CN1620596A - 可再定向的试样座 - Google Patents

Abstract

公开了一种装置，包括一个基座(2)以及一个可再定向的试样座(4)，该可再定向的试样座(4)可以在至少第一和第二侧面可重复地(可能是运动地)安装在基座(2)上，其中当安装在基座上时该至少两个表面之间的关系已知，从而当试样(13)安装在试样座上时，试样座的不同表面接纳在基座上时试样的不同方向之间的关系已知。该至少两个表面之间的关系可以由试样座(4)上的基准特征确定，这些基准特征提供了试样座当其接纳在基座上时的位置信息。基准特征可以由连接于试样座的基准块、球或杆提供。还公开了利用本发明的基座和可再定向的试样座至少分两个阶段在试样上操作，例如扫描或机加工的装置和方法。

Description

可再定向的试样座

本发明涉及一种可再定向的试样座，其位置和方向可以确定。例如，它可以用于分两个阶段扫描试样并且将这两个阶段的数据拟合起来以提供相干信息。优选形式涉及诸如牙模构架的牙科制品的扫描。

扫描三维试样的一种方式包括一个固定试样、一个具有三维运动度的探针、以及可以接近试样的包括底侧的全部表面的触针，使得可以扫描全部表面。

该方法的一个问题在于所使用的设备需要较大的工作空间，因此它不适合于具有尺寸限制的场合。该问题的一个解决方案是在扫描过程中转动试样，因为这减少了探针所需的自由度数目。但是，该方案带来了进一步的问题，当扫描具有底切的试样时导致不完全的扫描。当扫描诸如牙桥的长形试样时也会遇到不同的问题。

本发明提供一种装置，包括：

一个基座；以及

一个可再定向的试样座，可以在至少第一和第二侧面可重复地安装在基座上；

其特征在于，当安装在基座上时该至少两个表面之间的关系已知，从而当试样安装在试样座上时，可再定向的试样座的不同表面接纳在基座上时试样的不同方向之间的关系已知。

可重复地安装在基座上的可再定向的试样座的表面相互之间具有唯一的关系，该关系可以由数学方法得到。这样，试样座可以被再定向而不会丧失第一表面相对于基座以及位于其上的试样的定位。数学地确定该关系的一种方式是利用基准特征。

可再定向的试样座的该至少两个表面之间的关系由可再定向的试样座上的多个基准特征确定，这些基准特征提供了可再定向的试样座的当其接纳在基座上时的位置信息。位置信息包括一个或多个平移和转动信息。

基准特征可以由多种方法中的一种提供，包括提供具有已知尺寸和机加工表面的的基准块，上述机加工表面邻接或构成可再定向的试样座的一部分。可选地可以提供三个球或者杆，它们从可再定向的试样座突出并且无论可再定向的试样座的哪个表面接纳在基座上都可以接近。其他的基准可以从试样座本身选取。

在一个优选实施例中，基准特征由比用于将表面定位在工作空间(例如探针或激光点)内的的装置大很多的表面提供，但是试样座必须具有足够的尺寸以便固定和/或支撑试样。如果基准特征在该基准块上，那么加工成本得以降低。这是因为不需要将试样座加工为具有和它需要提供基准特征时一样的精度。

在一个优选实施例中，可再定向的试样座由运动固定件运动地或者准运动地接纳在基座上。这确保当试样座再定向时，所连接的试样相对于新的方向的位置或者已知(如果先前基座上的试样座已经使用基准特征作为基准)，或者可以利用基准特征确定。

根据本发明的第二方面，提供一种可以至少分两个阶段在试样上操作的装置，包括：

一个基座；

一个可再定向的试样座，可以在至少第一和第二侧面可重复地安装在基座上；以及

一个操作系统，用于当该至少第一和第二侧面可重复地安装在基座上时在试样上操作；

其特征在于，当安装在基座上时可再定向的试样座的该至少第一和第二侧面之间的关系已知，使得能够接合或拟合操作的至少两个阶段。

优选地，可再定向的试样座的该至少第一和第二侧面之间的关系由可再定向的试样座上的多个基准特征确定，这些基准特征提供了可再定向的试样座的当其接纳在基座上时的位置信息。

