图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法与流程

1.本发明涉及声透镜技术领域，具体为图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法。


背景技术：

2.声透镜是一种可以汇聚或发散声波的声学元件，类似于光学中的透镜。在图像声呐中，当频率较高，声波的波长远小于声学孔径时，可以将声波看成近似直线传播，从而使用类似于几何光学的方法设计声透镜，并在声透镜后放置换能器元件，以实现精细的声学成像。
3.与光学透镜类似，声学透镜必须使用透声且折射率与介质不同的材料制作。为将尽量多的声波投射至换能器元件，声学透镜材料必须具有尽量低的衰减特性以及尽量和介质接近的声阻抗。该要求给声透镜材料的设计和制备提出了极高的要求。
4.声透镜材料可分为液体和固体两大类。液体材料的特点是衰减通常较低，且便于通过修改配方实现不同的折射率和声阻抗。但是由于液体无法成型，使用起来非常不方便，因此应用极少。固体材料可分为塑料和橡胶两大类，前者方便成型，结构坚固，但衰减通常较大，阻抗匹配性差，并且能够选用的仅有abs、pmp、ps、环氧树脂等少数几种材料，无法做到折射率的精确调整；后者衰减小，但太过柔软不方便使用。因此，发明图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法。


技术实现要素：

5.鉴于上述和/或现有图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法中存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明的目的是提供图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法，能够解决上述提出现有的问题。
7.为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
8.图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法，其包括具体步骤如下：
9.步骤一：通过机加工组件在两个塑料的相对端面形成透镜曲面，以得到透镜骨架；
10.步骤二：在透镜骨架的顶端开设与透镜曲面相连通的半圆形孔，过后，将两个透镜骨架通过粘接方法粘接为一体，此时，两个半圆形孔则会组成一个圆形孔，即为浇筑孔；
11.步骤三：通过浇筑孔将折声材料注入到两个透镜骨架之间；
12.步骤四：用密封材料封闭浇筑孔；
13.步骤五：在两个透镜骨架的相背端粘贴匹配层，以得到透镜。
14.作为本发明所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤一中的塑料为透声塑料，所述透声塑料为坚硬、透声性能优良，且能够实现大规模注塑生产的塑料。
15.作为本发明所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法的一种优选方案，其中：所述折声材料是指折射率不同于透声塑料，衰减小，且能够通过浇筑成型的液体或液体
橡胶，其通过调整配方和补强材料，浇筑的折声材料可以在很宽的范围内调整折射率和声阻抗，从而实现不同性能的声透镜。
16.作为本发明所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤四中如果折声材料为液体橡胶则可以不用对浇筑孔进行封闭。
17.作为本发明所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤四中密封材料为胶水或塑料。
18.作为本发明所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤五中可在匹配层的外侧粘接一组换能器，以能够构成完整的声透镜换能器。
19.作为本发明所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法的一种优选方案，其中：所述机加工组件包括：
20.支架；
