CN216954725U - 反射式连续旋转雷达扫描装置及物料三维形态测量系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种反射式连续旋转雷达扫描装置，包括：微波模块，微波模块能够形成发射波束以及接收入射波束；反射结构，反射结构与微波模块间隔预定距离设置，并且反射结构的反射面与微波模块的发射波束形成第一角度并且对接收的发射波束进行反射以形成第二角度的出射波束；以及驱动机构，驱动机构用于驱动反射结构进行旋转，反射结构的旋转使得第一角度进行变化从而使得第二角度进行变化，不同第二角度的出射波束形成旋转波束，基于旋转波束对处于一个二维扫描面中的物料表面不同测量点进行分时测量，来实现物料表面轮廓的二维测量。本公开还提供了一种物料三维形态测量系统。

Description

反射式连续旋转雷达扫描装置及物料三维形态测量系统

技术领域

本公开涉及一种反射式连续旋转雷达扫描装置及物料三维形态测量系统。

背景技术

在物位测量的过程中，由于物料的分布的不均匀性，物位检测要求越来越高。不仅需要得到物料的某测量点位的物位值，还需要得到物料的分布形态信息，以便更好地了解物料分布情况，从而得到更精确的测量信息。为后续的工艺控制提供指导依据，提高生产效率、降低成本等。目前在测量物料形态的过程中，通常采用视频监控技术、红外成像技术、激光扫描测量法、微波雷达测量技术去检测物料形态的分布。

视频监控技术由摄像头摄像获取物料图像，但是需要保证测量环境的光线充足。红外成像技术是对物料表面的红外图像进行处理，能够检测出料面的温度分布，并用彩色图像区分出来，但是红外成像技术容易受粉尘、高温气流等影响。激光扫描测量技术通过多方向发射激光信号，通过测量距离与反射信号被接收的时间成正比的关系，来得到物料表面的形态，但该技术极易受粉尘、水雾等恶劣情况影响。雷达测量技术采用多个单点雷达组合测量来显示物料大致形态，但由于安装点较多，对安装环境要求很高，且布置多个单点雷达所需的成本也高，物料形态测量越精确所需的单点雷达数量越多，成本对应也就越高。此外也有利用旋转/摆动机构的使雷达旋转/摆动来进行测量各个方位的物料数据，但其结构较为复杂。

由于雷达测量技术可在完全黑暗的环境下准确测量物料信息，且能克服很多工况复杂的情况，因此一款结构简单的采用雷达测量技术的装置或系统具有很好的应用前景。

实用新型内容

为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种反射式连续旋转雷达扫描装置及物料三维形态测量系统。

根据本公开的一个方面，提供了一种反射式连续旋转雷达扫描装置，所述雷达扫描装置用于对物料进行测量并且获取物料信息，其特征在于，包括：

微波模块，所述微波模块能够形成发射波束以及接收入射波束；

反射结构，所述反射结构与所述微波模块间隔预定距离设置，并且所述反射结构的反射面与所述微波模块的发射波束形成第一角度并且对接收的发射波束进行反射以形成第二角度的出射波束；以及

驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述反射结构进行旋转，所述反射结构的旋转方向为单一方向逆时针或顺时针连续旋转、或者为顺时针及逆时针的一定角度范围内的往复旋转，反射结构的旋转使得所述第一角度进行变化，从而使得所述第二角度进行变化，不同第二角度的出射波束形成旋转波束，基于所述旋转波束对处于一个二维扫描面中的物料表面不同测量点进行分时测量，来实现物料表面轮廓的二维测量。

根据本公开至少一个实施方式的反射式连续旋转雷达扫描装置，在不同测量点的每个测量点的每次测量过程中，所述发射波束被发射至所述反射结构，经所述反射结构反射来形成出射波束，所述出射波束到达物料表面的测量点之后被反射来形成反射波束，所述反射波束由所述反射结构接收并且通过所述反射结构反射来形成入射波束且所述入射波束被提供至所述微波模块以形成测量信号，从而实现该测量点的测量，其中每个测量点的每次测量过程中，所述反射结构被所述驱动机构驱动一直处于旋转状态，每个测量点对应的反射波束与所述反射结构形成的角度与第二角度不同、入射波束与所述反射结构形成的角度与第一角度不同。

