CN117136036A - 正畸丝弯制设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种正畸丝弯制设备，该正畸丝弯制设备包括丝引导单元和丝弯制单元；丝引导单元包括护航系统和出口，并且丝弯制单元包括至少一个丝弯制构件，该至少一个丝弯制构件能够绕旋转中心转动，使得当丝从丝引导单元的出口出来时，弯制构件中的至少一个绕旋转中心的旋转使丝弯制。

Description

正畸丝弯制设备和方法

技术领域

本发明属于机器人牙科领域。特别地，本发明涉及一种正畸弓丝弯制机器人。

背景技术

在生产定制的正畸用具(如正畸弓丝)时，提高精度和准确性至关重要。

在这种情况下，与正畸医生进行手动弓丝成型相比，正畸弓丝弯制机器人允许更精确、更快速地生产定制的弓丝。

除了确保精度和准确性外，弓丝制造过程不应在弓丝表面产生缺陷。缺陷会对丝的机械性能产生负面影响，并可能导致裂纹形成。一旦弓丝就位，机械作用(由于咬合、咀嚼......)和口腔的酸性环境可能会促进和加速裂纹的扩展，从而导致弓丝过早断裂。

大多数正畸弓丝弯制机器人包括至少一个抓取工具，用于将要弯制的丝固定成所需形状。

在某些情况下，提供了两个相对彼此可移动的抓取工具，以便同时固定并弯制丝。

在此类系统中，抓取工具的指与丝之间的摩擦可能会导致较高的局部应力和表面缺陷。

此外，抓取器对丝的偏高的压力可能会对丝的弹塑性性能产生负面影响。

除了对丝的不利影响外，抓取器还与内在的限制有关：随着时间的推移，由于磨损，抓取工具的指往往会移动并彼此间隔开。因此，指之间的距离和指施加在丝上的力相应地偏离标称抓取器的行程和抓取力，最终导致精度损失。这种效应在高弯制角度下更常见。

专利申请KR20200074640A描述了这种丝弯制单元，其包括固定部分和用于弯制丝的一对旋转弯制杆，该固定部分具有用于固定丝的两个指(也称为夹具)。

已经作出一些尝试来提供无抓取器的正畸丝弯制机器人。

然而，在大多数情况下，仍经常看到表面缺陷，特别是在内弯制部处。图1A示出了放大的丝弯制部分，其中在内弯制部处产生了表面缺陷(折皱)。

专利申请US20170312808A1描述了这种无抓取器的弯制机器，其包括带孔的丝引导件和弯制丝的可旋转外部部分。

专利申请KR20200074640A和US20170312808A1中分别描述的丝弯制单元和弯制机器具有相似的配置：在前者中，丝在到达弯制杆之前离开固定单元；在后者中，丝在到达可旋转的外部部分之前离开丝引导件。在这两种设备中，旋转弯制杆/可旋转部分的旋转中心在丝输送方向上位于丝弯制位置之后。

这种配置不能提供丝的足够精确和快速的弯制。

因此，需要一种弯制机器人，以准确、快速地生产正畸弓丝，并且其耐疲劳磨损。

发明内容

本发明的目的在于提供一种克服现有技术固有局限性的正畸弓丝弯制机器人及弓丝制造工艺。

更具体地说，本发明旨在提供如图1B所示没有表面缺陷的且机械性能和耐久性有所改进的正畸弓丝，从而避免弓丝的过早断裂-疲劳磨损。

本发明的目的还在于提供一种尺寸紧凑的正畸弓丝弯制机器人，其能够很轻松地制造并安装在正畸医生的办公室中。

因此本发明涉及一种正畸丝弯制设备，其包括：

-丝引导单元，其包括用于驱动丝的护航系统和用于输送丝的出口，该丝引导单元被配置为在沿纵向轴线的第一方向上引导丝通过出口，和

-被由出口输送的丝馈送的丝弯制单元，其包括至少一个弯制构件，该至少一个丝弯制构件能够在包括纵向轴线的第一平面中绕旋转中心转动，使得当丝从出口出来时，该至少一个弯制构件绕旋转中心的旋转导致丝的靠近出口的弯制，

其中，丝引导单元的出口沿第一方向定位于超过旋转中心。

本发明允许将丝引导单元的出口与弯制构件之间的距离最小化。因此，对于给定的弯矩，弯制构件施加到丝上的力最大化，从而使丝更快、更有效并更精确地弯制。这也允许根据情况对丝进行更精确的三维弯制。

在一个实施例中，该出口是喷嘴，优选是可移除喷嘴。有利的是，该实施例允许根据需要采用具有不同横截面的不同喷嘴。

所述至少一个弯制构件的旋转的角度α导致丝弯制角度β，其中，α和β之间的关系由以下公式给出：

其中，d是旋转中心与出口之间的距离，R是旋转中心与所述至少一个丝弯制构件之间的距离。

在一个实施例中，护航系统能够绕纵向轴线旋转，从而使丝绕纵向轴线旋转。此特征允许丝的三维弯制。此外，可以在单个系统内实现丝平移和旋转，从而减小正畸丝弯制设备的尺寸。

在一个实施例中，丝引导单元包括被配置成容纳和引导丝的管。

在一个实施例中，该管包括：

a.外部盖子，优选由金属或合金材料制成，和

b.内部护套，优选由医用级热塑性弹性体制成。

因此，可以安全地将丝护航到出口。

在一个实施例中，出口具有内表面、外表面和从内表面延伸到外表面的斜面或倒圆，该内表面具有内半径，该斜面或倒圆的曲率半径等于或大于内半径，优选等于或大于内径。斜面或倒圆的存在避免了在丝内弯制部中产生表面缺陷。在实施例中，出口可以具有圆形横截面，并且该倒圆的曲率半径可以是恒定的。替代地，出口可以具有方形横截面，其中，至少两个不同的倒圆具有两个不同的曲率半径。在该替代实施例中，可以通过简单的旋转来选择优选的倒圆。

