專利名稱：用于牙科技術(shù)對(duì)象的形狀檢測的方法及執(zhí)行該方法的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于牙科技術(shù)對(duì)象、例如陽模或者該陽模的一段的無接觸三維形狀檢測的方法，其中為了確定對(duì)象的要測量的表面點(diǎn)的空間坐標(biāo)，利用至少兩個(gè)矩陣照相機(jī)來測量投射到該對(duì)象上的光帶，以便確定坐標(biāo)系的兩個(gè)位置坐標(biāo)(Z、Y坐標(biāo))，并通過檢測在可圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的測量臺(tái)上所設(shè)置的對(duì)象的位置來確定第三空間坐標(biāo)(X坐標(biāo))。此外，本發(fā)明涉及一種用于牙科技術(shù)對(duì)象、例如陽性模型或者該陽性模型的一段的無接觸三維形狀檢測的設(shè)備，該設(shè)備具有拍攝牙科技術(shù)對(duì)象的可圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的測量臺(tái)、用于將光線投影到牙科技術(shù)對(duì)象上的例如激光裝置的光產(chǎn)生裝置、兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)光線的矩陣照相機(jī)、以及分析矩陣照相機(jī)的信號(hào)以便確定光線的坐標(biāo)的分析單元。
背景技術(shù)：
在開始時(shí)提到的類型的方法可從DE-A-43 01 538中得知。在此，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在牙科技術(shù)對(duì)象被設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的情況下借助兩個(gè)形成一個(gè)銳角的CCD矩陣照相機(jī)根據(jù)三角測量原理來確定高度值(Z軸)。垂直于Z軸延伸的Y坐標(biāo)的值通過被投射到牙科技術(shù)對(duì)象上的帶光來獲得。第三空間坐標(biāo)(X坐標(biāo))由旋轉(zhuǎn)臺(tái)提供。為產(chǎn)生帶光，使用二極管激光器、坐標(biāo)光學(xué)系統(tǒng)和圓柱透鏡裝置。為此獲取控制信號(hào)。
測量已表明，制造要放置或放入到牙科技術(shù)對(duì)象或該牙科技術(shù)對(duì)象的一段上的假牙所需要的數(shù)據(jù)不夠精確并且沒有以所需要的速度被確定。此外其原因是通過旋轉(zhuǎn)臺(tái)的位置規(guī)定的空間坐標(biāo)的不夠精確的或者與極大的開銷相關(guān)聯(lián)的確定。
一種用于牙科技術(shù)對(duì)象的三維測量的方法可以從DE-A-101 33 568中得知。為此，該對(duì)象在所規(guī)定的定向上被夾緊在保持裝置中，被照射并且所反射的輻射被分析，其中該對(duì)象相對(duì)于輻射源平移并且旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，以便進(jìn)行測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的任務(wù)在于，這樣改進(jìn)開始時(shí)提到的類型的方法和設(shè)備，使得能夠以簡單的方式實(shí)現(xiàn)牙科技術(shù)對(duì)象的無接觸形狀檢測，其中用于確定空間坐標(biāo)的構(gòu)造開銷應(yīng)被保持為很小，然而應(yīng)極其精確地并以高的速度進(jìn)行形狀檢測。
為了解決該任務(wù)，本發(fā)明基本上規(guī)定，矩陣照相機(jī)是具有第一、第二和第三像素的彩色矩陣照相機(jī)，由矩陣照相機(jī)拍攝基本上對(duì)于一種類型的像素(第一像素)來說特有的波長范圍內(nèi)的光，并且分析其它類型的像素(第二和第三像素)中的至少一種類型的像素的值，以便確定兩個(gè)第一位置坐標(biāo)(Y和Z坐標(biāo))。
特別是規(guī)定，給矩陣照相機(jī)施加具有對(duì)于作為第一像素的紅色像素來說特有的優(yōu)選地在大約635nm的波長范圍內(nèi)的輻射的光。在此，應(yīng)給矩陣照相機(jī)施加導(dǎo)致過載、亦即曝光過度的照射強(qiáng)度。通過這種措施，不僅激勵(lì)對(duì)于入射的輻射特別敏感的像素(第一像素)，而且也激勵(lì)另外的像素、亦即在施加的輻射的為紅色像素設(shè)計(jì)的波長區(qū)域的情況下為綠色和藍(lán)色像素，以便然后分析這些像素中的至少一種、優(yōu)選地用綠色激勵(lì)的像素。由此，獲得入射到該牙科技術(shù)對(duì)象上的線、例如激光線的位置精確的檢測，從而獲得高的分辨率。另外可以設(shè)置濾光器，以便消除激光中的固有的干擾光。
