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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur optischen
3D-Vermessung.
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Stand der Technik
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Aus
dem Stand der Technik sind mehrere Vorrichtung zur optischen 3D-Vermessung
bekannt. In vielen Fällen erfolgt die optische 3D-Vermessung durch
optische Abtastung der Oberflächen eines Messobjekts mit
einem oder mehreren Lichtstrahlen. Die Oberflächen können
mit einem punktförmigen Lichtstrahl bzw. mit einem oder
mehreren Lichtstreifen abgetastet werden.
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Es
sind Vorrichtungen bekannt, bei denen eine linienförmige
Vermessung durchgeführt wird, indem ein Lichtstreifen in
senkrechter Richtung zum Lichtstreifen die Oberfläche abtastet.
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Diese
Vorrichtungen funktionieren oft auf der Grundlage einer chromatisch
konfokalen Messmethode, einer klassischen konfokalen Messmethode mit
mechanischen Tiefenscan, einer Triangulation-Messmethode, einer
klassischen Interferometrie-Messmethode, einer Weißlichtinterferometrie-Messmethode
oder einer Deflektometrie-Messmethode.
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Bei
der chromatisch konfokalen Messmethode wird eine polychromatische
Punktlichtquelle durch ein sogenanntes chromatisches Objektiv wellenlängenabhängig
auf ein Messobjekt abgebildet. Das reflektierte Licht wird hinter
einer Blende mit Hilfe eines Farbsensors, z. B. eines Spektrometers
oder einer CCD-Kamera, spektral analysiert. Aus der Spektralverteilung
des zurückgestrahlten Lichts kann die relative Lage des
Messobjekts in der z-Richtung senkrecht zur Oberfläche
des Messobjekts bestimmt werden.
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Bei
einer klassischen konfokalen Messmethode mit mechanischen Tiefenscan
wird die Fokuslage durch mechanisches Scannen der Optik oder des
Objekts relativ zur Optik verändert.
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Bei
der Triangulation-Messmethode wird ein einzelner Lichtstrahl oder
mehrere beispielsweise parallele Lichtstreifen auf das Messobjekt
projiziert und senkrecht zur Ausrichtung der Lichtstreifen bewegt.
Das reflektierte Licht wird dann mittels eines Bildsensors, wie
beispielsweise einer CCD-Kamera, detektiert. Aus der Lage und den
Winkeln des Projektionsstrahls und eines zurückgestrahlten
Beobachtungsstrahls zum Messobjekt kann unter Verwendung trigonometrischer
Rechenmethoden der Abstand zum Messobjekt bestimmt werden.
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Bei
der klassischen Interferometrie-Messmethode werden mittels eines
Interferometers unter Verwendung des physikalischen Effekts der
Interferenz Informationen über das Messobjekt gewonnen.
Der vom Messobjekt zurückgestrahlte Beobachtungsstrahl
wird mit dem Beleuchtungsstrahl mittels eines Interferometers zu
einem Interferogramm überlagert. Voraussetzung für
eine erfolgreiche Interferenz ist, dass die Lichtstrahlen kohärent überlagert
werden. Das bedeutet, dass die aus verschiedenen Richtungen kommenden
Lichtstrahlen nur dann interferieren können, wenn sich
die Weglängen der beiden Lichtstrahlen nur um weniger als
die Kohärenzlänge unterscheiden. Die Kohärenzlänge
ist dabei abhängig von der Wellenlänge und der
spektralen Bandbreite des verwendeten Lichts.
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Die
Weißlichtinterferometrie-Messmethode nutzt die Interferenz
eines breitbandigen Lichts, wie beispielsweise des Weißlicht.
Diese Messmethode vergleicht die Laufzeit des vom Messobjekt zurückgestrahlten
Beobachtungsstrahls mittels eines Interferometers, beispielsweise
eines Michelson-Interferometers, mit der Laufzeit des Beleuchtungsstrahls mit
bekannter optischer Weglänge als Referenz. Die Interferenz
der beiden Lichtstrahlen ergibt ein Muster, aus dem man die relative
optische Weglänge abgeleitet werden kann.
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Bei
der Deflektometrie-Messmethode beobachtet man das Bild eines Lichtmusters,
wie beispielsweise eines Gitters, in Reflexion über die
Oberfläche des Messobjekts. Aus der Deformation des Gitterbildes
kann man den lokalen Gradienten der Oberfläche bestimmen
und daraus die 3D-Informationen des Messobjekts erzeugen.
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Die
Abtastbewegung der Lichtstrahlen wird bei bekannten Vorrichtungen
beispielsweise durch einen Drehspiegel innerhalb eines Gehäuses
der Vorrichtung realisiert. Der Drehspiegel wird um eine Drehachse,
die senkrecht zur Richtung des Lichtstrahls verläuft, gekippt
und lenkt den Lichtstrahl durch eine oszillierende Bewegung innerhalb
einer Winkelbereichs ab. Der oszillierende Lichtstrahl wird dann
durch einen am vorderen Ende der Vorrichtung befindlichen fest befestigten
Strahlumlenker auf die Oberfläche des Messobjekts umgelenkt.
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In
der
DE 198 29 278
C1 wird eine 3D-Kamera zur Erfassung von Oberflächenstrukturen,
insbesondere für zahnmedizinische Zwecke offenbart. Ein Projektionsstrahl
wird in seiner Richtung durch eine Blende verändert und
durch ein Prisma am vorderen Ende der Vorrichtung auf das Messobjekt
umgelenkt. Ein vom Messobjekt reflektierter Beobachtungsstrahl wird
durch das Prisma wiederum umgelenkt und zu einem Bildsensor zur
Bildanalyse umgeleitet.
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Ein
Nachteil solcher Vorrichtungen ist dass, ein Spiegel oder ein Prisma
zur Umlenkung des Projektionsstrahls bzw. Beleuchtungsstrahls zum
Messobjekt und zur Umlenkung des zurückgestrahlten Beobachtungsstrahls
zum Bildsensor verwendet wird, der unbeweglich installiert ist.
Dadurch geben seine Ausmaße im Wesentlichen die Größe
des möglichen Messfeldes solcher Vorrichtungen vor. Das
Messfeld ist das Feld, das auf dem Messobjekt mit dem Projektionsstrahl
bzw. Beobachtungsstrahl abgetastet wird. Ein Spiegel oder ein Prisma
muss nämlich so groß gestaltet sein, dass der
Projektionsstrahl bzw. Beobachtungsstrahl auf das Messobjekt innerhalb
des Messfeldes umgelenkt werden kann. Die Bauhöhe der Vorrichtungen
ist deshalb bei einem größerem Messfeld ebenfalls
so groß, dass insbesondere eine 3D-Vermessung von Zähnen
innerhalb einer Mundhöhle eines Patienten erschwert wird.
