超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置,包括可調(diào)機(jī)架和模擬調(diào)磨修復(fù)系統(tǒng),模擬調(diào)磨修復(fù)系統(tǒng)中設(shè)置有軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)(3)和橫向超聲振動(dòng)系統(tǒng)(4),兩系統(tǒng)分別設(shè)置有換能器A(3-5)和換能器B(4-5);超聲波電源通過兩換能器使工件沿鉛垂線方向和水平面方向振動(dòng),兩個(gè)方向的直線振動(dòng)合成橢圓振動(dòng);本發(fā)明通過對(duì)工件的二維橢圓超聲振動(dòng),針對(duì)牙體組織及齒科修復(fù)材料進(jìn)行二維超聲輔助高速切削調(diào)磨操作,并通過觀察力、熱、噪聲變化來研究超聲輔助對(duì)口腔調(diào)磨手術(shù)的改進(jìn)效果;該模擬裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、操作方便。
【專利說明】
超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于牙體預(yù)備及口腔修復(fù)材料切削調(diào)磨模擬裝置,具體涉及一種二維超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]口腔高速調(diào)磨是口腔修復(fù)學(xué)領(lǐng)域中必不可少的關(guān)鍵技術(shù),在修復(fù)體就位前的牙體組織預(yù)備及修復(fù)體就位后的表面修磨手術(shù)中應(yīng)用廣泛,即醫(yī)生利用高速牙科手機(jī)及磨具車針對(duì)牙體組織或修復(fù)體的外形進(jìn)行大量的磨改、拋光等操作,以便調(diào)整修復(fù)體與牙頜系統(tǒng)的咬合、協(xié)調(diào)關(guān)系,這是保證修復(fù)體實(shí)現(xiàn)正??谇还δ艿年P(guān)鍵環(huán)節(jié)。問題的難點(diǎn)包括:口腔環(huán)境的復(fù)雜性,修復(fù)體去除困難,極易產(chǎn)生磨削修復(fù)破壞而導(dǎo)致修復(fù)體的早期微破壞和突發(fā)性宏觀破壞,以及動(dòng)態(tài)切削力、振動(dòng)和噪聲對(duì)患者所產(chǎn)生的不舒適性。
[0003]為了解決上述問題,馬里蘭大學(xué)的S.C.Siegel和J.V.vonFraunnhoferA等人,設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易的口腔修復(fù)切削模擬裝置[S.C.Siegel, J.V.von Fraunhofer.Effects of handpiece load on the cutting efficiency of dental burs, MachiningScience&Technology I (I) (1997)) 1-13],利用高速牙科手機(jī)及金剛石磨具對(duì)齒科材料進(jìn)行體外模擬磨削修復(fù),著重于材料去除率進(jìn)行了一系列研究。美國(guó)工程院院士、NIST的B.Lawn博士等人利用壓痕實(shí)驗(yàn)法,深入研究了齒科陶瓷的脆性斷裂和準(zhǔn)塑性破壞[1.M.Peterson, A.Pajares, B.R.Lawn, V.P.Thomspon, E.D.Rekow, Mechanicalcharacterizat1n of dental ceramics by hertzian contacts, Journal of DentalResearch 77(4) (1998)589-602]。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的 X.Dong、L.Yin、S.Jahanmir,L.K.1ves與新澤西醫(yī)科大學(xué)的D.E.Rekow合作,從材料學(xué)和摩擦學(xué)入手,研制出一種準(zhǔn)靜態(tài)、定常磨削力的齒科陶瓷口腔修復(fù)實(shí)驗(yàn)裝置,并根據(jù)此裝置針對(duì)各種齒科陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)和金剛石磨料粒度對(duì)磨削修復(fù)表面質(zhì)量以及金剛石磨具磨損的影響進(jìn)行了一系列石開究[L.Yin, S.Jahanmir, L.K.1ves.Abrasive machining of porcelain and zirconiawith a dental handpiece, Wear 255(2003)975-989]。