[發明專利]用于立式機床的骨鉆削出口溫度場測量系統及方法

在審

• 申請號: 202010768714.2
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN111947784A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 陳明;陳杰;于德棟;鄒凡;安慶龍;徐錦泱
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G01N25/20
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種用于立式機床的骨鉆削出口溫度場測量系統，包括：設置于立式機床上的帶有鉆頭的刀柄和設置于夾具內的紅外熱像儀，其中：試樣固定于夾具上且由鉆頭對其鉆孔，紅外熱像儀設置于夾具的底部并實時對鉆孔出口處的溫度場進行測量；所述的夾具包括：內框、外框和紅外濾光片，以及帶有對應圓孔的蓋板和亞克力擋板，其中：外框固定于機床上且頂部與蓋板連接，內框固定于外框內且將紅外熱像儀垂直固定，亞克力擋板位于內框的上方，紅外濾光片置于亞克力擋板的圓孔處。本發明實現了實時捕獲立式機床上骨鉆削出口處的溫度場；能夠為骨鉆削熱損傷面積評價提供技術支撐；能夠適應不同鉆削方式下的孔出口處的溫度場測量，消除限制。

技術領域

本發明涉及的是一種立式機床的骨鉆削領域的技術，具體是一種用于立式機床的骨鉆削出口溫度場測量系統及方法。

背景技術

骨鉆削已廣泛應用于各種外科手術，如全膝關節置換術、神經外科開顱術、牙種植術、鋼板植入術和整形外科手術。骨鉆孔是一種機械-熱耦合過程，通過去除骨組織達到醫療目的。由于骨組織導熱系數小，且鉆孔屬于封閉式加工工藝，切削區產生的熱量難以耗散。但是骨組織對溫度非常敏感，骨的熱損傷與手術成功率和術后疼痛程度密切相關。特別是高溫會導致骨壞死、血液凝固和神經損傷，從而引發嚴重的并發癥。根據以往研究的結論，當溫度超過55℃時，人體活的骨細胞會發生不可逆的損傷。因此研究骨鉆削過程中的溫度和熱損傷具有重要意義，準確測量骨鉆削時的溫度場對骨鉆削工藝優化和骨鉆削質量評價具有重要作用。現有技術主要通過鉆削溫度評價骨鉆削的熱損傷，最常用的鉆削溫度測量方式是紅外測溫法和熱電偶法。但對于骨的熱損傷，損傷區域大小也是需要考慮的重要指標。但是熱電偶測溫法無法測量溫度場，也就無法對熱損傷面積進行評價。另外，使用立式機床進行孔加工，孔的出口處朝向機床工作臺，而紅外熱像儀設置于機床側面的方式無法測得孔出口處的溫度場。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種用于立式機床的骨鉆削出口溫度場測量系統及方法，能夠準確捕獲骨鉆削出口處的溫度場。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種用于立式機床的骨鉆削出口溫度場測量系統，包括：設置于立式機床上的帶有鉆頭的刀柄和設置于夾具內的紅外熱像儀，其中：試樣固定于夾具上且由鉆頭對其鉆孔，紅外熱像儀設置于夾具的底部并實時對鉆孔出口處的溫度場進行測量。

所述的夾具包括：不銹鋼薄板內框、不銹鋼外框、紅外濾光片、帶有對應圓孔的不銹鋼蓋板和亞克力擋板，其中：外框固定于機床上且頂部與蓋板連接，內框固定于外框內且將紅外熱像儀垂直固定，亞克力擋板位于內框的上方，紅外濾光片置于亞克力擋板的圓孔處。

所述的外框的兩相對內側設有凸起以放置亞克力擋板。

所述的亞克力擋板的中央設有圓孔，該圓孔的邊緣設有凸臺以放置紅外濾光片。

本發明涉及一種用于立式機床的骨鉆削出口溫度場測量方法，具體步驟如下：

步驟1：將紅外熱像儀的鏡頭朝上，即讓鏡頭對準工件，然后使用螺栓將紅外熱像儀固定于不銹鋼薄板內框上。使用螺栓穿過不銹鋼外框底部的孔將夾具固定于機床工作臺上，當需要在骨鉆削過程中測力時，則使用螺栓將夾具固定于測力儀上。將骨試樣用螺栓固定于夾具的不銹鋼蓋板上；

步驟2：使用機床進行骨鉆削，在鉆孔時，亞克力擋板能夠擋住掉落的切屑以避免切屑干擾紅外熱像儀測量，鉆削區域為在不銹鋼蓋板的中央圓孔范圍內并透過紅外濾光片，既能通過紅外熱像儀捕獲孔出口處的溫度場，又能避免鉆頭與夾具的不銹鋼蓋板發生干涉；

步驟3：在骨鉆削過程中使用紅外熱像儀全程記錄骨試樣的下表面溫度場，當鉆頭鉆至出口處，捕獲鉆削溫度場；

步驟4：根據紅外熱像儀捕獲的鉆頭鉆至出口處的孔出口處溫度場，計算骨鉆削熱損傷因子，以此來對骨鉆削熱損傷區域大小進行定量分析。

技術效果