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Die
Aufgabe dieser Erfindung besteht also darin, eine Vorrichtung zur
3D-Vermessung bereitzustellen, die in ihrer Bauhöhe schmal
gestaltet ist und zugleich die Abtastung eines möglichst
großen Messfeldes erlaubt.
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Darstellung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Vorrichtung zur optischen 3D-Vermessung einen ersten Strahlumlenker
zur Umlenkung eines Beleuchtungsstrahls auf ein Messobjekt und zur
Umlenkung des vom Messobjekt zurückgestrahlten Beobachtungsstrahls, wobei
der erste Strahlumlenker entlang einer Wegstrecke S bewegbar ist.
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Der
erste Strahlumlenker kann beispielsweise in Form eines Umlenkspiegels,
eines Umlenkprisma oder einer sonstigen Vorrichtung ausgeführt
sein, die sich richtungsändernd auf einen Lichtstrahl auswirkt.
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Die
Vorrichtung kann für bekannte optischer Messmethoden, wie
die chromatisch konfokalen Messmethode, die Triangulation-Messmethode,
die klassischen Interferometrie-Messmethode, die Weißlichtinterferometrie-Messmethode
oder die Deflektometrie-Messmethode, verwendet werden.
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Der
Beleuchtungsstrahl kann abhängig von der verwendeten Messmethode
sowohl monochromatisch als auch polychromatisch sein. Bei Verwendung
eines monochromatischen Beleuchtungsstrahls für die Triangulation-Messmethode,
die klassischen Interferometrie-Messmethode, die Weißlichtinterferometrie-Messmethode
oder die Deflektometrie-Messmethode muss der Beleuchtungsstrahl
nicht notwendigerweise fokussiert werden. Falls keine Fokussierung
erfolgt wird ausschließlich der erste Strahlumlenker, ohne
ein fokussierendes optisches System, wie ein Objektiv, entlang der
Wegstrecke S bewegt. Ansonsten wird der Beleuchtungsstrahls mittels
eines fokussierenden optischen Systems, wie eines Objektivs, der
mit dem ersten Strahlumlenker mitbewegt wird, fokussiert.
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Der
sich entlang der Wegstrecke S bewegende erste Strahlumlenker lenkt
den Beleuchtungsstrahl auf das Messobjekt, wobei der eingestrahlte Beleuchtungsstrahl
unverändert bleibt. Somit erfolgt eine Abtastbewegung des
Beleuchtungsstrahls durch die Bewegung des ersten Strahlumlenkers
entlang der Wegstrecke S. Der erste Strahlumlenker kann beispielsweise
linear entlang einer Wegstrecke S bewegt werden, die parallel zur
Richtung des eingestrahlten Beleuchtungsstrahls ist, so dass ein Messfeld
auf dem Messobjekt mit der Länge S abgetastet wird. Der
Beleuchtungsstrahl trifft auf das Messobjekt und wird durch Reflexions-
und Streuvorgänge teilweise zurückgestrahlt und
wird als Beo bachtungsstrahl durch den ersten Strahlumlenker zurück
an den Bildsensor zur Bildsignalanalyse weitergeleitet.
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Die
3D-Vermessung eines Messfeldes kann durch einmaliges Abtasten durch
den Beobachtungsstrahl erfolgen. Bei einem Beleuchtungsstrahl in Form
eines Streifens kann die 3D-Vermessung durch eine einmalige Abtastbewegung
in senkrechter Richtung zum Streifen erfolgen. Diese einmalige Abtastbewegung
wird dabei durch eine einmalige Bewegung des ersten Strahlumlenkers
entlang der Wegstrecke S erzeugt. Als Beleuchtungsstrahl können auch
mehrere Lichtstreifen oder auch sonstige Lichtmuster verwendet werden.
Ein punktförmiger Beleuchtungsstrahl muss die Abtastbewegung
mehrmals vorführen um ein Messfeld zeilenweise abzutasten.
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Der
erste Strahlumlenker ist im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen,
die einen fest montierten Strahlumlenker zur Umlenkung des Beobachtungsstrahls
aufweisen, beweglich. Der Beleuchtungsstrahl bleibt dabei in seiner
Richtung unverändert. Dadurch muss der erste Strahlumlenker
nur von geringen Ausmaßen sein, um den Beobachtungsstrahl
umzulenken. Die Vorrichtung kann folglich in ihrer Bauhöhe
schmaler als die bekannten Vorrichtungen konstruiert werden, so
dass besonders bei zahnmedizinischer Anwendung der Zugang zu Zähnen
innerhalb einer Mundhöhle erheblich erleichtert wird.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ein größeres Messfeld mit der Länge
S abgetastet werden kann, denn die Wegstrecke S ist ausschließlich
durch die Baulänge der Vorrichtung begrenzt.
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Vorteilhafterweise
kann ein Objektiv zur Fokussierung des Beleuchtungsstrahls zusammen gleichlaufend
mit dem entlang der Wegstrecke S bewegbaren ersten Strahlumlenker
bewegbar sein.
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Bei
der chromatisch konfokalen Messmethode wird der polychromatische
Beleuchtungsstrahl auf die Oberfläche des Messobjekts fokussiert,
so dass ein Objektiv mit dem ersten Strahlumlenker zusammen gleichlaufend
bewegt werden muss, um den Fokuspunkt bei gleichbleibender Brennweite
des Objektivs in einer Ebene parallel zur Bewegungsrichtung des
ersten Strahlumlenkers zu halten. Bei Verwendung eines polychromatischen
Beleuchtungsstrahls für die übrigen optischen
3D-Vermessungsverfahren, wie die Triangulation-Messmethode, die
klassischen Interferometrie-Messmethode, die Weißlichtinterferometrie-Messmethode
oder die Deflektometrie-Messmethode, muss der Beleuchtungsstrahl
auch fokussiert werden, so dass ebenfalls ein mit dem ersten Strahlumlenker
mitbewegtes Objektiv notwendig ist.
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Vorteilhafterweise
kann der Strahlumlenker entlang der Wegstrecke S oszillierend bewegbar sein.
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Falls
der Beleuchtungsstrahl punktförmig ist, kann dieser bei
der 3D-Vermessung das Messfeld zeilenweise oszillierend abtasten.
Eine solche Abtastbewegung wird durch die oszillierende Bewegung des
Strahlumlenkers entlang der Wegstrecke S erzeugt.
