一种智能全自动水动力角膜接触镜清洗机的制作方法

本实用新型属于角膜接触镜的清洗、护理专业领域；涉及一种智能全自动水动力角膜接触镜清洗机，该清洗机可把各类护理液或洁净水作为“水刀”对角膜接触镜进行清洗，为镜片的清洗、脱水、消毒创造良好的条件，对于现在市场上流通领域的各种型号、各种类别的角膜接触镜均适用。

背景技术：

现在国内外市场上销售的角膜接触镜清洗仪主要有两类：一类是利用偏心电机振动原理制成的清洗仪，通过偏心电机左右摆动使镜片在清洗液中随偏心电机左右摆动作同向运动。另一类是利用高频超声波原理制成的清洗仪，超声所产生的力同样使镜片在清洗液中也只能作同向运动。上述两类清洗仪，其清洗结构在清洗镜片过程中存在以下问题：1.清洗仪在清洗过程中，镜片与清洗液的相对速度几乎为零，镜片只能随液体流向随波逐流，去污效果较差。2.镜片无法中心定位，随液体流向会随机碰撞清洗槽硬壁，容易损伤镜片。3.清洗力度不够，往往不能达到彻底清洁。

流体动力学是连续介质力学的一门分支；其中，现代“水刀”最小的水流速度是300米/秒。就水动力而言，流体动力学的三大方程仍然适用：1.连续性方程—依据质量守恒定律推导得出；2.能量守恒方程(又称伯努力方程)—依据能量守恒定律推导得出；3.动量方程—依据动量守恒定律(牛顿第二定律) 推导得出。以水(或其他液体)作为动力来作功，在人类的工业及医疗领域的应用时间还不是很长；自1950年，Norman Fraz博士实用新型了“水刀”并将其用于伐木，所以，Norman Fraz博士被称为“水刀”之父。直到1970～1982年，“水刀”技术才逐渐成熟，被应用于对金属、玻璃的雕刻，切割加工，同时“水刀”的专用设备也批量投放市场。直到2015年，“水刀”在国外被应用于医疗技术，专门用来“减肥”美容方面；用“水刀”来任意切割、摘取人体多余的脂肪，取得了非常不错的疗效，得到了广泛的应用。

本实用新型从“水刀”中获得启示，基于同样的原理设计了一种全新的智能全自动水动力角膜接触镜清洗机。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种智能全自动水动力角膜接触镜清洗机，本实用新型从“水刀”中获得启示，将“水或其他液体”与“被加工物体”的动静角色进行互换，设计了该设备，实现了水动能对角膜接触镜的全自动智能清洗。

本实用新型的智能全自动水动力角膜接触镜清洗机，包括上盖、下盖、及磁性力场旋转动能传递系统；下盖为一容器，上盖与下盖可扣合形成一个用于存放护理液的封闭空间，磁性力场旋转动能传递系统包括电机、下磁钢架、转动盘、硅胶罩，转动盘和硅胶罩都设置在上述封闭空间内，电机和上磁钢架位于下盖下方，电机的输出轴与下磁钢架中心固定，下磁钢架上安装有下磁钢，转动盘上安装有上磁钢，硅胶罩设于转动盘上方，电机转动通过上、下磁钢互作用驱动转动盘旋转，转动盘转动可带动硅胶罩同步转动，在硅胶罩上设置有用于放置镜片的两只硅胶网状镜片盒。

上述技术方案中，所述的下盖内具有中心定位销，转动盘旋转时绕该中心定位销转动。

所述的转动盘中心设有一轴套，硅胶罩套置固定于转动盘轴套上。

所述的电机可正、反双向转动。

所述的下磁钢设置有若干个，均匀分布于下磁钢架上，上磁钢与下磁钢对应设置，且相对应的一对儿上、下磁钢相吸。

所述的两只硅胶网状镜片盒均采用下沉方式设置在硅胶罩上，盒周及底面均为网状。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型基于“水刀”的原理，将“水”和“被加工物体”动静角色互换，应用于角膜接触镜的清洗，是角膜接触镜清洗机领域清洗方式上的创新。

2.本实用新型采用磁性力场旋转动能传递系统将电机的旋转直接传递至完全浸泡于液体中的镜片，实现了液体和电子电路的完全隔离。

3.本实用新型中采用硅胶网状镜片盒的设计，可减少镜片在转动过程中与侧壁的碰撞，且镜片可在随硅胶网状镜片盒的整体运动中不断改变自己的机械位置 (类似于间隙自转)，可以更充分的与护理液发生作用，使清洗更充分。

