[논문]3차원 입체영상 진단용 초음파 트랜스듀서의 설계 및 제작

은홍; 권재화; 이수성; 노용래

문제 정의

그리고 동력 발생부M 탐촉자를 회전 시킬 수 있는 충분한 토크와 속도를 발用할 수 있어야하며, 빠른 응답성과 정밀한 각도 제어가 용이 해야한다. 따라서 본 연구에서는 이상과 같은 고려사항들을 종합 하여 새로운 구조의 구동부를 설계 맟 제작하였다. 이구동부에는 하우징과, 스텝모터와 평기어를 이용한 동력전달부와, 탐촉자를 보호하며 내부유체를 보전하는 음향 커버로 구성되어 있으며 각 부에 대한 세부적인 사항은 다음과 같다.
따라서 본 연구에서는 이상과 같은 고려사항들을 종합하여 새로운 구조의 구동부를 설계 및 제작하였다.
특히 구동부는 배열형 탐촉자를 정확한 각도로 회전시키기 위해서 견고한 하우징과 동력 발싱부, 그리고 음향 커버로 구성된다. 본 연구에서는 convex형 탐촉자를 스텝모터와 기어를 이용하여 회전시킴으로써 3차원 입체영상을 구현할 수 있는 구조를 설계하고 제작하였다. 또한 스텝모터를 사용하여 탐촉자의 정확하게 회전시키고, convex형 탐촉자의 회전 반경과 일치하는 음향커버를 설계하고 제작하였다.
본 연구에서는 탐촉자의 축을 하우징에 고정시키고 이 축을 중심으로 스텝 모터와 기어를 이용해 탐촉자를 회전시킬 수 있도록 하였다.
본 연구에서는 탐촉자의 축을 하우징에 고정시키고 이 축을 중심으로 스텝모터와 기어를 '이*해 탐촉자를 회전시킬 수 있도록 하였다. 트랜스듀서 하우징의 기본 구조는 초음파 섹터 트랜스듀서의 회전에 간섭을 일으키지 않는 최소의 기초타원을 중심으로 하부에는 탐촉자의 축이 지나고 상부에는 스텝모터가 위치하게 된다.

