CN116972780B - 具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置 - Google Patents

具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置，包括机械运动模块、第一测量模块、第二测量模块和主控模块。本申请能在对容器内物料表面上多个测量点的距离扫描过程中，同步获取测量点处的热数据和/或气体分布数据，并且通过对第一测量模块获取的距离数据以及第二测量模块获取的热数据和/或气体分布数据进行数据融合，解析生成包含温度分布信息的物料表层三维曲面和/或包含气体分布信息的物料表层三维曲面，使得三维扫描装置能够检测待测容器内温度和/或气体分布情况。另外，本申请还将第一测量模块和第二测量模块集成在三维扫描装置中，减少了容器的开孔数量，利于节省三维扫描装置的硬件及安装成本。

Description

具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的 三维扫描装置
技术领域
本发明实施例涉及工业测量技术领域，尤其涉及一种具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置。
背景技术
三维扫描装置兼具非接触式测量、形象逼真的三维成像、24小时自动不间断检测等诸多优势，因而在工业制造等领域内诸如介质料面扫描监测、物料进销存统计等过程中得到了广泛的推广与应用。
目前，在某些工业应用下，尤其随着时间的累计，待测容器中介质会产生热量或者有毒、有害、易燃、易爆气体。为了保证工业生产生活的有序进行和人员生命财产安全，在某些应用下，工厂需要检测待测容器内的气体产生和/或温度等情况。
然而，受测量原理的限制，现有的三维扫描装置大多仅能获取待测容器中介质的三维形态、物位、质量或体积等参数，而无法对待测容器内气体和温度的分布情况进行检测。若现场单独安装不同测量原理的气体检测装置和/或温度检测装置，则势必会造成待测容器上开孔数量的增加，进而产生安装成本及硬件成本增加等问题。
发明内容
本发明实施例提供一种具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置，以在对容器内物料执行三维扫描的过程中，检测物料表层的温度和/或气体分布情况，并可减少开孔数量，节省安装及硬件成本。
本发明实施例提供了一种具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置，包括：
机械运动模块，用于执行至少一个维度上的机械运动；
第一测量模块，固定在所述机械运动模块的第一安装位置，用于在每个检测周期内跟随所述机械运动模块执行同步随动的机械运动过程中形成多个第一测量角度，并从至少一个所述第一测量角度发射测量信号和接收回波信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的距离数据；
第二测量模块，装设在第二安装位置上，用于发射热检测信号和接收热返回信号，以获取所述物料表面上至少一个所述测量点处的热数据；和/或，装设在所述机械运动模块的第三安装位置上，用于在每个所述检测周期内跟随所述机械运动模块执行所述同步随动的机械运动过程中形成多个第三测量角度，并从至少一个所述第三测量角度发射初始光谱信号和接收光谱削弱信号，以获取所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的气体分布数据；
主控模块，至少与所述第一测量模块和所述第二测量模块连接，至少用于根据所述三维扫描装置在所述容器上的安装位置以及所述第一测量模块的所述第一安装位置建立统一三维坐标系；以及，获取并根据所述第一测量角度、所述距离数据、所述第二安装位置和所述热数据，解析转换生成所述统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面，和/或，获取并根据所述第一测量角度、所述距离数据、所述第三安装位置和所述气体分布数据，解析转换生成所述统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面；
其中，所述热数据包括热图像数据和/或温度数据；所述气体分布数据至少包括气体组分、气体浓度或气体压强。
可选地，还包括壳体和罩体；
所述壳体与所述罩体固定连接，并形成密闭空间；
所述第一测量模块、所述第二测量模块和所述机械运动模块均设置在所述密闭空间内；
所述罩体的密封等级至少为IP68，所述罩体被配置为被所述热检测信号及所述热返回信号和/或所述初始光谱信号及所述光谱削弱信号、所述测量信号和所述回波信号穿透。
可选地，所述第二测量模块包括气体分布数据获取单元和/或基于点测量原理的第一热数据获取单元；
所述气体分布数据获取单元，装设在所述机械运动模块的所述第三安装位置上，用于在每个所述检测周期内跟随所述机械运动模块执行所述同步随动的机械运动过程中，从至少一个所述第三测量角度发射所述初始光谱信号，并接收所述初始光谱信号被至少一个所述测量点处的所述物料反射且经待测气体削弱后所形成的所述光谱削弱信号，以获取所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的所述气体分布数据；
所述第一热数据获取单元的数量至少是1个；所述第二安装位置设置在所述机械运动模块上；所述第一热数据获取单元用于在每个所述检测周期内跟随所述机械运动模块执行所述同步随动的机械运动过程中形成多个第二测量角度，并从至少一个所述第二测量角度获取所述物料表面上至少一个所述测量点处的所述温度数据；
其中，所述第二安装位置、所述第三安装位置相对于所述第一安装位置固定且已知，所述第一测量角度与所述第二测量角度、所述第三测量角度存在一一对应关系。
可选地，所述主控模块具体用于根据所述三维扫描装置在所述容器的所述安装位置以及所述第一测量模块的所述第一安装位置建立所述统一三维坐标系；
以及，获取每个所述第一测量角度及其对应的所述距离数据，根据每一所述第一测量角度及其对应的所述距离数据计算转换出所述统一三维坐标系下与每一所述第一测量角度相对应的所述测量点的空间坐标值；以及，基于全部所述测量点的空间坐标值生成所述物料表层三维曲面；
以及，根据每个所述第二测量角度所对应的所述温度数据计算转换出所述统一三维坐标系下与每一所述第二测量角度相对应的所述测量点的所述温度分布信息，并将所述统一三维坐标系下的所述温度分布信息整合到所述统一三维坐标系下的所述物料表层三维曲面中，生成所述统一三维坐标系下包含所述温度分布信息的所述物料表层三维曲面，
和/或，根据每个所述第三测量角度所对应的所述气体分布数据计算转换出所述统一三维坐标系下与每一所述第三测量角度相对应的所述测量点的所述气体分布信息，并将所述统一三维坐标系下的所述气体分布信息整合到所述统一三维坐标系下的所述物料表层三维曲面中，生成所述统一三维坐标系下包含所述气体分布信息的所述物料表层三维曲面；
其中，所述物料表层三维曲面上相邻两个所述测量点之间连接线上涉及的点的空间坐标值通过相邻两个所述测量点的空间坐标值插值获得；相邻两个所述测量点之间连接线上涉及的点的所述温度数据通过相邻两个所述测量点的所述温度数据插值获得；相邻两个所述测量点之间连接线上涉及的点的所述气体分布数据通过相邻两个所述测量点的所述气体分布数据插值获得。
可选地，所述第二测量模块包括气体分布数据获取单元和/或基于面测量原理的第二热数据获取单元；
所述气体分布数据获取单元，装设在所述机械运动模块的所述第三安装位置上，用于在每个所述检测周期内跟随所述机械运动模块执行所述同步随动的机械运动过程中，从至少一个所述第三测量角度发射所述初始光谱信号，并接收所述初始光谱信号被至少一个所述测量点处的所述物料反射且经待测气体削弱后所形成的所述光谱削弱信号，以获取所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的所述气体分布数据；
所述第二热数据获取单元的数量至少为1个；所述第二热数据获取单元，设置在所述三维扫描装置的所述第二安装位置，用于获取所述物料表面上预设范围内的所述热图像数据；所述预设范围内的所述热图像数据中包含多个像素点的所述温度数据；
其中，所述第二安装位置、所述第三安装位置相对于所述第一安装位置固定且已知，所述第一测量角度与所述第三测量角度存在一一对应关系。
可选地，所述主控模块具体用于根据所述三维扫描装置在所述容器的所述安装位置以及所述第一测量模块的所述第一安装位置建立所述统一三维坐标系；
以及，获取每个所述第一测量角度及其对应的所述距离数据，根据每一所述第一测量角度及其对应的所述距离数据计算转换出所述统一三维坐标系下与每一所述第一测量角度相对应的所述测量点的空间坐标值，以及，基于全部所述测量点的空间坐标值生成所述物料表层三维曲面；
以及，根据每个所述第二热数据获取单元的所述第二安装位置与获取的所述预设范围内的所述热图像数据中多个所述像素点的所述温度数据计算转换出所述统一三维坐标系下与每一所述像素点对应的所述测量点的所述温度分布信息，并将所述统一三维坐标系下的所述温度分布信息整合到所述统一三维坐标系下的所述物料表层三维曲面中，生成所述统一三维坐标系下包含所述温度分布信息的所述物料表层三维曲面，
和/或，根据每个所述第三测量角度所对应的所述气体分布数据计算转换出所述统一三维坐标系下与每一所述第三测量角度相对应的所述测量点的所述气体分布信息，并将所述统一三维坐标系下的所述气体分布信息整合到所述统一三维坐标系下的所述物料表层三维曲面中，生成所述统一三维坐标系下包含所述气体分布信息的所述物料表层三维曲面；
其中，所述物料表层三维曲面上相邻两个所述测量点之间连接线上涉及的点的空间坐标值通过相邻两个所述测量点的空间坐标值插值获得；相邻两个所述测量点之间连接线上涉及的点的所述温度数据通过相邻两个所述测量点的所述温度数据插值获得；相邻两个所述测量点之间连接线上涉及的点的所述气体分布数据通过相邻两个所述测量点的所述气体分布数据插值获得。
可选地，当基于面测量原理的所述第二热数据获取单元的数量为2个时，2个所述第二热数据获取单元间隔预设距离地分布在一条直线上，并在每个所述检测周期内同时检测获取所述预设范围内的所述热图像数据中多个像素点的所述温度数据以及所述物料表面上多个所述测量点处的所述距离数据。
可选地，所述主控模块还用于对所述第一测量模块获取的所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的所述距离数据，以及2个所述基于面测量原理的所述第二热数据获取单元获取的所述物料表面上多个所述测量点处的所述距离数据进行比对校准修正，以形成高精度物料表层三维曲面。
可选地，还包括：
人机交互模块，与所述主控模块连接，至少用于显示所述主控模块下发的所述包含温度分布信息的物料表层三维曲面和/或所述包含气体分布信息的物料表层三维曲面；
