CN105033105A - 口腔正畸弓丝成型装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及口腔治疗技术领域，本发明提供一种口腔正畸弓丝成型装置及其控制方法，口腔正畸弓丝成型装置包括控制模块、恒流源模块、温度检测模块，通讯模块以及执行模块；控制模块通过所述通讯模块与上位机进行通讯，以获取对弓丝的加热温度参数，温度检测模块检测弓丝的加热温度值，并将实时的加热温度值发送给控制模块；在对弓丝加热的过程中，控制模块根据恒流源模块的输出电流值和加热温度值调整恒流源模块的输出电流值，以调节弓丝的加热温度，并不断的采集输出电流值和弓丝的温度值，能够准确控制加热工艺条件，实现了对弓丝加工的精确控制，避免每次加热操作的手工设定操作，以及欠加热和过加热等情况的发生。

Description

口腔正畸弓丝成型装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及口腔治疗技术领域，尤其涉及一种口腔正畸弓丝成型装置及其控制方法。

背景技术

随着生活水平的提高，人们越来越关注自己的容貌，一口整齐健康的牙齿无疑是组成美丽容貌的重要一环。口腔正畸作为弥补牙齿先天不足的治疗手段正日益得到人们广泛的认识和不断增长的需求。在目前的口腔正畸治疗过程中，正畸弓丝是完全依赖于医师的经验手工弯制，弓丝的弯制精度差，弯制效率低，周期长，整个治疗过程难以控制，给病人带来不必要痛苦。近年来随着机器人技术的发展，用于正畸弓丝弯制的正畸器械制备机器人系统是未来发展的一个重要方向。

口腔正畸用弓丝的材料多种多样，其中一类镍钛合金的形状记忆材料，具有形状记忆特性、抗腐蚀性、良好的机械性能和生物相容性，是理想的生物学材料，尤其适用于正畸领域。在正畸临床应用中镍钛合金丝有三类，其中超弹性型和热激活型镍钛合金在较大的加载范围内能够提供持久的矫治力，有益于牙齿移动，因而被广泛应用于正畸临床治疗中。虽然该材料刚度低、弹性好，但并不容易成型。由金属工艺学可知，镍钛合金等记忆特性能够通过热处理进行调制，在一定温度下进行热处理，镍钛合金丝能记忆新的形状，重新定型。因而在临床上，正畸医师主要是通过酒精喷灯等热源进行现场加热来辅助热成型。

日本TOMY的X型弓丝成型仪BenderSoarer是一种用于临床正畸医师手工弯制时的正畸弓丝加热成型仪，采用双正畸钳夹持弓丝构成电路回路的直流电加热方式，加热电流可通过按钮手动调整。在弯制过程中，夹持弓丝至加热仪上方时，红外传感器检测到目标后启动加热，当夹持弓丝移开后加热停止，也可通过脚踏板实现电加热的开启与关闭。这种弓丝成型仪较方便的将直流加热法运用到弓丝成型工艺中，提高了弓丝弯制的效率和便利性。

但是日本TOMY的X型弓丝成型仪BenderSoarer，不仅售价昂贵，而且在临床使用过程中，需要通过机械式的按钮调节电流大小，并借助红外传感器感应弯制目标接近或通过脚踏开关进行人工控制通电时间的方式，仅适用于医师手工弯制过程，无法直接应用到自动化的弓丝制备机器人系统中。同时，在弓丝加热过程中没有任何温度检测环节，无法准确判断弓丝加热温度，仅能通过弓丝颜色变化来判断加热成型状态，在实际使用过程中较难掌控加热过程，如果电流稍微过大或加热时间过长，会使镍钛合金弓丝极易发生弹性性能的丧失，甚至烧毁弓丝。

