用于制备曲面阵超声波换能器的治具的制作方法

本实用新型涉及加工治具技术领域，具体地，涉及一种用于制备曲面阵超声波换能器的治具。

背景技术：

超声波在介质中具有反射、折射、衍射、散射等传播规律。超声波在不同的介质中传播时，若不能垂直地从界面进入介质，则会因为反射、折射等原因造成超声波严重的衰减。要实现对外表面不规则的物体(如人体)的内部复杂结构进行精准的三维扫描或聚焦，若采用传统的多阵元的平面超声波换能器，由于传统的平面超声波换能器绝大部分阵元发出的超声波均是斜射入物体中，这会造成超声波在介质中进行传播的过程中严重的衰减，难以达到预计的目标。

现有超声波换能器的超声探头在实际使用时，很难与待测物体的表面进行有效贴合，探头发出的超声波在传播过程中衰减较为严重，生成的图像清晰度远低于设计值。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于制备曲面阵超声波换能器的治具，旨在解决现有技术中超声波换能器的超声探头很难与待测物体的表面进行有效贴合，导致生成的图像清晰度无法满足要求的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：提供一种用于制备曲面阵超声波换能器的治具，包括：底板，底板上设置有曲面凸起，曲面凸起的表面轮廓与待测物的表面轮廓相一致；第一侧板，第一侧板的第一端可拆卸地连接在底板上；顶板，顶板可拆卸地连接在第一侧板的第二端；紧压杆，紧压杆连接在顶板上且穿过顶板；配合压块，配合压块具有内凹曲面，内凹曲面与曲面凸起的表面轮廓相匹配，配合压块与紧压杆的端部连接。

可选地，紧压杆与顶板之间螺纹连接，紧压杆与配合压块之间能够相对转动地连接。

可选地，治具还包括第二侧板，第二侧板可拆卸地连接在底板上，第二侧板与第一侧板对接并包围曲面凸起，治具还包括电路板装配组件，电路板装配组件连接在第一侧板和第二侧板上，电路板装配组件位于第一侧板与第二侧板之间且与曲面凸起正对设置。

可选地，电路板装配组件包括多个电路板、多个抵片和至少两个螺杆，多个抵片对称地设置在电路板的两侧，多个电路板与多个抵片交替设置，螺杆穿过第一侧板或第二侧板，螺杆的端部抵接在抵片上以压紧电路板。

可选地，电路板装配组件还包括装配杆，各电路板的两侧均开有第一通孔，各抵片上均开设有与第一通孔对应的第二通孔，装配杆穿过第一侧板或第二侧板，且装配杆穿过第一通孔与第二通孔。

可选地，第一侧板的内壁与第二侧板的内壁上均开设有与抵片相匹配的容纳槽。

可选地，第一侧板和/或第二侧板的对接端口处开设有开模槽。

可选地，治具还包括至少一个液位限制块，第一侧板的对接端口处开设第一限位槽，第二侧板的对接端口处开设有与第一限位槽相配合的第二限位槽，液位限制块嵌设在第一限位槽与第二限位槽内。

可选地，第一限位槽的竖直壁面和/或第二限位槽的竖直壁面上开设有撬口。

可选地，液位限制块的数量为两个，两个液位限制块对称设置。

本实用新型中，通过将压电材料放置在曲面凸起的表面上，再通过配合压块对压电材料进行挤压成型，由于曲面凸起和配合压块的内凹曲面与待测物的贴合表面相一致，因而压制成型的压电材料的曲面轮廓能够与待测物的表面贴合紧密，从而使超声波能够垂直地射入待测物中，大大减少了超声波在传播过程中的衰减程度，使得超声波能量能够满足图像生成所需要求，从而得到清晰的扫描图像。

附图说明

图1是本实用新型的用于制备曲面阵超声波换能器的治具的实施例中用于压电材料曲面成型的夹具；

图2是图1的分解结构示意图；

图3是本实用新型的用于制备曲面阵超声波换能器的治具的实施例中用于压电材料阵元引线后背衬材料的灌注成型模具；

图4是图3的分解结构示意图；

图5是本实用新型的用于制备曲面阵超声波换能器的治具的实施例中第一侧板的结构示意图；

图6是本实用新型的用于制备曲面阵超声波换能器的治具的实施例中第二侧板的结构示意图；

图7是本实用新型的用于制备曲面阵超声波换能器的治具的实施例中配合压块的结构示意图；

图8是本实用新型的用于制备曲面阵超声波换能器的治具的实施例中电路板的结构示意图；

图9是应用本实用新型的用于制备曲面阵超声波换能器的治具加工成型后的工件结构示意图。

在附图中：

10、底板； 11、曲面凸起；

21、第一侧板； 22、第二侧板；

30、顶板； 40、紧压杆；

50、配合压块； 51、内凹曲面；

60、电路板装配组件； 61、电路板；

62、抵片； 63、螺杆；

64、装配杆； 70、液位限制块；

210、开模槽； 211、第一限位槽；

220、撬口； 221、第二限位槽；

610、第一通孔； 611、电路板通孔；

621、第二通孔； 622、容纳槽；

641、第一装配通孔； 642、第二装配通孔；

701、台阶结构； 100、压电材料；

200、背衬材料。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者间接连接至该另一个元件上。

还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

在实施制备本实用新型的曲面超声波换能器的工艺过程中，由于压电材料100是与待测物的表面贴合的部分，因而需要将压电材料100进行造型，然后再在压电材料100成型的基础上进行后续的制备加工。