然后使牙科技術(shù)對(duì)象在測量臺(tái)或者旋轉(zhuǎn)臺(tái)上圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，其中優(yōu)選1°的步進(jìn)角。其他的角度同樣是可能的。在拍攝了各個(gè)光截面后，把相應(yīng)的圖像變換到旋轉(zhuǎn)軸上，以便然后把變換后的圖像組合成數(shù)字形式的要成像的對(duì)象的圖像。
步進(jìn)角也可以通過在恒定的旋轉(zhuǎn)速度的情況下以固定的幀頻拍攝對(duì)象來實(shí)現(xiàn)。該措施等價(jià)于使測量臺(tái)旋轉(zhuǎn)確定的步進(jìn)角。
為了執(zhí)行變換，事先以各個(gè)角度位置拍攝已知尺寸的標(biāo)桿或銷釘，其中旋轉(zhuǎn)軸與該銷釘或標(biāo)桿的長軸重合。
換句話說，將銷釘或標(biāo)桿的圖像用于把牙科技術(shù)對(duì)象的各個(gè)光截面的測量結(jié)果變換到旋轉(zhuǎn)軸上。
基于事先進(jìn)行的校準(zhǔn)來確定光截面的坐標(biāo)，這在下面還將說明。
根據(jù)自身有創(chuàng)造性的建議規(guī)定，兩個(gè)優(yōu)選是CMOS矩陣照相機(jī)的矩陣照相機(jī)相對(duì)于測量臺(tái)所位于的平面對(duì)稱地被定位，其中這些照相機(jī)附加地相對(duì)于平面的、并被設(shè)置在上述平面內(nèi)的且在中心由該平面穿過的校準(zhǔn)體被定位，使得照相機(jī)圖像相同。
根據(jù)另一個(gè)自身有創(chuàng)造性的建議，這樣調(diào)整芯片表面的鈍角、亦即照相機(jī)的矩陣與光軸形成的角度，使得校準(zhǔn)體的表面被清晰地成像。
然而由于矩陣的傾斜位置，拍攝失真的圖像。然后借助適當(dāng)?shù)能浖M(jìn)行修正。例如如果圓位于校準(zhǔn)體的要成像的側(cè)面上，則在芯片表面上變形的圓被成像，借助軟件將該變形的圓換算成圓，以便補(bǔ)償該成像誤差。以這種方式給每一像素分配唯一的坐標(biāo)。然后把如此得到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)作為分析光截面的基礎(chǔ)。
為了校準(zhǔn)光線(例如激光線)，同樣可以使用本身硬的平面校準(zhǔn)體，其中激光線與板平行且在校準(zhǔn)體的朝向照相機(jī)的邊緣的中心入射。應(yīng)這樣使激光線自身成扇形，使得邊緣光線形成在10°和30°之間的、優(yōu)選地20°的角。換句話說，光線穿過旋轉(zhuǎn)臺(tái)或者測量臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸，此外該旋轉(zhuǎn)軸位于由成扇形的測量光線張開的平面內(nèi)。
如果以這種方式校準(zhǔn)了由照相機(jī)(優(yōu)選地CMOS矩陣照相機(jī))和光輻射源組成的測量頭，則該測量頭可以被裝入。
通過前面說明的措施總共執(zhí)行照相機(jī)圖像的修正以及光線相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的調(diào)整。然后以光切法工作，其中測量臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸應(yīng)穿過牙科技術(shù)對(duì)象的要測量的區(qū)域。
如果不僅要測量牙科技術(shù)對(duì)象的空間有限的區(qū)域、例如末端，而且要測量較大的區(qū)域，則需要將牙科技術(shù)對(duì)象在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上多次移置，以便使測量臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸穿過要測量的部分區(qū)域。為了能夠使取決于牙科技術(shù)對(duì)象的位置的各個(gè)測量、亦即在相應(yīng)位置所測量的云點(diǎn)相連接，對(duì)象的相應(yīng)位置和旋轉(zhuǎn)軸之間的關(guān)系必須是已知的。
因此，本發(fā)明的另一個(gè)自身有創(chuàng)造性的建議規(guī)定，在測量臺(tái)的上方設(shè)置另一個(gè)照相機(jī)(基準(zhǔn)照相機(jī))，該照相機(jī)的光軸沿測量臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸被定位，并且給測量臺(tái)或者接收對(duì)象的并且被設(shè)置在測量臺(tái)上的保持裝置配備基準(zhǔn)，借助該基準(zhǔn)使設(shè)置在測量臺(tái)上彼此偏離的位置中的牙科技術(shù)對(duì)象的圖像相關(guān)、亦即位置精確地組合。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸的標(biāo)記被疊合到由照相機(jī)拍攝的圖像中時(shí)，該照相機(jī)還可以被用于牙科技術(shù)對(duì)象或者要測量的對(duì)象段相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的定位。該標(biāo)記優(yōu)選地可以具有十字形狀。
