CN202477724U - 一种用于机械3d探头的快速对准零位结构 - Google Patents

一种用于机械3d探头的快速对准零位结构 Download PDF

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Abstract

一种用于机械3D探头的快速对准零位结构，包括基座、声头、电机、传动系统，所述电机通过所述传动系统使声头旋转；还包括一与电机联动的轮盘和检测轮盘的光电开关，所述轮盘边缘设有交替对光电开关起作用而使光电开关交替处于开通状态和阻断状态的缺口和阻断片。在安装传动系统时保证声头处于其零位时轮盘也处于其零位。由于阻断角度不同，或者开通角度不同，或者阻断角度和开通角度的组合角度不同，可通过开通角度或者阻断角度或者二者的组合来判断轮盘偏离其零位的角度，从而快速找到零位。

Description

一种用于机械3D探头的快速对准零位结构
技术领域
本实用新型涉及超声成像，尤其是一种机械3D探头。
背景技术
机械3D探头是一种具有三维成像功能的超声波探头，探头内部的电机在信号控制下通过传动系统驱动发射并接收超声波的声头在一定角度内来回摆动。在每一个摆动角度，机械3D探头都可以像传统探头一样发射超声波并接收带有人体组织信息的回波，超声成像系统再将在不同角度所采集到的2维信息进行处理，合成为3维图像。
图1为现有技术中一种机械3D探头的机械传动方案示意图，电机2通过支架3固定在基座1上，电机2通过同步带6将其输出运动从第一传动轮4传递给第二传动轮5，第二传动轮5带动转轴7旋转，转轴7通过绳索8带动第三传动轮9旋转，第三传动轮9带动声头10旋转。
声头10在一定角度内来回摆动，其摆动角度范围一般采用机械限位的方法来实现，即声头10摆动到极限位置时传动系统中某环节无法朝原方向继续运动。声头10存在两个极限位置，声头10只能在这两个极限位置之间摆动。
声头10在摆动过程中有一个参考角度位置即零位，超声成像系统以这个参考角度位置为基准将2维信息合成为3维图像。
声头10在启动摆动时，电机2在驱动模块的信号控制下先将声头10对准零位，然后再开始摆动。声头10在摆动之前可能会因为多种原因偏离零位，偏离角度也是不一定的。声头10在启动后需要先对准零位，然后再开始摆动。为了避免在高速摆动情况下突然停止摆动而损坏声头10，在启动后对准零位的过程中声头10不会以很快的速度摆动，在声头10偏离零位角度较大的情况下，声头10对准零位的时间较长。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于机械3D探头的快速对准零位结构，声头在启动摆动时可以快速对准零位，启动时间比较短。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种用于机械3D探头的快速对准零位结构，包括基座，设于基座上的声头、电机、传动系统，所述电机通过所述传动系统使声头旋转；还包括一与电机联动的轮盘和检测轮盘的光电开关，所述轮盘边缘设有交替对光电开关起作用而使光电开关交替处于开通状态和阻断状态的缺口和阻断片。
作为改进，所述轮盘上各个阻断片的宽度均不相同，宽度指作用于光电开关的弧度。
作为改进，所述轮盘上各个缺口的宽度均不相同，宽度指作用于光电开关的弧度。
作为改进，所述轮盘上相邻的阻断片和缺口的宽度组合均不相同。
作为改进，所述传动系统包括第一传动轮、第二传动轮和第三传动轮，所述第一传动轮与所述电机连接，第一传动轮通过同步带与第二传动轮连接，所述第二传动轮通过转轴与绳索连接，所述绳索与第三传动轮连接，所述第三传动轮与声头连接。
作为改进，所述轮盘套在所述转轴上且与转轴同步。
本实用新型与现有技术相比所带来的有益效果是：
