CN220853504U - 俯仰反射式三维扫描装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种俯仰反射式三维扫描装置，包括水平旋转机构、检测电路、信号反射机构和俯仰转动机构；俯仰转动机构设在水平旋转机构的第一预设位置，检测电路固定在水平旋转机构的第二预设位置，信号反射机构与转轴部的第一安装位固定，水平旋转机构用于带动检测电路、信号反射机构和俯仰转动机构执行同步水平旋转运动。本申请一方面通过检测电路、水平旋转机构、信号反射机构和俯仰转动机构对物料进行三维扫描测量；另一方面，将检测电路整体固定于水平旋转机构，因此，检测电路各组件均执行同步水平运动，即使检测电路各组件之间连有线缆，线缆也完全不受影响，减少了线缆的损耗，利于提升三维扫描装置的可靠性，并延长三维扫描装置的使用寿命。

Description

俯仰反射式三维扫描装置

技术领域

本实用新型实施例涉及三维测量技术领域，尤其涉及一种俯仰反射式三维扫描装置。

背景技术

三维扫描装置兼具安全、高效和环保等诸多优势，因而在工业制造等领域内介质的三维测量等过程中得到了广泛的推广与应用。然而，受限于雷达本身的功能设计与实现，大多数现有三维扫描装置的结构存在关键部件经常运动、折弯等情形，使得产品可靠性、使用寿命偏低。

例如，现有三维扫描装置一般要把高频板固定在天线上，高频板产生的微波信号需经天线射出，同时，天线往往固定在俯仰运动装置或俯仰运动支架上，俯仰运动装置或俯仰运动支架与水平运动装置或水平运动支架连接并随动做水平运动，进而使得天线从两个维度的多个角度上发射微波信号以执行三维检测。但是，由于三维扫描装置的主控板通常设置在水平运动装置或水平运动支架上，因而主控板与高频板之间会存在相对运动，这就使得主控板与高频板之间连接的通讯线缆、供电线缆等会受二者间相对运动的影响而产生较大损耗。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种俯仰反射式三维扫描装置，以简化、优化三维扫描装置的结构，提升三维扫描装置的可靠性，并延长三维扫描装置的使用寿命。

本实用新型实施例提供了一种俯仰反射式三维扫描装置，包括水平旋转机构、检测电路、信号反射机构和俯仰转动机构；

所述俯仰转动机构设置在所述水平旋转机构的第一预设位置处，所述俯仰转动机构的转轴部在俯仰方向上转动；

所述检测电路，固定在所述水平旋转机构的第二预设位置处，至少用于产生以及发射测量信号并接收回波信号，以根据所述测量信号和所述回波信号计算出容器内物料表面的物位参数；

所述信号反射机构，与所述转轴部的第一安装位固定连接且与所述检测电路产生的所述测量信号的发射方向成预设固定角度，用于随着所述水平旋转机构的旋转和所述俯仰转动机构的转动，使得所述测量信号发射后经所述信号反射机构反射后到达所述物料表面的至少一个测量点处；以及，将所述测量信号在所述物料表面的至少一个所述测量点处对应形成的所述回波信号再次反射至所述检测电路，并被所述检测电路接收，以形成所述物料表面的至少一个所述测量点的物位参数；

所述水平旋转机构，用于在执行水平方向上旋转的运动过程中，带动所述检测电路、所述信号反射机构和所述俯仰转动机构执行同步的水平方向上的旋转运动。

可选地，还包括：

波导结构，与所述检测电路和/或所述水平旋转机构固定连接，用于将所述检测电路发射的所述测量信号定向引导至所述信号反射机构，经所述信号反射机构反射后到达所述物料表面的至少一个所述测量点处；以及，将所述物料表面的至少一个所述测量点处形成的所述回波信号经所述信号反射机构反射后由所述波导结构定向引导至所述检测电路。

可选地，还包括：

天线结构，通过连接件固定在所述转轴部的第二安装位处，并与所述信号反射机构的相对位置不变，用于对经所述信号反射机构反射后的所述测量信号进行汇聚放大后射出，随着所述水平旋转机构的旋转和所述俯仰转动机构的转动，使得所述测量信号到达所述物料表面的至少一个所述测量点处；以及，将至少一个所述测量点处形成的所述回波信号引导至所述信号反射机构，经所述信号反射机构反射后最终被所述检测电路所接收。

可选地，还包括：

配重平衡件，固定在所述转轴部的第三安装位处，用于平衡所述天线结构的重量；

其中，所述第二安装位和所述第三安装位分别位于所述转轴部的轴对称两侧。

可选地，所述检测电路包括信号收发电路与主控电路；

所述信号收发电路，与所述波导结构相对设置，用于产生所述测量信号并接收所述回波信号；所述信号收发电路产生的所述测量信号经由所述波导结构定向传输至所述信号反射机构，并经所述信号反射机构反射后到达所述物料表面的至少一个所述测量点处；所述测量信号在所述物料表面的至少一个所述测量点处形成的所述回波信号经所述信号反射机构反射后，由所述波导结构定向引导至所述信号收发电路；

所述主控电路安装在所述水平旋转机构上，与所述信号收发电路、所述水平旋转机构和所述俯仰转动机构的相对位置不变；所述主控电路与所述信号收发电路、所述水平旋转机构和所述俯仰转动机构连接用的线缆不会发生相对的运动；所述主控电路至少用于实现与所述信号收发电路、所述水平旋转机构和所述俯仰转动机构之间的控制、通讯和/或供电功能，使得所述信号收发电路、所述水平旋转机构和所述俯仰转动机构正常工作，以及获取并根据所述水平旋转机构的旋转信息、所述俯仰转动机构的转动信息和所述信号收发电路传递的所述回波信号，得到所述物料表面的至少一个所述测量点的所述物位参数。