其中，所述人机交互模块至少通过改变颜色的类型或深浅程度来区分所述物料表层三维曲面包含的所述温度分布信息和/或所述气体分布信息。
可选地，所述机械运动模块包括水平运动结构和/或俯仰运动结构，所述第一测量模块和/或所述第二测量模块与所述水平运动结构和/或所述俯仰运动结构连接，以使所述俯仰运动结构在执行俯仰机械运动时和/或所述水平运动结构在执行水平机械运动时，带动所述第一测量模块和/或所述第二测量模块执行同步的俯仰机械运动和/或水平机械运动，以形成多个所述测量角度。
可选地，所述三维扫描装置还包括：
驱动模块，与所述水平运动结构和/或所述俯仰运动结构相连，用于驱动所述水平运动结构和/或所述俯仰运动结构执行水平和/或俯仰方向上的机械运动。
可选地，所述驱动模块包括同步带、电机、第一同步轮、第二同步轮、轴承、轴承套和连接轴；
所述电机固定在所述机械运动模块的第一预设安装位上，所述第一同步轮与所述电机的转轴固定连接；所述轴承套固定在所述机械运动模块的第二预设安装位上，所述轴承安装在所述轴承套中；所述连接轴贯穿所述轴承，并通过固定件与所述轴承远离所述机械运动模块一侧的内圈固定连接；所述第二同步轮与所述连接轴远离所述固定件的一侧固定连接；所述同步带设置在所述第一同步轮及所述第二同步轮的同步槽中，以使所述第一同步轮和所述第二同步轮同步转动；
其中，所述第一预设安装位设置在所述机械运动模块的转轴中心处，以降低所述三维扫描装置的转矩，减少所述电机的功率，削减所述三维扫描装置的偏心风险。
可选地，所述主控模块包含服务器。
本发明实施例所提供的一种技术方案，通过机械运动模块执行至少一个维度上的机械运动；每个检测周期内，固定在机械运动模块上第一安装位置处的第一测量模块在跟随机械运动模块执行同步随动的机械运动过程中形成多个第一测量角度，并从至少一个第一测量角度发射测量信号和接收回波信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的距离数据；与此同时，装设在第二安装位置上的第二测量模块发射热检测信号和接收热返回信号，以获取物料表面上至少一个测量点处的热数据；主控模块根据三维扫描装置在容器上的安装位置以及第一测量模块的第一安装位置建立统一三维坐标系，进而获取并根据第一测量角度、距离数据、第二安装位置和热数据，解析转换生成统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面。
由此可见，本发明实施例在对容器内物料表面上多个测量点的距离扫描过程中，同步获取了测量点处的热数据，并且通过对第一测量模块获取的距离数据和第二测量模块获取的热数据进行数据融合，解析生成包含温度分布信息的物料表层三维曲面，使得三维扫描装置能够检测待测容器内温度分布情况。另外，本发明实施例将第一测量模块和第二测量模块集成在三维扫描装置中，减少了容器的开孔数量，利于节省三维扫描装置的硬件及安装成本。
本发明实施例所提供的另一种技术方案，通过机械运动模块执行至少一个维度上的机械运动；每个检测周期内，固定在机械运动模块上第一安装位置处的第一测量模块在跟随机械运动模块执行同步随动的机械运动过程中形成多个第一测量角度，并从至少一个第一测量角度发射测量信号和接收回波信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的距离数据；与此同时，装设在机械运动模块的第三安装位置上的第二测量模块在跟随机械运动模块执行同步随动的机械运动过程中形成多个第三测量角度，并从至少一个第三测量角度发射初始光谱信号和接收光谱削弱信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的气体分布数据；主控模块根据三维扫描装置在容器上的安装位置以及第一测量模块的第一安装位置建立统一三维坐标系，进而获取并根据第一测量角度、距离数据、第三安装位置和气体分布数据，解析转换生成统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面。
基于此，本发明实施例在对容器内物料表面上多个测量点的距离扫描过程中，同步获取了测量点处的气体分布数据，并且通过对第一测量模块获取的距离数据和第二测量模块获取的气体分布数据进行数据融合，解析生成包含气体分布信息的物料表层三维曲面，使得三维扫描装置能够检测待测容器内气体分布情况。另外，本发明实施例将第一测量模块和第二测量模块集成在三维扫描装置中，减少了容器的开孔数量，利于节省三维扫描装置的硬件及安装成本。
本发明实施例所提供的又一种技术方案，通过机械运动模块执行至少一个维度上的机械运动；每个检测周期内，固定在机械运动模块上第一安装位置处的第一测量模块在跟随机械运动模块执行同步随动的机械运动过程中形成多个第一测量角度，并从至少一个第一测量角度发射测量信号和接收回波信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的距离数据；与此同时，装设在第二安装位置上的第二测量模块发射热检测信号和接收热返回信号，以获取物料表面上至少一个测量点处的热数据，并且，装设在机械运动模块的第三安装位置上的第二测量模块在跟随机械运动模块执行同步随动的机械运动过程中形成多个第三测量角度，从至少一个第三测量角度发射初始光谱信号和接收光谱削弱信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的气体分布数据；主控模块根据三维扫描装置在容器上的安装位置以及第一测量模块的第一安装位置建立统一三维坐标系，进而获取并根据第一测量角度、距离数据、第二安装位置和热数据，解析转换生成统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面，并且，获取并根据第一测量角度、距离数据、第三安装位置和气体分布数据，解析转换生成统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面。
由此可知，本发明实施例在对容器内物料表面上多个测量点的距离扫描过程中，同步获取了测量点处的热数据及气体分布数据，并且通过对第一测量模块获取的距离数据和第二测量模块获取的热数据及气体分布数据进行数据融合，解析生成包含温度分布信息的物料表层三维曲面以及包含气体分布信息的物料表层三维曲面，使得三维扫描装置能够检测待测容器内温度和气体分布情况。另外，本发明实施例将第一测量模块和第二测量模块集成在三维扫描装置中，减少了容器的开孔数量，利于节省三维扫描装置的硬件及安装成本。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的一种具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种第一测量模块的信号收发示意图；
图4是本发明实施例提供的又一种具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的又一种具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的又一种具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种驱动模块及机械运动模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1是本发明实施例提供的一种具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置的结构示意图。如图1所示，具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置包括：
机械运动模块300，用于执行至少一个维度上的机械运动；
第一测量模块110，固定在机械运动模块300的第一安装位置，用于在每个检测周期内跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中形成多个第一测量角度，并从至少一个第一测量角度发射测量信号和接收回波信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的距离数据；
第二测量模块120，装设在第二安装位置上，用于发射热检测信号和接收热返回信号，以获取物料表面上至少一个测量点处的热数据；和/或，装设在机械运动模块300的第三安装位置上，用于在每个检测周期内跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中形成多个第三测量角度，并从至少一个第三测量角度发射初始光谱信号和接收光谱削弱信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的气体分布数据；
主控模块200，至少与第一测量模块110和第二测量模块120连接，至少用于根据三维扫描装置在容器上的安装位置以及第一测量模块110的第一安装位置建立统一三维坐标系；以及，获取并根据第一测量角度、距离数据、第二安装位置和热数据，解析转换生成统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面，和/或，获取并根据第一测量角度、距离数据、第三安装位置和气体分布数据，解析转换生成统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面；
其中，热数据包括热图像数据和/或温度数据；气体分布数据至少包括气体组分、气体浓度或气体压强。
示例性地，机械运动模块300用于执行至少一个维度上的机械运动，可以但不限于包括以下情形：
机械运动模块300用于执行水平维度上的机械运动，例如水平移动或旋转；机械运动模块300用于执行垂直维度上的机械运动，例如垂直升降；机械运动模块300用于执行俯仰维度上的机械运动，例如俯仰旋转；机械运动模块300用于执行水平、垂直和俯仰三种维度中任意两种维度上的组合机械运动，例如水平移动和俯仰旋转；机械运动模块300用于执行水平、垂直和俯仰三种维度上的组合机械运动，例如水平移动、俯仰旋转和垂直升降。
可知地，容器可以是能够承载物料的罐体及仓体，或者其他类似的仪器或部件；以工业领域的生产设备为例，本实施例中的容器可以但不限于是生产设备中的反应罐、储料仓等组件。物料的状态优选为固态。
另外，第一测量模块110可以是调频连续波雷达物位计、脉冲雷达物位计等微波测量设备，也可以是任一种适用于物料扫描的激光测量设备，例如单点激光雷达或线扫激光雷达等。具体来说，当第一测量模块110为调频连续波雷达物位计时，测量信号为调频连续波信号；当第一测量模块110为脉冲雷达物位计时，测量信号为高频脉冲信号；当第一测量模块110为激光测量设备时，测量信号为激光信号。
可知地，检测周期可以是指机械运动模块300在至少一个维度上执行一次完整的机械运动所需要的时间，或者可以是第一测量模块110完整获取一次容器内物料表面上全部测量点处的距离数据所需要的时间，或者可以是第二测量模块120完整获取一次容器内物料表面上全部测量点处的气体分布数据所需要的时间。