自 2005 年起 申請(qǐng)人:所在研究團(tuán)隊(duì)與天津醫(yī)科大學(xué)合作,打破國(guó)外現(xiàn)有相關(guān)研究裝置一維準(zhǔn)靜態(tài)的局限性,先后設(shè)計(jì)了二維及三維口腔調(diào)磨物理仿真體外模擬裝置[Yin L, Song X F,Qu S F,Huang T, Mei JP,Yang Z Y, Li J, Performance evaluat1n of a dental handpiece in simulat1nof clinical finishing using a novel 2—D0F in vitro apparatus, Proceedings ofthe Institut1n of Mechanical Engineers Part H:Journal of Engineering inMedicine, 2006, 220(8):929-938],對(duì)高速牙科手機(jī)調(diào)磨陶瓷修復(fù)體進(jìn)行體外動(dòng)態(tài)測(cè)試和評(píng)價(jià),并探討了牙科陶瓷口腔高速調(diào)磨熱力損傷問題[Song XF, Yin L, Surface morphologyand fracture in handpiece adjusting of a Ieucite-reinforced glass ceramic withcoarse diamond burs, Materials Science&Engineering A,2012,534 (I): 193-202]。在常規(guī)口腔調(diào)磨手術(shù)中,由于高速牙科手機(jī)轉(zhuǎn)速很高,導(dǎo)致臨床調(diào)磨手術(shù)中產(chǎn)生的力、熱、噪聲使患者感到不適,調(diào)磨后的修復(fù)體表面損傷比較嚴(yán)重,為了提高口腔調(diào)磨手術(shù)的舒適性和修復(fù)體的質(zhì)量,迫切需要尋求改善常規(guī)口腔調(diào)磨的新方法、新手段。
[0004]鑒于超聲振動(dòng)技術(shù)在工業(yè)加工領(lǐng)域所展現(xiàn)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),如果在常規(guī)口腔高速調(diào)磨技術(shù)上加入超聲振動(dòng)系統(tǒng),將極大可能改善口腔調(diào)磨效果、提高調(diào)磨效率。因此,設(shè)計(jì)出一種可以在體外利用牙科手機(jī)進(jìn)行超聲波輔助高速調(diào)磨修復(fù)的模擬裝置是十分必要的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的,為克服常規(guī)口腔調(diào)磨中修復(fù)質(zhì)量和舒適度不高的缺點(diǎn),提供一種超聲輔助體外口腔速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置。
[0006]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0007]—種超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置,包活可調(diào)機(jī)架和模擬修復(fù)系統(tǒng),其特征在于,所述可調(diào)機(jī)架由方形的下底板1、上頂板8和立柱12、螺母15組成,下底板I的四角對(duì)稱位置分別設(shè)置有螺紋孔,上頂板8與下底板I的四角對(duì)應(yīng)位置分別設(shè)置有通孔;下底板I通過四個(gè)帶螺紋的立柱12和螺母15與上底板8組成高度可調(diào)機(jī)架;
[0008]下底板I的中央位置設(shè)置有一個(gè)方形的通孔,通孔內(nèi)設(shè)置有小底板2,在小底板2的上面依次設(shè)置有測(cè)力儀14、定位板13、軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)3和橫向超聲振動(dòng)系統(tǒng)4 ;所述軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)3包括軸向支撐架3-1,軸向支撐架3-1的上面設(shè)置有變幅桿A3-4,變幅桿A3-4通過大螺母A3-2與軸向連接桿3-3相固定,軸向連接桿3_3與工件夾具5相連接;所述軸向支撐架3-1的上面還設(shè)置有受液盤11 ;所述橫向超聲振動(dòng)系統(tǒng)4包括橫向支撐架
4-1,橫向支撐架4-1的上面設(shè)置有變幅桿B4-2,變幅桿B4-2通過大螺母B4-3與橫向連接桿4-4相固定,橫向連接桿4-4也與工件夾具5相連接;變幅桿A3-4與變幅桿B4-2的帶法蘭的一端分別設(shè)置有換能器A3-5和換能器B4-5,將外部超聲波電源連接到兩換能器后,使兩變幅桿產(chǎn)生超聲振動(dòng);
[0009]所述工件夾具5設(shè)置有底座5-1,底座5-1在水平和鉛垂線方向各設(shè)置有一個(gè)螺紋孔且與軸向連接桿3-3和橫向連接桿4-3相連接;底座5-1的中間位置設(shè)置有立板5-3,立板5-3上設(shè)置有一圓孔,工件5-2的帶螺紋的圓柱體一端穿過該圓孔與立板5-3相連接,用螺母固定,并通過立板5-3上的凸起與工件上的凹槽相吻合以防止轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0010]上頂板8的下面設(shè)置有二維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)9,其中,上頂板8與直線滑臺(tái)A9-1剛性連接,直線滑臺(tái)A9-1上設(shè)置有滑塊A9-2,滑塊A9-2與直線滑臺(tái)B9-4剛性連接,直線滑臺(tái)B9-4上設(shè)置有滑塊B9-5,滑塊B9-5通過其下面的螺栓與高度調(diào)節(jié)器7相連接,調(diào)節(jié)器7的下端設(shè)置有手機(jī)夾具6,手機(jī)夾具6與牙科手機(jī)10相連接,牙科手機(jī)10與外部的高速渦輪牙鉆機(jī)相連接;兩直線滑臺(tái)分別由伺服電機(jī)A9-3和伺服電機(jī)B9-6驅(qū)動(dòng),使牙科手機(jī)10在水平面上作二維運(yùn)動(dòng)。
