CN109283259A - 一种超声波扫描装置及其应用与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波扫描装置及其应用与方法，属于超声检测领域，超声扫面装置包括至少一对圆柱状滚筒，每对圆柱状滚筒的轴心相互平行，每个圆柱状滚筒中均容置有用于传递超声波的液体，工作时，一对圆柱状滚筒围绕各自的轴心旋转，旋转方向相反，待检测对象从一对圆柱状滚筒间通过以接受超声波检测。该超声扫面装置能应用在锂离子电池检测领域中，通过获取检测对象中的超声图像，可以获取锂离子电池内部缺陷和健康状态。本发明的装置结构简单，使用方便，成本低廉，设计巧妙，在锂离子电池检测领域实际应用效果较好。

Description

一种超声波扫描装置及其应用与方法

技术领域

本发明属于超声检测领域，更具体地，涉及一种超声波扫描装置及其应用与方法。

背景技术

超声波是一种频率高于20kHz的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在液体和固体中传播距离远，可用于无损检测领域，可以检测待测物品中气泡、密度涨落、裂缝等。然而其在空气中的传播能力很差，特别是频率高于0.5MHz的超声波，在空气中衰减非常严重，很难通过空气耦合获得所需的超声信息，所以通常需要使用液体耦合剂填充在超声换能器与待测物品之间，以促进超声波的传导。

在实际应用中，要得到高品质的高频超声波扫描结果，待测物品往往需要浸没在水或其他液体介质中，难免带来污染。对于特殊的应用场合，待测物品(比如为锂离子电池)，是不允许有液体沾污的。

除了液体之外，超声波在固体中的衰减也比较小，所以，用固体介质填充在超声换能器和被测物品之间也是可行的选项。然而，固体介质的问题在于，其不具备可流动性，超声换能器和被测物品之间的相对位置固定，很难实现超声换能器对待测物品的机械扫描；而且当超声换能器从一个待测物品表面取下，去探测另一个待测物品之时，刚性固体介质会受到不可逆的破坏，其不具备连续扫描不同待测物品的能力。

因此，需要开发新型超声耦合方法或者装置，避免液体与待测物品之间的直接接触，也避免使用刚性固体介质与刚性待测物品直接接触，要求其使用方便，可反复多次使用，成本低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种超声波扫描装置及其应用与方法，其目的在于，采取固体与液体组合超声传导介质，将换能器置于灌有液体的滚筒中，滚筒外壁与待测物品接触，利用滚筒的旋转，实现换能器与待测物品之间的相对移动，进而实现超声机械扫描。本发明的装置结构简单，使用方便，成本低廉，设计巧妙，在锂离子电池检测领域实际应用效果较好。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种超声波扫描装置，其包括至少一对圆柱状滚筒，每对圆柱状滚筒的轴心相互平行，每个圆柱状滚筒中均容置有用于传递超声波的液体，工作时，一对圆柱状滚筒围绕各自的轴心旋转，旋转方向相反，待检测对象从一对圆柱状滚筒间通过以接受超声波检测，待测物品通过时，圆柱状滚筒自身或待测物品会发生弹性形变，使得待测物品与一对圆柱状滚筒均形成良好的接触，从而保证超声高效传播。

进一步的，其包括至少一对超声换能器，一对圆柱状滚筒中至少设置有一对超声换能器，一对超声换能器中的两个换能器分别对应设置在一对滚筒中的两个滚筒中，所述超声换能器具有发射或接收超声波的功能，超声换能器优选为平板超声换能器或聚焦超声换能器，其中平板超声换能器可以发射或接收直向传播的超声波，而聚焦超声换能器发射的超声波会汇聚到焦点区域；优选地，一对超声换能器相对安置，并且，所有超声换能器超声信号发射或者超声信号接收中心点的位置连线与两个滚筒的轴心共面，并且与两个滚筒的轴心垂直。这样设计的目的在于，超声波可以从其中一个换能器发射，穿过两个滚筒与待测物品，到达另一个换能器，全程不经过空气，从而得到精确的待测物品局部超声透射信号。

