[发明专利]一种超声3D建模设备及超声3D建模方法在审
申请号: | 202010105469.7 | 申请日: | 2020-02-20 |
公开(公告)号: | CN111175762A | 公开(公告)日: | 2020-05-19 |
发明(设计)人: | 简小华;曹钰华 | 申请(专利权)人: | 苏州希声科技有限公司 |
主分类号: | G01S15/89 | 分类号: | G01S15/89;G01S7/52 |
代理公司: | 苏州创元专利商标事务所有限公司 32103 | 代理人: | 方中 |
地址: | 215163 江苏省苏州市高*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 超声 建模 设备 方法 | ||
1.一种超声3D建模设备,其特征在于:其包括:
载物平台,其用于待扫描产品的放置;
扫描臂,其能够以所述载物平台的竖直中心线为转动中心并相对所述载物平台环形运动设置;或者以所述载物平台为基准进行平面线性扫描式相对所述载物平台运动设置;
超声扫描镜,其包括沿着所述载物平台高度方向延伸且设置在所述扫描臂上的扫描架、设置在所述的扫描架上的超声扫描部,其中所述的超声扫描部包括超声探头、超声波发射模块、超声回波接收模块,所述的超声探头形成的扫描区域能够将放置在所述载物平台上的所述待扫描产品在高度方向全面覆盖;所述超声回波接收模块根据回波的时间和声波的传递速度可获取所述待扫描产品表面和/或内部各点距离超声探头的相对距离,并在三维直角坐标系中形成像素点,所述的超声回波接收模块在获取所述像素点的同时,还记录回波强度值;
3D建模主机,其包括与所述超声扫描部相连通的信息采集器、信息处理器和信息显示器,其中所述信息采集器用于收集所述像素点,并在所述的超声扫描镜与所述扫描臂同步环形运动完成待扫描产品全面扫描过程中形成像素点集,所述的信息处理器将所述信息采集器所采集的像素点集进行分析处理,并在所述信息显示器中还原并显示3D模型;所述信息处理器还将收到的回波强度的强弱,在所述的信息显示器中渲染所述3D模型。
2.根据权利要求1所述的超声3D建模设备,其特征在于:所述的扫描臂一端部连接在所述的载物平台上,另一端部向所述载物平台外延伸设置,所述的超声扫描镜固定或绕竖直方向轴线自转的设置在所述扫描臂的所述另一端部。
3.根据权利要求2所述的超声3D建模设备,其特征在于:当所述的超声扫描镜固定在所述扫描臂的所述另一端部时,所述的载物平台固定不动设置,所述的扫描臂绕着所述的载物平台竖直中心线圆周运动;或者所述的载物平台绕竖直中心线自转,所述的扫描臂固定不动设置;当所述待扫描产品内部形成有上下贯通的孔洞时,所述的超声扫描镜绕竖直方向轴线自转的设置在所述扫描臂的所述另一端部,且所述的超声扫描镜自所述孔洞穿过,所述待扫描产品架设在所述扫描臂上,所述载物平台、所述扫描臂、及所述待扫描产品均不动设置,在所述的超声扫描镜自转下完成全面扫描。
4.根据权利要求1所述的超声3D建模设备,其特征在于:所述超声探头有单个或多个,且设置在所述扫描架靠近所述待扫描产品的端面或/和侧面上。
5.根据权利要求4所述的超声3D建模设备,其特征在于:当所述超声探头为单个时,单个所述超声探头沿着所述扫描架高度方向呈线阵扫描式分布在所述扫描架的端面上;当所述超声探头为多个时,多个所述超声探头呈面阵扫描式分布在所述扫描架的端面上或者多个所述超声探头呈多阵元扫描式分布在所述扫描架的侧面上。
6.根据权利要求4或5所述的超声3D建模设备,其特征在于:所述超声探头的工作频率范围为20KHz~200MHz,且所述的超声探头可以为压电陶瓷探头、压电单晶探头、电容式探头、微探头或者薄膜式探头。
7.根据权利要求1所述的超声3D建模设备,其特征在于:所述的超声扫描镜和所述的扫描臂形成一个扫描单元,所述的超声3D建模设备至少具有一个所述扫描单元,当具有一个所述扫描单元时,所述的超声扫描镜环绕360°完成所述待扫描产品的扫描;当具有N个所述扫描单元时,其中N为大于或等于2的正整数,且N个所述扫描单元绕着所述载物平台的周向均匀分布,所述的超声扫描镜环绕360°/N完成所述待扫描产品的扫描。
8.根据权利要求1所述的超声3D建模设备,其特征在于:所述的超声波发射模块包括高压电源和脉冲发射器;所述超声回波接收模块包括TR开关、低噪放大器、滤波器、增益放大器、波束成型器。
9.根据权利要求1所述的超声3D建模设备,其特征在于:所述的信息采集器和所述超声回波接收模块之间通过有线或/和无线进行信号传输连接。
10.一种超声3D建模方法,其特征在于:其采用了权利要求1至9中任一项所述的超声3D建模设备,且步骤如下:
1)、将待扫描产品置于载物平台上,超声扫描镜固定在扫描臂上,其中超声扫描镜的超声探头所形成的扫描区域朝向待扫描产品;
2)、由超声扫描镜向扫待扫描产品发射超声波束,并接收待扫描产品的反射回波,其中根据读取回波记录的时间t,计算出待扫描产品表面及内部各点距离扫描镜的相对距离:
公式为: s=vt/2
其中v是声波在介质中的传播速度,如果是在空气中,声速v为340 m/s,如果待扫描产品放置在水中测试,则声速v为1540 m/s;
3)、以超声扫描镜的位置为初始点,记录下待扫描产品测试点表面的相对空间坐标(x0,y0,z0),根据超声波传播方向,确认该测试点后待扫描产品内部空间各点的空间坐标(∑x0,∑y0,∑z0),并记录各点对应的回波声强(∑Ix0,∑Iy0,∑Iz0);然后在超声扫描镜相对待扫描产品运动至下一个测量位置,记录该位置待扫描产品的空间坐标(x1,y1,z1),同理测得待扫描产品对应点及内部各点的空间坐标(∑x1,∑y1,∑z1),并记录各点对应的回波声强(∑Ix1,∑Iy1,∑Iz1),以此类推,直至完成对待扫描产品全面扫描,从而获取待扫描产品内外所有点的空间坐标{∑x,∑y,∑z}和回波强度{∑Ix,∑Iy,∑Iz};然后,将相关数据传到3D建模主机后,绘制待扫描产品对应的3D模型,并根据回波强度在所述的信息显示器中渲染所述3D模型。
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