林军华，罗 坚，徐 峰，郑 龙，刘木林，王学元，赵辉军

（迈得医疗工业设备股份有限公司，浙江 台州317600）

1 引言

留置针可减少患者多次反复静脉穿刺而造成的痛苦以及对打针的恐惧感，便于临床输液。同时可以减轻医生护士的工作量，因此留置针在医疗上被广泛使用。但是目前在制作留置针套管的过程中，存在着熔头成型慢、成型效果差等缺点，导致生产厂家在生产时，出现生产效率低下问题，不仅影响生产厂家的产能，同时也影响产品的质量，使得患者在使用留置针时，对患者的血管造成不良影响。本项目通过感应熔融、精准定位切断[1]、切断恒力控制、旋转均匀加热、线形面尺寸检测等技术，保证穿刺部件表面光滑、平整、锋利，提高了穿刺的成功率，减少血管损伤和患者疼痛感等。留置针熔头成型装置是二次塑形技术的重要实施方式。

2 设备的结构及工作原理

2.1 留置针医用熔头机的整体结构

留置针熔头成型装置主要包括转移机构、软管单元夹具、芯棒机构和熔头模具机构，如图1所示。转移机构夹取待加工的软管单元后将软管单元转移并定位到软管单元夹具上，芯棒机构的芯棒插入软管单元夹具的软管中，熔头模具机构从软管单元夹具的远离芯棒的一侧向软管的自由端移动，以将插有芯棒的软管的自由端容纳于熔头模具中。本设备提高了熔头的成型效果及成型效率，具有结构简单、成本低的特点。

本研究方案的核心是进行熔头以形成锥状针头机构，包括支撑件，其是固定在支撑件上的驱动组件；转动设在支撑件上，并被驱动组件驱动旋转的熔头齿轮，熔头齿轮的上表面中心位置向下凹陷形成供留置针软管端部嵌入的熔头凹坑，熔头凹坑呈锥状，其横截面面积由上至下逐渐缩小；对熔头齿轮进行加热的加热组件。最终对留置针软管端部进行熔头以形成锥状针头，可实现留置针软管的自动熔头，留置针软管端部熔头产能和良率高。

图1 留置针熔头成型装置

2.2 熔头机设备创新点

采用上述技术方案，提高了熔头的成型效果及成型效率，具有结构简单、成本低的特点。市场上的其他设备都是采用中频或者高频端加热系统，此类系统的输出一致性差，在加工过程中需要频繁修改参数，对生产效率、生产质量有很大影响。本方案采用射频加热控制系统，靶向加热，瞬间加热，输出功率稳定，调试稳定性好，基本无需再对参数进行调整。

目前在成型切割时对力的控制都是使用配种块，若要改变力的大小，需要增减配重块，存在的弊端很多。研发了恒力控制系统，该机构通过采用音圈电机实现恒力切割，其中在伺服由上到下的过程中，控制分段力，分别有初始力、过铆钉力、预热力、成型切割力。

本项目通过自主研发，寻找高耐磨、高精度材料，成功加工出可配套使用的模具，该模具使用寿命超长，达到100万次以上，可大大减少投入成本。

通常设备只能加工FEP材料的导管，越来越多的耗材生产厂家逐渐将材料重点放在PU材料上，本项目研发的留置针熔头设备可以很好地兼容PU与FEP这两种材质导管。

3 熔头机控制系统设计

3.1 控制系统整体设计

整台设备的控制系统主要任务是留置针熔头管芯的运动控制、加热机构的随动控制、热熔头的温度控制[2]。通过PLC控制导向伺服机构实现熔头定位实时控制，通过温控器实现热熔头的温度控制。同时利用触摸屏监控工作过程，切换和操作各种模式。整机控制方案如图2所示。

图2 控制系统方案图

3.2 PLC控制系统

本设备整体控制系统以PLC为核心[3]，完成气缸、伺服电机的检测控制、运动控制、温度控制和指示灯的控制，同时装配Proface触摸屏实现人接界面交互[4]，硬件模块布局如图3所示。核心的熔头成型工艺通过多个磁性开关获得熔头下压的阶段位移，同时配合加热模块实现同步有序的熔头加热。

图3 硬件模块布局图

其主要的输入输出分配如表1所示。整体控制系统以PLC为核心，选用了欧姆龙伺服驱动器以及欧姆龙电机、Proface触摸屏、正泰电器等硬件。

表1 输入输出信号

整机控制程序较复杂，主要分为公共程序、芯棒控制伺服程序和高频加热控制程序等，能够实现初始化运行、软管自动夹持和位置控制、高频加热熔头磨具温度控制、故障处理等各项任务，PLC的输出控制主要是通过辅助继电器辅助实现。

3.3 人机界面设计

本设备使用了Proface人机界面，通过与PLC的组态，能够实现设备的运行监控及操作。根据设计的实用性原则，触摸屏画面以自动伸出画面为主界面。有设定运行参数、位置参数和手动操作的按钮窗口，能够实现参数的设定以及手动操作等。

根据设计的实用性原则，触摸屏画面以生产画面为主界面，下设运动参数、工艺设定、模具控制等子窗口，通过按钮切换进入。主画面主要显示设备实时工况，如图4所示。

图4 人接界面主画面

4 结论

本设备通过射频加热，通过音圈电机实现对恒张力控制和分段力的控制，实现对留置针套管熔头成型的精确控制；同时，通过采用高强度耐磨材料，大幅提高成型磨具的耐磨性，为医用留置针加工提供了很好的实验和中试验证基础。