4.大量实验表明采用本实用新型的清洗机清洗镜片，能充分清洁镜片上的污垢且不会改变镜片的物理性状，可以完全取代进口护理液。

附图说明

图1是本实用新型清洗机的一种具体的整体结构图；

图2是对镜片基本去垢受力矢量分析图；

图3是除垢力大小计算公式；

图4是一种具体的控制电路图；

图5是本实用新型清洗机的清洗效果对比图。

具体实施方式

基于“水刀”的原理，把“水”作为一种物质，通过机械设备使得水的流速加快作为动力，对“金属材料、或玻璃”进行加工。可以看出，水是在“动”；被加工物体是在“静”。本实用新型的目的在于把“镜片”作为清洗对象，第一要将上述的“动、静”反过来使用；第二是要对系统能量、动量、动作的方式和连续性做合理的评估；第三是要对系统设备结构做“颠覆性”改进。本实用新型采用相同的原理，不同的方法，实现了智能全自动水动力角膜接触镜清洗。

本实用新型中把液体作为“静止物体”；使得角膜接触镜镜片在液体中作“合理的、适当速度运动”，此时，镜片和液体之间的运动流速、方向、冲击、一系列物理量就会对镜片表面的污垢进行矢量合力的有效清除；

本实用新型的清洗机如下：

包括上盖10、下盖5、及磁性力场旋转动能传递系统；下盖5为一容器，上盖10与下盖5可扣合形成一个用于存放液体的封闭空间，磁性力场旋转动能传递系统包括电机1、下磁钢架3、转动盘6、硅胶罩8，转动盘6和硅胶罩8 都设置在上述封闭空间内，电机1的输出轴与下磁钢架3中心固定，下磁钢架 3上安装有下磁钢4，设置在下盖下方，转动盘6上安装有上磁钢7，上磁钢与下磁钢对应设置，且相对应的一对儿上、下磁钢相吸引。硅胶罩8设于转动盘 6上方，电机1转动通过上、下磁钢互作用驱动转动盘6旋转，转动盘6转动可带动硅胶罩8同步转动，在硅胶罩8上设置有用于放置镜片的两只硅胶网状镜片盒9。所述的下盖5内具有中心定位销，转动盘旋转时绕该中心定位销转动，转动6中心设有一轴套，硅胶罩8套置固定于转动盘上。两只硅胶网状镜片盒9均采用下沉方式设置在硅胶罩上，即开口设于硅胶罩上，盒体下沉，盒周及底面均为网状，采用硅胶材料。

所述的电机可正、反双向转动。

设电机正转动时的转速为ω1、反转动时的转速ω2，电机带动下磁钢架上的下磁钢也以ω1或ω2的速度转动，由于磁场力的作用，上磁钢随下磁钢一起转动，从而驱动转动盘绕着中心定位销一起旋转，转动盘转动带动硅胶罩一同转动，从而使得承载镜片的硅胶网状镜片盒一起转动，即镜片放置在硅胶网状镜片盒，在下盖和上盖所形成的空间中，被同步、受控运转转动着；在旋转过程中，镜片以ω1或ω2的速度在仪器的护理液中进行正、反方向的运动，在运动过程中，镜片表面的污垢与护理液不断进行正、反冲刷、虹吸，射流；而镜片自身也会在硅胶网状镜片盒的整体运动中不断改变自己的机械位置(类似于间隙自转)，这样反复的经过正转、反转多次旋转，大约经过2～4分钟的时间，粘附在镜片表面的污垢，就会被护理液清洗干净。在ω1和ω2的旋转过程中，镜片表面上粘附着的污垢受到的清洗力F为F＝1/2CρV²S，其中C是阻力系数；V是线速度；ρ是液体密度即粘滞系数；S是镜片在运动方向上的投影面积。