将声头的几何中心位置作为声头的零位，将轮盘顺时针转动时某缺口所决定的开通状态即将结束同时与缺口相邻的阻断片所决定的阻断状态即将开始时轮盘的位置作为轮盘的零位，在安装传动系统时保证声头处于其零位时轮盘也处于其零位。本实用新型所说的零位是几何参考角度位置，是固定不动的。当每个阻断片所对应的阻断角度均不相同时，通过阻断角度判断轮盘的当前位置；当每个缺口所对应的开通角度均不相同时，通过开通角度判断轮盘的当前位置；当每个相邻阻断片和缺口所对应的阻断角度和开通角度组合均不相同时，通过阻断角度和开通角度组合判断轮盘的当前位置。在找到轮盘的当前位置后，可快速对准零位。
附图说明
图1为现有技术机械3D探头结构示意图。
图2为光电开关安装结构示意图。
图3为轮盘安装位置结构示意图。
图4为本实用新型机械3D探头结构示意图。
图5为实施例1轮盘结构示意图。
图6为实施例2轮盘结构示意图。
图7为实施例3轮盘结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型作进一步说明。
实施例1
如图2、3所示，光电开关12连接在印刷电路板13上，印刷电路板13连接在基座1上。
光电开关12具有缺口12a，当缺口12a中有物体挡住光电开关12的光束时，光电开关12处于阻断状态；当缺口12a内没有物体挡住光电开关12的光束时，光电开关12处于开通状态。
光电开关12通过印刷电路板13引出的导线(未示出)连接到驱动模块，因此驱动模块可以得到某时刻光电开关的状态信号。
如图3、4所示，轮盘14连接在第二传动轮5上，电机2带动第一传动轮4，第一传动轮4通过同步带6带动第二传动轮5，第二传动轮5带动轮盘14转动，第二传动轮5带动转轴7旋转，转轴7通过绳索8带动第三传动轮9旋转，第三传动轮9带动声头10旋转。轮盘14的宽度小于光电开关12的缺口12a的宽度，因此当第二传动轮5带动轮盘14摆动时，轮盘14的边缘可以自由通过光电开关12的缺口12a。
轮盘14的边缘间隔一定宽度设计有缺口，在轮盘14转动过程中，当光电开关12的光束能够通过轮盘14的边缘缺口时，光电开关12处于开通状态，光电开关12一直处于开通状态时轮盘14连续转过的角度称为开通角度。
轮盘14的边缘相邻缺口之间的部分为阻断片，在轮盘14转动过程中，当光电开关12的光束被轮盘14的阻断片阻断时，光电开关12处于阻断状态，光电开关12一直处于阻断状态时轮盘14连续转过的角度称为阻断角度。
当轮盘14单方向旋转而且声头10没有摆动到极限位置时，光电开关12必然交替处于开通和阻断状态。对于轮盘14单方向旋转过程中光电开关12所处于的某一个开通状态，如果在此状态之前和之后光电开关12均处于阻断状态，那么就将这个开通状态称为完整的开通状态。对于轮盘14单方向旋转过程中光电开关12所处于的某一个阻断状态，如果在此状态之前和之后光电开关12均处于开通状态，那么就将这个阻断状态称为完整的阻断状态。未经特别说明，本文所述的开通角度均对应于一个完整的开通状态，阻断角度均对应于一个完整的阻断状态。
如图5所示，轮盘14的边缘共设计8个缺口：14a、14b～14h，每个缺口的侧边的延长线均通过轮盘14的圆心，每个缺口的两个侧边的夹角均为5°，因此，每个缺口对应的开通角度均为5°。
如图5所示，轮盘14有8个阻断片：14ab、14bc～14ha。每个阻断片具有第一侧边和第二侧边，当轮盘14顺时针旋转时，每个阻断片阻断光电开关12的光束从第一侧边开始到第二侧边结束。每个阻断片的两个侧边的夹角是不一样的，阻断片14ab、14bc～14ha的侧边夹角分别为15°、25°、35°、45°、55°、65°、60°、20°。每个阻断片的侧边夹角等于每个阻断片对应的阻断角度。
声头10存在几何中心位置，从此位置开始，声头10顺时针能够摆动的角度和逆时针能够摆动的角度相等。当声头10处于其几何位置时，转动第二传动轮5使光电开关12的光束能够通过轮盘14的缺口14a，而且，如果第二传动轮5带动轮盘14稍稍顺时针摆动一点，轮盘14的阻断片14ab就开始阻断光电开关12的光束，光电开关12就将进入阻断状态。此时将第二传动轮5固定。