21.用于对透声塑料进行固定的夹持组件，所述支架的底端两侧均安装夹持组件；
22.用于对透声塑料进行切割的激光器；
23.用于带动激光器进行多方位移动的移动组件，所述支架的顶端安装移动组件。
24.作为本发明所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法的一种优选方案，其中：所述夹持组件包括：
25.两组固定板，所述固定板固定安装在支架的底端上；
26.电动推杆，每组所述固定板上均固定安装电动推杆；
27.挤压板，所述电动推杆的输出端通过活塞杆固定安装挤压板，且两组挤压板之间设有透声塑料。
28.作为本发明所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法的一种优选方案，其中：所述移动组件包括：
29.第一侧板，所述支架的顶端两侧均固定安装第一侧板；
30.第一螺杆，所述第一螺杆通过轴承转动连接在两组第一侧板之间；
31.第一滑块，所述第一滑块螺纹连接在第一螺杆上；
32.第一支撑板，所述第一支撑板固定安装在第一滑块的底部上；
33.第一导向杆，所述第一导向杆固定安装在两组第一侧板之间，且第一滑块的内壁滑动连接第一导向杆；
34.第一伺服电机，所述第一伺服电机固定安装在一组第一侧板上，且第一伺服电机的输出轴与第一螺杆固定连接；
35.第二侧板，所述第一支撑板的底部两侧均固定安装第二侧板；
36.第二螺杆，所述第二螺杆通过轴承转动连接在两组第二侧板之间；
37.第二滑块，所述第二滑块螺纹连接在第二螺杆上；
38.第二支撑板，所述第二支撑板固定安装在第二滑块的底部上；
39.第二导向杆，所述第二导向杆固定安装在两组第二侧板之间，且第二滑块的内壁滑动连接第二导向杆；
40.第二伺服电机，所述第二伺服电机固定安装在一组第二侧板上，且第二伺服电机的输出轴与第二螺杆固定连接。
41.作为本发明所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法的一种优选方案，其
中：所述移动组件还包括：
42.盒体，所述盒体固定安装在第二支撑板的底部上；
43.气缸，所述气缸固定安装在盒体的内壁上；
44.升降板，所述气缸的输出端通过活塞杆固定安装升降板，且升降板的底部固定安装激光器。
45.与现有技术相比：
46.本发明制成的声透镜组，具有结构坚固、衰减小的特点，而透镜组的设计确保了成像系统的大孔径、宽视野以及经过校正的像差、色差，能够实现良好的成像效果。
附图说明
47.图1为本发明步骤一结构示意图；
48.图2为本发明步骤二结构示意图；
49.图3为本发明步骤三结构示意图；
50.图4为本发明步骤四、步骤五结构示意图；
51.图5为本发明实施例结构示意图；
52.图6为本发明机加工组件正视示意图；
53.图7为本发明移动组件正视示意图；
54.图8为本发明移动组件局部结构仰视示意图。
55.图中：透镜骨架10、浇筑孔20、折声材料30、密封材料40、匹配层50、换能器60；
56.支架11、固定板21、电动推杆22、挤压板23、第一侧板41、第一螺杆42、第一滑块43、第一导向杆44、第一伺服电机45、第一支撑板46、第二侧板51、第二螺杆52、第二滑块53、第二导向杆54、第二伺服电机55、第二支撑板56、盒体61、气缸62、升降板63、激光器71。
具体实施方式
57.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
58.本发明提供图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法，请参阅图1-图4，包括具体步骤如下：
59.步骤一：通过机加工组件(还可通过注塑)在两个塑料的相对端面形成透镜曲面，以得到透镜骨架10；
60.其中，塑料为透声塑料，透声塑料为坚硬、透声性能优良，且能够实现大规模注塑生产的塑料，如聚苯乙烯(ps)、聚甲基戊烯(pmp)等；
61.根据透镜设计，透镜曲面可以为凹面、平面或凸面，可以为球面或非球面。声音在透镜曲面上产生折射从而实现汇聚、发散等功能；
