B超匀速扇形扫描运动装置转让专利
申请号 : CN200710001193.2
文献号 : CN100579462C
文献日 : 2010-01-13
发明人 : 王健发 , 王雪乔
申请人 : 天津市索尔电子技术有限公司
摘要 :
本发明涉及一种扫描装置，特别是一种B超匀速扇形扫描运动装置，包括：由电机驱动的于X-Y平面上转动的转盘、设于转盘上的摆针、一由摆针带动的可沿X轴和Z轴方向平动的滑块，一设有B超探头的摆体通过转轴连接所述滑块，所述摆体可在X-Z平面上绕Y-轴方向的摆轴摆动；其中：于所述滑块上设有供摆针驱动的平面凸轮摆槽，所述平面凸轮摆槽的轮廓线满足方程组(见右下式)d—摆针与滑块中心距离在X轴上的投影；R—摆针旋转半径；a—转盘上的摆针旋转半径与Y轴的夹角；r—摆体摆轴到转轴的距离；b—摆体的摆动半径与Z轴的夹角；k—比例系数；并设有感测滑块摆动位置的位置传感器。本发明将电机的匀速转动转换成扇形扫描探头的匀速摆动，结构简单，稳定可靠。
权利要求 :
1、一种B超匀速扇形扫描运动装置，包括：电机、由电机驱动的于X-Y平面上转 动的转盘、设于转盘上的摆针、一由摆针带动的沿X轴和Z轴方向平动的滑块，一设有 B超探头的摆体通过转轴连接所述滑块，所述摆体在X-Z平面上绕Y-轴方向的摆轴摆动； 所述转盘的旋转中心，位于X-Y坐标原点；其特征在于：于所述滑块上设有供摆针驱动 的平面凸轮摆槽，所述平面凸轮摆槽的轮廓线满足方程组其中：
d-当摆针逆时针旋转，与Y轴夹角为a时，摆针与滑块中心距离在X轴上 的投影；
R-转盘上的摆针旋转半径；
a-转盘上的摆针旋转半径与Y轴的夹角；
r-摆体摆轴到转轴的距离，即摆体的摆动半径；
b-摆体的摆动半径与Z轴的夹角；
k-比例系数＝b/a，k的大小决定了摆体的摆动角度；
并设有感测滑块摆动位置的位置传感器。
2、根据权利要求1所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：根据所述方程 组设计的平面凸轮摆槽的轮廓线由四段构成，其中两段为：设R＝r，k＝1，a＝-a1～+a1和 a＝(180°-a1)～(180°+a1)所得分设于X-轴两侧的位于Y-轴上的直线段；其中另两段为 R＝r，k＝0，a＝+a1～(180°-a1)和a＝(180°+a1)～-a1所得的连接二直线段的圆弧段构成；所 述角度a1由所需摆体的摆动角度确定。
3、根据权利要求1所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述平面凸轮 摆槽轮廓线满足方程组 且R＝r，k为任一正数。
4、根据权利要求1所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述平面凸轮 摆槽轮廓线满足方程组 且R≠r，k为任一正数。
5、根据权利要求1所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述的位置传 感器是设于转盘的侧旁，且于转盘旋转使滑块运动到两端极限位置处，对应位置传感器 的转盘侧面设有微型磁钢。
6、根据权利要求1所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述的位置传 感器是设于滑块运动的极限位置处，且于滑块两端设有微型磁钢。
7、根据权利要求5、或6所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述的 位置传感器是接近开关。
8、根据权利要求5、或6所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述的 位置传感器是霍尔传感器，于滑块端部设有微型磁钢。
9、根据权利要求1所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述的电机是 直流电机。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种扫描运动装置，特别是一种能够通过简单空间机械变换实现匀速扇形扫 描的B超扇形扫描运动装置。
背景技术
目前，公知的用于B超/UBM扇形扫描的运动装置通常有以下两种方式：第一种使用直 流旋转电机通过一级转动-摆动转换机构驱动摆杆，将旋转运动直接转换为摆动。其原理如 图1所示，是于X-Y坐标平面上的转盘1上设有一轴销2，所述轴销2驱动一滑板3沿X轴 平动，所述的沿X轴平动滑板3带动摆体在Z-X平面内绕摆体的摆动中心摆动。在该种驱 动方式下，如果驱动转盘1的电机为匀速转动，则滑板3在X-Y平面内沿X轴方向做余弦 运动，相应的摆体4的运动规律可通过以下运算求得。