제안 방법

기어의 축간 거리는 하우징의 모터축과 탐촉자축의 축간 거리와 동일하다. 그리고 중간축에 체결되는 삽입기어에 베어링을 두어 원활한 회전이 되도록 설계 하였다.
기어의 축간 거리는 하우징의 모터축과 탐촉자축의 축간 거리와 동일하다. 그리고 중간축에 체결되는 삽입기어에 베어링을 두어 원활한 회전이 되도록 설계 하였다.
타원의 장축방향으로 탐촉자의 축이 지나게 되는데 축의 지지부는 하우징과 일체형으로 고안하여 축의 흔들림 방지 및 일정한 축간 거리를 유지할 수 있게 하였다. 기초타원 상부에는 스텝모터를 고정하기 위해 터널구조를 가지는 스텝모터 고정부를 설계하여 제작하였다.
타원의 장축방향으로 탐촉자의 축이 지나게 되는데 축의 지지부는 하우징과 일체형으로 고안하여 축의 흔들림 방지 및 일정한 축간 거리를 유지할 수 있게 하였다. 기초타원 상부에는 스텝모터를 고정하기 위해 터널구조를 가지는 스텝모터 고정부를 설계하여 제작하였다.
그림 2. 등가회로 해석에 의한 모의 실험값과 실제 제작된 초음파 트랜스듀서의 측정 실험값의 음향 특성 비교 : (A)시간영역, (B)주파수영역
본 연구에서는 convex형 탐촉자를 스텝모터와 기어를 이용하여 회전시킴으로써 3차원 입체영상을 구현할 수 있는 구조를 설계하고 제작하였다. 또한 스텝모터를 사용하여 탐촉자의 정확하게 회전시키고, convex형 탐촉자의 회전 반경과 일치하는 음향커버를 설계하고 제작하였다.
본 연구에서는 convex형 탐촉자를 스텝모터와 기어를 이용하여 회전시킴으로써 3차원 입체영상을 구현할 수 있는 구조를 설계하고 제작하였다. 또한 스텝모터를 사용하여 탐촉자의 정확하게 회전시키고, convex형 탐촉자의 회전 반경과 일치하는 음향커버를 설계하고 제작하였다.
스텝모터는 입력 신호에 대해 일정한 각도를 회전하는 모터로서 정확한 각도제어및 모터 드라이버의 특성에 따라 풀 스텝, 하프 스텝，마이크로 스텝 등 다양한 구동이 가능하며, 다른 모터에 비해 정지토크가 탁월하며 각도 오차가 누적되는 않는 장점이 있다[13]. 모터의 회전력을 탐촉자 축에 전달하기 위해 본 연구에서는 그림 3과 같이 3단 평기어를 적용 하였다. 기어의 설계 시 고려해야할 사항으로 먼저 탐촉 자를 원활히 회전시키기 위해 구동축의 기어는 종동축기어보다 작거나 같은 기어를 설계하여야 하며, 종동축의 기어는 탐촉자의 조영각을 침범하지 않게 설계되어야 한다.
스텝모터는 입력 신호에 대해 일정한 각도를 회전하는 모터로서 정확한 각도제어및 모터 드라이버의 특성에 따라 풀 스텝, 하프 스텝，마이크로 스텝 등 다양한 구동이 가능하며, 다른 모터에 비해 정지토크가 탁월하며 각도 오차가 누적되는 않는 장점이 있다[13]. 모터의 회전력을 탐촉자 축에 전달하기 위해 본 연구에서는 그림 3과 같이 3단 평기어를 적용 하였다. 기어의 설계 시 고려해야할 사항으로 먼저 탐촉 자를 원활히 회전시키기 위해 구동축의 기어는 종동축기어보다 작거나 같은 기어를 설계하여야 하며, 종동축의 기어는 탐촉자의 조영각을 침범하지 않게 설계되어야 한다.
음향커버는 탐촉자로부터 발생된 초음파와 인체로부터 반사된 신호가 원활히 투과되어야 하며, 또한 내부에 충진 되어진 음향 유체와 탐촉자를 보호하는 역할을 한다. 본 연구에서 설계한 음향 커버는 탐촉자와 음향커버 사이의 간격을 일정하게 유지하여 영상의 왜곡을 방지하도록 하기 위해 그림 4와 같이 탐촉자의 회전반경과 동일한 내부 곡률 반경을 가지도록 제작되었다.
음향커버는 탐촉자로부터 발생된 초음파와 인체로부터 반사된 신호가 원활히 투과되어야 하며, 또한 내부에 충진 되어진 음향 유체와 탐촉자를 보호하는 역할을 한다. 본 연구에서 설계한 음향 커버는 탐촉자와 음향커버 사이의 간격을 일정하게 유지하여 영상의 왜곡을 방지하도록 하기 위해 그림 4와 같이 탐촉자의 회전반경과 동일한 내부 곡률 반경을 가지도록 제작되었다.
본 연구에서 제작된 3차원 초음파 섹터 트랜스듀서는 2차원 단면 영상을 연속적으로 획득하여 3차원 입체영상을 실시간으로 제공하며 조영각과 조영속도, 그리고 3차원 영상획득 비율을 임의로 설정할 수 있다. 제작한 초음파 섹터 트랜스듀서의 실물을 그림 5에 나타내었으며 표 2에 제작한 3차원 섹터 트랜스듀서의 제원을 나타내었다.
본 연구에서 제작된 3차원 초음파 섹터 트랜스듀서는 2차원 단면 영상을 연속적으로 획득하여 3차원 입체영상을 실시간으로 제공하며 조영각과 조영속도, 그리고 3차원 영상획득 비율을 임의로 설정할 수 있다. 제작한 초음파 섹터 트랜스듀서의 실물을 그림 5에 나타내었으며 표 2에 제작한 3차원 섹터 트랜스듀서의 제원을 나타내었다.
