CN111168482A - 一种利用电流变效应抛光人工晶状体的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用电流变效应抛光人工晶状体的装置，包括旋转工具，旋转工具包括支撑板、电机、导电滑环、外套筒、工具轴、连接法兰、环形电极以及工具针，电机、导电滑环的外圈以及外套筒均安装在支撑板上，电机通过传动组件驱动工具轴旋转，工具轴的一端与导电滑环的内圈紧密配合，工具轴的另一端伸入外套筒内，连接法兰安装在外套筒上，所述环形电极与所述连接法兰相连接，工具针的一端与工具轴相连接，工具针的另一端伸出环形电极。本发明还公开了一种利用电流变效应抛光人工晶状体的方法。本发明具有良好的绝缘效果，作阴极的工具针、阳极的环形电极均可拆卸、调整，满足不同抛光要求，使得高质量的非球面人工晶状体确定性抛光成为可能。

Description

一种利用电流变效应抛光人工晶状体的装置及方法

技术领域

本发明涉及超精密抛光技术领域，尤其涉及一种利用电流变效应抛光人工晶状体的装置及方法。

背景技术

人工晶状体(Intraocular lens，IOL)是一种植入眼内的人工透镜，可取代天然晶状体。它是由一个圆形光学部和支撑袢组成，材质多为丙烯酸酯，光学部的直径一般在5.5-6mm左右。白内障手术经历了针拔术、白内障囊内摘除术、白内障囊外摘除术、小切口白内障囊外摘除术，发展到今天广泛应用的白内障超声乳化及人工晶状体植入术，离不开人工晶状体的研发和应用。

目前大多数人工晶状体的材质是丙烯酸酯，其刚度低，产品的合格率仅为30％或更低，已成为国际公认的人工晶体加工技术的难题。人工晶状体的制造方法主要包括模压注塑和车削，但是其表面粗糙度以及光学性能主要依靠对其光学面进行抛光获得。但是，由于人工晶状体材质很软，现有的抛光方法(例如指法抛光和机械式接触抛光)存在由于抛光条件不佳造成的刀纹、过抛等现象，严重影响人工晶状体的光学性能和生产效率。

电流变抛光是一项精密加工技术，是基于电流变效应而产生的一种新抛光方法。电流变液由高介电常数的固体微粒(分散相)、绝缘性能良好的液体(连续相)和抛光磨粒组成，其在高压电场作用下的粘度随着电场强度的增加而增加，并呈现明显的抗剪切屈服能力。这种在电场作用下，电流变液发生的快速、可逆变化的现象通常称为电流变效应。

目前现有的电流变抛光设备存在着多用于定点抛光、绝缘措施不完善等问题。因此，结合人工晶状体难抛光的问题，急需提供一种利用电流变效应抛光人工晶状体的装置及方法。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种抛光效率高、安全性能好的利用电流变效应抛光人工晶状体的装置及方法。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种利用电流变效应抛光人工晶状体的装置，包括旋转工具，所述旋转工具包括支撑板、电机、导电滑环、外套筒、工具轴、连接法兰、环形电极以及工具针，所述电机、导电滑环的外圈以及外套筒均安装在所述支撑板上，所述电机通过传动组件驱动所述工具轴旋转，所述工具轴的一端与所述导电滑环的内圈紧密配合，所述工具轴的另一端伸入所述外套筒内，所述连接法兰安装在所述外套筒上，所述环形电极与所述连接法兰相连接，所述工具针的一端与所述工具轴相连接，所述工具针的另一端伸出所述环形电极。

作为本发明的进一步改进，所述环形电极连接高压直流电源的正极，所述导电滑环连接高压直流电源的负极。

作为本发明的进一步改进，所述传动组件包括第一同步带轮、第二同步带轮以及连接所述第一同步带轮与第二同步带轮的同步带，所述第一同步带轮安装在所述电机的输出轴上，所述第二同步带轮安装在所述工具轴上。