根据本发明的第三方面，提供一种至少分两个阶段在试样上操作的方法，包括：

提供一个基座；

将一个可再定向的试样座定位在基座上，该可再定向的试样座可以在至少第一和第二侧面配合基座；

提供多个基准特征，该基准特征可以提供有关可再定向的试样座的位置的数据；以及

提供一个操作系统；

其中当可再定向的试样座的第一侧面配合基座时由操作系统进行第一操作，当可再定向的试样座的第二侧面配合基座时由操作系统进行第二操作，并且该至少两个操作利用由基准特征提供的数据拟合在一起。

根据本发明的第四方面，提供一种至少分两个阶段在试样上操作的方法，包括以下步骤：

提供一个基座；

提供一个可再定向的试样座，它可以在至少第一和第二侧面运动地接纳在基座上，其中该第一和第二侧面之间的关系已知；

将可再定向的试样座在其第一侧面放置在基座上；

在固定在试样座内的试样上进行第一阶段操作；

相对于基座再定向试样座使其第二侧面放置在基座上；以及

在固定在试样座内的试样上进行第二阶段操作；

其中利用第一和第二侧面之间的关系拟合试样的第一和第二阶段操作。

当使用运动定位器时，以后的操作不需要参考特定的试样座和基座对的基准特征。

操作包括在试样上进行的实际工作，例如扫描表面轮廓、机加工试样、以其他方式检查试样或者测量试样。

现在将参照附图作为例子说明本发明，其中：

图1表示使用本发明装置的扫描器械的立体图；

图2表示本发明装置的立体图；

图3表示本发明的另一种装置的立体图；

图4表示本发明的又一种装置的立体图；

图5a-g示意性表示使用本发明装置的牙模(dental coping)的制造；

图6表示本发明的可转位装置；以及

图7a和7b表示本发明的可再定向的试样座的平面图。

图1和2表示了具有带有支撑面3的基座2的装置1。可再定向的试样座4为T形并且具有三个滚珠5，6，7，它们嵌入在试样座的上表面内和试样座的下表面(未示出)内。在“T”形的每侧靠近每端处设置有一个滚珠。一个立方体8连接于可再定向的试样座4并且具有四个机加工面9，10，11，12，用来提供基准特征。一个牙齿构架13利用可拆卸端片14，15固定于试样座4，其中端片14，15由螺栓16，17固定于试样座的“T”形的顶侧的每端。

牙齿构架13通过至少部分地移动将端片14，15固定于试样座的螺栓16，17并且插入构架13的端部而将牙齿构架13连接于试样座。当端片14，15的螺栓16，17拧紧时，构架固定在位。

立方体8上的基准特征和构架13由一个接触探针22扫描。可选的扫描器可以是一个激光探针。

现在参照图2，支撑面3具有设置在其中心的一个磁体18以及三个径向间隔90度(因此形成T形)的V形槽19，20，21。位于可再定向的试样座4每侧的三个滚珠5，6，7设置为一个在另一个的垂直上方/下方，这样三个滚珠的每一组与支撑面3内的三个V形槽19，20，21配合。这意味着当试样座相对于基座颠倒时，试样座并因此固定在其中的试样基本上位于同一位置。

可以理解槽19，20，21和滚珠5，6，7形成(稍微间并(degenerate)的)运动固定件(kinematic mount)。公知各种类型的运动固定件，并且例如公开在HJJ Braddick的“实验仪器的机械设计”(MechanicalDesign of Laboratory Apparatus)，Chapman和Hall，1960。相反可以使用其他的运动固定件(以及准运动或部分间并的运动固定件)。

为了获得构架13的表面的完全扫描，构架如上所述固定于试样座4。然后将试样座4放置在支撑面3上，其方向使得每个滚珠5，6，7和槽19，20，21配合。磁体18确保保持该位置直到试样座4从基座3取下。如果这是利用该试样座和基座进行的第一次扫描，即这两个表面之间的关系未知，那么首先精确测定基准特征，随后扫描构架13的上部。一旦完成扫描的这个第一部分，则相对于基座3颠倒试样座4。这时精确测定该第二表面的基准特征，但是垂直位置的基准特征是当基座4相对于其原始位置颠倒后从基准块8的不同表面取得的。现在扫描构架13的下部。