在一个实施例中，丝弯制单元包括能够绕垂直于纵向轴线的旋转轴线旋转的板，其中所述至少一个弯制构件从所述旋转板突出。所述至少一个弯制构件可以从板上移除，使得可以根据要获得的丝特性和/或弓丝形状使用不同的弯制构件。

在一个实施例中，丝引导单元包括具有近端和远端的中空体，该中空体非旋转地连接到护航系统，并且被配置为在其近端接收来自护航系统的丝并沿第一方向将丝引导向丝弯制单元。因此，丝在中空体内部前进，并被输送到出口，在出口处它暴露于丝弯制单元且能够被弯制。在一个实施例中，该中空体由金属或合金材料制成，这确保了丝向出口的平滑前进并防止旋转摩擦的发生。

在一个实施例中，所述至少一个丝弯制构件是弯制杆。

在一个实施例中，弯制杆的直径沿突出方向减小，优选该杆包括截头圆锥形的第一部分和圆柱形的第二自由部分。直径的减小允许丝弯制以获得任意弓丝形状，同时确保弯制构件的机械稳定性。

在一个实施例中，丝弯制单元还包括丝切割构件，优选该丝切割构件是具有锋利边缘的杆。在本实施例中，丝切割功能集成在丝弯制单元中，无需提供单独的丝切割单元。

在一个实施例中，丝弯制单元包括一个弯制构件，该弯制构件优选能够绕旋转中心旋转至少180°，优选至少200°。

在一个实施例中，丝弯制单元包括能够沿垂直于第一平面的方向平移的一个弯制构件。

在一个实施例中，丝弯制单元包括一个弯制构件，并且该护航系统能够绕纵向轴线旋转大于180°，优选大于360°，以提供二阶弯制。

在一个实施例中，丝弯制单元包括两个弯制构件，这两个弯制构件优选被10°至170°的角距离隔开，更优选为被45°至120°的角距离隔开，甚至更优选地等于90°的角距离隔开。在该实施例中，护航系统能够绕纵向轴线旋转0°至180°的角度，以提供二阶弯制。

本发明还涉及一种正畸丝弯制系统，其包括：

a.根据上述任一实施例所述的正畸丝弯制设备，该正畸丝弯制设备响应于控制命令；

b.包括第一驱动器和第二驱动器的驱动器组件，第一驱动器可操作地连接到丝引导单元并被配置成驱动该引导单元中的丝，第二驱动器可操作地连接到丝弯制单元并被配置为驱动所述至少一个弯制构件旋转；和

c.可编程控制器，被配置为向驱动器组件的驱动器发送控制命令，从而操作正畸弯制设备。

有利的是，控制器允许操作正畸丝弯制设备的不同单元，以获得所需的弓丝形状。

在一个实施例中，控制器被配置为接收包含弯制指令列表的文件作为输入，并根据文件中的弯制指令操作正畸丝弯制设备。弯制指令是从所需弓丝形状的数字模型中获得的。

在一个实施例中，该系统还包括用于检测丝存在的丝检测单元，所述丝检测单元优选安装在丝引导单元的出口和丝弯制单元之间。

在一个实施例中，该系统包括连接到控制器的人机界面。该人机界面可用于可视化受试者齿列的三维模型，并创建定制弓丝的数字模型。该系统可包括处理器，该处理器被配置成将定制弓丝的数字模型转换为弯制指令。

本发明还涉及一种使用根据上述任一实施例所述的正畸丝弯制设备制造正畸弓丝的方法，该方法包括：

-通过丝引导单元在沿纵向轴线的第一方向上引导丝，并通过出口将丝输送出丝引导单元；

-将从出口输送出的丝馈送到丝弯制单元；和

-使所述至少一个丝弯制构件绕旋转中心旋转预定角度α以弯制丝。

该方法可以高效准确地弯制丝，而不会引入表面缺陷。因此，所获得的弓丝更能抵抗机械作用和口腔的酸性环境。

定义

在本发明中，下列术语具有以下含义：

-“一阶弯制”是指丝在包括咬合线(line of occlusion)的平面中的弯制，例如：犬齿隆起弯制、臼齿偏移弯制、反旋转弯制。

-“二阶弯制”是指丝在包括咬合龈(occluso-gingival)方向的平面中的弯制，例如：尖端弯制、V型弯制、艺术定位弯制。

-“弯制角度”是丝弯制部分(即弯制单元的丝下游部段)与丝的x轴(即丝弯制前的纵向轴线)之间的角度。

-“内弯制部”是指丝的在弯制期间被压缩的一侧。

-“外弯制部”是指丝的在弯制期间处于张力下的一侧。

-本文的“旋转中心”是指其会被弯制构件31、32覆盖的圆弧轨迹的中心。

具体实施方式

结合附图阅读时，将对以下详细描述有更好的理解。为了便于说明，在优选实施例中示出该设备。然而，应当理解，该申请并不局限于所示出的精确布置、结构、特征、实施例和方面。附图不是按比例绘制的，也不旨在将权利要求的范围限制在所描绘的实施例上。因此，应当理解，如果所附权利要求中提到的特征后面跟有附图标记，则包括这些标记仅仅是为了提高权利要求的可理解性，绝不是用来限制权利要求的范围。

本发明涉及一种正畸丝弯制设备1，其包括丝引导单元2和丝弯制单元3，如图2、图3和图7所示。

在以下的详细描述中，术语“近端”是指更接近丝引导单元1的元件或元件末端；而术语“远端”是指更接近丝弯制单元3的元件或元件末端。

在本发明中，丝引导单元2包括用于驱动丝的护航系统21和用于输送丝的出口22。丝引导单元2被配置为沿纵向轴线x在第一方向(由图2中的白色箭头表示)上引导丝通过出口22。

丝弯制单元3被配置成接收由丝引导单元2的出口输送的丝w。所述丝弯制单元3包括至少一个丝弯制构件31、32，其能够在包括纵向轴线x的第一平面P中绕旋转中心C旋转。换言之，穿过该弯制构件的C的旋转轴线垂直于平面P，并且C在纵向轴线x上。