设转盘1在X-Y平面上以角速度ω1做匀速旋转，t时间与Y轴的夹角a为ω1t，此时， 轴销2的X轴的分速度V销x＝Rω1cosω1t＝Rω1cosa，设摆体的角速度为ω2，则摆体的X轴的 分速度V摆x＝rω2cosω2t＝rω2cosb，由于摆体的运动是由滑板3带动的，因此，V摆x＝V销x。 由上述公式可以看出，只有在轴销2的旋转半径R等于摆体的摆动半径r时，摆体才能匀速 摆动；如果r大于R，摆体与Z-轴夹角为0时，角速度ω2最大，为Rω1/r；随着摆体与Z- 轴夹角增大，角速度ω2＝Rω1cosa/rcosb，由于b小于a，cosb小于cosa，因此ω2逐渐减小； 如果r小于R，ω2将逐渐增大。
即使轴销2的旋转半径R等于摆体的摆动半径r，摆体作匀速摆动，安装于摆体端部的 扫描头也是按余弦规律摆动，导致扫描过程的两端B超图像出现严重的几何失真。第二种方 式是使用定制电机，直接驱动摆杆，有闭环控制或者无闭环控制，本身结构复杂。如果不采 用闭环，运动的一致性和匀速性难以得到保证；采用闭环则成本高。如何采用简单结构实现 B超匀速扇形扫描运动，是B超设备制造中长期未能解决的难题。
设转盘1在X-Y平面上以角速度ω1做匀速旋转，t时间与Y轴的夹角a为ω1t，此时， 轴销2的X轴的分速度V销x＝Rω1cosω1t＝Rω1cosa，设摆体的角速度为ω2，则摆体的X轴的 分速度V摆x＝rω2cosω2t＝rω2cosb，由于摆体的运动是由滑板3带动的，因此，V摆x＝V销x。 由上述公式可以看出，只有在轴销2的旋转半径R等于摆体的摆动半径r时，摆体才能匀速 摆动；如果r大于R，摆体与Z-轴夹角为0时，角速度ω2最大，为Rω1/r；随着摆体与Z- 轴夹角增大，角速度ω2＝Rω1cosa/rcosb，由于b小于a，cosb小于cosa，因此ω2逐渐减小； 如果r小于R，ω2将逐渐增大。
即使轴销2的旋转半径R等于摆体的摆动半径r，摆体作匀速摆动，安装于摆体端部的 扫描头也是按余弦规律摆动，导致扫描过程的两端B超图像出现严重的几何失真。第二种方 式是使用定制电机，直接驱动摆杆，有闭环控制或者无闭环控制，本身结构复杂。如果不采 用闭环，运动的一致性和匀速性难以得到保证；采用闭环则成本高。如何采用简单结构实现 B超匀速扇形扫描运动，是B超设备制造中长期未能解决的难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，为了克服现有的用于B超/UBM扇形扫描运动装置的上 述不足，提出一种结构简单的B超匀速扇形扫描运动装置。其具体方案如下：
一种B超匀速扇形扫描运动装置，包括：电机、由电机驱动的于X-Y平面上转动的转盘、 设于转盘上的摆针、一由摆针带动的可沿X轴和Z轴方向平动的滑块，一设有B超探头的 摆体通过转轴连接所述滑块，所述摆体可在X-Z平面上绕Y-轴方向的摆轴摆动；所述转盘 的旋转中心，位于X-Y坐标原点；其特征在于：于所述滑块上设有供摆针驱动的平面凸轮摆 槽，所述平面凸轮摆槽的轮廓线满足方程组
其中：
d-当摆针逆时针旋转，与Y轴夹角为a时，摆针与滑块中心距离在X轴上的投影；
R-转盘上的摆针旋转半径；
a-转盘上的摆针旋转半径与Y轴的夹角；
r-摆体摆轴到转轴的距离，即摆体的摆动半径；
b-摆体的摆动半径与Z轴的夹角；
k-比例系数＝b/a，k的大小决定了摆体的摆动角度；
并设有感测滑块摆动位置的位置传感器。
所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：根据所述方程组设计的平面凸轮摆槽 的轮廓线由四段构成，其中两段为：设R＝r，k＝1，a＝-a1～+a1和a＝(180°-a1)～(180°+a1)所得 分设于X-轴两侧的位于Y-轴上的直线段；其中另两段为R＝r，k＝0，a＝+a1～(180°-a1)和 a＝(180°+a1)～-a1所得的连接二直线段的圆弧段构成；所述角度a1由所需摆体的摆动角度确 定。
所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述平面凸轮摆槽轮廓线满足方 程组 且R＝r，k为任一正数。
