若干轴卡座（17），所述轴卡座（17）上固定设置有两个互相对称的天线横梁（18）和两个相互对称的天线罩横梁（19），两个所述天线横梁（18）和两个所述天线罩横梁（19）呈十字型设置；

沿中心立轴（16）的轴向方向，相邻两个天线罩横梁（19）之间固定设置有天线罩固定条（20），相邻两个所述天线横梁（18）之间固定设置有天线固定板（21），所述天线固定板（21）上均设置有若干发射天线（22）和接收天线（23）；

所述计算机与发射天线（22）、接收天线（23）、伺服电机a（6）、伺服电机b（13）均电连接。

2.根据权利要求1所述的一种膛线桶状式扫描设备，其特征在于，两个所述升降运动机构对称设置于所述通孔两侧。

3.根据权利要求1所述的一种膛线桶状式扫描设备，其特征在于，所述固定座（1）上固设有两根导向轴（24），两根所述导向轴（24）对称设置于丝杆（4）的两侧，所述导向座（3）上开设有导向孔，两个导向轴（24）分别滑动设置于两个导向孔内。

4.根据权利要求1所述的一种膛线桶状式扫描设备，其特征在于，所述升降滑台（5）上固定设置有连接板（25），所述固定座（1）上固定设置有弹簧固定座（26），还包括气弹簧（27），所述气弹簧（27）的缸筒端部与弹簧固定座（26）铰接，其活塞杆端部与连接板（25）铰接。

5.根据权利要求1所述的一种膛线桶状式扫描设备，其特征在于，还包括若干天线罩（28），所述天线罩（28）设置于呈十字型设置的两个所述天线横梁（18）和两个所述天线罩横梁（19）外部，所述天线罩（28）与天线罩固定条（20）固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种膛线桶状式扫描设备，其特征在于，还包括若干安装板（29），所述安装板（29）与所述中心立轴（16）固定连接，所述安装板（29）上设置有接收机、DP盒、DS盒、SD盒和D-C盒。

7.根据权利要求1所述的一种膛线桶状式扫描设备，其特征在于，所述伺服电机a（6）的转子上连接有绝对式编码器a（30），所述伺服电机b（13）的转子上顺次连接有绝对式编码器b（31）和光纤滑环（32）。

8.根据权利要求1所述的一种膛线桶状式扫描设备，其特征在于，所述的丝杆（4）为梯形丝杆。