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Bei
einem Beleuchtungsstrahl in Form eines Streifens reicht eine einmalige
Abtastbewegung aus, um ein Messfeld mit der Breite des Streifens
zu vermessen. Eine solche 3D-Vermessung kann jedoch auch oszillierend
erfolgen, um eine kontinuierliche Abtastung der aktuellen Oberflächeninformation
zu erhalten. Dies ist bei sich zeitlich ändernden Messobjekten
wesentlich. Bei einer solchen oszillierenden 3D-Vermessung kann
die Vorrichtung um das Messobjekt bewegt werden, um Oberflächeninformationen des
Messobjekts aus unterschiedlichen Richtungen zu erhalten. Die einzelnen
3D-Aufnahmen aus verschiedenen Richtungen können dann zu
einer gesamten 3D-Aufnahme des Messobjekts zusammengesetzt werden.
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Die
3D-Vermessung eines Messfeldes kann durch einmaliges Abtasten durch
den Beobachtungsstrahl erfolgen. Bei einem Beleuchtungsstrahl beispielsweise
in Form eines Streifens kann durch eine einmalige Abtastbewegung
in senkrechter Richtung zum Streifen, die durch eine einmalige Bewegung des
ersten Strahlumlenkers entlang der Wegstrecke S erzeugt wird, die
3D-Vermessung erfolgen.
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Vorteilhafterweise
kann der erste Strahlumlenker entlang der Wegstrecke S mittels Führungsmittel
innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung linear geführt
werden. Dadurch wird der erste Strahlumlenker in seinen Freiheitsgraden
auf eine lineare Bewegung begrenzt.
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Vorteilhafterweise
kann eine Gegenmasse einer Kraftausgleichseinheit entgegengesetzt
zur Bewegung des ersten Strahlumlenkers bewegbar sein, so dass die
bei der Bewegung des ersten Strahlumlenkers und der Gegenmasse entstehenden
Kräfte und Drehmomente sich nach Möglichkeit gegenseitig aufheben.
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Die
Kraftausgleichseinheit umfasst eine Gegenmasse, die innerhalb des
Gehäuses der Vorrichtung angebracht ist und entgegengesetzt
zum ersten Strahlumlenker bewegt wird. Abhängig von der
Beschleunigung und der bewegten Masse entstehen Beschleunigungskräfte,
die Drehmomente als Vektorprodukt aus Kraft und Wegstrecke zum Drehpunkt verursachen.
Beispielsweise kann die Gegenmasse die gleiche Masse wie der erste
Strahlumlenker mit seinen mitbewegten Befestigungsteilen aufweisen, so
dass bei entgegengesetzter Bewegung mit Beschleunigungen vom gleichen
Betrag entgegengerichtete Beschleunigungskräfte entstehen
die sich gegenseitig ausgleichen. Die Beschleunigungskräfte greifen
an Punk ten an, deren orthogonale Abstände zum Drehpunkt
möglichst gleich sind, so dass die Drehmomente sich ebenfalls
nahezu ausgleichen. Die Angriffspunkte der Beschleunigungskräfte
sind dabei die Massenschwerpunkte der bewegten Massen, nämlich
des ersten Strahlumlenkers mit seinen Befestigungsteilen und der
Gegenmasse. Durch die Kraftausgleichseinheit wird folglich ein Vibrieren
der Vorrichtung während der 3D-Vermessung verhindert, das
ansonsten durch den Benutzer kompensiert werden müsste
und verwacklungsfreie Vermessung unmöglich machen würde.
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Vorteilhafterweise
kann die Gegenmasse entgegengesetzt zur linearen Bewegung des ersten Strahlumlenkers
mittels Führungsmittel innerhalb des Gehäuses
der Vorrichtung linear geführt werden. Dadurch wird der
Strahlumlenker und die Gegenmasse in der gewünschten Richtung
und innerhalb der gewünschten Wegstrecke S geführt.
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Vorteilhafterweise
kann die Bewegung der Gegenmasse an die Bewegung des ersten Strahlumlenkers über
Kopplungsmittel gekoppelt sein. Dadurch muss die Gegenmasse nicht
separat angetrieben werden und aufwendig zum Antrieb für
die lineare Bewegung des ersten Strahlumlenkers synchronisiert werden.
Eine mechanische Kopplung hat nämlich den Vorteil, dass
die Bewegungen des ersten Strahlumlenkers und der Gegenmasse bei
unvorhergesehener eventueller Frequenzänderung trotzdem synchron
bleiben.
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Vorteilhafterweise
können die Kopplungsmittel Zahnräder, Zahnstangen,
Federn und/oder elastische Fasern sein. Dadurch werden die Bewegungen mechanisch
auf eine einfache Weise aneinander gekoppelt.
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Vorteilhafterweise
kann die Wegstrecke S zwischen 1 mm und 40 mm betragen. Dadurch
kann ein Messfeld mit der Länge S zwischen 1 mm und 40 mm
abgetastet werden. Bei 3D-Aufnahme in der Mundhöhle eines
Patienten können somit Abschnitte einer Zahnreihe vermessen
werden.
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Vorteilhafterweise
kann die oszillierende Bewegung des ersten Strahlumlenkers eine
Frequenz zwischen 1 Hz und 100 Hz betragen. Für eine zeitsparende
3D-Vermessung sollte die Frequenz der Abtastbewegung möglichst
hoch eingestellt werden. Andererseits ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit
des Bildsensors ein begrenzender Faktor für die Frequenz
der Abtastbewegung.
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Vorteilhafterweise
kann der erste Strahlumlenker ein Teil einer Scaneinheit sein, die
oszillierend innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung bewegbar ist.
Der erste Strahlumlenker kann sich beispielsweise innerhalb einer
transparenten Scaneinheit aus Plexiglas befinden, die zusammen mit
dem ersten Strahlumlenker in Form gegossen wurde. Der erste Strahlumlenker
kann auch auf eine andere Weise mit der Scaneinheit fest verbunden
sein. Die gesamte Scaneinheit vollführt somit zusammen
mit dem Strahlumlenker die oszillierende, vorzugsweise lineare Abtastbewegung
innerhalb der Vorrichtung. Die Masse der Gegenmasse muss demnach
so ausgelegt sein, dass die Beschleunigungskraft der gesamten Scaneinheit
ausgeglichen wird. Beispielsweise kann die Gegenmasse die Masse
der Scaneinheit aufweisen. Eine weitere Alternative wäre
eine Gegenmasse mit geringerer oder größerer Masse
mit einer stärkeren oder schwächeren Beschleunigung, um
eine ausgleichende Beschleunigungskraft bereitzustellen.
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Vorteilhafterweise
kann die Scaneinheit mehrere Strahlumlenker umfassen, um den Beleuchtungsstrahl
mehrfach umzulenken. Dadurch kann der Strahlengang des Beleuchtungsstrahls
innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung in gewünsch ter
Weise umgelenkt werden, so dass die Bauform der Vorrichtung variieren
kann.