可选地，还包括：

角度监测模块，与所述转轴部、所述信号反射机构或天线结构固定连接，并与所述主控电路实现电气相连，用于获取所述三维扫描装置在俯仰方向上的实际转动角度参数，以使所述主控电路根据所述实际转动角度参数对所述俯仰转动机构在俯仰方向上的转动信息进行校准校正；以及，获取所述水平旋转机构在水平方向上的实际旋转角度参数；

其中，所述实际转动角度参数至少包括转动角度或转动步数；所述实际旋转角度参数至少包括旋转角度或旋转步数。

可选地，所述主控电路安装在所述水平旋转机构上，与所述信号收发电路、所述水平旋转机构和所述俯仰转动机构的相对位置不变；所述主控电路与所述信号收发电路、所述水平旋转机构和所述俯仰转动机构连接用的线缆不会发生相对的运动；所述主控电路与所述角度监测模块实现电气连接，至少用于实现与所述信号收发电路、所述水平旋转机构、所述俯仰转动机构和所述角度监测模块之间的控制、通讯和/或供电功能，使得所述信号收发电路、所述水平旋转机构、所述俯仰转动机构和所述角度监测模块正常工作，

以及获得并根据所述角度监测模块获取的所述实际转动角度参数及所述实际旋转角度参数和所述信号收发电路传递的所述回波信号，得到所述物料表面的至少一个所述测量点的所述物位参数。

可选地，所述三维扫描装置还包括上位机；

所述上位机，与所述主控电路连接，用于接收所述主控电路传递的所述物料表面的至少一个所述测量点的所述物位参数、所述水平旋转机构的旋转信息及所述俯仰转动机构的转动信息，以解析出所述物料表面的三维空间信息；

或者，所述上位机，分别与所述主控电路和所述角度监测模块连接，用于接收所述主控电路传递的所述物料表面的至少一个所述测量点的所述物位参数、所述角度监测模块传递的所述实际转动角度参数及所述实际旋转角度参数，以解析出所述物料表面的三维空间信息。

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；

所述水平旋转机构、所述检测电路、所述信号反射机构和所述俯仰转动机构均设置在所述密闭空间内；

所述罩体被配置为被所述测量信号和所述回波信号穿透。

可选地，所述转轴部在俯仰方向上沿第一预设方向连续转动；

所述检测电路具体用于识别并根据所述转轴部在预设转动范围内连续转动过程中所对应的所述测量信号和所述回波信号，计算出所述容器内所述物料表面的所述物位参数。

可选地，所述转轴部在第一预设范围内往复转动。

可选地，所述水平旋转机构在水平方向上沿第二预设方向连续旋转；

或者，所述水平旋转机构在水平方向上的第二预设范围内往复旋转。

本实用新型实施例所提供的技术方案，通过检测电路产生以及发射测量信号；由于信号反射机构与俯仰转动机构的转轴部的第一安装位固定连接，因此，当转轴部在俯仰方向上转动时，信号反射机构跟随转轴部在俯仰方向上转动，又因为检测电路产生的测量信号的发射方向与信号反射机构成预设固定角度，所以经信号反射机构反射后的测量信号会在俯仰方向上形成多个射出角度，测量信号发射后经信号反射机构反射会到达物料表面位于俯仰方向上的多个测量点处，此时，具有不同射出角度的各个测量信号会在对应测量点处对应形成回波信号，这些回波信号回射向信号反射机构并被信号反射机构再次反射至检测电路，实现了三维扫描装置在俯仰方向上的扫描测量。

另外，由于俯仰转动机构设置在水平旋转机构的第一预设位置处，检测电路固定在水平旋转机构的第二预设位置处，信号反射机构与俯仰转动机构的转轴部的第一安装位固定连接，因而在水平旋转机构执行水平方向上旋转的运动过程中，检测电路、信号反射机构和俯仰转动机构将跟随水平旋转机构执行水平方向上同步的旋转运动，这样一来，经信号反射机构反射后的测量信号也会在水平方向上形成多个射出角度，测量信号发射后经所述信号反射机构反射会到达物料表面位于水平方向上的多个测量点处，此时，具有不同射出角度的各个测量信号会在对应测量点处对应形成回波信号，这些回波信号回射向信号反射机构并被信号反射机构再次反射至检测电路，实现了三维扫描装置在水平方向上的扫描测量；最终，检测电路整合全部测量信号和回波信号即可计算出容器内物料表面的物位参数。

由此可见，本实用新型实施例一方面通过检测电路、水平旋转机构、信号反射机构和俯仰转动机构的协同配合，从水平和俯仰两个方向对容器内物料表面进行三维扫描测量；另一方面，本实用新型实施例将检测电路（相当于背景技术中的主控板和高频板）整体固定在水平旋转机构上，因此，主控板和高频板均执行同步水平运动，主控板和高频板之间无相对运动，即使主控板和高频板之间连有通讯或供电用线缆，线缆也完全不受影响，减少了线缆的损耗，利于提升三维扫描装置的可靠性，并延长三维扫描装置的使用寿命。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型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实用新型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实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的一种俯仰反射式三维扫描装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种俯仰反射式三维扫描装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的又一种俯仰反射式三维扫描装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的又一种俯仰反射式三维扫描装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型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，以便这里描述的本实用新型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。

图1是本实用新型实施例提供的一种俯仰反射式三维扫描装置的结构示意图。参见图1，俯仰反射式三维扫描装置包括水平旋转机构10、检测电路20、信号反射机构30和俯仰转动机构40。

