CN114401818A - 机加工具有减小的轮廓畸变的牙科修复体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用一个或多个牙科刀具(3)从工件(2)机加工至少一个牙科修复体(1)的方法，其包括以下步骤：定义牙科修复体(1)的目标轮廓(4)；其特征在于，还包括以下步骤：通过基于一个或多个机加工参数的模型预测牙科刀具(3)在预机加工期间的偏转；基于该预测步骤确定在预机加工期间目标轮廓(4)将被损坏的一个或多个第一位置(5)；为了防止损坏，通过基本上仅在第一位置(5)处添加材料的余量尺寸(6)来修改目标轮廓(4)或对应的机加工路径；以及基于经修改的目标轮廓(7)或对应的经修改的机加工路径对工件(2)进行预机加工。

Description

机加工具有减小的轮廓畸变的牙科修复体的方法
技术领域
本发明涉及一种使用一个或多个牙科刀具来从工件机加工牙科修复体的方法。本发明还涉及一种牙科机加工系统，其用于从至少一个工件机加工牙科修复体。
背景技术
当利用诸如铣刀、砂轮(grinder)的旋转对称的刀具来机加工工件时，由于机加工力的作用，刀具被弯曲或偏转(deflect，有时可被称作挠曲)。参考WO2007/110655A2，其公开了一种机加工坯料的方法。在径向方向上的刀具偏转在性质上类似于具有纵向可变直径的一侧夹紧的弯曲梁的偏转。在机加工期间，刀具的偏转在每一个工作点处导致轮廓畸变。轮廓畸变的程度主要取决于刀具和工件之间的重叠量以及进给量。该进给量典型地对于快速磨削为50µm，并且对于精细磨削为25µm。在快速磨削的情况下，完全重叠处的最大局部轮廓畸变典型地为大约300μm。独立于重叠的轮廓畸变的部分导致轮廓移位，并且取决于重叠的部分导致轮廓变形。尽管有相当大的300μm的位移，但可使用的牙科修复体能够以单步机的方式加工来进行机加工。然而，在机加工期间利用强烈波动的刀具/工件的重叠来生产的牙科修复体(诸如嵌体和部分牙冠)的情况下，牙科修复体的质量降低，并且接收例如不均匀的支撑、缺失的边缘闭合、边缘破裂等。一般来说，通过两步机加工来接受或补偿轮廓畸变。在两步机加工中，首先利用球形的余量尺寸覆盖整个修复体，并且对该修复体进行预机加工(即通过快速磨削或粗加工)，以去除大部分的过量材料，并且因此为第二步骤(即后机加工，即精细磨削或精加工)减少一个或多个数量级的刀具负载。然而，两步处理导致处理时间显著增加。
发明内容
本发明的目的是尽可能多地克服现有技术的问题，并提供一种通过使用一个或多个牙科刀具来从工件机加工牙科修复体的方法，在该方法中，可尽可能多地避免或减少牙科修复体的几何变形，并且可相对地缩短处理时间。
该目的通过如在权利要求1中限定的那样的由计算机实施的方法和如在权利要求7中限定的那样的牙科机加工系统来实现。其他权利要求涉及进一步的发展。
本发明提供一种通过使用一个或多个牙科刀具从工件机加工至少一个牙科修复体的方法。该方法包括以下步骤：定义牙科修复体的目标轮廓；通过基于一个或多个机加工参数的模型来预测牙科刀具在预机加工期间的偏转；基于预测步骤来确定在预机加工期间目标轮廓将被损坏的一个或多个第一位置；为了防止损坏，通过仅在第一位置处添加材料的余量尺寸来修改目标轮廓或对应的机加工路径；以及基于经修改的目标轮廓或对应的经修改的机加工路径来对工件进行预机加工。
本发明的主要有利效果是，通过使用预测刀具偏转和因此所得的轮廓变形和轮廓移位的模型，可尽可能多地克服或减少由刀具偏转引起的轮廓畸变的问题。与上面提及的现有技术不同，在本方法的预机加工步骤中，基本上仅在局部刀具偏转将损坏最终轮廓的目标轮廓处产生材料的余量尺寸。因此，可提高牙科修复体质量，并可减少处理时间。因此，也可节省制造成本。本发明的其他主要有利效果是，可提高配合的精度，可通过使用更细的刀具来选择性地增加牙科修复体上的任何细节，可使牙科修复体的保持销变细，并且可以更高的精度来完成制备线(preparation line)。
