一種非接觸式牙頜醫(yī)學(xué)三維自動化測量設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種非接觸式牙頜醫(yī)學(xué)三維自動化測量設(shè)備，包括光路調(diào)整模塊、牙模定位模塊和視覺測量模塊，其中，所述視覺測量模塊用于對牙頜模型進(jìn)行光掃描測量，其設(shè)置在所述光路調(diào)整模塊并可通過該光路調(diào)整模塊對所述視覺測量模塊的光路進(jìn)行調(diào)整，所述牙頜模型設(shè)置在所述牙模定位模塊上，并通過該牙模定位模塊進(jìn)行定位和調(diào)整，從而以配合所述視覺測量模塊實(shí)現(xiàn)對該牙頜模型的三維掃描測量。該設(shè)備的支撐系統(tǒng)剛度高，工作過程穩(wěn)定，抗干擾性強(qiáng)；光路調(diào)節(jié)范圍大，操作簡便；牙模固定可調(diào)整力度，靈活實(shí)用；牙模位置調(diào)整實(shí)現(xiàn)自動化，精確快捷。
【專利說明】一種非接觸式牙頜醫(yī)學(xué)三維自動化測量設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)器視覺領(lǐng)域，具體涉及一種牙頜醫(yī)學(xué)三維自動化測量設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]牙頜形態(tài)的觀察與測量分析涉及口腔醫(yī)學(xué)多個領(lǐng)域，直接關(guān)系到口腔疾病的診斷、治療方案設(shè)計以及對療效的評價。在以往的研究與臨床醫(yī)療中，所采用卡尺、角度尺等簡單測量工具，故測量內(nèi)容和能力受限，難以對牙頜模型表面復(fù)雜的三維幾何形態(tài)做出全面、精確的定量描述與分析。國外在上世紀(jì)70年代開始將數(shù)字化口腔CAD/CAM技術(shù)引入口腔修復(fù)體的設(shè)計與制作中來，已有較多的理論與實(shí)踐。我國現(xiàn)在也有部分學(xué)者在研究這個領(lǐng)域，但仍未有成熟產(chǎn)品，既有的相關(guān)設(shè)備也有諸多待改進(jìn)的地方。
[0003]現(xiàn)有的牙齒三維光學(xué)測量設(shè)備存在以下問題:(I)光路相對固定，高度角度調(diào)節(jié)范圍有限或調(diào)節(jié)較為繁瑣；(2)光路多采用懸臂結(jié)構(gòu)支撐，測量系統(tǒng)剛性不夠好，難以保持系統(tǒng)定標(biāo)后長時間有效，且易受外界干擾；(3)測量完整的牙模需要從多個角度獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼合，現(xiàn)有設(shè)備多采用手動調(diào)節(jié)，效率和精度都不高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種非接觸式牙頜醫(yī)學(xué)三維自動化測量設(shè)備，可通過簡明的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光路的快速調(diào)整，過程的穩(wěn)定操作以及點(diǎn)云的完整精確獲取，從而以得到牙齒整體三維模型。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種非接觸式牙頜醫(yī)學(xué)三維自動化測量設(shè)備，用于對牙頜模型進(jìn)行三維掃描測量，以獲得牙齒三維模型，其特征在于，該設(shè)備包括光路調(diào)整模塊、牙模定位模塊和視覺測量模塊，其中，所述視覺測量模塊用于對牙頜模型進(jìn)行光掃描測量，其設(shè)置在所述光路調(diào)整模塊上并可通過該光路調(diào)整模塊對所述視覺測量模塊的光路進(jìn)行調(diào)整，所述牙頜模型設(shè)置在所述牙模定位模塊上，并通過該牙模定位模塊進(jìn)行定位和調(diào)整，從而以配合所述視覺測量模塊實(shí)現(xiàn)對該牙頜模型的三維掃描測量。
[0006]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述的光路調(diào)整模塊包括豎直平面位置調(diào)整機(jī)構(gòu)和設(shè)置在該豎直平面位置調(diào)整機(jī)構(gòu)上的角度調(diào)整結(jié)構(gòu)，其中，所述豎直平面位置調(diào)整機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)視覺測量模塊在豎直平面上兩個自由度的調(diào)整，所述角度調(diào)整機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)其角度調(diào)整，從而通過二者共同實(shí)現(xiàn)視覺測量模塊光路的調(diào)整。
[0007]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述豎直平面位置調(diào)整機(jī)構(gòu)包括底座，設(shè)置在該底座上的豎直調(diào)整結(jié)構(gòu)和設(shè)置在所述豎直調(diào)整結(jié)構(gòu)上的水平調(diào)整結(jié)構(gòu)，其中，
[0008]所述豎直調(diào)整結(jié)構(gòu)包括豎直導(dǎo)向軸,導(dǎo)向軸支座,支柱固定夾,其中導(dǎo)向軸支座與底座聯(lián)接，豎直導(dǎo)向軸插入導(dǎo)向軸支座內(nèi)，并通過內(nèi)置定位銷固定，支柱固定夾通過豎直通孔與豎直導(dǎo)向軸配合，可在豎直方向大范圍移動，確定位置后通過鎖緊螺釘抱死滑動副，實(shí)現(xiàn)摩擦鎖緊；
