CN1059297C - 用于牙科机头的马达控制器 - Google Patents

Abstract

一种用于牙科机头的马达控制器，包括用于检测加至切割工具上的负载转矩的转矩检测装置，以及控制装置，该控制装置在所检测负载转矩达到预定参考转矩时，停止切割工具驱动马达，降低马达转速，反转或暂时反转马达。利用这种控制器，可防止用于根槽形成的相当细的锉之类的切割工具断裂。而且，可改进机头的操作性，且容易进行如根槽形成的操作。

Description

用于牙科机头的马达控制器

本发明涉及用于牙科机头切割工具驱动马达的控制器，通过驱动安装在机头顶端的切割工具，切割牙齿并形成根槽。

由于牙科治疗的马达主要用于驱动切割工具切割牙齿或类似物，已采用的驱动方法中，即使马达遇到大负载时，马达转速也不降低而是维持在预定速度。作为这种方法的普遍例子，反馈控制已公知，其中由安装在机头中的检测器检测的马达转速与预定速度比较，且控制驱动马达的电压，以便消除这两个速度之差，从而保持转速恒定。通过改变预定速度调节马达的输出。

但是，随着切割工具变细，由于不管加至切割工具上的负载如何转速保持恒定，因此切割工具容易断裂。所以，相当细的切割工具，如形成根槽的锉非常容易断裂，具体地Ni-Ti锉规定最大转速为300rpm，因此产生牙科手术困难的问题。

因此，本发明的首要目的是防止牙科机头的切割工具断裂，其次是改进机头的操作性，第三是使如形成根槽的牙科手术容易。

为达到上述目的，按照本发明用于牙科机头的马达控制器，包括用于检测加至切割工具上的负载转矩的检测装置，以及控制装置，该控制装置在所检测负载转矩达到预定参考转矩时，停止切割工具驱动马达或降低其转速。利用这种构造，负载转矩达到参考转矩时基本停止切割。因此，即使切割工具相当细且易于断裂时，特别是使用形成根槽的锉时，通过适当设定参考转矩可防止工具断裂。

负载转矩达到参考转矩时，代替上述停止切割工具驱动马达或降低转速，可反转马达。此构造不仅停止切割，而且防止切割工具在根槽形成操作期间继续切入根槽，从而可有效进行操作。

除了上述构造外，设有根槽长度测量装置检测切割工具的位置，它同时用作测量切割工具的电极。利用此构造，当负载转矩达到参考转矩，或切割工具达到预定参考位置时，可停止切割工具驱动马达，降低马达转速，或反转马达。此构造防止切割工具断裂和切入根槽，同时防止切割工具扩大或穿透根顶，从而明显提高根槽治疗装置的操作性和实用性。

而且，每次负载转矩达到参考转矩或每次切割工具到达参考位置，可暂时反转切割工具驱动马达并随后又正转马达，从而通过反复反转和正转，恢复切割。此构造能有效操作。所检测负载转矩小于参考转矩后瞬间或所检测切割工具位置浅于参考位置后瞬间进行正向马达旋转控制，获得上述情况中反转后待恢复的正转。而且，可使用移至正转的操作具有滞后性能的控制。后一种情况下，正转和反转不反复重复，从而稳定操作，改善操作性，且不会对装置的使用寿命产生不利影响。

以上已描述该控制器的基本结构。通过下述实施例的说明，将了解更详细的构造。

图1是按照本发明一个实施例的马达控制器电路图；

图2A是显示该实施例设有控制器的机头侧视图；

图2B是显示机头的显示设备平面图；

图3是显示控制器占空比控制的过程流程图；

图4显示控制器马达输出性能；

图5是显示控制器马达输出性能的另一个图；

图6A是显示控制器中根据负载转矩马达停止或转速降低的控制过程流程图；

图6B是显示控制器中根据负载转矩马达反转的控制过程流程图；

图7是显示控制器中根据工具位置马达停止，转速降低和反转的控制过程流程图；以及

图8是控制器中锉距根顶的位置与参考转矩之间关系的图。

以下描述实施例，其中根据本发明权利要求3所提供的控制器具有转矩检测装置和位置检测装置包括一个根槽测量电路。在以下的解释中，当上述负荷转矩达到参考转矩时，执行马达停止或转速降低的控制称为“根据转矩的自动停止控制”，而当负荷转矩达到参考转矩时，执行暂时马达反转的控制“称为自动反转控制”。而且，当切割工具到达参考位置时，执行马达停止，转速降低或反转的控制称为“根据工具位置的自动停止控制”，且该控制包括马达反转。