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Vorteilhafterweise
kann die Scaneinheit ein Objektiv zur Fokussierung des Beleuchtungsstrahls auf
die Oberfläche des Messobjekts umfassen. Das Objektiv wird
zusammen mit dem ersten Strahlumlenker in der Scaneinheit bewegt,
so dass die parallelen Beleuchtungsstrahlen auf die Oberfläche
des Messobjekts fokussiert werden. Die Brennweite des Objektivs
entspricht demnach der Wegstrecke von der Hauptebene des Objektiv
entlang der optischen Achse zum ersten Strahlumlenker und vom ersten Strahlumlenker
bis zum Fokuspunkt auf der Oberfläche des Messobjekts.
Die Gegenmasse kann der Masse der Scaneinheit mit dem Objektiv entsprechen,
um die Beschleunigungskraft auszugleichen.
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Vorteilhafterweise
kann das Objektiv ein chromatisches Objektiv sein und der Beleuchtungsstrahl
wellenlängenabhängig auf die Oberfläche
des Messobjekts fokussiert werden. Bei der chromatisch konfokalen
Messmethode zur 3D-Vermessung wird ein chromatischen Objektiv verwendet.
Die Brennweite ändert sich abhängig von der Wellenlänge
der eingestrahlten Lichtphotonen, so dass nur ein begrenzter Spektralbereich
des eingestrahlten polychromatischen Lichts auf der Oberfläche
des Messobjekts scharf fokussiert wird. Eine Spektralanalyse des
reflektierten Lichts gibt dann Aufschluss über die relative
Lage des Messobjekts entlang einer Strahlmittelachse.
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Vorteilhafterweise
kann die Vorrichtung einen Anschluss für einen Lichtleiter
aufweist, der die Vorrichtung mit einer Basiseinheit verbindet,
wobei der Lichtleiter den Beleuchtungsstrahl von einer Lichtquelle
in der Basiseinheit an die Vorrichtung weiterleitet und den vom
Messobjekt zurückgestrahlten Beobachtungsstrahl an die
Basiseinheit zurück führt, der mittels eines Strahlteilers
umgelenkt und analysiert wird. Dadurch kann die Vorrichtung unabhängig von
der Basiseinheit bewegt werden. Die Basiseinheit umfasst dabei die
Lichtquelle, den Strahlteiler vor der Lichtquelle und einen Lichtsensor,
wie eines Spektrometers oder einer CCD-Kamera, zur Analyse des reflektierten
Lichts. Darüber hinaus kann die Vorrichtung in ihren Außenmaßen
kleiner und leichter hergestellt werden, so dass der Bedienkomfort
und der Zugang zu einem Messobjekt, insbesondere zu Zähnen
innerhalb einer Mundhöhle bei zahnärztlicher Anwendung,
verbessert wird.
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Vorteilhafterweise
kann der erste Strahlumlenkers sich an einem gegenüber
dem Anschluss für den Lichtleiter liegenden Ende der Vorrichtung
befindet. Dadurch wird der Zugang insbesondere zu den hinteren Backenzähnen
erleichtert.
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Vorteilhafterweise
kann der erste Strahlumlenker einen Winkel von 45° zum
Beleuchtungsstrahl aufweisen, so dass dieser im rechten Winkel ablenkt wird.
Die Vorrichtung muss demnach senkrecht zu der zu vermessenden Oberfläche
des Messobjekts gehalten werden. Dadurch wird die optische 3D-Vermessung
von Zahnoberflächen verbessert, denn Zahnoberflächen
reflektieren den Beleuchtungsstrahl vorwiegend diffus in alle Richtungen
oberhalb der Zahnoberfläche mit einer Vorzugsrichtung größter
Intensität senkrecht zur Zahnoberfläche.
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Vorteilhafterweise
kann der Beleuchtungsstrahl aus einer Reihe von Teilstrahlen bestehen,
die in einer Ebene angeordnet sind. Dadurch kann eine parallele
3D-Vermessung mit den Teilstrahlen durchgeführt werden,
so dass die Vermessungsdauer verkürzt wird. Falls eine
chromatisch konfokale Messmethode Anwendung findet, können
mehrere in einer Reihe nebeneinander angeordnete punktförmigen Teilstrahlen
ver wendet werden, die einzeln mittels der im Strahlengang der Teilstrahlen
angeordneten chromatische Objektive fokussiert werden und die zurückgestrahlten
Beobachtungsstrahlen mittels der entsprechend angeordneten Blenden
konfokal auf einen Farbsensor abgebildet werden.
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Vorteilhafterweise
kann die Vorrichtung zur optischen 3D-Vermessung ein dentales Handstück zur
Vermessung von Zahnoberflächen in der Mundhöhle
eines Patienten sein. Dadurch kann die erfindungsgemäße
Vorrichtung zu zahnärztlichen Zwecken verwendet werden.
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Vorteilhafterweise
kann der erste Strahlumlenker zwischen zwei Positionen verstellbar
sein, wobei der erste Strahlumlenker in der ersten Position den
Beleuchtungsstrahl in eine erste Richtung umlenkt und in der zweiten
Position den Beleuchtungsstrahl in eine zweite Richtung umlenkt,
die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist.
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In
der ersten Position kann der Beleuchtungsstrahl in die erste Richtung,
beispielsweise zu den Zähnen des unteren Kiefers, und in
der zweiten Position in die zweite Richtung, beispielsweise zu den
Zähnen des oberen Kiefers, umgelenkt werden. Dadurch kann
die Richtung der 3D-Vermessung der Vorrichtung gewechselt werden,
ohne die Vorrichtung wenden zu müssen. Die Verstellung
von der ersten in die zweite Position kann durch eine Drehung des
Strahlumlenkers um eine Achse die senkrecht zum Beleuchtungsstrahl
ist erfolgen.
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Vorteilhafterweise
kann der erste Strahlumlenker bei einer ersten Ausrichtung der Polarisation den
Beleuchtungsstrahl in die erste Richtung und in einer zweiten Ausrichtung
der Polarisation in die zweite Richtung umlenkt, die zu der ersten
Richtung entgegengesetzt ist.
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Bei
einer ersten Ausrichtung der Polarisation wird der linear polarisierte
Beleuchtungsstrahl in die erste Richtung und einer zweiten Ausrichtung
der Polarisation in die zweite Richtung umgelenkt. Ein solcher polarisationsabhängiger
Strahlumlenker kann beispielsweise aus einem Polarisationsfilter
und einem im Strahlengang des Beleuchtungsstrahls dahinter angeordneten
Umlenkspiegel bestehen. Falls die Polarisation des Beleuchtungsstrahls
senkrecht zur Durchlassrichtung des Polarisationsfilters ist, wird
der Beleuchtungsstrahl nahezu vollständig vom Polarisationsfilter
reflektiert und in die erste Richtung umgelenkt. Falls die Polarisation
des Beleuchtungsstrahls parallel zur Durchlassrichtung des Polarisationsfilters
ist, wird der Beleuchtungsstrahl nahezu vollständig transmittiert
und vom dahinter angeordneten Umlenkspiegel reflektiert und somit
in die zweite entgegengesetzte Richtung umgelenkt.