可以理解的是，第一测量角度等于测量信号的发射角度；第三测量角度等于初始光谱信号的发射角度。此外，回波信号是指第一测量模块110从第一测量角度发射的测量信号经容器内测量点处物料的表面反射所形成的信号；根据测量信号的不同类型，回波信号可以是微波信号(例如连续波信号、脉冲信号等)或激光信号；热检测信号和热返回信号可以但不限于是红外信号；初始光谱信号和光谱削弱信号可以是激光信号；第一安装位置、第二安装位置和第三安装位置可以根据三维扫描装置的实际应用场景和用户拟取得的扫描效果进行适应性调整，本实施例对此不做限定。
可知地，第一测量模块110测得的距离数据是指能够表征测量点与第一测量模块110之间距离的数据。由于第一测量模块110位于三维扫描装置的内部且固定在机械运动模块300的第一安装位置，因而第一安装位置并不等价于三维扫描装置在容器上的安装位置；如果主控模块200不对第一安装位置和三维扫描装置在容器上的安装位置进行整定，而是直接将第一安装位置等效为三维扫描装置在容器上的安装位置并建立统一三维坐标系，则主控模块200最终解析生成的物料表层三维曲面至少会受第一安装位置与三维扫描装置在容器上的安装位置之间偏差的影响而损失精度。有鉴于此，为了保证物料表层三维曲面的精度，本实施例在解析生成物料表层三维曲面之前，需要对第一测量模块110的第一安装位置和三维扫描装置在容器上的安装位置进行整定，即根据三维扫描装置在容器上的安装位置以及第一测量模块110的第一安装位置建立统一三维坐标系。
可以理解的是，本实施例在解析生成物料表层三维曲面之前，并未对三维扫描装置在容器上的安装位置和第二测量模块120的第二安装位置及第三安装位置进行整定，而是在解析生成物料表层三维曲面过程中进行了转换。即，主控模块200获取并根据第一测量角度、距离数据、第二安装位置和热数据，解析转换生成统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面，和/或，主控模块200获取并根据第一测量角度、距离数据、第三安装位置和气体分布数据，解析转换生成统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面。
基于相同的技术原理，在一个具体的例子中，主控模块200可以在解析生成物料表层三维曲面之前，就对三维扫描装置在容器上的安装位置和第二测量模块120的第二安装位置及第三安装位置进行整定。即，主控模块200至少用于根据三维扫描装置在容器上的安装位置、第一测量模块110的第一安装位置、第二测量模块120的第二安装位置和第三安装位置建立统一三维坐标系；以及，获取并根据第一测量角度、距离数据和热数据，解析转换生成统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面，和/或，获取并根据第一测量角度、距离数据和气体分布数据，解析转换生成统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面。
当然，在其他例子中，主控模块200也可以在解析生成物料表层三维曲面之前，仅对三维扫描装置在容器上的安装位置和第二测量模块120的第二安装位置及第三安装位置进行整定，并在解析生成物料表层三维曲面过程中对第一测量模块110的第一安装位置进行转换，不再赘述。
示例性地，当第二测量模块120仅用于获取容器内物料表面上至少一个测量点处的热数据时，三维扫描装置的工作原理可以具体如下：
机械运动模块300执行至少一个维度上的机械运动；每个检测周期内，固定在机械运动模块300上第一安装位置处的第一测量模块110在跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中形成多个第一测量角度，并从至少一个第一测量角度发射测量信号和接收回波信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的距离数据；与此同时，装设在第二安装位置上的第二测量模块120发射热检测信号和接收热返回信号，以获取物料表面上至少一个测量点处的热数据；主控模块200根据三维扫描装置在容器上的安装位置以及第一测量模块110的第一安装位置建立统一三维坐标系，进而获取并根据第一测量角度、距离数据、第二安装位置和热数据，解析转换生成统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面。
由此可见，本实施例在对容器内物料表面上多个测量点的距离扫描过程中，同步获取了测量点处的热数据，并且通过对第一测量模块获取的距离数据和第二测量模块获取的热数据进行数据融合，解析生成包含温度分布信息的物料表层三维曲面，使得三维扫描装置能够检测待测容器内温度分布情况。另外，本实施例将第一测量模块和第二测量模块集成在三维扫描装置中，减少了容器的开孔数量，利于节省三维扫描装置的硬件及安装成本。
示例性地，当第二测量模块120仅用于获取容器内物料表面上至少一个测量点处的气体分布数据时，三维扫描装置的工作原理可以具体如下：
机械运动模块300执行至少一个维度上的机械运动；每个检测周期内，固定在机械运动模块300上第一安装位置处的第一测量模块110在跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中形成多个第一测量角度，并从至少一个第一测量角度发射测量信号和接收回波信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的距离数据；与此同时，装设在机械运动模块300的第三安装位置上的第二测量模块120在跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中形成多个第三测量角度，并从至少一个第三测量角度发射初始光谱信号和接收光谱削弱信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的气体分布数据；主控模块200根据三维扫描装置在容器上的安装位置以及第一测量模块110的第一安装位置建立统一三维坐标系，进而获取并根据第一测量角度、距离数据、第三安装位置和气体分布数据，解析转换生成统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面。
基于此，本实施例在对容器内物料表面上多个测量点的距离扫描过程中，同步获取了测量点处的气体分布数据，并且通过对第一测量模块获取的距离数据和第二测量模块获取的气体分布数据进行数据融合，解析生成包含气体分布信息的物料表层三维曲面，使得三维扫描装置能够检测待测容器内气体分布情况。另外，本实施例将第一测量模块和第二测量模块集成在三维扫描装置中，减少了容器的开孔数量，利于节省三维扫描装置的硬件及安装成本。
示例性地，当第二测量模块120用于同时获取容器内物料表面上至少一个测量点处的温度数据和气体分布数据时，三维扫描装置的工作原理可以具体如下：
机械运动模块300执行至少一个维度上的机械运动；每个检测周期内，固定在机械运动模块300上第一安装位置处的第一测量模块110在跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中形成多个第一测量角度，并从至少一个第一测量角度发射测量信号和接收回波信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的距离数据；与此同时，装设在第二安装位置上的第二测量模块120发射热检测信号和接收热返回信号，以获取物料表面上至少一个测量点处的热数据，并且，装设在机械运动模块300的第三安装位置上的第二测量模块120在跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中形成多个第三测量角度，从至少一个第三测量角度发射初始光谱信号和接收光谱削弱信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的气体分布数据；主控模块200根据三维扫描装置在容器上的安装位置以及第一测量模块110的第一安装位置建立统一三维坐标系，进而获取并根据第一测量角度、距离数据、第二安装位置和热数据，解析转换生成统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面，并且，获取并根据第一测量角度、距离数据、第三安装位置和气体分布数据，解析转换生成统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面。
由此可知，本实施例在对容器内物料表面上多个测量点的距离扫描过程中，同步获取了测量点处的热数据及气体分布数据，并且通过对第一测量模块获取的距离数据和第二测量模块获取的热数据及气体分布数据进行数据融合，解析生成包含温度分布信息的物料表层三维曲面以及包含气体分布信息的物料表层三维曲面，使得三维扫描装置能够检测待测容器内温度和气体分布情况。另外，本实施例将第一测量模块和第二测量模块集成在三维扫描装置中，减少了容器的开孔数量，利于节省三维扫描装置的硬件及安装成本。
需要说明的是，在一个具体的实施例中，当第一测量模块采用激光测量设备且第二测量模块仅用于获取容器内物料表面上多个测量点处的气体分布数据时，由于测量信号和回波信号均为激光信号，第二测量模块发射的初始光谱信号和接收的光谱削弱信号也为激光信号，因而第一测量模块和第二测量模块可以采用同一测量模块(以下称为共用模块)，此时，测量信号也即初始光谱信号，回波信号也即光谱削弱信号，第一测量角度也即第三测量角度，第一安装位置也即第三安装位置。
具体而言，共用模块，固定在机械运动模块的第一安装位置，用于在每个检测周期内跟随机械运动模块执行同步随动的机械运动过程中形成多个第一测量角度，并从至少一个所述第一测量角度发射测量信号和接收回波信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的距离数据和气体分布数据。
适应性地，主控模块，与共用模块连接，用于根据三维扫描装置在容器上的安装位置以及共用模块的第一安装位置建立统一三维坐标系；以及，获取并根据第一测量角度、距离数据和气体分布数据，解析转换生成统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面。
有鉴于此，本实施例在第一测量模块采用激光测量设备且第二测量模块仅用于获取容器内物料表面上多个测量点处的气体分布数据的情况下，通过共用模块能够替换第一测量模块和第二测量模块，进一步精简了三维扫描装置的组成架构，更利于节省三维扫描装置的硬件成本。