因此，如图1、图2和图7所示，本实施例的用于制备曲面阵超声波换能器的治具包括底板10、第一侧板21、顶板30、紧压杆40和配合压块50，底板10上设置有曲面凸起11，曲面凸起11的表面轮廓与待测物的表面轮廓相一致，第一侧板21的第一端可拆卸地连接在底板10上，顶板30可拆卸地连接在第一侧板21的第二端上，紧压杆40连接在顶板30上且穿过顶板30，配合压块50具有内凹曲面51，内凹曲面51与曲面凸起11的表面轮廓相匹配，配合压块50与紧压杆40的端部连接。

通过将压电材料100放置在曲面凸起11的表面上，再通过配合压块50对压电材料100进行挤压成型，由于曲面凸起11和配合压块50的内凹曲面51与待测物的贴合表面相一致，因而压制成型的压电材料100的曲面轮廓能够与待测物的表面贴合紧密，例如当待测物为动物大脑或人的头部，此时该曲面凸起11和内凹曲面51均为与动物大脑或人的头部相匹配的球形形状，它们之间的弧度相匹配，从而使超声波能够垂直地射入待测物中，大大减少了超声波在传播过程中的衰减程度，使得超声波能量能够满足图像生成所需要求，从而得到清晰的扫描图像。

在制备压电材料100的工艺过程中，首先将压电材料100放置在底板10的曲面凸起11上，然后将配合压块50放置在压电材料100上与曲面凸起11配合，在通过穿过顶板30的紧压杆40带动配合压块50对压电材料100进行挤压。待使用该治具对压电材料100形成预定的挤压力之后，然后保持一端时间，使得压电材料100最终成型。

在本实施例中，紧压杆40与顶板30之间螺纹连接，这样，通过转动紧压杆40就能够实现紧压杆40沿轴线方向的上下竖直移动，紧压杆40与配合压块50之间能够相对转动地连接，从而在紧压杆40上下移动过程带动配合压块50上下移动，但此时配合压块50并不随紧压杆40同步转动而保持与曲面凸起11配合，以始终对压电材料100的轮廓保证成型挤压状态。

待到压电材料100制备成型之后，工作人员将顶板30、紧压杆40以及配合压块50拆卸下来，然后再利用治具的其余组成结构对曲面超声波换能器的其余组成部分进行制备。

如图3至图6所示，该治具还包括第二侧板22，第二侧板22可拆卸地连接在底板10上，第二侧板22与第一侧板21对接并包围曲面凸起11，具体地，第一侧板21与第二侧板22围合形成一柱状空间，挤压成型后的压电材料100仍放置在曲面凸起11上并位于该柱状空间内。治具还包括电路板装配组件60，电路板装配组件60连接在第一侧板21和第二侧板22上，电路板装配组件60位于第一侧板21与第二侧板22之间且与曲面凸起11正对设置，通过电路板装配组件60将电路板配件与压电材料100进行成型结合，从而实现超声波换能器的制备完成。

具体地，电路板装配组件60包括多个电路板61、多个抵片62和至少两个螺杆63，多个抵片62对称地设置在电路板61的两侧，如图4所示，抵片62设置在电路板61的左右两侧以将电路板61压紧进行制备加工。多个电路板61与多个抵片62交替设置，螺杆63穿过第一侧板21(或者，螺杆63穿过第二侧板22)，螺杆63的端部抵接在抵片62上以压紧电路板61，此时多个电路板61构成的电路板配件通过螺杆63对抵片62与电路板61之间形成挤压稳定，从而将电路板配件固定在第一侧板21与第二侧板22之间的柱状空间中，并且各个电路板61的朝向压电材料100的端部与压电材料100配合装配。在本实施例的制备完成的曲面超声波换能器中，如图8所示，每个电路板61中形成多个电路板通孔611，从而将电路板61形成栅格形状。另外，各个电路板61的与压电材料100进行装配的端部均为与压电材料100成型后的轮廓形状相一致，以确保电路板61的端部与压电材料100之间准确装配。在制备工艺完成之后，需要将电路板61的与抵片62接触的部分切除掉，是切除形成的曲面超声波换能器上的电路板61的电路板接头呈矩形阵列分布，如图9所示。