参见图1，数字1表示CPU，数字2表示切割工具驱动马达，数字3表示晶体管开关，数字4表示驱动器电路，数字5表示旋转方向选择开关，数字6表示负荷转矩检测电阻，数字7表示根槽测量电路，数字8表示显示设备，数字11表示设定参考转矩的可变电阻，数字12表示设定占空比的可变电阻，数字13表示设定参考位置的可变电阻，数字14表示电池，数字15表示主开关。这些如图所示连至CPU1。数字17表示通过适当的齿轮机构或类似物连至马达2的切割工具，而数字18表示用于根槽长度测量的地极。

图2A是设有构成图1所示电路器件的无绳式机头21外观图。该实施例中，用于形成根槽的锉安装在机头21的头22的顶端，作为切割工具17(下面称作锉17)。由于锉17还用作根槽长度测量端子，锉17通过机头21内的导电元件电气连接根槽长度测量电路7的测量端子。地极18通过导线18a连至根槽长度测量电路7的地端。参见图2B，显示设备8设有3个显示部分：占空比显示部分8a，参考转矩显示部分8b和参考位置显示部分8c，每一部分包括一行多个LED。显示部分8a，8b和8c分别设有对应可变电阻11，12和13的旋转钮11a，12a和13a。

在上述机头21的构造中，选择具有预定规格的锉并安装到头22，而地极18必要时连到病人口中的组织上。通过打开主开关15开始操作。

机头21不局限于上述无绳式。不必说本发明可用于通过绳连至固定控制器主单元的绳式机头的马达控制。在这种绳式机头的情况下，显示设备8可分为两个显示设备：如上所述设在机头上的显示设备和设在控制器主单元上的包括LCD或类似物的大显示设备。而且，图1所示部分电路还可设在控制器的主单元中。

在CPU1的端4a发送的控制信号驱动下，晶体管驱动电路4打开和关断晶体管开关3以驱动马达2。马达2根据旋转方向选择开关5的状态正向或反向旋转。在该实施例中，CPU1的控制信号具有以恒定周期重复产生的脉冲波形。宽度，即脉冲的占空比，通过可变电阻12调节以便设定占空比。马达2由对应占空比的输出驱动。图3中流程显示CPU1的控制过程，其中以1ms的周期和60％的占空比为例。

如上所述，本发明中没使用保持转速恒定的反馈控制。所以，随着加至锉17的负载转矩增加，转速随马达2的输出特性降低。而且，占空比越高，输出转矩越大。相应地，当负载转矩增加时，转速降低比变大，而占空比降低，但是，即使占空比变化时加至马达2的脉冲电压最大值也保持不变。通过占空比显示部分8a显示预定的占空比。

因此，这种控制的输出特性如图4所示，由于转速随负载增加而降低，转速保持恒定的现有控制中产生的锉断裂问题几乎不会出现。图4中，线a表示占空比上升和输出转矩增加时获得的特性(转速)，线c表示转速比降低和输出转矩减小时获得的特性，而线b表示这两种特性之间的特性。即使占空比降低时，空载时的转速几乎不降低，所以，小负载时可有效完成操作。

