[发明专利]骨钻削温度预测方法及装置

说明书

本发明提供一种骨钻削温度预测方法及装置，所述方法包括：构建骨钻削温度样本集和辅助变量样本集；基于骨钻削温度样本集和辅助变量样本集构建用于预测骨钻削温度的协同克里金模型，根据所述的协同克里金模型计算骨钻削温度的预测值；其中，所述的协同克里金模型的主变量为骨钻削温度。本发明通过基于骨钻削温度样本集和辅助变量样本集构建用于预测骨钻削温度的协同克里金模型，构建成本低，根据所述的协同克里金模型计算骨钻削温度的预测值，并引入其他辅助变量进行预测，能够实现骨钻削温度预测，并且预测精度高。

技术领域

本发明涉及骨组织钻削技术领域，尤其涉及一种骨钻削温度预测方法及装置。

背景技术

骨钻削是一种常见的孔加工形式。然而，与金属钻削不同，骨骼是一种具有生物活性的组织，对高温比较敏感，骨组织具有导热率低的特点。在骨钻削过程中，由于钻头和骨组织相互摩擦，骨组织发生剪切变形，摩擦能转化为热能。并且半封闭的加工方式使钻削区域热量不断积聚，受临床条件所限，钻削积聚的热量不易传递出去，导致骨钻削温度急剧升高。较高的骨钻削温度会使骨组织生物活性降低，造成热损伤，还可能使钻孔质量降低。如在生物骨组织进行钻削时，如果不能对骨钻削温度进行预测、控制，容易产生严重的热损伤，会影响骨组织恢复，甚至对骨组织周边造成二次伤害。目前并没有对骨钻的骨钻削温度进行预测的方法。

因此，亟需一种骨钻削温度预测方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种骨钻削温度预测方法及装置。

本发明提供一种目标检测方法，包括以下步骤：

构建骨钻削温度样本集和辅助变量样本集；

基于骨钻削温度样本集和辅助变量样本集构建用于预测骨钻削温度的协同克里金模型，根据所述的协同克里金模型计算骨钻削温度的预测值；

其中，所述的协同克里金模型的主变量为骨钻削温度。

根据本发明提供的一种骨钻削温度预测方法，所述的协同克里金模型为：

其中，Z^*(x₀)为待预测样本点x₀的骨钻削温度的估值，a_i为主变量权重系数，Z₁(x_i)为骨钻削温度样本集中样本点x_i的骨钻削温度，n为主变量的样本数量，i为主变量的样本序号，b_j为辅助变量权重系数，Z₂(x_j)为辅助变量样本集中样本点x_j的辅助变量值，m为辅助变量的样本数量，j为辅助变量的样本序号。

根据本发明提供的一种骨钻削温度预测方法，所述的辅助变量样本集中的辅助变量包括钻削力、钻削扭矩、钻削主轴电流。

根据本发明提供的一种骨钻削温度预测方法，所述的构建骨钻削温度样本集和辅助变量样本集的步骤包括：

构建骨组织钻削的有限元模型；

基于所述的有限元模型进行样本采集，形成构建骨钻削温度样本集和辅助变量样本集。

根据本发明提供的一种骨钻削温度预测方法，所述的构建骨组织钻削的有限元模型的步骤包括：

构建钻头和骨组织的三维模型并装配；

定义钻削约束和载荷，划分有限元单元网格，并以钻头与骨组织间形成钻孔的内表面最高温度作为输出的骨钻削温度进行钻削模拟计算，形成有限元模型。

根据本发明提供的一种骨钻削温度预测方法，所述的骨组织的三维模型的骨组织模型材料的特性描述模型为Johnson-Cook本构模型。