CN220894530U - 一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置，包括结构框架连接的微波毫米波分系统、信号采集处理分系统和智能识别分系统；结构框架包括两组并列布置的立柱和连接在立柱顶部的横梁，微波毫米波分系统的毫米波前端连接在立柱上，毫米波前端具有开关阵列，开关阵列的单个阵面包含至少两个发射通道和接收通道，两类通道排列形成矩形，发射通道位于矩形的上下两边沿，接收通道位于矩形的左右两边沿，多个阵面在水平方向和竖直方向均等间距排布，多个阵面之间的天线间距均相等。

Description

一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置

技术领域

本实用新型涉及毫米波成像技术领域，具体为一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

工业生产中，制造完毕的产品封箱包装之后经过运输线输送至仓库，期间需要对产品生产和包装的各个环节设置无损检测流程，在不损坏已有产品和包装的前提下，对产品进行检测。

实现工业无损检测常用的方法主要有机器视觉检测、X射线检测方式等。机器视觉无法检测已经完成包装的产品，X射线虽然具有较高的准确性和实时性能，但具有一定辐射，使用和维护均极为不便。一些毫米波成像技术可以检测到包装物内部的产品，常用于检测烟箱内是否缺条，但需要配合输送设备(例如传送带)使用，导致装置的整体体积和占地面积庞大。

实用新型内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本实用新型提供一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置，应用二维稀疏阵列成像技术，在微波分系统的毫米波前端设置数量大于2并且排列成矩形的收发通道，通过对应的天线向目标区域发射检测信号并接收目标散射信号，能够在实现无损检测的同时省略体积庞大的传送系统，使得装置整体的占地面积更小。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型的第一个方面提供一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置，包括结构框架，结构框架上连接微波毫米波分系统、信号采集处理分系统和智能识别分系统；微波毫米波分系统向待测产品发出毫米波信号并接收回波信号，信号采集处理分系统根据微波毫米波分系统接收的回波信号转换为图像数据，并利用智能识别分系统实现检测；

其中，结构框架包括两组并列布置的立柱和连接在立柱顶部的横梁，微波毫米波分系统的毫米波前端连接在立柱上，毫米波前端具有开关阵列，开关阵列的单个阵面包含至少两个发射通道和至少两个接收通道，两类通道排列形成矩形，发射通道位于矩形的上下两边沿，接收通道位于矩形的左右两边沿，多个阵面在水平方向和竖直方向均等间距排布，多个阵面之间的天线间距均相等。

进一步的，开关阵列包括发射天线阵列和接收天线阵列，两阵列中均具有天线，接收天线阵列中的天线连接变频电路。

进一步的，微波毫米波分系统包括频率综合器、变频器和毫米波前端，频率综合器产生同步工作时钟及检测所需的宽带信号，宽带信号经过变频器处理得到成像所需的毫米波信号，并输入到毫米波前端中。

进一步的，毫米波前端的开关阵列分配毫米波信号，通过对应的天线朝向检测区域发射，同时毫米波前端接收目标散射信号，经过变频电路处理得到解调中频信号发送给信号采集处理分系统。

进一步的，频率综合器采用直接频率合成结合混频方案，或双路直接频率合成方案。

进一步的，频率综合器输出两路存在固定频率差的步进频连续波信号，根据预设的跳频间隔时间，从起始频率进行跳频，到终止频率停止，再回到起始频点。

进一步的，变频器为混频方案、倍频结合混频方案或多功能收发芯片方案中的任意一种。

进一步的，毫米波前端内设有至少4个开关网络，用于控制对应的开关阵列。

进一步的，变频电路为倍频结合混频电路的形式，该混频电路为基波混频或谐波混频。

进一步的，毫米波前端的天线为线极化形式或圆极化形式。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

1、应用二维稀疏阵列成像技术，在微波分系统的毫米波前端设置数量大于二并且排列成矩形的收发通道，通过对应的天线向目标区域发射检测信号并接收目标散射信号，能够在实现无损检测的同时省略体积庞大的传送系统，使得装置整体的占地面积更小。

2、将各分系统集成在“门”型的结构框架上，并以结构框架两立柱之间的空间为检测区域，能够使装置结构更加集成，检测速度提升。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型提供的工业检测装置结构示意图；

图2是本实用新型提供的微波分系统原理图；

图3是本实用新型提供的智能识别分系统工作流程图；

图4是本实用新型提供的人机交互界面示意图。

图1中：100微波分系统、200信号采集处理分系统、300智能识别分系统；

图2中：110频率综合器、120变频器、130毫米波前端；

图3中：131天线、132发射天线阵列、133接收天线阵列、134变频电路。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术中所描述的，现有技术虽然可以利用毫米波方式实现产品无损检测，但需要配合传送带等设备，导致体积和占地面积巨大。以下实施例给出一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置，应用二维稀疏阵列成像技术，在微波分系统的毫米波前端设置数量大于2并且排列成正方形的收发通道，通过对应的天线向目标区域发射检测信号并接收目标散射信号，能够在实现无损检测的同时省略体积庞大的传送系统，使得装置整体的占地面积更小。

如图1-图4所示，一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置，包括结构框架，结构框架上连接微波毫米波分系统、信号采集处理分系统和智能识别分系统；微波毫米波分系统向待测产品发出毫米波信号并接收回波信号，信号采集处理分系统根据微波毫米波分系统接收的回波信号转换为图像数据，并利用智能识别分系统实现检测；

其中，结构框架包括两组并列布置的立柱和连接在立柱顶部的横梁，微波毫米波分系统的毫米波前端连接在立柱上，毫米波前端具有开关阵列，开关阵列的单个阵面包含至少两个发射通道和至少两个接收通道，两类通道排列形成矩形，发射通道位于矩形的上下两边沿，接收通道位于矩形的左右两边沿，多个阵面在水平方向或竖直方向两组等间距排布，多个阵面之间的天线间距均相等。

具体的，装置包括连接在结构框架上的微波毫米波分系统100、信号采集处理分系统200和智能识别分系统300。

如图2所示，微波毫米波分系统100包含频率综合器110、变频器120和毫米波前端130，频率综合器110用于产生各个分系统所需的同步工作时钟及检测所需的宽带信号，宽带信号经过变频器120之后得到成像所需的毫米波信号，并输入到毫米波前端130中，毫米波前端130中具有开关阵列，将毫米波信号进行分配，然后分别通过不同的天线131发射向目标所在区域，同时毫米波前端接收目标散射信号，经过其中的变频电路134处理得到解调中频信号。毫米波前端130还集成有波控功能，用于控制毫米前端天线阵列的切换顺序和工作模式。

频率综合器110可以采用直接频率合成结合混频方案，也可采用双路直接频率合成方案，输出两路存在固定频率差的步进频连续波信号，按照预设的跳频间隔时间自动从起始频率进行跳频，到终止频率停止，而后自动回到起始频点。

本实施例中，频率综合器110采用双路直接频率合成方案，输出两路存在固定频率差的步进频连续波信号，按照预设的跳频间隔时间自动从起始频率进行跳频，到终止频率停止，而后自动回到起始频点。

本实施例中，频率综合器110的工作模式、工作参数可根据系统要求进行调整，并回传当前工作状态。

变频器120可以是混频方案，也可以是倍频结合混频方案，或者采用多功能收发芯片方案。

本实施例中，变频器120采用多功能收发芯片方案。

开关阵列包括发射天线阵列132和接收天线阵列133，两阵列中均具有天线131，接收天线阵列133中的天线131连接变频电路134。

毫米波前端130中，开关阵列的单个阵面包含M(M≥2，且为正整数)个发射通道和N(N≥2，且为正整数)个接收通道，收发通道排列成矩形，发射通道位于矩形的上下两边，接收通道位于矩形的左右两边。多个阵面按照水平方向两个竖直方向两个等间距排布，多个阵面之间的天线间距均相等。

本实施例中，毫米波前端130的单个阵面包含64个发射通道和64个接收通道，相邻通道间距8.4mm，收发通道排列成一个正方形，发射通道位于正方形的左右两侧，接收通道位于正方形的上下两侧。多个阵面按照水平方向两个竖直方向两个等间距排布，多个阵面之间天线间距均相等。

毫米波前端130内集成有4个开关网络，其中两个用于发射天线，另外两个用于接收天线，开关网络可以采用功分网络结合开关网络的方式实现，也可以采用全开关网络的方式实现。本实施例中，两个发射天线阵列132采用全开关网络的方式，确保发射天线可以单个通道工作；两个接收天线阵列133的采用功分网络结合开关网络的方式，确保接收天线所有通道同时工作。

毫米波前端130内集成有变频电路134，该变频电路采用倍频结合混频电路的形式，该混频电路可以是基波混频，也可以是谐波混频。本实施例中，该变频电路134采用基波混频电路的形式。

本实施例中，毫米波前端130的天线阵列131采用贴片结合喇叭的垂直线极化天线形式，也可以是圆极化形式。

信号采集处理分系统200由数据采集单元和处理单元两部分组成，其中数据采集单元用于获取微波分系统的正交解调信号，送入处理单元进行成像计算，得出三维图像矩阵，并输出到智能识别分系统，传输与成像计算可同时进行。处理单元可同毫米波前端130的波控进行通信，实现工作模式控制，其具体工作流程如图3所示。

信号采集处理分系统200的采集通道耦合方式可以是直流耦合，也可以是交流耦合，中频信号输入形式可以是单端信号，也可以是差分信号，采集通道数量与接收通道数量相对应，硬件平台可以是FPGA或者GPU。

本实施例中，信号采集处理分系统200的采集通道采用直流耦合的方式，中频信号以单端信号的形式输入，采集通道数量与接收通道数量相对应，即为64个，采用FPGA作为硬件处理平台。

信号采集处理分系统200执行的程序算法为现有技术，本实施例不做详细赘述。

智能识别分系统300根据工业检测的需求，对信号采集处理分系统200产生的图像进行图像分割、图像质量检测、目标检测、物品分类检测等，并实现设备的灵活控制、检测结果显示、存储、回溯功能，使得设备更灵活可控，使用方便。系统平台为NPU，具有人机交互界面，人机交互界面如图3所示，分为检测结果显示区、参数配置区、检测统计区以及状态检测区。

智能识别分系统300执行的程序算法同样为现有技术，本实施例不做详细赘述。

综上所述，本实施例采用两维稀疏毫米波合成孔径雷达成像原理进行在线检测，检测分辨率高，同时结合智能化的深度学习技术对图片进行在线实时检测，检测更精确，两个方向维度均使用电子扫描的方式获取数据，省略了传送装置，占地小，且能够实现更快速率的实时成像与检测，可以应用于对检测效率具有更高要求的产业。

采用二维稀疏阵列成像技术，省略了体积庞大的传送系统，占地小；检测速度大幅度提升；结合智能化的深度学习技术，检测更精确；检测结果实时上传到云端，方便质量追溯；符合绿色环保理念。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置，包括结构框架，结构框架上连接微波毫米波分系统、信号采集处理分系统和智能识别分系统；微波毫米波分系统向待测产品发出毫米波信号并接收回波信号，信号采集处理分系统根据微波毫米波分系统接收的回波信号转换为图像数据，并利用智能识别分系统实现检测，其特征在于：

所述结构框架包括两组并列布置的立柱和连接在立柱顶部的横梁，所述微波毫米波分系统的毫米波前端连接在立柱上，所述毫米波前端具有开关阵列，所述开关阵列的单个阵面包含至少两个发射通道和至少两个接收通道，两类通道排列形成矩形，所述发射通道位于矩形的上下两边沿，所述接收通道位于矩形的左右两边沿，多个阵面在水平方向和竖直方向均等间距排布，多个阵面之间的天线间距均相等。

2.如权利要求1所述的一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置，其特征在于，所述开关阵列包括发射天线阵列和接收天线阵列，两阵列中均具有天线，接收天线阵列中的天线连接变频电路。

3.如权利要求1所述的一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置，其特征在于，所述微波毫米波分系统包括频率综合器、变频器和毫米波前端，频率综合器产生同步工作时钟及检测所需的宽带信号，宽带信号经过变频器处理得到成像所需的毫米波信号，并输入到毫米波前端中。

4.如权利要求1所述的一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置，其特征在于，所述毫米波前端的开关阵列分配毫米波信号，通过对应的天线朝向检测区域发射，同时毫米波前端接收目标散射信号，经过变频电路处理得到解调中频信号发送给信号采集处理分系统。

5.如权利要求3所述的一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置，其特征在于，所述频率综合器采用直接频率合成结合混频方案，或双路直接频率合成方案。

6.如权利要求3所述的一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置，其特征在于，所述频率综合器输出两路存在固定频率差的步进频连续波信号，根据预设的跳频间隔时间，从起始频率进行跳频，到终止频率停止，再回到起始频点。

7.如权利要求3所述的一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置，其特征在于，所述变频器为混频方案、倍频结合混频方案或多功能收发芯片方案中的任意一种。

8.如权利要求1所述的一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置，其特征在于，所述毫米波前端内设有至少4个开关网络，用于控制对应的开关阵列。

9.如权利要求2所述的一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置，其特征在于，所述变频电路为倍频结合混频电路的形式，该混频电路为基波混频或谐波混频。

10.如权利要求1所述的一种基于两维稀疏阵列成像技术的工业检测装置，其特征在于，所述毫米波前端的天线为线极化形式或圆极化形式。