62.步骤二：在透镜骨架10的顶端开设与透镜曲面相连通的半圆形孔，过后，将两个透镜骨架10通过粘接方法粘接为一体，此时，两个半圆形孔则会组成一个圆形孔，即为浇筑孔20；
63.步骤三：通过浇筑孔20将折声材料30注入到两个透镜骨架10之间；
64.其中，折声材料30是指折射率不同于透声塑料，衰减小，且能够通过浇筑成型的液
体或液体橡胶，如蓖麻油、硅油、室温硫化硅橡胶(rtv)、聚氨酯(pu)等，其通过调整配方和补强材料，浇筑的折声材料可以在很宽的范围内调整折射率和声阻抗，从而实现不同性能的声透镜；
65.步骤四：用密封材料40封闭浇筑孔20，其中，如果折声材料30为液体橡胶则可以不用对浇筑孔进行封闭；
66.其中，如果折声材料30为液体橡胶则可以不用对浇筑孔20进行封闭；
67.密封材料40为胶水或塑料；
68.步骤五：在两个透镜骨架10的相背端粘贴匹配层50，以得到透镜；
69.其中，为减少透声塑料和外部介质之间阻抗失配造成的声反射，透声塑料的最外层通常需要粘贴匹配层50，匹配层的厚度和声阻抗可以按照经典的匹配层50设计方法进行制备；另外，可在匹配层50的外侧粘接一组换能器60，以能够构成完整的声透镜换能器。
70.本发明的方法具有以下特点：
71.1.通过调整配方和补强材料，折声材料30可以在很宽的范围内调整折射率和声阻抗，从而设计出各种需求的声透镜；
72.2.封装在透镜骨架10中间的折声材料30不会挥发、不会流出、不会变形，可确保长期稳定使用；
73.3.由于液体或液体橡胶的折射率通常大于透声塑料，制成的声透镜具有凸镜汇聚、凹镜发散的特点，与光学透镜相同，因此可使用成熟的光学透镜设计方法和经典的结构设计透镜组；
74.4.通过堆叠多层透镜骨架10并形成多个空腔，并浇筑不同成分的折声材料30，可以非常方便的生产一体化的透镜组；
75.5.所有堆叠的透镜骨架10均为同一成分，因此可通过溶剂、胶粘剂、超声焊接等方法将其牢固的粘接在一起；
76.6.由于透镜骨架10可通过成熟的注塑工艺生产，而粘接、浇筑、封孔等工艺均有成熟生产工艺，因此该方法制作的声透镜可低成本、大批量的工业化生产。
77.实施例：
78.请参阅图5，包括具体步骤如下：
79.步骤一：采用聚苯乙烯(ps)作为透声塑料，使用模具注塑形成透镜骨架10，由于本声透镜组由3组透镜构成，因此共需要4个透镜骨架；其中透镜骨架10a的左面为平面，右面为凹面；透镜骨架10b的左边为平面，右面为凸面；透镜骨架10c的左面为凸面，右面为凹面；透镜骨架10d的左面为凹面，右面为平面；
80.步骤二：由于声透镜70c和声透镜70d为胶合结构，中间没有骨架，因此需要使用模具事先浇筑制成声透镜70d，并将制成的声透镜粘接在透镜骨架10d的左面；
81.步骤三：粘合所有透镜骨架；
82.步骤四：通过浇筑孔20浇筑所有透镜，浇筑材料采用硅橡胶，并通过不同的配比和掺杂实现不同的折射率；
83.步骤五：使用超声焊接的方法封堵浇筑孔20；
84.步骤六：在透镜骨架10a的左面粘接匹配层50，实现ps与水的阻抗匹配；
85.步骤七：在透镜骨架10c的右面粘接匹配层50，实现ps与压电陶瓷的阻抗匹配；
86.步骤八：完成声透镜组的制作，而后可在右侧的匹配层50右侧粘接换能器60阵列，以构成完整的声透镜换能器。
87.请参阅图6-图8，机加工组件包括：支架11、用于对透声塑料进行固定的夹持组件、用于对透声塑料进行切割的激光器71、用于带动激光器71进行多方位移动的移动组件；
88.支架11的底端两侧均安装夹持组件，支架11的顶端安装移动组件。
89.夹持组件包括：两组固定板21、电动推杆22、挤压板23；
90.固定板21固定安装在支架11的底端上，每组固定板21上均固定安装电动推杆22，电动推杆22的输出端通过活塞杆固定安装挤压板23，且两组挤压板23之间设有透声塑料。
91.移动组件包括：第一侧板41、第一螺杆42、第一滑块43、第一导向杆44、第一伺服电机45、第一支撑板46、第二侧板51、第二螺杆52、第二滑块53、第二导向杆54、第二伺服电机55、第二支撑板56、盒体61、气缸62、升降板63；