[0009]所述水平調(diào)整結(jié)構(gòu)包括橫梁和導(dǎo)向軸支座，其中，所述支柱固定夾通過其上的橫向通孔與所述橫梁配合，使得所述橫梁可在水平方向移動，所述導(dǎo)向軸支座通過其上的水平通孔與該橫梁配合，使得該導(dǎo)向軸支座可在水平方向移動。
[0010]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述角度調(diào)整結(jié)構(gòu)主要包括底平板、微型投影儀調(diào)整結(jié)構(gòu)和工業(yè)相機(jī)調(diào)整結(jié)構(gòu)，其中，所述底平板與導(dǎo)向軸支座連接，從而將豎直平面位置調(diào)整單元與角度調(diào)整單元連接起來；
[0011]所述微型投影儀調(diào)整結(jié)構(gòu)包括投影儀轉(zhuǎn)接板、第一雙頭螺柱、第一螺母、第一螺釘和螺母，其中，所述雙頭螺柱一端連接底平板，中間光桿部分作為短軸出過投影儀轉(zhuǎn)接板并與其構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，另一端通過第一螺母擰緊限定軸向運(yùn)動，該投影儀轉(zhuǎn)接板可繞雙頭螺柱中間光桿部分旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)角度調(diào)節(jié)，位置確定后，擰動投影儀轉(zhuǎn)接板另一側(cè)開設(shè)的圓弧槽上的第二螺母，使之與固定在底平板上的螺釘旋合，從而壓緊固定投影儀轉(zhuǎn)接板；
[0012]所述工業(yè)相機(jī)調(diào)整結(jié)構(gòu)包括相機(jī)轉(zhuǎn)接板、第二雙頭螺柱、第三螺母、第二螺釘和第四螺母，其中，所述第二雙頭螺柱一端連接底平板，中間光桿部分作為短軸與相機(jī)轉(zhuǎn)接板構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，另一端通過第三螺母擰緊限定軸向運(yùn)動，該相機(jī)轉(zhuǎn)接板可繞雙頭螺柱中間光桿部分旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)角度調(diào)節(jié)，位置確定后，擰動所述壓緊相機(jī)轉(zhuǎn)接板一側(cè)開設(shè)的圓弧槽上的第四螺母，使之與固定在底平板上的第二螺釘旋合，從而壓緊固定所述相機(jī)轉(zhuǎn)接板。
[0013]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述視覺測量模塊包括工業(yè)相機(jī)和投影儀，其分別設(shè)置在所述工業(yè)相機(jī)調(diào)整結(jié)構(gòu)和微型投影儀調(diào)整結(jié)構(gòu)上，用于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)光柵投影和圖像采集。
[0014]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述牙模定位模塊包括牙模固定單元和牙模位置調(diào)節(jié)單元，牙模固定單元用于將待測牙模固定在旋轉(zhuǎn)臺上，牙模位置調(diào)節(jié)單元用于改變旋轉(zhuǎn)臺位置，從而調(diào)整牙模姿態(tài)。
[0015]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述牙模固定單元包括旋轉(zhuǎn)臺、滑塊夾具和彈性橡膠壓塊，其中，滑塊夾具與彈性橡膠壓塊間通過膠水粘合，放置好牙模后，滑塊夾具可通過旋轉(zhuǎn)臺上開的直槽調(diào)節(jié)位置，直至彈性橡膠壓塊對牙模的彈性壓力可以固定牙模，然后擰動螺釘壓緊旋轉(zhuǎn)臺，使之固定。
[0016]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述牙模位置調(diào)節(jié)單元包括翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，其中，翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)上的連接板通過螺釘連接水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)中的上支板，在連接板與上支板間設(shè)置有肋板，該肋板通過螺釘連接上支板，通過螺釘連接連接板，翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)共同完成旋轉(zhuǎn)臺的兩自由度旋轉(zhuǎn)。
[0017]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)包括動力部分，傳動部分，支撐部分和連接部分，其中，所述動力部分包括翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)，所述傳動部分包括聯(lián)軸器、連接短軸、導(dǎo)向軸支座和固定在該導(dǎo)向軸支座上的連接板，所述支撐部分包括電機(jī)固定板、定位帶座軸承、上壓板、支承板和支承底板，所述支承底板通過螺釘與光路調(diào)整模塊中的底座連接，所述支承板一端固定在該支承底板上，所述支承板另一端通過螺釘固定有上壓板，所述翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器將扭矩傳遞給被所述定位帶座軸承支承的連接短軸，進(jìn)而帶動導(dǎo)向軸支座及連接板的旋轉(zhuǎn)，從而帶動固定在該連接板上的旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。