根据本发明，该方法可以可选地提供具有以上序所描述的预机加工步骤和附加的后机加工步骤的两步机加工。因此，在本发明的实施例中，该方法可选地包括以下步骤：基于预测步骤，确定在预机加工步骤之后过量材料将会剩下的一个或多个第二位置；以及基本上仅在第二位置处对工件进行后机加工以去除过量材料。与以上所提及的现有技术不同，在本方法的后机加工步骤中，基本上仅对第二位置进行机加工。因此，能够以更高的精度来完成牙科修复体，并且能够相对地减少处理时间。因此，能够进一步节省制造成本。
在备选实施例中，确定在预机加工步骤之后过量材料将会剩下的一个或多个第二位置的步骤基于在预机加工步骤期间的传感器反馈。可通过传感器直接测量刀具和工件之间的力以建立传感器反馈。传感器可被布置在工件的固持件中。备选地，可监测刀具马达的电流供应以建立传感器反馈。
根据本发明，后机加工步骤可以可选地基于临床相关性。因此，在实施例中，该方法还包括以下步骤：如果在这些第二位置处，后机加工在临床上较不相关或不相关，则免除工件的在一个或多个第二位置中处的用于去除过量材料的后机加工。例如，牙科修复体的前侧和后侧可被认为相比于牙科修复体的左侧和右侧在临床上较不相关，所述牙科修复体的左侧和右侧通常必须以良好的精度精确地配合到相邻的牙齿。不良的配合可使牙科修复体的到适当位置的插入复杂化，或者导致残余食物的堆积等。该由计算机实施的方法可包括神经网络，该神经网络根据人工智能来识别临床上较不相关或不相关的牙科修复体的位置。
根据本发明，可根据处理时间和期望的精度灵活地设置用于两步机加工的进给量的值。在实施例中，用于预机加工步骤的进给量被设置为大于用于后机加工步骤的进给量。因为损坏牙科修复体的风险由于基于模型的损伤预测而被尽可能多地防止或减少，所以可相对地增加预机加工步骤中的进给量。因此，可安全地进一步减少处理时间。由于相对高的进给量加快了预机加工，所以在后机加工中，进给量可相对地减少。因此，可在不延长总的机加工时间的情况下进一步提高牙科修复体的质量。
根据本发明，在预机加工步骤和后机加工步骤中可使用不同的牙科刀具。因此，在实施例中，在预机加工步骤中使用用于粗加工的牙科刀具。并且在后机加工步骤中，使用用于精加工的牙科刀具。因此，能够以相对低的加工时间提高牙科修复体的质量。
根据本发明，模型的机加工参数包括牙科刀具和工件之间的重叠的长度以及牙科刀具和工件之间的机加工力。偏转量取决于这两个机加工参数。根据从目标几何结构重构的机加工路径可获得机加工参数的值，以便预测整个机加工过程中的刀具偏转。代替机加工力，刀具马达的电流供应也可用作该模型中的机加工参数。在整个预机加工步骤和后机加工步骤之前准备该模型。可以查找表或3D特征图的形式来提供该模型。
本发明还提供一种牙科机加工系统。该牙科机加工系统具有牙科机床，该牙科机床包括用于驱动一个或多个牙科刀具的一个或多个滑座，所述一个或多个牙科刀具用于从至少一个工件机加工牙科修复体。该牙科机加工系统具有用于分别地控制滑座的控制装置。该控制装置根据本发明的方法控制滑座。该牙科机加工系统还可具有CAD/CAM模块，以用于执行除预机加工步骤和后机加工步骤之外的至少一些步骤。CAD/CAM模块优选地包括与牙科机床分开提供的计算机站或微处理单元。它们之间的通信可经由网络等执行。CAD/CAM模块也可作为牙科机床的部分来提供。本发明还提供了一种用于实施该方法的计算机程序。该计算机程序具有计算机可读代码，以用于促使计算机化的牙科机加工系统执行该方法的步骤。计算机程序存储在计算机可读存储介质中。存储介质可为便携的或集成的。存储介质可位于牙科机加工系统的外部或内部。可以能够通过网络等来访问该存储介质。
附图说明
在随后的描述中，将通过使用示例性实施例并参照附图来更详细地描述本发明的进一步的方面和有利效果，其中
图1是根据本发明的实施例的牙科机加工系统的示意性局部透视图；
图2是在图1的牙科机加工系统中使用的根据本发明的实施例的牙科刀具的示意性放大局部侧视图；
图3是在图1的牙科机加工系统中使用的根据本发明的实施例的工件的示意性放大局部侧视图；