这种方式中，通过根据脉冲电压的占空比控制马达2的输出，由于在控制电路中发热的损耗降低，且电路可以更紧凑，重量轻且有效。为此，认为这种驱动方法特别适于无绳装置。

图5显示图4所示情况下执行根据转矩的自动停止控制时的马达特性。具体说，线d表示参考转矩。当CPU1检测到负载转矩达到参考转矩d时，不发送来自端4a的控制信号，晶体管开关3关断，且马达2停止。通过使用可变电阻11从固定范围的值中可选择所要的参考转矩d用于设定参考转矩，且当电压从端6a加至CPU1时检测负载转矩，该电压是由于马达2的电流在负载转矩检测电阻6处产生的。预定的参考转矩d在参考转矩显示部分8b显示。

因此，根据所用锉的类型或类似型号通过适当设定参考转矩d，可靠防止锉17由于过负载而断裂。当转速降低时，锉的切割性能明显降低，且基本上不切割。所以，替代负载转矩达到参考转矩d时的完全停止马达2，可通过降低占空比降低转速。

图6A是显示上述根据转矩的自停止控制过程流程图。预先决定负载转矩达到参考转矩时停止马达或降低马达转速并置于程序中。或者，通过附加的选择开关由操作者可选择地执行两种情况之一。

该控制对应于本发明的权利要求2且有效防止锉断裂。但是，即使通过停止马达2或通过降低转速切割基本停止时，锉17可保持切入根槽。通过下述自动反转控制能解决该问题。

自动反转控制对应于本发明权利要求3并起作用，以便当负载转矩达到参考转矩时暂时反转马达2。通过此控制，切入根槽并难于旋转的锉17可稍微后移，以便恢复易于旋转状态。这样不仅防止锉断裂，而且防止切入根槽。根据来自CPU1端5a的选择信号通过移动包括小继电器或类似物的旋转方向选择开关5到反转设定侧完成马达2的反转。反转周期在0.1至2秒范围内选择。但是，一般情况下，大约0.5秒的时间足够。而且，可按需要设定反转速度。

用这种控制，马达反转后通过停止马达2可暂时停止操作。但是，马达反转后也可通过包括每次负载转矩达到参考转矩d且正转恢复时暂时反转的自动重复马达运行连续进行操作。利用此方法，可有效操作。当上述反转周期到达时，可自动启动恢复正转。但是，不设定这种反转周期，可采用一种控制方法，其中确定负载转矩低于参考转矩后恢复正转。

这种情况下，由于反转期间负载转矩常常低于正转期间，反转后瞬间负载转矩低于参考转矩。反转和正转如此频繁重复，引起不稳定操作，且对装置使用寿命产生不利影响。所以，希望进行具有滞后特性的控制，以便当负载转矩不大于第二参考转矩时开始正转，第二参考转矩设定为略微低于参考转矩。参考转矩与第二转矩之差，即滞后宽度，可设至适于临床目的的固定值，或可按需要变化。

图6B是显示重复反转与正转时控制操作过程的流程图。该图仅仅显示基本过程。但是，实际操作中当反转移至正转时以及当正转移至反转时，马达2短时停止。

如图1所示，机头21设有根槽长度测量电路7以便除了根据转矩的自动停止控制和上述自动反转控制外，根据工具位置进行自动停止控制。在这种根据工具位置的自动停止控制中，根槽长度测量电路7一直检测锉17的顶端位置。当测量电路7检测到顶端达到参考位置时，显示该检测的信号从检测电路7送至CPU1的端7a，且由端4a发送的控制信号停止马达2。通过使用可变电阻13可将参考位置设为固定范围内的所要值，且在参考位置显示部分8c显示如此确定的参考位置。

由于根据位置的自动停止控制也趋于停止基本切割，当顶端到达参考位置时通过降低占空比代替停止马达2，可降低转速。或者，正如上述自动反转控制的情况，可暂时反向旋转马达2。停止马达，降低转速或反转马达，应在程序中选择且设立。或者，通过附设的选择开关，可由操作者选择一种方法。

图7是显示根据工具位置自动停止控制的基本控制过程流程图。在此过程中，一旦马达2停止或反转后检测锉位置。当锉17略微抽出且顶端由操纵者设在较浅位置时，自动恢复马达2的正转。停止或反转与正转之间也设有滞后特性。换句话说，所设第二参考位置略微浅于参考位置，而当切割工具的位置浅于第二参考位置时正转马达。利用此过程，由于锉反复***和抽出的同时可连续操作，从而有效工作。滞后宽度可设为适当的固定值，或可按需要变化。