所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述平面凸轮摆槽轮廓线满足方 程组 且R≠r，k为任一正数。
所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述的位置传感器是设于转盘的侧旁， 且于转盘旋转使滑块运动到两端极限位置处，对应位置传感器的转盘侧面设有微型磁钢。
所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述的位置传感器是设于滑块运动的 极限位置处，且于滑块两端设有微型磁钢。
所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述的位置传感器是接近开关。
所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述的位置传感器是霍尔传感器，于 滑块端部设有微型磁钢。
所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述的电机是直流电机。
本发明的扇形扫描运动装置使用空间机构将直流电机的匀速转动转换成扇形扫描探头的 匀速摆动，结构简单，且运行稳定可靠。
本发明解决其技术问题所采用的方案是使用异型平面凸轮摆槽将匀速转动转换成匀速摆 动，包括：
1)使用直流电机带动转盘匀速摆动，转盘上安装一根摆针，用于驱动平面凸轮摆槽；
2)加工特殊廓形的平面凸轮摆槽，使之能将转盘的匀速转动转换成平面凸轮摆槽的匀 速摆动；
3)将平面凸轮摆槽与扇形扫描头连接，使平面凸轮摆槽得匀速摆动转换成扇形扫描头 的匀速摆动；
本发明和背景技术中第一类驱动相比，多使用一级空间转换机构(平面凸轮摆槽机构)， 实现匀速转动到匀速摆动的变换，消除了由于摆动的非匀速性造成的严重的B超图像几何失 真。
本发明和背景技术中的闭环控制驱动相比，不需要使用角度传感器和闭环控制电路，同 样能够实现精度相当的匀速摆动，极大降低了装置的复杂度和成本，同时提高了装置的可靠 性。
为对本发明的构造、方案、特征及其效果又进一步了解，兹列举具体实施例并结合附图 详细说明如下。
一种B超匀速扇形扫描运动装置，包括：电机、由电机驱动的于X-Y平面上转动的转盘、 设于转盘上的摆针、一由摆针带动的可沿X轴和Z轴方向平动的滑块，一设有B超探头的 摆体通过转轴连接所述滑块，所述摆体可在X-Z平面上绕Y-轴方向的摆轴摆动；所述转盘 的旋转中心，位于X-Y坐标原点；其特征在于：于所述滑块上设有供摆针驱动的平面凸轮摆 槽，所述平面凸轮摆槽的轮廓线满足方程组
其中：
d-当摆针逆时针旋转，与Y轴夹角为a时，摆针与滑块中心距离在X轴上的投影；
R-转盘上的摆针旋转半径；
a-转盘上的摆针旋转半径与Y轴的夹角；
r-摆体摆轴到转轴的距离，即摆体的摆动半径；
b-摆体的摆动半径与Z轴的夹角；
k-比例系数＝b/a，k的大小决定了摆体的摆动角度；
并设有感测滑块摆动位置的位置传感器。
所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：根据所述方程组设计的平面凸轮摆槽 的轮廓线由四段构成，其中两段为：设R＝r，k＝1，a＝-a1～+a1和a＝(180°-a1)～(180°+a1)所得 分设于X-轴两侧的位于Y-轴上的直线段；其中另两段为R＝r，k＝0，a＝+a1～(180°-a1)和 a＝(180°+a1)～-a1所得的连接二直线段的圆弧段构成；所述角度a1由所需摆体的摆动角度确 定。
所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述平面凸轮摆槽轮廓线满足方 程组 且R＝r，k为任一正数。
所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述平面凸轮摆槽轮廓线满足方 程组 且R≠r，k为任一正数。
所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述的位置传感器是设于转盘的侧旁， 且于转盘旋转使滑块运动到两端极限位置处，对应位置传感器的转盘侧面设有微型磁钢。
所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述的位置传感器是设于滑块运动的 极限位置处，且于滑块两端设有微型磁钢。
所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述的位置传感器是接近开关。
