[发明专利]一种具有参数测量功能的骨骼振动钻削平台

说明书

技术领域

本发明涉及骨科、医疗、机械等各种领域，更具体地说是涉及一种具有参数测量功能的骨骼振动钻削平台。

背景技术

随着微创概念在骨科手术中的不断推广和深入，在保障手术效果的前提下尽量减小手术操作对患者的损伤已成为未来骨科手术发展的重要方向。骨骼钻削是骨科手术中最基本、最常见的手术操作方式之一，钻削过程中产生的切削热会对骨骼造成不可逆的损伤。热损伤会导致骨骼坏疽甚至引发骨髓炎，这不仅会影响术后恢复还会直接影响手术效果。

振动钻削是在钻头上附加轴向高频振动的新型钻削方式。通过附加振动而带来的脉冲作用能有效地改善钻削效果，并能显著降低钻削过程中的切削热。

利用这种具有参数测量功能的骨骼振动钻削平台，能够开展骨骼振动钻削实验研究，并且能够容易地调整振动的频率和振幅，同时能够对振动钻削过程中的切削热和切削力进行实时在线测量。本发明对于研究新型的骨骼钻削方式，改善手术效果，促进患者术后恢复具有重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种具有参数测量功能的骨骼振动钻削平台。由于振动钻削理论证明钻削时钻头振动和工件振动是等效的，因此本发明使用了使工件（即骨骼）振动的方案。

本发明中的振动平台能够固定骨骼样本，同时能够带动骨骼样本在垂直于底座的方向进行频率和振幅可控的振动。所述振动平台有一转盘，转盘上沿圆周等间隔安装4块永磁铁，南北极互相间隔。与转盘相对的振动板底面也同样安装4块永磁铁，南北极互相间隔。电机带动转盘转动，使转盘上永磁铁与振动板底面永磁铁循环发生同极相斥-异极相吸作用，使振动板垂直运动，从而带动骨样本上下振动。通过调整电机转速能够控制振动频率，通过调整转盘与振动板之间的间距能够控制振幅。

进行振动钻削时，钻头由手持式电钻通过柔性传动轴驱动，钻头由钻削进给平台带动实现匀速进给。通过调整钻削进给平台的运动速度，能够控制钻削的进给速度，通过控制进给平台的运动距离，能够设定钻孔的深度。

参数测量系统采用激光微距传感器实时测量振动平台的振幅和频率，采用压力传感器在线测量钻削过程中的钻削力，通过将小型热电偶测温单元预埋在钻孔处附近，实时测量骨样本钻孔处的温度。每个测量装置都与计算机相连，从而实现对测量数据的实时显示和记录。

本发明设计的具有参数测量功能的骨骼振动钻削平台的优点包括：

1、能够实现对骨骼样本的振动钻削，且能够容易地调整振动的频率和振幅，以方便骨骼振动钻削的实验研究。

2、能够对骨骼振动钻削过程中的切削热、进给力、振动频率和振幅进行实时在线测量。

3、本发明结构简单、使用方便、成本较低，具有较好的使用和推广价值。

附图说明

图1是本发明的一种具有参数测量功能的骨骼振动钻削平台的结构示意图；

图2是本发明的振动平台的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的，本发明提出的具有参数测量功能的骨骼振动钻削平台包括底座1、支架2、进给平台3、压力传感器4、连杆5、连接板6、柔性传动轴7、手持式电钻8、钻头9、小型热电偶测温单元10、样本夹具11、振动平台12、激光微距传感器13、传感器支撑架14、数据采集盒15。

底座1固定在水平桌面上，两根支架2垂直固定在底座1的上表面，进给平台3两端与支架2连接，并且能够沿垂直于底座1的方向匀速运动。进给平台3和支架2构成龙门型结构。进给平台下面安装力传感器4，用于钻削过程进给力的实时测量。传感器下面固定有连杆5，且连杆5与连接板6固定，连接板6上同时还固定有柔性传动轴7。所述柔性传动轴7的末端安装钻头9，另一端与手持式电钻8的主轴相连。当手持式电钻8开动后，通过柔性传动轴7可带动钻头9旋转。而且通过连杆5和连接板6，进给平台3能够带动钻头9进行上升或下降，同时钻削时的反作用力也通过连杆5和连接板6传递到压力传感器4上。

振动平台12放置在底座1的上表面，样本夹具11安装在振动平台12上部的振动板上。钻削时骨骼样本安装在样本夹具11上，小型热电偶测温单元10预埋在骨骼样本钻孔处附近。传感器支撑架14放置在底座1上表面，激光微距传感器13安装座传感器支撑架14上，且调整到合适的位置，其测量点对准振动平台12上部的振动板，因此能够测量振动的频率和振幅。压力传感器4、小型热电偶测温单元10和激光微距传感器13的都连接到数据采集盒15，所述数据采集盒15再通过串口与计算机连接，因此测量的力、温度、频率、振幅数据都能够实时传输到计算机进行存储和处理。