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Vorteilhafterweise
kann der erste Strahlumlenker in seinem Winkel bezüglich
der Ausrichtung des Beleuchtungsstrahls verstellbar sein.
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Dadurch
kann ein gewünschter Umlenkwinkel des Beleuchtungsstrahls
eingestellt werden, so dass auch schwer zugängliche Messfelder,
die vor der Vorrichtung liegen, vermessen werden können.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zur optischen 3D-Vermessung mit einer Vorrichtung, umfassend einen
ersten Strahlumlenker, wobei mittels des ersten Strahlumlenkers,
der entlang einer Wegstrecke S bewegt wird, ein Beleuchtungsstrahl
auf ein Messobjekt umgelenkt wird und ein vom Messobjekt zurückgestrahlter Beobachtungsstrahl
erneut umgelenkt wird.
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Eine
Abtastbewegung des Beleuchtungsstrahls erfolgt also durch die Abtastbewegung
des ersten Strahlumlenkers, wobei der erste Strahlumlenker beispielsweise
linear entlang einer Wegstrecke S bewegt werden kann, die parallel
zur Richtung des Beleuchtungsstrahls ist. Auf dem Messobjekt kann
dadurch ein Messfeld mit der Länge S vermessen werden.
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Ein
Vorteil des Verfahrens ist, dass ein relativ großes Messfeld
mit der Länge S abgetastet werden kann, weil der erste
Strahlumlenker entlang der erfinderischen Vorrichtung bewegt wird
und somit nur durch die Baulänge der Vorrichtung begrenzt
ist.
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Ein
weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass der Beleuchtungsstrahl
an jeder Stelle der Messfeldes mit der Länge S unter dem
gleichen relativen Winkel zur Vorrichtung auf die Oberfläche
des Messobjekts fällt. Dadurch ist die Intensität
des reflektierten Strahls besser vergleichbar, denn die Intensität des
reflektierten Lichts ist bei diffuser Reflexion winkelabhängig.
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Vorteilhafterweise
kann der erste Strahlumlenker entlang der Wegstrecke S oszillierend
bewegt werden.
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Die
oszillierende Abtastbewegung, die durch die oszillierende Bewegung
des ersten Strahlumlenkers erzeugt wird, ermöglicht eine
zeilenweise Abtastung eines Messfeldes mit einem punktförmigen
Beleuchtungsstrahl, eine kontinuierliche Abtastung eines sich zeitlich ändernden
Messobjekts oder eine Abtastung eines Messobjekts aus unterschiedlichen Richtungen.
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Vorteilhafterweise
kann der Strahlumlenker entlang der Wegstrecke S linear bewegt werden.
Dadurch wird der Beleuchtungsstrahl an jedem Punkt der Wegstrecke
S unter dem gleichen Winkel umgelenkt.
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Vorteilhafterweise
kann eine Gegenmasse einer Kräfteausgleichseinheit entgegengesetzt
zum ersten Strahlumlenker oszillierend bewegt werden, so dass die
bei der Bewegung des ersten Strahlumlenkers und der Gegenmasse entstehenden
Kräfte und Drehmomente sich nach Möglichkeit gegenseitig aufheben.
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Die
Gegenmasse kann die gleiche Masse wie der erste Strahlumlenker mit
seinen mitbewegten Befestigungsteilen aufweisen, so dass bei entgegengesetzter
Bewegung sich ausgleichende Beschleunigungskräfte entstehen.
Die Beschleunigungskräfte greifen an Punkten der Vorrichtung
mit dem gleichen orthogonalen Abstand zu einem Drehpunkt, so dass die
Drehmoment sich ebenfalls aufheben. Dadurch verhindert die Kraftausgleichseinheit
ein Vibrieren während der 3D-Vermessung, das ansonsten
durch den Benutzer kompensiert werden müsste und verwacklungsfreie
Vermessung unmöglich machen würde.
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Vorteilhafterweise
kann die Gegenmasse entgegengesetzt zur Bewegung des ersten Strahlumlenkers
linear bewegt werden. Dadurch kann die Gegenmasse entgegengesetzt
zur ebenfalls linearen Bewegung des ersten Strahlumlenkers bewegt
werden.
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Vorteilhafterweise
kann die Wegstrecke S zwischen 1 mm und 40 mm betragen. Dadurch
wird eine 3D-Vermessung eines Zahnreihenbereichs mit der Länge
zwischen 1 mm und 40 mm ermöglicht.
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Vorteilhafterweise
kann die oszillierende Bewegung des ersten Strahlumlenkers eine
Frequenz zwischen 1 Hz und 100 Hz betragen. Die Frequenz der Abtastbewegung
sollte für eine zeitsparende 3D-Vermessung möglichst
hoch gewählt werden. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit des
Bildsensors, wie eines Spektrometers oder einer CCD-Kamera, begrenzt
jedoch die mögliche Frequenz der Abtastbewegung für
die Aufnahme des Beobachtungsstrahls.
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Vorteilhafterweise
kann der Beleuchtungsstrahl durch weitere im Strahlengang vor dem
ersten Strahlumlenker angeordnete Strahlumlenker mehrfach umgelenkt
werden. Dadurch kann der Strahlengang des Beleuchtungsstrahls innerhalb
der Vorrichtung mehrfach umgelenkt werden und unter einem gewünschten
Winkel zu der Oberfläche des Messobjekts umgeleitet werden.
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Vorteilhafterweise
kann der Beleuchtungsstrahl durch ein Objektiv auf die Oberfläche
des Messobjekts fokussiert werden. Dadurch befindet sich die Oberfläche
des Messobjekts im Fokuspunkt des Objektivs und wird scharf abgebildet.
Die Masse des Objektivs als Bestandteil der oszillierend bewegbaren
Scaneinheit trägt zur Beschleunigungskraft der Scaneinheit
bei.
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Vorteilhafterweise
kann der erste Strahlumlenker den Beleuchtungsstrahl im rechten
Winkel ablenken. Die Vorrichtung kann demnach parallel zur Oberfläche
des Messobjekts gehalten werden, wobei der Beleuchtungsstrahl senkrecht
auf die Oberfläche des Messobjekt fällt. Dies
ist besonders bei der 3D-Vermessung von Zähnen wegen des
schwierigen Zugangs vorteilhaft. Bei senkrechter Einstrahlung ist die
Intensität des reflektierten Lichts am höchsten, denn
Zahnoberflächen reflektieren diffus mit der maximaler Intensität
senkrecht zur Zahnoberfläche.