还需要说明的是，在另一个具体的实施例中，即使第一测量模块采用激光测量设备，其发射的测量信号和接受的回波信号均为激光信号，第二测量模块发射的初始光谱信号和接收的光谱削弱信号也为激光信号，也可以不通过前述共用模块来对第一测量模块和第二测量模块进行替换，但是为了避免第一测量模块的信号收发过程和第二测量模块的信号收发过程互相干扰，需要针对第一测量模块和第二测量模块具体的干扰形式适应性采取抗干扰技术措施，例如多波长、距离波门、快门、滤光片、偏振接收、抗饱和接收技术等，以使第一测量模块仅识别回波信号而不接收光谱削弱信号，第二测量模块仅识别光谱削弱信号而不接收回波信号，此处不再赘述。
实施例二
图2是本发明实施例提供的另一种具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置的结构示意图，本实施例以实施例一为基础进行追加和细化。如图2所示，具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置还包括壳体(图2中未示出)和罩体(图2中未示出)；
壳体与罩体固定连接，并形成密闭空间；
第一测量模块110、第二测量模块120和机械运动模块300均设置在密闭空间内；
罩体的密封等级至少为IP68，罩体被配置为被热检测信号及热返回信号和/或初始光谱信号及光谱削弱信号、测量信号和回波信号穿透。
可选地，第二测量模块120包括气体分布数据获取单元121和/或基于点测量原理的第一热数据获取单元122；
气体分布数据获取单元121，装设在机械运动模块300的第三安装位置上，用于在每个检测周期内跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中，从至少一个第三测量角度发射初始光谱信号，并接收初始光谱信号被至少一个测量点处的物料反射且经待测气体削弱后所形成的光谱削弱信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的气体分布数据；
第一热数据获取单元122的数量至少是1个；第二安装位置设置在机械运动模块300上；第一热数据获取单元122用于在每个检测周期内跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中形成多个第二测量角度，并从至少一个第二测量角度获取物料表面上至少一个测量点处的温度数据；
其中，第二安装位置、第三安装位置相对于第一安装位置固定且已知，第一测量角度与第二测量角度、第三测量角度存在一一对应关系。
可选地，主控模块200具体用于根据三维扫描装置在容器的安装位置以及第一测量模块110的第一安装位置建立统一三维坐标系；
以及，获取每个第一测量角度及其对应的距离数据，根据每一第一测量角度及其对应的距离数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第一测量角度相对应的测量点的空间坐标值；以及，基于全部测量点的空间坐标值生成物料表层三维曲面；
以及，根据每个第二测量角度所对应的温度数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第二测量角度相对应的测量点的温度分布信息，并将统一三维坐标系下的温度分布信息整合到统一三维坐标系下的物料表层三维曲面中，生成统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面，
和/或，根据每个第三测量角度所对应的气体分布数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第三测量角度相对应的测量点的气体分布信息，并将统一三维坐标系下的气体分布信息整合到统一三维坐标系下的物料表层三维曲面中，生成统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面；
其中，物料表层三维曲面上相邻两个测量点之间连接线上涉及的点的空间坐标值通过相邻两个测量点的空间坐标值插值获得；相邻两个测量点之间连接线上涉及的点的温度数据通过相邻两个测量点的温度数据插值获得；相邻两个测量点之间连接线上涉及的点的气体分布数据通过相邻两个测量点的气体分布数据插值获得。
可知地，壳体的制作材料可以是金属、塑料、陶瓷或玻璃等，罩体可以但不限于通过顶丝与壳体固定连接。另外，罩体的制作材料可以有多种，罩体的材质可以是激光、红外和微波均可穿透的材质，例如透明的陶瓷、塑料、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PolymericMethyl Methacrylate，PMMA)板材等。可选地，主控模块200包含服务器，例如可以是CISC服务器、RISC服务器或VLIW服务器等。
除此以外，气体分布数据获取单元121的技术原理可以但不限于是可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS)技术，基于点测量原理的第一热数据获取单元122可以是基于点测量原理的红外测温探头、红外测温仪等，待测气体可以是甲烷、氯气等。
示例性地，图3是本发明实施例提供的一种第一测量模块的信号收发示意图，参见图3，在主控模块根据三维扫描装置在容器的安装位置以及第一测量模块(图3中未示出)的第一安装位置建立统一三维坐标系后，第一安装位置的空间坐标值已知；在进一步获取测量点X所对应的第一测量角度θ及距离数据L后，主控模块就能基于第一安装位置的空间坐标值、测量点X所对应的第一测量角度θ以及测量点X所对应的距离数据L计算出测量点X的空间坐标值。以此类推，主控模块即可计算出容器内物料表面上全部测量点的空间坐标值，进而综合全部测量点的空间坐标值生成物料表层三维曲面。
可以理解的是，温度数据和温度分布信息可以均指温度值。具体地，因为第一热数据获取单元122采用点测量原理，所以1个第一热数据获取单元122每次只能获取1个第二测量角度所对应的温度数据。根据第一测量角度、第二测量角度以及测量点的对应关系，主控模块200能够将第一热数据获取单元122获取的第二测量角度所对应的温度值作为统一三维坐标系下与该第二测量角度相对应的测量点的温度值；以此类推，主控模块200可将每一第二测量角度下的温度值适应性作为统一三维坐标系下物料表层三维曲面中对应测量点的温度值，即将统一三维坐标系下的温度分布信息整合到统一三维坐标系下的物料表层三维曲面中，生成了统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面。
同样地，气体分布数据和气体分布信息可以均包括气体组分、气体浓度和/或气体压强。例如，根据第一测量角度、第三测量角度以及测量点的对应关系，主控模块200能够将气体分布数据获取单元121获取的第三测量角度所对应的气体浓度作为统一三维坐标系下与该第三测量角度相对应的测量点的气体浓度；以此类推，主控模块200可将每一第三测量角度下的气体浓度适应性作为统一三维坐标系下物料表层三维曲面中对应测量点的气体浓度，即将统一三维坐标系下的气体分布信息整合到统一三维坐标系下的物料表层三维曲面中，生成了统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面。
可知地，主控模块200获得物料表层三维曲面上相邻两个所述测量点之间连接线上涉及的点的空间坐标值、温度数据和气体分布数据的插值方法可以但不限于是最近邻点插值法、自然邻点插值法、移动平均法、线性插值三角网法等。
示例性地，当第二测量模块120仅用于获取容器内物料表面上至少一个测量点处的热数据，即第二测量模块120仅包括基于点测量原理的第一热数据获取单元122时，三维扫描装置的工作原理可以具体如下：
机械运动模块300执行至少一个维度上的机械运动；每个检测周期内，固定在机械运动模块300上第一安装位置处的第一测量模块110在跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中形成多个第一测量角度，并从至少一个第一测量角度发射测量信号和接收回波信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的距离数据；与此同时，装设在机械运动模块300上第二安装位置的第一热数据获取单元122跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中形成多个第二测量角度，并从至少一个第二测量角度获取物料表面上至少一个测量点处的温度数据；主控模块200根据三维扫描装置在容器上的安装位置以及第一测量模块110的第一安装位置建立统一三维坐标系，通过获取每个第一测量角度及其对应的距离数据，根据每一第一测量角度及其对应的距离数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第一测量角度相对应的测量点的空间坐标值，进而基于全部测量点的空间坐标值生成物料表层三维曲面，最终根据每个第二测量角度所对应的温度数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第二测量角度相对应的测量点的温度分布信息，并将统一三维坐标系下的温度分布信息整合到统一三维坐标系下的物料表层三维曲面中，生成统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面。
由此可见，本实施例在对容器内物料表面上多个测量点的距离扫描过程中，同步获取了测量点处的温度数据，并且通过对第一测量模块获取的距离数据和第一热数据获取单元获取的温度数据进行数据融合，解析生成包含温度分布信息的物料表层三维曲面，使得三维扫描装置能够检测待测容器内温度分布情况。另外，本实施例将第一测量模块和第一热数据获取单元集成在三维扫描装置中，减少了容器的开孔数量，利于节省三维扫描装置的硬件及安装成本。
示例性地，当第二测量模块120仅用于获取容器内物料表面上至少一个测量点处的气体分布数据，即第二测量模块120仅包括气体分布数据获取单元121时，三维扫描装置的工作原理可以具体如下：
机械运动模块300执行至少一个维度上的机械运动；每个检测周期内，固定在机械运动模块300上第一安装位置处的第一测量模块110在跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中形成多个第一测量角度，并从至少一个第一测量角度发射测量信号和接收回波信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的距离数据；与此同时，装设在机械运动模块300的第三安装位置上的气体分布数据获取单元121在跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中，从至少一个第三测量角度发射初始光谱信号，并接收初始光谱信号被至少一个测量点处的物料反射且经待测气体削弱后所形成的光谱削弱信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的气体分布数据；主控模块200根据三维扫描装置在容器上的安装位置以及第一测量模块110的第一安装位置建立统一三维坐标系，通过获取每个第一测量角度及其对应的距离数据，根据每一第一测量角度及其对应的距离数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第一测量角度相对应的测量点的空间坐标值，进而基于全部测量点的空间坐标值生成物料表层三维曲面，最终根据每个第三测量角度所对应的气体分布数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第三测量角度相对应的测量点的气体分布信息，并将统一三维坐标系下的气体分布信息整合到统一三维坐标系下的物料表层三维曲面中，生成统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面。