為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)牙科技術(shù)對(duì)象的充分照明，規(guī)定，由優(yōu)選地由發(fā)光二極管組成的發(fā)光環(huán)圍繞基準(zhǔn)照相機(jī)的物鏡，通過該發(fā)光環(huán)以所需要的規(guī)模照射對(duì)象。
因此，基準(zhǔn)和基準(zhǔn)照相機(jī)被用于以簡單的方式確定牙科技術(shù)對(duì)象相對(duì)于測量臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸并且因此相對(duì)于矩陣照相機(jī)的相對(duì)位置，并因此確定分別所檢測的測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)。為此使用位于這樣的元件上、優(yōu)選地位于可固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的保持裝置上，其中要測量的牙科技術(shù)對(duì)象直接以該元件為出發(fā)點(diǎn)。在旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)基準(zhǔn)圍繞旋轉(zhuǎn)軸的中點(diǎn)作圓形運(yùn)動(dòng)。通過檢測基準(zhǔn)相對(duì)于基準(zhǔn)照相機(jī)的相對(duì)移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)牙科技術(shù)對(duì)象的相應(yīng)位置的高精度的位置確定，使得能夠緊接著以簡單的方式使測量值、即云點(diǎn)與牙科技術(shù)對(duì)象的光學(xué)顯示相鏈接。
然后可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的角度位置、由基準(zhǔn)照相機(jī)所檢測的基準(zhǔn)、以及矩陣照相機(jī)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的位置來確定每一測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)。
保持裝置自身特別是可旋轉(zhuǎn)的、可傾斜的并且優(yōu)選地可進(jìn)行高度調(diào)整，并且可在所選擇的相對(duì)于基準(zhǔn)照相機(jī)的方向上被鎖定，其中這樣進(jìn)行定位，使得要測量的要裝備假牙的對(duì)象段由旋轉(zhuǎn)軸穿過。
特別是規(guī)定，要測量的要裝備假牙的對(duì)象這樣相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸被定位，使得要制作的假牙的插入或者去除方向與旋轉(zhuǎn)軸并且因此與基準(zhǔn)照相機(jī)的光軸平行或者大體平行地延伸。
當(dāng)牙科技術(shù)對(duì)象用光來照射或者由矩陣照相機(jī)來檢測激勵(lì)紅色像素的波長范圍內(nèi)的光時(shí)，產(chǎn)生具有高分辨率的特別好的測量結(jié)果、亦即測量線、例如激光線的坐標(biāo)的精確測量。在此這樣設(shè)計(jì)照射強(qiáng)度，使得雖然就紅色像素而言產(chǎn)生過載、亦即曝光過度，但是由此也激勵(lì)其他的像素，并且優(yōu)選地分析這些像素中的綠色像素，以便確定測量線的坐標(biāo)。
一種開始時(shí)提到的類型的設(shè)備的特征在于，矩陣照相機(jī)是彩色矩陣照相機(jī)，其中給矩陣照相機(jī)施加對(duì)于第一種類型的像素來說特有的波長范圍內(nèi)的光，并且可分析與第一種類型的像素不同的第二種類型的像素的電荷值，以便測量光線。
獨(dú)立于此，通過使用兩個(gè)矩陣照相機(jī)引入檢測段的可能性，在這些段中被反射的激光線對(duì)于照相機(jī)之一來說是不可見的。在同時(shí)由兩個(gè)矩陣照相機(jī)觀察的段中產(chǎn)生提高的測量精度。
在本發(fā)明的要強(qiáng)調(diào)的改進(jìn)方案中規(guī)定，在測量臺(tái)的上方設(shè)置基準(zhǔn)照相機(jī)，該基準(zhǔn)照相機(jī)用于檢測在測量臺(tái)或者設(shè)置在該測量臺(tái)上的保持裝置上存在的基準(zhǔn)。在此特別是在保持裝置上設(shè)置牙科技術(shù)對(duì)象，以便以簡單的方式相對(duì)于測量臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)。在此，保持裝置可以被構(gòu)造為可旋轉(zhuǎn)、可傾斜、并且高度可調(diào)整。
矩陣照相機(jī)特別是CMOS彩色矩陣照相機(jī)，其中優(yōu)選地分析來自綠色像素的信號(hào)。