所有的换能器发射/接收中心点的位置都与两个滚筒的轴心共面。换能器在轴心方向来回往复运动的距离大于超声换能器间距。

进一步的，一对圆柱状滚筒间的间隙大小固定，

测量时，一对或者多对超声换能器沿滚筒的轴心方向来回往复直线运动，以此实现滚筒轴心方向超声换能器对待测物品的机械扫描，待测对象从间隙中通过时与两个滚筒壁同时接触，一对滚筒中的一个具有动力装置，能在动力装置驱动下以设定的角速度旋转，同时，另一个滚筒不具有动力装置，工作时在摩擦力的作用下跟随转动。

这样的设计是为了实现两个滚筒轴心所在平面的法线方向(定义为x方向)，超声换能器对待测物品的机械扫描。这里所述的间隙并不是必须的，如果待测物品非常薄，而滚筒的筒壁足够软，也可以在初始状态两个滚筒外壁直接接触，工作时待测物品利用筒壁的形变，挤进两个滚筒之间，并通过两个滚筒之间。

进一步的，一对圆柱状滚筒的轴心方向与水平面呈15°～90°夹角，滚筒为敞口容器。

进一步的，滚筒外壁面具有高分子材料，所述高分子材料优选为硅橡胶，这样可以保证刚性的待测物品在通过两个滚筒间的缝隙过程中，与两个滚筒均有良好的接触。优选地，该高分子材料中密封有液体。这样的设计比单独使用软质高分子的结构更加柔软，可以保证刚性的待测物品在通过两个滚筒间的过程中，与两个滚筒均有良好的接触。

进一步的，滚筒的方向与相对位置可以有如下三种设计：

第一种：两个滚筒高度相等，轴心方向与水平面垂直，包括一条水平传送带，传送带上放置有待检测的方形物品，传送带位于两个滚筒之间的下方，工作时携带待检测物品通过两个滚筒的间隙。这种装置在本发明中称为“竖筒式超声波扫描装置”，适用于对可以竖直放置在传送带上的物品进行超声扫描，比如对方形铝壳锂离子电池的扫描。

第二种：滚筒的轴心方向与水平面之间呈15-40°夹角，两个滚筒的轴心所在平面与水平面之间的夹角等于滚筒轴心与水平面之间的夹角；两个滚筒的轴心所在平面与水平面的交线与两个滚筒的轴心垂直；这种装置在本发明后文中称为“平排斜筒式超声波扫描装置”；待测物品从两个滚筒上方进入滚筒的间隙，在滚筒转动的带动下，通过间隙，落在两个滚筒下方。

第三种：两个滚筒底部圆心所在高度不相等，轴心方向与水平面呈15-80°夹角；两个滚筒的轴心所在平面与水平面垂直。这种装置在本发明后文中称为“竖排斜筒式超声波扫描装置”；待测物品放置在倾斜的传送带上，被送入滚筒的间隙，在滚筒转动的带动下，通过间隙，落在另一个倾斜的传送带上。

斜筒式超声波扫描装置(包括平排斜筒式超声波扫描装置和竖排斜筒式超声波扫描装置)适用于对厚度较薄、无法竖直放置的待测物品进行超声扫描，比如对软包锂离子电池的扫描。

进一步地，所述的滚筒直径大于100mm，这样可以保证滚筒外表面曲率半径足够大，软质高分子层只需在径向被稍稍压缩，即可实现与待测物品的较大面积的无缝接触。

进一步地，所述两个滚筒轴心方向与水平面呈15-90°夹角，这样可以保证在滚筒上端不密封的情况下，滚筒内的液体也不会流出。滚筒上端不密封，是为了方便超声换能器支架伸入滚筒，并相对滚筒运动。

按照本发明的第二个方面，提供如上所述超声波扫描装置在锂离子电池检测领域的应用，用于检测锂离子电池状态。

按照本发明的第三个方面，采用如上装置获得超声图像的方法，其具体为：

定义一对滚筒的轴心所在平面的法线方向为x，滚筒转动角速度为ω₁，工作过程中滚筒的轴心与待测物品间的最小距离为R，扫描时间为t，超声换能器对相对待测物品在x方向上的位移X＝ω₁R_t；

