CN203483452U - 一种用于三维超声成像的机械探头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于三维超声成像的机械探头，包括机架和换能器，所述机架通过换能器安装支架转轴与所述换能器旋转连接，所述机架上设有驱动所述换能器绕换能器安装支架转轴进行往复摆动的电机和二级传动机构，所述电机通过所述二级传动机构与所述换能器连接，所述二级传动机构包括第一级传动的斜齿圆柱齿轮机构和第二级传动的锥齿轮传动机构，所述电机依次通过所述斜齿圆柱齿轮机构、锥齿轮传动机构与所述换能器连接。本实用新型的有益效果是：减小了负载所产生的扭矩，增大了换能器的摆动扭矩，使结构更加简单、紧凑，减小了体积，使传动更加平稳可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械探头，尤其涉及一种用于三维超声成像的机械探头。
背景技术
三维超声机械探头是用于三维超声成像系统的超声波探头，其内部一般有作为驱动动力源的步进电机，步进电机通过内部的机械传动机构驱动换能器在一定的角度内摆动，换能器在摆动过程当中，三维超声机械探头可以像传统的超声探头一样发射和接收超声波，因而可以在摆动的角度范围内连续地对人体的组织进行三维成像，且不需要医生将探头在人体的表面滑动或者摆动。
这种探头的核心在于提供一种使探头换能器实现在一定范围内的往复摆动的传动机构，通过该传动机构，可将探头内的动力源步进电机的旋转运动转换为换能器在一定范围内的摆动运动。实现将旋转运动转换为摆动运动的机械传动有很多，例如齿轮传动，带传动，链传动等等，只用其中一种或者几种都可以实现，现有的三维超声机械探头一般通过电机直接驱动探头换能器摆动，或者通过带传动作为第一级，锥齿轮为第二级的传动，或者通过连杆机构实现探头换能器摆动，内部结构比较复杂，探头体积较大，且步进电机本身运动不平缓，在改变方向运转时伴有振动，且传统机械传动也会在传动的过程中产生振动、传动输出不稳定，对于医用超声探头来说这都将影响探头的工作性能。
如何减小负载所产生的扭矩或者如何增大换能器的摆动扭矩，同时减小三维超声机械探头的体积是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种用于三维超声成像的机械探头。
本实用新型提供了一种用于三维超声成像的机械探头，包括机架和换能器，所述机架通过换能器安装支架转轴与所述换能器旋转连接，所述机架上设有驱动所述换能器绕换能器安装支架转轴进行往复摆动的电机和二级传动机构，所述电机通过所述二级传动机构与所述换能器连接，所述二级传动机构包括第一级传动的斜齿圆柱齿轮机构和第二级传动的锥齿轮传动机构，所述电机依次通过所述斜齿圆柱齿轮机构、锥齿轮传动机构与所述换能器连接。
作为本实用新型的进一步改进，所述电机、斜齿圆柱齿轮机构之间连接有弹性联轴器。
作为本实用新型的进一步改进，所述斜齿圆柱齿轮机构、锥齿轮传动机构均为塑料齿轮。
作为本实用新型的进一步改进，所述斜齿圆柱齿轮机构为人字齿轮传动机构。
作为本实用新型的进一步改进，所述斜齿圆柱齿轮机构包括相啮合的主动斜齿圆柱齿轮和从动斜齿圆柱齿轮，所述锥齿轮传动机构包括相啮合的主动锥齿轮和从动锥齿轮，所述主动斜齿圆柱齿轮与所述电机连接，所述从动斜齿圆柱齿轮与所述主动锥齿轮连接，所述从动锥齿轮与所述换能器连接。
作为本实用新型的进一步改进，所述用于三维超声成像的机械探头还包括位置传感器组件，所述位置传感器组件包括传感器基座、第一传感器和第二传感器，其中，所述第一传感器设置在所述传感器基座上，所述传感器基座设置在所述机架上，所述第二传感器设置在所述主动斜齿圆柱齿轮上，所述第一传感器上设有供所述第二传感器通过的槽，所述第二传感器与所述电机电连接。
作为本实用新型的进一步改进，所述用于三维超声成像的机械探头还包括限制所述换能器摆动角度的角度限位机构，所述角度限位机构包括设置在所述机架上的第一限位凸台和设置在所述从动斜齿圆柱齿轮上的第二限位凸台，所述第一限位凸台的两侧边缘与所述第二限位凸台跟随所述从动斜齿圆柱齿轮转动的运动轨迹相交。