如图3和图4所示，本实施例的治具的电路板装配组件60还包括装配杆64，通过装配杆64对各个电路板61和抵片62之间进行定位限制。各电路板61的两侧均开有第一通孔610，具体地，电路板61的每一侧均开有两个第一通孔610，并且两个第一通孔610呈竖直上下分布，各抵片62上均开设有与第一通孔610对应的第二通孔621，装配杆64穿过第一侧板21或第二侧板22，且装配杆64穿过第一通孔610与第二通孔621。通过装配杆64将多个电路板61和多个抵片62之间交替分隔并定位，然后通过螺杆63对抵片62进行抵压，如此便将各个电路板61构成的电路板配件定位限制在柱状空间内与压电材料100形成装配关系。

在所构成的电路板配件在第一侧板21和第二侧板22上通过螺杆63挤压固定过程中，为了使抵片62与第一侧板21之间的相对配合位置、抵片62与第二侧板22之间的相对配合位置保持固定，第一侧板21的内壁与第二侧板22的内壁上均开设有与抵片62相匹配的容纳槽622。在通过螺杆63进行抵压装配过程，抵片62始终位于容纳槽622内保持位置确定部偏移，从而消除螺杆63对电路板配件抵压过程中导致各个电路板61变形，而最终影响各个电路板61与压电材料100之间的装配关系。如图4和图5所示，在第一侧板21的容纳槽622的与抵片62相正对的槽壁上开设第一装配通孔641；如图3和图6所示，在第二侧板22的容纳槽622的与抵片62相接触的槽壁上开设第二装配通孔642；装配杆64则是从第一装配通孔641穿过第一侧板21、从第二装配通孔642穿过第二侧板22后对多个电路板61和多个抵片62进行定位限制。

在工作人员将多个电路板61与多个抵片62构成的电路板配件装配完成在柱状空间内之后，工作人员便进行灌注背衬材料200，使得背衬材料200在柱状空间内固化成型。

在背衬材料200固化成型之后，为了方便工作人员对第一侧板21与第二侧板22进行开模拆卸，因此，如图3、图5和图6所示，第一侧板21和/或第二侧板22的对接端口处开设有开模槽210。工作人员通过利用撬棒在开模槽210处将第一侧板21和第二侧板22撬开分离，从而将成型后的背衬材料200拆卸下来。

在灌注背衬材料200的过程中，由于在背衬材料200成型之后还需要对各个电路板61进行切割处理(即，将电路板61上开设有第一通孔610向上的部分切割掉)，为了便于切割，也为了节省灌注的背衬材料200，因此，该治具还包括至少一个液位限制块70，第一侧板21的对接端口处开设第一限位槽211，第二侧板22的对接端口处开设有与第一限位槽211相配合的第二限位槽221，液位限制块70嵌设在第一限位槽211与第二限位槽221内。通过液位限制块70来控制所灌注的背衬材料200的液位高度，从而控制所成型的背衬材料200的高度位置，然后再对电路板61进行切割处理。在应用本实施例的治具所制备的曲面阵超声波换能器中，由于在第一侧板21与第二侧板22中应用了液位限制块70，因此会在所成型的背衬材料200上形成台阶结构701，应用该台阶结构701能够方便将所制备的曲面超声波换能器在扫面成像设备中装配过程中进行封装定位。

如图4至图6所示，同样地为了方便拆卸过程中将液位限制块70拆卸下来，因此，第一限位槽211的竖直壁面和/或第二限位槽221的竖直壁面上开设有撬口220。具体地，液位限制块70的数量为两个，两个液位限制块70对称设置。

在制备工艺过程中，在完成灌注背衬材料200并且固化成型之后，工作人员对该治具进行拆卸以将所制备曲面阵超声波环能器进行卸料并进行进一步的加工工序。在背衬材料200固化成型之后，工作人员通过撬棒工具对撬口220进行撬动操作，从而将液位限制块70从第一限位槽211和/或第二限位槽221上拆卸下来，然后在通过撬棒工具对开模槽210进行操作，以使第一侧板21与第二侧板22分离，将成型的背衬材料200整体取出(此时的背衬材料200固化成型并与压电材料100成型为整体结构)。接着，工作人员取下螺杆63，使得电路板配件能够与第一侧板21能够完全脱离(或者，使得电路板配件能够与第二侧板22能够完全脱离)。工作人员再对各个电路板61进行切割处理，从而制备出入图9所示的曲面阵超声波换能器。

使用该治具进行制备成型的曲面阵超声波换能器对动物大脑或人的脑部进行发射超声波过程中，能够使超声波垂直入射至动物大脑或人的脑部，减少超声波在传播过程中的衰减，保证扫描所或的图像清晰度高。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。