定义平行于滚筒轴心方向为y，超声换能器对在y方向上往复运动，频率为p，其位移Y与t的关系为Y＝f(t)；

超声换能器对在t时刻测到的信号强度为S，则对于确定的时刻t，X、Y、S均为已知量，由此建立起S和X、Y的关系，将S上伪色并根据S和X、Y的关系作图，该图为待测物品的超声图像，超声图像能反映待测物品不同位置的超声传播特性。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明装置中，采取固体与液体组合超声传导介质，将换能器置于灌有液体的滚筒中，滚筒外壁与待测物品接触，利用滚筒的旋转，实现换能器与待测物品之间的相对移动，进而实现超声机械扫描。本发明的装置结构简单，使用方便，成本低廉，设计巧妙，检测速度快，在锂离子电池检测领域实际应用效果较好。

本发明方法在锂离子电池检测中可以实现高精度快速超声波扫描分析，得到待测物品的超声透射特性与反射特性分布图，精确分析超声强度、超声飞行时间等物理量，信噪比远超空气耦合技术，同时又不存在液态介质污染电池的问题，可以清楚地观察到电池内部电解液分布情况以及极片制作缺陷，提高锂离子电池产品一致性，剔除缺陷电池。

附图说明

图1为本发明实施例中竖筒式超声波扫描装置的俯视截面图；

图2为本发明实施例中竖筒式超声波扫描装置的截面图；

图3为本发明实施例中竖筒式超声波扫描装置及传送带结构示意图；

图4为本发明实施例中超声换能器架及驱动其运动的曲柄连杆机构的结构示意图；

图5为本发明实施例中水平排布斜筒式超声波扫描装置示意图；

图6为本发明实施例中上下排布斜筒式超声波扫描装置截面示意图；

图7为本发明实施例中倾斜的传送带上放置待测物品的示意图；

图8为本发明实施例中筒壁具有高分子密封液体结构的圆筒截面结构示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-滚筒内壁 2-滚筒外壁 3-超声换能器

4-液体介质 5-待测物品 6-传送带

7-超声换能器架 8-滚筒支撑轴 9-滚筒

10-直线滑块 11-旋转曲柄 12-连杆

13-硅橡胶 14-液体

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明实施例中竖筒式超声波扫描装置的俯视截面图，由图可知，其包括一对圆柱状滚筒，每对圆柱状滚筒的轴心相互平行，圆柱状滚筒为敞口，其中均装有用于传递超声波的液体介质4，超声换能器3浸渍在液体介质中，其滚筒内壁1和滚筒外壁2为不同的材料制备，待测物品5位于两个滚筒之间的间隙内。

下面进一步结合具体的实施例和附图更加详细的说明本发明装置以及方法。

实施例1检测方形电池内部缺陷的竖筒式超声波扫描装置

方形铝壳锂离子电池是目前动力电池市场上常见的一种电池，其外观为方形，内部有卷绕或叠片而成的多层电极材料、隔膜、集流体，被电解液浸润。使用超声波可以检测内部极片缺陷、电解液注液分布、内部气体等，对保证电池质量意义重大。这个实施例里，以一种尺寸为150mm x 100mm x 30mm的方形铝壳锂离子电池为待测物品。

滚筒内壁为有机玻璃制成，外径200mm，壁厚3mm，高度为300mm，其底部封闭，上端敞开，轴心方向与水平面垂直，套有一层10mm厚的硅橡胶，作为滚筒外壁。硅橡胶外壁覆盖了有机玻璃内壁的大部分竖直表面，仅距离顶端20mm的区域不覆盖硅橡胶，该区域可与辅助轮接触，保证滚筒定位；滚筒间存在29mm的间隙，厚度30mm的方形电池可以随着滚筒的旋转通过该间隙，通过的过程中，硅橡胶滚筒外壁受到挤压发生微小形变，每侧的硅橡胶层最多被压缩0.5mm，使其和电池之间无缝紧密接触。考虑到硅橡胶层的形变，工作过程中滚筒的轴心与待测物品间的最小距离R＝109.5mm。