根据本公开至少一个实施方式的反射式连续旋转雷达扫描装置，所述反射结构的反射面为平面、曲面、折线面、或抛物面中的至少一种。

根据本公开至少一个实施方式的反射式连续旋转雷达扫描装置，所述发射波束为窄波束，并且所述窄波束的波束角度≤3°。

根据本公开至少一个实施方式的反射式连续旋转雷达扫描装置，通过喇叭天线或透镜天线将60～300GHz频率范围的微波信号进行汇聚以形成所述的窄波束。

根据本公开至少一个实施方式的反射式连续旋转雷达扫描装置，所述微波模块能够被控制成生成不同类型和/或频率的发射波束。

根据本公开至少一个实施方式的反射式连续旋转雷达扫描装置，所述发射波束为单一方向的线极化波束或单一方向的圆极化波束；或者为多个线极化波束与圆极化波束混合的混合波束；或者能够切换的线极化波束和圆极化波束。

根据本公开至少一个实施方式的反射式连续旋转雷达扫描装置，所述测量信号包括测量的距离、入射波束波形特征、入射波束幅度特征和入射波束宽度特征中的至少一种。

根据本公开至少一个实施方式的反射式连续旋转雷达扫描装置，在所述分时测量中，所述微波模块每次按照预设固定时间间隔或按照预设规律变化的时间间隔发出发射波束，每次测量过程中，所述驱动机构驱动所述反射结构使其按照预设固定转速或有规律变化的转速处于旋转状态。

根据本公开至少一个实施方式的反射式连续旋转雷达扫描装置，还包括检测装置，所述检测装置用于检测所述反射结构的角度/位置信息。

根据本公开至少一个实施方式的反射式连续旋转雷达扫描装置，基于每个测量点的所述反射结构的角度/位置信息及所述测量信号来得到所述物料表面轮廓的二维信息。

根据本公开至少一个实施方式的反射式连续旋转雷达扫描装置，还包括至少对所述出射波束进行汇聚的喇叭天线或透镜天线。

根据本公开的另一方面，提供了一种物料三维形态测量系统，包括：

如上任一项所述的反射式连续旋转雷达扫描装置，通过位移机构和/或调节所述反射结构与发射波束的入射角度以在不同的多个二维扫描面中进行切换，从而实现对处于多个二维扫描面中的物料表面进行测量，最终基于多个二维扫描面的测量信息，来实现所述物料表面轮廓的三维测量。

根据本公开至少一个实施方式的物料三维形态测量系统，所述位移机构控制所述雷达扫描装置在与所述二维扫描面成预定夹角的方向中移动，以便实现对处于多个二维扫描面中的物料表面进行测量。

根据本公开至少一个实施方式的物料三维形态测量系统，所述预定夹角为90°。

根据本公开至少一个实施方式的物料三维形态测量系统，调节所述反射结构与发射波束的入射角度，每个入射角度对应一个二维扫描面，以便实现对处于多个二维扫描面中的物料表面进行测量。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开实施方式的雷达扫描装置的结构示意图。

图2是根据本公开实施方式的雷达扫描装置的结构示意图。

图3是根据本公开实施方式的雷达扫描装置的结构示意图。

图4是根据本公开实施方式的控制系统的结构示意图。

图5是根据本公开实施方式的主控板与微波模块的结构示意图。

附图标记说明：

100 微波模块

101 电源模块

102 通信模块

103 处理器

104 锁相环

105 信号发射模块

106 天线模块

107 信号接收模块

108 混频器

109 中频放大器

110 AD采集器

200 反射结构

300 驱动机构

310 电机

320 输出轴

330 固定装置

400 壳体

410 安装支架

500 防护罩

600 主控板

601 供电模块

602 处理控制模块

603 通信模块

700 上位机。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。

除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。

在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。

当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。

为了描述性目的，本公开可使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”和“侧 (例如，如在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。

这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个 (种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。

根据本公开的一个实施方式，提供了一种反射式连续旋转雷达扫描装置(以下称为雷达扫描装置)。

图1示出了根据本公开一个实施例的雷达扫描装置。如图1所示，雷达扫描装置可以包括微波模块100、反射结构200和驱动机构300。

在本公开中，将微波模块100发出的微波波束(可以是微波模块的发射天线模块发射的微波波束经过处理后的波束)称为发射波束，发射波束经反射结构200反射后所形成的出射波束。当出射波束发射至物料后通过物料表面所形成的微波波束称为反射波束。之后反射波束被反射至反射结构200，由反射结构生成的微波波束称为入射波束，并且该入射波束由微波模块100的接收天线模块所接收。

微波模块100能够形成发射波束以及接收入射波束。微波模块100 所形成的发射波束可以为窄波束，该窄波束的波束角度可以控制为≤ 3°。例如，在该微波模块中可以包括微波天线，并且该微波天线可以发射微波波束。通过微波模块中的喇叭天线或者透镜天线可以将该微波波束汇聚为窄波束。

微波模块100可以被控制为生成不同类型和/或频率的发射波束。例如发射波束的频率范围可以为60～300GHz。发射波束可以为单一方向的线极化波束或单一方向的圆极化波束；或者可以为多个线极化波束与圆极化波束混合的混合波束；或者可以为能够切换的线极化波束和圆极化波束。例如，微波模块100中的微波天线可以为天线阵列，从而实现多种极化方式的互相切换或者同时发射多种极化的微波波束，这些极化的微波波束可以为线极化波束和圆极化波束，其中线极化波束可以为水平极化波束和/或垂直极化波束。在本公开中，优选地可以采用多个线极化波束与圆极化波束混合的混合波束或者能够切换的线极化波束和圆极化波束。这样可以对物料表面通过不同极化形式的微波波束进行扫描，从而在一次测量中得到不同反射性能的反射波束。这样相较于现有技术，可以更好地提高对物料表面的分析能力。

反射结构200与微波模块100间隔预定距离设置。反射结构200 的反射面与微波模块100的发射波束形成第一角度，并且对其接收的发射波束进行反射以形成第二角度的出射波束。反射结构200的反射面为平面、曲面、折线面、或抛物面中的至少一种。该反射结构200 被驱动结构300带动以进行旋转，当微波模块100的位置固定不动时，微波模块100发射波束的方向不变，但由于反射结构200处于旋转状态，反射结构200的反射面相对于发射波束的第一角度将会发生变化。相应地，反射面反射生成的出射波束的方向将会相对于上一次的出射波束发生偏移。这样，上一次的出射波束用于测量物料表面的一个测量点，而这次反射结构200旋转后形成的出射波束则测量物料表面的另一测量点。通过连续地使反射结构200进行旋转，雷达扫描装置将会实现由多个测量点构成的扫描面的物料表面的测量。例如在图1和图2中，虚线示出了旋转后的反射结构200。

在不同测量点的每个测量点的每次测量过程中，发射波束被发射至反射结构200，经反射结构200的反射面反射后形成出射波束，出射波束到达物料表面的测量点之后被反射以形成反射波束，反射波束由反射结构接收并且通过反射结构反射以形成入射波束且入射波束被提供至微波模块以形成测量信号，从而实现该测量点的测量，其中每个测量点的每次测量过程中，反射结构被驱动机构驱动一直处于旋转状态，每个测量点对应的反射波束与反射结构形成的角度与第二角度不同、入射波束与反射结构形成的角度与第一角度不同。

反射结构200的旋转可以由驱动机构300来驱动。驱动机构300 用于驱动反射结构200进行旋转，以使得第一角度进行变化进而使得第二角度进行变化，不同第二角度的出射波束形成旋转波束，基于旋转波束对处于一个二维扫描面中的物料表面不同测量点进行分时测量，来实现物料表面轮廓的二维测量。该驱动机构300可以为电机310等形式。反射结构200可以例如通过固定装置330安装在电机310的输出轴320上。通过输出轴320的转动来带动反射结构200进行旋转，例如反射结构200由电机310带动旋转的方向可以为单一方向逆时针或顺时针连续旋转，也可以为顺时针以及逆时针一定角度范围内往复旋转。

电机310的转动速度可以被调整，从而相应地调整反射结构200 的旋转速度，通过对电机的转动速度进行控制则可以实现对反射结构 200旋转速度的控制。由于反射结构的旋转速度为可以调节的，因此在某些情况下可以实现物料的更快速的测量。此外，也可以检测反射结构的角度/位置信息，反射结构200的角度/位置信息的测量也可以通过检测输出轴320的转动角度来实现，例如可以通过换算来得到反射结构200不同时刻的角度/位置信息。角度/位置信息的测量可以通过设置在输出轴320的旋转码盘式编码器，也可以通过位置传感器来实现，比如角位移传感器。

虽然在图1和图2中示出了反射结构200可以通过固定装置330 连接至电机的输出轴320。但是应当理解也可以采用其他连接形式。例如图3所示，输出轴320可以通过设置有圆球形部件的连接机构连接至反射结构200，例如通过万向节等连接机构。通过输出轴的转动带动反射结构200的旋转来改变出射波束的射出方向。最终，反射结构200的旋转可以使得各个出射波束射出形成旋转波束，从而形成一个扫描面。在本公开中，微波模块100每次按照预设固定时间间隔或按照预设规律变化的时间间隔发出发射波束，例如在第一时刻射出发射波束，到达反射结构200形成第一时刻的第一角度，发射波束经反射结构反射形成出射波束，与反射结构200形成第一时刻的第二角度，到达物料表面形成测量点经物料表面反射后形成反射波束，然后反射波束到达反射结构200经反射后形成入射波束被微波模块100所接收，其中每个测量点从发射波束到入射波束的过程中，驱动机构300驱动反射结构200使其按照预设固定转速或有规律变化的转速处于旋转状态。然后在第二时刻，重复上述步骤……，这样当反射结构200旋转一周或一定角度后，可以得到多个物料表面测量点的测量信号，根据各个测量点的测量信号及对应反射结构的角度/位置信息信息来构建物料表面轮廓的二维曲线。

需要说明的是，除了在图1和图2中示出了反射结构200的转动方向沿着垂直于纸面的方向进行，即相对于垂直于纸面的方向进行旋转，这样所形成二维扫描面也是垂直于纸面的方向外，反射结构200 的转动方向也可以是沿着图1和图2的纸面方向进行摆动(左右方向)，以形成二维扫描面。

根据本公开的进一步实施例，根据本公开的雷达扫描装置还可以包括壳体400，其中微波模块100、反射结构200和驱动机构300可以设置在壳体400的内部，并且可以相对于壳体400固定。例如微波模块100可以固定在壳体400的内侧壁上(例如图3所示)，也可以通过安装支架410安装至壳体400上(例如图1和图2)。当然也可以采用其他的安装方式。诸如电机的驱动机构300可以安装在壳体400的内侧壁上，当然也可以通过安装支架安装至壳体400上。反射结构200 可以与驱动机构300的输出轴320连接。根据本公开的实施例，在壳体400的侧壁上可以形成有防护罩500。防护罩500由允许微波波束透过的材料形成，例如其可以为玻璃、塑料或者陶瓷等。出射波束和反射波束可以穿过防护罩500进行传播。

在上面的描述中，说明了微波模块中的喇叭天线或者透镜天线可以将该微波波束汇聚为窄波束，根据本公开的各实施例，更优选地，可以在反射结构200之后，也设置有喇叭天线或透镜天线，这样可以进一步地对微波波束的波束角进行压缩。喇叭天线或透镜天线设置在出射波束和反射波束的传播路径中。喇叭天线或透镜天线可以设置在防护罩的内部也可以设置在防护罩的外部。

以上介绍了二维的测量方式，但是在实际场景下，物料的形态并不是均匀的。因此需要对物料的三维形态进行精确的测量。在本公开中还提供了一种物料三维形态测量系统。

在该物料三维形态测量系统中可以包括上面描述的反射式连续旋转雷达扫描装置以及位移机构，该位移机构用于使得反射式连续旋转雷达扫描装置进行移动，其中反射式连续旋转雷达扫描装置的移动方向可以与二维扫描面成预定夹角，从而可以实现在一个二维扫描面完成扫描之后，移动到下一个二维扫描面进行扫描，这样重复来扫描获得多个二维扫描面。通过检测位移机构的移动信息位，比如移动速度、移动方向，可得各个二维扫描面对应的位置信息，最后再融合多个二维扫描面的测量信息可得物料的三维形态。在本公开中优选地，该预定夹角可以为90°，即反射式连续雷达扫描装置的移动方向与二维扫描面垂直。可以将微波模块100、反射结构200和驱动机构300视为面扫描装置，在本公开，位移机构使得面扫描装置进行移动。位移机构可以为电机形式、推杆形式、引导轨道等各种形式。作为一个示例，当二维扫描面处于与纸面垂直的方向中时，面扫描装置的被移动方向可以为纸面的方向。当二维扫描面处于纸面方向中时，面扫描装置的被移动方向可以为垂直于纸面的方向。

位移机构可以设置在壳体的外部，通过推动整个壳体移动来实现面扫描装置的移动。例如可以通过将电机形式、推杆形式、引导轨道等各种形式的位移机构与壳体400的外侧面进行连接来推动壳体400 进行移动。此外也可以分别相对于微波模块100和驱动机构300来设置位移机构，例如可以通过电机形式、推杆形式、引导轨道等各种形式的位移机构来推动微波模块100进行移动，并且通过电机形式、推杆形式、引导轨道等各种形式的位移机构来推动驱动机构300进行移动，这样同样也可以实现面扫描装置的移动。

在进行三维扫描的过程中，可以将面扫描装置移动至第一位置，反射结构200进行旋转，来完成第一二维扫描面的检测(具体过程可以参照之前的描述)，然后将面扫描装置移动至第二位置，反射结构 200进行旋转，来完成第二二维扫描面的检测，……，直至移动至所有位置来完所有二维扫描面的测量。之后可以将所有二维扫描面的测量结果进行组合并结合位移机构移动面扫描装置的移动速度与移动方向可得各个二维扫描面对应的位置信息来得到三维扫描结果。

在上面的描述中，描述了面扫描装置进行平移来实现三维扫描的形式。但是可以改变面扫描装置的角度来实现三维扫描，例如，通过将面扫描装置进行转动，则出射光束将会发射到不同的测量点，在配合反射结构的旋转，可以得到另一个二维扫描面的测量结果。此外，根据本公开的可选实施例，在上述面扫描装置的基础上，也可以仅控制调节反射结构或微波模块的角度来实现三维扫描，即调节反射结构200与发射波束的入射角度，以在不同的多个二维扫描面中进行切换，从而实现对处于多个二维扫描面中的物料表面进行测量，最终基于多个二维扫描面的测量信息，来实现所述物料表面轮廓的三维测量。