본 연구에서는 128개의 능동소자로 구성된 중심주파수가 4.5MHz, 대역폭이 66%인 convex형 탐촉자를 하우징에 결합하고 스텝모터와 평기어를 이용하여 회전시킴으로써 3차원 입체영상을 구현 할 수 있는 초음파 섹터 트랜스듀서를 설계 및 제작하였다. 하우징은 알루미늄을 사용하여 중량을 감소시켜 진단자의 편의를 도모하였고 회전부에 베어링을 배치함으로써 원활한 회전을 유도하였다.
본 연구에서는 128개의 능동소자로 구성된 중심주파수가 4.5MHz, 대역폭이 66%인 convex형 탐촉자를 하우징에 결합하고 스텝모터와 평기어를 이용하여 회전시킴으로써 3차원 입체영상을 구현 할 수 있는 초음파 섹터 트랜스듀서를 설계 및 제작하였다. 하우징은 알루미늄을 사용하여 중량을 감소시켜 진단자의 편의를 도모하였고 회전부에 베어링을 배치함으로써 원활한 회전을 유도하였다.
특히 구동부는 배열형 탐촉자를 정확한 각도로 회전시키기 위해서 견고한 하우징과 동력 발싱부, 그리고 음향 커버로 구성된다. 본 연구에서는 convex형 탐촉자를 스텝모터와 기어를 이용하여 회전시킴으로써 3차원 입체영상을 구현할 수 있는 구조를 설계하고 제작하였다. 또한 스텝모터를 사용하여 탐촉자의 정확하게 회전시키고, convex형 탐촉자의 회전 반경과 일치하는 음향커버를 설계하고 제작하였다.
탐촉자를 회전시키기 위해 본 연구에서는 소형 스텝 모터를 선정하여 적용하였다. 스텝모터는 입력 신호에 대해 일정한 각도를 회전하는 모터로서 정확한 각도제어및 모터 드라이버의 특성에 따라 풀 스텝, 하프 스텝，마이크로 스텝 등 다양한 구동이 가능하며, 다른 모터에 비해 정지토크가 탁월하며 각도 오차가 누적되는 않는 장점이 있다[13].
트랜스듀서 하우징의 기본 구조는 초음파 섹터 트랜스듀서의 회전에 간섭을 일으키지 않는 최소의 기초타원을 중심으로 하부에는 탐촉자의 축이 지나고 상부에는 스텝모터가 위치하게 된다. 하우징은 트랜스듀서 형상을 유지하며 탐촉자의 축을 지지하는 역할을 감당하는 부분으로서 중량을 고려하여성형성과 내식성, 표면 처리성이 우수한 구조용 알루미늄 합금을 사용하여 설계 및 제작하였다. 타원의 장축방향으로 탐촉자의 축이 지나게 되는데 축의 지지부는 하우징과 일체형으로 고안하여 축의 흔들림 방지 및 일정한 축간 거리를 유지할 수 있게 하였다.
트랜스듀서 하우징의 기본 구조는 초음파 섹터 트랜스듀서의 회전에 간섭을 일으키지 않는 최소의 기초타원을 중심으로 하부에는 탐촉자의 축이 지나고 상부에는 스텝모터가 위치하게 된다. 하우징은 트랜스듀서 형상을 유지하며 탐촉자의 축을 지지하는 역할을 감당하는 부분으로서 중량을 고려하여성형성과 내식성, 표면 처리성이 우수한 구조용 알루미늄 합금을 사용하여 설계 및 제작하였다. 타원의 장축방향으로 탐촉자의 축이 지나게 되는데 축의 지지부는 하우징과 일체형으로 고안하여 축의 흔들림 방지 및 일정한 축간 거리를 유지할 수 있게 하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 3차원 입체 영상을 구성하기 위해 표 1에 나타난 바와 같은 설계사양의 convex형 탐촉자를 사용하였다. 탐촉자는 높은 전기 기계결합계수와 작은 내부손실 그리고 큰 압전상수 값을 가지는 PZT를 사용하였으며, 128개의 독립된 진동소자가 곡률 반경이 40mm 인 후면층에 부착되어 있고, 소자 전면으로는 초음파의 원활한 투과를 위해 정합층이 있다.
본 연구에서는 3차원 입체 영상을 구성하기 위해 표 1에 나타난 바와 같은 설계사양의 convex형 탐촉자를 사용하였다. 탐촉자는 높은 전기 기계결합계수와 작은 내부손실 그리고 큰 압전상수 값을 가지는 PZT를 사용하였으며, 128개의 독립된 진동소자가 곡률 반경이 40mm 인 후면층에 부착되어 있고, 소자 전면으로는 초음파의 원활한 투과를 위해 정합층이 있다. 그리고 초음파의 집 속을 위해 정합층 위에 음향렌즈가 설치 되어있다.
본 연구에서는 3차원 입체 영상을 구성하기 위해 표 1에 나타난 바와 같은 설계사양의 convex형 탐촉자를 사용하였다. 탐촉자는 높은 전기 기계결합계수와 작은 내부손실 그리고 큰 압전상수 값을 가지는 PZT를 사용하였으며, 128개의 독립된 진동소자가 곡률 반경이 40mm 인 후면층에 부착되어 있고, 소자 전면으로는 초음파의 원활한 투과를 위해 정합층이 있다. 그리고 초음파의 집 속을 위해 정합층 위에 음향렌즈가 설치 되어있다.