俯仰转动机构40设置在水平旋转机构10的第一预设位置处，俯仰转动机构40的转轴部A在俯仰方向上转动。

检测电路20，固定在水平旋转机构10的第二预设位置处，至少用于产生以及发射测量信号并接收回波信号，以根据测量信号和回波信号计算出容器内物料表面的物位参数。

信号反射机构30，与转轴部A的第一安装位固定连接且与检测电路20产生的测量信号的发射方向成预设固定角度，用于随着水平旋转机构10的旋转和俯仰转动机构40的转动，使得测量信号发射后经信号反射机构30反射后到达物料表面的至少一个测量点处；以及，将测量信号在物料表面的至少一个测量点处对应形成的回波信号再次反射至检测电路20，并被检测电路20接收，以形成物料表面的至少一个测量点的物位参数。

水平旋转机构10，用于在执行水平方向上旋转的运动过程中，带动检测电路20、信号反射机构30和俯仰转动机构40执行同步的水平方向上的旋转运动。

其中，三维扫描装置根据测量原理可以分为3D微波扫描雷达、3D激光扫描雷达等，不同类型的三维扫描装置需要选用与之适配的信号反射机构30。示例性地，当三维扫描装置为3D微波扫描雷达时，测量信号和回波信号的信号类型均为微波信号，信号反射机构30可以由碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）、金属等可以反射微波信号的材质制成；当三维扫描装置为3D激光扫描雷达时，测量信号和回波信号的信号类型均为激光信号，信号反射机构30可以采用激光反射镜。

可知地，水平旋转机构10可以是水平旋转平台，水平旋转平台的形状可以是圆形、方形、椭圆形等；俯仰转动机构40可以为电动机（例如微型电动机），则俯仰转动机构40的转轴部A是指电动机的转轴；容器内物料表面的物位参数可以包括最高物位值、最低物位值、平均物位值、物料质量和/或物料体积等；测量点的物位参数可以是测量点处物料的物位值。

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，本实用新型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。物料的状态可以为固态、液态、固液混合态等。

在本实用新型实施例公开的一种实施方式中，预设固定角度可以是指测量信号的发射方向与信号反射机构30靠近检测电路20的一端所成锐角的角度，例如可以是30°、45°、60°等。与之相反，在本实用新型实施例公开的另一种实施方式中，预设固定角度也可以是指测量信号的发射方向与信号反射机构30远离检测电路20的一端所成钝角的角度，例如可以为150°、135°、120°等。可以理解的是，第一预设位置、第二预设位置、第一安装位和预设固定角度均可根据三维扫描装置的实际应用工况和用户拟取得的测量效果进行适应性调整，本实用新型实施例对此不进行限制。

示例性地，三维扫描装置的工作原理可以具体如下：

检测电路20持续或断续产生并发射测量信号。由于信号反射机构30与俯仰转动机构40的转轴部A的第一安装位固定连接，因此，当转轴部A在俯仰方向上转动时，信号反射机构30跟随转轴部A在俯仰方向上转动，又因为检测电路20产生的测量信号的发射方向与信号反射机构30成预设固定角度，所以经信号反射机构30反射后的测量信号会在俯仰方向上形成多个射出角度，测量信号在被检测电路20发射并经信号反射机构30反射后会到达物料表面位于俯仰方向上的多个测量点处，此时，具有不同射出角度的各个测量信号会在对应测量点处对应形成回波信号，这些回波信号回射向信号反射机构30并被信号反射机构30再次反射至检测电路20，检测电路20就能计算出俯仰方向上物料表面的至少一个测量点的物位参数，实现了三维扫描装置在俯仰方向上的扫描测量。

此外，由于俯仰转动机构40设置在水平旋转机构10的第一预设位置处，检测电路20固定在水平旋转机构10的第二预设位置处，信号反射机构30与俯仰转动机构40的转轴部A的第一安装位固定连接，因而在水平旋转机构10执行水平方向上旋转的运动过程中，检测电路20、信号反射机构30和俯仰转动机构40将跟随水平旋转机构10执行水平方向上同步的旋转运动，这样一来，经信号反射机构30反射后的测量信号也会在水平方向上形成多个射出角度，测量信号在被检测电路20发射并经信号反射机构30反射后会到达物料表面位于水平方向上的多个测量点处，此时，具有不同射出角度的各个测量信号会在对应测量点处对应形成回波信号，这些回波信号回射向信号反射机构30并被信号反射机构30再次反射至检测电路20，检测电路20就能计算出水平方向上物料表面的至少一个测量点的物位参数，实现了三维扫描装置在水平方向上的扫描测量；最终，检测电路20整合全部测量点的物位参数即可计算出容器内物料表面的物位参数。

综上所述，本实用新型实施例一方面通过检测电路、水平旋转机构、信号反射机构和俯仰转动机构的协同配合，从水平和俯仰两个方向对容器内物料表面进行三维扫描测量；另一方面，本实用新型实施例将检测电路（相当于背景技术中的主控板和高频板）整体固定在水平旋转机构上，因此，主控板和高频板均执行同步水平运动，主控板和高频板之间无相对运动，即使主控板和高频板之间连有通讯或供电用线缆，线缆也完全不受影响，减少了线缆的损耗，利于提升三维扫描装置的可靠性，并延长三维扫描装置的使用寿命。

需要说明的是，俯仰转动机构的转轴部的转动方式和水平旋转机构的旋转方式可以有多种，以下进行具体说明。

在本实用新型实施例公开的一种实施方式中，图4是本实用新型实施例提供的又一种俯仰反射式三维扫描装置的结构示意图。参见图4，可选地，转轴部在俯仰方向上沿第一预设方向连续转动；检测电路具体用于识别并根据转轴部在预设转动范围内连续转动过程中所对应的测量信号和回波信号，计算出容器内物料表面的物位参数。