将声头10的几何中心位置作为其零位，将轮盘14顺时针转动时缺口14a所决定的开通状态即将结束同时轮盘14的阻断片14ab所决定的阻断状态即将开始时轮盘14的位置作为轮盘14的零位。那么当轮盘14处于其零位时声头10也必定处于其零位。
本实施例中，零位是几何参考角度位置，是固定不动的。
由于每个阻断片所对应的阻断角度不同，因此可以通过阻断角度判断是哪个阻断片转到了轮盘零度位置，从而快速找到零位。
当轮盘14顺时针旋转时，通过第一个完整的阻断状态对应的阻断角度可以找到对应的阻断片。当这个完整的阻断状态刚刚结束时，所对应的阻断片的第二侧边对准了轮盘14的零位。这个阻断片的第二侧边与阻断片14ab的第一侧边之间的夹角就是当前轮盘14的偏离角度。只要轮盘14逆时针旋转这个偏离角度就可以将阻断片14ab的第一侧边对准轮盘14的零位，此时声头10也对准了其零位。
举例，轮盘14顺时针旋转，第一个完整的阻断状态对应的阻断角度是45°，这个阻断角度对应阻断片14de，表明阻断片14de使光电开关12处于阻断状态而且刚刚结束，阻断片14de的第二侧边对准轮盘的零位。阻断片14de的第二侧边与阻断片14ab的第一侧边之间的夹角为135°，因此轮盘逆时针旋转135°即可将阻断片14ab的第一侧边对准轮盘的零位，声头10也对准了其零位。
当轮盘14逆时针旋转时，通过第一个完整的阻断状态对应的阻断角度可以找到对应的阻断片。当这个完整的阻断状态刚刚结束时，所对应的阻断片的第一侧边对准了轮盘14的零位。这个阻断片的第一侧边与阻断片14ab的第一侧边之间的夹角就是当前轮盘14的偏离角度。只要轮盘14顺时针旋转这个偏离角度就可以将阻断片14ab的第一侧边对准轮盘14的零位，此时声头10也对准了其零位。
举例，轮盘14逆时针旋转，第一个完整的阻断状态对应的阻断角度是20°，这个阻断角度对应阻断片14ha，表明阻断片14ha使光电开关12处于阻断状态而且刚刚结束，阻断片14ha的第一侧边对准轮盘14的零位。阻断片14ha的第一侧边与阻断片14ab的第一侧边之间的夹角为25°，因此轮盘顺时针旋转25°即可将阻断片14ha的第一侧边对准轮盘14的零位，声头10也对准了其零位。
因此，检测到第一个完整的阻断状态对应的阻断角度，通过这个阻断角度找到对应的阻断片就可以判断轮盘14偏离零位的角度，然后轮盘14反方向转动这个偏离角度，轮盘14对准其零位，声头10也对准其零位。由于已知偏离角度，声头10可以高速摆动，因此可快速对准零位。
本实施例中，轮盘14的各个缺口的侧边夹角是一样的，也可以设计成不一样夹角；设计了8个缺口，相应地有8个阻断片，也可以设计为其他数目的缺口和阻断片；设计了各个缺口和阻断片的侧边夹角，也可以设计为其它角度；各个缺口和阻断片的侧边延长线均通过轮盘的圆心，也可以设计为其它形式。
实施例2
本实施例与实施例1结构基本相同，不同之处在于轮盘14的形状。如图6所示，轮盘14上也有8个缺口14a、14b～14h，也有8个阻断片14ab、14bc～14ha。各个阻断片的侧边夹角都为5°，各个缺口的侧边夹角均不相同，分别为15°、25°、35°、45°、55°、65°、60°、20°。
每个缺口均有第一侧边和第二侧边，当轮盘14顺时针旋转时，每个缺口透过光电开关12的光束从第一侧边开始到第二侧边结束。
声头10和轮盘14的零位的定义与实施例1相同。
当轮盘14顺时针旋转时，通过第一个完整的开通状态对应的开通角度可以找到对应的缺口。当这个完整的开通状态刚刚结束时，所对应的缺口的第二侧边对准了轮盘14的零位。这个缺口的第二侧边与阻断片14ab的第一侧边之间的夹角就是当前轮盘14的偏离角度。只要轮盘14逆时针旋转这个偏离角度就可以将阻断片14ab的第一侧边对准轮盘14的零位，此时声头10也对准了其零位。
当轮盘14逆时针旋转时，通过第一个完整的开通状态对应的开通角度可以找到对应的缺口。当这个完整的开通状态刚刚结束时，所对应的缺口的第一侧边对准了轮盘14的零位。这个缺口的第一侧边与阻断片14ab的第一侧边之间的夹角就是当前轮盘14的偏离角度。只要轮盘14顺时针旋转这个偏离角度就可以将阻断片14ab的第一侧边对准轮盘14的零位，此时声头10也对准了其零位。
