● 摘要
牙体预备，是指对患者口腔内患病牙齿硬组织进行定量和定形切割的过程，是口腔操作中的基础环节。其效果影响着后续治疗。传统的牙体预备过程，需要医生手持牙科手机，对患病牙进行磨削，以达到预定的形状。因此，需要医生有丰富的临床治疗经验。但由于患者数量大，具有丰富经验的医生数量少，难以满足大量的患者需求。且长时间狭小空间内的操作导致医生视觉和手部疲劳，预备精度很难达到设计要求，引发后续治疗隐患等。因此，目前急需能实现自动化牙体预备的医疗仪器，解决上述问题。本文提出了一种用于“牙体预备”的新型激光自动化装置。该装置结合了飞秒激光技术和自动化技术的优势，将其应用到牙体硬组织的治疗当中，能提高牙体预备的精度，满足医生和患者的需求。针对该装置，本文设计了一套“反射镜-透镜-反射镜”的光学模型，通过控制反射镜2自由度的转动和透镜1自由度的移动来实现飞秒激光聚焦光斑的空间三维运动，从而实现激光对牙齿的三维雕刻。针对于反射镜的运动，本文提出了5杆机构和滑块摇杆机构的传动方式。透镜的运动则采用直线电机直接推动。本文选用了三套音圈直线电机和直线光栅传感器的驱动反馈模式，以实现高精度控制。理论方面，本文对系统进行了光学运动分析和机构运动学分析，并建立了相应的运动学模型。结合ADAMS软件，对模型进行了验证。然后，建立了系统相应的SolidWorks模型，绘制工程图及进行加工和装配。最终，搭建了第一代样机系统，并完成了上位机控制程序的编写。实验方面，本文搭建了样机及振镜两个实验平台，进行了定性的对比实验，选择了三种材料进行实验探索，完成了离体牙、蜡树脂块的简单三维切割，验证了方案的可行性。最终，本文就实验中出现的一系列问题进行了总结，并提出了相应的解决办法。