[0011]所述軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)3使得工件沿鉛垂線方向振動(dòng),橫向超聲振動(dòng)系統(tǒng)4使工件在水平面方向振動(dòng),兩個(gè)方向的直線振動(dòng)合成為橢圓振動(dòng)。
[0012]所述高度調(diào)節(jié)器7由連接桿7-1和調(diào)節(jié)架7-2組成,兩者通過螺紋調(diào)到所需位置后用螺母固定。
[0013]所述測(cè)力儀14將力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),再通過電荷放大器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),對(duì)相關(guān)的磨削信號(hào)進(jìn)行采集和分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削過程中磨削修復(fù)力的在線測(cè)定和監(jiān)控。
[0014]通過本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置可以對(duì)口腔材料進(jìn)行超聲輔助振動(dòng)磨削,通過對(duì)工件施加二維橢圓振動(dòng)與未施加振動(dòng)時(shí)進(jìn)行對(duì)比,觀察力、熱、噪聲變化來研究超聲輔助對(duì)口腔調(diào)磨的改進(jìn)效果,該模擬裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、操作方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖;
[0016]圖2是本發(fā)明超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)圖示意圖;
[0017]圖3是本發(fā)明超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置橫向超聲振動(dòng)系統(tǒng)圖示意圖;
[0018]圖4是本發(fā)明超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置工件夾具示意圖;
[0019]圖5是本發(fā)明超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置高度調(diào)節(jié)器二維示意圖;
[0020]圖6是本發(fā)明超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置二維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)示意圖。
[0021]附圖標(biāo)記:
[0022]1-下底板2-小底板
[0023]3-軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)3-1-軸向支撐架
[0024]3-2-大螺母A3-3-軸向連接桿
[0025]3-4-變幅桿A3-5-換能器A
[0026]4-橫向超聲振動(dòng)系統(tǒng)4-1-橫向支撐架
[0027]4-2-變幅桿B4-3-大螺母B
[0028]4-4-橫向連接桿4-5-換能器B
[0029]5-工件夾具5-1-底座
[0030]5-2-工件5-3-立板
[0031]6-手機(jī)夾具7-高度調(diào)節(jié)器
[0032]7-1-調(diào)節(jié)柱7-2-調(diào)節(jié)架
[0033]8-上頂板9-二維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)
[0034]9-1-直線滑臺(tái)A9-2-滑塊A
[0035]9-3-伺服電機(jī)A9-4-直線滑臺(tái)B
[0036]9-5-滑塊B9-6-伺服電機(jī)B
[0037]10-牙科手機(jī)11-受液盤
[0038]12-立柱13-定位板
[0039]14-測(cè)力儀15-螺母
【具體實(shí)施方式】
[0040]本發(fā)明采用常規(guī)材料和常規(guī)生產(chǎn)工藝進(jìn)行制備。
[0041]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0042]參見圖1,本發(fā)明超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置由可調(diào)機(jī)架和模擬修復(fù)系統(tǒng)組成。