其中，第一预设方向可以是顺时针方向，或者可以是逆时针方向。

可以理解的是，在转轴部连续转动的过程中，固定在转轴部的第一安装位的信号反射机构随之连续转动，如此一来，经信号反射机构反射后的测量信号不仅会到达物料表面，还可能扫描到容器内壁、容器中的其他结构（例如横梁、加热盘管和/或人梯）、水平旋转机构等，这就导致三维扫描装置产生了非必要的计算成本。有鉴于此，本实用新型实施例可以根据三维扫描装置的实际工况自适应设置预设转动范围（例如可以是[-90°,90°]），以使经信号反射机构反射后的测量信号只会到达物料表面，利于检测电路准确计算出容器内物料表面的物位参数，有效避免了非必要计算成本的产生。

在本实用新型实施例公开的另一种实施方式中，可选地，转轴部在第一预设范围内往复转动。

其中，若本实施方式与上一实施方式中三维扫描装置的实际工况一致，则第一预设范围可以等价于前述预设转动范围，即本实用新型实施例可以根据三维扫描装置的实际工况自适应设置第一预设范围，以使经信号反射机构反射后的测量信号只会到达物料表面，利于检测电路准确计算出容器内物料表面的物位参数。

在本实用新型实施例公开的又一种实施方式中，可选地，水平旋转机构在水平方向上沿第二预设方向连续旋转；或者，水平旋转机构在水平方向上的第二预设范围内往复旋转。

其中，第二预设方向可以是顺时针方向或逆时针方向；第二预设范围可以根据三维扫描装置的实际工况进行适应性改变，本实用新型实施例对此不作限定，例如第二预设范围可以是[-90°,100°]。

在本实用新型实施例公开的又一种实施方式中，可选地，还包括壳体和罩体；壳体与罩体固定连接，并形成密闭空间；水平旋转机构、检测电路、信号反射机构和俯仰转动机构均设置在密闭空间内；罩体被配置为被测量信号和回波信号穿透。

其中，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，示例性地，当三维扫描装置是3D微波扫描雷达时，罩体的材质可以是透波材质，例如塑料、陶瓷和玻璃等；当三维扫描装置是3D激光扫描雷达时，罩体的材质可以是激光可穿透的材质，例如玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯（Polymeric Methyl Methacrylate，PMMA）板材等。

在上述实施例的基础上，发明人发现现有3D微波扫描雷达中的电路和天线相互独立，并通过射频线缆连接，当天线执行机械运动以检测容器内物料表面形态时，电路与天线之间存在相对运动，这样射频线缆会长期处于摆动状态，进而容易导致射频线缆的老化失效，不仅降低了3D微波扫描雷达的可靠性，还会缩短3D微波扫描雷达的使用寿命。

有鉴于此，以3D微波扫描雷达为例，图2是本实用新型实施例提供的另一种俯仰反射式三维扫描装置的结构示意图。参见图2，可选地，还包括：

波导结构50，与检测电路20和/或水平旋转机构10固定连接，用于将检测电路20发射的测量信号定向引导至信号反射机构30，经信号反射机构30反射后到达物料表面的至少一个测量点处；以及，将物料表面的至少一个测量点处形成的回波信号经信号反射机构30反射后由波导结构50定向引导至检测电路20。

可选地，还包括：

天线结构60，通过连接件固定在转轴部A的第二安装位处，并与信号反射机构30的相对位置不变，用于对经信号反射机构30反射后的测量信号进行汇聚放大后射出，随着水平旋转机构10的旋转和俯仰转动机构40的转动，使得测量信号到达物料表面的至少一个测量点处；以及，将至少一个测量点处形成的回波信号引导至信号反射机构30，经信号反射机构30反射后最终被检测电路20所接收。

其中，波导结构50可以是任一种封闭波导或开波导，波导结构50的具体构造可以为空心圆柱体；连接件可以通过卡簧、卡扣、螺纹等结构将天线结构60和转轴部A连于一体。

可以理解的是，为了加强天线结构60对经信号反射机构30反射后的测量信号所起到的汇聚放大作用以及对回波信号的收集作用，第二安装位可以根据检测电路20产生的测量信号的发射方向、信号反射机构30与检测电路20产生的测量信号的发射方向所成预设固定角度等进行适应性调整。在本实用新型实施例公开的一种实施方式中，在第二安装位确定后，可以使经信号反射机构30反射后的测量信号的出射方向与天线结构60的中心轴共线。

示例性地，三维扫描装置的工作原理可以如下：

检测电路20持续或断续产生并发射测量信号；波导结构50将检测电路20发射的测量信号定向引导至信号反射机构30；信号反射机构30对测量信号进行反射；天线结构60对经信号反射机构30反射后的测量信号进行汇聚放大后射向物料表面；测量信号在物料表面的至少一个测量点处对应形成回波信号；天线结构60将回波信号引导至信号反射机构30；回波信号经信号反射机构30反射后再由波导结构50定向引导至检测电路20；检测电路20根据测量信号和回波信号即可计算出容器内物料表面的物位参数。

具体来说，由于信号反射机构30与俯仰转动机构40的转轴部A的第一安装位固定连接，天线结构60通过连接件固定在转轴部A的第二安装位处并与信号反射机构30的相对位置不变，因此，当转轴部A在俯仰方向上转动时，信号反射机构30和天线结构60会跟随转轴部A在俯仰方向上转动，又因为检测电路20产生的测量信号的发射方向与信号反射机构30成预设固定角度，所以经信号反射机构30反射后的测量信号会在俯仰方向上形成多个射出角度。之后，天线结构60对经信号反射机构30反射后的测量信号进行汇聚放大后射向物料表面，随着俯仰转动机构40的转动，测量信号会到达物料表面位于俯仰方向上的多个测量点处，此时，具有不同射出角度的各个测量信号会在对应测量点处对应形成回波信号，天线结构60将回波信号引导至信号反射机构30，经信号反射机构30反射后再由波导结构50将回波信号定向引导至检测电路20，检测电路20就能根据俯仰方向上的测量信号和回波信号计算出俯仰方向上物料表面的至少一个测量点的物位参数，进而实现了三维扫描装置在俯仰方向上的扫描测量。