因此，检测到第一个完整的开通状态对应的开通角度，通过这个开通角度找到对应的缺口就可以判断轮盘14偏离零位的角度，然后轮盘反方向转动这个偏离角度，轮盘14对准其零位，声头10也对准其零位。由于已知偏离角度，声头10可以高速摆动，因此可快速对准零位。
本实施例中，轮盘14的各个阻断片的侧边夹角是一样的，也可以设计成不一样夹角；设计了8个缺口，相应地有8个阻断片，也可以设计为其他数目的缺口和阻断片；设计了各个缺口和阻断片的侧边夹角，也可以设计为其它角度；各个缺口和阻断片的侧边延长线均通过轮盘的圆心，也可以设计为其它形式。
实施例3
本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于轮盘的形状。如图7所示，轮盘14共设计9个缺口14a、14b～14i，侧边夹角分别为10°、10°、10°、20°、20°、20°、30°、30°、30°，相应地有9个阻断片14ab、14bc～14ia，侧边夹角分别为10°、20°、30°、10°、20°、30°、10°、20°、30°。
当轮盘14单方向旋转而且声头10没有摆动到极限位置时，在出现一个完整的阻断状态后，必然会出现一个完整的开通状态，将一个完整的阻断状态和紧接着出现的完整的开通状态称为一个先断再通状态。用先断再通状态的阻断状态对应的阻断片的编号和开通状态对应的缺口的编号组成的序列来表示先断再通状态，如(14ab，14b)表示一个先断再通状态。用先断再通状态的阻断状态对应的阻断角度和开通状态对应的缺口的开通角度组成的序列来表示先断再通状态对应的角度组合，如先断再通状态(14ab，14b)对应的角度组合为(10°，10°)。
轮盘14顺时针旋转时可能出现的先断再通状态有(14ab，14b)、(14bc，14c)、(14cd，14d)、(14de，14e)、(14ef，14f)、(14fg，14g)、(14gh，14h)、(14hi，14i)、(14ia，14a)，对应的角度组合分别为(10°，10°)、(20°，10°)、(30°，20°)、(10°，20°)、(20°，20°)、(30°，30°)、(10°，30°)、(20°，30°)、(30°，10°)。
轮盘14逆时针旋转时可能出现的先断再通状态有(14ia，14i)、(14hi，14h)、(14gh，14g)、(14fg，14f)、(14ef，14e)、(14de，14d)、(14cd，14c)、(14bc，14b)、(14ab，14a)，对应的角度组合分别为(30°，30°)、(20°，30°)、(10°，30°)、(30°，20°)、(20°，20°)、(10°，20°)、(30°，10°)、(20°，10°)、(10°，10°)。
在轮盘14单方向旋转过程中各个先断再通状态对应的角度组合不同，因此可以用先断再通状态对应的角度组合来判断轮盘14偏离其零位的角度。
轮盘14顺时针旋转过程中，第一个先断再通状态刚刚结束时，这个先断再通状态对应的缺口的第二侧边对准了轮盘14的零位。这个缺口的第二侧边与阻断片14ab的第一侧边之间的夹角就是当前轮盘14的偏离角度。只要轮盘14逆时针旋转这个偏离角度就可以将阻断片14ab的第一侧边对准轮盘14的零位，此时声头10也对准了其零位。
轮盘14逆时针旋转过程中，第一个先断再通状态刚刚结束时，这个先断再通状态对应的缺口的第一侧边对准了轮盘的几何零度。这个缺口的第一侧边与阻断片14ab的第一侧边之间的夹角就是当前轮盘14的偏离角度。只要轮盘14顺时针旋转这个偏离角度就可以将阻断片14ab的第一侧边对准轮盘14的零位，此时声头10也对准了其零位。