当试样座运动地位于基座上时，对于使用该基座的试样座，仅仅需要参照四个基准面9，10，11，12一次。这样，上述例子仅仅适用于试样座第一次使用基座。然后基准信息可以记录存储或者存储为扫描程序的一部分，因此用户只需要知道使用了哪个基座和试样座来获得基准数据(如果可以得到的话)。为了容易拟合这两个被扫描部分，需要标识试样座在基座上的侧面。

为了获得试样座的位置和转动信息，基准块和试样座都被作为基准。试样座的上表面被至少三次作为基准以便确定该表面并因而试样座的平面。基准块的顶面11提供Z方向的位置信息，侧面9和10提供X方向的位置信息。试样座的一个边缘(或者是T的顶边或者是与之平行的边缘)也在两个位置作为基准，以确定试样座的端部位置。对于试样座的可以接纳在基座上的每个表面都需要该信息。为了拟合来自不同的局部扫描的数据，其他所需的尺寸是基准块在两个表面之间的深度。需要注意的是当有多于两个的表面可以被接纳时，这种尺寸与针对每对表面的尺寸不同。本领域技术人员可以理解，可以有其他方式来获得确定试样座的空间位置所需的数据。

提供基准特征以拟合局部扫描(或者其他操作)的一种可选方案是，使用计算机软件和程序来再定向和再定位局部扫描并且因此可以进行更加完全的扫描。

基准块8被精确地机加工从而每个表面垂直于相邻表面。基准块的每组相对表面之间的距离需要已知或者被测定(优选地在与构架相同的条件下)。在基准块的相对表面之间的距离的扫描中每个扫描部分所用的基准随后可以用于拟合扫描的两个阶段或部分(利用合适的计算机软件)，调整所述扫描以考虑每个局部扫描的高度和转动差，形成构架的完全拟合的扫描。

当仅仅要拟合两个扫描部分时，知道一次扫描哪个方向并不重要，因为仅仅有两种不同的拟合数据的方式。当要拟合多个扫描阶段时，建议将试样座的方向也加以标识以避免当将基准数据施加于被扫描数据时的复杂性和可能的错误。

如果使用计算机软件和程序来拟合局部操作而不是基准特征，那么标识接纳在基座上的表面是有用的，从而程序可以获知不同的局部操作如何相似以拟合在一起，降低处理时间。

图3表示另一个试样座30，其中试样31利用两个穿过试样座厚度的槽32，33固定于试样座30。试样31通过粘接于螺纹圆柱34在每端固定。圆柱34由两个螺母相对于槽固定，一个在槽32，33的任一侧。

在该例中，运动定位器反转。试样座具有V形槽35并且一个配合基座(未示出)具有三个从其突出的配合球。而且，在该例中，试样座的靠近槽32，33的端部可以作为基准来确定试样座在基座上的X方向位置。

图4表示另一个装置40，它是一个立方体，在一个表面上具有试样座41，在其他表面的每一个上具有运动定位器42，该运动定位器42是按照120度径向设置的三个球。基座43具有配合的运动定位器44，该运动定位器44是按照120度径向设置的三个V形槽。

在该例中，基准特征由试样座41提供，该试样座41具有一个中央套筒45，试样或试样固定件(例如管)可以插入该中央套筒45内。试样座41的表面被精确地机加工以形成基准面46。通过测量从具有运动定位器42的每个表面到相应的基准面46的距离以及每个基准面的相对位置和方向，由试样座41固定的试样(未示出)在每个可能的的运动定位器42内相对于基座43的相对方向和位置是已知的或可以推导出来的。这使得诸如扫描试样的操作可以在或许由于试样的形状所需要的多个阶段进行，并且使得从这些不同阶段获得的数据拟合到一起，以通过处理利用所测定的信息得到的每个扫描数据形成完全的(如果需要)扫描。