[0018]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)包括動力單元，傳動單元，支撐單元和連接單元，其中，所述動力單元包括水平步進(jìn)電機(jī)，傳動單元包括聯(lián)軸器、連接短軸和上平托，旋轉(zhuǎn)臺通過螺釘與上平托固連，支撐單元包括電機(jī)接臺和上支板，所述電機(jī)接臺一端通過螺釘與步進(jìn)電機(jī)連接，另一端通過螺釘連接翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上的上支板，水平步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器將扭矩傳遞給連接短軸，進(jìn)而帶動上平托及旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臺的水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。
[0019]本實(shí)用新型中，所述豎直平面位置調(diào)整單元利用水平導(dǎo)向軸與豎直導(dǎo)向軸和導(dǎo)向軸支座或支柱固定夾通孔間的配合，實(shí)現(xiàn)水平與豎直方向上的滑動，實(shí)現(xiàn)位置調(diào)整，位置確定后，再擰動鎖緊螺釘，使之固定。
[0020]本實(shí)用新型中，所述角度調(diào)整單元由微型投影儀調(diào)整結(jié)構(gòu)和工業(yè)相機(jī)調(diào)整結(jié)構(gòu)組成。
[0021]本實(shí)用新型中，所述微型投影儀調(diào)整結(jié)構(gòu)通過投影儀轉(zhuǎn)接板一側(cè)的通孔實(shí)現(xiàn)繞短軸旋轉(zhuǎn)調(diào)整角度，位置確定后，再擰動螺釘壓緊投影儀轉(zhuǎn)接板另一側(cè)的圓弧槽，使之固定。
[0022]本實(shí)用新型中，所述工業(yè)相機(jī)調(diào)整結(jié)構(gòu)通過相機(jī)轉(zhuǎn)接板一側(cè)的通孔實(shí)現(xiàn)繞短軸旋轉(zhuǎn)調(diào)整角度，位置確定后，再擰動螺釘壓緊相機(jī)轉(zhuǎn)接板另一側(cè)的圓弧槽，使之固定。
[0023]本實(shí)用新型中，所述視覺測量模塊由微型投影儀、工業(yè)相機(jī)和夾具組成。其中微型投影儀通過Z形側(cè)支板上下兩平面將自身固定在投影儀轉(zhuǎn)接板上，工業(yè)相機(jī)利用螺釘將自身鎖緊固定在相機(jī)轉(zhuǎn)接板上。
[0024]本實(shí)用新型的裝置以光柵投影為基礎(chǔ)，通過非接觸拍照式測量技術(shù)，快速獲得高精度牙頜模型三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過圖像拼合技術(shù)，最后生成牙齒整體三維模型，作為后續(xù)處理的基礎(chǔ)與參考。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果:
[0025]I)通過采用精密導(dǎo)向軸與軸支座、橫梁組成龍門結(jié)構(gòu)，同時將視覺測量模塊中的投影儀與相機(jī)所在的底平板通過支座連接到橫梁上，形成具有較強(qiáng)剛度的支架支撐系統(tǒng)，定標(biāo)結(jié)果可以長時間保持穩(wěn)定，且不易受外界影響；
[0026]2)通過調(diào)整豎直和水平方向的支座位置可以實(shí)現(xiàn)測量光路在豎直平面內(nèi)兩自由度的大范圍移動，通過旋轉(zhuǎn)投影儀及相機(jī)轉(zhuǎn)接板，改變相對底平板的位置，可以小范圍調(diào)整拍攝角度，使光路調(diào)整更簡便；
[0027]3)牙模固定單元中，滑塊夾具可實(shí)現(xiàn)對不同形狀及大小的牙模進(jìn)行靈活夾持，且其上粘合的彈性橡膠壓塊可調(diào)整夾緊力度，更具有實(shí)際意義；
[0028]4)牙模位置調(diào)整單元中，通過自動控制模塊，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)平臺的兩自由度旋轉(zhuǎn)，更加精確快捷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置具體實(shí)施例的立體組合圖；
[0030]圖2a是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中光路調(diào)整模塊的整體立體組合圖；
[0031]圖2b是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中光路調(diào)整模塊中豎直平面位置調(diào)整單元的立體組合圖；
[0032]圖2c是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中光路調(diào)整模塊中角度調(diào)整單元的立體組合圖；
[0033]圖3a是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中牙模定位模塊的整體立體組合圖；
[0034]圖3b是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中牙模定位模塊中牙模固定單元的立體組合圖；
[0035]圖3c是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中牙模定位模塊中牙模位置調(diào)節(jié)單元的立體組合圖；