所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述的位置传感器是霍尔传感器，于 滑块端部设有微型磁钢。
所述的B超匀速扇形扫描运动装置，其特征在于：所述的电机是直流电机。
本发明的扇形扫描运动装置使用空间机构将直流电机的匀速转动转换成扇形扫描探头的 匀速摆动，结构简单，且运行稳定可靠。
本发明解决其技术问题所采用的方案是使用异型平面凸轮摆槽将匀速转动转换成匀速摆 动，包括：
1)使用直流电机带动转盘匀速摆动，转盘上安装一根摆针，用于驱动平面凸轮摆槽；
2)加工特殊廓形的平面凸轮摆槽，使之能将转盘的匀速转动转换成平面凸轮摆槽的匀 速摆动；
3)将平面凸轮摆槽与扇形扫描头连接，使平面凸轮摆槽得匀速摆动转换成扇形扫描头 的匀速摆动；
本发明和背景技术中第一类驱动相比，多使用一级空间转换机构(平面凸轮摆槽机构)， 实现匀速转动到匀速摆动的变换，消除了由于摆动的非匀速性造成的严重的B超图像几何失 真。
本发明和背景技术中的闭环控制驱动相比，不需要使用角度传感器和闭环控制电路，同 样能够实现精度相当的匀速摆动，极大降低了装置的复杂度和成本，同时提高了装置的可靠 性。
为对本发明的构造、方案、特征及其效果又进一步了解，兹列举具体实施例并结合附图 详细说明如下。
附图说明
图1是现有机械扇形扫描运动装置的原理示意图。
图2是本发明平面凸轮摆槽的轮廓线推导示意图；
图3是本发明B超匀速扇形扫描运动装置立体示意图。
图4是本发明B超匀速扇形扫描运动装置的工作状态示意图。
图5本发明的一种异型平面凸轮摆槽图，其中：k＝1。
图6是本发明的另一种异型平面凸轮摆槽图其中：k＝3，R＝r。
图7是本发明的又一种异型平面凸轮摆槽图其中：k＝4，R＝r。
图8是探头的摆动曲线图。
图9是本发明B超匀速扇形扫描运动装置工作流程图。
图2是本发明平面凸轮摆槽的轮廓线推导示意图；
图3是本发明B超匀速扇形扫描运动装置立体示意图。
图4是本发明B超匀速扇形扫描运动装置的工作状态示意图。
图5本发明的一种异型平面凸轮摆槽图，其中：k＝1。
图6是本发明的另一种异型平面凸轮摆槽图其中：k＝3，R＝r。
图7是本发明的又一种异型平面凸轮摆槽图其中：k＝4，R＝r。
图8是探头的摆动曲线图。
图9是本发明B超匀速扇形扫描运动装置工作流程图。
具体实施方式
图3所示是本发明B超匀速扇形扫描运动装置立体示意图。本发明的B超匀速扇形扫描 运动装置，包括：电机1、由电机1驱动的于X-Y平面上转动的转盘2、设于转盘2上的摆 针3、一由摆针3带动的可沿X轴和Z轴方向平动的滑块4，一设有B超探头5的摆体6连 接所述滑块4，所述摆体6可绕X-轴摆动；所述转盘2的旋转中心，位于X-Y坐标原点； 其中：于所述滑块4上设有供摆针3驱动的平面凸轮摆槽7，且所述平面凸轮摆槽7的轮廓 线由两段分设于X-轴两侧的平行于Y-轴的直线段A和连接二者线段的圆弧段B构成，并设 有感测滑块4摆动位置的位置传感器8。
具体是，所述摆体6通过摆轴9安装在外壳10上，所述设有平面凸轮摆槽7的滑块4 过滑孔12滑设于滑杆13上，所述滑杆13固设于外壳10上，所述滑块4还通过转轴与摆体 6连接。一转盘2通过连轴器与所述电机1连接，所述电机是直流电机；于转盘2上设有摆 针3，所述摆针3插设于滑块4的平面凸轮摆槽7内。直流电机1转动带动转盘2，摆针3跟 随转盘2转动，从而通过平面凸轮摆槽7驱动滑块4来回运动，滑块4带动摆体6绕摆轴9 摆动。
为了限制设有平面凸轮摆槽7的滑块4只能平动，在外壳10上安装两个立柱15，二垂 直滑块16可沿着立柱15上下滑动，二滑杆13连接于所述二垂直滑块16上，所述设有平面凸 轮摆槽7的滑块4通过滑孔12滑设于所述二滑杆13上。这样滑块4只能沿着二滑杆13平 动，不能摆动。
图2为平面凸轮摆槽廓线设计推导示意图。其中：O为转盘2的旋转中心(X-Y平面上 的投影)，O1为插设于平面凸轮摆槽7内的摆针3与摆槽7的交线中心位置(X-Z平面上的 投影)，O3为滑块4上的转轴的中心，O2为摆轴9的中心(X-Z平面上的投影)；R为摆 针3的旋转半径，r为摆体6的摆动半径，d为摆针3到滑块4中心距离在X轴上的投影，a 为转盘转过的角度，b为摆体摆动的角度。由图可知，摆针3在X轴的投影位置为：
X1＝R*sina＝r*sinb+d ①
其中，转盘2匀速转动，如摆体6也为匀速摆动，且满足b＝kα，则摆针3到滑块4中 心的距离在X向的投影d为：