兩個(gè)矩陣照相機(jī)的光軸相對(duì)于彼此以60°到90°的角度γ、特別是80°的角度γ延伸，其中每一矩陣照相機(jī)的光軸應(yīng)與垂線形成角度α1、α2，其中30°≤α1，α2≤60°，其中特別是α1＝α2。
關(guān)于光帶、亦即投射到對(duì)象上的光線、例如激光線，為此所使用的單元應(yīng)該包括至少一個(gè)例如二極管激光器的激光器和光學(xué)器件。成扇形的光線應(yīng)該形成角度β，其中10°≤β≤30°。在此，光線的中心光線特別是沿CMOS照相機(jī)的光軸的角等分線、亦即在由光軸張開的平面內(nèi)延伸。中心光線與垂線形成等于α1或α2的角度δ。
本發(fā)明的其他的細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)和特征不僅從權(quán)利要求、可從這些權(quán)利要求中得知的特征(本身和/或以組合形式)而且也從后面對(duì)可從附圖中得知的優(yōu)選實(shí)施例的說明中得出。


圖1以正視圖示出測量設(shè)備的原理圖，圖2示出按照?qǐng)D1的、然而旋轉(zhuǎn)90°的測量設(shè)備(側(cè)視圖)，圖3示出對(duì)應(yīng)于圖1的測量設(shè)備的透視圖，圖4示出按照?qǐng)D3的、然而旋轉(zhuǎn)90°的設(shè)備，圖5示出圖3的具有校準(zhǔn)標(biāo)桿的一部分，圖6示出按照?qǐng)D3的設(shè)備的具有校準(zhǔn)體的一部分，以及圖7示出一個(gè)框圖。
具體實(shí)施例方式
可以從這些圖中提取出用于牙科技術(shù)對(duì)象的無接觸形狀檢測的設(shè)備的、各種視圖和透視圖、部分片段形式的原理圖，其中相同的元件用相同的附圖標(biāo)記來表示，當(dāng)元件在其圖示方面彼此不同、但是包含相同的技術(shù)表述內(nèi)容時(shí)，也用相同的附圖標(biāo)記來表示。在可從圖中得知的實(shí)施例中牙科技術(shù)對(duì)象是陽模10，但是并不由此限制本發(fā)明。
陽模10被設(shè)置在保持裝置12上，保持裝置12可根據(jù)箭頭14和16相對(duì)于測量臺(tái)或者旋轉(zhuǎn)臺(tái)18進(jìn)行調(diào)節(jié)、傾斜并進(jìn)行高度調(diào)整。旋轉(zhuǎn)臺(tái)18自身可圍繞軸20旋轉(zhuǎn)(箭頭22)。在旋轉(zhuǎn)臺(tái)18的上方設(shè)置有基準(zhǔn)照相機(jī)24，通過該基準(zhǔn)照相機(jī)可檢測旋轉(zhuǎn)臺(tái)18或者這樣的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)陽模10利用保持裝置12以所希望的位置和方向被固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)18上。
此外，從保持裝置12發(fā)出構(gòu)成基準(zhǔn)的標(biāo)記26，通過該標(biāo)記可以檢測保持裝置12的位置并且因此檢測陽模或者石膏模型10相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸20的位置。標(biāo)記26優(yōu)選地是三個(gè)被設(shè)置在保持裝置12的表面上的例如點(diǎn)狀、圓形、盤形或者線狀標(biāo)志。
如圖所示，基準(zhǔn)照相機(jī)24的光軸30與旋轉(zhuǎn)臺(tái)18的旋轉(zhuǎn)軸20重合。旋轉(zhuǎn)臺(tái)18逐步地、優(yōu)選地以每次1°的角度旋轉(zhuǎn)，由此預(yù)先給定要測量的牙科技術(shù)對(duì)象10的坐標(biāo)(X坐標(biāo))。分別要檢測的測量點(diǎn)的剩余(Y和Z)坐標(biāo)通過兩個(gè)CMOS矩陣彩色照相機(jī)32、34來確定，它們測量被投射到陽模10上的光線，該光線優(yōu)選地來自激光單元36。該激光單元36可以包括具有準(zhǔn)直儀光學(xué)器件和圓柱透鏡裝置的二極管激光器。然而就這點(diǎn)而言參考由被用于光切法的裝置已知的構(gòu)造解決方案。作為激光，優(yōu)選地使用這樣的激光，該激光的輻射被集中在對(duì)于激勵(lì)CMOS矩陣彩色照相機(jī)32、34的紅色像素來說特有的波長范圍內(nèi)。優(yōu)選地應(yīng)利用被集中在635nm范圍內(nèi)的輻射。
矩陣彩色照相機(jī)32、34的光軸38、40能夠形成優(yōu)選地γ≈80°的角度γ，其中各個(gè)光軸38、40應(yīng)與在圖中與基準(zhǔn)照相機(jī)24的光軸30重合的垂線形成角度α1或者α2，其中30°≤α1，α2≤60°。特別是CMOS矩陣照相機(jī)32、34相對(duì)于軸30對(duì)稱地設(shè)置。