[0036]圖3d是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中牙模定位模塊中牙模位置調(diào)節(jié)單元中翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的立體組合圖；
[0037]圖3e是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中牙模定位模塊中牙模位置調(diào)節(jié)單元中翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的立體分解圖；
[0038]圖3f是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中牙模定位模塊中牙模位置調(diào)節(jié)單元中水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的立體組合圖；
[0039]圖3g是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中牙模定位模塊中牙模位置調(diào)節(jié)單元中水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的立體分解圖；
[0040]圖4是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中視覺測量模塊中微型投影儀及夾具的立體組合圖；
[0041]圖5是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中視覺測量模塊中工業(yè)相機(jī)及夾具的立體分解圖。
[0042]圖6是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中自動控制模塊的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0044]圖1是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置具體實(shí)施例的立體組合圖。
[0045]如圖1中所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的牙頜模型測量裝置主要包括光路調(diào)整模塊
11、牙模定位模塊12、自動控制模塊13和視覺測量模塊14。其中，自動控制模塊13由電源、可編程邏輯控制器PLC、驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)和PC端控制界面組成；光路調(diào)整模塊11由支架與微型投影儀調(diào)整單元、工業(yè)相機(jī)調(diào)整單元組成；視覺測量模塊14由微型投影儀、工業(yè)相機(jī)和夾具組成。
[0046]視覺測量模塊14所在的底平板22可在豎直平面內(nèi)大范圍移動，實(shí)現(xiàn)大范圍光路調(diào)整；轉(zhuǎn)接板21具有轉(zhuǎn)動的自由度，可實(shí)現(xiàn)光路局部調(diào)整；自動控制模塊13中的電機(jī)工作，使牙模定位模塊12中的旋轉(zhuǎn)臺31具有兩個自由度的旋轉(zhuǎn)。整個牙模定位模塊置于視覺測量模塊之下，牙模姿態(tài)調(diào)整好后，視覺測量模塊與牙模的相對位置固定了，可以開始結(jié)構(gòu)光掃描測量。
[0047]圖2a是圖1中光路調(diào)整模塊11的整體立體組合圖。如圖2a所示，光路調(diào)整模塊11主要包括豎直平面位置調(diào)整機(jī)構(gòu)(圖2b)和角度調(diào)整結(jié)構(gòu)(圖2c)。豎直平面位置調(diào)整機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)視覺測量模塊在豎直平面內(nèi)兩個自由度的大范圍調(diào)整，角度調(diào)整結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)局部的角度調(diào)整，二者共同完成光路的調(diào)整。
[0048]圖2b是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中圖1中的光路調(diào)整模塊11中豎直平面位置調(diào)整單元的立體組合圖。如圖2b所示，光路調(diào)整模塊中的豎直平面位置調(diào)整機(jī)構(gòu)包括底座201，豎直調(diào)整結(jié)構(gòu)和水平調(diào)整結(jié)構(gòu)。其中底座201是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，用來支撐或放置其他三個模塊。豎直調(diào)整結(jié)構(gòu)包括豎直導(dǎo)向軸202，導(dǎo)向軸支座203，支柱固定夾204組成。導(dǎo)向軸支座203通過內(nèi)六角螺釘207與底座201聯(lián)接，豎直導(dǎo)向軸202插入導(dǎo)向軸支座203內(nèi)，并通過內(nèi)置定位銷固定，支柱固定夾204通過豎直通孔與豎直導(dǎo)向軸202配合，可在豎直方向大范圍移動，確定位置后通過鎖緊螺釘208抱死滑動副，實(shí)現(xiàn)摩擦鎖緊。
[0049]水平調(diào)整結(jié)構(gòu)包括橫梁205，支柱固定夾204、導(dǎo)向軸支座206。水平調(diào)整有兩種方法:其一，支柱固定夾204通過橫向通孔與橫梁205配合,可在水平方向的大范圍移動，調(diào)好位置后通過鎖緊螺釘209抱死，實(shí)現(xiàn)摩擦鎖緊；其二，導(dǎo)向軸支座206通過橫向通孔與橫梁205配合，可在水平方向的大范圍移動，調(diào)好位置后通過鎖緊螺釘210抱死，實(shí)現(xiàn)摩擦鎖緊。