当丝从出口22出来时，所述至少一个弯制构件31、32绕旋转中心C的旋转导致丝w的弯制。

该丝沿纵向轴线x从丝引导单元2向丝弯制单元3前进逐步穿过设备。在前进步骤之后，丝在丝弯制单元3处被弯制第一弯制角度β。在下一前进步骤中，丝可以在丝弯制单元3处被弯制第二弯制角度，依此类推，直到获得所需的弓丝形状。

设备

如图3所示，丝引导单元2包括用于驱动丝w的护航系统21和用于输送丝的出口22。

在图3所示的丝引导单元2中，出口22是喷嘴。更具体地，出口22是具有复合实体形状——近端六角棱柱和远端锥体——的喷嘴；该六角棱柱允许将喷嘴有效地拧紧到设备上。在另一个实施例中，出口22是用压力螺钉安装的具有近端圆柱形状和远端锥体的喷嘴。

护航系统21可以包括一对能够绕垂直于纵向轴线x的轴线旋转的滚轮或齿轮，使得，当丝w穿过所述两个滚轮之间时，滚轮的旋转使丝前进。可以使用数种传动系统来驱动滚轮或齿轮旋转：例如，驱动器可以通过轴连接到驱动齿轮，或者滚轮可以是皮带驱动的。在本公开中，驱动器可以是有利的电机。

图3表示根据一个特定实施例的本发明的丝引导单元2的立体图，在该特定实施例中护航系统21包括驱动滚轮211、从动滚轮212、连接到驱动滚轮211并被配置为驱动滚轮211、212旋转的驱动器213、和位于所述滚轮上游的管214。

在一些实施例中，丝引导单元2包括被配置成容纳和引导丝的管214；管214可以安装在护航系统21的上游、下游或护航系统21的内部。

在一个实施例中，护航系统21能够绕纵向轴线x旋转，从而使丝w绕轴线x旋转。

根据本发明的可旋转护航系统21的一个示例如图3所示。在该实施例中，护航系统21能够绕纵向轴线x旋转，因为它会被连接到驱动器216的皮带和皮带轮组件215驱动旋转。其中所示的护航系统21包括支撑元件217，滚轮211、212和驱动器213安装在支撑元件217上。支撑元件217连接到皮带和皮带轮组件215，并且它具有承载滚轮211、212和驱动器213及允许护航系统21绕轴线x旋转的双重功能。

利用这种可旋转的护航系统21，可以使丝沿纵向轴线x平移且同时绕所述轴线旋转。

如果在丝前进期间，护航系统21被驱动围绕纵向轴线x旋转，则会使连续弯制角度β不在同一弯制平面上。因此，护航系统21的旋转允许在丝的每个前进步骤中修改弯制平面，从而提供二阶弯制。

有利的是，丝将要覆盖的总长度也减小，因为丝平移和旋转是同时在丝引导单元2内部获得的。因此，利用该实施例，可以减小正畸丝弯制设备1的尺寸。

在丝弯制设备中，丝前进和丝绕该前进方向旋转不可能由分离的部件提供。

在一个实施例中，护航系统21能够绕纵向轴线x旋转达180°角，优选达至少180°角，更优选达至少360°角。在只有一个弯制构件的配置中，等于或大于360°的旋转角度是特别关注的。该实施例的一个示例如图4A和图4B所示。在图4A中，丝引导单元2位于护航系统21的旋转角度为90°的第一位置中，在图4B中，它位于旋转角度为180°的第二位置中。

如前所述，丝引导单元2可以包括配置为容纳和引导丝的管214。优选地，管214由金属或金属合金组成；更优选地，由医用级金属或金属合金组成。

合适的金属或金属合金的示例包括：不锈钢、铝、钴铬合金、钛、镍钛合金(镍钛诺)。优选地，外部盖子由医用级金属或合金材料组成。

在一个实施例中，管214包括外部盖子和内部护套。

在一个实施例中，该外部盖子由金属或金属合金组成。

在一个实施例中，该内部护套是聚合物护套。

在一个实施例中，该内部护套由热塑性弹性体组成，例如由热塑性聚氨酯(thermoplastic urethane，TPU)弹性体、热塑性弹性烯烃(thermoplastic elasticolefin，TEO)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(styrene-ethylene-butylene-styrene，SEBS)、聚醚酯嵌段共聚物(polyether-ester block copolymers，COPE)、热塑性聚醚嵌段酰胺(thermoplastic polyether block amide，PEBA)、或其组合组成。

优选地，该热塑性弹性体为医用级热塑性弹性体。

丝引导单元2还可以包括中空体218，该中空体218具有外表面和限定内部中空部分的内表面。中空体218沿平行于纵向轴线x的方向从护航系统21延伸至出口22，使得丝从护航系统21出来、进入中空体218中、在内部中空部分内前进，并输送到丝引导单元2的出口22。在此，丝暴露于丝弯制单元3上，并且会被弯制构件31、32弯制。

在一个实施例中，中空体218由金属或合金材料组成。

金属或合金材料可防止丝相对于中空体218的内表面旋转而可能产生的旋转摩擦。这种摩擦可能会增加裂纹形成的风险，并导致能量损耗。

在本发明中，丝引导单元2包括出口22，出口22沿第一方向定位于超过弯制构件31、32的旋转中心C。

这种设置具有以下几个优点：

·弯制构件和喷嘴出口之间的距离可能非常小。该距离定义了沿弓丝的形状变化的特征长度。小的特征长度允许提高弓丝形状的分辨率和弓丝几何形状的精度。

·弯制构件的小旋转角度对应于丝的大角度弯制，从而可以得到高度弯制的弓丝结构。

·由于弯制构件非常靠近喷嘴的出口，因此在杠杆臂作用下施加在丝上的动量被放大。

在一个实施例中，出口22是喷嘴，优选是可拆卸喷嘴。该实施例允许采用具有不同横截面的不同喷嘴。因此，针对所用丝横截面和/或要获得的弓丝形状，可以选择横截面有所优化的喷嘴。