作为本发明的进一步改进，所述外套筒内安装有挡环，所述工具轴上设置有第一台阶，所述工具轴上安装有深沟球轴承，所述深沟球轴承的两轴端分别与所述挡环、第一台阶相抵接。

作为本发明的进一步改进，所述工具轴上设置有第二台阶，所述工具轴上安装有一对角接触轴承，所述工具轴的另一端螺纹连接有锁紧螺母。

作为本发明的进一步改进，所述环形电极沿轴向设有中心通孔，所述中心通孔的孔壁与所述工具针的外壁之间的间隙为1-2mm。

作为本发明的进一步改进，所述工具针的一端穿过所述中心通孔且与所述工具轴螺纹连接。

作为本发明的进一步改进，所述环形电极的外壁与所述连接法兰的内壁螺纹连接。

作为本发明的进一步改进，还设置有液氮冷却系统，所述液氮冷却系统用于对所述人工晶状体进行冷却。

一种利用电流变效应抛光人工晶状体的方法，使用所述的装置，包括以下步骤：

(1)将人工晶状体定位在加工槽内，在加工槽内倒入预先配置好的电流变液体，调节旋转工具使得工具针的另一端与人工晶状体之间具有间隙，且工具针的另一端浸入在电流变液体中；

(2)利用液氮冷却系统对人工晶状体进行液氮喷射；

(3)开启高压直流电源，并调节电压至1500-3000V；

(4)启动电机，调节工具针的转速为1500-3000r/min，同时使得旋转工具沿Y轴方向往复移动；

(5)抛光结束，关闭高压直流电源和电机，工具针停止运动，取出人工晶状体。

本发明的有益效果是：

(1)本发明基于电流变效应的装置可以按照设定的运动方式，结合多自由度的数控机床，实现对人工晶状体表面材料的微量去除，达到抛光效果。

(2)用于作阴极的工具针、阳极的环形电极均可拆卸、可调整，通过调整阴极与阳极之间的间隙、工具针的直径、环形电极的厚度以及工具针的另一端伸出环形电极的长度，满足不同的抛光要求，适用范围广，提高抛光效率，降低生产成本。

(3)装置采用分离式结构，使用同步带传输动力，隔绝了输入与输出，高压电不会传输到电机和数控机床上，整个装置具有良好的绝缘效果。

(4)通过导电滑环的设置能够解决由于旋转产生的线缠绕问题。

(5)本发明装置结构紧凑，电场施加方式方便，既可以实现对导体类工件的抛光，也可以实现对非导体类工件的抛光。

(6)本发明提出了利用电流变效应对人工晶状体抛光的新方法，拟实现非球面人工晶状体的超精密抛光，使得高质量的非球面人工晶状体确定性抛光成为可能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的优选实施例的结构示意图；

图2为图1中A的放大示意图；

图3为本发明的优选实施例的旋转工具的结构示意图；

图4为本发明的优选实施例的旋转工具的剖视图；

图5为本发明的优选实施例抛光时形成的柔性抛光头的图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1-图4所示，一种利用电流变效应抛光人工晶状体10的装置，包括旋转工具12，旋转工具12包括支撑板14、电机16、导电滑环18、外套筒20、工具轴22、连接法兰24、环形电极26以及工具针28，电机16、导电滑环18的外圈以及外套筒20均安装在支撑板14上，电机16通过传动组件驱动工具轴22旋转，工具轴22的一端与导电滑环18的内圈紧密配合，导电滑环18的内圈能够与工具轴22一起旋转，且能够将导电滑环18上的电传输到工具轴22上，工具轴22的另一端伸入外套筒20内，连接法兰24安装在外套筒20上，环形电极26与连接法兰24相连接，工具针28的一端与工具轴22相连接，工具针28的另一端伸出环形电极26。

本发明实施例中，环形电极26连接高压直流电源30的正极，导电滑环18连接高压直流电源30的负极。

本发明优选传动组件包括第一同步带轮32、第二同步带轮34以及连接第一同步带轮32与第二同步带轮34的同步带36，第一同步带轮32安装在电机16的输出轴38上，第二同步带轮34安装在工具轴22上。为确保第一同步带轮32与第二同步带轮34的同步运动，本发明优选第一同步带轮32的端面与第二同步带轮34的端面相互平行。

为了便于调节同步带36的张紧程度，本发明优选支撑板14上安装有移动滑板39，电机16安装在移动滑板39上，电机16的输出轴38穿过移动滑板39和支撑板14，通过移动滑板39的运动，带动电机16运动，从而调节同步带36。进一步的，支撑板14上安装有挡块40，一调节螺丝42旋出挡块40旋入移动滑板39，由于挡块40固定在支撑板14上不动，旋转调节螺丝42带动移动滑板39移动。本实施例中，优选挡块40通过锁紧螺丝43实现与支撑板14的螺纹连接，挡块40与支撑板14设成分体式连接，节省材料，但并不局限于此种方式，也可以将挡块40与支撑板14做成一体。