[0050]圖2c是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中光路調(diào)整模塊中角度調(diào)整單元的立體組合圖。如圖2c所示，角度調(diào)整結(jié)構(gòu)主要包括底平板211、微型投影儀調(diào)整結(jié)構(gòu)和工業(yè)相機(jī)調(diào)整結(jié)構(gòu)。其中，底平板211通過盤頭內(nèi)六角螺釘與導(dǎo)向軸支座206連接，從而將豎直平面位置調(diào)整單元與角度調(diào)整單元連接起來。微型投影儀調(diào)整結(jié)構(gòu)主要包括投影儀轉(zhuǎn)接板219、雙頭螺柱218、螺母222、螺釘221和螺母220組成。其中，雙頭螺柱218 —端連接底平板211，中間作為短軸與投影儀轉(zhuǎn)接板219構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，另一端通過螺母222擰緊限定軸向運(yùn)動。投影儀轉(zhuǎn)接板219可繞雙頭螺柱218中間光桿部分旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)角度調(diào)節(jié)，位置確定后，擰動螺母220與固定在底平板211上的螺釘221旋合，壓緊投影儀轉(zhuǎn)接板219另一側(cè)的圓弧槽，使之固定。工業(yè)相機(jī)調(diào)整結(jié)構(gòu)主要包括相機(jī)轉(zhuǎn)接板216、雙頭螺柱217、螺母213、螺釘215和螺母214組成。其中，雙頭螺柱217 —端連接底平板211，中間作為短軸與相機(jī)轉(zhuǎn)接板216構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，另一端通過螺母213擰緊限定軸向運(yùn)動。相機(jī)轉(zhuǎn)接板216可繞雙頭螺柱217中間光桿部分旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)角度調(diào)節(jié)，位置確定后，擰動螺母214與固定在底平板211上的螺釘215旋合，壓緊相機(jī)轉(zhuǎn)接板216另一側(cè)的圓弧槽，使之固定。
[0051]圖3a是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中牙模定位模塊12的整體立體組合圖。如圖3a所示，牙模定位模塊12包括牙模固定單元(圖3b)和牙模位置調(diào)節(jié)單元(圖3c)。牙模固定單元用于將待測牙模固定在旋轉(zhuǎn)臺上，牙模位置調(diào)節(jié)單元用于改變旋轉(zhuǎn)臺位置，從而調(diào)整牙模姿態(tài)。
[0052]圖3b是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中牙模定位模塊12中牙模固定單元的立體組合圖。如圖3b所示，牙模固定單元主要包括旋轉(zhuǎn)臺301、滑塊夾具302、螺釘303和彈性橡膠壓塊304。其中，滑塊夾具302與彈性橡膠壓塊304間通過膠水粘合。放置好牙模后，滑塊夾具302可通過旋轉(zhuǎn)臺301上開的直槽調(diào)節(jié)位置，直至彈性橡膠壓塊對牙模的彈性壓力可以固定牙模，然后擰動螺釘303壓緊旋轉(zhuǎn)臺301，使之固定。
[0053]圖3c是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中牙模定位模塊12中牙模位置調(diào)節(jié)單元的立體組合圖。如圖3c所示牙模位置調(diào)節(jié)單元主要包括翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(圖3d)和水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(圖3f)，翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)上的連接板305通過螺釘310連接水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)中的上支板306，為保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在連接板305與上支板306間加一肋板307，肋板307通過螺釘308連接上支板306，通過螺釘309連接連接板305。翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)共同完成旋轉(zhuǎn)臺301的兩自由度旋轉(zhuǎn)。
[0054]圖3e是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中牙模定位模塊12中牙模位置調(diào)節(jié)單元中翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的立體分解圖。如圖3e所示，翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)主要包括動力部分，傳動部分，支撐部分和連接部分。動力部分為自動控制模塊中的步進(jìn)電機(jī)325 ;傳動部分包括聯(lián)軸器313、連接短軸315、導(dǎo)向軸支座316和連接板305 ;支撐部分包括電機(jī)固定板312、定位帶座軸承314、上壓板322、支承板324和支承底板320 ;前三部分再通過連接部分連接起來形成一個整體。