超声换能器采用换能片直径6mm的平板超声波换能器，一共有5对，分布安装在图2所示的超声换能器架的两个臂上，图2为本发明实施例中竖筒式超声波扫描装置的截面图，由图可知，换能器架7中设置有五对换能器，待测物品5位于传送带6上，竖直方向换能器中心的间距为20mm。换能器浸没在滚筒中的硅油里，硅油液面距离滚筒内部顶端50mm，以保证换能器架带着换能器在y方向往复运动过程中，不会有硅油溢出滚筒。这里选用硅油作为液体超声传导介质是因为其化学性质稳定、不挥发、无腐蚀性。换能器的中心与两个滚筒的轴心所在平面共面，与滚筒内壁的间距为3mm。超声换能器兼具发射和接收1MHz超声波的功能，一侧滚筒中超声换能器所发射的超声波可以穿透待测物品，被另一侧滚筒中的正对的超声换能器所捕获。

结合图1和图2可知整个竖筒式超声波扫描装置的结构，其中，图1是俯视图，图2是从x方向的侧视图。图3是本发明实施例中竖筒式超声波扫描装置及传送带结构示意图，其中，滚筒9内容置有传播超声波的液体介质，液体介质内放置有换能器架7，多对换能器设置在换能器架7上，待测物品依次排队设置在传送带6上，滚筒受到滚筒支撑轴8支撑而能以滚筒支撑为轴心旋转。

工作时，待测的方形电池放在图2和图3所示的传送带上，传送带的速度与滚筒的旋转保持同步，其速度v＝10mm/s，滚筒的角速度ω₁＝v/R＝1.826rad/s。图4为本发明实施例中超声换能器架及驱动其运动的曲柄连杆机构的结构示意图，由图可知，超声换能器架7在一个步进马达带动的类似曲柄连杆机构的作用下做直线往复运动，具体的，步进马达通过旋转曲柄11以及连杆12带动固定滑块10运动，进而通过固定滑块带动超声换能器架7运动，曲柄有效长度r＝10mm，连杆有效长度l＝15mm，步进电机的角速度恒定，为ω₂＝10π/s，也就是每秒钟5转。若初始状态t＝0，曲柄与连杆之间的夹角为0o，某个换能器相对于方形电池位于(X₀，Y₀)，则对于后续的某个时刻t，该超声换能器相对于方形电池位于(X，Y)，通过解三角形可以得到如下关系：

X＝X₀+ω₁tR＝X₀+10tmm/S

由此，该超声换能器在x,y平面内相对于待测物品的位置(X,Y)可通过时间t求出。

以固定振幅的方波电压脉冲激发该超声换能器，该超声换能器发出的超声波穿过本侧滚筒内硅油→本侧滚筒内壁→本侧滚筒外壁→方形电池→对面滚筒外壁→对面滚筒内壁→对面滚筒内硅油到达对面的另一个超声换能器，记录所接收到的超声振动波形，将最大峰-峰值记为S，每秒钟记录1000个最大峰-峰值及其对应时间t。将不同t时刻所得到的S,X,Y值做成伪色图，以长波长的红色表示透射信号强，短波长的蓝色表示透色型号弱，绿色表示透过信号适中，则可得到方形电池在该换能器扫描区域内的超声信号透射强度分布信息。将多个超声换能器各自扫描区域内的超声信号透过强度分布图拼接到一起，就可以得到整个电池的超声信号透过强度分布图。

若电池内有气体(或局部电解液没有浸润)，由于气液界面和气固界面会反射超声波，会导致局部的超声透射强度降低，表现在伪色图上，则为局部蓝色。若电池内部存在电极片褶皱，则会由于局部厚度差异以及褶皱引起的散射，导致超声透射信号降低，但程度通常低于局部有气体的情况。