本发明实施例中，导电滑环18的外圈通过第一螺栓44、第一螺母46、第二螺栓48、第二螺母50与支撑板14固定，同时，第二螺栓48也穿过外套筒20实现外套筒20与支撑板14固定。

本发明优选外套筒20内安装有挡环52，工具轴22上设置有第一台阶54，工具轴22上安装有深沟球轴承56，深沟球轴承56的两轴端分别与挡环52、第一台阶54相抵接，通过深沟球轴承56提高工具轴22的垂直性，从而确保工具针28与环形电极26的同轴度一致。

为了进一步提高工具针28与环形电极26的同轴度，本发明优选工具轴22上设置有第二台阶58，工具轴22上安装有一对角接触轴承60，工具轴22的另一端螺纹连接有锁紧螺母62，通过第二台阶58与锁紧螺母62配合将一对角接触轴承60定位住，通过角接触轴承60的设置能够提高工具轴22的垂直性。

本发明优选环形电极26沿轴向设有中心通孔64，中心通孔64的孔壁与工具针28的外壁之间的间隙为1-2mm。进一步优选中心通孔64的孔壁与工具针28的外壁之间的间隙为1.5mm。工具针28的一端穿过中心通孔64且与工具轴22螺纹连接，工具针28与工具轴22可拆卸连接，从而便于更换不同直径的工具针28，便于调节工具针28的外壁与中心通孔64之间的间隙，同时能够调节工具针28伸出环形电极26的长度，便于适用不同的加工要求，适用范围广。具体的，工具针28的一端固定有螺钉65，螺钉65与工具轴22螺纹连接。

本发明优选环形电极26的外壁与连接法兰24的内壁螺纹连接，环形电极26能够从连接法兰24上拆卸下，更换成不同厚度的环形电极，从而能够调整环形电极26的中心通孔64的孔壁与工具针28的外壁之间的间隙，便于适用不同的加工要求，适用范围广。

如图1所示，还设置有液氮冷却系统66，液氮冷却系统66采用常规技术，在此不再赘述，液氮冷却系统66用于对人工晶状体10进行冷却，在抛光之前和抛光过程中给人工晶状体10提供一个低温冷却场，使得人工晶状体10有较好的刚度和硬度，提高抛光质量。具体的，液氮冷却系统66分别连接有液氮罐68、喷嘴70，液氮罐68中的液氮通过液氮冷却系统66冷却后通过喷嘴70对人工晶状体10进行液氮喷射。

本发明优选工具轴22、环形电极26和工具针28的材料均为马氏体不锈钢。

本发明优选外套筒20和连接法兰24均采用尼龙制成，进一步提高装置整体的绝缘性。

优选工具针28的另一端为针状尖端，便于体积较小的人工晶状体的抛光，提高抛光质量。

由于工具针28伸出环形电极26的长度能够调节，也就是工具针28的针状尖端与人工晶状体10表面的距离能够调节，由于距离会影响电场强度，人工晶状体10表面距离工具针28的针状尖端越近电场强度越大，电流变效应也就更明显，电流变液体82的抗剪切屈服能力越强，实现不同的抛光要求，提高抛光效率和抛光质量。

以下介绍本发明方法，一种利用电流变效应抛光人工晶状体的方法，使用上述装置，包括以下步骤：

(1)将人工晶状体10定位在加工槽80内，在加工槽80内倒入预先配置好的电流变液体82，调节旋转工具12使得工具针28的另一端与人工晶状体10之间具有间隙，且工具针28的另一端浸入在电流变液体82中。作为优选方案，在加工槽80内设置夹具84将人工晶状体10定位住，本实施例中，夹具84为吸盘，但并不局限于吸盘，也可以为气源吸附或真空发生器。人工晶状体表面是非球面的凸型，调节数控机床，使得工具针28的另一端与人工晶状体10的凸面最高点的间隙不大于1mm，保证良好的抛光效果和电场强度。

(2)利用液氮冷却系统66对人工晶状体10进行液氮喷射。作为优选方案，通过喷嘴70对人工晶状体10进行液氮喷射，使得人工晶状体10的温度稳定在玻璃化温度以下。

(3)开启高压直流电源30，并调节电压至1500-3000V，工具针28与环形电极26之间形成高压电场，电流变液体82发生电流变效应，电流变液的流动具有Bingham介质的性质，抛光磨料颗粒在工具针28的另一端聚集形成一个软质的柔性抛光头，如图5所示。作为优选方案，调节电压至3000V。