其中，支承底板320通過螺釘321與光路調(diào)整模塊11中的底座201連接，再通過螺釘319將支承板324固定上來，支承板324通過螺釘323在其上固定上壓板322，至此構(gòu)成傳動部分的底部支撐結(jié)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)325工作將通過聯(lián)軸器313將扭矩傳遞給被定位帶座軸承314支承的連接短軸315，進(jìn)而帶動導(dǎo)向軸支座316的旋轉(zhuǎn)，而導(dǎo)向軸支座316又通過螺釘317固連連接板305，使其旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臺301的翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。
[0055]圖3g是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中牙模定位模塊12中牙模位置調(diào)節(jié)單元中水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的立體分解圖。如圖3g所示，水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)主要包括動力部分，傳動部分，支撐部分和連接部分。動力部分為自動控制模塊中的步進(jìn)電機(jī)326 ;傳動部分包括聯(lián)軸器329、連接短軸332和上平托330 ;支撐部分包括電機(jī)接臺328和上支板306 ;前三部分再通過連接部分連接起來形成一個整體。其中，電機(jī)接臺328通過螺釘334連接步進(jìn)電機(jī)326，通過螺釘333連接上支板306，從而將電機(jī)固定在系統(tǒng)中。步進(jìn)電機(jī)326工作將通過聯(lián)軸器329將扭矩傳遞給連接短軸332，進(jìn)而帶動上平托330的旋轉(zhuǎn)，而上平托330又通過螺釘331固連旋轉(zhuǎn)臺301，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臺301的水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。
[0056]圖4是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中視覺測量模塊14中微型投影儀及夾具的立體組合圖。如圖4所示，微型投影儀401通過兩對長Z形側(cè)支板403和短Z形側(cè)支板402上下兩平面將自身固定在投影儀轉(zhuǎn)接板219上。而長Z形側(cè)支板403通過螺釘404連接在投影儀轉(zhuǎn)接板219上，短Z形側(cè)支板402通過螺釘405連接在投影儀轉(zhuǎn)接板219上。
[0057]圖5是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中視覺測量模塊14中工業(yè)相機(jī)及夾具的立體分解圖。如圖5所示，工業(yè)相機(jī)501利用螺釘502將自身鎖緊固定在相機(jī)轉(zhuǎn)接板216上。
[0058]圖6是本實(shí)用新型牙頜模型測量裝置中自動控制模塊的原理圖。如圖6所示，PC端通過界面操作，發(fā)給可編程邏輯控制器PLC (已有電源供電)命令，通過驅(qū)動器控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一定角度，實(shí)現(xiàn)牙模空間位置姿態(tài)調(diào)整。
[0059]在使用本實(shí)用新型的牙頜模型測量裝置時，工作人員第一步先通過光路調(diào)整模塊11確定視覺測量模塊14在整個系統(tǒng)中的位置，包括底平板22在豎直平面的位置和微型投影儀401與工業(yè)相機(jī)501的角度，并要在之后的操作中保持不變。第二步進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定:在旋轉(zhuǎn)臺301上固定棋盤標(biāo)定板，通過自動控制模塊13改變旋轉(zhuǎn)臺301的空間位置，優(yōu)選采用張正友基于自由平面的標(biāo)定法，對多幅不共面的棋盤格標(biāo)定靶進(jìn)行圖像采集，最終建立考慮鏡頭畸變的攝像機(jī)模型及投影儀模型，并確定了攝像機(jī)坐標(biāo)系，投影儀坐標(biāo)系，世界坐標(biāo)系三者之間的關(guān)系。第三步進(jìn)行正式的牙頜模型操作:先將待測牙模固定在旋轉(zhuǎn)臺301上完成牙模定位，然后微型投影儀401實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)光柵投影，工業(yè)相機(jī)501進(jìn)行圖像采集，將數(shù)據(jù)傳入PC,通過Microsoft Visual Studio調(diào)用OpenCV庫函數(shù)生成點(diǎn)云文件,用Geomagic Studio打開獲得牙模三維點(diǎn)云模型,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行牙齒參數(shù)測量,完成目標(biāo)功能。