如果需要被扫描试样的复制品，则可以利用同一个试样座和基座实施加工程序，使得加工或者复制不同的扫描步骤，或者如果更适当地，沿着由所扫描数据形成的路径加工，这提供了最有效的过程或者最少复杂性的过程。本发明的装置也可以用于试样的检查。

尽管本装置描述为一个立方体，但是可以理解，根据试样尺寸、试样形状、复杂度和可用工作空间，可以使用任何数量的表面(两个或者更多)。

图5a-g示意性表示了牙模的制造。可再定向的试样座50为圆柱形，具有一个运动定位器51，该运动定位器51包括三个在每个边缘52a，b上径向隔开120度的滚珠。基座53具有配合的运动定位器54，该运动定位器54包括三个径向隔开120度的V形槽，它们限定了一个与三个滚珠构成的圆直径相同的一个圆(图5a)。

可再定向的试样座50这样可以在基座53上定位在两个位置，一个是另一个的颠倒位置。为了清楚起见，在该图中没有示出基准特征。

在牙模的制造过程中，坯料的内外表面都要加工。外表面加工成原始牙齿形状的复制品，内表面加工为装配在用于将牙齿定位于口腔内的基台上。因此在制造时反转牙模的位置是有利的。

坯料55由一个圆盘56定位在可再定向的试样座50上，该圆盘56为两个半件并具有一个中心孔(由每个半件上的半圆形孔形成)。圆盘56的两个半件由螺栓连接，这可以容纳不同尺寸的坯料55。可选地，圆盘56可以是单件，它具有一个槽和中心孔以容纳坯料，圆盘由螺栓夹紧。

坯料55相对于圆盘定位，使得坯料的一个端部57基本上与圆盘处于同一水平(图5b)。

圆盘56由螺栓夹紧于可再定向的试样座50。可选地，圆盘56可以整体形成作为可再定向的试样座的一部分，具有一个槽并且为环形，以被夹紧以在其中心固定坯料。

当圆盘56和坯料55固定地定位在可再定向的装置内时，通过加工几乎与圆盘56处于同一水平的端部57形成一个内孔58(图5c)。

为了提供坯料的稳定性以便于第二次加工，内孔58和由可再定向的装置确定的一个区域59临时填充树脂60(图5d)。在树脂充分硬化以向坯料55提供强度和刚性后，可再定向的装置反转(图5e)，从而可以加工坯料的树立突出圆盘的端部61。

加工坯料的端部61的外表面以形成牙模62的最终形状(图5f)。如果坯料由陶瓷材料制成，那么可以包括烧去操作作为加工后的烧结处理的一部分。

用于支撑部分加工的坯料的材料不必是树脂，但是必须是为坯料提供充分的支撑的可去除的材料，例如蜡或者低熔点合金。

图6表示一个可转位装置70，包括一个圆形基座部分73，该基座部分73具有围绕其圆周设置的多个滚珠74。在每个滚珠之间是一个近似为V形的间隙75。在基座部分73的中心是一个磁体77，用于将可再定向的装置定位。可再定向的装置71是一个立方体，在至少两个表面72a，b上具有三个径向隔开的滚珠76，滚珠76限定了一个与基座部分73上的多个滚珠74构成的圆直径相同的一个圆。三个径向隔开的滚珠76隔开120度并且可以置于成形在多个滚珠74之间的V形间隙75内。这提供了可再定向的装置可以定位的多个不同方向。

可选地，可以设置三个V形槽，这样可再定向的装置可以置于滚珠上，而不是滚珠之间的槽内。在这两种情况下，需要作用力来将可再定向的装置移出其当前位置。

如果多个滚珠74精确定位，那么可再定向的装置71可以在不同的滚珠对之间转位，可以进行7.5或15度间隔的精确角位移。这可以使得固定在试样座(未示出)内的试样在表面上进行小的转动而无需运动定位器。