在一个实施例中，出口22的内表面具有圆形或椭圆形横截面，如图5所示。

在一个实施例中，出口22具有斜面或倒圆的内表面，即在外角上是倒角的。

斜面或倒圆的存在确保了丝在弯制过程中不会面对锋利边缘。锋利边缘可能会导致表面缺陷，例如丝w的内弯制部处的折皱。

出口22可以具有内表面、外表面，该内表面具有内径Dt。具有斜面或倒圆的内表面，意味着斜面或倒圆从内表面延伸到外表面，其曲率半径为r。优选地，曲率半径r等于或大于内表面的半径Dt/2，优选等于或大于内表面的直径Dt。实际上，为了避免弯制丝中的应力，优选使弯制丝的曲率半径大于丝本身的半径。当弯制丝的曲率半径大于丝本身的直径时，由于疲劳磨损而导致弓丝断裂的风险降低。

在一个实施例中，倒圆的曲率半径r是恒定的。

替代地，该曲率半径可以是可变的。例如，图6的出口22是喷嘴，该喷嘴的内表面具有方形横截面，其中两个相对的侧面不为斜角，即它们的曲率半径为零，并且另外两个相对的侧面为倒圆，即它们的曲率半径为非零。倒圆侧面的曲率半径可能相同，也可能如图6B所示不同。在该具体实施例中，右侧倒圆的曲率半径r_R大于左侧倒圆的曲率半径r_L。

具有可变曲率半径允许使用单个出口22获得不同的弯制半径。例如，使用图6的喷嘴，可以通过使用弯制构件31、32使丝w向出口22的左侧弯制来提供较小的弯制半径，以及通过使用弯制构件31、32使丝向出口22的右侧弯制来提供较大的弯制半径。

在一个实施例中，出口22的内表面具有方形或矩形横截面，如图6所示。

如果内表面的横截面不是圆形的，则内径Dt是指横截面的最短尺寸，例如方形横截面一侧的长度、椭圆横截面的短轴。

在一个实施例中，出口22是锥形的，即它有具有恒定内径Dt的内表面和外径沿第一方向减小的外表面。该实施例的示例在图5和图6中可见。在这些实施例中，出口22具有中空的截头圆锥形状。

本发明的正畸丝弯制设备1还包括丝弯制单元3，丝弯制单元3被配置为接收由丝引导单元2的出口22输送的丝w并包括至少一个弯制构件31、32。

在第一配置中，丝弯制单元3包含两个弯制构件31、32。该实施例的一个示例如图8A至图8B所示。

在包括两个弯制构件31、32的丝弯制单元3中，护航系统21在角度为0°至180°的旋转足以提供二阶弯制。所述两个弯制构件31、32的这种小旋转允许护航系统21不那么复杂且更稳定。

在第二配置中，丝弯制单元3可以仅包括一个弯制构件31、32。该实施例的一个示例如图8C所示。

在仅包括一个弯制构件31、32的丝弯制单元3中，护航系统21优选能够旋转大于180°，更优选大于360°。有利的是，如此大的旋转允许完全获得正在形成的弓丝的所有取向的3D空间。因此，二阶弯制变得更容易获得。

第一配置的丝弯制单元3较好地在图7中示出。在该具体实施例中，所述两个弯制构件31、32可以安装在能够绕旋转中心C旋转的同一支撑件上。将弯制构件31、32安装在同一支撑件允许减小弯制单元3的尺寸。替代地，所述两个弯制构件31、32可以安装在两个不同的支撑件上。

其上安装有所述至少一个弯制构件31、32的支撑件可以由驱动器35驱动旋转，如图7所示。

在一个实施例中，该支撑件是板33。

在图7所示的实施例中，弯制构件31、32是从板33垂直突出的杆。

在第一配置的一个实施例中，所述两个弯制构件31、32之间的角距离为10°至170°。优选地，所述两个弯制构件31、32之间的角距离为45°至120°；更优选地，角距离等于90°。

有利的是，(i)弯制构件31、32之间的角距离和(ii)所述弯制构件31、32的直径的组合允许获得再现图9中的白色箭头所指示的牙间隙空间形状的弓丝。事实上，牙齿的轮廓包括在牙齿表面上的光滑的一系列凹陷和凸起。在牙间隙空间中，这种凹陷和凸起变得粗糙，牙齿的轮廓显示出更尖锐的角度。大多数弓丝以足够的保真度再现每颗牙齿的轮廓，但由于传统的弓丝制造工艺难以获得如此尖锐的角度，因此它们无法装进牙间隙空间中。如图9所示，用本发明得到的弓丝是三维弓丝。

相反，在本发明中，弯制构件31、32之间的角距离和它们的形状允许准确地再现这种牙间隙空间，而不会在丝w上产生表面缺陷(诸如折皱)。

通过提供两个弯制构件31、32可以使丝弯制大弯制角度β，同时减小弯制构件31、32的角位移α和弯制单元3的自由度(DOF)数。有利的是，通过限制DOF的数量，可以降低与弯制单元3相关联的驱动器的复杂度和成本。此外，更少的DOF产生的干扰更少(例如反冲，这可能会对弯制单元3的稳定性产生负面影响)，并且更容易控制弯制力。

板33的参考位置可以定义为所述两个丝弯制构件31、32距出口22的距离相同的位置。

第二配置的丝弯制单元3仅包括一个弯制构件31、32(例如，仅第一弯制构件31)。

在这种情况下，可能需要弯制构件31的更大旋转(例如，整个顺时针旋转，取决于所需的丝w的最终形状)，以便使丝w在与前一弯制方向相反的方向上弯制。

此外，弯制单元3可以被配置成确保弯制构件31在垂直于旋转平面的方向上(例如，在针对水平旋转平面的竖直方向上)平移。有利的是，该实施例允许弯制丝的第一侧，然后将弯制构件31从弯制侧移开，并且沿比整个旋转短的轨迹将其移位至靠近丝w的另一侧。换言之，该实施例允许通过提供具有更高自由度(DOF)数的弯制单元3来缩短丝w的第一侧和另一侧之间的弯制构件31的轨迹(并相应地使丝w更快地弯制)。特别地，在这种情况下，弯制单元3具有两个自由度，以便确保：弯制构件31(i)围绕中心C旋转和(ii)平移，例如沿竖直方向平移。