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Vorteilhafterweise
kann der eingestrahlte polychromatische Beleuchtungsstrahl durch
ein Objektiv auf die Oberfläche des Messobjekts wellenlängenabhängig
fokussiert werden. Das Objektiv fokussiert polychromatisches eingestrahltes
Licht mit auf Fokuspunkte die Wellenlängenabhängig
sind, so dass nur ein begrenzter Spektralbereich scharf auf der Oberfläche
des Messobjekts fokussiert wird, die übrigen Spektralbereiche
bilden die Oberfläche nur unscharf ab.
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Vorteilhafterweise
kann der Beleuchtungsstrahl aus einer Reihe von Teilstrahlen besteht,
die in einer Ebene angeordnet sind. Dadurch kann eine 3D-Vermessung
parallel mit der Reihe aus Teilstrahlen durchgeführt werden,
so dass die Vermessungsdauer verkürzt wird.
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Vorteilhafterweise
kann das Messobjekt der optischen 3D-Vermessung eine Zahnoberfläche
in der Mundhöhle eines Patienten sein. Dadurch kann das
erfinderische Verfahren zu zahnärztlichen Zwecken verwendet
werden.
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Vorteilhafterweise
kann der erste Strahlumlenker zwischen zwei Modi verstellt werden,
wobei der erste Strahlumlenker im ersten Modus den Beleuchtungsstrahl
in eine erste Richtung umlenkt und im zweiten Modus den Beleuchtungsstrahl
in eine zweite Richtung umlenkt, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt
ist. Dadurch kann die Richtung der Vermessung geändert
werden, ohne die Vorrichtung zu schwenken.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt die
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1 eine
Gesamtansicht der Vorrichtung zur 3D-Vermessung, umfassend ein dentales
Handstück und eine Basiseinheit, die
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2 eine
Detailansicht des dentalen Handstücks mit einer Scaneinheit
und einer Kraftausgleichseinheit, die
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3 eine
Detailansicht des dentalen Handstücks aus 2 mit
Kopplungsmitteln zwischen der Kraftausgleichseinheit und der Scaneinheit,
die
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4 eine
Detailansicht der Vorrichtung aus 1 mit einem
ersten Strahlumlenker, der zwischen zwei Positionen verstellbar
ist, die
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5 eine
Detailansicht der Vorrichtung aus 1 mit einem
Strahlumlenker, der abhängig von der Polarität
den Beleuchtungsstrahl umlenkt, die
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6 eine
Detailansicht der Vorrichtung aus 1 mit einem
ersten Strahlumlenker, der in seinem Winkel bezüglich der
Ausrichtung des Beleuchtungsstrahls verstellbar ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung
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Die 1 zeigt
eine Vorrichtung 1 zur optischen 3D-Vermessung, das einen
ersten Strahlumlenker 2 ein Objektiv 3 und einen
Anschluss 4 für einen Lichtleiter 5 umfasst.
Der erste Strahlumlenker 2 ist dabei entlang einer Wegstrecke
S oszillierend bewegbar. Der erste Strahlumlenker 2' nach
der linearen Bewegung entlang der Wegstrecke S ist gestrichelt dargestellt.
Das Objektiv 3 wird zusammen mit dem ersten Strahlumlenker 2 ebenfalls
um die Wegstrecke S linear bewegt. Das gestrichelt dargestellte Objektiv 3' zeigt
die Position des Objektivs 3 nach der Bewegung. Die dargestellte
Vorrichtung zur optischen 3D-Vermessung 1 hat die Gestalt
eines dentalen Handstücks, das über einen Lichtleiter 5 mit
einer Basiseinheit 6 verbunden ist. Die Basiseinheit 6 weist eine
Lichtquelle 7 einen Strahlteiler 8 und einen Bildsensor 9 auf.
Ein eingestrahlter Lichtstrahl 10 wird in der Lichtquelle 7 erzeugt,
gelangt abgeschwächt durch den Strahlteiler 8,
wird durch den Lichtleiter 5 zum dentalen Handstück 1' geleitet,
wird im Handstück 1' durch das Objektiv fokussiert
und durch den ersten Strahlumlenker 2 auf die Oberfläche 11 eines
Messobjekts 12 umgeleitet. Im vorliegenden Fall ist das
Messobjekt ein einzelner Zahn in der Mundhöhle eines Patienten.
Der eingestrahlte Lichtstrahl 10 wird von der Zahnoberfläche 11 des Zahns 12 reflektiert.
Der diffuse Reflexionsanteil ist dabei höher als der gerichtete
Reflexionsanteil. Bei diffuser Reflexion wird das reflektierte Licht
in alle Richtungen oberhalb der angestrahlten Fläche abgestrahlt,
wobei das Intensitätsmaximum des reflektierten Lichts in
senkrechter Richtung zur Fläche abgestrahlt wird. Bei gerichteter
Reflexion ist der Einfallswinkel zur Oberfläche gleich
dem Ausfallswinkel.
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Ein
Teil des vorwiegend diffus reflektierten Lichts gelangt somit zurück
zum ersten Strahlumlenker und wird von diesem in Form eines Beobachtungsstrahls 13 zum
Objektiv 3 umgelenkt. Im Objektiv 3 wird der reflektierte
Lichtstrahl 13 wieder in parallel zueinander verlaufende
Strahlen umgewandelt und gelangt durch den Lichtleiter 5 zurück
zu der Basiseinheit 6. In der Basiseinheit 6 wird
ein Teil des Beobachtungsstrahls 13 vom Strahlteiler 8 zum
Bildsensor umgeleitet. Das Objektiv 3 fokussiert den einstrahlenden
Lichtstrahl 10 auf die Oberfläche 11 des Messobjekts 12,
so dass sich der Fokuspunkt 14 des Objektivs 3 auf
der Oberfläche 11 befindet. Durch die oszillierende
lineare Abtastbewegung des ersten Strahlumlenkers 2 entlang
der Wegstrecke S kann ein Messfeld 15 optisch abgetastet
werden. Das Messfeld 15 hat demnach aus der Perspektive
des Beleuchtungsstrahls 10 eine Länge, die der
Wegstrecke S entspricht. Im dargestellten Fall ist die Wegstrecke
S 10 mm lang und die Vorrichtung damit geeignet einen einzelnen
Zahn zu vermessen. Es können auch Vorrichtungen konstruiert
werden deren Mechanik eine Abtastbewegung entlang einer größeren
Wegstrecke S erlauben um größere Messflächen zu
vermessen. Die Frequenz der Abtastbewegung kann zwischen 1 Hz und
100 Hz gewählt werden. Eine höhere Frequenz würde
die Vermessungsdauer verkürzen, darf aber nur so hoch gewählt
werden, dass der Bildsensor 9 die einkommenden Bildsignale verarbeiten
kann. Die Vorrichtung 1 ist mit einem Gehäuse 16 verkleidet.