综上所述，现有技术中存在无法对弓丝进行自动化热处理以及弓丝加热过程中无法对弓丝进行加热温度检测导致弓丝不容易成型的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种口腔正畸弓丝成型装置及其控制方法，旨在解决现有技术无法对弓丝进行自动化热处理以及对弓丝加热过程中无法对弓丝的加热温度进行检测导致弓丝不容易成型的问题。

本发明是这样实现的，第一方面提供一种口腔正畸弓丝成型装置，所述口腔正畸弓丝成型装置包括控制模块、恒流源模块、温度检测模块、通讯模块以及执行模块；

所述控制模块通过所述通讯模块与上位机进行通讯，以获取对弓丝的加热温度参数；

所述控制模块的第一输出端连接所述恒流源模块的控制端，所述恒流源模块的第一输出端连接所述控制模块的电流检测端，所述恒流源模块的第二输出端连接所述执行模块的输入端，所述执行模块夹持弓丝，所述控制模块根据所述加热温度参数控制所述恒流源模块在预定时间内输出预定电流给所述执行模块，使所述执行模块对所述弓丝进行加热，并检测所述恒流源模块的输出电流值；

所述温度检测模块的输入端连接所述执行模块的输出端，所述温度检测模块的输出端连接所述控制模块的温度检测端，所述温度检测模块检测所述弓丝的加热温度值，并将所述加热温度值发送给所述控制模块；

所述控制模块根据所述恒流源模块的输出电流值和所述加热温度值调整所述恒流源模块的输出电流值，以调节所述弓丝的加热温度。

结合第一方面，作为第一方面的第一种实施方式，所述口腔正畸弓丝成型装置还包括开关模块；

所述开关模块的输入端连接所述恒流源模块的输出端，所述开关模块的输出端连接所述执行模块的输入端，所述控制模块的第二输出端连接所述开关模块的控制端；

所述控制模块控制所述恒流源模块输出预设电流到达预设时间时，控制所述开关模块处于断开状态以停止输出电流。

结合第一方面，作为第一方面的第二种实施方式，所述口腔正畸弓丝成型装置还包括USB模块；

所述USB模块的输入端连接所述温度检测模块的输出端，所述USB模块的输出端连接所述控制模块的温度检测端；

所述温度检测模块通过所述USB模块向所述控制模块输出所述弓丝的加热温度值。

结合第一方面，作为第一方面的第三种实施方式，所述通讯模块为以太网RJ45通讯模块。

结合第一方面，作为第一方面的第四种实施方式，所述口腔正畸弓丝成型装置还包括显示模块；

所述显示模块的输入端连接所述控制模块的第三输出端；

所述控制模块通过所述显示模块显示所述口腔正畸弓丝成型装置的当前工作状态。

结合第一方面，作为第一方面的第五种实施方式，所述控制模块还用于当判定所述加热温度值在预设温度范围之外时，控制所述恒流源模块的输出电流值，使所述弓丝的加热温度处于所述预设温度范围内。

本发明第二方面提供一种口腔正畸弓丝成型装置的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

与上位机进行通讯，以获取对弓丝的加热温度参数；

根据所述加热温度参数在预定时间内输出预定电流对弓丝进行加热并检测输出电流值；

检测所述弓丝的加热温度值；

根据所述输出电流值和所述加热温度值调整所述恒流源模块的输出电流值，以调节所述弓丝的加热温度。

结合第二方面，作为第二方面的第一种实施方式，所述控制方法还包括以下步骤：

当输出预设电流到达预设时间时，停止输出电流。

结合第二方面，作为第二方面的第二种实施方式，所述根据所述输出电流值和所述加热温度值调整所述恒流源模块的输出电流值以调节所述弓丝的加热温度的步骤具体为：

当判定所述加热温度值在预设温度范围之外时，控制输出电流值使所述弓丝的加热温度处于所述预设温度范围内。

本发明提供一种口腔正畸弓丝成型装置及其控制方法，在对弓丝加热的过程中，不断的采集输出电流值和弓丝的温度值，能够准确控制加热工艺条件，实现了对弓丝加工的精确控制，避免每次加热操作的手工设定操作，以及欠加热和过加热等情况的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一种口腔正畸弓丝成型装置的结构示意图；