此外，由于俯仰转动机构40设置在水平旋转机构10的第一预设位置处，检测电路20固定在水平旋转机构10的第二预设位置处，信号反射机构30与俯仰转动机构40的转轴部A的第一安装位固定连接，波导结构50与检测电路20和/或水平旋转机构10固定连接，天线结构60通过连接件固定在转轴部A的第二安装位处，因而在水平旋转机构10执行水平方向上旋转的运动过程中，检测电路20、信号反射机构30、俯仰转动机构40、波导结构50和天线结构60均会跟随水平旋转机构10执行水平方向上同步的旋转运动，这样一来，测量信号也会在水平方向上形成多个射出角度。之后，天线结构60对经信号反射机构30反射后的测量信号进行汇聚放大后射向物料表面，随着水平旋转机构10的旋转，测量信号会到达物料表面位于水平方向上的多个测量点处，此时，具有不同射出角度的各个测量信号会在对应测量点处对应形成回波信号，天线结构60将回波信号引导至信号反射机构30，经信号反射机构30反射后再由波导结构50将回波信号定向引导至检测电路20，检测电路20就能根据水平方向上的测量信号和回波信号计算出水平方向上物料表面的至少一个测量点的物位参数，进而实现了三维扫描装置在水平方向上的扫描测量。

基于此，首先，本实用新型实施例通过检测电路、波导结构、天线结构、水平旋转机构、信号反射机构和俯仰转动机构的协同配合，从水平和俯仰两个方向对容器内物料表面进行三维扫描测量；其次，本实用新型实施例将检测电路（相当于背景技术中的主控板和高频板）整体固定在水平旋转机构上，因此，主控板和高频板均执行同步水平运动，主控板和高频板之间无相对运动，即使主控板和高频板之间连有通讯或供电用线缆，线缆也完全不受影响，减少了线缆的损耗；最后，本实用新型实施例所提供三维扫描装置的检测电路与天线结构之间无需通过射频线缆连接，因而不存在射频线缆因长期处于摆动状态而老化失效的缺陷，克服了现有三维扫描装置的可靠性偏低、使用寿命较短等问题，提升了三维扫描装置的可靠性，延长了三维扫描装置的使用寿命。

需要说明的是，图2仅示例性示出了天线结构60为喇叭天线，不对本实用新型实施例构成限定；例如，除喇叭天线外，天线结构60可以是透镜天线等。

还需要说明的是，在三维扫描装置的持续工作过程中，通过连接件固定在转轴部的第二安装位处的天线结构会使转轴部单侧受力，长此以往，受力不均的转轴部容易加速俯仰转动机构的老化失效，甚至导致俯仰转动机构损坏。基于此，发明人创造性提出在转轴部上第二安装位的对侧加装配重，以免俯仰转动机构老化甚至是损坏。具体而言，继续参见图2，可选地，还包括：配重平衡件70，固定在转轴部A的第三安装位处，用于平衡天线结构60（和/或连接件）的重量；其中，第二安装位和第三安装位分别位于转轴部A的轴对称两侧。

在上述实施例的基础上，如背景技术所述，发明人还发现现有三维扫描装置会将高频板固定在天线上，高频板产生的微波信号经过天线射出，同时，天线需要固定在俯仰运动装置或俯仰运动支架上，俯仰运动装置或俯仰运动支架与水平运动装置或水平运动支架连接并随动做水平运动，进而使得天线从两个维度的多个角度上发射微波信号以执行三维检测。但是，由于三维扫描装置的主控板通常设置在水平运动装置或水平运动支架上，因而主控板与高频板之间会存在相对运动，这就使得主控板与高频板之间连接的通讯线缆、供电线缆等会受二者间相对运动的影响而产生较大损耗，严重影响三维扫描装置的使用寿命以及产品可靠性。

有鉴于此，继续以3D微波扫描雷达为例，继续参见图2，可选地，检测电路20包括信号收发电路与主控电路（图2中未示出）；

信号收发电路，与波导结构50相对设置，用于产生测量信号并接收回波信号；信号收发电路产生的测量信号经由波导结构50定向传输至信号反射机构30，并经信号反射机构30反射后到达物料表面的至少一个测量点处；测量信号在物料表面的至少一个测量点处形成的回波信号经信号反射机构30反射后，由波导结构50定向引导至信号收发电路；

主控电路安装在水平旋转机构10上，与信号收发电路、水平旋转机构10和俯仰转动机构40的相对位置不变；主控电路与信号收发电路、水平旋转机构10和俯仰转动机构40连接用的线缆不会发生相对的运动；主控电路至少用于实现与信号收发电路、水平旋转机构10和俯仰转动机构40之间的控制、通讯和/或供电功能，使得信号收发电路、水平旋转机构10和俯仰转动机构40正常工作，以及获取并根据水平旋转机构10的旋转信息、俯仰转动机构40的转动信息和信号收发电路传递的回波信号，得到物料表面的至少一个测量点的物位参数。

可选地，三维扫描装置还包括上位机90；上位机90，与主控电路连接，用于接收主控电路传递的物料表面的至少一个测量点的物位参数、水平旋转机构10的旋转信息及俯仰转动机构40的转动信息，以解析出物料表面的三维空间信息。