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Alternativ
kann die erfinderische Vorrichtung als feststehendes oder mobiles
Gerät mit allen Bauteilen, umfassend die Lichtquelle und
den Bildsensor, in einem Gehäuse ausgeführt sein,
wobei ein Datenkabel zur Übertragung der Bilddaten dieses
Gerät mit einer Bildanalyseeinheit verbindet.
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Der
Beleuchtungsstrahl 10 kann die Form eines Lichtpunktes,
eines Lichtstreifens, einer Projektion aus mehreren Streifen oder
auch andere Formen aufweisen. Der Beleuchtungsstrahl 10 kann
abhängig vom verwendeten 3D-Vermessungsverfahren ein monochromatischer
oder auch ein polychromatischer Lichtstrahl sein.
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Die 2 zeigt
eine Vorrichtung 1 zur optischen 3D-Vermessung aus 1 mit
einer Kraftausgleichseinheit 20. Die Kraftausgleichseinheit 20 umfasst
dabei eine Gegenmasse 21 und Führungsmittel 22.
Die Gegenmasse 21 wird mittels der Führungsmittel 22 entgegengesetzt
zur oszillierenden linearen Abtastbewegung des ersten Strahlumlenkers 2 geführt.
Der erste Strahlumlenker 2 ist im Unterschied zu 1 in
einer Scaneinheit 23 befestigt, die auch das Objektiv 3 und
zwei weitere Strahlumlenker 24 und 25 umfasst.
Der erste Strahlumlenker 2' und das Objektiv 3' sind
gestrichelt nach der Abtastbewegung um die Wegstrecke S dargestellt.
Die Scaneinheit 23 wird mittels Führungsmittel 26 im
dentalen Handstück 1' geführt. Die Gegenmasse 21 hat
die gleiche Masse wie die Scaneinheit 23 und wird synchron
entgegengesetzt zur Scaneinheit bewegt, so dass Beschleunigungskräfte
F1 der Scaneinheit und F2 der Gegenmasse 21 sich
gegenseitig aufheben. Die Beschleunigungskräfte F1 und F2 greifen
an Punkten an, deren Abstände r1 und
r2 zum Dreh punkt D gleich sind, so dass
das Drehmoment M1 als Vektorprodukt aus
F1 und r1 durch
das Drehmoment M2 als Vektorprodukt aus
F2 und r2 ausgeglichen
wird. Die Kraftausgleichseinheit 20 wird also zu einem
Ausgleich der Beschleunigungskraft F1 und
des Drehmoments M1 verwendet und verhindert
dadurch ein Vibrieren der Vorrichtung 1 bei der 3D-Vermessung,
das ansonsten durch einen Benutzer kompensiert werden müsste
und verwacklungsfreie 3D-Vermessung unmöglich machen würde.
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Die
Scaneinheit 23 kann beispielsweise mit dem Objektiv 3 und
den Strahlumlenkern 2, 24 und 25 als
eine Einheit aus transparentem Plexiglas gegossen werden. Die oszillierende
lineare Abtastbewegung erfolgt durch Antrieb eines Zahnrades 27, der
in eine Zahnstange 28 an der Scaneinrichtung 23 greift.
Die entgegengesetzte Bewegung der Gegenmasse 21 wird durch
einen weiteren Antrieb eines Zahnrades 29 bewerkstelligt,
der in eine Zahnstange 30 an der Gegenmasse 21 greift.
Die Antriebe der Zahnräder 27 und 29 werden
miteinander synchronisiert, um Bewegungen mit entgegengesetzten
Beschleunigungen und Beschleunigungskräften F1 und F2 zu gewährleisten. Der einstrahlende
Lichtstrahl 10 gelangt wie in 1 durch
den Lichtleiter 5 über den Anschluss 4 in
die Vorrichtung 1, wird durch die Strahlumlenker 25 und 24 in
der Scaneinheit 23 umgelenkt, wird im Objektiv 3 fokussiert
und durch den ersten Strahlumlenker 2 auf das Messobjekt 12 mit der
Oberfläche 11 umgelenkt. Der reflektierte Lichtstrahl 13 wird
dann wie in 1 auf dem gleichen Weg zurück
zum Bildsensor 9 gelenkt.
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Im
Vergleich mit bekannten Vorrichtungen ist ein besonderer Vorteil
der erfinderischen Vorrichtung 1, dass die Vermessung des
Messfeldes 15 mit der Länge S durch die oszillierende
lineare Abtastbewegung des ersten Strahlumlenkers 2 erfolgt.
Dadurch kann der erste Strahlumlenker 2 mit geringen Ausmaßen
konstruiert werden, da er den einstrahlenden Lichtstrahl 10 umlenken
muss, der in seiner Ausrichtung während der 3D-Vermessung
unverändert bleibt. Folglich kann die Bauhöhe
d der Vorrichtung 1 gering gehaltne werden, so dass der
Zugang zu Messobjekten, wie Zähne, in der Mundhöhle
eines Patienten erleichtert wird. Bei bekannten Vorrichtungen bleibt
die Lage des ersten Strahlumlenkers relativ zur Vorrichtung unverändert
und die Abtastbewegung erfolgt durch ein Schwenken des Beleuchtungsstrahls 10 durch
einen im Strahlengang vor dem ersten Strahlumlenker angebrachten
Drehspiegel, so dass die Länge des Messfeldes die Bauhöhe
der Vorrichtung maßgeblich bestimmt. Das dargestellte Messobjekt 12 ist
in 1 ein Teil einer Zahnreihe bestehend aus zwei
benachbarten Zähnen. Die Vorrichtung 1 aus 1 und 2 kann
sowohl zur 3D-Vermessung mittels der chromatisch konfokalen Messmethode,
als auch mittels der Triangulation-Streifenprojektion-Messmethode
oder auch anderer optischer Methoden verwendet werden.
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Die 3 zeigt
die Vorrichtung 1 aus 2, wobei
die Bewegungen der Scaneinheit 23 mit dem ersten Strahlumlenker 2 und
der Gegenmasse 21 mittels Kupplungsmittel, nämlich
eines Antriebszahnrades 31, einer Zahnstange 32 und
einer Zahnstange 33, gekoppelt. Die Zahnstange 32 ist über
ein Verbindungssteg 34 mit der Scaneinheit 23 verbunden,
die den ersten Strahlumlenker 2 umfasst. Die Zahnstange 33 ist
an der Gegenmasse 21 angebracht. Bei Antrieb des Zahnrades 31 erfolgt
die oszillierende lineare Abtastbewegung der Scaneinheit 23 und
die dazu entgegengesetzte Gegenbewegung der Gegenmasse 21,
so dass die Kräfte F1, F2 und die Drehmomente M1,
M2 aus 2 sich gegenseitig
aufheben. Der Vorteil der Kopplung im Vergleich zu der Vorrichtung aus 2 ist,
dass die Gegenmasse 21 und die Scaneinheit 23 nicht
unabhängig von einander angetrieben werden müssen
und die Antriebe der Zahnräder 27 und 29 aufwendig
synchronisiert werden müssen.