作为本实用新型的进一步改进，所述从动锥齿轮为扇形。
作为本实用新型的进一步改进，所述机架包括基座、主机架和电机机架，所述主机架的顶端与所述基座连接，所述主机架的底端与所述电机机架连接，所述电机设置在所述电机机架上，所述换能器连接有换能器基座，所述换能器基座通过凸缘外圈微型轴承设置在所述基座上，所述换能器基座、基座通过所述换能器安装支架转轴旋转连接。
作为本实用新型的进一步改进，所述主动锥齿轮的一端通过微型深沟球轴承设置在所述基座上，所述主动锥齿轮的另一端通过油封轴承设置在所述主机架上，所述主动斜齿圆柱齿轮的一端通过微型深沟球轴承设置在所述基座上，所述主动斜齿圆柱齿轮的另一端通过油封轴承设置在所述主机架上。
本实用新型的有益效果是：通过上述方案，优化第一级传动，将传统的直圆柱齿轮机构替换为斜齿圆柱齿轮机构，由于斜齿圆柱齿轮机构传动相对于传统的直圆柱齿轮机构具有啮合性能好、传动平稳的特点，轮齿之间是逐渐进入和脱离啮合，接触线由短变长，再由长变短，啮合时间长，产生冲击小，传动平稳、噪声小，重合度大，承载能力高，斜齿轮的不产生根切的齿数比直齿轮少，使结构更加紧凑，并且，第二级传动采用锥齿轮传动机构，通过斜齿圆柱齿轮机构、锥齿轮传动机构这两种传动相结合的方式可以进一步减小用于三维超声成像的机械探头的整体结构的尺寸，减小了负载所产生的扭矩，增大了换能器的摆动扭矩，使结构更加简单，传动更加平稳可靠。
附图说明
图1 为本实用新型一种用于三维超声成像的机械探头的立体结构示意图；
图2 为本实用新型一种用于三维超声成像的机械探头的去除手柄壳体后的内部结构示意图；
图3 为本实用新型一种用于三维超声成像的机械探头的去除手柄壳体后的内部剖面示意图；
图4 为本实用新型一种用于三维超声成像的机械探头的去除手柄壳体后的另一视角的内部剖面示意图；
图5 为本实用新型一种用于三维超声成像的机械探头的角度限位机构的结构示意图；
图6为本实用新型一种用于三维超声成像的机械探头将斜齿圆柱齿轮机构优选为人字齿轮传动机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明。
图1至图6中的附图标号为：声窗1；手柄壳体2；换能器3；换能器基座4；从动锥齿轮5；主动锥齿轮6；换能器安装支架转轴7；基座8；主机架9；第一限位凸台9a；第一限位凸台的两侧边缘9a1、9a2；电机机架 10；弹性联轴器11；步进电机12；螺钉13；主动斜齿圆柱齿轮14；从动斜齿圆柱齿轮15；第二限位凸台15a；传感器基座16；第一传感器17；第二传感器18；盘头螺钉19；凸缘外圈微型轴承20；微型深沟球轴承21、22；油封轴承23、24；旋转轴唇形密封圈25。
如图1至图6所示，一种用于三维超声成像的机械探头，包括声窗1、手柄壳体2、换能器安装支架转轴7、机架和换能器3，其中声窗1与手柄壳体2配合连接构成探头的外部形状，其他部件都处于内部，所述机架通过换能器安装支架转轴7与所述换能器3旋转连接，所述机架上设有驱动所述换能器3绕换能器安装支架转轴7进行往复摆动的电机和二级传动机构，所述电机优选为步进电机12，所述步进电机12通过所述二级传动机构与所述换能器3连接，所述二级传动机构包括第一级传动的斜齿圆柱齿轮机构和第二级传动的锥齿轮传动机构，所述步进电机12依次通过所述斜齿圆柱齿轮机构、锥齿轮传动机构与所述换能器3连接。
如图1至图6所示，所述斜齿圆柱齿轮机构包括相啮合的主动斜齿圆柱齿轮14和从动斜齿圆柱齿轮15，所述锥齿轮传动机构包括相啮合的主动锥齿轮6和从动锥齿轮5，所述主动斜齿圆柱齿轮14与所述步进电机12通过轴固定连接，所述从动斜齿圆柱齿轮15与所述主动锥齿轮6通过轴固定连接，所述从动锥齿轮5与所述换能器3通过轴固定连接。
如图1至图6所示，所述机架包括基座8、主机架9和电机机架10，所述主机架9的顶端与所述基座8通过螺钉固定连接，所述主机架9的底端与所述电机机架10通过螺钉固定连接，所述步进电机2通过螺钉固定设置在所述电机机架10上，所述换能器3连接有换能器基座4，所述换能器基座4通过凸缘外圈微型轴承20设置在所述基座8上，所述换能器基座4、基座8通过所述换能器安装支架转轴7旋转连接。