[0060]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種非接觸式牙頜醫(yī)學(xué)三維自動化測量設(shè)備，用于對牙頜模型進(jìn)行三維掃描測量，以獲得牙齒三維模型，其特征在于，該設(shè)備包括光路調(diào)整模塊(11)、牙模定位模塊(12)和視覺測量模塊(14)，其中，所述視覺測量模塊(14)用于對牙頜模型進(jìn)行光掃描測量，其設(shè)置在所述光路調(diào)整模塊(11)上并可通過該光路調(diào)整模塊(11)對所述視覺測量模塊(14)的光路進(jìn)行調(diào)整，所述牙頜模型設(shè)置在所述牙模定位模塊(12)上，并通過該牙模定位模塊(12)進(jìn)行定位和調(diào)整，從而以配合所述視覺測量模塊(14)實(shí)現(xiàn)對該牙頜模型的三維掃描測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式牙頜醫(yī)學(xué)三維自動化測量設(shè)備，其中，所述的光路調(diào)整模塊(11)包括豎直平面位置調(diào)整機(jī)構(gòu)和設(shè)置在該豎直平面位置調(diào)整機(jī)構(gòu)上的角度調(diào)整結(jié)構(gòu)，其中，所述豎直平面位置調(diào)整機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)視覺測量模塊(14)在豎直平面上兩個自由度的調(diào)整，所述角度調(diào)整機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)其角度調(diào)整，從而通過二者共同實(shí)現(xiàn)視覺測量模塊(14)光路的調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非接觸式牙頜醫(yī)學(xué)三維自動化測量設(shè)備，其中，所述豎直平面位置調(diào)整機(jī)構(gòu)包括底座(201)，設(shè)置在該底座(201)上的豎直調(diào)整結(jié)構(gòu)和設(shè)置在所述豎直調(diào)整結(jié)構(gòu)上的水平調(diào)整結(jié)構(gòu),其中， 所述豎直調(diào)整結(jié)構(gòu)包括豎直導(dǎo)向軸(202)，導(dǎo)向軸支座(203)，支柱固定夾(204)，其中導(dǎo)向軸支座(203)與底座(201)聯(lián)接，豎直導(dǎo)向軸(202)插入導(dǎo)向軸支座(203)內(nèi)，并通過內(nèi)置定位銷固定，支柱固定夾(204)通過豎直通孔與豎直導(dǎo)向軸(202)配合,可在豎直方向大范圍移動，確定位置后通過鎖緊螺釘(208)抱死滑動副，實(shí)現(xiàn)摩擦鎖緊； 所述水平調(diào)整結(jié)構(gòu)包括橫梁(205)和導(dǎo)向軸支座(206)，其中，所述支柱固定夾(204)通過其上的橫向通孔與所述橫梁(205 )配合，使得所述橫梁(205 )可在水平方向移動，所述導(dǎo)向軸支座(206 )通過其上的水平通孔與該橫梁(205 )配合，使得該導(dǎo)向軸支座(205 )可在水平方向移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非接觸式牙頜醫(yī)學(xué)三維自動化測量設(shè)備，其中，所述角度調(diào)整結(jié)構(gòu)主要包括底平板(211)、微型投影儀調(diào)整結(jié)構(gòu)和工業(yè)相機(jī)調(diào)整結(jié)構(gòu)，其中，所述底平板(211)與導(dǎo)向軸支座(206)連接，從而將豎直平面位置調(diào)整單元與角度調(diào)整單元連接起來； 所述微型投影儀調(diào)整結(jié)構(gòu)包括投影儀轉(zhuǎn)接板(219)、第一雙頭螺柱(218)、第一螺母(222)、第一螺釘(221)和螺母(220)，其中，所述雙頭螺柱(218) —端連接底平板(211)，中間光桿部分作為短軸出過投影儀轉(zhuǎn)接板(219)并與其構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，另一端通過第一螺母(222)擰緊限定軸向運(yùn)動，該投影儀轉(zhuǎn)接板(219)可繞雙頭螺柱(218)中間光桿部分旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)角度調(diào)節(jié)，位置確定后，擰動投影儀轉(zhuǎn)接板(219)另一側(cè)開設(shè)的圓弧槽上的第二螺母(220)，使之與固定在底平板(211)上的螺釘(221)旋合，從而壓緊固定投影儀轉(zhuǎn)接板(219)； 所述工業(yè)相機(jī)調(diào)整結(jié)構(gòu)包括相機(jī)轉(zhuǎn)接板(216)、第二雙頭螺柱(217)、第三螺母(213)、第二螺釘(215)和第四螺母(214)，其中，所述第二雙頭螺柱217 —端連接底平板(211)，中間光桿部分作為短軸與相機(jī)轉(zhuǎn)接板216構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，另一端通過第三螺母(213)擰緊限定軸向運(yùn)動，該相機(jī)轉(zhuǎn)接板(216)可繞雙頭螺柱(217)中間光桿部分旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)角度調(diào)節(jié)，位置確定后，擰動所述壓緊相機(jī)轉(zhuǎn)接板(216)另一側(cè)開設(shè)的圓弧槽上的第四螺母(214)，使之與固定在底平板(211)上的第二螺釘(215)旋合，從而壓緊固定所述相機(jī)轉(zhuǎn)接板(216)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非接觸式牙頜醫(yī)學(xué)三維自動化測量設(shè)備，其中，所述視覺測量模塊(14)包括工業(yè)相機(jī)和投影儀，其分別設(shè)置在所述工業(yè)相機(jī)調(diào)整結(jié)構(gòu)和微型投影儀調(diào)整結(jié)構(gòu)上，用于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)光柵投影和圖像采集。