通过上述说明可见，此实施例中同时进行图6A和6B所示关于自动反转控制的过程和图7所示关于根据工具位置自动停止控制的过程。换句话说，通过执行中断并列交替地执行这些步骤。当已建立停止或反转马达2的条件时，优先执行并完成对应于已建立条件的操作。由于执行过程的混合，通过自动反转控制防止锉断裂和切入根槽，并通过根据工具位置自动停止控制防止穿透根顶。于是，如在根槽形成时将本发明用于马达控制，可明显提高根槽治疗装置的操作性，从而可使装置具有更高的实用性。

随着锉17顶端接近根顶，锉17被夹住时易于断裂。因而希望自动反转控制的参考转矩在顶端接近根顶时较小。这样，在如上述例子中那样使用根槽长度测量功能时，连续检测锉顶位置。这样通过CPU1的控制可自动改变参考转矩。图8显示此控制例子。在根顶附近参考转矩保持在最小固定值，并随锉位置远离根顶而变大。通过用于设定参考转矩的可变电阻11调节性能曲线水平，使其在虚线所示的固定范围内。

除了用于平常切割的通常适用转速外，负载转矩或工具位置达到参考值，或速度低于转速前的瞬间，在上述控制例子中也可将转速用作恢复切割时的马达转速。在程序中应预先选择并建立这些速度之一。或者，通过选择开关可由操纵者按需选择这些速度之一。

用锉操作期间进行自动反转控制时，马达反转期间产生力，将锉推向根槽孔，而机头产生力，升高头。结果，通过反复正转和反转，头上下移动。于是操纵者可亲身感受切割情况。结果，装置提供较好感觉且易于使用。

在上述说明中，假设切割工具，即锉17在一个方向由马达2连续旋转。但是，由于如锉的切割工具的作用，代替连续旋转，可用一种在固定范围内重复正转和反转的盘旋驱动方法，或用一种切割工具在其轴向振动的驱动方法。采样这些驱动方法时，使用马达反转控制是无意义的。但是，由于由马达停止或转速降低引起的自动停止功能可无延迟地进行，本发明可用于这些方法。

可对每一根据转矩的自动停止控制，根据工具位置的自动反转控制和自动停止控制提供一个开/关开关，使每一功能能按需要可选择地打开与关断。

虽然包括LED的显示设备8如图2B所示，但也可使用具有其它发光元件的显示设备，或使用发声如蜂鸣声或合成音的通知设备。这种设备在负载转矩达到参考转矩或工具到达参考位置时能使用发出通知声的方法。而且，还能使用许多其它方法。例如，一直发出脉冲声，且按照脉冲声的周期连续通知转矩和位置。达到参考转矩或参考位置时，以较短的特殊周期通知此状态。这种通过声音或语音的通知较方便，因为操纵者不用转眼看通知设备就可确定负载转矩或工具位置。

图1中，可变电阻11，12和13方便用于设定参考转矩，占空比和参考位置。但是，这只是作为一个例子。代替使用可变电阻的连续调节方法，也可用其它方法。例如，可用多个开关逐步选择。

Claims (24)

1.一种用于牙科机头的马达控制器，该马达用于在进行牙科治疗时驱动切割工具，其特征在于：包括

用于检测加至所述切割工具上的负载转矩的转矩检测器，或用于检测所述切割工具位置的位置检测器两者至少一个，

控制器，所述控制器在所检测负载转矩达到预定参考转矩或切割工具到达预定参考位置时，停止切割工具驱动马达或降低马达转速，或者反转或暂时反转所述马达。

2.一种如权利要求1的用于牙科机头的马达控制器，其中所述切割工具也用作根槽长度测量电极。

3.一种如权利要求2的用于牙科机头的马达控制器，其中，在每次所检测的负载转矩达到预定参考转矩或每次切割工具到达预定参考位置后，所述控制器重复包括暂时反转切割工具驱动马达和正转马达的操作。