d＝R*sina-r*sin(ka) ②
因此平面凸轮摆槽的廓线为：
③
其中：
d-当摆针逆时针旋转，与Y轴夹角为a时，摆针与滑块中心距离在X轴上的投 影；
R-转盘上的摆针旋转半径；
a-转盘上的摆针旋转半径与Y轴的夹角；
r-摆体摆轴到转轴的距离，即摆体的摆动半径；
b-摆体的摆动半径与Z轴的夹角；
k-比例系数＝b/a，k的大小决定了摆体的摆动角度；
其中有两类特殊状态最便于设计轮廓线形状：
第I类：
R＝r，k＝1，此时平面凸轮摆槽7的轮廓线为直线，并且摆体6摆动角速度和转盘转动的 角速度一致。
第II类：
k＝0，此时平面凸轮摆槽7轮廓线为圆弧，转盘2转动时，平面凸轮摆槽7(或滑块) 和摆体6保持静止。
依据以上两种特殊状态，可以设计出最简易的平面凸轮摆槽轮廓线。
图5是依据式③中的两种特殊状态设计的平面凸轮摆槽轮廓线。该平面凸轮摆槽的轮廓 线由四段构成，其中两段为：设R＝r，k＝1，a＝-a1～+a1和a＝(180°-a1)～(180°+a1)所得分设于 X-轴两侧的位于Y-轴上的直线段；其中另两段为R＝r，k＝0，a＝+a1～(180°-a1)和a＝(180°+a1)～ -a1所得的连接二直线段的圆弧段构成；所述角度a1由所需摆体的摆动角度确定。在图示具 体实施例中，a1为45°。
其中摆针3处在第I、V直线段时，摆体6摆动角速度和转盘2转动的角速度一致。当 转盘2转动的角速度为匀速时，摆体6以相同角速度匀速摆动。显然匀速摆动是不可能的， 物体在以某一速度摆动到极限位置时不可能立即以大小相同方向相反的速度方向摆动，速度 不可能突变，必须有一变速运动的过程，此阶段利用第II类，k＝0，将平面凸轮摆槽7的轮 廓线设计为圆弧段III，并将圆弧段III和直线段I之间设置成减速段II，圆弧段III与直线段 V之间设置成加速段IV，(请结合图8)转盘2转动，由直线段I进入减速段II，摆针3处在 减速段II时，摆体6的摆动速度从+ω减速至零；摆针3进入圆弧段3，摆体6静止；接着， 摆针3进入加速段IV，摆体6被加速至-ω角速度。
所述满足方程组 的平面凸轮摆槽轮廓线，可令R＝r，k为任一正 数。得出X、Y的对应数组，如表1、2所示；根据列表数可得平面凸轮摆槽轮廓线。
所述满足方程组 的平面凸轮摆槽轮廓线，还可令R≠r，k为任 一正数。得出X、Y的对应数组；根据数列可得平面凸轮摆槽轮廓线。
上述平面凸轮摆槽轮廓线严格说应该是摆针3中心线的运动轨迹，平面凸轮摆槽轮廓线 应该是摆针3中心线按所述轨迹运动时，摆针3的圆周的包络线。
图6、图7所示凸轮摆槽轮廓线是分别将k设成3、或4，R＝r＝4.5mm。
表1 R＝r＝4.5mm，k＝3
X Y X Y X Y X Y X Y -0.039 -2.598 -4.438 -0.494 -1.465 2.497 3.936 1.426 2.832 -2.181 -0.431 -2.589 -4.486 -0.235 -1.089 2.542 4.111 1.204 2.516 -2.290 -0.820 -2.567 -4.500 0.026 -0.704 2.575 4.255 0.969 2.182 -2.373 -1.203 -2.530 -4.479 0.287 -0314 2.594 4.366 0.723 1.830 -2.440 -1.576 -2.481 -4.425 0.545 0.079 2.598 4.445 0.468 1.465 -2.497 -1.937 -2.421 -4.336 0.797 0.470 2.588 4.489 0.209 1.089 -2.542 -2.284 -2.351 -4.215 1.041 0.859 2.564 4.499 -0.052 0.704 -2.575 -2.613 -2.260 -4.062 1.272 1.240 2.526 4.475 -0.313 0.314 -2.594 -2.923 -2.144 -3.877 1.490 1.613 2.475 4.417 -0.571 0.000 -2.598 -3.210 -2.002 -3.664 1.690 1.973 2.414 4.326 -0.822 -3.472 -1.837 -3.422 1.872 2.318 2.343 4.201 -1.064 -3.709 -1.652 -3.154 2.032 2.645 2.250 4.045 -1.295 -3.917 -1.447 -2.862 2.169 2.952 2.131 3.857 -1.510 -4.095 -1.227 -2.516 2.290 3.237 1.987 3.641 -1.709 -4.242 -0.993 -2.182 2.373 3.497 1.820 3.396 -1.889 -4.357 -0.748 -1.830 2.440 3.731 1.632 3.126 -2.047