[0043]可調(diào)機(jī)架由方形的下底板1、上頂板8和立柱12、螺母15組成,下底板I的四角對(duì)稱位置分別設(shè)置有螺紋孔,上頂板8與下底板I的四角對(duì)應(yīng)位置分別設(shè)置有通孔;下底板I通過四個(gè)帶螺紋的立柱12和螺母15與上底板8組成高度可調(diào)機(jī)架;
[0044]下底板I的中央位置設(shè)置有一個(gè)方形的通孔,通孔內(nèi)設(shè)置有小底板2,在小底板2的上面依次設(shè)置有測(cè)力儀14、定位板13、軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)3和橫向超聲振動(dòng)系統(tǒng)4 ;如圖2所示,所述軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)3包括軸向支撐架3-1,軸向支撐架3-1的上面設(shè)置有變幅桿A3-4,變幅桿A3-4通過大螺母A3-2與軸向連接桿3_3相固定,軸向連接桿3_3與工件夾具5相連接;所述軸向支撐架3-1的上面還設(shè)置有受液盤11,用于盛接磨削過程中噴出的冷卻液,受液盤11與變幅桿A3-4之間的孔隙采用密封圈密封,以防漏水。如圖3所示,所述橫向超聲振動(dòng)系統(tǒng)4包括橫向支撐架4-1,橫向支撐架4-1的上面設(shè)置有變幅桿B4-2,變幅桿B4-2通過大螺母B4-3與橫向連接桿4-4相固定,橫向連接桿4_4也與工件夾具5相連接;
[0045]變幅桿A3-4與變幅桿B4-2的帶法蘭的一端分別設(shè)置有換能器A3_5和換能器B4-5,將超聲波電源連接到兩換能器后,使兩變幅桿產(chǎn)生超聲振動(dòng);軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)3使工件沿鉛垂線方向振動(dòng),橫向超聲振動(dòng)系統(tǒng)4使工件在水平面振動(dòng),兩個(gè)方向的直線振動(dòng)合成為橢圓振動(dòng)。
[0046]如圖4所示,所述工件夾具5設(shè)置有底座5-1,底座5-1在水平和鉛垂方向各設(shè)置有一個(gè)螺紋孔且與軸向連接桿3-3和橫向連接桿4-3相連接;底座5-1的中間位置設(shè)置有立板5-3,立板5-3上設(shè)置有一圓孔,工件5-2的帶螺紋的圓柱形一端穿過該圓孔與立板
5-3相連接,用螺母固定,并通過立板5-3上的凸起與工件上的凹槽相吻合以防止轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0047]上頂板8的下面設(shè)置二維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)9,其包括與上頂板8剛性連接的直線滑臺(tái)A9-1,直線滑臺(tái)A9-1上的滑塊A9-2與直線滑臺(tái)B9-4剛性連接,直線滑臺(tái)B9-4上的滑動(dòng)塊B9-5通過下面的螺栓與高度調(diào)節(jié)器7相連接,調(diào)節(jié)器7的下端設(shè)置有手機(jī)夾具6,手機(jī)夾具6與牙科手機(jī)10相連接;兩直線滑臺(tái)分別由伺服電機(jī)A9-3和伺服電機(jī)B9-6驅(qū)動(dòng),使牙科手機(jī)10在水平面上運(yùn)動(dòng);
[0048]如圖5所示,高度調(diào)節(jié)器7由調(diào)節(jié)柱7-1和調(diào)節(jié)架7-2組成,通過調(diào)節(jié)柱7_1上的螺紋與調(diào)節(jié)架7-2上的螺紋孔旋合程度來調(diào)節(jié)高度,到所需位置后用螺母固定。
[0049]牙科手機(jī)10由高速渦輪牙鉆機(jī)驅(qū)動(dòng),在牙科手機(jī)10尾部有兩個(gè)小孔:進(jìn)氣孔和進(jìn)水孔;在磨削過程中,牙鉆機(jī)通過牙科手機(jī)的進(jìn)氣孔氣動(dòng)牙科車針高速旋轉(zhuǎn),同時(shí)有冷卻液通過牙科手機(jī)的進(jìn)水孔不斷噴射出來。
[0050]測(cè)力儀14與定位板13連接,在磨削過程中,測(cè)力儀將力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),通過電荷放大器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),對(duì)相關(guān)的磨削信號(hào)進(jìn)行采集和分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)磨削過程中磨削修復(fù)力的在線測(cè)定和監(jiān)控。