参照图1举例说明，例如在图1中，对于一个二维扫描面可以形成在与纸面垂直的方向中(也就是反射结构可以在与纸面垂直的方向中进行旋转从而完成一个二维扫描面的扫描)，当输出轴320通过设置有圆球形部件的连接机构连接至反射结构200时，可以调整反射结构 200的转动方向为沿着图1和图2的纸面方向进行摆动，在连接机构处可以设置有锁紧开关，并且锁紧开关可以为电动开关，可以通过主控制板来控制电动开关的开关状态。当电动开关处于关闭状态时，则反射结构200将不会被摆动；当电动开关处于打开状态时，反射结构 200可以被摆动以被调整角度，反射结构200沿着图1和图2的纸面方向进行摆动的过程中，调整发射波束与反射结构200之间的入射角度，对应使得出射波束的方向进行变化，从而可以得到多个二维扫描面以实现三维扫描。对于控制调整微波模块的角度来实现三维扫描是同样的原理，在此不在赘述。也就是说，调节反射结构与发射波束的入射角度，并且每个入射角度对应着一个二维扫描面，这样可以形成多个二维扫描面来实现对物料的三维测量。

根据本公开的进一步实施例，对于上面描述的反射式连续旋转雷达扫描装置及物料三维形态测量系统，还可以包括主控板600，主控板600可以设置在壳体的内部。如图4所示，主控板600可以为驱动机构300提供驱动控制信号，并且可以从驱动机构300和/或反射结构 200的检测装置获取角度/位置信息。此外主控板600可以与微波模块 100进行连接，以便控制微波模块100发射微波信号以及从微波控制模块100接收微波信号来作为测量信号。此外主控板600可以与上位机700进行连接，以便将相关信号传递给上位机以进行测量结果的后续处理，或者通过上位机700为主控板600提供控制信号等，例如可以在上位机700上设置各种工作参数，这些工作参数可以包括扫描的距离范围；微波模块发射微波波束的类型、频率、时间；驱动结构的转速、转动角度范围；反射结构与发射波束的入射角度或者面扫描装置被调节的角度或者位置信息等等，也可以通过上位机700发送调试指令来进入调试状态等。其中各个部分的连接可以为有线形式的连接也可以为无线形式的连接。

主控板600可以控制微波模块100产生微波波束，具体地可以控制产生微波波束的类型、频率、时间等。比如微波模块100集成有至少一个线极化天线结构与至少一个圆极化天线结构，主控板600控制微波模块产生微波波束的类型可以为单一方向的线极化波束或单一方向的圆极化波束；或者可以为多个线极化波束与圆极化波束混合的混合波束；或者可以为能够切换的线极化波束和圆极化波束，即线极化波束与圆极化波束按照一定时间间隔切换或按照一定规律进行切换。微波波束的频率可以为60～300GHz的频率范围。微波波束的发射时间可以进行设定，例如根据反射结构的旋转和/或摆动来进行设置等，也可以预先设定，例如预先设定为按照固定时间间隔或按照一定变化规律，该预先设定的发射时间可以与反射结构的旋转和/或摆动相配合。主控板600可以接收微波模块100接收到微波波束之后所形成的测量信息。作为一个示例，微波模块100可以对接收到的入射波束进行处理并且得到测量信息，其中测量信息可以包括回波波形、测量距离、回波波形特征、幅度、宽度等各信息。

主控板600可以控制驱动机构300的转动的角度、时间等。并且在三维扫描的过程中可以进一步控制驱动机构300的移动距离、时间等。主控板600还可以从获取驱动机构的角度/位置信息。作为一个可选实施例，主控板600也可以得到直接对反射结构进行测量而得到的角度/位置信息。

最终，不管是在二维扫描还是在三维扫描的过程中，主控板600 可以将各个测量点的测量信息(例如距离信息)以及各个测量信息所对应的角度/位置信息来得到二维扫描测量结果或三维扫描测量结果。在本公开中，优选地，主控板600可以将相关信息传递至上位机通过上位机来进行处理，从而得到最终的测量结果。上位机700可以根据算法基于各个测量点的测量信息和角度/位置信息来得到各个测量点的位置坐标信息，并且将这些位置坐标信息进行整合来形成物料表面轮廓的二维曲线图，并且在上位机的显示界面中进行显示。对于三维扫描，上位机700可以根据算法基于各个测量点的测量信息和角度/ 位置信息来得到各个测量点的位置坐标信息，并且将这些位置坐标信息各个二维曲线图，并且根据面扫描装置的角度/位置或者上面提及的移动机构的移动信息(移动速度、移动方向)和/或反射结构与发射波束的入射角度调整信息来将各个二维曲线图进行组合来实现三维形态的显示。