其中，上位机90可以选用单片机、工控机等；水平旋转机构10的旋转信息可以是指物料表面上全部测量点所对应的水平旋转机构10的旋转角度；俯仰转动机构40的转动信息可以是指物料表面上全部测量点所对应的俯仰转动机构40的转动角度；物料表面的三维空间信息可以通过物料表面的三维形态图得以展现。

示例性地，三维扫描装置的工作原理可以如下：

信号收发电路持续或断续产生并发射测量信号；波导结构50将信号收发电路发射的测量信号定向引导至信号反射机构30；信号反射机构30对测量信号进行反射；天线结构60对经信号反射机构30反射后的测量信号进行汇聚放大后射向物料表面；测量信号在物料表面的至少一个测量点处对应形成回波信号；天线结构60将回波信号引导至信号反射机构30；回波信号经信号反射机构30反射后再由波导结构50定向引导至信号收发电路；主控电路获取并根据水平旋转机构10的旋转信息、俯仰转动机构40的转动信息和信号收发电路传递的回波信号，得到物料表面的多个测量点的物位参数；上位机90接收主控电路传递的物料表面的多个测量点的物位参数、水平旋转机构10的旋转信息及俯仰转动机构40的转动信息，以解析出物料表面的三维空间信息。

具体来说，由于信号反射机构30与俯仰转动机构40的转轴部A的第一安装位固定连接，天线结构60通过连接件固定在转轴部A的第二安装位处并与信号反射机构30的相对位置不变，因此，当转轴部A在俯仰方向上转动时，信号反射机构30和天线结构60会跟随转轴部A在俯仰方向上转动，又因为信号收发电路产生的测量信号的发射方向与信号反射机构30成预设固定角度，所以经信号反射机构30反射后的测量信号会在俯仰方向上形成多个射出角度。之后，天线结构60对经信号反射机构30反射后的测量信号进行汇聚放大后射向物料表面，随着俯仰转动机构40的转动，测量信号会到达物料表面位于俯仰方向上的多个测量点处，此时，具有不同射出角度的各个测量信号会在对应测量点处对应形成回波信号，天线结构60将回波信号引导至信号反射机构30，经信号反射机构30反射后再由波导结构50将回波信号定向引导至信号收发电路，主控电路获取并根据俯仰转动机构40的转动信息和信号收发电路传递的回波信号，得到俯仰方向上物料表面的至少一个测量点的物位参数，进而实现了三维扫描装置在俯仰方向上的扫描测量。

此外，由于俯仰转动机构40设置在水平旋转机构10的第一预设位置处，信号收发电路和主控电路（即检测电路20）固定在水平旋转机构10的第二预设位置处，信号反射机构30与俯仰转动机构40的转轴部A的第一安装位固定连接，波导结构50与检测电路20和/或水平旋转机构10固定连接，天线结构60通过连接件固定在转轴部A的第二安装位处，因而在水平旋转机构10执行水平方向上旋转的运动过程中，信号收发电路、主控电路、信号反射机构30、俯仰转动机构40、波导结构50和天线结构60均会跟随水平旋转机构10执行水平方向上同步的旋转运动，这样一来，测量信号也会在水平方向上形成多个射出角度。之后，天线结构60对经信号反射机构30反射后的测量信号进行汇聚放大后射向物料表面，随着水平旋转机构10的旋转，测量信号会到达物料表面位于水平方向上的多个测量点处，此时，具有不同射出角度的各个测量信号会在对应测量点处对应形成回波信号，天线结构60将回波信号引导至信号反射机构30，经信号反射机构30反射后再由波导结构50将回波信号定向引导至信号收发电路，主控电路获取并根据水平旋转机构10的旋转信息和信号收发电路传递的回波信号，得到水平方向上物料表面的至少一个测量点的物位参数，进而实现了三维扫描装置在水平方向上的扫描测量。

综上，因为安装在水平旋转机构上的主控电路与信号收发电路、水平旋转机构和俯仰转动机构的相对位置不变，并且主控电路与信号收发电路、水平旋转机构和俯仰转动机构连接用的线缆不会发生相对的运动，所以本实用新型实施例中的主控电路与信号收发电路之间的线缆不会产生较大损耗，利于提升三维扫描装置的可靠性，延长三维扫描装置的使用寿命。

在上述实施例的基础上，图3是本实用新型实施例提供的又一种俯仰反射式三维扫描装置的结构示意图。参见图3，可选地，还包括：

角度监测模块80，与转轴部A、信号反射机构30或天线结构60固定连接，并与主控电路实现电气相连，用于获取三维扫描装置在俯仰方向上的实际转动角度参数，以使主控电路根据实际转动角度参数对俯仰转动机构40在俯仰方向上的转动信息进行校准校正；以及，获取水平旋转机构10在水平方向上的实际旋转角度参数；

其中，实际转动角度参数至少包括转动角度或转动步数；实际旋转角度参数至少包括旋转角度或旋转步数。

可选地，主控电路安装在水平旋转机构10上，与信号收发电路、水平旋转机构10和俯仰转动机构40的相对位置不变；主控电路与信号收发电路、水平旋转机构10和俯仰转动机构40连接用的线缆不会发生相对的运动；主控电路与角度监测模块80实现电气连接，至少用于实现与信号收发电路、水平旋转机构10、俯仰转动机构40和角度监测模块80之间的控制、通讯和/或供电功能，使得信号收发电路、水平旋转机构10、俯仰转动机构40和角度监测模块80正常工作，以及获得并根据角度监测模块80获取的实际转动角度参数及实际旋转角度参数和信号收发电路传递的回波信号，得到物料表面的至少一个测量点的物位参数。

可选地，三维扫描装置还包括上位机90；上位机90，分别与主控电路和角度监测模块80连接，用于接收主控电路传递的物料表面的至少一个测量点的物位参数、角度监测模块80传递的实际转动角度参数及实际旋转角度参数，以解析出物料表面的三维空间信息。

