[发明专利]一种实时反馈式智能钻孔工具及钻孔方法

权利要求书

1.一种实时反馈式智能钻孔工具，其包括钻头、钻柄和动力件，其特征在于：所述智能钻孔工具还包括设置在所述钻头内部且随着所述钻头同步运动的超声探头、与所述超声探头相连通的信息接收处理模块，其中所述超声探头能够获取待钻孔物体的厚度信息和钻头已钻深度信息，且所述超声探头的工作面的朝向与所述钻头的钻取方向一致；所述信息接收处理模块与所述动力件连通并控制所述动力件的启停，且所述信息接收处理模块包括滑环、超声激励接收模块、信息处理模块、显示器、电源模块，其中所述滑环通过连接器与所述钻头相转动连接，所述的显示器实时显示所钻孔的数据信息。

2.根据权利要求1所述的实时反馈式智能钻孔工具，其特征在于：所述钻头包括钻杆、钻刃，其中所述钻杆具有钻取端部和连接端部，所述连接端部与所述动力件相传动连接，所述超声探头位于所述钻取端部内。

3.根据权利要求2所述的实时反馈式智能钻孔工具，其特征在于：所述超声探头的工作面的朝向与所述钻取端部的钻取方向一致，且所述超声探头的工作频率在20KHz～10MHz之间。

4.根据权利要求2所述的实时反馈式智能钻孔工具，其特征在于：在所述钻柄上设有相对运动设置的夹头，所述连接端部可拆卸地连接在所述夹头上。

5.根据权利要求2所述的实时反馈式智能钻孔工具，其特征在于：所述的超声探头有多个且阵列分布在所述钻取端部，所述信息接收处理模块根据多个所述超声探头所获得的数据实时成像设置。

6.根据权利要求5所述的实时反馈式智能钻孔工具，其特征在于：所述钻取端部呈锥形，多个所述超声探头中一个位于锥形的锥顶端部，剩余的绕着锥面的周向均匀分布。

7.根据权利要求6所述的实时反馈式智能钻孔工具，其特征在于：在所述钻杆内还设有线缆通孔，所述滑环自所述连接器中穿出设置，且穿出端部与所述超声探头之间通过设置在所述线缆通孔中的同轴线缆相连通。

8.根据权利要求7所述的实时反馈式智能钻孔工具，其特征在于：所述钻头与所述钻柄垂直设置，且位于所述钻柄的一端，所述滑环、所述动力件、所述显示器均位于所述钻头所在的端部，且所述动力件位于所述显示器和所述滑环之间。

9.一种骨钻的钻孔方法，其特征在于：所述的骨钻为权利要求1至8中任一项权利要求所述的实时反馈式智能钻孔工具，且包括如下步骤：

S1、将钻头顶部垂直放置到骨骼表面点上，启动超声模块，此时由检测到的骨骼的上、下表面产生的回波，并获得上下表面的TOF值，故

H0＝TOF×V_B/2 (1)

式(1)中V_B是骨骼中超声波的传播速度；TOF值为骨骼的上、下表面产生的回波所需要的时间；H0为骨骼的厚度；

S2、启动动力件，钻头转动，钻入骨骼中，此时，钻孔的剩余厚度满足如下公式：

T0＝TOF×V_B/2 (2)

式(2)中V_B是骨骼中超声波的传播速度；TOF值为钻头尖端和骨骼下表面产生的回波所需要的时间；T0实时计算出目前剩余的骨骼的厚度；

S3、T0实时显示在显示器上，且根据T0变化情况，可计算目前钻头的平均钻孔速度：

C＝ΔT0/ΔTOF (3)

式(3)中ΔT0为前后两次测量到的剩余骨骼厚度T0的距离变化，ΔTOF为前后两侧测量的时间差，C为前后两次钻孔速度变化率；

S4、根据需要可实时调整钻速，钻头到预期位置后，停止钻动，利用之前的测量结果计算钻孔深度H1：

H1＝H0-T0 (4)

其中式(4)中H0为式(1)中的骨骼的厚度；T0为式(2)中实时计算出目前剩余的骨骼的厚度。

10.根据权利要求9所述的骨钻的钻孔方法，其特征在于：在T0或C显示异常时，所述动力件停止转动或反向转动而旋出钻孔；且同时在钻头退出至骨骼表面钻入点时停止钻头，利用超声探头测量以验证H1，

H1＝TOF×V_A/2 (5)

式(5)中，声速V_A为超声探头在所钻孔中空气或生理盐水的声波传播速度，TOF值为钻头尖端和所钻孔的孔底面产生的回波所需要的时间。