表1 R＝r＝4.5mm，k＝4
X Y X Y X Y X Y X Y -0.039 -2.869 -4.357 -0.842 -2.250 2.732 3.182 2.304 3.897 -1.663 -0.431 -2.876 -4.432 -0.585 -1.902 2.819 3.447 2.111 3.664 -1.919 -0.820 -2.895 -4.483 -0.294 -1.539 2.875 3.686 1.897 3.422 -2.131 -1.203 -2.899 -4.500 0.000 -1.165 2.900 3.897 1.663 3.154 -2.322 -1.576 -2.871 -4.483 0.294 -0.781 2.893 4.078 1.412 2.893 -2.473
-1.937 -2.812 -4.432 0.585 -0.392 2.875 4.229 1.147 2.581 -2.617 -2.284 -2.722 -4.347 0.870 -0.000 2.869 4.347 0.870 2.250 -2.732 -2.613 -2.603 -4.229 1.147 0.392 2.875 4.432 0.585 1.902 -2.819 -2.923 -2.457 -4.078 1.412 0.781 2.893 4.483 0.294 1.539 -2.875 -3.210 -2.286 -3.897 1.663 1.165 2.900 4.500 0.000 1.165 -2.900 -3.472 -2.091 -3.686 1.897 1.539 2.875 4.483 -0.294 0.781 -2.893 -3.709 -1.874 -3.447 2.111 1.902 2.819 4.432 -0.585 0.392 -2.875 -3.917 -1.638 -3.182 2.304 2.250 2.732 4.347 -0.870 0.000 -2.869 -4.095 -1.386 -2.893 2.473 2.581 2.617 4.229 -1.147 -4.242 -1.120 -2.581 2.617 2.893 2.473 4.078 -1412
为了给出匀速段起始点，在匀速段起始点附近设置一感测滑块4摆动位置的位置传感器 8，具体是将一微型磁钢17粘接于转盘2侧面，同时将一霍耳18固定在外壳14上，当微型 磁钢通过霍耳18附近时，霍耳18产生一上升沿，提示匀速段开始。
具体是，所述的位置传感器8是设于转盘2的侧旁，且于转盘2旋转使滑块运动到两端 极限位置处，对应位置传感器的转盘侧面设有微型磁钢17。也可以是，将所述的位置传感器 设于滑块运动的极限位置处，且于滑块两端设有微型磁钢。所述的位置传感器也可以采用接 近开关。
图4为扇形扫描过程中摆体摆动的三种姿态。
图9为B超/UBM扇型扫描运动装置工作流程，首先控制装置使直流电机1得电，直流电 机1旋转。当微型磁钢17通过霍耳18时，霍耳18产生一上升沿，匀速段开始，控制装置 开始连续使超声探头5发射超声脉冲，同时获取超声回波。完成发射序列后，匀速段结束。 控制装置通过对回波信号处理，生成B超图像。
具体是，所述摆体6通过摆轴9安装在外壳10上，所述设有平面凸轮摆槽7的滑块4 过滑孔12滑设于滑杆13上，所述滑杆13固设于外壳10上，所述滑块4还通过转轴与摆体 6连接。一转盘2通过连轴器与所述电机1连接，所述电机是直流电机；于转盘2上设有摆 针3，所述摆针3插设于滑块4的平面凸轮摆槽7内。直流电机1转动带动转盘2，摆针3跟 随转盘2转动，从而通过平面凸轮摆槽7驱动滑块4来回运动，滑块4带动摆体6绕摆轴9 摆动。
为了限制设有平面凸轮摆槽7的滑块4只能平动，在外壳10上安装两个立柱15，二垂 直滑块16可沿着立柱15上下滑动，二滑杆13连接于所述二垂直滑块16上，所述设有平面凸 轮摆槽7的滑块4通过滑孔12滑设于所述二滑杆13上。这样滑块4只能沿着二滑杆13平 动，不能摆动。