[0051]超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置實(shí)現(xiàn)了牙科手機(jī)的二維可控運(yùn)動(dòng),工件的二維橢圓超聲振動(dòng),針對(duì)牙體組織及齒科修復(fù)材料進(jìn)行二維超聲輔助高速切削調(diào)磨,通過測(cè)力儀對(duì)磨削力隨時(shí)進(jìn)行測(cè)定和監(jiān)控。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置,包活可調(diào)機(jī)架和模擬修復(fù)系統(tǒng),其特征在于,所述可調(diào)機(jī)架由方形的下底板(I)、上頂板(8)和立柱(12)、螺母(15)組成,下底板(I)的四角對(duì)稱位置分別設(shè)置有螺紋孔,上頂板(8)與下底板(I)的四角對(duì)應(yīng)位置分別設(shè)置有通孔;下底板⑴通過四個(gè)帶螺紋的立柱(12)和螺母(15)與上底板⑶組成高度可調(diào)機(jī)架; 下底板(I)的中央位置設(shè)置有一個(gè)方形的通孔,通孔內(nèi)設(shè)置有小底板(2),在小底板(2)的上面依次設(shè)置有測(cè)力儀(14)、定位板(13)、軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)(3)和橫向超聲振動(dòng)系統(tǒng)(4);所述軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)(3)包括軸向支撐架(3-1),軸向支撐架(3-1)的上面設(shè)置有變幅桿A(3-4),變幅桿A(3-4)通過大螺母A(3-2)與軸向連接桿(3_3)相固定,軸向連接桿(3-3)與工件夾具(5)相連接;所述軸向支撐架(3-1)的上面還設(shè)置有受液盤(11);所述橫向超聲振動(dòng)系統(tǒng)(4)包括橫向支撐架(4-1),橫向支撐架(4-1)的上面設(shè)置有變幅桿B(4-2),變幅桿B(4-2)通過大螺母B(4-3)與橫向連接桿(4_4)相固定,橫向連接桿(4_4)也與工件夾具(5)相連接;變幅桿A(3-4)與變幅桿B(4-2)的帶法蘭的一端均設(shè)置有換能器A (3-5)和換能器B (4-5),將外部超聲波電源連接到兩換能器后,使兩變幅桿產(chǎn)生超聲振動(dòng); 所述工件夾具(5)設(shè)置有底座(5-1),底座(5-1)在水平和鉛垂線方向各設(shè)置有一個(gè)螺紋孔且與軸向連接桿(3-3)和橫向連接桿(4-3)相連接;底座(5-1)的中間位置設(shè)置有立板(5-3),立板(5-3)上設(shè)置有一圓孔,工件(5-2)的圓柱形一端穿過該圓孔與立板(5-3)相連接,用螺母固定,并通過立板(5-3)上的凸起與工件上的凹槽相吻合以防止轉(zhuǎn)動(dòng); 上頂板(8)的下面設(shè)置有二維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(9),其中,上頂板(8)與直線滑臺(tái)A(9-l)剛性連接,直線滑臺(tái)A(9-l)上設(shè)置有滑塊A(9-2),滑塊A(9-2)與直線滑臺(tái)B(9_4)剛性連接,直線滑臺(tái)B (9-4)上設(shè)置有滑塊B (9-5),滑塊B (9-5)通過其下面的螺栓與高度調(diào)節(jié)器(7)相連接,調(diào)節(jié)器(7)的下端設(shè)置有手機(jī)夾具¢),手機(jī)夾具(6)與牙科手機(jī)(10)相連接,牙科手機(jī)(10)與外部的高速渦輪牙鉆機(jī)相連接;兩直線滑臺(tái)分別由伺服電機(jī)A(9-3)和伺服電機(jī)B(9-6)驅(qū)動(dòng),使牙科手機(jī)(10)在水平面上作二維運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置,其特征在于,所述軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)(3)使得工件沿鉛垂線方向振動(dòng),橫向超聲振動(dòng)系統(tǒng)(4)使工件在水平面方向振動(dòng),兩個(gè)方向的直線振動(dòng)合成為橢圓振動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置,其特征在于,所述高度調(diào)節(jié)器(7)由連接桿(7-1)和調(diào)節(jié)架(7-2)組成,兩者通過螺紋調(diào)到所需位置后用螺母固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲輔助體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置,其特征在于,所述測(cè)力儀(14)將力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),再通過電荷放大器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),對(duì)相關(guān)的磨削信號(hào)進(jìn)行采集和分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削過程中磨削修復(fù)力的在線測(cè)定和監(jiān)控。
【文檔編號(hào)】B24B1/00GK104325364SQ201410430855
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】宋曉菲, 任海濤, 趙學(xué)滿, 林彬 申請(qǐng)人:天津大學(xué)