图5示出了根据本公开的一个实施例的主控板及微波模块的结构示意图。

如图5所示，主控板600可以包括供电模块601，供电模块601 可以连接外部电源或者具有自带电源，并且将转换后的电压提供至微波模块100的电源模块101。供电模块601可以为主控板600进行供电、可以为驱动机构300进行供电、可以为位移机构进行供电等。

处理控制模块602可以通过通信模块603接收来自上位机700的各种参数/指令，例如可以将与驱动机构300控制相关的参数/指令传递至驱动机构300，可以将与微波模块100相关的参数/指令传递至微波模块100。处理控制模块602可以接收来自驱动机构300的诸如角度/ 位置信息的检测信号，并且通过通信模块603传递至上位机700，也可以接收来自微波模块100的测量信号并且通过通信模块603传递至上位机700。此外，处理控制模块602也可以将例如从上位机700接收的控制信号提供至位移机构也可以将位移机构的检测信号提供至上位机700。

主控板600的通信模块603与微波模块100的通信模块102可以进行信息的传输，可以采用有线通讯或无线通讯的方式。主控板600 的通信模块603与上位机700之间的通讯可以采用有线通讯或无线通讯。无线通讯技术可以为LORA、ZIGBEE、WIFI、NB-IOT等，有线通讯技术可以为RS232线缆、RS485线缆、网线等。

微波模块100可以包括电源模块101、通信模块102、处理器103、锁相环104、信号发射模块105、天线模块106、信号接收模块107、混频器108、中频放大器109、AD采集器110。天线模块106可以发射发射波束并且接收入射波束，以及可以对波束角进行调节。电源模块101可以为微波模块100的各个部件进行供电。

信号发射模块105与混频器108、天线模块106、锁相环104及处理器103连接，处理器103控制微波波束的类型及频率等由信号发射模块105发出，发射微波信号输出至混频器108以及经由天线模块射出形成发射波束到达反射结构200。锁相环104根据处理器103的输出信号进行调整以控制信号发射模块105的信号频率及相位，实现控制微波波束的类型及频率的目的。信号接收模块107与天线模块、混频器108连接，入射波束经由天线模块106被信号接收模块107所接收并输入至混频器108。混频器108用于将信号发射模块105发射的微波信号和信号接收模块107接收的入射波束进行混频后输出至中频放大器109。中频放大器109将混频器108输出的混频信号进行放大处理后输出至AD采集器110。AD采集器110对放大的混频信号进行采集，输出数字信号至处理器103。处理器103获取并处理分析AD 采集器110输出的数字信号，通过通信模块102将处理结果输出至主控板600。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/ 方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/ 方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (16)

1.一种反射式连续旋转雷达扫描装置，所述雷达扫描装置用于对物料进行测量并且获取物料信息，其特征在于，包括：

微波模块，所述微波模块能够形成发射波束以及接收入射波束；

反射结构，所述反射结构与所述微波模块间隔预定距离设置，并且所述反射结构的反射面与所述微波模块的发射波束形成第一角度并且对接收的发射波束进行反射以形成第二角度的出射波束；以及

驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述反射结构进行旋转，所述反射结构的旋转方向为单一方向逆时针或顺时针连续旋转、或者为顺时针及逆时针的一定角度范围内的往复旋转，反射结构的旋转使得所述第一角度进行变化，从而使得所述第二角度进行变化，不同第二角度的出射波束形成旋转波束，基于所述旋转波束对处于一个二维扫描面中的物料表面不同测量点进行分时测量，来实现物料表面轮廓的二维测量。