除了角度可再定向，可再定向的装置71可以重新定位在不同表面72b上，它还可以角度再定向，使得能够获得大量的方位。

图7a和7b表示本发明的其他实施例，其中可重复的定位器本身用来提供初始的基准特征，以将可再定向的试样座的两侧关联起来。

图7a的可再定向的试样座80是一个近似三角形的形状，具有设置在每个顶点的滚珠81。构架82安装或连接于试样座的一侧83。三个滚珠81具有大于试样座的近似为三角形的中心部分的厚度的直径。这样，通过提供三个V形槽或者球对以为每个相应的滚珠81提供承座，试样座的两侧可以相对于基座(未示出)重复定位(在该例中为运动地定位)。在从每侧将每个滚珠81作为基准并且接纳在特定基座上时，并且根据滚珠81的直径，在固定在试样座上的试样的一侧上进行的操作可以关联于在相反侧上进行的操作。三个滚珠作为基准提供了关于试样座的平面信息。

图7b表示一个矩形形状的可再定向的试样座85，具有三个从试样座三侧突出的杆86。这三个杆基本上处于同一个平面。试样87连接于第四侧并且也和杆处于同一个平面。该例中的基座(未示出)需要有槽，槽内可以设置每个杆，杆可以相对于基座表面抬起，例如该基座表面由两个突出球形成。基座可以另外或可选地包括一个凹口以适应当设置在基座上时位于杆下面的试样座的厚度。而且，当试样座的每侧置于基座上时，每个杆必须作为基准。这一信息以及杆的直径或厚度提供了足够的信息，以拟合试样座不同侧置于基座上时对试样实施的两种操作。

Claims (9)

1.一种装置，包括：

一个基座；以及

一个可再定向的试样座，可以在至少第一和第二侧面可重复地安装在基座上；

其特征在于，当安装在基座上时该至少两个表面之间的关系已知，从而当试样安装在试样座上时，可再定向的试样座的不同表面接纳在基座上时试样的不同方向之间的关系已知。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，可再定向的试样座的该至少两个表面之间的关系由可再定向的试样座上的多个基准特征确定，这些基准特征提供可再定向的试样座的当其接纳在基座上时的位置信息。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，基准特征由具有已知尺寸和机加工表面的基准块提供，上述机加工表面邻接可再定向的试样座。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，基准特征由三个球或者三个杆提供，它们从可再定向的试样座突出并且无论可再定向的试样座的哪个表面接纳在基座上都可以接近。

5.如以上权利要求任一项所述的装置，其特征在于，可再定向的试样座由运动固定件运动地接纳在基座上。

6.如以上权利要求任一项所述的装置，其特征在于，可再定向的试样座可以接纳牙齿构架。

7.一种可以至少分两个阶段在试样上操作的装置，包括：

一个基座；

一个可再定向的试样座，可以在至少第一和第二侧面可重复地安装在基座上；以及

一个操作系统，用于当可再定向的试样座的该至少第一和第二侧面可重复地安装在基座上时在试样上操作；

其特征在于，当安装在基座上时可再定向的试样座的该至少第一和第二侧面之间的关系已知，使得能够拟合操作的至少两个阶段。

8.一种至少分两个阶段在试样上操作的方法，包括：

提供一个基座；

将一个可再定向的试样座定位在基座上，该可再定向的试样座可以在至少第一和第二侧面配合基座；

提供多个基准特征，该基准特征可以提供有关可再定向的试样座的位置的数据；以及

提供一个操作系统；

其中当可再定向的试样座的第一侧面配合基座时由操作系统进行第一操作，当可再定向的试样座的第二侧面配合基座时由操作系统进行第二操作，并且该至少两个操作利用由基准特征提供的数据拟合在一起。

9.一种至少分两个阶段在试样上操作的方法，包括以下步骤：

提供一个基座；

提供一个可再定向的试样座，它可以在至少第一和第二侧面运动地接纳在基座上，其中该第一和第二侧面之间的关系已知；

将可再定向的试样座在其第一侧面放置在基座上；

在固定在试样座内的试样上进行第一阶段操作；

相对于基座再定向试样座使其第二侧面放置在基座上；以及

在固定在试样座内的试样上进行第二阶段操作；

其中利用第一和第二侧面之间的关系拟合试样的第一和第二阶段操作。

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