图4是实验装置的示意性放大局部截面图，示出了图2的牙科刀具在图3的工件的机加工期间的偏转；
图5是示出牙科刀具的偏转相对于包括重叠和机加工力的两个机加工参数的图表。
附图中所示的附图标记表示如下所列的元件，并且将在随后的示例性实施例的描述中引用：
1. 牙科修复体
2 工件
3. 牙科刀具
4. 目标轮廓
5. 第一位置
6. 材料的余量尺寸
7. 经修改的目标轮廓
8. 第二位置
9. 过量材料
10. 牙科机床
11. 滑座。
具体实施方式
图1部分地示出了根据实施例的牙科机加工系统。牙科机加工系统具有牙科机床(10)，该牙科机床(10)具有两个滑座(11)，每个所述滑座用于驱动牙科刀具(3)，以用于从工件(2)机加工牙科修复体(1)。图2部分地示出了牙科刀具(3)，其可安装到滑座(11)中的任何一个。图3示出了可安装到牙科机床(10)中的未使用的工件(2)。牙科机加工系统具有控制装置，以用于在机加工期间分别地控制滑座(11)。控制装置根据本发明的方法控制滑座(11)。牙科机加工系统优选地具有与用于实施该方法的控制装置分开的CAD/CAM模块。将在随后的描述中描述该方法。
图1示出了操作中的牙科机加工系统。在定义步骤中，牙科修复体(1)的目标轮廓(4)被定义。为了便于说明，目标轮廓(4)在图1中已被描绘为圆柱体。在预测步骤中，通过基于一个或多个机加工参数的模型，提前预测牙科刀具(3)的将在预机加工中发生的偏转。随后将参照图4和图5更详细地描述该模型。在确定步骤中，基于预测步骤确定在预机加工期间目标轮廓(4)将被损坏的一个或多个第一位置(5)。在修改步骤中，为了防止任何损坏，通过将材料的余量尺寸(6)基本上仅在第一位置(5)处添加到目标轮廓(4)来修改目标轮廓(4)或对应的机加工路径。在本申请中，术语“基本上”被解释为是指本机加工方法的技术公差的极限。在预机加工步骤中，基于经修改的目标轮廓(7)或对应的经修改的机加工路径对工件(2)进行预机加工。定义步骤、预测步骤、确定步骤和修改步骤优选地在CAD/CAM模块中执行。通过控制装置执行预机加工步骤和后机加工步骤。CAD/CAM模块也可集成到控制装置中。
图4部分地示出了实验装置，该实验装置用于准备模型，该模型预测图2的牙科刀具(3)在图3的工件(2)的机加工期间的偏转。在图4中，在工件(2)的左侧，针对牙科刀具(3)与工件(2)之间的特定重叠和特定机加工力，下虚线和上虚线分别示出牙科刀具(3)在预机加工期间的目标位置和实际位置。在工件(2)的右侧，通过反复多次的预机加工直到所测量的牙科刀具(3)与工件(2)之间的机加工力变为零，材料被牙科刀具(3)去除直到目标位置。利用该实验装置，针对多种重叠值和多种机加工力值测量牙科刀具(3)的偏转，以产生如图5中所示的3D特征图。图5中的3D特征图可用作用以预测牙科刀具(3)在预机加工和后机加工期间的偏转的模型。
在实施例中，除了预机加工步骤之外，该方法还具有后机加工步骤。在该实施例中，在附加的确定步骤中，基于预测步骤，确定在预机加工步骤之后过量材料(9)将会剩下的一个或多个第二位置(8)。并且在后机加工步骤中，基本上仅在第二位置(8)处对工件(2)进行后机加工，以去除过量材料(9)。
在备选实施例中，在附加的确定步骤中，备选地基于在预机加工步骤期间的传感器反馈确定在预机加工步骤之后过量材料(9)将会剩下的一个或多个第二位置(8)。并且在后机加工步骤中，基本上仅在第二位置(8)处对工件(2)进行后机加工，以去除过量材料(9)。
在实施例中，在免除步骤中，如果在这些第二位置(8)处后机加工在临床上较不相关或不相关，则免除工件(2)在一个或多个第二位置(8)处的用于去除过量材料(9)的后机加工。牙科修复体(1)的第二位置(8)的临床相关性可由用户通过在牙科修复体(1)的展示上标记这样的第二位置(8)来输入。备选地，可采用人工智能的算法。

Claims (9)