4.一种如权利要求3的用于牙科机头的马达控制器，其中，达到参考转矩后所检测的负载转矩低于参考转矩时或到达参考位置后切割工具的位置浅于参考位置时所述控制器又正向旋转马达。

5.一种如权利要求3的用于牙科机头的马达控制器，其中，反转马达后，负载转矩低于略小于参考转矩的第二参考转矩时，或切割工具位置浅于略浅于参考位置的第二参考位置时所述控制器正向旋转马达。

6.一种如权利要求1，2，3，4或5的用于牙科机头的马达控制器，它包括通知设备，通过声音或语音通知所检测的负载或切割工具的位置。

7.一种如权利要求1，2，3，4或5的用于牙科机头的马达控制器，其中所述控制器按照输出性能驱动马达，所述性能中转速随加至切割工具上的负载转矩增加而降低。

8.一种如权利要求6的用于牙科机头的马达控制器，其中所述控制器按照输出性能驱动马达，所述性能中转速随加至切割工具上的负载转矩增加而降低。

9.一种如权利要求7的用于牙科机头的马达控制器，其中所述控制器通过使用脉冲输出电压驱动马达，所述脉冲输出电压具有一固定最大值和变化占空比。

10.一种如权利要求8的用于牙科机头的马达控制器，其中所述控制器通过使用脉冲输出电压驱动马达，所述脉冲输出电压具有一固定最大值和变化占空比。

11.一种如权利要求1，2，3，4或5的用于牙科机头的马达控制器，它包括用于设定所需参考转矩的参考转矩设定设备和/或用于显示已设定参考转矩的显示器。

12.一种如权利要求6的用于牙科机头的马达控制器，它包括用于设定所需参考转矩的参考转矩设定设备和/或用于显示已设定参考转矩的显示器。

13.一种如权利要求7的用于牙科机头的马达控制器，它包括用于设定所需参考转矩的参考转矩设定设备和/或用于显示已设定参考转矩的显示器。

14.一种如权利要求9的用于牙科机头的马达控制器，它包括用于根据负载转矩的增加设定所需转速降低速率的输出性能设定设备和/或用于显示已设定输出性能的显示器。

15.一种如权利要求10的用于牙科机头的马达控制器，它包括用于根据负载转矩的增加设定所需转速降低速率的输出性能设定设备和/或用于显示已设定输出性能的显示器。

16.一种如权利要求1，2，3，4或5的用于牙科机头的马达控制器，它包括用于设定所需参考位置的参考位置设定设备和/或用于显示已设定参考位置的显示器。

17.一种如权利要求6的用于牙科机头的马达控制器，它包括用于设定所需参考位置的参考位置设定设备和/或用于显示已设定参考位置的显示器。

18.一种如权利要求17的用于牙科机头的马达控制器，它包括用于设定所需参考位置的参考位置设定设备和/或用于显示已设定参考位置的显示器。

19.一种如权利要求8的用于牙科机头的马达控制器，它包括用于设定所需参考位置的参考位置设定设备和/或用于显示已设定参考位置的显示器。

20.一种如权利要求9的用于牙科机头的马达控制器，它包括用于设定所需参考位置的参考位置设定设备和/或用于显示已设定参考位置的显示器。

21.一种如权利要求10的用于牙科机头的马达控制器，它包括用于设定所需参考位置的参考位置设定设备和/或用于显示已设定参考位置的显示器。

22.一种如权利要求11的用于牙科机头的马达控制器，它包括用于设定所需参考位置的参考位置设定设备和/或用于显示已设定参考位置的显示器。

23.一种如权利要求12的用于牙科机头的马达控制器，它包括用于设定所需参考位置的参考位置设定设备和/或用于显示已设定参考位置的显示器。

24.一种如权利要求13的用于牙科机头的马达控制器，它包括用于设定所需参考位置的参考位置设定设备和/或用于显示已设定参考位置的显示器。

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