基于此，本实施例在对容器内物料表面上多个测量点的距离扫描过程中，同步获取了测量点处的气体分布数据，并且通过对第一测量模块获取的距离数据和气体分布数据获取单元获取的气体分布数据进行数据融合，解析生成包含气体分布信息的物料表层三维曲面，使得三维扫描装置能够检测待测容器内气体分布情况。另外，本实施例将第一测量模块和气体分布数据获取单元集成在三维扫描装置中，减少了容器的开孔数量，利于节省三维扫描装置的硬件及安装成本。
示例性地，当第二测量模块120用于同时获取容器内物料表面上至少一个测量点处的温度数据和气体分布数据，即第二测量模块120包括气体分布数据获取单元121和第一热数据获取单元122时，三维扫描装置的工作原理可以具体如下：
机械运动模块300执行至少一个维度上的机械运动；每个检测周期内，固定在机械运动模块300上第一安装位置处的第一测量模块110在跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中形成多个第一测量角度，并从至少一个第一测量角度发射测量信号和接收回波信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的距离数据；与此同时，装设在机械运动模块300上第二安装位置的第一热数据获取单元122跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中形成多个第二测量角度，并从至少一个第二测量角度获取物料表面上至少一个测量点处的温度数据，并且，装设在机械运动模块300的第三安装位置上的气体分布数据获取单元121在跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中，从至少一个第三测量角度发射初始光谱信号，并接收初始光谱信号被至少一个测量点处的物料反射且经待测气体削弱后所形成的光谱削弱信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的气体分布数据；主控模块200根据三维扫描装置在容器上的安装位置以及第一测量模块110的第一安装位置建立统一三维坐标系，通过获取每个第一测量角度及其对应的距离数据，根据每一第一测量角度及其对应的距离数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第一测量角度相对应的测量点的空间坐标值，进而基于全部测量点的空间坐标值生成物料表层三维曲面，最终根据每个第二测量角度所对应的温度数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第二测量角度相对应的测量点的温度分布信息，并将统一三维坐标系下的温度分布信息整合到统一三维坐标系下的物料表层三维曲面中，生成统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面，以及，根据每个第三测量角度所对应的气体分布数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第三测量角度相对应的测量点的气体分布信息，并将统一三维坐标系下的气体分布信息整合到统一三维坐标系下的物料表层三维曲面中，生成统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面。
由此可知，本实施例在对容器内物料表面上多个测量点的距离扫描过程中，同步获取了测量点处的温度数据及气体分布数据，并且通过对第一测量模块获取的距离数据和第二测量模块获取的温度数据及气体分布数据进行数据融合，解析生成包含温度分布信息的物料表层三维曲面以及包含气体分布信息的物料表层三维曲面，使得三维扫描装置能够检测待测容器内温度和气体分布情况。另外，本实施例将第一测量模块和第二测量模块集成在三维扫描装置中，减少了容器的开孔数量，利于节省三维扫描装置的硬件及安装成本。
需要说明的是，图2示例性示出了第二测量模块120同时包括气体分布数据获取单元121和第一热数据获取单元122，图3示例性示出了一个测量点X所对应的一个第一测量角度θ及距离数据L，均不对本发明构成限定。
实施例三
图4是本发明实施例提供的又一种具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置的结构示意图，本实施例以实施例一为基础进行追加和细化。如图4所示，可选地，第二测量模块120包括气体分布数据获取单元121和/或基于面测量原理的第二热数据获取单元123；
气体分布数据获取单元121，装设在机械运动模块300的第三安装位置上，用于在每个检测周期内跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中，从至少一个第三测量角度发射初始光谱信号，并接收初始光谱信号被至少一个测量点处的物料反射且经待测气体削弱后所形成的光谱削弱信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的气体分布数据；
第二热数据获取单元123的数量至少为1个；第二热数据获取单元123，设置在三维扫描装置的第二安装位置，用于获取物料表面上预设范围内的热图像数据；预设范围内的热图像数据中包含多个像素点的温度数据；
其中，第二安装位置、第三安装位置相对于第一安装位置固定且已知，第一测量角度与第三测量角度存在一一对应关系。
可选地，主控模块200具体用于根据三维扫描装置在容器的安装位置以及第一测量模块110的第一安装位置建立统一三维坐标系；
以及，获取每个第一测量角度及其对应的距离数据，根据每一第一测量角度及其对应的距离数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第一测量角度相对应的测量点的空间坐标值，以及，基于全部测量点的空间坐标值生成物料表层三维曲面；
以及，根据每个第二热数据获取单元123的第二安装位置与获取的预设范围内的热图像数据中多个像素点的温度数据计算转换出统一三维坐标系下与每一像素点对应的测量点的温度分布信息，并将统一三维坐标系下的温度分布信息整合到统一三维坐标系下的物料表层三维曲面中，生成统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面，
和/或，根据每个第三测量角度所对应的气体分布数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第三测量角度相对应的测量点的气体分布信息，并将统一三维坐标系下的气体分布信息整合到统一三维坐标系下的物料表层三维曲面中，生成统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面；
其中，物料表层三维曲面上相邻两个测量点之间连接线上涉及的点的空间坐标值通过相邻两个测量点的空间坐标值插值获得；相邻两个测量点之间连接线上涉及的点的温度数据通过相邻两个测量点的温度数据插值获得；相邻两个测量点之间连接线上涉及的点的气体分布数据通过相邻两个测量点的气体分布数据插值获得。
其中，基于面测量原理的第二热数据获取单元123可以是基于面测量原理的红外测温仪等。另外，预设范围可以覆盖整个物料表层；此时，第二热数据获取单元123可以设置在壳体或罩体上，且第二热数据获取单元123工作一次或几次即可获取整个物料表层的热图像数据。
在一个具体的例子中，热图像数据的像素可以是640*480，即传统意义上的30万像素；显而易见地，受限于机械运动结构自身的精度，跟随机械运动结构执行同步机械运动而工作的第一测量模块110和气体分布数据获取单元121很难获得热图像数据中全部像素点所对应的距离数据和气体分布数据，即热图像数据中像素点基本能够覆盖容器内物料表面上的所有测量点。由此，主控模块200可以根据每个第二热数据获取单元123的第二安装位置与获取的预设范围内的热图像数据中多个像素点的温度数据计算转换出统一三维坐标系下与每一测量点的温度分布信息，并将统一三维坐标系下的温度分布信息整合到统一三维坐标系下的物料表层三维曲面中，生成统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面。
可以理解的是，当基于面测量原理的第二热数据获取单元123的数量为2个时，可以利用双目成像原理，将单个第二热数据获取单元123作为“一目”，以在获取预设范围内热图像数据中多个像素点的温度数据的同时，得到物料表面上多个测量点处的距离数据，进而通过主控模块200对2个第二热数据获取单元123得到的距离数据和第一测量模块110得到的距离数据作对比校准，提高物料表层三维曲面的精度。具体而言，可选地，当基于面测量原理的第二热数据获取单元123的数量为2个时，2个第二热数据获取单元123间隔预设距离地分布在一条直线上，并在每个检测周期内同时检测获取预设范围内的热图像数据中多个像素点的温度数据以及物料表面上多个测量点处的距离数据；主控模块200还用于对第一测量模块110获取的容器内物料表面上多个测量点处的距离数据，以及2个基于面测量原理的第二热数据获取单元123获取的物料表面上多个测量点处的距离数据进行比对校准修正，以形成高精度物料表层三维曲面。
示例性地，当第二测量模块120仅用于获取物料表面上预设范围内的热图像数据，即第二测量模块120仅包括基于面测量原理的第二热数据获取单元123时，三维扫描装置的工作原理可以具体如下：