其中，角度监测模块80可以是任一种角度传感器。

示例性地，三维扫描装置的工作原理可以如下：

信号收发电路持续或断续产生并发射测量信号；波导结构50将信号收发电路发射的测量信号定向引导至信号反射机构30；信号反射机构30对测量信号进行反射；天线结构60对经信号反射机构30反射后的测量信号进行汇聚放大后射向物料表面；测量信号在物料表面的至少一个测量点处对应形成回波信号；天线结构60将回波信号引导至信号反射机构30；回波信号经信号反射机构30反射后再由波导结构50定向引导至信号收发电路；角度监测模块80实时获取三维扫描装置在俯仰方向上的实际转动角度参数以及水平旋转机构10在水平方向上的实际旋转角度参数；主控电路获得并根据角度监测模块80获取的实际转动角度参数及实际旋转角度参数和信号收发电路传递的回波信号，得到物料表面的至少一个测量点的物位参数；上位机90接收主控电路传递的物料表面的至少一个测量点的物位参数、角度监测模块80传递的实际转动角度参数及实际旋转角度参数，以解析出物料表面的三维空间信息。

具体地，由于信号反射机构30与俯仰转动机构40的转轴部A的第一安装位固定连接，天线结构60通过连接件固定在转轴部A的第二安装位处并与信号反射机构30的相对位置不变，因此，当转轴部A在俯仰方向上转动时，信号反射机构30和天线结构60会跟随转轴部A在俯仰方向上转动，又因为信号收发电路产生的测量信号的发射方向与信号反射机构30成预设固定角度，所以经信号反射机构30反射后的测量信号会在俯仰方向上形成多个射出角度。之后，天线结构60对经信号反射机构30反射后的测量信号进行汇聚放大后射向物料表面，随着俯仰转动机构40的转动，测量信号会到达物料表面位于俯仰方向上的多个测量点处，此时，具有不同射出角度的各个测量信号会在对应测量点处对应形成回波信号，天线结构60将回波信号引导至信号反射机构30，经信号反射机构30反射后再由波导结构50将回波信号定向引导至信号收发电路。角度监测模块80实时获取三维扫描装置在俯仰方向上的实际转动角度参数；主控电路获取并根据实际转动角度参数和信号收发电路传递的回波信号，得到俯仰方向上物料表面的至少一个测量点的物位参数，进而实现了三维扫描装置在俯仰方向上的扫描测量。

此外，由于俯仰转动机构40设置在水平旋转机构10的第一预设位置处，信号收发电路和主控电路（即检测电路20）固定在水平旋转机构10的第二预设位置处，信号反射机构30与俯仰转动机构40的转轴部A的第一安装位固定连接，波导结构50与检测电路20和/或水平旋转机构10固定连接，天线结构60通过连接件固定在转轴部A的第二安装位处，因而在水平旋转机构10执行水平方向上旋转的运动过程中，信号收发电路、主控电路、信号反射机构30、俯仰转动机构40、波导结构50和天线结构60均会跟随水平旋转机构10执行水平方向上同步的旋转运动，这样一来，测量信号也会在水平方向上形成多个射出角度。之后，天线结构60对经信号反射机构30反射后的测量信号进行汇聚放大后射向物料表面，随着水平旋转机构10的旋转，测量信号会到达物料表面位于水平方向上的多个测量点处，此时，具有不同射出角度的各个测量信号会在对应测量点处对应形成回波信号，天线结构60将回波信号引导至信号反射机构30，经信号反射机构30反射后再由波导结构50将回波信号定向引导至信号收发电路。角度监测模块80实时获取水平旋转机构10在水平方向上的实际旋转角度参数。主控电路获取并根据实际旋转角度参数和信号收发电路传递的回波信号，得到水平方向上物料表面的至少一个测量点的物位参数，进而实现了三维扫描装置在水平方向上的扫描测量。

由此可见，一方面，本实用新型实施例中，安装在水平旋转机构上的主控电路与信号收发电路、水平旋转机构和俯仰转动机构的相对位置不变，并且主控电路与信号收发电路、水平旋转机构和俯仰转动机构连接用的线缆不会发生相对的运动，因此，主控电路与信号收发电路之间的线缆不会产生较大损耗，利于提升三维扫描装置的可靠性，延长三维扫描装置的使用寿命。另一方面，本实用新型实施例通过角度监测模块获取了三维扫描装置在俯仰方向上的实际转动角度参数，进而使得主控电路可以根据实际转动角度参数对俯仰转动机构在俯仰方向上的转动信息进行校准校正，进一步提高了三维扫描装置的扫描精度。

需要说明的是，图1、图2、图3和图4均示例性示出了俯仰转动机构40的转动方向（沿检测电路20向信号反射机构30的视入方向看）为顺时针方向，水平旋转机构10的旋转方向（沿检测电路20向水平旋转机构10的视入方向看）为逆时针方向，不作为对本实用新型实施例的限定。

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，本实用新型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，只要能够实现本实用新型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，并不构成对本实用新型保护范围的限制。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。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种俯仰反射式三维扫描装置，其特征在于，包括水平旋转机构、检测电路、信号反射机构和俯仰转动机构；

所述俯仰转动机构设置在所述水平旋转机构的第一预设位置处，所述俯仰转动机构的转轴部在俯仰方向上转动；

所述检测电路，固定在所述水平旋转机构的第二预设位置处，至少用于产生以及发射测量信号并接收回波信号，以根据所述测量信号和所述回波信号计算出容器内物料表面的物位参数；