如從圖2和圖4中得出，激光單元36在由矩陣彩色照相機(jī)32、34張開的平面內(nèi)伸展。因此激光單元36的中間射線42與通過基準(zhǔn)照相機(jī)24的光軸30預(yù)先給定的垂線形成角度δ，該角度對(duì)應(yīng)于α1或者α2。此外，激光單元36相對(duì)于照相機(jī)38、40這樣定位，使得成扇形的射線在這樣的平面內(nèi)延伸，在該平面內(nèi)角等分線在矩陣彩色照相機(jī)32、34的光軸38、40之間延伸。
激光單元36的光線優(yōu)選地形成角度為β的扇形，其中10°≤β≤30°，優(yōu)選地β≈20°。
在測量時(shí)，優(yōu)選地使測量臺(tái)18以優(yōu)選地每次1°的步長圍繞軸20總共旋轉(zhuǎn)360°，以便在每一位置中借助矩陣照相機(jī)32、34測量光帶(在預(yù)先給定的例如360°的總角度上的測量總共是一次掃描)，以便確定石膏模型10的要測量的段的各測量點(diǎn)的Y和Z坐標(biāo)。在此，石膏模型10相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸20并且因此相對(duì)于基準(zhǔn)照相機(jī)24的光軸30優(yōu)選地這樣定位，使得光軸30穿過石膏模型的要測量的段的中點(diǎn)。
只要對(duì)于測量來說需要基準(zhǔn)(標(biāo)記26)，這些基準(zhǔn)就必須是可清楚識(shí)別的。為此，基準(zhǔn)照相機(jī)24的物鏡可以由優(yōu)選地由二極管組成的發(fā)光環(huán)44集中圍繞，通過該發(fā)光環(huán)照亮保持裝置12。
為了使用在純?cè)順?gòu)造方面可從圖1和圖2或者圖3和圖4中得知的相應(yīng)設(shè)備來測量陽模10或者要提供假牙的區(qū)域或者區(qū)段，必須說明下面的方法。
首先把要測量的對(duì)應(yīng)于病人口中的情況的石膏模型10定位和固定在保持裝置12(也稱為模型保持器)上。以這樣的方式實(shí)現(xiàn)定位，使得要構(gòu)造的假牙的插入方向平行于旋轉(zhuǎn)臺(tái)18的旋轉(zhuǎn)軸20并且因此平行于基準(zhǔn)照相機(jī)24的光軸30延伸。在此，旋轉(zhuǎn)軸20并且因此基準(zhǔn)照相機(jī)24的光軸30應(yīng)穿過石膏模型或者陽模10的要測量的區(qū)域或者區(qū)段的中點(diǎn)。
必要時(shí)，可以使要測量的區(qū)域的鄰近區(qū)域露出，以便避免遮蔽。
現(xiàn)在一直移動(dòng)模型保持器12，直到要測量的模型位置的中點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)軸20重合。然后把模型保持器12鎖定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)18上。
為使定位簡單，在屏幕上顯示由基準(zhǔn)照相機(jī)24拍攝的圖像與疊合的坐標(biāo)軸，該坐標(biāo)軸的中點(diǎn)由旋轉(zhuǎn)軸20穿過。
然后，操作員啟動(dòng)掃描過程。為此首先旋轉(zhuǎn)臺(tái)18自動(dòng)旋轉(zhuǎn)到起始位置，雖然旋轉(zhuǎn)臺(tái)或者測量臺(tái)18的每一位置基本上都可以被選擇作為起始位置。為了逐步地旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)臺(tái)18(分別優(yōu)選地旋轉(zhuǎn)1°)，使要測量的牙齒或者空穴位置在由激光裝置或者激光單元36投射的光線或者激光線下旋轉(zhuǎn)，并利用兩個(gè)矩陣彩色照相機(jī)32、34獲得被反射的光線的同步照片。
然后，在一次運(yùn)行(優(yōu)選360°；一次掃描或者單次掃描)后，按照光切法根據(jù)這些照片和例如通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)確定的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)角來確定牙齒或者空穴位置的表面的Y和Z坐標(biāo)。缺少的X坐標(biāo)由測量臺(tái)18的相應(yīng)位置得出。
替代地，旋轉(zhuǎn)臺(tái)18能夠以恒定的圓周速度旋轉(zhuǎn)并以固定的幀頻拍攝石膏模型10。
為了能夠測量例如包括多個(gè)牙齒或者空穴位置的模型段，通常應(yīng)執(zhí)行多個(gè)相應(yīng)的掃描過程(單次掃描過程)。
為了能夠在統(tǒng)一的坐標(biāo)系中顯示較大的模型段或者甚至整個(gè)模型的整個(gè)表面，然后連接單次掃描、亦即單次測量的云點(diǎn)(Punktwolken)。為此，能夠在模型保持器12上存在的基準(zhǔn)標(biāo)記26是有意義的，因?yàn)橛纱四軌驅(qū)⑹嗄Ｐ?0的各個(gè)位置幾何分配給測量臺(tái)18的旋轉(zhuǎn)軸20，因?yàn)樵诿看螔呙钑r(shí)在模型保持器12上存在的基準(zhǔn)標(biāo)記26描述圍繞旋轉(zhuǎn)軸20的圓形軌道，該圓形軌道由基準(zhǔn)照相機(jī)24拍攝。圓形的位置或者直徑在各次測量時(shí)的變化是在測量之間進(jìn)行的移動(dòng)的量度。因此可以把所有單次掃描、亦即在一次運(yùn)行中獲得的坐標(biāo)集依賴于模型保持器12的相應(yīng)定位的值的數(shù)據(jù)換算到公共的坐標(biāo)系中。
