[发明专利]用于立式机床的骨钻削出口温度场测量系统及方法

说明书

一种用于立式机床的骨钻削出口温度场测量系统，包括：设置于立式机床上的带有钻头的刀柄和设置于夹具内的红外热像仪，其中：试样固定于夹具上且由钻头对其钻孔，红外热像仪设置于夹具的底部并实时对钻孔出口处的温度场进行测量；所述的夹具包括：内框、外框和红外滤光片，以及带有对应圆孔的盖板和亚克力挡板，其中：外框固定于机床上且顶部与盖板连接，内框固定于外框内且将红外热像仪垂直固定，亚克力挡板位于内框的上方，红外滤光片置于亚克力挡板的圆孔处。本发明实现了实时捕获立式机床上骨钻削出口处的温度场；能够为骨钻削热损伤面积评价提供技术支撑；能够适应不同钻削方式下的孔出口处的温度场测量，消除限制。

技术领域

本发明涉及的是一种立式机床的骨钻削领域的技术，具体是一种用于立式机床的骨钻削出口温度场测量系统及方法。

背景技术

骨钻削已广泛应用于各种外科手术，如全膝关节置换术、神经外科开颅术、牙种植术、钢板植入术和整形外科手术。骨钻孔是一种机械-热耦合过程，通过去除骨组织达到医疗目的。由于骨组织导热系数小，且钻孔属于封闭式加工工艺，切削区产生的热量难以耗散。但是骨组织对温度非常敏感，骨的热损伤与手术成功率和术后疼痛程度密切相关。特别是高温会导致骨坏死、血液凝固和神经损伤，从而引发严重的并发症。根据以往研究的结论，当温度超过55℃时，人体活的骨细胞会发生不可逆的损伤。因此研究骨钻削过程中的温度和热损伤具有重要意义，准确测量骨钻削时的温度场对骨钻削工艺优化和骨钻削质量评价具有重要作用。现有技术主要通过钻削温度评价骨钻削的热损伤，最常用的钻削温度测量方式是红外测温法和热电偶法。但对于骨的热损伤，损伤区域大小也是需要考虑的重要指标。但是热电偶测温法无法测量温度场，也就无法对热损伤面积进行评价。另外，使用立式机床进行孔加工，孔的出口处朝向机床工作台，而红外热像仪设置于机床侧面的方式无法测得孔出口处的温度场。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于立式机床的骨钻削出口温度场测量系统及方法，能够准确捕获骨钻削出口处的温度场。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种用于立式机床的骨钻削出口温度场测量系统，包括：设置于立式机床上的带有钻头的刀柄和设置于夹具内的红外热像仪，其中：试样固定于夹具上且由钻头对其钻孔，红外热像仪设置于夹具的底部并实时对钻孔出口处的温度场进行测量。

所述的夹具包括：不锈钢薄板内框、不锈钢外框、红外滤光片、带有对应圆孔的不锈钢盖板和亚克力挡板，其中：外框固定于机床上且顶部与盖板连接，内框固定于外框内且将红外热像仪垂直固定，亚克力挡板位于内框的上方，红外滤光片置于亚克力挡板的圆孔处。

所述的外框的两相对内侧设有凸起以放置亚克力挡板。

所述的亚克力挡板的中央设有圆孔，该圆孔的边缘设有凸台以放置红外滤光片。

本发明涉及一种用于立式机床的骨钻削出口温度场测量方法，具体步骤如下：

步骤1：将红外热像仪的镜头朝上，即让镜头对准工件，然后使用螺栓将红外热像仪固定于不锈钢薄板内框上。使用螺栓穿过不锈钢外框底部的孔将夹具固定于机床工作台上，当需要在骨钻削过程中测力时，则使用螺栓将夹具固定于测力仪上。将骨试样用螺栓固定于夹具的不锈钢盖板上；

步骤2：使用机床进行骨钻削，在钻孔时，亚克力挡板能够挡住掉落的切屑以避免切屑干扰红外热像仪测量，钻削区域为在不锈钢盖板的中央圆孔范围内并透过红外滤光片，既能通过红外热像仪捕获孔出口处的温度场，又能避免钻头与夹具的不锈钢盖板发生干涉；

步骤3：在骨钻削过程中使用红外热像仪全程记录骨试样的下表面温度场，当钻头钻至出口处，捕获钻削温度场；

步骤4：根据红外热像仪捕获的钻头钻至出口处的孔出口处温度场，计算骨钻削热损伤因子，以此来对骨钻削热损伤区域大小进行定量分析。

技术效果