板33的参考位置可以定义为所述弯制构件31、32面向出口22的位置。

在这两种配置中，板33能够围绕竖直轴线z旋转，该竖直轴线z垂直于纵向轴线且包括旋转中心。弯制构件31、32可以安装成使得其从板33的表面突出。因此，板绕竖直轴线旋转使得弯制构件31、32绕旋转中心C旋转。该实施例的一个示例如图2所示。在该实施例中，两个丝弯制构件31、32被设置为垂直于板突出的圆柱形杆。

在一个实施例中，板33能够绕竖直轴线z旋转达180°的角度。

在一个实施例中，板33能够从参考位置顺时针旋转达90°并逆时针旋转达90°。

如前所述，第一平面P包括纵向轴线x。

平面P在图8中更好地示出，图8示出了本发明的丝引导单元2和丝弯制单元3在平面P上的简化俯视图。还示出了角度α和β、旋转中心C与丝弯制构件31、32之间的距离R、以及旋转中心C与出口之间的距离d。

如图8所示，当丝w从出口22出来时，弯制构件31、32中的至少一个绕旋转中心C的旋转导致丝w弯制。

更具体地，丝w沿纵向轴线x从丝引导单元2向丝弯制单元3逐步前进穿过设备。在前进步骤之后，丝w在丝弯制单元3处弯制。实际上，丝弯制构件31、32的旋转角度α导致丝弯制为一弯制角度β，角度α和β之间的关系由公式e1给出：

弯制角度β是指纵向轴线x与丝的弯制部分之间的夹角，其顶点为丝引导单元1的出口。实际上，丝弯制是弹性变形和塑性变形的总和，在弯制构件退出时，在弹性恢复后只有塑性变形仍然存在。公式(e1)在弯制构件与丝接触的情况下保持成立：当弯制构件对丝施加力时；以及当弯制丝退出且丝弹性恢复时。当弯制构件在退出过程中与丝失去接触时，弯制的角度β被定义为与弯制构件在此时刻的位置相关的角度α。为了使丝达到弯制角度β，弯制构件必须达到大于公式(e1)所定义的角度α的角度。公式(e1)对应于弹性恢复后的弯制的几何形状。

在下一推进步骤中，丝可以在丝弯制单元3处弯制第二弯制角度，依此类推，直到获得所需的弓丝形状。

如图8所示，在本发明中，丝引导单元2的出口22沿第一方向定位于超过旋转中心C。

因此，根据源自旋转中心C且将纵向轴线x作为水平轴线的坐标系，出口22的横坐标为正。

有利的是，该实施例允许将丝引导单元22的出口22与弯制构件31、32之间的距离最小化。因此，对于给定的弯矩，弯制构件31、32施加到丝w上的力最大化。

在第一配置中的两个弯制构件31、32的存在允许在弯制构件31、32进行小角度位移α时获得大弯制角度β。在图8所示的示例中，弯制构件31、32以逆时针方式旋转以弯制丝并从图8A传递到图8B，使得丝能够被第一弯制构件31弯制。从图8B的配置来看，为了使丝沿相反方向弯制，只需使弯制构件31、32顺时针旋转，从而利用第二弯制构件32来弯制丝。

如前所述，弯制构件31、32能够在第一平面P中绕旋转中心C转动。换言之，穿过弯制构件的C的旋转轴线垂直于平面P，并且优选地，旋转中心C在纵向轴线x上。有利的是，弯制构件31、32在包括纵向轴线x的平面P中旋转，允许减小丝弯制单元3的尺寸。此外，与同轴弯制单元(即弯制构件在垂直于纵向轴线所在平面的平面上旋转的弯制单元)相比，它允许更快地弯制丝w。

实际上，同轴弯制单元需要旋转中心C与弯制构件31、32之间相距大距离，因为丝引导单元2实际上会充当物理障碍物，排除了使弯制构件靠近出口22的可能性。

应避免旋转中心C与弯制构件31、32之间相距大距离，因为(i)弯制单元3，以及由此的正畸丝弯制设备1将占用较大的体积，并且(ii)弯制构件31、32将需要更多的时间才能使丝被弯制。

弯制单元3的支撑件的旋转，允许丝弯制构件31、32沿圆弧轨迹移动。在图8中，虚线表示会被弯制构件31、32覆盖的轨迹的一部分。

弯制构件31、32的直径为0.1mm至100mm，优选为0.1mm至10mm。

优选地，弯制构件31、32的直径为至少0.3mm。

在一个实施例中，弯制构件31、32的直径为0.3mm至5mm。这样的直径允许获得小的内弯制部半径，这对于再现牙间隙空间的轮廓(即牙弓中相邻牙齿之间的空间)是特别需要的。

在一个实施例中，弯制构件31、32具有圆锥形。

在一个实施例中，弯制构件31、32具有圆柱形。

在一个实施例中，弯制构件31、32具有复合实体的形状。相邻实体所共享的边缘可以为斜角，如图10所示。

越来越小的直径允许提供弯制构件31、32，该弯制构件31、32的自由端具有较小的直径并且其底座具有较大的直径。有利的是，该实施例允许获得所有相关的弓丝形状，同时由于底座较大而确保弯制构件31、32的机械稳定性。此外，更大的底座提高了定心、从设备到弯制构件的力传递、几何形状的稳定性。这种特殊的结构允许更好地分配弯矩，并且一方面限制弯制构件的挠度，还限制了弯制构件与丝之间的未对准、平行度缺陷或接触缺陷。

在一个实施例中，所述两个弯制构件31、32具有相同的形状。

在一个实施例中，所述两个弯制构件31、32具有不同的形状。

在图10所示的示例中，弯制构件31、32从旋转板33突出，并且它们的直径沿突出方向减小。更具体地，这些弯制构件31、32具有复合实体的形状，该复合实体沿从旋转板33突出的方向包括：第一圆柱体、截锥体和第二圆柱体，第二圆柱体的直径小于第一圆柱体的直径。

