用于优化高速牙钻性能的高速测温技术

在牙钻极高转速条件下确保温度分析的精确性

挑战

牙钻研发面临的一大难题是难以测量由极高转速引起的瞬间高温峰值，而这种高温会引起患者产生不适感。由于钻头运动极快，且在高速操作过程中需要进行实时、非侵入式的温度监测分析，传统的接触式测温方法无法满足要求。

解决方案

通过实时采集高精度温度数据，高速红外热成像技术能够对旋转中牙钻的热行为进行准确分析。该技术可在不干扰钻削过程的前提下，在真实测试工况下对新型钻头几何结构进行评估与优化。

成效

实现针对性设计： 可实现针对性的钻头设计，显著降低患者因切削热产生的不适感。
实时动态监测： 允许在高速牙钻操作过程中对热变化进行实时监测。
精确性能对比： 支持对传统钻头与优化后的新型几何结构进行精确对比。
驱动产品创新： 通过数据驱动的热性能分析，促进产品技术创新。
提升市场竞争力： 通过提高牙钻的安全性、有效性和舒适性，助力制造商确立竞争优势。

高速红外热像仪优化牙钻设计以减轻患者疼痛

牙钻的研发面临着诸多挑战：在钻削过程中，摩擦和钻头的极高转速会产生大量热量，这通常会导致患者感到不适。在牙科治疗中，引起疼痛的往往不是钻削动作本身，而是由此产生的热量。研发机构以及牙钻制造商不断致力于开发能够减少产热的新型钻头几何结构。可靠的温度测量技术能够实现对牙钻的针对性优化，并有助于分析这些新几何结构的有效性。

牙钻的旋转速度极高，可达每秒 8,000 至 16,000 转。在这种转速下，钻尖在毫秒级的时间内切削材料，导致温度瞬间极速且剧烈升高。

在这种情况下，机械式或接触式测量方法并不适用，因为极快的运动速度使得传感器无法在不干扰钻削过程或不导致测量结果失真的情况下进行直接接触。此外，热态工况在不断变化，因此必须进行实时测量。

精确的测量对于评估新几何结构是否真正实现了降温至关重要。这类高速应用场景的挑战在于如何精准捕捉毫秒级内的温度变化。

在模拟真实工况下进行的一系列测试中，研究人员对两种不同的钻头设计进行了分析：之前使用的常规版本和几何结构优化后的版本。

高速红外热像仪：实现旋转物体的精确测温

为了准确捕捉这种快速的局部温度变化，测试采用了 Optris Xi 400 红外热像仪。该热像仪具备 382 x 288 像素的高光学分辨率，帧率达到 80 Hz，能够对快速变化的热过程进行可靠的监测。得益于其坚固紧凑的设计以及 IP67 的防护等级，该设备非常适合在工业环境中使用。

测量平台搭建于实验室环境中，在模拟真实工况下对牙钻进行了测试。将牙钻安装于铣床上，并以猪骨作为钻削对象（因为猪骨的组织结构与人体骨骼极为相似）。Optris Xi 400 精准安装定位后，用于测量钻削过程中及钻削结束后钻尖的温度。热像仪配备的精密电动调焦功能可实现对钻削目标的最佳聚焦，从而确保无误差地采集温度数据。

Optris Xi 400 的一项核心优势在于其高度的易集成性。在本应用中，热像仪通过一根 10 米长的 USB 数据线连接至笔记本电脑，并配合运行 PIX Connect 分析软件。该软件能够对录制的 RAVI（辐射视频）文件进行详尽的评估，便于工程师在测试后对温度曲线进行深入分析与对比。得益于设备的即插即用（Plug-and-play）功能，安装过程快速且简便。此外，高达 390:1 的距离系数比确保了即便是极微小的目标也能实现高精度的温度测量。

Optris 红外热像仪助力牙钻成功实现降温

测试结果表明，新型钻头几何结构显著降低了工作温度，这能直接改善患者的治疗体验。测量数据显示，传统几何结构的钻尖温度最高可达 175°C。相比之下，优化后的版本在不牺牲钻削性能的前提下，将温度成功降至 120°C。

高达 55°C 的降温幅度代表了一项重大技术突破，极大程度地降低了治疗过程中引发患者疼痛和组织损伤的风险。事实证明，Optris Xi 400 是此类高速应用场景下理想的温度测量解决方案。

除了具备高帧率与高分辨率外，热像仪出色的操作灵活性是另一项关键优势。通过 PIX Connect 软件，工程师能够对温度数据进行详尽分析，辅助对比不同钻头设计的性能差异。制造商可利用该技术优化自身产品，通过研发低热量生成的创新型牙钻，从而在市场竞争中脱颖而出。此外，该热像仪还提供高达 900°C 的多档测温量程，使其能够广泛适应多种不同的工业应用场景。

Optris 解决方案的另一大优势在于热像仪坚固耐用的工业级设计。尽管测试环境中存在钻削碎屑等干扰因素，但得益于热像仪在实际应用中的灵活集成能力，测温过程及结果均未受到任何影响。此外，用户还可选配 Optris 空气净化系统（Air Purge System），以确保镜头表面持续免受颗粒物的污染。

凭借其卓越的测量精度、极快的帧率以及便捷的操作性，Optris Xi 400 成为牙钻研发等高速测温应用的最佳选择。设备制造商能够充分利用先进的红外技术，持续开发并优化创新型牙钻产品。