92.支架11的顶端两侧均固定安装第一侧板41，第一螺杆42通过轴承转动连接在两组第一侧板41之间，第一滑块43螺纹连接在第一螺杆42上，第一支撑板46固定安装在第一滑块43的底部上，第一导向杆44固定安装在两组第一侧板41之间，且第一滑块43的内壁滑动连接第一导向杆44，第一伺服电机45固定安装在一组第一侧板41上，且第一伺服电机45的输出轴与第一螺杆42固定连接，第一支撑板46的底部两侧均固定安装第二侧板51，第二螺杆52通过轴承转动连接在两组第二侧板51之间，第二滑块53螺纹连接在第二螺杆52上，第二支撑板56固定安装在第二滑块53的底部上，第二导向杆54固定安装在两组第二侧板51之间，且第二滑块53的内壁滑动连接第二导向杆54，第二伺服电机55固定安装在一组第二侧板51上，且第二伺服电机55的输出轴与第二螺杆52固定连接，盒体61固定安装在第二支撑板56的底部上，气缸62固定安装在盒体61的内壁上，气缸62的输出端通过活塞杆固定安装升降板63，且升降板63的底部固定安装激光器71。
93.机加工组件的工作原理为：将透声塑料置于两组挤压板23之间，此时，通过电动推杆22使挤压板23往透声塑料处进行移动，直至两组挤压板23对透声塑料进行挤压固定，当对透声塑料挤压固定后，通过气缸62使升降板63带动激光器71进行升降，直至激光器71处于合适的高度，过后，通过第一伺服电机45使第一螺杆42进行旋转，当第一螺杆42旋转时，则会在第一滑块43的作用下带动激光器71左右移动，此时，通过第二伺服电机55使第二螺杆52进行旋转，当第二螺杆52旋转时，则会在第二滑块53的作用下带动激光器71前后移动，以能够带动激光器71进行多方位移动，进而能够在透声塑料上切割出透镜曲面，最后可根据需求进行后续的加工，如打磨等。
94.如图6所示，当对左侧夹持组件上的透声塑料进行加工时，此时，可将右侧夹持组件上已被加工完毕的透声塑料给取下来，并将新的待加工透声塑料给固定在将右侧夹持组件上，以能够对透声塑料进行连续加工。
95.其中，机加工组件所带来的效果如下所示：
96.1.通过设置用于带动激光器进行多方位移动的移动组件，具有能够在透声塑料上形成多种形状的透镜曲面，进而会提高该机加工组件的实用性；
97.2.通过设置两组用于对透声塑料进行固定的夹持组件，以及再通过设置用于带动激光器进行多方位移动的移动组件，具有能够实现在对透声塑料进行加工时，能够对另一组夹持组件上的透声塑料进行上下料的作用，进而会在一定程度上提高对若干透声塑料的
加工效率。
98.虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

技术特征：
1.图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法，其特征在于，包括具体步骤如下：步骤一：通过机加工组件在两个塑料的相对端面形成透镜曲面，以得到透镜骨架(10)；步骤二：在透镜骨架(10)的顶端开设与透镜曲面相连通的半圆形孔，过后，将两个透镜骨架(10)通过粘接方法粘接为一体，此时，两个半圆形孔则会组成一个圆形孔，即为浇筑孔(20)；步骤三：通过浇筑孔(20)将折声材料(30)注入到两个透镜骨架(10)之间；步骤四：用密封材料(40)封闭浇筑孔(20)；步骤五：在两个透镜骨架(10)的相背端粘贴匹配层(50)，以得到透镜。2.根据权利要求1所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法，其特征在于，所述步骤一中的塑料为透声塑料，所述透声塑料为坚硬、透声性能优良，且能够实现大规模注塑生产的塑料。3.根据权利要求1所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法，其特征在于，所述折声材料(30)是指折射率不同于透声塑料，衰减小，且能够通过浇筑成型的液体或液体橡胶，其通过调整配方和补强材料，浇筑的折声材料可以在很宽的范围内调整折射率和声阻抗，从而实现不同性能的声透镜。4.根据权利要求3所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法，其特征在于，所述步骤四中如果折声材料(30)为液体橡胶则可以不用对浇筑孔(20)进行封闭。5.