机械运动模块300执行至少一个维度上的机械运动；每个检测周期内，固定在机械运动模块300上第一安装位置处的第一测量模块110在跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中形成多个第一测量角度，并从至少一个第一测量角度发射测量信号和接收回波信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的距离数据；与此同时，设置在三维扫描装置上第二安装位置的第二热数据获取单元123获取物料表面上预设范围内的热图像数据；主控模块200根据三维扫描装置在容器上的安装位置以及第一测量模块110的第一安装位置建立统一三维坐标系，通过获取每个第一测量角度及其对应的距离数据，根据每一第一测量角度及其对应的距离数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第一测量角度相对应的测量点的空间坐标值，进而基于全部测量点的空间坐标值生成物料表层三维曲面，最终根据每个第二热数据获取单元123的第二安装位置与获取的预设范围内的热图像数据中多个像素点的温度数据计算转换出统一三维坐标系下与每一像素点对应的测量点的温度分布信息，并将统一三维坐标系下的温度分布信息整合到统一三维坐标系下的物料表层三维曲面中，生成统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面。
由此可见，本实施例在对容器内物料表面上多个测量点的距离扫描过程中，同步获取了物料表面上预设范围内的热图像数据，并且通过对第一测量模块获取的距离数据和第二热数据获取单元获取的预设范围内的热图像数据中多个像素点的温度数据进行数据融合，解析生成包含温度分布信息的物料表层三维曲面，使得三维扫描装置能够检测待测容器内温度分布情况。另外，本实施例将第一测量模块和第二热数据获取单元集成在三维扫描装置中，减少了容器的开孔数量，利于节省三维扫描装置的硬件及安装成本。
示例性地，当第二测量模块120仅用于获取容器内物料表面上至少一个测量点处的气体分布数据，即第二测量模块120仅包括气体分布数据获取单元121时，三维扫描装置的工作原理可以具体如下：
机械运动模块300执行至少一个维度上的机械运动；每个检测周期内，固定在机械运动模块300上第一安装位置处的第一测量模块110在跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中形成多个第一测量角度，并从至少一个第一测量角度发射测量信号和接收回波信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的距离数据；与此同时，装设在机械运动模块300的第三安装位置上的气体分布数据获取单元121在跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中，从至少一个第三测量角度发射初始光谱信号，并接收初始光谱信号被至少一个测量点处的物料反射且经待测气体削弱后所形成的光谱削弱信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的气体分布数据；主控模块200根据三维扫描装置在容器上的安装位置以及第一测量模块110的第一安装位置建立统一三维坐标系，通过获取每个第一测量角度及其对应的距离数据，根据每一第一测量角度及其对应的距离数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第一测量角度相对应的测量点的空间坐标值，进而基于全部测量点的空间坐标值生成物料表层三维曲面，最终根据每个第三测量角度所对应的气体分布数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第三测量角度相对应的测量点的气体分布信息，并将统一三维坐标系下的气体分布信息整合到统一三维坐标系下的物料表层三维曲面中，生成统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面。
基于此，本实施例在对容器内物料表面上多个测量点的距离扫描过程中，同步获取了测量点处的气体分布数据，并且通过对第一测量模块获取的距离数据和气体分布数据获取单元获取的气体分布数据进行数据融合，解析生成包含气体分布信息的物料表层三维曲面，使得三维扫描装置能够检测待测容器内气体分布情况。另外，本实施例将第一测量模块和气体分布数据获取单元集成在三维扫描装置中，减少了容器的开孔数量，利于节省三维扫描装置的硬件及安装成本。
示例性地，当第二测量模块120用于同时获取容器内物料表面上预设范围内的热图像数据以及物料表面上至少一个测量点处的气体分布数据，即第二测量模块120包括气体分布数据获取单元121和第二热数据获取单元123时，三维扫描装置的工作原理可以具体如下：
机械运动模块300执行至少一个维度上的机械运动；每个检测周期内，固定在机械运动模块300上第一安装位置处的第一测量模块110在跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中形成多个第一测量角度，并从至少一个第一测量角度发射测量信号和接收回波信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的距离数据；与此同时，设置在三维扫描装置上第二安装位置的第二热数据获取单元123获取物料表面上预设范围内的热图像数据，并且，装设在机械运动模块300的第三安装位置上的气体分布数据获取单元121在跟随机械运动模块300执行同步随动的机械运动过程中，从至少一个第三测量角度发射初始光谱信号，并接收初始光谱信号被至少一个测量点处的物料反射且经待测气体削弱后所形成的光谱削弱信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的气体分布数据；主控模块200根据三维扫描装置在容器上的安装位置以及第一测量模块110的第一安装位置建立统一三维坐标系，通过获取每个第一测量角度及其对应的距离数据，根据每一第一测量角度及其对应的距离数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第一测量角度相对应的测量点的空间坐标值，进而基于全部测量点的空间坐标值生成物料表层三维曲面，最终根据每个第二热数据获取单元123的第二安装位置与获取的预设范围内的热图像数据中多个像素点的温度数据计算转换出统一三维坐标系下与每一像素点对应的测量点的温度分布信息，并将统一三维坐标系下的温度分布信息整合到统一三维坐标系下的物料表层三维曲面中，生成统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面，以及，根据每个第三测量角度所对应的气体分布数据计算转换出统一三维坐标系下与每一第三测量角度相对应的测量点的气体分布信息，并将统一三维坐标系下的气体分布信息整合到统一三维坐标系下的物料表层三维曲面中，生成统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面。
由此可知，本实施例在对容器内物料表面上多个测量点的距离扫描过程中，同步获取了物料表面上预设范围内的热图像数据和测量点处的气体分布数据，并且通过对第一测量模块获取的距离数据和第二测量模块获取的热图像数据及气体分布数据进行数据融合，解析生成包含温度分布信息的物料表层三维曲面以及包含气体分布信息的物料表层三维曲面，使得三维扫描装置能够检测待测容器内温度和气体分布情况。另外，本实施例将第一测量模块和第二测量模块集成在三维扫描装置中，减少了容器的开孔数量，利于节省三维扫描装置的硬件及安装成本。
需要说明的是，图4示例性示出了第二测量模块120同时包括气体分布数据获取单元121和第二热数据获取单元123，不对本发明构成限制。
实施例四
图5是本发明实施例提供的又一种具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置的结构示意图，图6是本发明实施例提供的又一种具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置的结构示意图，本实施例以实施例一为基础进行追加和细化。如图5和图6所示，可选地，三维扫描装置还包括：
人机交互模块700，与主控模块200连接，至少用于显示主控模块200下发的包含温度分布信息的物料表层三维曲面和/或包含气体分布信息的物料表层三维曲面；
其中，人机交互模块700至少通过改变颜色的类型或深浅程度来区分物料表层三维曲面包含的温度分布信息和/或气体分布信息。
可选地，机械运动模块300包括水平运动结构311和/或俯仰运动结构312，第一测量模块110和/或第二测量模块120与水平运动结构311和/或俯仰运动结构312连接，以使俯仰运动结构312在执行俯仰机械运动时和/或水平运动结构311在执行水平机械运动时，带动第一测量模块110和/或第二测量模块120执行同步的俯仰机械运动和/或水平机械运动，以形成多个测量角度。
可选地，三维扫描装置还包括：
驱动模块600，与水平运动结构311和/或俯仰运动结构312相连，用于驱动水平运动结构311和/或俯仰运动结构312执行水平和/或俯仰方向上的机械运动。
其中，人机交互模块700可以是工控机。
示例性地，当工控机的屏幕显示主控模块200下发的包含温度分布信息的物料表层三维曲面时，物料表层三维曲面上温度高于第一预设温度的区域，颜色呈褐红色；物料表层三维曲面上温度低于第一预设温度但高于第二预设温度的区域，颜色呈深红色；物料表层三维曲面上温度低于第二预设温度但高于第三预设温度的区域，颜色呈浅红色；物料表层三维曲面上温度低于第三预设温度的区域，颜色呈白色。
示例性地，当工控机的屏幕显示主控模块200下发的包含气体分布信息的物料表层三维曲面时，物料表层三维曲面上气体浓度高于第一预设浓度的区域，颜色呈鲜红色；物料表层三维曲面上气体浓度低于第一预设浓度但高于第二预设浓度的区域，颜色呈蓝色；物料表层三维曲面上气体浓度低于第二预设浓度的区域，颜色呈绿色。
继续参见图5和图6，示例性地，机械运动模块300的具体工作原理可以如下：
当第一测量模块110和/或第二测量模块120需要执行俯仰方向上的机械运动时，主控模块200可以根据预设运动逻辑生成俯仰控制信号并传输至驱动模块600，驱动模块600驱动俯仰运动结构312在壳体500和罩体400构成的密闭空间内沿俯仰方向转动，进而带动第一测量模块110和/或第二测量模块120执行同步随动的俯仰机械运动。当第一测量模块110和/或第二测量模块120需要执行水平方向上的机械运动时，主控模块200可以根据预设运动逻辑生成水平控制信号并传输至驱动模块600，驱动模块600驱动水平运动结构311在壳体500和罩体400构成的密闭空间内沿水平方向转动，进而带动第一测量模块110和/或第二测量模块120执行同步随动的水平机械运动。当第一测量模块110和/或第二测量模块120需要执行水平方向和俯仰方向上的机械运动时，主控模块200根据预设运动逻辑生成水平控制信号和俯仰控制信号并对应传输至驱动模块600，驱动模块600驱动水平运动结构311在壳体500和罩体400构成的密闭空间内沿水平方向转动，并同时驱动俯仰运动结构312在壳体500和罩体400构成的密闭空间内沿俯仰方向转动，进而带动第一测量模块110和/或第二测量模块120执行同步随动的水平机械运动和俯仰机械运动。