还可利用超声反射信号判断气体的存在，超声换能器发射超声信号后，如果电池内有气体，则超声波会在微小的时间τ后反射回该换能器，也可以被测量到，τ越大，则气泡的位置距离该换能器越远。这样的反射模式无需用到对面的超声换能器。

实施例2检测方形橡胶块内部缺陷的竖筒式超声波扫描装置

这个实施例里，以一种尺寸为150mm x 100mm x 50mm的方形橡胶块为待测物品。超声扫描装置大部分结构与实施例1相同，仅做如下改变：

由于待测物品本身具有弹性，且总体厚度比实施例1中的方形电池厚20mm，所以两个滚筒并不需要硅橡胶外壁，直接让有机玻璃滚筒内壁与待测物品接触，利用待测物品本身的形变，使其通过间距49mm的滚筒间隙。

待测物品的z方向上厚度较厚，放置在转送带上也比较稳定，所以将传送带的宽度改为45mm，并将其位置提高至高于滚筒下沿，这样设计的好处是不再存在待测物品下沿的扫描盲区。

若待测物品内有直径大于2毫米的气泡，可用该扫描装置，发现x-y平面内该区域超声透过信号减小，而z方向的深度可以由反射信号的延时τ来确定，τ越大，则气泡的位置距离该换能器越远。

若待测物品内有一块直径5毫米的石子，可用该扫描装置，发现x-y平面内该区域超声透过信号增大；z方向的深度也可以由反射信号的延时τ来确定，τ越大，则气泡的位置距离该换能器越远。

实施例3检测软包电池内部缺陷的平排斜筒式超声波扫描装置

软包锂离子电池也是市场上常见的一种电池形式，外观通常也呈方形，但与方形铝壳电池不同，其封装材料为铝塑膜，内部通常为叠片工艺制造的多层电极材料、隔膜、集流体，被电解液浸润。其厚度通常小于15mm，边缘为铝塑膜的折边结构，无法竖直放在传送带上。为了解决软包锂离子电池的连续扫描问题，本发明公开了斜筒式超声波扫描装置。

与实施例1所述的竖筒式超声波扫描装置不同，平排斜筒式超声波扫描装置中，两个滚筒轴心方向与水平面之间呈15°到40°之间的夹角，围绕轴心旋转。在此实施例中，如图5所示，图5为本发明实施例中水平排布斜筒式超声波扫描装置示意图，两个滚筒轴心方向与水平面之间呈30°之间的夹角。图5为从z方向的视角，两个滚筒并排排列，只显示了一侧的滚筒内部结构，另一侧的滚筒被挡住。这样放置的好处在于：滚筒上端不密封的情况下，滚筒内的液体不会流出筒外，且可以保证没过滚筒内的换能器，保证超声传导。工作时，软包电池从两个滚筒上方进入滚筒的间隙，在滚筒转动的带动下，通过间隙，落在两个滚筒下方，被传送带带走，可实现连续扫描。

在本实施例中，待测软包电池的大小为80mm x 50mm x 6mm。

两个滚筒尺寸、规格完全一致。滚筒内壁由铝合金制成，其外径为120mm，高度为300mm，壁厚3mm，底端封闭，上端敞开。内壁外套有硅橡胶外壁，厚度为10mm，硅橡胶的覆盖区域为距离内壁底端10mm至距离内壁顶端100mm的区域。两个滚筒并排倾斜放置，没有高低之分，轴心方向与水平面之间呈30°夹角。滚筒内壁靠上没有外壁包裹的区域可与辅助轮接触，保证滚筒定位；滚筒间存在5mm的间隙，厚度6毫米的方形电池可以随着滚筒的旋转通过该间隙，通过的过程中，硅橡胶滚筒外壁受到挤压发生微小形变，每侧的硅橡胶层最多被压缩0.5mm，使其和电池之间无缝紧密接触。考虑到硅橡胶层的形变，工作过程中滚筒的轴心与待测物品间的最小距离R＝69.5mm，滚筒的转速恒定，为ω₁＝0.1439rad/s。滚筒内灌有硅油作为液体超声传导介质，硅油液面距离筒口50mm。