图2是本发明另一种实施例一种口腔正畸弓丝成型装置的结构示意图；

图3是本发明另一种实施例一种口腔正畸弓丝成型装置的控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明提供一种口腔正畸弓丝成型装置，口腔正畸弓丝成型装置包括控制模块14、恒流源模块18、温度检测模块30、通讯模块12以及执行模块5。

控制模块14通过通讯模块12与上位机进行通讯，以获取对弓丝的加热温度参数。

控制模块14的第一输出端连接恒流源模块18的控制端，恒流源模块18的第一输出端连接控制模块14的电流检测端，恒流源模块18的第二输出端连接执行模块5的输入端，执行模块5夹持弓丝，控制模块14根据加热温度参数控制恒流源模块18在预定时间内输出预定电流给执行模块5，使执行模块5对弓丝进行加热，并检测恒流源模块18的输出电流值。

温度检测模块30的输入端连接执行模块5的输出端，温度检测模块30的输出端连接控制模块14的温度检测端，温度检测模块30检测弓丝的加热温度值，并将加热温度值发送给控制模块14。

控制模块14根据恒流源模块18的输出电流值和加热温度值调整恒流源模块18的输出电流值，以调节弓丝的加热温度。

具体的，上位机通过通讯模块向控制模块发送弓丝的特定加热温度设定参数，控制模块根据温度设定参数解析并生成对应的预定输出电流和预定加热时间。

具体的，控制模块14还用于在对弓丝加热的过程中当判定加热温度值在预设温度范围之外时，控制恒流源模块18的输出电流值，使弓丝的加热温度处于预设温度范围内。

具体的，控制模块在接收到所监测的实际温度，根据实际温度与预存的温度生成温度差值，根据存储的电流-温度变化曲线生成电流变化值，根据电流变化值调整弓丝的电流值。进一步的，控制模块14还用于在对弓丝加热的过程中将温度检测模块30检测的温度值和输出的电流值实时发送给上位机，并根据上位机的指令控制对弓丝输出的电流和加热时间。

本发明提供一种口腔正畸弓丝成型装置，在对弓丝加热的过程中，不断的采集输出电流值和弓丝的温度值，能够准确控制加热工艺条件，实现了对弓丝加工改的精确控制。

进一步的，口腔正畸弓丝成型装置还包括开关模块，开关模块的输入端连接恒流源模块18的输出端，开关模块的输出端连接执行模块5的输入端，控制模块14的第二输出端连接开关模块的控制端，控制模块14控制恒流源模块18输出预设电流到达预设时间时，控制开关模块处于断开状态以停止输出电流。

优选的，开关模块为大电流输出继电器。

进一步的，口腔正畸弓丝成型装置还包括USB模块，温度检测模块的输出端连接USB模块的输入端，USB模块的输出端连接控制模块的温度检测端；

温度检测模块通过USB模块向控制模块输出弓丝的加热温度值。

进一步的，通讯模块为以太网RJ45通讯模块，用于上位机与控制模块间的通讯，做到温度参数的实时可调。

进一步的，口腔正畸弓丝成型装置还包括USB转以太网模组获得两类通讯端口标准USB接口和RJ45以太网接口，以提供热成型仪与外围设备以及上位机的连接通讯。

进一步的，口腔正畸弓丝成型装置还包括显示模块，显示模块的输入端连接控制模块的第三输出端，控制模块通过显示模块显示口腔正畸弓丝成型装置的当前工作状态，提供异常显示及故障检测功能。