在一个实施例中，弯制构件31、32不可与旋转支撑件分离。例如，它可以具有嵌入旋转支撑件的末端，它可以与旋转支撑件一体制造，或者它可以附接到旋转支撑件。

在一个实施例中，弯制构件31、32是可移除的，即，它能从旋转支撑件上分离。例如，它们的末端可能被拧紧或卡入旋转支撑件中；或者它们可以通过任何其他可逆附接方法安装在旋转支撑件上。

有利的是，该实施例允许移除和更换弯制构件31、32。能够使用具有不同形状的不同弯制构件31、32。值得注意的是，能够得到的最终弓丝形状的类型和数量取决于弯制构件31、32的形状。因此，借助该实施例可以使用相同的正畸弯制设备1来制造大量的弓丝：安装弯制构件31、32——其形状针对要制造的弓丝进行优化——就足够了。

在一个实施例中，本弯制设备还包括用于切割丝的丝切割构件34。

在实施例中，该丝切割构件安装在铰接臂上，该铰接臂能够与丝引导单元22出口处的丝w接触。

在另一个实施例中，丝弯制构件31、32和丝切割构件34安装在同一支撑件上。更优选地，它们安装在旋转板33上，使得它们从旋转板33的表面突出，如图11所示。

在一个实施例中，切割构件34和丝弯制构件31、32从旋转板33垂直突出。

为了有效地切割丝，切割构件34可以由具有高硬度的材料制成。例如，它可以由硬化钢、高速钢(high speed steel，HSS)或碳化钨制成。

在一个实施例中，切割构件34具有平直表面341，该平直表面341具有用于切割丝的锋利边缘。在一个实施例中，该切割构件能够绕旋转中心C旋转，并且当切割构件位于纵向轴线上时，该平直表面341被配置成与出口22相切。

在一个实施例中，该丝切割构件34与所述两个弯制杆不等距。优选地，该丝切割构件34与第一弯制构件31的角距离大于90°，并且与第二弯制构件32的角距离小于45°，或反之亦然。该实施例的一个示例如图11所示。

丝切割构件34靠近弯制构件31、32之一，这允许在最后一次弯制操作之后立即切割丝。此外，丝切割构件34的小旋转足以切割丝，这是因为(i)切割构件34靠近弯制构件31、32之一，结合(ii)当切割构件34位于纵向轴线上时，平直表面341与出口22相切。

在一个实施例中，为了切割丝，需要切割构件34旋转小于20°；优选小于15°。

系统

本发明还涉及一种正畸丝弯制系统，其包括：

a.根据上述实施例中的任一个所述的正畸丝弯制设备1，该正畸丝弯制设备1响应于控制命令；

b.驱动器组件，包括第一驱动器213和第二驱动器35，第一驱动器213可操作地连接到丝引导单元2并被配置成驱动该引导单元中的丝，第二驱动器35可操作地连接到丝弯制单元3并被配置为驱动所述至少一个弯制构件32、33旋转；和

c.可编程控制器，被配置为向驱动器组件的驱动器发送控制命令，从而操作正畸弯制设备1。

在一个实施例中，该正畸丝弯制系统还包括用于检测丝的存在的丝检测单元。

在一个实施例中，该丝检测单元安装在丝引导单元2和丝弯制单元3之间。优选地，该丝检测单元安装在出口22和丝弯制单元3之间。

在一个实施例中，该丝检测单元包括摄像头。

在一个实施例中，该丝检测单元包括电路和用于测量沿所述电路的电流的传感器，以检测由于存在丝或不存在丝而引起的电流变化。

在一个实施例中，该正畸丝弯制系统的可编程控制器包括用于控制驱动丝引导单元2和丝弯制单元3的驱动器(即驱动器213、35)的硬件和软件。该可编程控制器还可以控制用于使护航系统21旋转的驱动器216。

在一个实施例中，该可编程控制器接收包含弯制指令列表的文件作为输入。该可编程控制器根据文件中的弯制指令来操作弯制设备1。

在一个实施例中，该可编程控制器被配置成从外部源接收带有弯制指令的文件。

在实施例中，该正畸弯制设备包括与可编程控制器连接的人机界面，并且该人机界面包括显示器和输入设备，如图2所示。

在一个实施例中，该可编程控制器包括处理器和存储介质，该处理器被配置成执行计算机程序以生成所述弯制指令，该存储介质用于存储包含所述指令的文件。

该处理器可以被配置成接收表示受试者齿列的放射图像，并且该计算机程序可以被配置成：

-根据放射图像生成受试者齿列的数字表示；

-从人机界面接收用户输入；

-根据受试者齿列的三维模型和用户输入，生成定制正畸弓丝的三维模型；和

-将该三维模型转换为弯制指令。

在一个实施例中，用户输入包括表示支架体所需位置的解剖学位置列表。

在一个实施例中，用户输入包括表示牙间隙空间的解剖学位置列表。

在一个实施例中，该计算机程序还被配置成验证弯制指令的可行性，并且：

-如果指令能被弯制设备执行：

o生成包含弯制指令的文件；

o将包含弯制指令的文件发送到可编程控制器；

-如果指令不能被弯制设备执行：

o在人机界面的显示屏上显示错误消息。

在一个实施例中，包含弯制指令的文件派生自对应于所需弓丝的STL文件。

方法

本发明还涉及一种使用根据上述实施例中的任一个所述的正畸丝弯制设备1制造正畸弓丝的方法。

根据第一方面，该制造方法包括：

-在沿纵向轴线的第一方向上引导丝通过丝引导单元2，并通过出口22将丝从丝引导单元2送出；

-将丝从出口22送入丝弯制单元3；和

-使丝弯制构件31、32围绕旋转中心C旋转预定角度α以弯制丝。

可以重复送入步骤和旋转步骤，直到获得完整的正畸弓丝。

对于包含一个弯制构件31、32的正畸丝弯制设备1，角度α可达360°。

对于包括两个弯制构件31、32的正畸丝弯制设备1，角度α小于360°。

根据第二方面，该方法是一种设计和制造正畸弓丝的方法，该方法包括：

-接收表示受试者齿列的放射图像；

-根据放射图像生成受试者齿列的数字表示；

-接收用户输入；

-根据受试者齿列的三维模型和用户输入，生成定制正畸弓丝的三维模型；

-将三维模型转换为弯制指令；

-创建包含弯制指令的文件；

-将包含弯制指令的文件发送到正畸弯制设备1的可编程控制器；和

-根据文件中的弯制指令，借助可编程控制器，操作至少包括第一驱动器213和第二驱动器35的驱动器组件，该第一驱动器213可操作地连接到丝引导单元2并被配置为驱动该引导单元中的丝，该第二驱动器35可操作地连接到丝弯制单元3并被配置为驱动所述两个弯制构件32、33旋转；