当轮盘14单方向旋转而且声头10没有摆动到极限位置时，在轮盘14单方向旋转过程中，在出现一个完整的开通状态后，必然会出现一个完整的阻断状态，将一个完整的开通状态和紧接着出现的完整的阻断状态称为一个先通再断状态。用先通再断状态的开通状态对应的缺口的编号和阻断状态对应的阻断片的编号组成的序列来表示先通再断状态，如(14c，14bc)表示一个先通再断状态。用先通再断状态的开通状态对应的开通角度和阻断状态对应的阻断角度组成的序列来表示先通再断状态对应的角度组合，如先通再断状态(14c，14bc)对应的角度组合为(10°，20°)。
轮盘14顺时针旋转时可能出现的先通再断状态有(14a，14ab)、(14b，14bc)、(14c，14cd)、(14d，14de)、(14e，14ef)、(14f，14fg)、(14g，14gh)、(14h，14hi)、(14i，14ia)，对应的角度组合分别为(10°，10°)、(10°，20°)、(10°，30°)、(20°，10°)、(20°，20°)、(20°，30°)、(30°，10°)、(30°，20°)、(30°，30°)。
轮盘14逆时针旋转时可能出现的先通再断状态有(14a，14ia)、(14i，14hi)、(14h，14gh)、(14g，14fg)、(14f，14ef)、(14e，14de)、(14d，14cd)、(14c，14bc)、(14b，14ab)，对应的角度组合分别为(10°，30°)、(30°，20°)、(30°，10°)、(30°，30°)、(20°，20°)、(20°，10°)、(20°，30°)、(10°，20°)、(10°，10°)。
轮盘14顺时针旋转过程中，第一个先通再断状态刚刚结束时，这个先通再断状态对应的阻断片的第二侧边对准了轮盘14的零位。这个阻断片的第二侧边与阻断片14ab的第一侧边之间的夹角就是当前轮盘14的偏离角度。只要轮盘14逆时针旋转这个偏离角度就可以将阻断片14ab的第一侧边对准轮盘14的零位，此时声头10也对准了其零位。
轮盘14逆时针旋转过程中，第一个先通再断状态刚刚结束时，这个先通再断状态对应的阻断片的第一侧边对准了轮盘14的零位。这个阻断片的第一侧边与阻断片14ab的第一侧边之间的夹角就是当前轮盘14的偏离角度。只要轮盘14顺时针旋转这个偏离角度就可以将阻断片14ab的第一侧边对准轮盘14的零位，此时声头10也对准了其零位。
本实施例中，设计了9个缺口，相应地有9个阻断片，也可以设计为其他数目的缺口和阻断片；设计了各个缺口和阻断片的侧边夹角，也可以设计为其它角度；各个缺口和阻断片的侧边延长线均通过轮盘的圆心，也可以设计为其它形式。
以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等，这些变换只要没有背离本发明的基本精神，都在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于机械3D探头的快速对准零位结构，包括基座，设于基座上的声头、电机、传动系统，所述电机通过所述传动系统使声头旋转；其特征在于：还包括一与电机联动的轮盘和检测轮盘的光电开关，所述轮盘边缘设有交替对光电开关起作用而使光电开关交替处于开通状态和阻断状态的缺口和阻断片。
2.根据权利要求1所述的一种用于机械3D探头的快速对准零位结构，其特征在于：所述轮盘上各个阻断片的宽度均不相同。
3.根据权利要求1所述的一种用于机械3D探头的快速对准零位结构，其特征在于：所述轮盘上各个缺口的宽度均不相同。
4.根据权利要求1所述的一种用于机械3D探头的快速对准零位结构，其特征在于：所述轮盘上相邻的阻断片和缺口的宽度组合均不相同。
5.根据权利要求1所述的一种用于机械3D探头的快速对准零位结构，其特征在于：所述传动系统包括第一传动轮、第二传动轮和第三传动轮，所述第一传动轮与所述电机连接，第一传动轮通过同步带与第二传动轮连接，所述第二传动轮通过转轴与绳索连接，所述绳索与第三传动轮连接，所述第三传动轮与声头连接。
6.根据权利要求5所述的一种用于机械3D探头的快速对准零位结构，其特征在于：所述轮盘套在所述转轴上且与转轴同步。
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