激光测振仪确保超声洁牙器具有精准的线性运动轨迹
2020-11-20 浏览： 155导语
改善牙齿健康，提升生活质量！
瑞士E.M.S.公司生产的超声波洁牙器，采用Piezon无痛技术，可有效帮助客户保持牙齿健康。
为了尽可能地维持牙齿的健康，防止龋齿和牙周感染，家庭护理方法如刷牙和使用牙线非常重要。不过仅靠这些是不够的，因为即使这些家庭护理操作得当，口腔内仍会产生菌斑，它是龋齿、牙周病和种植体周围疾病的主要致病因素。因此我们需要定期去看牙医，诊断菌斑或牙结石的形成，并使用预防技术来抑制它们的生长。
瑞士的E.M.S.公司（Electro Medical Systems）开发了一种特殊的治疗方法，称为以菌斑控制为导向的牙周治疗方案 (GBT)，GBT方案倡导在天然牙、种植体和软组织上采用AIRFLOW®龈上和龈下喷砂及PIEZON®无痛超声洁治等方法开展菌斑控制。
为使该种具有无创和舒适性等优点的治疗方法最高效，我们需要掌握PS工作尖的运动特性。Polytec激光多普勒测振仪在这一高端牙科器械的设计和制造中起到了非常重要的作用。
与其它技术如手动、气动或磁致伸缩装置等相比，以菌斑控制为导向的牙周治疗方案 (GBT)采用Piezon®舒适技术结合PS（龈下超细）工作尖，其运行轨迹的线性度、高效率、对牙齿和软组织的创伤最小，通过超声手柄内部的压电换能器提供可控振动来清除牙结石。压电换能器由内置的电子模块驱动，以确保仪器的持续振动。
得益于PS超声洁牙器本身及工作尖超细的外形，设备在从龈上到龈下的防治过程中保持温和而有效的运动。
只有整个系统在外形、超声模块和电子驱动模块之间达到完美平衡时，才能保证洁牙器能够实现精准的线性运动轨迹。这与其它一些竞争对手只关注工作尖而非整个系统的控制有着本质区别。
事实上，几何外形、材料和操作手法的细微偏差都会降低洁牙器的性能。因此，若无法有效保证工作尖的适当振动特性，就有可能发生危险或引起病人不适。
图2 采用Piezon®技术的PS超声洁牙机，从龈上到龈下的通用治疗设备
为确保洁牙机具有适当的振动特性，E.M.S.公司在整个研发和生产过程中均采用了最先进的技术。事实上，在开发阶段，他们便使用了PSV扫描式激光多普勒测振仪来校准和验证有限元模型(FEM)，而在最后的质检阶段，激光测振仪被用来检测工作过程中超声模块以及制造工艺过程中的微小偏差。另外，我们还通过这种先进的测量技术来确定每台仪器的耐磨损性能。
图3 闭环反馈式的研发过程：设计-FEM分析-3D扫描式激光测振仪实测验证
这种超声设备的振动测量需要采用非接触式方法，要能够实时准确地获取设备在高频振动下的微小位移(峰峰值小于200μm)，并将电子器件的电信号与设备的机械运动连接起来。
PSV-500-3D Xtra系统通过扫描工作尖表面，同时将发送到压电传感器的电信号作为相位参考，获得了工作尖的完整三维振型，并且得到了在进行齿面接触和喷水等真实条件下PS超声洁牙器的运动轨迹的线性度，Polytec在该领域的振动测试具有绝对的权威性。
此外，Polytec公司的Xtra红外式激光测振仪的振动速度高达30米/秒，这意味着洁牙器工作频率在29 kHz时的位移峰值可达到275μm（峰峰值）。
PS超声洁牙机的振动测量是在空气中进行，无任何附加质量影响。在工作尖部位布置了大约135个测点，精确地获取这些测点在X、Y和Z向的振动数据，结果如图4所示。
图4 超声激励下PS超声洁牙机的振型显示
这些结果可用于检验有限元模型(超声运动的模态、频率、线性度等)，并可用于进一步调节超声运动的真实振幅，如图5所示。
图5 从超声手柄到工作尖的不同位置上的实际振幅和理论振幅的对比
我们也可以将测试得到的机械振动信息与电子驱动器发送的电信号进行对比，以验证振动输出的调节控制性能。
此外，PSV-500-3D Xtra测量的是设备在真实条件下的振动(与牙齿和牙结石相接触)，这些条件很难在仿真中建模。即使身处具有挑战性的工作环境，我们也能够准确地获取振幅并验证运动轨迹的线性度。
Polytec公司的PSV-500-3D Xtra三维扫描式激光测振仪，以无与伦比的超高精度获取PS超声洁牙器的高速振动特性。
正是这项测量技术，我们得以验证和校准理论模型，进而控制PS超声洁牙器的性能，同时获得洁牙器在工作过程中的真实运动情况。
在设计-仿真-实测的协同作用下，激光测振仪帮助我们实现了产品开发的全新理念：不断改进产品并优化所有关键因素，以确保高效、无创伤的治疗。
上一篇： 激光测振仪对超声焊接过程进行参数化..
下一篇： 整体叶盘的有限元模态相关性分析..