其中，该方法的步骤由计算机实现。

如前所述，护航系统21可以能够绕纵向轴线旋转。在该实施例中，可编程控制器还可以操作被配置为驱动所述护航系统21旋转的驱动器216。

本正畸弓丝制造方法允许：

a)使丝沿平行于纵向轴线的第一方向前进；

b)使丝绕纵向轴线旋转；

c)弯制丝；

并连续或同时执行a)、b)和c)。

根据第三方面，本发明的方法还用于切割用正畸弯制设备1制造的弓丝。

弓丝的切割包括：

-使具有平直表面341的切割构件34围绕旋转中心C旋转，以便使切割构件在出口22处与弓丝接触；

-进一步使切割构件34旋转使得平直表面341的锋利边缘在出口22上滑动，从而切割弓丝。

允许切割弓丝的切割构件34的旋转在图12中较好地示出。

在图12的实施例中，弯制构件31、32和切割构件34安装在同一旋转板33上。替代地，弯制构件31、32和切割构件34中的每一个可以安装在独立的旋转支撑件上。

在该示例中，包括弯制构件31、32的旋转板33的顺时针旋转为丝w提供了最后一次弯制(图12A)。接下来，第二次顺时针旋转使切割构件34与丝w接触(图12B)。如图12B所示，切割构件34的平直表面341与出口22相切并且允许切割丝。

如图13所示，切割构件34允许精确地切割丝w，并且不会损坏它。

虽然已经对各种实施例进行了描述和说明，但不应将其解释为详细描述仅限于此。本领域技术人员能够对实施例进行各种修改，而不背离权利要求所定义的公开的真正精神和范围。

附图说明

图1示出了放大50倍的用现有技术的正畸丝弯制设备获得的丝的弯制部分(图1A)和放大50倍的用本正畸丝弯制设备1获得的丝的弯制部分(图1B)。白色箭头表示用现有技术设备获得的丝的表面缺陷。

图2表示示例性正畸丝弯制系统的立体图，该系统包括具有丝引导单元2和丝弯制单元3的正畸丝弯制设备1，该丝引导单元包括护航系统21，该正畸丝弯制系统还包括：包括显示器和旋钮的人机界面；安装在弯制单元3前面的恢复箱；和框架。

图3是根据具体实施例的本发明的丝引导单元2的立体图，其中，丝引导单元2包括：

-管214，

-护航系统21，其包括安装在支撑件217上的一对滚轮211、212和用于驱动滚轮211、212旋转的第一驱动器213，

-中空体218，和

-出口22；

其中，护航系统21能够被连接到第二驱动器216的皮带和皮带轮组件215驱动绕纵向轴线旋转，并且其中，出口22是包括棱柱形部分和锥形部分的喷嘴。

图4是根据一个实施例的丝引导单元2和丝弯制单元3的立体图，其中，护航系统21能够绕纵向轴线旋转达180°的角度。在图4A中，所述护航系统21旋转90°(从图3的参考位置)，而在图4B中该旋转角度等于180°。

图5A是根据一个实施例的丝引导单元2的出口22的立体图，其中，出口22是具有圆形内表面的喷嘴，所述圆形内表面是倒圆的。

图5B是示出了圆形内表面的倒圆的图5A的喷嘴的放大剖面图，所述倒圆具有恒定的曲率半径r。

图6A是根据一个实施例的丝引导单元2的出口22的立体图，其中，出口22是包括圆柱形底座、棱柱和圆锥的喷嘴，并且其中，喷嘴的内表面具有方形横截面，并且它包括将所述内表面与喷嘴外表面连接的斜面。为了便于理解，图6B提供了喷嘴的放大剖视图；其中，内表面的斜面如图所示，所述斜面在所述另外两个侧面(顶部和底部)上的曲率半径为零，而在方形横截面的两个相对的侧面(左侧和右侧)上具有非零曲率半径r_L、r_D，左侧的曲率半径r_L小于右侧的曲率半径r_D。

图7是示出了根据一个特定实施例的本发明的弯制单元3的立体图，其中，所述两个丝弯制构件31、32是从板33垂直突出的杆，板33能够绕竖直轴线z旋转，并且其中，驱动器35被配置为驱动板33旋转。

图8是表示根据第一配置(图8A和图8B)或第二配置(图8C)的本设备的丝引导单元2和丝弯制单元3在平面P上的俯视图的示意图，其中，丝弯制构件31、32绕旋转中心C旋转角度α使得丝在靠近出口22处弯制角度β，其中，弯制角度β取决于(i)角度α、(ii)旋转中心C与每个丝弯制构件32、33之间的距离R以及(iii)旋转中心C与出口22之间的距离d。

图9示出了用本发明得到的三维弓丝；箭头表示牙间隙空间。

图10是根据特定实施例的丝弯制单元3和丝引导单元2的远端部分的立体图，其中，丝引导单元包括被配置为将丝输送到出口22的中空体218，并且其中，弯制构件31、32安装在旋转板33上并具有复合实体的形状，该复合实体依次包括：第一圆柱体、截锥体和第二圆柱体，使得弯制构件31、32的直径沿突出方向逐渐减小。