如图1至图6所示，所述主动锥齿轮6的一端通过微型深沟球轴承21设置在所述基座8上，所述主动锥齿轮6的另一端通过油封轴承24设置在所述主机架9上，所述主动锥齿轮6可以相对于基座8和主机架9自由转动，所述主动斜齿圆柱齿轮14的一端通过微型深沟球轴承22设置在所述基座8上，所述主动斜齿圆柱齿轮14的另一端通过油封轴承23设置在所述主机架9上，所述主动斜齿圆柱齿轮14可相对于基座8和主机架9自由转动，所述从动斜齿圆柱齿轮15通过旋转轴唇形密封圈25设置在所述基座8上。
如图1至图6所示，所述步进电机12、斜齿圆柱齿轮机构之间连接有弹性联轴器11，具体为，所述步进电机12通过弹性联轴器11与斜齿圆柱齿轮机构的主动斜齿圆柱齿轮14连接，在主动斜齿圆柱齿轮14、步进电机12之间增加弹性联轴器11，能够有效地减小、缓冲步进电机12运行时或者换向时所产生的振动，使动力输出更加平稳、可靠。
如图1至图6所示，所述从动锥齿轮5为扇形，具体为，所述从动锥齿轮5由一个完整的锥齿轮对半切所得。
如图1至图6所示，所述斜齿圆柱齿轮机构、锥齿轮传动机构均为塑料齿轮，即主动斜齿圆柱齿轮14、从动斜齿圆柱齿轮15、主动锥齿轮6和从动锥齿轮5均为塑料齿轮，塑料齿轮具有重量轻、运行低噪声、自润滑性且塑料齿轮特殊的模塑制造工艺，突破了金属齿轮的设计限制，大大扩展了齿轮传动设计的自由度，进而可以有效的减小所述二级传动机构的体积、重量，缩短生产工艺流程和降低制造成本，还可以达到啮合传动减震降噪等目的。
如图1至图6所示，所述用于三维超声成像的机械探头还包括位置传感器组件，所述位置传感器组件包括传感器基座16、第一传感器17、第二传感器18和盘头螺钉19，其中，所述第一传感器17设置在所述传感器基座16上，所述传感器基座16设置在所述机架上，所述第二传感器18设置在所述主动斜齿圆柱齿轮14上，所述第一传感器17上设有供所述第二传感器18通过的槽，所述第二传感器18与所述步进电机12电连接，具体为，所述第一传感器17固定安装在传感器基座16上，传感器基座16通过螺钉连接安装在主机架9上，所述第二传感器18通过盘头螺钉19固定安装在主动锥齿轮6的末端，并可随所述主动锥齿轮6同步转动。
如图1至图6所示，所述的位置传感器组件为光电传感器，通过第二传感器元件18接通和隔断第一传感器17的电路反馈信号给步进电机12的驱动器，再发出指令给步进电机12换向，从而实现换能器3换向往复摆动运动。
如图1至图6所示，当步进电机12通电之后，步进电机12的输出轴旋转，通过弹性联轴器11带动主动斜齿圆柱齿轮14转动，主动斜齿圆柱齿轮14带动从动斜齿圆柱齿轮15转动，通过第一级齿轮啮合传动，将运动传递至主动锥齿轮6，主动锥齿轮6带动从动锥齿轮5转动，由于从动锥齿轮5固定安装在换能器基座4上，因此将运动传递至换能器基座4，随而带动安装在换能器基座4上的换能器3运动，当步进电机12的驱动器给步进电机12的信号为连续的周期信号时，通过上述的两级齿轮传动，就可以实现换能器3在一定范围内的绕换能器基座转轴7的中心往复摆动，从而实现探头在摆动的每一个角度都可以对人体组织进行成像，而不需要医生将探头在人体表面滑动或者摆动。
如图1至图6所示，所述用于三维超声成像的机械探头还包括限制所述换能器3摆动角度的角度限位机构，所述角度限位机构包括设置在所述主机架9上的第一限位凸台9a和设置在所述从动斜齿圆柱齿轮15上的第二限位凸台15a，所述第一限位凸台9a的两侧边缘9a1、9a2与所述第二限位凸台15a跟随所述从动斜齿圆柱齿轮15转动的运动轨迹相交。
如图5所示，设置在所述主机架9上的所述第一限位凸台9a的两侧边缘9a1、9a2为从动斜齿圆柱齿轮15的两个运动极限位置，当传感器组件失效，不能正确给步进电机12发出指令时，步进电机12会继续朝一个方向旋转，从从动斜齿圆柱齿轮15的凸第二限位凸台15a将顺时针或者逆时针旋转至主机架9的第一限位凸台9a的两侧边缘9a1、9a2，从而限制换能器3的往复摆动的角度，防止换能器3与基座8边缘碰撞，以达到保护换能器3的目的。