对本实用新型的清洗机分析如下：

1.对流速进行分析；

水刀对金属制品或玻璃器皿的加工，大型设备的流速是二倍的音速，小型的加工设备的流速是305米/秒，喷头口径约0.25～0.55mm，按照流体力学的连续动量计算：I＝1/2MV²f(t)；(其中M为质量，V为速度，f(t)为对t在时间上的积分)，其量值在几千牛顿到上万牛顿/秒(即焦尔)，因此我们把镜片放在液体中的速度减小到：V＝2rπω＝1米/秒～3米/秒，经过多次调整、试验、计算、实践，发现运行速度在1米/秒～3米/秒，时间在120～180秒左右，镜片表面的所有污垢基本都能被去除，该速度下可得到满意的清洗效果，且不损坏镜片。

2.用流体力学对除垢作出力学矢量分析图；见图2、图3。

图2中：I代表流过镜片凸出面的水流，箭头从左向右代表ω1的方向；箭头从右向左代表ω2的方向。F1代表护理液对镜片凸面上的污垢的冲击力，其中，纵截面面积是镜片在受力方向的投影。图中只作了定性的大概分析，凸面弧上个点收到的冲击力，图3上再作积分定量分析：J代表从镜片凹面的护理液；其方向、速度同上。由于有射流从凹面流过，根据“液体射流原理”，在凹面各处产生了巨大的负压；在凹面处液体引导下把各处的污垢“吸引出，带走”，这就是图上凹面中的F2。

由于镜片凸面是弧面，在此，为了说明问题暂时把弧线以直线处理，并定义为f(h.r)，由于r不同，受到的力也不同，因此计算各处都应该是非线性的变力，由于清洗力F为F＝1/2CρV²S，由于镜片本身是圆弧薄片结构，所以，它在液体中受到的摩擦、冲击、剥离力都是非线性的，以及时续性的，不同r处的线速度不同，故要对r，h运用积分计算，以更接近实际效果。此处从略。

3.根据雷诺数(Reynolds Number)来计算和实际试验在不同粘滞特性的护理液中的清洗效果；可以看出，对于在不同粘滞系数的护理液中，需要不同的转速来实现最佳清洗效果。

图4为本实用新型的一种可行的智能电路控制图及其控制过程：

控制电路由单片机pic12F683，和九个mos管组成，控制对象是一高速微型电机，控制方式是：以实验数据为基准，不论护理液的比例，粘度，环境温度，湿度如何变化，在外电源能量保证的前提下，电机输出恒定的力矩；即转速和扭矩函数为条件下恒定，由此可知，整个电路运行在闭环的过程中，单片机全程进行监控，直到整个清洗过程结束。下面对具体元、器件作用及工作过程作详细描述：整个电路由一个单片机及九个mos管组成，Q4、Q5、Q6、Q7 组成“H”桥电路，控制电机的正、反转及转速；Q3接受单片机的pwm波，控制输出力矩。Q8、Q9分别提供电源供电电压、电机转速信号给单片机与程序设计的数据相比较进行输出变化；Q1、Q2是倒向mos管。单片机第一脚是 Vcc，第二脚输出电机正、反转频率、脉宽调制信号，第三脚输出信号是分别导通Q8、Q9mos管，给单片机提供反馈数据用。第四脚是程序启动端，K是仪器开关。第五脚输出pwm脉宽调制信号，控制输出扭矩。第七脚R、C是单片机的原始数据设定。第六脚是时分状态接收反馈数据端口；第八脚是Vss。通过k开机后，单片机五脚输出pwm脉冲波，控制整个电路中的电流大小；第二脚输出一脉冲信号驱动电机正、反运行。第三脚输出时分检测信号；单片机第六脚得到即时的频率和扭矩信号，与原先设定的数据比较，从而修正输出数据：即单片机的第二脚的频率数据及第五脚pwm脉宽调制信号；从而实现了对镜片的有效清洗。其中：R1～9是mos管偏置电阻，阻值为：100k；R10～18 是信号交联电阻，阻值为4.7k；R19～23也是偏置电阻，阻值为10k。

本实用新型的清洗机可基于水动力对镜片进行全面彻底清洗，并经长期大量实践验证了其清洗效果，图5为本实用新型清洗机的清洗效果实验图，清洗前和清洗后的镜片对比明显，可以看出采用本实用新型的清洗机能充分清洁镜片且不改变镜片的物理性状。本实用新型的清洗机可以取代目前市场上较为依赖的进口护理液。

此外，本实用新型的清洗机液体部分与机电部分完全隔离为两部分，使该机器可以非常小巧便携，也可放入任何外形的机型中，为进一步实现紫外线消毒、自动进、放水等一体化清洗创造了条件。