一種醫用熔頭機的研制

林軍華，羅 堅，徐 峰，鄭 龍，劉木林，王學元，趙輝軍

（邁得醫療工業設備股份有限公司，浙江 臺州317600）

1 引言

留置針可減少患者多次反復靜脈穿刺而造成的痛苦以及對打針的恐懼感，便于臨床輸液。同時可以減輕醫生護士的工作量，因此留置針在醫療上被廣泛使用。但是目前在制作留置針套管的過程中，存在著熔頭成型慢、成型效果差等缺點，導致生產廠家在生產時，出現生產效率低下問題，不僅影響生產廠家的產能，同時也影響產品的質量，使得患者在使用留置針時，對患者的血管造成不良影響。本項目通過感應熔融、精準定位切斷[1]、切斷恒力控制、旋轉均勻加熱、線形面尺寸檢測等技術，保證穿刺部件表面光滑、平整、鋒利，提高了穿刺的成功率，減少血管損傷和患者疼痛感等。留置針熔頭成型裝置是二次塑形技術的重要實施方式。

2 設備的結構及工作原理

2.1 留置針醫用熔頭機的整體結構

留置針熔頭成型裝置主要包括轉移機構、軟管單元夾具、芯棒機構和熔頭模具機構，如圖1所示。轉移機構夾取待加工的軟管單元后將軟管單元轉移并定位到軟管單元夾具上，芯棒機構的芯棒插入軟管單元夾具的軟管中，熔頭模具機構從軟管單元夾具的遠離芯棒的一側向軟管的自由端移動，以將插有芯棒的軟管的自由端容納于熔頭模具中。本設備提高了熔頭的成型效果及成型效率，具有結構簡單、成本低的特點。

本研究方案的核心是進行熔頭以形成錐狀針頭機構，包括支撐件，其是固定在支撐件上的驅動組件；轉動設在支撐件上，并被驅動組件驅動旋轉的熔頭齒輪，熔頭齒輪的上表面中心位置向下凹陷形成供留置針軟管端部嵌入的熔頭凹坑，熔頭凹坑呈錐狀，其橫截面面積由上至下逐漸縮小；對熔頭齒輪進行加熱的加熱組件。最終對留置針軟管端部進行熔頭以形成錐狀針頭，可實現留置針軟管的自動熔頭，留置針軟管端部熔頭產能和良率高。

圖1 留置針熔頭成型裝置

2.2 熔頭機設備創新點

采用上述技術方案，提高了熔頭的成型效果及成型效率，具有結構簡單、成本低的特點。市場上的其他設備都是采用中頻或者高頻端加熱系統，此類系統的輸出一致性差，在加工過程中需要頻繁修改參數，對生產效率、生產質量有很大影響。本方案采用射頻加熱控制系統，靶向加熱，瞬間加熱，輸出功率穩定，調試穩定性好，基本無需再對參數進行調整。

目前在成型切割時對力的控制都是使用配種塊，若要改變力的大小，需要增減配重塊，存在的弊端很多。研發了恒力控制系統，該機構通過采用音圈電機實現恒力切割，其中在伺服由上到下的過程中，控制分段力，分別有初始力、過鉚釘力、預熱力、成型切割力。

本項目通過自主研發，尋找高耐磨、高精度材料，成功加工出可配套使用的模具，該模具使用壽命超長，達到100萬次以上，可大大減少投入成本。

通常設備只能加工FEP材料的導管，越來越多的耗材生產廠家逐漸將材料重點放在PU材料上，本項目研發的留置針熔頭設備可以很好地兼容PU與FEP這兩種材質導管。

3 熔頭機控制系統設計

3.1 控制系統整體設計

整臺設備的控制系統主要任務是留置針熔頭管芯的運動控制、加熱機構的隨動控制、熱熔頭的溫度控制[2]。通過PLC控制導向伺服機構實現熔頭定位實時控制，通過溫控器實現熱熔頭的溫度控制。同時利用觸摸屏監控工作過程，切換和操作各種模式。整機控制方案如圖2所示。

圖2 控制系統方案圖

3.2 PLC控制系統

本設備整體控制系統以PLC為核心[3]，完成氣缸、伺服電機的檢測控制、運動控制、溫度控制和指示燈的控制，同時裝配Proface觸摸屏實現人接界面交互[4]，硬件模塊布局如圖3所示。核心的熔頭成型工藝通過多個磁性開關獲得熔頭下壓的階段位移，同時配合加熱模塊實現同步有序的熔頭加熱。

圖3 硬件模塊布局圖

其主要的輸入輸出分配如表1所示。整體控制系統以PLC為核心，選用了歐姆龍伺服驅動器以及歐姆龍電機、Proface觸摸屏、正泰電器等硬件。

表1 輸入輸出信號

整機控制程序較復雜，主要分為公共程序、芯棒控制伺服程序和高頻加熱控制程序等，能夠實現初始化運行、軟管自動夾持和位置控制、高頻加熱熔頭磨具溫度控制、故障處理等各項任務，PLC的輸出控制主要是通過輔助繼電器輔助實現。

3.3 人機界面設計

本設備使用了Proface人機界面，通過與PLC的組態，能夠實現設備的運行監控及操作。根據設計的實用性原則，觸摸屏畫面以自動伸出畫面為主界面。有設定運行參數、位置參數和手動操作的按鈕窗口，能夠實現參數的設定以及手動操作等。

根據設計的實用性原則，觸摸屏畫面以生產畫面為主界面，下設運動參數、工藝設定、模具控制等子窗口，通過按鈕切換進入。主畫面主要顯示設備實時工況，如圖4所示。

圖4 人接界面主畫面

4 結論

本設備通過射頻加熱，通過音圈電機實現對恒張力控制和分段力的控制，實現對留置針套管熔頭成型的精確控制；同時，通過采用高強度耐磨材料，大幅提高成型磨具的耐磨性，為醫用留置針加工提供了很好的實驗和中試驗證基礎。