給矩陣照相機(jī)32、34施加基本上僅激勵(lì)像素類型之一的輻射，然后分析另一類型的像素，這導(dǎo)致用于識(shí)別被反射的激光線的中心和邊緣區(qū)域的大的可用動(dòng)態(tài)范圍，亦即激光線被極其精確地確定，其中輻射強(qiáng)度被選擇為這樣高，使得產(chǎn)生過載或者曝光過度。
為了實(shí)現(xiàn)高分辨率，規(guī)定只要給矩陣施加波長范圍對(duì)于激勵(lì)紅色像素來說特有的輻射，就僅分析CMOS矩陣彩色照相機(jī)32、34的像素中的綠色部分。代替綠色像素，也可以分析藍(lán)色像素。
當(dāng)此外考慮子像素相對(duì)于彼此的布置(例如Bayer模式)、亦即在分析紅、綠或者藍(lán)色圖像時(shí)補(bǔ)償子像素的相應(yīng)的幾何偏移時(shí)，能夠更加提高坐標(biāo)確定的精確性。
為了校準(zhǔn)矩陣照相機(jī)32、34，執(zhí)行相對(duì)于校準(zhǔn)體46的定位，該校準(zhǔn)體是平面的、優(yōu)選地具有矩形形狀的物體(圖6)，由矩陣照相機(jī)32、34之一檢測該校準(zhǔn)體的側(cè)面中的相應(yīng)側(cè)面。在此，使用厚度小于相應(yīng)矩陣照相機(jī)32、34的景深的校準(zhǔn)體。
然后這樣使矩陣照相機(jī)32、34定位，使得校準(zhǔn)體的相應(yīng)側(cè)面的圖像相同。
由于矩陣的傾斜位置，亦即通過矩陣相對(duì)于相應(yīng)側(cè)面的法線偏離90°的鈍角(Scheimpflugwinkel)，在校準(zhǔn)體的側(cè)面上存在的標(biāo)記、例如圓變形。該變形通過軟件來修正。然后可以給矩陣的每一像素分配一個(gè)坐標(biāo)。
為了把在旋轉(zhuǎn)臺(tái)18的單個(gè)角度位置中拍攝的圖像變換到旋轉(zhuǎn)臺(tái)18的旋轉(zhuǎn)軸上，此外，由矩陣照相機(jī)32、34拍攝校準(zhǔn)標(biāo)桿或者銷釘47的圖像(圖5)，該校準(zhǔn)標(biāo)桿沿旋轉(zhuǎn)軸20或者基準(zhǔn)照相機(jī)24的光軸30并且以被軸20或者30穿過的方式延伸。該銷釘或標(biāo)桿47的相應(yīng)圖像被用于將測量結(jié)果、亦即在石膏模型10上成像的激光線的圖像變換到旋轉(zhuǎn)臺(tái)軸18上。在此情況下也應(yīng)考慮校準(zhǔn)標(biāo)桿47的直徑。
然后利用適當(dāng)?shù)姆治鰡卧鶕?jù)CMOS矩陣照相機(jī)32、34的測量結(jié)果在考慮先前說明的變換、以及旋轉(zhuǎn)臺(tái)18的位置、或者可通過基準(zhǔn)26檢測的要測量的牙科技術(shù)對(duì)象10的位置來計(jì)算數(shù)字值，在該數(shù)字值的基礎(chǔ)上按CAD-CAM方法以慣常的方式制作所希望的假牙。就這點(diǎn)而言，參看可從EP-B-0 913 130或者WO-A-99/47065得知的實(shí)現(xiàn)可能性。
可從圖7中得出等價(jià)于框圖的圖示，該圖示用于說明用于牙科技術(shù)對(duì)象10的無接觸三維形狀檢測的元件的布線。因此，無論旋轉(zhuǎn)臺(tái)18還是矩陣照相機(jī)32、34、基準(zhǔn)照相機(jī)24和激光單元36都與控制和分析單元45連接，以便一方面借助矩陣照相機(jī)32、34對(duì)測量臺(tái)18上所設(shè)置的并可圍繞旋轉(zhuǎn)軸20旋轉(zhuǎn)的牙科技術(shù)對(duì)象進(jìn)行測量，其中可借助基準(zhǔn)照相機(jī)24檢測接收牙科技術(shù)對(duì)象10的保持裝置12的位置。通過激光單元36對(duì)牙科技術(shù)對(duì)象10施加光帶。然后由分析單元45鏈接在考慮先前說明的校準(zhǔn)的情況下的各個(gè)測量值，以便隨后具有數(shù)字形式的牙科技術(shù)對(duì)象10的坐標(biāo)，然后可基于該坐標(biāo)按CAD-CAM方法制造假牙。
權(quán)利要求