(4)启动电机16，调节工具针28的转速为1500-3000r/min，同时使得旋转工具12沿Y轴方向往复移动，Y轴方向指的是数控机床的Y轴方向，带动柔性抛光头中的磨料颗粒对人工晶状体10表面实现微量的材料去除，实现抛光。作为优选方案，通过数控机床的设定，使得旋转工具12沿Y轴方向的往复移动速度为0.5-2mm/s、往复行程为10mm。作为优选方案，调节工具针28的转速为2000r/min，同时使得旋转工具12沿Y轴方向的往复移动速度为1mm/s。优选环形电极26最外径为5mm，发生电流变效应后形成的柔性抛光头的直径大于5mm，人工晶状体10非球面光学部位直径大约在5mm左右，所以柔性抛光头能很好的覆盖人工晶状体10的表面。数控机床的X轴预先调节好，抛光时旋转工具12在X轴方向是不移动的，设置旋转工具12沿Y轴方向一去一回的行程为10mm，提高抛光质量。

(5)抛光结束，关闭高压直流电源30和电机16，工具针28停止运动，取出人工晶状体10。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种利用电流变效应抛光人工晶状体的装置，其特征在于，包括旋转工具，所述旋转工具包括支撑板、电机、导电滑环、外套筒、工具轴、连接法兰、环形电极以及工具针，所述电机、导电滑环的外圈以及外套筒均安装在所述支撑板上，所述电机通过传动组件驱动所述工具轴旋转，所述工具轴的一端与所述导电滑环的内圈紧密配合，所述工具轴的另一端伸入所述外套筒内，所述连接法兰安装在所述外套筒上，所述环形电极与所述连接法兰相连接，所述工具针的一端与所述工具轴相连接，所述工具针的另一端伸出所述环形电极。

2.根据权利要求1所述的一种利用电流变效应抛光人工晶状体的装置，其特征在于，所述环形电极连接高压直流电源的正极，所述导电滑环连接高压直流电源的负极。

3.根据权利要求1所述的一种利用电流变效应抛光人工晶状体的装置，其特征在于，所述传动组件包括第一同步带轮、第二同步带轮以及连接所述第一同步带轮与第二同步带轮的同步带，所述第一同步带轮安装在所述电机的输出轴上，所述第二同步带轮安装在所述工具轴上。

4.根据权利要求1所述的一种利用电流变效应抛光人工晶状体的装置，其特征在于，所述外套筒内安装有挡环，所述工具轴上设置有第一台阶，所述工具轴上安装有深沟球轴承，所述深沟球轴承的两轴端分别与所述挡环、第一台阶相抵接。

5.根据权利要求4所述的一种利用电流变效应抛光人工晶状体的装置，其特征在于，所述工具轴上设置有第二台阶，所述工具轴上安装有一对角接触轴承，所述工具轴的另一端螺纹连接有锁紧螺母。

6.根据权利要求1所述的一种利用电流变效应抛光人工晶状体的装置，其特征在于，所述环形电极沿轴向设有中心通孔，所述中心通孔的孔壁与所述工具针的外壁之间的间隙为1-2mm。

7.根据权利要求6所述的一种利用电流变效应抛光人工晶状体的装置，其特征在于，所述工具针的一端穿过所述中心通孔且与所述工具轴螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的一种利用电流变效应抛光人工晶状体的装置，其特征在于，所述环形电极的外壁与所述连接法兰的内壁螺纹连接。

9.根据权利要求1所述的一种利用电流变效应抛光人工晶状体的装置，其特征在于，还设置有液氮冷却系统，所述液氮冷却系统用于对所述人工晶状体进行冷却。

10.一种利用电流变效应抛光人工晶状体的方法，其特征在于，使用如权利要求1-9中任一项所述的装置，包括以下步骤：

(1)将人工晶状体定位在加工槽内，在加工槽内倒入预先配置好的电流变液体，调节旋转工具使得工具针的另一端与人工晶状体之间具有间隙，且工具针的另一端浸入在电流变液体中；

(2)利用液氮冷却系统对人工晶状体进行液氮喷射；

(3)开启高压直流电源，并调节电压至1500-3000V；

(4)启动电机，调节工具针的转速为1500-3000r/min，同时使得旋转工具沿Y轴方向往复移动；

(5)抛光结束，关闭高压直流电源和电机，工具针停止运动，取出人工晶状体。

Images