示例性地，以下对驱动模块600的具体结构进行说明。可选地，驱动模块600包括同步带、电机、第一同步轮、第二同步轮、轴承、轴承套和连接轴；电机固定在机械运动模块300的第一预设安装位上，第一同步轮与电机的转轴固定连接；轴承套固定在机械运动模块300的第二预设安装位上，轴承安装在轴承套中；连接轴贯穿轴承，并通过固定件与轴承远离机械运动模块300一侧的内圈固定连接；第二同步轮与连接轴远离固定件的一侧固定连接；同步带设置在第一同步轮及第二同步轮的同步槽中，以使第一同步轮和第二同步轮同步转动。
其中，第一预设安装位可以优选设置在机械运动模块300的转轴中心处，以降低三维扫描装置的转矩，减少电机的功率，削减三维扫描装置的偏心风险。另外，驱动模块600可以具体包括水平驱动单元610和俯仰驱动单元620。
可知地，同步带可以是梯形齿同步带或者弧齿同步带，相应地，第一同步轮和第二同步轮上的齿可以是梯形齿或弧齿。可以理解的是，在一些实施例中，同步带、第一同步轮和第二同步轮可以等效替换为皮带、第一皮带轮和第二皮带轮，皮带、第一皮带轮和第二皮带轮的设置方式与同步带、第一同步轮和第二同步轮的设置方式完全相同，不再赘述。
可知地，电机可以选用步进电机或伺服电机，轴承可以为深沟球轴承。可以理解的是，同步带、电机、第一同步轮、第二同步轮、轴承、轴承套和连接轴的具体构造及设计参数可以根据三维扫描装置的实际应用需求进行适应性调整，本实施例对此均不进行限制。另外，第一预设安装位和第二预设安装位分别位于机械运动模块300的不同位置上，即电机与轴承套分别设置在机械运动模块300的不同位置上。
具体来说，示例性地，图7是本发明实施例提供的一种驱动模块及机械运动模块的结构示意图，参见图7，水平驱动单元包括水平同步带A、第一电机B、第一水平同步轮C、第二水平同步轮D、第一轴承(图7中未示出)、第一轴承套E和第一连接轴(图7中未示出)。第一电机B固定在水平运动结构311的第一预设安装位上，第一水平同步轮C与第一电机B的转轴固定连接；第一轴承套E固定在水平运动结构311的第二预设安装位上，第一轴承安装在第一轴承套E中；第一连接轴贯穿第一轴承，并通过第一固定件F与第一轴承远离水平运动结构311一侧的内圈固定连接；第二水平同步轮D与第一连接轴远离第一固定件F的一侧固定连接；水平同步带A设置在第一水平同步轮C及第二水平同步轮D的同步槽中，以使第一水平同步轮C和第二水平同步轮D同步转动。
需要说明的是，第一电机B的转轴不能转动，第一电机B的本体可以绕第一电机B的转轴转动；第一电机B的本体与水平运动结构311连于一体，并且第一电机B的转轴贯穿水平运动结构311，使得第一电机B的本体与第一水平同步轮C分别位于水平运动结构311的两侧；第一连接轴同样贯穿水平运动结构311，使得第一轴承、第一轴承套E与第一电机B的本体位于水平运动结构311的一侧，第二水平同步轮D与第一水平同步轮C位于水平运动结构311的另一侧；水平运动结构311的第二预设安装位设置于水平运动结构311的中心处。
基于此，可以理解的是，水平驱动单元驱动水平运动结构311的工作原理具体如下：
第一轴承套E与水平运动结构311连于一体，第一轴承安装在第一轴承套E后，第一轴承的外圈不能转动，但第一轴承的内圈可以转动。同时，第一电机B也与水平运动结构311连于一体，由于第一电机B的转轴不能转动，第一电机B的本体可以绕第一电机B的转轴转动，因而在第一电机B输出扭矩后，第一电机B的本体会以水平运动结构311的中心为圆点带动水平运动结构311、第一轴承套E及第一轴承的外圈作圆周运动；在此过程中，第一水平同步轮C沿水平同步带A以水平运动结构311的中心为圆点作圆周运动，第二水平同步轮D、第一连接轴、第一固定件F及第一轴承的内圈处于静止状态。水平运动结构311的转动范围取决于第一电机B的主体的转动角度。
继续参见图7，俯仰驱动单元包括俯仰同步带G、第二电机H、第一俯仰同步轮I、第二俯仰同步轮J、第二轴承(图7中未示出)、第二轴承套(图7中未示出)和第二连接轴K。
第二电机H固定在固定支架的第一预设安装位上，第一俯仰同步轮I与第二电机H的转轴固定连接；第二轴承套固定在固定支架的第二预设安装位上，第二轴承安装在第二轴承套中；第二连接轴K贯穿第二轴承，并通过第二固定件与第二轴承远离固定支架一侧的内圈固定连接；第二俯仰同步轮J与第二连接轴K远离第二固定件的一侧固定连接；俯仰同步带G设置在第一俯仰同步轮I及第二俯仰同步轮J的同步槽中，以使第一俯仰同步轮I和第二俯仰同步轮J同步转动。
可知地，第二电机H的本体与固定支架连于一体，第二电机H的转轴可以转动，并且第二电机H的转轴贯穿固定支架，使得第二电机H的本体与第一俯仰同步轮I分别位于固定支架的两侧；第二连接轴K同样贯穿固定支架，使得第二轴承、第二轴承套与第二电机H的本体位于固定支架的一侧，第二俯仰同步轮J与第一俯仰同步轮I位于固定支架的另一侧；第二连接轴K与俯仰运动结构312连于一体。
基于此，可以理解的是，俯仰驱动单元驱动俯仰运动结构312的工作原理具体如下：
第二轴承套与固定支架连于一体，第二轴承安装在第二轴承套后，第二轴承的外圈不能转动，但第二轴承的内圈可以转动。同时，第二电机H也与固定支架连于一体，在第二电机H输出扭矩后，第二电机H的转轴带动第一俯仰同步轮I转动，第一俯仰同步轮I通过俯仰同步带G带动第二俯仰同步轮J转动，进而使得第二连接轴K、第二轴承的内圈、第二固定件和俯仰运动结构312同步转动。俯仰运动结构312的转动范围取决于第二电机H的转轴的转动角度。
综上所述，本实施例一方面通过设置水平同步带、第一电机、第一水平同步轮、第二水平同步轮、第一轴承、第一轴承套和第一连接轴，当第一测量模块和第二测量模块需要执行水平方向上的机械运动时，带动水平运动结构在水平方向转动，进而通过固定支架带动俯仰运动结构、第一测量模块和第二测量模块水平转动。另一方面，本实施例通过设置俯仰同步带、第二电机、第一俯仰同步轮、第二俯仰同步轮、第二轴承、第二轴承套和第二连接轴，当第一测量模块和第二测量模块需要执行俯仰方向上的机械运动时，带动俯仰运动结构在俯仰方向转动，进而带动第一测量模块和第二测量模块俯仰转动。此外，本实施例可以将第一预设安装位设置在机械运动模块的转轴中心处，并把电机固定在第一预设安装位上，这样利于降低三维扫描装置的转矩，减少电机的功率，并削减三维扫描装置的偏心风险。
需要说明的是，图6示例性示出了第一测量模块110和第二测量模块120均设置在俯仰运动结构312上，不作为对本发明的限制。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (16)

1.一种具有物表气体分布测量或者物表温度及气体分布测量功能的三维扫描装置，其特征在于，包括：
机械运动模块，用于执行至少一个维度上的机械运动；
第一测量模块，固定在所述机械运动模块的第一安装位置，用于在每个检测周期内跟随所述机械运动模块执行同步随动的机械运动过程中形成多个第一测量角度，并从至少一个所述第一测量角度发射测量信号和接收回波信号，以获取容器内物料表面上多个测量点处的距离数据；
当所述三维扫描装置具有物表气体分布测量功能时，第二测量模块，装设在所述机械运动模块的第三安装位置上，用于在每个所述检测周期内跟随所述机械运动模块执行所述同步随动的机械运动过程中形成多个第三测量角度，并从至少一个所述第三测量角度发射初始光谱信号和接收光谱削弱信号，以获取所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的气体分布数据；主控模块，至少与所述第一测量模块和所述第二测量模块连接，至少用于根据所述三维扫描装置在所述容器上的安装位置以及所述第一测量模块的所述第一安装位置建立统一三维坐标系；以及，获取并根据所述第一测量角度、所述距离数据、所述第三安装位置和所述气体分布数据，解析转换生成所述统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面；或者，
当所述三维扫描装置具有物表温度及气体分布测量功能时，第二测量模块，装设在第二安装位置上，用于发射热检测信号和接收热返回信号，以获取所述物料表面上至少一个所述测量点处的热数据；以及，装设在所述机械运动模块的第三安装位置上，用于在每个所述检测周期内跟随所述机械运动模块执行所述同步随动的机械运动过程中形成多个第三测量角度，并从至少一个所述第三测量角度发射初始光谱信号和接收光谱削弱信号，以获取所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的气体分布数据；主控模块，至少与所述第一测量模块和所述第二测量模块连接，至少用于根据所述三维扫描装置在所述容器上的安装位置以及所述第一测量模块的所述第一安装位置建立统一三维坐标系；以及，获取并根据所述第一测量角度、所述距离数据、所述第二安装位置和所述热数据，解析转换生成所述统一三维坐标系下包含温度分布信息的物料表层三维曲面；以及，获取并根据所述第一测量角度、所述距离数据、所述第三安装位置和所述气体分布数据，解析转换生成所述统一三维坐标系下包含气体分布信息的物料表层三维曲面；
其中，热数据包括热图像数据和/或温度数据；所述气体分布数据至少包括气体组分、气体浓度或气体压强；所述主控模块至少具体用于根据每个所述第三测量角度所对应的所述气体分布数据计算转换出所述统一三维坐标系下与每一所述第三测量角度相对应的所述测量点的所述气体分布信息，并将所述统一三维坐标系下的所述气体分布信息整合到所述统一三维坐标系下的所述物料表层三维曲面中，生成所述统一三维坐标系下包含所述气体分布信息的所述物料表层三维曲面。
2.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于，还包括壳体和罩体；
所述壳体与所述罩体固定连接，并形成密闭空间；
所述第一测量模块、所述第二测量模块和所述机械运动模块均设置在所述密闭空间内；
所述罩体的密封等级至少为IP68；当所述第二测量模块仅用于获取所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的气体分布数据时，所述罩体被配置为被所述初始光谱信号、所述光谱削弱信号、所述测量信号和所述回波信号穿透。
3.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于，还包括壳体和罩体；
所述壳体与所述罩体固定连接，并形成密闭空间；
所述第一测量模块、所述第二测量模块和所述机械运动模块均设置在所述密闭空间内；
所述罩体的密封等级至少为IP68；当所述第二测量模块用于获取所述物料表面上至少一个所述测量点处的热数据以及所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的气体分布数据时，所述罩体被配置为被所述热检测信号、所述热返回信号、所述初始光谱信号、所述光谱削弱信号、所述测量信号和所述回波信号穿透。
4.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于，当所述第二测量模块仅用于获取所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的气体分布数据时，所述第二测量模块包括气体分布数据获取单元；