1.一種用于牙科技術(shù)對(duì)象、例如陽模(10)或者該陽模的一段的無接觸三維形狀檢測的方法，其中為了確定所述對(duì)象的要測量的表面點(diǎn)的空間坐標(biāo)，利用至少兩個(gè)矩陣照相機(jī)(32，34)來測量投射到所述對(duì)象上的光帶，以便確定坐標(biāo)系的兩個(gè)位置坐標(biāo)(Z、Y坐標(biāo))，并且通過檢測可圍繞旋轉(zhuǎn)軸(20)旋轉(zhuǎn)的測量臺(tái)(18)上所設(shè)置的對(duì)象的位置來確定第三空間坐標(biāo)(X坐標(biāo))，其特征在于，所述矩陣照相機(jī)(32，34)是具有第一、第二和第三像素的彩色矩陣照相機(jī)，由所述矩陣照相機(jī)拍攝基本上對(duì)于一種類型的像素(第一像素)來說特有的波長范圍內(nèi)的光，并且分析其它類型的像素(第二和第三像素)中的至少一種類型的像素的值，以便確定兩個(gè)第一位置坐標(biāo)(Y和Z坐標(biāo))。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，給所述矩陣照相機(jī)(32，34)施加對(duì)于作為第一像素的紅色像素來說特有的波長范圍內(nèi)、優(yōu)選地大約635nm的波長范圍內(nèi)的輻射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，給所述矩陣照相機(jī)(32，34)施加導(dǎo)致第一種類型的像素過載的照射強(qiáng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，給所述對(duì)象施加對(duì)于第一像素來說特有的波長范圍內(nèi)的輻射。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，作為另一種類型的像素，分析綠色像素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，作為照相機(jī)(32，34)，使用CMOS照相機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述矩陣照相機(jī)(32，34)和/或其矩陣(芯片面)相對(duì)于所述測量臺(tái)(18)的旋轉(zhuǎn)軸(20)所位于的平面對(duì)稱地被定位，并且所述矩陣照相機(jī)或者矩陣這樣相對(duì)于所述平面內(nèi)所設(shè)置的且在中心由所述平面穿過的平面的校準(zhǔn)體(46)被定位，使得圖像相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述矩陣照相機(jī)(32，34)的矩陣(芯片面)相對(duì)于平面的、具有矩形形狀的校準(zhǔn)體(46)這樣被定位，使得每一照相機(jī)的從相應(yīng)側(cè)面拍攝的單個(gè)圖像被組合成總圖像，該總圖像在這些單個(gè)圖像不重疊的情況下具有矩形形狀，其中由所述矩陣照相機(jī)之一分別測量所述校準(zhǔn)體(46)的一個(gè)側(cè)面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，為了把由所述矩陣照相機(jī)(32，34)拍攝的所述對(duì)象(10)的圖像變換到坐標(biāo)系(X、Y、Z坐標(biāo))中，進(jìn)行這些圖像與標(biāo)準(zhǔn)體(47)的圖像的比較，該標(biāo)準(zhǔn)體(47)由所述旋轉(zhuǎn)軸(20)穿過。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，使用具有例如圓形或者多邊形、例如正方形橫截面的銷釘或標(biāo)桿作為標(biāo)準(zhǔn)體(47)，該銷釘或標(biāo)桿的長軸與所述測量臺(tái)(18)的旋轉(zhuǎn)軸(20)一致。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在所述測量臺(tái)(18)的上方設(shè)置基準(zhǔn)照相機(jī)(24)，該基準(zhǔn)照相機(jī)的光軸(30)沿所述測量臺(tái)(18)的旋轉(zhuǎn)軸(20)被定位，并且給所述測量臺(tái)或者接收所述對(duì)象(10)的并被設(shè)置在所述測量臺(tái)上的保持裝置(12)配備基準(zhǔn)(26)，借助該基準(zhǔn)相對(duì)于彼此確定位置，其中所述對(duì)象在所述測量臺(tái)上被設(shè)置在該位置中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述矩陣照相機(jī)(32，34)這樣相對(duì)于彼此被定位，使得它們的光軸(38，40)以角度γ相交，其中60°≤γ≤90°。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，具有所述基準(zhǔn)(26)的并且保持所述牙科技術(shù)對(duì)象(10)的保持裝置(12)被固定在所述測量臺(tái)(18)上，并且根據(jù)所述測量臺(tái)的旋轉(zhuǎn)位置確定第三坐標(biāo)。