图11表示根据特定实施例的丝弯制单元3的立体图，其中丝弯制单元3包括两个弯制构件31、32和切割构件34，该切割构件34用于切割由出口22输送的丝w。

图12是示出了图11实施例的丝弯制构件31、32和切割构件34在板33顺时针旋转期间的两个连续位置的俯视图。

图13示出了放大50倍的用图11和图12的切割构件34切割的弓丝末端。

Claims (20)

1.一种正畸丝弯制设备(1)，包括：

-丝引导单元(2)，包括用于驱动丝(w)的护航系统和用于输送所述丝(w)的出口(22)，所述丝引导单元被配置为在沿纵向轴线的第一方向上引导所述丝通过所述出口(22)，和

-被由所述出口(22)输送的所述丝馈送的丝弯制单元(3)，包括至少一个丝弯制构件(31、32)，所述至少一个丝弯制构件(31、32)能够在包括所述纵向轴线的第一平面中绕旋转中心(C)转动，使得当所述丝从所述出口(22)出来时，所述至少一个弯制构件(31、32)绕所述旋转中心(C)的旋转导致丝(w)的靠近所述出口(22)的弯制，

其中，所述丝引导单元(2)的出口(22)沿所述第一方向定位于超过所述旋转中心(C)。

2.根据权利要求1所述的正畸丝弯制设备，其中，所述出口(22)为喷嘴，优选为可移除喷嘴。

3.根据权利要求1所述的正畸丝弯制设备，其被配置成使得所述至少一个弯制构件(31、32)的旋转的角度α导致所述丝(w)在弹性恢复后的弯制角度为β，其中，α与β之间的关系由公式(e1)给出：

其中，d是所述旋转中心(C)与所述出口(22)之间的距离，R是所述旋转中心(C)与所述至少一个丝弯制构件(31、32)之间的距离。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的正畸丝弯制设备(1)，其中，所述护航系统(21)能够绕所述纵向轴线旋转，从而使所述丝(w)绕所述纵向轴线旋转。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的正畸丝弯制设备(1)，其中，所述丝引导单元(2)包括被配置为容纳和引导所述丝(w)的管(214)。

6.根据权利要求5所述的正畸丝弯制设备(1)，其中，所述管(214)包括：

a.优选由金属或合金材料制成的外部盖子，和

b.优选由医用级热塑性弹性体制成的内部护套。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的正畸丝弯制设备(1)，其中，所述出口(22)具有内表面、外表面和从所述内表面延伸到外表面的斜面或倒圆，所述内表面具有内半径，所述斜面或倒圆的曲率半径r等于或大于内半径Dt/2，优选等于或大于内径Dt。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的正畸丝弯制设备(1)，其中，所述丝弯制单元(3)包括能够绕垂直于所述纵向轴线的旋转轴线旋转的板(33)，其中，所述至少一个弯制构件(31、32)从所述旋转板(33)突出。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的正畸丝弯制设备(1)，其中，所述丝引导单元(2)包括具有近端和远端的中空体(218)，所述中空体(218)非旋转地连接到所述护航系统(21)并被配置为在其近端接收来自所述护航系统(21)的丝(w)并沿所述第一方向将丝向所述丝弯制单元(3)引导。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的正畸丝弯制设备(1)，其中，所述至少一个弯制构件(31、32)为弯制杆。

11.根据权利要求10所述的正畸丝弯制设备(1)，其中，所述弯制杆具有沿突出方向减小的直径，优选所述杆包括截头圆锥形的第一部分和圆柱形的第二自由部分。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的正畸丝弯制设备，其中，所述丝弯制单元(3)还包括丝切割构件(34)，优选所述丝切割构件(34)为具有平直表面(341)的杆。

13.根据权利要求1至12所述的正畸丝弯制设备，其中，所述丝弯制单元(3)包括一个弯制构件(31、32)，所述弯制构件优选能够绕旋转中心(C)旋转至少180°，优选至少200°。

14.根据权利要求1至12所述的正畸丝弯制设备，其中，所述丝弯制单元(3)包括能够沿垂直于所述第一平面的方向平移的一个弯制构件(31、32)。

15.根据权利要求13或14所述的正畸丝弯制设备，其中，所述护航系统(21)能够绕所述纵向轴线旋转大于180°，优选大于360°，以提供二阶弯制。

16.根据权利要求1至12中任一项所述的正畸丝弯制设备，其中，所述丝弯制单元(3)包括两个弯制构件(31、32)，优选地所述两个弯制构件(31、32)被为10°至170°的角距离隔开，更优选为45°至120°的角距离隔开，甚至更优选地被为90°的角距离隔开。

17.根据权利要求16所述的正畸丝弯制设备，其中，所述护航系统(21)能够绕所述纵向轴线旋转0°至180°的角度，以提供二阶弯制。

18.一种正畸丝弯制系统，包括：

a.根据权利要求1至17中任一项所述的正畸丝弯制设备(1)，所述正畸丝弯制设备(1)响应于控制命令；

b.包括第一驱动器(213)和第二驱动器(35)的驱动器组件，所述第一驱动器(213)可操作地连接到所述丝引导单元(2)并被配置成驱动引导单元中的丝，所述第二驱动器(35)可操作地连接到所述丝弯制单元(3)并被配置为驱动所述至少一个弯制构件(31、32)旋转；和

c.可编程控制器，被配置为向所述驱动器组件的驱动器发送控制命令，以操作正畸弯制设备(1)。

19.根据权利要求18所述的正畸丝弯制系统，还包括用于检测所述丝(w)存在的丝检测单元，所述丝检测单元优选安装在所述丝引导单元(2)的出口和所述丝弯制单元(3)之间。

20.一种使用根据权利要求1至17中任一项所述的正畸丝弯制设备(1)制造正畸弓丝的方法，所述方法包括：

-通过所述丝引导单元(2)在沿所述纵向轴线的第一方向上引导所述丝(w)，并通过所述出口(22)将所述丝(w)输送出所述丝引导单元(2)；

-将从所述出口(22)输送出的丝(w)馈送到所述丝弯制单元(3)；和

-使所述至少一个丝弯制构件(31、32)绕所述旋转中心(C)旋转预定角度α以弯制所述丝(w)。