2.如权利要求1所述的反射式连续旋转雷达扫描装置，其特征在于，在不同测量点的每个测量点的每次测量过程中，所述发射波束被发射至所述反射结构，经所述反射结构反射来形成出射波束，所述出射波束到达物料表面的测量点之后被反射来形成反射波束，所述反射波束由所述反射结构接收并且通过所述反射结构反射来形成入射波束且所述入射波束被提供至所述微波模块以形成测量信号，从而实现该测量点的测量，其中每个测量点的每次测量过程中，所述反射结构被所述驱动机构驱动一直处于旋转状态，每个测量点对应的反射波束与所述反射结构形成的角度与第二角度不同、入射波束与所述反射结构形成的角度与第一角度不同。

3.如权利要求2所述的反射式连续旋转雷达扫描装置，其特征在于，所述反射结构的反射面为平面、曲面、折线面、或抛物面中的至少一种。

4.如权利要求2所述的反射式连续旋转雷达扫描装置，其特征在于，所述发射波束为窄波束，并且所述窄波束的波束角度≤3°。

5.如权利要求4所述的反射式连续旋转雷达扫描装置，其特征在于，通过喇叭天线或透镜天线将60～300GHz频率范围的微波信号进行汇聚以形成所述的窄波束。

6.如权利要求2所述的反射式连续旋转雷达扫描装置，其特征在于，所述微波模块能够被控制成生成不同类型和/或频率的发射波束。

7.如权利要求2所述的反射式连续旋转雷达扫描装置，其特征在于，所述发射波束为单一方向的线极化波束或单一方向的圆极化波束；或者为多个线极化波束与圆极化波束混合的混合波束；或者能够切换的线极化波束和圆极化波束。

8.如权利要求2所述的反射式连续旋转雷达扫描装置，其特征在于，所述测量信号包括测量的距离、入射波束波形特征、入射波束幅度特征和入射波束宽度特征中的至少一种。

9.如权利要求2所述的反射式连续旋转雷达扫描装置，其特征在于，在所述分时测量中，所述微波模块每次按照预设固定时间间隔或按照预设规律变化的时间间隔发出发射波束，每次测量过程中，所述驱动机构驱动所述反射结构使其按照预设固定转速或有规律变化的转速处于旋转状态。

10.如权利要求9所述的反射式连续旋转雷达扫描装置，其特征在于，还包括检测装置，所述检测装置用于检测所述反射结构的角度/位置信息。

11.如权利要求10所述的反射式连续旋转雷达扫描装置，其特征在于，基于每个测量点的所述反射结构的角度/位置信息及所述测量信号来得到所述物料表面轮廓的二维信息。

12.如权利要求1至11中任一项所述的反射式连续旋转雷达扫描装置，其特征在于，还包括至少对所述出射波束进行汇聚的喇叭天线或透镜天线。

13.一种物料三维形态测量系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至12中任一项所述的反射式连续旋转雷达扫描装置，通过位移机构和/或调节所述反射结构与发射波束的入射角度以在不同的多个二维扫描面中进行切换，从而实现对处于多个二维扫描面中的物料表面进行测量，最终基于多个二维扫描面的测量信息，来实现所述物料表面轮廓的三维测量。

14.如权利要求13所述的物料三维形态测量系统，其特征在于，所述位移机构控制所述雷达扫描装置在与所述二维扫描面成预定夹角的方向中移动，以便实现对处于多个二维扫描面中的物料表面进行测量。

15.如权利要求14所述的物料三维形态测量系统，其特征在于，所述预定夹角为90°。

16.如权利要求13所述的物料三维形态测量系统，其特征在于，调节所述反射结构与发射波束的入射角度，每个入射角度对应一个二维扫描面，以便实现对处于多个二维扫描面中的物料表面进行测量。

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