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的非接觸式牙頜醫(yī)學(xué)三維自動化測量設(shè)備，其中，所述牙模定位模塊(12)包括牙模固定單元和牙模位置調(diào)節(jié)單元，牙模固定單元用于將待測牙模固定在旋轉(zhuǎn)臺上，牙模位置調(diào)節(jié)單元用于改變旋轉(zhuǎn)臺位置，從而調(diào)整牙模姿態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非接觸式牙頜醫(yī)學(xué)三維自動化測量設(shè)備，其中，所述牙模固定單元包括旋轉(zhuǎn)臺(301)、滑塊夾具(302)和彈性橡膠壓塊(304)，其中，滑塊夾具(302)與彈性橡膠壓塊(304)間通過膠水粘合，放置好牙模后，滑塊夾具(302)可通過旋轉(zhuǎn)臺(301)上開的直槽調(diào)節(jié)位置，直至彈性橡膠壓塊(304)對牙模的彈性壓力可以固定牙模，然后擰動螺釘壓緊旋轉(zhuǎn)臺(301)，使之固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非接觸式牙頜醫(yī)學(xué)三維自動化測量設(shè)備，其中，所述牙模位置調(diào)節(jié)單元包括翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，其中，翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)上的連接板(305)通過螺釘連接水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)中的上支板(306 )，在連接板(305 )與上支板(306 )間設(shè)置有肋板(307 )，該肋板(307 )通過螺釘連接上支板(306 )，通過螺釘連接連接板(305 )，翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)共同完成旋轉(zhuǎn)臺(301)的兩自由度旋轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非接觸式牙頜醫(yī)學(xué)三維自動化測量設(shè)備，其中，所述翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)包括動力部分，傳動部分，支撐部分和連接部分，其中，所述動力部分包括翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)(325)，所述傳動部分包括聯(lián)軸器(313)、連接短軸(315)、導(dǎo)向軸支座(316)和固定在該導(dǎo)向軸支座(316)上 的連接板(305)，所述支撐部分包括電機(jī)固定板(312)、定位帶座軸承(314 )、上壓板(322 )、支承板(324 )和支承底板(320 )，所述支承底板(320 )通過螺釘與光路調(diào)整模塊(11)中的底座(201)連接，所述支承板(324 ) —端固定在該支承底板(320 )上，所述支承板(324 )另一端通過螺釘固定有上壓板(322 )，所述翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)(325 )通過聯(lián)軸器(313 )將扭矩傳遞給被所述定位帶座軸承(314 )支承的連接短軸(315 )，進(jìn)而帶動導(dǎo)向軸支座(316)及連接板(305)的旋轉(zhuǎn)，從而帶動固定在該連接板(305)上的旋轉(zhuǎn)臺(301)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的非接觸式牙頜醫(yī)學(xué)三維自動化測量設(shè)備，其中，所述水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)包括動力單元，傳動單元，支撐單元和連接單元，其中，所述動力單元包括水平步進(jìn)電機(jī)(326)，傳動單元包括聯(lián)軸器(329)、連接短軸(332)和上平托(330)，旋轉(zhuǎn)臺(301)通過螺釘(331)與上平托(330 )固連，支撐單元包括電機(jī)接臺(328 )和上支板(306 )，所述電機(jī)接臺(328 ) —端通過螺釘(334 )與步進(jìn)電機(jī)(326 )連接，另一端通過螺釘(333 )連接翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上的上支板(306 )，水平步進(jìn)電機(jī)(326 )通過聯(lián)軸器(329 )將扭矩傳遞給連接短軸(332)，進(jìn)而帶動上平托(330)及旋轉(zhuǎn)臺(301)的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臺(301)的水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。
【文檔編號】G01B11/24GK203732042SQ201420113637
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】尹周平, 段培虎, 陳奕君, 張兆坤, 胡凱, 李茂源, 馬東, 韓克平, 朱欽淼, 朱曉輝, 鄭世嬌, 潘衛(wèi)進(jìn), 梅爽, 曾文娟 申請人:華中科技大學(xué)