超声换能器采用换能片直径6mm的平板超声波换能器，一共有5对，分布安装在图5所示的超声换能器架的两个臂上，5对换能器中心点之间的距离为12mm。换能器浸没在滚筒中的硅油里，所有换能器的中心均与两个滚筒的轴心所在平面共面，与滚筒内壁的间距为3mm。超声换能器兼具发射和接收1MHz超声波的功能，一侧滚筒中超声换能器所发射的超声波穿透待测软包电池，被另一侧滚筒中的正对的超声换能器所捕获。超声换能器架在一个步进马达带动类似曲柄连杆机构的作用下做直线往复运动，曲柄有效长度r＝6mm，连杆有效长度l＝10mm，步进电机的角速度恒定，为ω₂＝10π/s，也就是每秒钟5转。所有换能器在y方向上的扫描范围为60mm。

电池以如图5所示的方向从两个滚筒间隙的上方，放入两个滚筒的间隙。注意换能器在y方向上的扫描范围包含软包电池所在区域，以保证换能器扫描到软包电池整体。超声换能器兼具发射和接收1MHz超声波的功能，一侧滚筒中超声换能器所发射的超声波可以穿透待测物品，被另一侧滚筒中的正对的超声换能器所捕获。

若初始状态t＝0，曲柄与连杆之间的夹角为0o，某个换能器相对于软包电池位于(X₀，Y₀)，则对于后续的某个时刻t，该超声换能器相对于软包电池位于(X，Y)，通过解三角形可以得到如下关系：

X＝X₀+ω₁tR＝X₀+10tmm/s

由此，该超声换能器在x,y平面内相对于待测物品的位置(X,Y)可通过时间求出。

以固定振幅的方波电压脉冲激发该超声换能器，该超声换能器发出的超声波穿过本侧滚筒内硅油→本侧滚筒内壁→本侧滚筒外壁→软包电池→对面滚筒外壁→对面滚筒内壁→对面滚筒内硅油到达对面的另一个超声换能器，记录所接收到的超声振动波形，将最大峰-峰值记为S。将不同t时刻所得到的S、X、Y值，做成伪色图，则可得到软包电池在该换能器扫描区域内的超声信号透射强度分布信息。将多个超声换能器各自扫描区域内的超声信号透过强度分布图拼接到一起，就可以得到整个电池的超声信号透过强度分布图。

若电池内有气体(或局部电解液没有浸润)，由于气液界面和气固界面会反射超声波，会导致局部的超声透射强度降低，表现在伪色图上，则为局部蓝色。若电池内部存在电极片褶皱，则会由于局部厚度差异以及褶皱引起的散射，导致超声透射信号降低，但程度通常低于局部有气体的情况。

还可利用超声反射信号判断气体的存在，超声换能器发射超声信号后，如果电池内有气体，则超声波会在微小的时间τ后反射回该换能器，也可以被测量到，τ越大，则气泡的位置距离该换能器越远。这样的反射模式无需用到对面的超声换能器。

对于刚出厂的软包锂离子电池良品，其内部的正极材料、负极材料以及隔膜都是被电解质浸润的，各层材料分布均匀，没有气体存在，扫描得到的S,X,Y值做成伪色图，则表现为电池呈均匀绿色；而长久使用后电池健康状态劣化，容量降为出厂状态80％的软包锂离子电池，则由于内部副反应的不均匀性，导致局部产气，超声透射信号强弱不均匀，在伪色图中呈现为蓝色和绿色不均匀分布；经过80℃高温静置24小时破坏试验，电池内部的SEI膜分解，健康严重劣化，则会导致较大量的气体生成，导致电池超声透过性能整体变差，在伪色图中整体呈现为蓝色。

实施例4检测软包电池内部缺陷的竖排斜筒式超声波扫描装置

在本实施例中，待测物品仍然为软包锂离子电池，尺寸与实施例3中一样。超声换能器的规格、尺寸以及在超声换能器架上的排布方式也与实施例3一样。滚筒的材质、直径、转速、间距、内/外壁厚度与实施例3中一样，仅内壁高度和排列方式有所区别。