优选的，显示模块为8段译码管。

进一步的，如图2所示，口腔正畸弓丝成型装置还包括外部电源插口8、稳压器20、编程数字电位器19

口腔正畸弓丝成型装置电源供给由外部电源插口8提供12-24V直流输入，电源经分支后一部分供给恒流源模块18，另一部分经稳压器20得到+5V-GND的稳压输出，用于控制电路各芯片的电源(VCC-GND)输入；控制电路部分主要由嵌入式处理器CPU14及其外围电路组成，CPU发送控制指令给可编程数字电位器19动态调节恒流源18的输出电流，其中，动态调节恒流源18包括实现电压到电流的转换、输出滤波等标准恒流源的功能。输出电流经大电流继电器17由输出端子5经线缆输出到机器人弯制末端执行器，输出电流经分支由电流传感器16获取实时的电流输出值并反馈到CPU，形成电流反馈闭环控制回路。USB端口10提供外置非接触温度传感器的连接口，通过温度传感器采集实时的加热温度信号，并由USB通讯与控制模块建立连接，将信号反馈到控制模块，形成温度反馈闭环控制回路。通电时间由CPU定时/计时电路直接控制大电流继电器17的开启关闭实现。口腔正畸弓丝成型装置可由8段译码管15显示控制系统状态，方便故障排查，同时控制系统也会经通信接口向上机发送状态日志。

口腔正畸弓丝成型装置电源采用宽幅直流电源输入，输入电压12-24V，电源输入功率不小于50W；加热输出负载电压不超过5V，直流电流波纹率小于20Hz；输出电流可调范围为0-20A可调，电流控制精度±0.1A，通电时间可调范围0-5S，通电时间控制精度±0.01S；通讯模块单次通讯周期20ms。

本发明另一种实施例提供一种口腔正畸弓丝成型装置的控制方法，控制方法包括以下步骤：

步骤S101.与上位机进行通讯，以获取对弓丝的加热温度参数。

在本步骤中，具体的，上位机通过通讯模块向控制模块发送弓丝的特定加热温度设定参数，控制模块根据温度设定参数解析并生成对应的预定输出电流和预定加热时间。

步骤S102.根据加热温度参数在预定时间内输出预定电流对弓丝进行加热并检测输出电流值。

步骤S102.检测弓丝的加热温度值。

步骤S103.根据输出电流值和加热温度值调整恒流源模块的输出电流值，以调节弓丝的加热温度。

步骤S103具体为：

当判定加热温度值在预设温度范围之外时，控制输出电流值使弓丝的加热温度处于预设温度范围内。

控制方法还包括以下步骤：

当输出预设电流到达预设时间时，停止输出电流。

具体的，预存电流-温度变化曲线，接收到所监测的实际温度，根据实际温度与预存的温度生成温度差值，根据存储的电流-温度变化曲线生成电流变化值，根据电流变化值调整弓丝的电流值。

本发明提供一种口腔正畸弓丝成型装置及其控制方法，可以直接应用到自动化的弓丝制备机器人系统中，实现热成型类口腔正畸器械的高效率、高精度自动制备；并且通过采用电流反馈以及温度反馈、准确计时电路与大电流继电器等方法实现加热电流、加热温度及加热时间等工艺的精准自动控制，避免每次加热操作的手工设定操作，以及欠加热和过加热等情况的发生；同时采用USB模块以及以太网等多种通讯模式支持，可编程的程序化参数设置，实现高柔性的热成型工艺适配。

此外，需要说明的是：

(1)本发明专用于但不仅限于口腔正畸器械制备机器人系统，任何需要加热处理工艺的自动化设备中均可采用。

(2)本发明针对加热工艺特点采用电流反馈以及温度反馈、准确计时电路与大电流继电器等方法实现加热电流、加热温度及加热时间等工艺的精准自动控制。亦可采用其他合理的控制方式，包括电流检测模糊控制等现代控制方法，只要能够准确控制加热工艺条件即可。

(3)本发明主要采用USB以及以太网等通讯模式，亦可采用其他合理的通讯方式，包括CAN总线等，甚至红外、蓝牙、WiFi、NFC等无线通讯解决方案，只要能够实现各模块间通讯功能以及系统的集成即可。