图2为平面凸轮摆槽廓线设计推导示意图。其中：O为转盘2的旋转中心(X-Y平面上 的投影)，O1为插设于平面凸轮摆槽7内的摆针3与摆槽7的交线中心位置(X-Z平面上的 投影)，O3为滑块4上的转轴的中心，O2为摆轴9的中心(X-Z平面上的投影)；R为摆 针3的旋转半径，r为摆体6的摆动半径，d为摆针3到滑块4中心距离在X轴上的投影，a 为转盘转过的角度，b为摆体摆动的角度。由图可知，摆针3在X轴的投影位置为：
X1＝R*sina＝r*sinb+d ①
其中，转盘2匀速转动，如摆体6也为匀速摆动，且满足b＝kα，则摆针3到滑块4中 心的距离在X向的投影d为：
d＝R*sina-r*sin(ka) ②
因此平面凸轮摆槽的廓线为：
③
其中：
d-当摆针逆时针旋转，与Y轴夹角为a时，摆针与滑块中心距离在X轴上的投 影；
R-转盘上的摆针旋转半径；
a-转盘上的摆针旋转半径与Y轴的夹角；
r-摆体摆轴到转轴的距离，即摆体的摆动半径；
b-摆体的摆动半径与Z轴的夹角；
k-比例系数＝b/a，k的大小决定了摆体的摆动角度；
其中有两类特殊状态最便于设计轮廓线形状：
第I类：
R＝r，k＝1，此时平面凸轮摆槽7的轮廓线为直线，并且摆体6摆动角速度和转盘转动的 角速度一致。
第II类：
k＝0，此时平面凸轮摆槽7轮廓线为圆弧，转盘2转动时，平面凸轮摆槽7(或滑块) 和摆体6保持静止。
依据以上两种特殊状态，可以设计出最简易的平面凸轮摆槽轮廓线。
图5是依据式③中的两种特殊状态设计的平面凸轮摆槽轮廓线。该平面凸轮摆槽的轮廓 线由四段构成，其中两段为：设R＝r，k＝1，a＝-a1～+a1和a＝(180°-a1)～(180°+a1)所得分设于 X-轴两侧的位于Y-轴上的直线段；其中另两段为R＝r，k＝0，a＝+a1～(180°-a1)和a＝(180°+a1)～ -a1所得的连接二直线段的圆弧段构成；所述角度a1由所需摆体的摆动角度确定。在图示具 体实施例中，a1为45°。
其中摆针3处在第I、V直线段时，摆体6摆动角速度和转盘2转动的角速度一致。当 转盘2转动的角速度为匀速时，摆体6以相同角速度匀速摆动。显然匀速摆动是不可能的， 物体在以某一速度摆动到极限位置时不可能立即以大小相同方向相反的速度方向摆动，速度 不可能突变，必须有一变速运动的过程，此阶段利用第II类，k＝0，将平面凸轮摆槽7的轮 廓线设计为圆弧段III，并将圆弧段III和直线段I之间设置成减速段II，圆弧段III与直线段 V之间设置成加速段IV，(请结合图8)转盘2转动，由直线段I进入减速段II，摆针3处在 减速段II时，摆体6的摆动速度从+ω减速至零；摆针3进入圆弧段3，摆体6静止；接着， 摆针3进入加速段IV，摆体6被加速至-ω角速度。
所述满足方程组 的平面凸轮摆槽轮廓线，可令R＝r，k为任一正 数。得出X、Y的对应数组，如表1、2所示；根据列表数可得平面凸轮摆槽轮廓线。
所述满足方程组 的平面凸轮摆槽轮廓线，还可令R≠r，k为任 一正数。得出X、Y的对应数组；根据数列可得平面凸轮摆槽轮廓线。
上述平面凸轮摆槽轮廓线严格说应该是摆针3中心线的运动轨迹，平面凸轮摆槽轮廓线 应该是摆针3中心线按所述轨迹运动时，摆针3的圆周的包络线。
图6、图7所示凸轮摆槽轮廓线是分别将k设成3、或4，R＝r＝4.5mm。
表1 R＝r＝4.5mm，k＝3
X Y X Y X Y X Y X Y -0.039 -2.598 -4.438 -0.494 -1.465 2.497 3.936 1.426 2.832 -2.181 -0.431 -2.589 -4.486 -0.235 -1.089 2.542 4.111 1.204 2.516 -2.290 -0.820 -2.567 -4.500 0.026 -0.704 2.575 4.255 0.969 2.182 -2.373 -1.203 -2.530 -4.479 0.287 -0314 2.594 4.366 0.723 1.830 -2.440 -1.576 -2.481 -4.425 0.545 0.079 2.598 4.445 0.468 1.465 -2.497 -1.937 -2.421 -4.336 0.797 0.470 2.588 4.489 0.209 1.089 -2.542 -2.284 -2.351 -4.215 1.041 0.859 2.564 4.499 -0.052 0.704 -2.575 -2.613 -2.260 -4.062 1.272 1.240 2.526 4.475 -0.313 0.314 -2.594 -2.923 -2.144 -3.877 1.490 1.613 2.475 4.417 -0.571 0.000 -2.598 -3.210 -2.002 -3.664 1.690 1.973 2.414 4.326 -0.822 -3.472 -1.837 -3.422 1.872 2.318 2.343 4.201 -1.064 -3.709 -1.652 -3.154 2.032 2.645 2.250 4.045 -1.295 -3.917 -1.447 -2.862 2.169 2.952 2.131 3.857 -1.510 -4.095 -1.227 -2.516 2.290 3.237 1.987 3.641 -1.709 -4.242 -0.993 -2.182 2.373 3.497 1.820 3.396 -1.889 -4.357 -0.748 -1.830 2.440 3.731 1.632 3.126 -2.047
表1 R＝r＝4.5mm，k＝4
X Y X Y X Y X Y X Y -0.039 -2.869 -4.357 -0.842 -2.250 2.732 3.182 2.304 3.897 -1.663 -0.431 -2.876 -4.432 -0.585 -1.902 2.819 3.447 2.111 3.664 -1.919 -0.820 -2.895 -4.483 -0.294 -1.539 2.875 3.686 1.897 3.422 -2.131 -1.203 -2.899 -4.500 0.000 -1.165 2.900 3.897 1.663 3.154 -2.322 -1.576 -2.871 -4.483 0.294 -0.781 2.893 4.078 1.412 2.893 -2.473
-1.937 -2.812 -4.432 0.585 -0.392 2.875 4.229 1.147 2.581 -2.617 -2.284 -2.722 -4.347 0.870 -0.000 2.869 4.347 0.870 2.250 -2.732 -2.613 -2.603 -4.229 1.147 0.392 2.875 4.432 0.585 1.902 -2.819 -2.923 -2.457 -4.078 1.412 0.781 2.893 4.483 0.294 1.539 -2.875 -3.210 -2.286 -3.897 1.663 1.165 2.900 4.500 0.000 1.165 -2.900 -3.472 -2.091 -3.686 1.897 1.539 2.875 4.483 -0.294 0.781 -2.893 -3.709 -1.874 -3.447 2.111 1.902 2.819 4.432 -0.585 0.392 -2.875 -3.917 -1.638 -3.182 2.304 2.250 2.732 4.347 -0.870 0.000 -2.869 -4.095 -1.386 -2.893 2.473 2.581 2.617 4.229 -1.147 -4.242 -1.120 -2.581 2.617 2.893 2.473 4.078 -1412
为了给出匀速段起始点，在匀速段起始点附近设置一感测滑块4摆动位置的位置传感器 8，具体是将一微型磁钢17粘接于转盘2侧面，同时将一霍耳18固定在外壳14上，当微型 磁钢通过霍耳18附近时，霍耳18产生一上升沿，提示匀速段开始。
具体是，所述的位置传感器8是设于转盘2的侧旁，且于转盘2旋转使滑块运动到两端 极限位置处，对应位置传感器的转盘侧面设有微型磁钢17。也可以是，将所述的位置传感器 设于滑块运动的极限位置处，且于滑块两端设有微型磁钢。所述的位置传感器也可以采用接 近开关。
图4为扇形扫描过程中摆体摆动的三种姿态。
图9为B超/UBM扇型扫描运动装置工作流程，首先控制装置使直流电机1得电，直流电 机1旋转。当微型磁钢17通过霍耳18时，霍耳18产生一上升沿，匀速段开始，控制装置 开始连续使超声探头5发射超声脉冲，同时获取超声回波。完成发射序列后，匀速段结束。 控制装置通过对回波信号处理，生成B超图像。