在本实施例中，两个滚筒位置有高低区别，轴心方向与水平面呈60o夹角；两个滚筒的轴心所在平面与水平面垂直，如图6所示，图6为本发明实施例中上下排布斜筒式超声波扫描装置截面示意图。位置靠上的滚筒内壁高度为180mm，位置靠下的滚筒内壁高度为220mm。这样设计的原因在于：要保证超声换能器发出的超声波在传播过程中不会遇到空气层，位置靠上的滚筒仅需保证其下侧的内壁与换能器之间要有硅油浸没；而位置靠下的滚筒需要保证其上侧的内壁与换能器之间要有硅油浸没，在如图6所示的倾斜结构中，考虑到硅油在重力作用下形成的水平液面位置，将位置靠下的滚筒内壁高度设计为高于位置靠上的滚筒，可以在保证硅油不溢出的情况下，有效利用空间。

两个滚筒的内壁底端共面，硅橡胶外壁覆盖在距离内壁底端10mm到110mm的范围内。仅有位置靠下的滚筒具有动力装置，转速为ω₁＝0.1439rad/s，位置靠上的滚筒可以自由旋转，在有样品进入滚筒间的缝隙时，可以在摩擦力的作用下跟随旋转。

对该装置进样，可以采用如图7所示的倾斜传动带，图7为本发明实施例中倾斜的传送带上放置待测物品的示意图，其与水平面呈60°夹角，且传送带下侧具有凸起，可以避免待测软包电池滑落。传送带可以将软包电池以正确的角度送入两个滚筒间的缝隙，在扫描完成后，落在另一条倾斜的传送带上，实现大量样品连续扫描。

实施例5检测软包电池内部缺陷的高精度竖排斜筒式超声波扫描装置

在本实施例中，待测物品仍然为软包锂离子电池，尺寸与实施例4中一样。滚筒的材质、直径、转速、间距、内/外壁厚度与实施例4中一样。

在本实施例中为了提高扫描系统的扫描精度，超声换能器由实施例4中直径6mm的平板超声换能器换为了直径6mm焦距20mm的聚焦超声换能器(焦点落在相对应两换能器连线的中点处)。一共5对，分布安装在图5所示的超声换能器架的两个臂上，5对换能器z方向上的间距为12mm。换能器浸没在滚筒中的硅油里，所有换能器的中心均与两个滚筒的轴心所在平面共面，与滚筒内壁的间距为7mm。

因为超声换能器由平板换能器改为了聚焦换能器，超声信号单次穿过电池的面积减小了，为了更好的将探测区域覆盖整个电池，本实施例中曲柄连杆机构的旋转角速度增加为实施例4中的两倍，即ω₂＝20π/s，其余测试过程同实施例4一样。采取这种方法后，本实施例中所获得的超声探测图像的分辨率相比实施例4有了显著的提高，能对电池内部的更小的缺陷做出判断。

实施例6筒壁具有高分子密封液体结构的竖排斜筒式超声波扫描装置

在本实施例中，滚筒的内壁材质、直径、转速、间距、尺寸、空间排布与实施例4中一样，仅仅改变外壁结构。

滚筒的外壁如图8所示，图8为本发明实施例中筒壁具有高分子密封液体结构的圆筒截面结构示意图，其滚筒内盛装有可传递超声波的液体介质，在滚筒外壁面上设置有硅橡胶套管13，硅橡胶套管13内密封有液体14，具体到本发明实施例中，其为充水的硅橡胶外壁。将空心的硅橡胶套管套在涂有强力胶的滚筒内壁上，再在其内壁充满水，作为液体介质B。硅橡胶套管的壁厚为0.5mm，y方向上覆盖的范围为120mm。在充满水后，硅橡胶套管鼓起，并在弹性的作用下保持形状。外壁最厚的部位距离内壁表面达14mm。两个滚筒按实时例4所述的空间排列固定在支架上后，两个滚筒的充水的硅橡胶外壁之间并无缝隙，直接相互接触。