根据权利要求2所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法，其特征在于，所述步骤四中密封材料(40)为胶水或塑料。6.根据权利要求1所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法，其特征在于，所述步骤五中可在匹配层(50)的外侧粘接一组换能器(60)，以能够构成完整的声透镜换能器。7.根据权利要求2所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法，其特征在于，所述机加工组件包括：支架(11)；用于对透声塑料进行固定的夹持组件，所述支架(11)的底端两侧均安装夹持组件；用于对透声塑料进行切割的激光器(71)；用于带动激光器(71)进行多方位移动的移动组件，所述支架(11)的顶端安装移动组件。8.根据权利要求7所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法，其特征在于，所述夹持组件包括：两组固定板(21)，所述固定板(21)固定安装在支架(11)的底端上；电动推杆(22)，每组所述固定板(21)上均固定安装电动推杆(22)；挤压板(23)，所述电动推杆(22)的输出端通过活塞杆固定安装挤压板(23)，且两组挤压板(23)之间设有透声塑料。9.根据权利要求7所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法，其特征在于，所述移动组件包括：第一侧板(41)，所述支架(11)的顶端两侧均固定安装第一侧板(41)；第一螺杆(42)，所述第一螺杆(42)通过轴承转动连接在两组第一侧板(41)之间；第一滑块(43)，所述第一滑块(43)螺纹连接在第一螺杆(42)上；
第一支撑板(46)，所述第一支撑板(46)固定安装在第一滑块(43)的底部上；第一导向杆(44)，所述第一导向杆(44)固定安装在两组第一侧板(41)之间，且第一滑块(43)的内壁滑动连接第一导向杆(44)；第一伺服电机(45)，所述第一伺服电机(45)固定安装在一组第一侧板(41)上，且第一伺服电机(45)的输出轴与第一螺杆(42)固定连接；第二侧板(51)，所述第一支撑板(46)的底部两侧均固定安装第二侧板(51)；第二螺杆(52)，所述第二螺杆(52)通过轴承转动连接在两组第二侧板(51)之间；第二滑块(53)，所述第二滑块(53)螺纹连接在第二螺杆(52)上；第二支撑板(56)，所述第二支撑板(56)固定安装在第二滑块(53)的底部上；第二导向杆(54)，所述第二导向杆(54)固定安装在两组第二侧板(51)之间，且第二滑块(53)的内壁滑动连接第二导向杆(54)；第二伺服电机(55)，所述第二伺服电机(55)固定安装在一组第二侧板(51)上，且第二伺服电机(55)的输出轴与第二螺杆(52)固定连接。10.根据权利要求7所述的图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法，其特征在于，所述移动组件还包括：盒体(61)，所述盒体(61)固定安装在第二支撑板(56)的底部上；气缸(62)，所述气缸(62)固定安装在盒体(61)的内壁上；升降板(63)，所述气缸(62)的输出端通过活塞杆固定安装升降板(63)，且升降板(63)的底部固定安装激光器(71)。

技术总结
本发明公开的属于声透镜技术领域，具体为图像声呐中一种声透镜的工艺制备方法，包括具体步骤如下：通过机加工组件在两个塑料的相对端面形成透镜曲面，以得到透镜骨架，将两个透镜骨架通过粘接方法粘接为一体，并在两组透镜骨架之间的顶端留有浇筑孔，通过浇筑孔将折声材料注入到两个透镜骨架之间，用密封材料封闭浇筑孔，在两个透镜骨架的相背端粘贴匹配层，以得到透镜，本发明制成的声透镜组，具有结构坚固、衰减小的特点，而透镜组的设计确保了成像系统的大孔径、宽视野以及经过校正的像差、色差，能够实现良好的成像效果。能够实现良好的成像效果。能够实现良好的成像效果。


技术研发人员：戴戈 蔡小 黄敏
受保护的技术使用者：珠海市蓝衡科技有限公司
技术研发日：2023.08.14
技术公布日：2023/9/19