1.一种由计算机实施的方法，所述方法使用一个或多个牙科刀具(3)来从工件(2)机加工至少一个牙科修复体(1)，所述方法包括以下步骤：
定义所述牙科修复体(1)的目标轮廓(4)；
其特征在于，还包括以下步骤：
通过基于一个或多个机加工参数的模型来预测所述牙科刀具(3)在预机加工期间的偏转，其中，所述机加工参数包括所述牙科刀具(3)和所述工件(2)之间的重叠的长度以及所述牙科刀具(3)和所述工件(2)之间的机加工力；
基于所述预测步骤来确定在预机加工期间所述目标轮廓(4)将被损坏的一个或多个第一位置(5)；
为了防止损坏，通过基本上仅在所述第一位置(5)处添加材料的余量尺寸(6)来修改所述目标轮廓(4)或对应的机加工路径；以及
基于经修改的目标轮廓(7)或对应的经修改的机加工路径来对所述工件(2)进行预机加工。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
基于所述预测步骤，确定在所述预机加工步骤之后过量材料(9)将会剩下的一个或多个第二位置(8)；和
基本上仅在所述第二位置(8)处对所述工件(2)进行后机加工以去除所述过量材料(9)。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
基于在所述预机加工步骤期间的传感器反馈，确定在所述预机加工步骤之后过量材料(9)将会剩下的一个或多个第二位置(8)；和
基本上仅在所述第二位置(8)处对所述工件(2)进行后机加工以去除所述过量材料(9)。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
如果在这些第二位置(8)处，所述后机加工在临床上不相关，则免除所述工件(2)的在一个或多个所述第二位置(8)处的用于去除所述过量材料(9)的后机加工。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述预机加工步骤中的进给量大于所述后机加工步骤中的进给量。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述预机加工步骤中，使用用于粗机加工的牙科刀具(3)，并且在所述后机加工步骤中，使用用于精细机加工的牙科刀具。
7. 一种牙科机加工系统，包括：
牙科机床(10)，其包括一个或多个滑座(11)，每个所述滑座(11)用于驱动一个或多个牙科刀具(3)，以用于从至少一个工件(2)机加工牙科修复体(1)；和
控制装置，其用于分别地控制所述滑座(11)；
其特征在于，
所述控制装置还适于按照根据权利要求1至6中的任一项所述的方法的步骤来控制所述滑座(11)。
8.一种包括计算机可读代码的计算机程序，其用于促使计算机化的牙科机加工系统执行根据权利要求1至6中的任一项所述的方法的步骤。
9.一种计算机可读的存储介质，其存储根据权利要求8所述的计算机程序。
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WENKUI MA ET AL: "Tool deflection error compensation in five-axis ball-end milling of sculptured surface", THE INTERNATIONAL JOURNAL OR ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY, vol. 84, no. 5, 16 September 2015 (2015-09-16), pages 1421 - 1430, XP035865457, DOI: 10.1007/s00170-015-7793-8 *
王文凯主编: "数控铣加工技术", 31 August 2011, 上海科学技术出版社, pages: 64 *

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