本实施例的滚筒外壁可承受较大的形变，所以可检测厚度不一致的待测物品，比如同台设备可以检测厚度从3mm到10mm不等的多种型号软包锂离子电池。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声波扫描装置，其特征在于，其包括至少一对圆柱状滚筒，每对圆柱状滚筒的轴心相互平行，每个圆柱状滚筒中均容置有用于传递超声波的液体，

工作时，一对圆柱状滚筒围绕各自的轴心旋转，旋转方向相反，待检测对象从一对圆柱状滚筒间通过以接受超声波检测，

待测物品通过时，圆柱状滚筒自身或待测物品会发生弹性形变，使得待测物品与一对圆柱状滚筒均形成良好稳定的面接触，从而保证超声高效传播。

2.如权利要求1所述的超声波扫描装置，其特征在于，其包括至少一对超声换能器，一对圆柱状滚筒中至少设置有一对超声换能器，一对超声换能器中的两个换能器分别对应设置在一对滚筒中的两个滚筒中，

所述超声换能器具有发射或接收超声波的功能，

超声换能器优选为平板超声换能器或聚焦超声换能器，

优选地，一对超声换能器相对安置，并且，所有超声换能器超声信号发射或者超声信号接收中心点的位置连线与两个滚筒的轴心共面。

3.如权利要求2所述的超声波扫描装置，其特征在于，一对圆柱状滚筒间的间隙大小固定，

测量时，一对或者多对超声换能器沿滚筒的轴心方向来回往复直线运动，待测对象从间隙中通过时与两个滚筒壁同时接触，一对滚筒中的一个滚筒具有动力装置，能在动力装置驱动下以设定的角速度旋转，同时，另一个滚筒不具有动力装置，工作时在摩擦力的作用下跟随转动。

4.如权利要求3所述的超声波扫描装置，其特征在于，一对圆柱状滚筒的轴心方向与水平面呈15°～90°夹角，滚筒为敞口容器。

5.如权利要求4所述的超声波扫描装置，其特征在于，滚筒外壁面具有高弹性高分子材料，所述高弹性高分子材料优选为硅橡胶，优选地，该高分子材料中密封有液体。

6.如权利要求4所述的超声波扫描装置，其特征在于，一对圆柱状滚筒中的两个滚筒所处高度相等，圆柱状滚筒的轴心与水平面垂直，

还包括一条水平传送带，用于放置待检测的物品，水平传送带位于一对圆柱状滚筒的下方。

7.如权利要求4所述的超声波扫描装置，其特征在于，圆柱状滚筒轴心与水平面之间呈15°～40°夹角，

一对圆柱状滚筒的两条滚筒轴心所在平面与水平面的交线与圆柱状滚筒的轴心垂直，

测量时，待测物品从一对圆柱状滚筒上方进入间隙，在滚筒转动下，自然通过间隙，落在一对滚筒的下方。

8.如权利要求4所述的超声波扫描装置，其特征在于，圆柱状滚筒轴心与水平面之间呈15°～80°夹角，并且，一对圆柱状滚筒的两条滚筒轴心所在平面与水平面垂直。

9.如权利要求1-8之一所述超声波扫描装置在锂离子电池检测领域的应用，用于检测锂离子电池内部缺陷和健康状态。

10.采用如权利要求1-8之一装置获得超声图像的方法，其特征在于，

定义一对滚筒的轴心所在平面的法线方向为x，滚筒转动角速度为ω₁，工作过程中滚筒的轴心与待测物品间的最小距离为R，扫描时间为t，超声换能器对相对待测物品在x方向上的位移X＝ω₁R_t；

定义平行于滚筒轴心方向为y，超声换能器对在y方向上往复运动，频率为p，其位移Y与t的关系为Y＝f(t)；

超声换能器对在t时刻测到的信号强度为S，则对于确定的时刻t，X、Y、S均为已知量，由此建立起S和X、Y的关系，将S上伪色并根据S和X、Y的关系作图，该图为待测物品的超声图像，超声图像能反映待测物品不同位置的超声传播特性。