所述气体分布数据获取单元，装设在所述机械运动模块的所述第三安装位置上，用于在每个所述检测周期内跟随所述机械运动模块执行所述同步随动的机械运动过程中，从至少一个所述第三测量角度发射所述初始光谱信号，并接收所述初始光谱信号被至少一个所述测量点处的所述物料反射且经待测气体削弱后所形成的所述光谱削弱信号，以获取所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的所述气体分布数据；
其中，所述第三安装位置相对于所述第一安装位置固定且已知，所述第一测量角度与所述第三测量角度存在一一对应关系。
5.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于，当所述第二测量模块用于获取所述物料表面上至少一个所述测量点处的热数据以及所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的气体分布数据时，所述第二测量模块包括气体分布数据获取单元和基于点测量原理的第一热数据获取单元；
所述气体分布数据获取单元，装设在所述机械运动模块的所述第三安装位置上，用于在每个所述检测周期内跟随所述机械运动模块执行所述同步随动的机械运动过程中，从至少一个所述第三测量角度发射所述初始光谱信号，并接收所述初始光谱信号被至少一个所述测量点处的所述物料反射且经待测气体削弱后所形成的所述光谱削弱信号，以获取所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的所述气体分布数据；
所述第一热数据获取单元的数量至少是1个；所述第二安装位置设置在所述机械运动模块上；所述第一热数据获取单元用于在每个所述检测周期内跟随所述机械运动模块执行所述同步随动的机械运动过程中形成多个第二测量角度，并从至少一个所述第二测量角度获取所述物料表面上至少一个所述测量点处的所述温度数据；
其中，所述第二安装位置、所述第三安装位置相对于所述第一安装位置固定且已知，所述第一测量角度与所述第二测量角度、所述第三测量角度存在一一对应关系。
6.根据权利要求4所述的三维扫描装置，其特征在于，所述主控模块具体还用于根据所述三维扫描装置在所述容器的所述安装位置以及所述第一测量模块的所述第一安装位置建立所述统一三维坐标系；
以及，获取每个所述第一测量角度及其对应的所述距离数据，根据每一所述第一测量角度及其对应的所述距离数据计算转换出所述统一三维坐标系下与每一所述第一测量角度相对应的所述测量点的空间坐标值；以及，基于全部所述测量点的空间坐标值生成所述物料表层三维曲面；
其中，所述物料表层三维曲面上相邻两个所述测量点之间连接线上涉及的点的空间坐标值通过相邻两个所述测量点的空间坐标值插值获得；相邻两个所述测量点之间连接线上涉及的点的所述气体分布数据通过相邻两个所述测量点的所述气体分布数据插值获得。
7.根据权利要求5所述的三维扫描装置，其特征在于，所述主控模块具体还用于根据所述三维扫描装置在所述容器的所述安装位置以及所述第一测量模块的所述第一安装位置建立所述统一三维坐标系；
以及，获取每个所述第一测量角度及其对应的所述距离数据，根据每一所述第一测量角度及其对应的所述距离数据计算转换出所述统一三维坐标系下与每一所述第一测量角度相对应的所述测量点的空间坐标值；以及，基于全部所述测量点的空间坐标值生成所述物料表层三维曲面；
以及，根据每个所述第二测量角度所对应的所述温度数据计算转换出所述统一三维坐标系下与每一所述第二测量角度相对应的所述测量点的所述温度分布信息，并将所述统一三维坐标系下的所述温度分布信息整合到所述统一三维坐标系下的所述物料表层三维曲面中，生成所述统一三维坐标系下包含所述温度分布信息的所述物料表层三维曲面；
其中，所述物料表层三维曲面上相邻两个所述测量点之间连接线上涉及的点的空间坐标值通过相邻两个所述测量点的空间坐标值插值获得；相邻两个所述测量点之间连接线上涉及的点的所述温度数据通过相邻两个所述测量点的所述温度数据插值获得；相邻两个所述测量点之间连接线上涉及的点的所述气体分布数据通过相邻两个所述测量点的所述气体分布数据插值获得。
8.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于，当所述第二测量模块用于获取所述物料表面上至少一个所述测量点处的热数据以及所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的气体分布数据时，所述第二测量模块包括气体分布数据获取单元和基于面测量原理的第二热数据获取单元；
所述气体分布数据获取单元，装设在所述机械运动模块的所述第三安装位置上，用于在每个所述检测周期内跟随所述机械运动模块执行所述同步随动的机械运动过程中，从至少一个所述第三测量角度发射所述初始光谱信号，并接收所述初始光谱信号被至少一个所述测量点处的所述物料反射且经待测气体削弱后所形成的所述光谱削弱信号，以获取所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的所述气体分布数据；
所述第二热数据获取单元的数量至少为1个；所述第二热数据获取单元，设置在所述三维扫描装置的所述第二安装位置，用于获取所述物料表面上预设范围内的所述热图像数据；所述预设范围内的所述热图像数据中包含多个像素点的所述温度数据；
其中，所述第二安装位置、所述第三安装位置相对于所述第一安装位置固定且已知，所述第一测量角度与所述第三测量角度存在一一对应关系。
9.根据权利要求8所述的三维扫描装置，其特征在于，所述主控模块具体还用于根据所述三维扫描装置在所述容器的所述安装位置以及所述第一测量模块的所述第一安装位置建立所述统一三维坐标系；
以及，获取每个所述第一测量角度及其对应的所述距离数据，根据每一所述第一测量角度及其对应的所述距离数据计算转换出所述统一三维坐标系下与每一所述第一测量角度相对应的所述测量点的空间坐标值，以及，基于全部所述测量点的空间坐标值生成所述物料表层三维曲面；
以及，根据每个所述第二热数据获取单元的所述第二安装位置与获取的所述预设范围内的所述热图像数据中多个所述像素点的所述温度数据计算转换出所述统一三维坐标系下与每一所述像素点对应的所述测量点的所述温度分布信息，并将所述统一三维坐标系下的所述温度分布信息整合到所述统一三维坐标系下的所述物料表层三维曲面中，生成所述统一三维坐标系下包含所述温度分布信息的所述物料表层三维曲面；
其中，所述物料表层三维曲面上相邻两个所述测量点之间连接线上涉及的点的空间坐标值通过相邻两个所述测量点的空间坐标值插值获得；相邻两个所述测量点之间连接线上涉及的点的所述温度数据通过相邻两个所述测量点的所述温度数据插值获得；相邻两个所述测量点之间连接线上涉及的点的所述气体分布数据通过相邻两个所述测量点的所述气体分布数据插值获得。
10.根据权利要求9所述的三维扫描装置，其特征在于，当基于面测量原理的所述第二热数据获取单元的数量为2个时，2个所述第二热数据获取单元间隔预设距离地分布在一条直线上，并在每个所述检测周期内同时检测获取所述预设范围内的所述热图像数据中多个像素点的所述温度数据以及所述物料表面上多个所述测量点处的所述距离数据。
11.根据权利要求10所述的三维扫描装置，其特征在于，所述主控模块还用于对所述第一测量模块获取的所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的所述距离数据，以及2个所述基于面测量原理的所述第二热数据获取单元获取的所述物料表面上多个所述测量点处的所述距离数据进行比对校准修正，以形成高精度物料表层三维曲面。
12.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于，还包括：
人机交互模块，与所述主控模块连接，至少用于当所述第二测量模块仅用于获取所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的气体分布数据时，显示所述主控模块下发的所述包含气体分布信息的物料表层三维曲面；或者，当所述第二测量模块用于获取所述物料表面上至少一个所述测量点处的热数据以及所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的气体分布数据时，显示所述主控模块下发的所述包含温度分布信息的物料表层三维曲面和所述包含气体分布信息的物料表层三维曲面；
其中，当所述第二测量模块仅用于获取所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的气体分布数据时，所述人机交互模块至少通过改变颜色的类型或深浅程度来区分所述物料表层三维曲面包含的所述气体分布信息；或者，当所述第二测量模块用于获取所述物料表面上至少一个所述测量点处的热数据以及所述容器内所述物料表面上多个所述测量点处的气体分布数据时，所述人机交互模块至少通过改变颜色的类型或深浅程度来区分所述物料表层三维曲面包含的所述气体分布信息和所述温度分布信息。
13.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于，所述机械运动模块包括水平运动结构和/或俯仰运动结构，所述第一测量模块和/或所述第二测量模块与所述水平运动结构和/或所述俯仰运动结构连接，以使所述俯仰运动结构在执行俯仰机械运动时和/或所述水平运动结构在执行水平机械运动时，带动所述第一测量模块和/或所述第二测量模块执行同步的俯仰机械运动和/或水平机械运动，以形成多个所述测量角度。
14.根据权利要求13所述的三维扫描装置，其特征在于，所述三维扫描装置还包括：
驱动模块，与所述水平运动结构和/或所述俯仰运动结构相连，用于驱动所述水平运动结构和/或所述俯仰运动结构执行水平和/或俯仰方向上的机械运动。
15.根据权利要求14所述的三维扫描装置，其特征在于，所述驱动模块包括同步带、电机、第一同步轮、第二同步轮、轴承、轴承套和连接轴；
所述电机固定在所述机械运动模块的第一预设安装位上，所述第一同步轮与所述电机的转轴固定连接；所述轴承套固定在所述机械运动模块的第二预设安装位上，所述轴承安装在所述轴承套中；所述连接轴贯穿所述轴承，并通过固定件与所述轴承远离所述机械运动模块一侧的内圈固定连接；所述第二同步轮与所述连接轴远离所述固定件的一侧固定连接；所述同步带设置在所述第一同步轮及所述第二同步轮的同步槽中，以使所述第一同步轮和所述第二同步轮同步转动；
其中，所述第一预设安装位设置在所述机械运动模块的转轴中心处，以降低所述三维扫描装置的转矩，减少所述电机的功率，削减所述三维扫描装置的偏心风险。
16.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于，所述主控模块包含服务器。
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