(4)本发明直流电流控制部分采用可编程数字电位器动态调节可控直流源的输出特性。亦可采用其他可控直流电源解决方案，只要能够满足关键技术指标即可。

(5)本发明中热成型仪关键技术指标是由临床常用热成型正畸弓丝实验测试所得，实际应用中各项技术指标可能有不同，只要能够保证正确的加热成型工艺条件即可。

以上内容是结合具体的应用实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种口腔正畸弓丝成型装置，其特征在于，所述口腔正畸弓丝成型装置包括控制模块、恒流源模块、温度检测模块、通讯模块以及执行模块；

所述控制模块通过所述通讯模块与上位机进行通讯，以获取对弓丝的加热温度参数；

所述控制模块的第一输出端连接所述恒流源模块的控制端，所述恒流源模块的第一输出端连接所述控制模块的电流检测端，所述恒流源模块的第二输出端连接所述执行模块的输入端，所述执行模块夹持弓丝，所述控制模块根据所述加热温度参数控制所述恒流源模块在预定时间内输出预定电流给所述执行模块，使所述执行模块对所述弓丝进行加热，并检测所述恒流源模块的输出电流值；

所述温度检测模块的输入端连接所述执行模块的输出端，所述温度检测模块的输出端连接所述控制模块的温度检测端，所述温度检测模块检测所述弓丝的加热温度值，并将所述加热温度值发送给所述控制模块；

所述控制模块根据所述恒流源模块的输出电流值和所述加热温度值调整所述恒流源模块的输出电流值，以调节所述弓丝的加热温度。

2.如权利要求1所述的口腔正畸弓丝成型装置，其特征在于，所述口腔正畸弓丝成型装置还包括开关模块；

所述开关模块的输入端连接所述恒流源模块的输出端，所述开关模块的输出端连接所述执行模块的输入端，所述控制模块的第二输出端连接所述开关模块的控制端；

所述控制模块控制所述恒流源模块输出预设电流到达预设时间时，控制所述开关模块处于断开状态以停止输出电流。

3.如权利要求1所述的口腔正畸弓丝成型装置，其特征在于，所述口腔正畸弓丝成型装置还包括USB模块；

所述USB模块的输入端连接所述温度检测模块的输出端，所述USB模块的输出端连接所述控制模块的温度检测端；

所述温度检测模块通过所述USB模块向所述控制模块输出所述弓丝的加热温度值。

4.如权利要求1所述的口腔正畸弓丝成型装置，其特征在于，所述口腔正畸弓丝成型装置还包括显示模块；

所述显示模块的输入端连接所述控制模块的第三输出端；

所述控制模块通过所述显示模块显示所述口腔正畸弓丝成型装置的当前工作状态。

5.如权利要求1所述的口腔正畸弓丝成型装置，其特征在于，所述控制模块还用于当判定所述加热温度值在预设温度范围之外时，控制所述恒流源模块的输出电流值，使所述弓丝的加热温度处于所述预设温度范围内。

6.如权利要求1所述的口腔正畸弓丝成型装置，其特征在于，所述通讯模块为以太网RJ45通讯模块。

7.一种口腔正畸弓丝成型装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

与上位机进行通讯，以获取对弓丝的加热温度参数；

根据所述加热温度参数在预定时间内输出预定电流对弓丝进行加热，并检测输出电流值；

检测所述弓丝的加热温度值；

根据所述输出电流值和所述加热温度值调整所述恒流源模块的输出电流值，以调节所述弓丝的加热温度。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括以下步骤：

当输出预设电流到达预设时间时，停止输出电流。

9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述输出电流值和所述加热温度值调整所述恒流源模块的输出电流值以调节所述弓丝的加热温度的步骤具体为：

当判定所述加热温度值在预设温度范围之外时，控制输出电流值使所述弓丝的加热温度处于所述预设温度范围内。