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Die
Vorrichtung 1 aus 3 kann wie
die Vorrichtung aus 2 für verschiedene
optische 3D-Vermessungsmethoden verwendet werden, die zur Erfassung
der Oberflächeninformationen einen oszillierenden Lichtstrahl
bzw. Lichtstreifen benötigen. Der einstrahlende Lichtstrahl 10 gelangt
wie in 2 über den Lichtleiter 5 in
die Vorrichtung 1 und der reflektierte Lichtstrahl wird
mittels des Lichtleiters 5 zurück zu Basiseinheit 6 aus 1 geleitet.
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Die 4 zeigt
eine Vorrichtung 1 mit einem ersten Strahlumlenker 2,
der zwischen zwei Positionen 2' und 2'' um die
Achse 35 durch eine Schwenkbewegung 36 verstellbar
ist. In der ersten Position 2' lenkt der erste Strahlumlenker 2 in
Form eines Umlenkspiegels den Beleuchtungsstrahl 10 in
eine erste Richtung 10' zu Zähnen des unteren
Kiefers 12' und in der zweiten Position 2'' zu
Zähnen des oberen Kiefers 12'' ab. Somit muss
die Vorrichtung 1 nicht gewendet werden, um von der 3D-Vermessung
des unteren Kiefers 12' zur 3D-Vermessung des oberen Kiefers 12'' zu
wechseln. Die erste Richtung 10' weist einen ersten Winkel 37 von
90° und die zweite Richtung 10'' einen zweiten
Winkel 38 von 90° zum Beleuchtungsstrahl auf.
Dieser Winkel 37 kann auch zwischen 5° und 175° betragen.
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Die 5 zeigt
eine Vorrichtung 1 mit einem Strahlumlenker 2,
der abhängig von der Polarität den Beleuchtungsstrahl 10 entweder
in die erste Richtung 10' zu den Zähnen des unteren
Kiefers 12' oder in die zweite Richtung 10' zu
den Zähnen des oberen Kiefers 12'' ablenkt. Bei
einer ers ten Ausrichtung 40 der Polarisation wird der Beleuchtungsstrahl 10 in
die erste Richtung 10' und einer zweiten Ausrichtung 40' der
Polarisation in die zweite Richtung 10'' umgelenkt. Ein
solcher polarisationsabhängiger Strahlumlenker kann beispielsweise
aus einem Polarisationsfilter und einem im Strahlengang des Beleuchtungsstrahls 10 dahinter
angeordneten Umlenkspiegel bestehen. Falls die Polarisation 40 des
Beleuchtungsstrahls 10 senkrecht zur Durchlassrichtung
des Polarisationsfilters ist, wird der Beleuchtungsstrahl 10 nahezu
vollständig vom Polarisationsfilter reflektiert und in
die erste Richtung 10' umgelenkt. Falls die Polarisation 40' des
Beleuchtungsstrahls 10 parallel zur Durchlassrichtung des
Polarisationsfilters ist, durchstrahlt nahezu vollständig
und wird vom dahinter angeordneten Umlenkspiegel reflektiert und
in die zweite Richtung 10'' umgelenkt.
-
Die 6 zeigt
eine Vorrichtung 1 mit einem ersten Strahlumlenker 2,
der in seinem Winkel 50 bezüglich der Ausrichtung
des Beleuchtungsstrahls 10 verstellbar ist. Der erste Strahlumlenker
ist in zwei Winkellagen mit einem ersten Winkel 50 von
20° und einem zweiten Winkel 50' von 65° dargestellt.
Folglich entsteht in der ersten Winkellage mit dem Winkel 50 von
20° zwischen dem Beleuchtungsstrahl 10 und dem
umgelenktem Beleuchtungsstrahl 10' ein Winkel 37' von
140° und in der zweiten Winkellage mit dem Winkel 50' von
65° ein Winkel 37'' von 50°. Die lineare
Bewegung des ersten Strahlumlenkers 2 von einer ersten
Position 2 längst zur Vorrichtung 1 entlang
einer Wegstrecke S zu einer zweiten Position 2' wird in der
ersten Winkellage mit dem Winkel 50 wird ein Messfeld 51 mit
der Länge S und in der zweiten Winkellage mit dem Winkel 50' wird
ein Messfeld 51' abgetastet. Dadurch kann ein Messfeld
vor der Vorrichtung 1 abgetastet werden, das nur schwer
zugänglich ist, wie beispielsweise im Bereich der molaren
Backenzähne.
-
- 1
- Vorrichtung
- 2
- erster
Strahlumlenker
- 2'
- erster
Strahlumlenker um S bewegt
- 3
- Objektiv
- 3'
- Objektiv
um S bewegt
- 4
- Anschluss
- 5
- Lichtleiter
- 6
- Basiseinheit
- 7
- Lichtquelle
- 8
- Strahlteiler
- 9
- Bildsensor
- 10
- Beleuchtungsstrahl
- 10'
- erste
Richtung
- 10''
- zweite
Richtung
- 11
- Oberfläche,
Zahnoberfläche
- 12
- Messobjekts,
Zahn
- 12'
- unterer
Kiefers
- 12''
- oberer
Kiefers
- 13
- Beobachtungsstrahl
- 14
- Fokuspunkt
- 15
- Messfeld
- 16
- Gehäuse
- 20
- Kraftausgleichseinheit
- 21
- Gegenmasse
- 22
- Führungsmittel
- 23
- Scaneinheit
- 24
- Strahlumlenker
- 25
- Strahlumlenker
- 26
- Führungsmittel
- 27
- Zahnrad
- 28
- Zahnstange
- 29
- Zahnrad
- 30
- Zahnstange
- 31
- Antriebszahnrad
- 32
- Zahnstange
- 33
- Zahnstange
- 34
- Verbindungssteg
- 35
- Achse
- 36
- Schwenkbewegung
- 37
- erster
Winkel
- 38
- zweiter
Winkel
- 40
- erste
Ausrichtung
- 40'
- zweite
Ausrichtung
- 50
- Winkel
- 50'
- zweiter
Winkel
- 51
- Messfeld
- 51'
- Messfeld
- S
- Wegstrecke
- F1
- Beschleunigungskraft
der Scaneinheit
- F2
- Beschleunigungskraft
der Gegenmasse
- M1
- Drehmoment
der Scaneinheit
- M2
- Drehmoment
der Gegenmasse
- D
- Drehpunkt
- r1
- Abstand
- r2
- Abstand
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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