如图6所示，所述斜齿圆柱齿轮机构可以优选为人字齿轮传动机构。
如图6所示，所述斜齿圆柱齿轮机构传动时由于螺旋角的存在，在传动过程中会产生轴向力，其轴向力的大小与螺旋角的大小成正比，过大会对轴承产生不良影响，可以利用人字齿轮传动机构可以使产生的轴向力相互抵消。人字齿轮也为一种斜齿圆柱齿轮，在齿宽方向上一部分为左旋齿，另一部分为右旋齿，可以看作是一种特殊的斜齿圆柱齿轮，由两个旋向不同的斜齿圆柱齿轮啮合而成，不但具备斜齿轮的优点，又可以克服斜齿圆柱齿轮传动产生轴向力的缺点。如图6所示，当所设计的斜齿轮螺旋角比较大，传动过程中产生较大的轴向力时，可以将第一级传动的斜齿圆柱齿轮机构改为人字齿轮传动机构，以达到消除斜齿圆柱齿轮传动中过大的轴向力对轴承产生不良影响。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于三维超声成像的机械探头，包括机架和换能器，所述机架通过换能器安装支架转轴与所述换能器旋转连接，所述机架上设有驱动所述换能器绕换能器安装支架转轴进行往复摆动的电机和二级传动机构，所述电机通过所述二级传动机构与所述换能器连接，其特征在于：所述二级传动机构包括第一级传动的斜齿圆柱齿轮机构和第二级传动的锥齿轮传动机构，所述电机依次通过所述斜齿圆柱齿轮机构、锥齿轮传动机构与所述换能器连接。
2.根据权利要求1所述的用于三维超声成像的机械探头，其特征在于：所述电机、斜齿圆柱齿轮机构之间连接有弹性联轴器。
3.根据权利要求1所述的用于三维超声成像的机械探头，其特征在于：所述斜齿圆柱齿轮机构、锥齿轮传动机构均为塑料齿轮。
4.根据权利要求1所述的用于三维超声成像的机械探头，其特征在于：所述斜齿圆柱齿轮机构为人字齿轮传动机构。
5.根据权利要求1所述的用于三维超声成像的机械探头，其特征在于：所述斜齿圆柱齿轮机构包括相啮合的主动斜齿圆柱齿轮和从动斜齿圆柱齿轮，所述锥齿轮传动机构包括相啮合的主动锥齿轮和从动锥齿轮，所述主动斜齿圆柱齿轮与所述电机连接，所述从动斜齿圆柱齿轮与所述主动锥齿轮连接，所述从动锥齿轮与所述换能器连接。
6.根据权利要求5所述的用于三维超声成像的机械探头，其特征在于：所述用于三维超声成像的机械探头还包括位置传感器组件，所述位置传感器组件包括传感器基座、第一传感器和第二传感器，其中，所述第一传感器设置在所述传感器基座上，所述传感器基座设置在所述机架上，所述第二传感器设置在所述主动斜齿圆柱齿轮上，所述第一传感器上设有供所述第二传感器通过的槽，所述第二传感器与所述电机电连接。
7.根据权利要求5所述的用于三维超声成像的机械探头，其特征在于：所述用于三维超声成像的机械探头还包括限制所述换能器摆动角度的角度限位机构，所述角度限位机构包括设置在所述机架上的第一限位凸台和设置在所述从动斜齿圆柱齿轮上的第二限位凸台，所述第一限位凸台的两侧边缘与所述第二限位凸台跟随所述从动斜齿圆柱齿轮转动的运动轨迹相交。
8.根据权利要求5所述的用于三维超声成像的机械探头，其特征在于：所述从动锥齿轮为扇形。
9.根据权利要求5所述的用于三维超声成像的机械探头，其特征在于：所述机架包括基座、主机架和电机机架，所述主机架的顶端与所述基座连接，所述主机架的底端与所述电机机架连接，所述电机设置在所述电机机架上，所述换能器连接有换能器基座，所述换能器基座通过凸缘外圈微型轴承设置在所述基座上，所述换能器基座、基座通过所述换能器安装支架转轴旋转连接。
10.根据权利要求9所述的用于三维超声成像的机械探头，其特征在于：所述主动锥齿轮的一端通过微型深沟球轴承设置在所述基座上，所述主动锥齿轮的另一端通过油封轴承设置在所述主机架上，所述主动斜齿圆柱齿轮的一端通过微型深沟球轴承设置在所述基座上，所述主动斜齿圆柱齿轮的另一端通过油封轴承设置在所述主机架上。
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