14.一種用于牙科技術(shù)對(duì)象(10)、例如陽模或者該陽模的一段的無接觸三維形狀檢測的設(shè)備，該設(shè)備具有拍攝所述牙科技術(shù)對(duì)象的可圍繞旋轉(zhuǎn)軸(20)旋轉(zhuǎn)的測量臺(tái)(18)、用于使光線投影到所述牙科技術(shù)對(duì)象上的例如激光裝置的光產(chǎn)生裝置(36)、兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)光線的矩陣照相機(jī)(32，34)、以及分析所述矩陣照相機(jī)的信號(hào)以便確定光線的坐標(biāo)的分析單元(45)，其特征在于，所述矩陣照相機(jī)(32，34)是彩色照相機(jī)，其中給所述矩陣照相機(jī)施加對(duì)于一種類型的像素來說特有的波長范圍內(nèi)的光，并且可分析與第一種類型的像素不同的第二種類型的像素的電荷值，以便測量光線。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，在所述測量臺(tái)(18)的上方設(shè)置用于檢測至少一個(gè)基準(zhǔn)(26)的基準(zhǔn)照相機(jī)(24)，該基準(zhǔn)被分配給所述牙科技術(shù)對(duì)象(10)在所述測量臺(tái)上的位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，所述牙科技術(shù)對(duì)象(10)被放置在可設(shè)置在所述測量臺(tái)(18)上的保持裝置(12)上，該保持裝置具有要由所述基準(zhǔn)照相機(jī)(24)檢測的基準(zhǔn)(26)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，其特征在于，所述保持裝置(12)被構(gòu)造成相對(duì)于所述測量臺(tái)(18)可調(diào)整和/或可傾斜。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，所述矩陣照相機(jī)(32，34)是CMOS彩色矩陣照相機(jī)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，兩個(gè)矩陣照相機(jī)(32，34)的光軸(38，40)以角度γ相交，其中60°≤γ≤90°。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的設(shè)備，其特征在于，所述矩陣照相機(jī)(32，34)的光軸(38，40)與垂線形成角度α1、α2，其中30°≤α1，α2≤60°。
21.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，所述光產(chǎn)生裝置(36)的張角β在10°β≤30°的范圍內(nèi)，特別是β≈20°。
22.根據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備，其特征在于，所述基準(zhǔn)照相機(jī)(24)具有集中圍繞其光學(xué)器件的對(duì)準(zhǔn)所述測量臺(tái)(18)的照明環(huán)(44)。
23.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，矩陣(芯片面)相對(duì)于其鈍角這樣被定位，使得分別從平面校準(zhǔn)體(46)的一個(gè)側(cè)面拍攝的相應(yīng)圖像被均勻地清晰地成像，其中該校準(zhǔn)體相對(duì)于所述測量臺(tái)(18)的旋轉(zhuǎn)軸(20)這樣被定位，使得所述旋轉(zhuǎn)軸在所述校準(zhǔn)體之內(nèi)延伸，并且所述校準(zhǔn)體具有等于或小于相應(yīng)矩陣照相機(jī)(32，34)的景深的厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于牙科技術(shù)對(duì)象(10)的無接觸三維形狀檢測的方法和設(shè)備，其中為了確定該對(duì)象的要測量的表面點(diǎn)的空間坐標(biāo)，利用至少兩個(gè)矩陣照相機(jī)(32，34)測量透射到該對(duì)象上的光帶以便確定坐標(biāo)系的兩個(gè)位置坐標(biāo)(Z、Y坐標(biāo))，并通過檢測可圍繞旋轉(zhuǎn)軸(20)旋轉(zhuǎn)的測量臺(tái)(22)上所設(shè)置的對(duì)象的位置來確定第三空間坐標(biāo)(X坐標(biāo))。為了能夠以簡單的方式實(shí)現(xiàn)牙科技術(shù)對(duì)象的無接觸形狀檢測，建議矩陣照相機(jī)是具有第一、第二和第三像素的彩色矩陣照相機(jī)，由矩陣照相機(jī)拍攝基本上對(duì)于一種類型的像素(第一像素)來說特有的波長范圍內(nèi)的光，并且分析其它類型的像素(第二和第三像素)中的至少一種的值，以便確定兩個(gè)第一位置坐標(biāo)(Y和Z坐標(biāo))。
文檔編號(hào)G01B21/20GK1931110SQ200610142290
公開日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2006年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月24日
發(fā)明者H·布林克曼, S·菲赫爾, L·費(fèi)爾克爾, R·姚曼 申請(qǐng)人:德固薩有限責(zé)任公司