성능/효과

따라서 제작된 초음파 탐촉자는 설계 결과를 잘 반영함을 알 수 있었다.
하우징은 알루미늄을 사용하여 중량을 감소시켜 진단자의 편의를 도모하였고 회전부에 베어링을 배치함으로써 원활한 회전을 유도하였다. 설계한 하우징에 스텝모터, 기어 및 음향커버를 조립하여, 음향 유체를 충진한 다음 구동실험을 한 결과 정확한 각도 제어 및 원활한 회전운동이 발생함을 확인하였으며 양질의 3차원 입체영상을 획득할 수 있었다.
하우징은 알루미늄을 사용하여 중량을 감소시켜 진단자의 편의를 도모하였고 회전부에 베어링을 배치함으로써 원활한 회전을 유도하였다. 설계한 하우징에 스텝모터, 기어 및 음향커버를 조립하여, 음향 유체를 충진한 다음 구동실험을 한 결과 정확한 각도 제어 및 원활한 회전운동이 발생함을 확인하였으며 양질의 3차원 입체영상을 획득할 수 있었다.
제작한 초음파 섹터 트랜스듀서의 실물을 그림 5에 나타내었으며 표 2에 제작한 3차원 섹터 트랜스듀서의 제원을 나타내었다. 제작한 초음파 섹터 트랜스듀서는 단위시간당 획득할 수 있는 최대 3차원 화상수는 22개이며, 초당 765° 를 조영할 수 있는 속도를 가진다.
제작한 초음파 섹터 트랜스듀서의 실물을 그림 5에 나타내었으며 표 2에 제작한 3차원 섹터 트랜스듀서의 제원을 나타내었다. 제작한 초음파 섹터 트랜스듀서는 단위시간당 획득할 수 있는 최대 3차원 화상수는 22개이며, 초당 765° 를 조영할 수 있는 속도를 가진다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

3차원 입체영상 진단용 초음파 트랜스듀서의 설계 및 제작
Design and fabrication of 3-dimensional diagnostic Ultrasonic transducers 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

3차원 입체영상 진단용 초음파 트랜스듀서의 설계 및 제작 Design and fabrication of 3-dimensional diagnostic Ultrasonic transducers 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

3차원 입체영상 진단용 초음파 트랜스듀서의 설계 및 제작
Design and fabrication of 3-dimensional diagnostic Ultrasonic transducers 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper