一种多维度机械臂3D雷达物位扫描仪的制作方法

本发明涉及雷达电磁波3d物位扫描仪，特别是涉及一种多维度机械臂3d雷达物位扫描仪。

背景技术：

目前在工业生产领域内，散装固体物料在封闭料仓内的精确检测、控制、计量越来越重要并越来越受到重视，以往的单点料位检测已经不能满足企业的生产过程中的计量与控制要求。所以一些3d物位检测产品就应运而生，目前行业内类似功能的仪表主要有：声波3d物位扫描仪、多点电磁波3d物位扫描仪。

声波3d物位扫描仪：由于发送的低频率脉冲，本身声波的抗干扰的能力远不如电磁波，而发送的频率比较低，对于穿透粉尘比较大的工况，声波根本不能测量，从发射原理来讲，脉冲是每隔一个时间周期发送一个信号，信号碰到测量物体，反射回去根据时间差测量距离。噪音对声波影响很大。

电磁波3d物位扫描仪：通过固定的多个雷达探头检测不同固定位置的物料表面高度，然后通过软件模拟计算物料体积，模拟成像，价格比较高，准确度差。

现有技术中，雷达物位计的原理是雷达发射的电磁波通过天线系统发射并接收，在发射与接收过程中通过软件计算转换成物位信号。根据体制可以分为调频连续波(fmcw)或者脉冲波雷达。雷达物位计可以在回波反射极弱的调节下识别到反射信号，从而保证物位计的可靠、精准的测量。目前雷达物位计的缺点是：只能测量在固定的安装位置对应的物料高度。如需要测量被测固体体积、或者想了解被测固体在料仓内的具体分布(由于固定有安息角，不能像液体那样计算，液面是一个平面)，目前的雷达技术就做不到了。

现有技术中雷达固定多点测量、模拟3d成像显示的电磁波物位扫描仪的原理是采用多个雷达发射与接收探头，采集尽量多的物料表面高度。数字信号处理器对接受的信号进行采样和分析，从而对存放物料进行模拟的物位、体积和质量测量，通过3d绘图方式呈现容器的内存物料的分布情况，将其显示出来或发送的远程计算机屏幕上。这种扫描仪的缺点是：1.价格比较昂贵。2、得到的精度数据并不准确。3、得到的模拟物料图像失真。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种多维度机械臂3d雷达物位扫描仪，在单点雷达的基础上，通过改变雷达探头检测方向和位置，扫描出相应的块状、颗粒、粉末等固体物料的在料仓内的分布信息，从而对存放物料进行精确的测量，数字信号处理，对接受的信号进行采样分析，通过组态软件将料仓内料面的3d形状图像、物料高度、仓内物料体积、重量等信息显示到计算机的屏幕上。

本发明提供一种多维度机械臂3d雷达物位扫描仪，包括轨道、底座、第一机械臂(第一机械臂可以使用安装在轨道上的堆取料机或者航车、起重机等替代)、第二机械臂和雷达，所述的雷达安装在第二机械臂的端部，并且雷达能够在第二机械臂的端部回转往复运动；所述的第二机械臂的顶端套装在第一机械臂的端部，第一机械臂的顶端安装在法兰上，所述的法兰安装在底座上，底座安装在轨道上并且能够沿轨道的长度方向往复运动。

所述的雷达在沿轨道的长度方向往复运动的同时不断发射与接收雷达电磁波，从而取得被测物料的料位高度数据，并在电脑上显示开放式料堆或封闭料仓内散装物料的3d图像、料仓内部仓壁是否挂料，体现仓内物料的最高、最低和/或平均料位。

所述的第一机械臂沿水平方向做180度往复旋转，套装在第一机械臂里的第二机械臂做垂直方向的最大双向90度摆动，带动第二机械臂末端的雷达进行料仓内物料扫描。

所述的第二机械臂的端部设置有安装架，所述的雷达安装在安装架内。

所述的安装架通过左右两个轴承安装在第二机械臂上。

所述的第二机械臂中设置有步进电机，该步进电机的输出轴上设置有链盘，链盘上套设有链条或带齿皮带，通过链条或带齿皮带传动带动安装架及安装在安装架内的雷达回转往复运动。

所述的雷达为任何形式或外观的脉冲或调频连续波雷达。

所述的第一机械臂、第二机械臂和底座的运动由伺服电机或步进电机驱动。

所述的雷达的扫描路径根据料仓形状设定，并控制第一机械臂、第二机械臂和底座的运动轨迹。

所述的第一机械臂(第一机械臂可以使用安装在轨道上的堆取料机或者航车、起重机等替代)、第二机械臂和底座的运动速度根据雷达信号反馈速度控制快慢。

有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明利用单点脉冲或者调频连续波(fmcw)雷达反应速度快的优势，通过步进电机或者伺服电机系统进行两维度或者多维度的移动雷达探头检测方向的测量。这样一台仪表可以代替多台仪表，并且检测的信号点数量多，密度大，然后把测量的数据进行采样通过软件后期合成，在电脑屏幕上显示固体料仓内部物料形状的3d图像、料仓内部仓壁是否挂料、仓内物料最高、最低、平均料位，从而提高测量范围，提高性价比。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的具体实施方式一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1是所述的多维度机械臂3d雷达物位扫描仪的安装示意图。

图2是多维度机械臂3d雷达物位扫描仪的回转往复运动示意图。

图3是图2的雷达物位扫描仪的另一角度的回转往复运动示意图。

图4是图2的雷达物位扫描仪的另一角度的回转往复运动示意图。

图5是图2的雷达物位扫描仪的另一角度的回转往复运动示意图。

图6是图2的雷达物位扫描仪的另一角度的回转往复运动示意图。

图7是所述的多维度机械臂3d雷达物位扫描仪的立体安装示意图。

图8是所述的多维度机械臂3d雷达物位扫描仪的侧面视图。

图9是所述的多维度机械臂3d雷达物位扫描仪的正面视图。

具体实施方式

在下文中更详细地描述了本发明以有助于对本发明的理解。

如图1至图9所示，本发明所述的多维度机械臂3d雷达物位扫描仪包括轨道1、底座2、第一机械臂3(第一机械臂可以使用安装在轨道上的堆取料机或者航车、起重机等替代)、第二机械臂4和雷达5，所述的雷达安装在第二机械臂的端部，并且雷达能够在第二机械臂的端部回转往复运动；所述的第二机械臂的顶端套装在第一机械臂(第一机械臂可以使用安装在轨道上的堆取料机或者航车、起重机等替代)的端部，第一机械臂(第一机械臂可以使用安装在轨道上的堆取料机或者航车、起重机等替代)的顶端安装在法兰8上，所述的法兰安装在底座上，底座安装在轨道上并且能够沿轨道的长度方向往复运动。

所述的雷达在沿轨道的长度方向往复运动的同时不断发射与接收雷达电磁波，从而取得被测物料的料位高度数据，并在电脑上显示封闭料仓内散装物料的3d图像、料仓内部仓壁是否挂料，体现仓内物料的最高、最低和/或平均料位。

所述的第一机械臂沿水平方向做180度往复旋转，套装在第一机械臂里的第二机械臂做垂直方向的最大双向90度摆动，带动第二机械臂末端的雷达进行料仓内物料扫描。

所述的第二机械臂的端部设置有安装架6，所述的雷达安装在安装架内。

所述的安装架通过左右两个轴承9安装在第二机械臂上。

所述的第二机械臂中设置有步进电机13，该步进电机的输出轴上设置有链盘11，链盘上套设有链条或皮带12，通过链条或皮带传动带动安装架及安装在安装架内的雷达回转往复运动。

所述的雷达为任何形式或外观的脉冲或调频连续波雷达。

所述的第一机械臂、第二机械臂和底座的运动由伺服电机或步进电机驱动。

所述的雷达的扫描路径可以根据料仓形状，通过软件设定并控制第一机械臂、第二机械臂和底座的运动轨迹，第一机械臂、第二机械臂和底座的运动速度也可以通过软件根据雷达信号反馈速度控制快慢。

本发明所述的多维度机械臂3d雷达物位扫描仪的工作原理如下：

雷达仪表装在运动的载体上面，获取不同的测量位置，对电磁波进行数据采样后，通过计算机反映到屏幕上。

本发明通过软件控制步进电机或者伺服电机带动的两维度或多维度机械臂带动雷达对各种形状的料仓内部或者料堆进行扫描，通过rs485或者光纤传输在电脑屏幕上显示固体料仓内部物料形状的3d图像、料仓内部仓壁是否挂料的图像、仓内物料最高、最低、平均料位。

工作过程：

1.软件编程控制步进电机或伺服电机运动；

2.两维度或多维度机械臂带动雷达对料仓内或者料堆表面扫描；

3.脉冲或调频连续波雷达料位信号采集；

4.软件对雷达信号进行处理并传输到电脑；

5.在电脑显示屏上显示料仓内部物料形状的3d图像、料仓内部仓壁是否挂料的图像、仓内物料最高、最低、平均料位。

所以无论形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本专利的保护范围之内。

以上描述了本发明优选实施方式，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化。