所述信号反射机构，与所述转轴部的第一安装位固定连接且与所述检测电路产生的所述测量信号的发射方向成预设固定角度，用于随着所述水平旋转机构的旋转和所述俯仰转动机构的转动，使得所述测量信号发射后经所述信号反射机构反射后到达所述物料表面的至少一个测量点处；以及，将所述测量信号在所述物料表面的至少一个所述测量点处对应形成的所述回波信号再次反射至所述检测电路，并被所述检测电路接收，以形成所述物料表面的至少一个所述测量点的物位参数；

所述水平旋转机构，用于在执行水平方向上旋转的运动过程中，带动所述检测电路、所述信号反射机构和所述俯仰转动机构执行同步的水平方向上的旋转运动；

其中，还包括：配重平衡件，固定在所述转轴部的第三安装位处，用于平衡天线结构的重量；所述转轴部的第二安装位和所述第三安装位分别位于所述转轴部的轴对称两侧；

优选地，所述水平旋转机构在水平方向上沿第二预设方向连续旋转；

或者，所述水平旋转机构在水平方向上的第二预设范围内往复旋转。

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：

波导结构，与所述检测电路和/或所述水平旋转机构固定连接，用于将所述检测电路发射的所述测量信号定向引导至所述信号反射机构，经所述信号反射机构反射后到达所述物料表面的至少一个所述测量点处；以及，将所述物料表面的至少一个所述测量点处形成的所述回波信号经所述信号反射机构反射后由所述波导结构定向引导至所述检测电路。

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：

天线结构，通过连接件固定在所述转轴部的第二安装位处，并与所述信号反射机构的相对位置不变，用于对经所述信号反射机构反射后的所述测量信号进行汇聚放大后射出，随着所述水平旋转机构的旋转和所述俯仰转动机构的转动，使得所述测量信号到达所述物料表面的至少一个所述测量点处；以及，将至少一个所述测量点处形成的所述回波信号引导至所述信号反射机构，经所述信号反射机构反射后最终被所述检测电路所接收。

4.根据权利要求2所述的三维扫描装置，其特征在于，所述检测电路包括信号收发电路与主控电路；

所述信号收发电路，与所述波导结构相对设置，用于产生所述测量信号并接收所述回波信号；所述信号收发电路产生的所述测量信号经由所述波导结构定向传输至所述信号反射机构，并经所述信号反射机构反射后到达所述物料表面的至少一个所述测量点处；所述测量信号在所述物料表面的至少一个所述测量点处形成的所述回波信号经所述信号反射机构反射后，由所述波导结构定向引导至所述信号收发电路；

所述主控电路安装在所述水平旋转机构上，与所述信号收发电路、所述水平旋转机构和所述俯仰转动机构的相对位置不变；所述主控电路与所述信号收发电路、所述水平旋转机构和所述俯仰转动机构连接用的线缆不会发生相对的运动；所述主控电路至少用于实现与所述信号收发电路、所述水平旋转机构和所述俯仰转动机构之间的控制、通讯和/或供电功能，使得所述信号收发电路、所述水平旋转机构和所述俯仰转动机构正常工作，以及获取并根据所述水平旋转机构的旋转信息、所述俯仰转动机构的转动信息和所述信号收发电路传递的所述回波信号，得到所述物料表面的至少一个所述测量点的所述物位参数。

5.根据权利要求4所述的三维扫描装置，其特征在于，还包括：

角度监测模块，与所述转轴部、所述信号反射机构或天线结构固定连接，并与所述主控电路实现电气相连，用于获取所述三维扫描装置在俯仰方向上的实际转动角度参数，以使所述主控电路根据所述实际转动角度参数对所述俯仰转动机构在俯仰方向上的转动信息进行校准校正；以及，获取所述水平旋转机构在水平方向上的实际旋转角度参数；

其中，所述实际转动角度参数至少包括转动角度或转动步数；所述实际旋转角度参数至少包括旋转角度或旋转步数。

6.根据权利要求5所述的三维扫描装置，其特征在于，所述主控电路安装在所述水平旋转机构上，与所述信号收发电路、所述水平旋转机构和所述俯仰转动机构的相对位置不变；所述主控电路与所述信号收发电路、所述水平旋转机构和所述俯仰转动机构连接用的线缆不会发生相对的运动；所述主控电路与所述角度监测模块实现电气连接，至少用于实现与所述信号收发电路、所述水平旋转机构、所述俯仰转动机构和所述角度监测模块之间的控制、通讯和/或供电功能，使得所述信号收发电路、所述水平旋转机构、所述俯仰转动机构和所述角度监测模块正常工作，

以及获得并根据所述角度监测模块获取的所述实际转动角度参数及所述实际旋转角度参数和所述信号收发电路传递的所述回波信号，得到所述物料表面的至少一个所述测量点的所述物位参数。

7.根据权利要求6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上位机；

所述上位机，与所述主控电路连接，用于接收所述主控电路传递的所述物料表面的至少一个所述测量点的所述物位参数、所述水平旋转机构的旋转信息及所述俯仰转动机构的转动信息，以解析出所述物料表面的三维空间信息；

或者，所述上位机，分别与所述主控电路和所述角度监测模块连接，用于接收所述主控电路传递的所述物料表面的至少一个所述测量点的所述物位参数、所述角度监测模块传递的所述实际转动角度参数及所述实际旋转角度参数，以解析出所述物料表面的三维空间信息。

8.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；

所述水平旋转机构、所述检测电路、所述信号反射机构和所述俯仰转动机构均设置在所述密闭空间内；

所述罩体被配置为被所述测量信号和所述回波信号穿透。

9.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于，所述转轴部在俯仰方向上沿第一预设方向连续转动；

所述检测电路具体用于识别并根据所述转轴部在预设转动范围内连续转动过程中所对应的所述测量信号和所述回波信号，计算出所述容器内所述物料表面的所述物位参数。

10.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于，所述转轴部在第一预设范围内往复转动。