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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuordnen eines nach einem
von mehreren vorgegebenen digitalen Modelldatensätzen gefertigten Objekts zu
einem der Modelldatensätze.
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Solche
Vorrichtungen können
beispielsweise bei der Herstellung zahnmedizinischer oder zahntechnischer
Objekte, wie Zahnkronen oder Implantaten verwendet werden.
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Zahnmedizinische
oder zahntechnische Objekte können
heutzutage auf der Grundlage eines zuvor erstellten digitalen Modelldatensatzes
aus Keramikmaterialien hergestellt werden. Zur Härtung der Keramikmaterialien
durchlaufen die Objekte beim Herstellungsprozess einen Brennofen,
in welchem die Objekte gesintert werden. Dabei kann es zu einer bis
zu 20-prozentigen
Volumenänderung
kommen. Insbesondere wegen des Sintervorgangs ist es nicht ohne
Weiteres möglich,
die Identität
der Objekte, beispielsweise durch Begleitzettel und dergleichen,
festzuhalten.
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Zwar
wäre es
zur nachverfolgbaren Identifizierung der Objekte möglich, diese
jeweils gesondert zu Brennen. Aus fertigungstechnischer Sicht ist
ein solches Vorgehen jedoch äußerst ineffektiv
und ermöglicht
einen vergleichsweise geringen Durchsatz.
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Ferner
wäre es
möglich,
die jeweilige Lage und damit die Identität mehrerer gleichzeitig gebrannter
Objekte bei oder vor der Bestückung
des Brennofens manuell festzuhalten. Jedoch ist eine solche Vorgehensweise
aufwändig
und fehleranfällig und
damit ebenfalls ineffektiv.
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Eine
weitere bereits bekannte Möglichkeit besteht
darin, jedes Objekt vor Einbringen in den Brennofen mit einer jeweils
spezifischen Gravur zu versehen, anhand derer das Objekt eindeutig
zugeordnet werden kann. Ein solches Vorgehen ist jedoch nicht in
allen Fällen
erwünscht,
denn die Gravur verändert
zwangsläufig
die Eigenschaften oder das Erscheinungsbild des Objekts.
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Ausgehend
davon ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Zuordnen
eines nach einem von mehreren digitalen Modelldatensatz gefertigten
realen Objekts, insbesondere eines zahntechnischen Objekts, zu einem
der Modelldatensätze bereitzustellen,
welche eine Zuordnung und damit eine Identifikation des Objekts
vergleichsweise sicher und mit vertretbarem Aufwand, insbesondere Kostenaufwand,
ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den
abhängigen
Ansprüchen.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuordnen
eines nach einem von mehreren vorgegebenen digitalen Modelldatensätzen gefertigten
realen Objekts, insbesondere eines zahntechnischen Objekts, zu einem
der Modelldatensätze.
Bei den Objekten handelt es sich um dreidimensionale (3D) Objekte.
Derjenige digitale Modelldatensatz, nach dem das Objekt gefertigt
ist, stellt eine digitale Repräsentation
des – realen – Objekts dar.
Der digitale Modelldatensatz kann beispielsweise anhand eines zuvor
erstellten Abdrucks oder in sonstiger Weise, beispielsweise durch
Modellierung, erstellt werden.
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Bei
dem Objekt kann es sich um ein zahnmedizinisches oder zahntechnisches
Objekt wie eine Zahnkrone oder ein Implantat handeln. Dabei wird unter
einem zahntechnischen Objekt insbesondere ein bezüglich des
menschlichen oder tierischen Körpers
körperfremdes
Objekt verstanden, durch welches ein korrespondierendes originär körpereigenes Objekt
oder Gewebe funktionell ersetzt werden soll. Für solche Objekte kommen vor
allem Keramikmaterialien, insbesondere Hochleistungskeramiken, oder analoge
Materialien in Betracht.
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Insbesondere
bei solchen zahntechnischen Objekten besteht die Schwierigkeit darin,
dass jedes einzelne Objekt eine jeweils spezifische Form, Oberflächenform,
Textur oder Gestalt usw. aufweist, in der Regel also ein Unikat
darstellt. Zwar wäre
es aus Sicht der Erfinder möglich,
die exakte dreidimensionale (3D) Struktur eines jeden einzelnen
Objekts gesondert zu bestimmen, beispielsweise mittels eines Laserscanners
oder eines Computertomografen. Allerdings wären solche Verfahren mit derzeit
nicht tragbaren Kosten verbunden.
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Demgemäß haben
die Erfinder eine bei weitem kostengünstigere und dennoch effektive
Vorrichtung entwickelt.
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Die
Vorrichtung umfasst eine Bilderfassungseinheit, beispielsweise eine
digitale Kamera, welche dazu ausgebildet ist, zumindest eine zweidimensionale
Ist-Darstellung des Objekts zu erfassen. Ferner umfasst die Vorrichtung
eine Zuordnungseinheit, welche ausgebildet ist zur zumindest merkmalswahrscheinlichsten
Zuordnung des Objekts zu einem der in Frage kommenden Modelldatensätze anhand eines
merkmalsbasierten Vergleichs, insbesondere eines Einzelvergleichs,
der jeweiligen Ist-Darstellung/en
mit korrespondierenden, aus den jeweiligen digitalen Modelldatensätzen ermittelten
Soll-Darstellungen.
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Der
Begriff der zumindest merkmalswahrscheinlichsten Zuordnung soll
dabei bedeuten, dass eine Zuordnung auch bei nicht identisch vorliegenden
Merkmalen erfolgen kann, sofern sich aus dem merkmalsbasierten Vergleich
ein ausreichend hoher Grad an Übereinstimmung
ergibt. Das Schließt
mit ein, dass eine Zuordnung für
ein Objekt unterbleibt, wenn ein nicht ausreichender Grad an Übereinstimmung
vorliegt oder gefunden werden kann. Bei Vorhandensein mehrerer sehr ähnlicher
Objekte kann es vorkommen, dass aus dem merkmalsbasierten Vergleich
keine eindeutige Zuordnung möglich
ist. In diesem Fall kann das Verfahren wiederholt angewandt werden,
gegebenenfalls unter Erweiterung des merkmalsbasierten Vergleichs
um weitere Objektmerkmale und/oder unter veränderter Objektorientierung
relativ zur Bilderfassungseinheit.
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Insbesondere
bei einer merkmalswahrscheinlichsten Zuordnung ist es möglich, dass
beim Vergleich zunächst
oder vorläufig
nur Übereinstimmungs-
oder Identifikationskennzahlen ermittelt werden, die gewissermaßen eine Übereinstimmungswahrscheinlichkeit
der Ist-Darstellung mit einer der jeweiligen Soll-Darstellungen
beschreiben. Anhand der Übereinstimmungswahrscheinlichkeiten
bzw. Identifikationskennzahlen kann eine endgültige Zuordnung erfolgen, beispielsweise
indem die für
einen Modelldatensatz jeweils größte Übereinstimmungswahrscheinlichkeit
als ausschlaggebend erachtet wird.
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Bei
dem vorweg beschriebenen wahrscheinlichkeitsbasierten Vergleich
kann die Genauigkeit der Zuordnung verbessert werden. Das soll anhand
eines einfachen Beispiels erläutert
werden. Für
eine Ist-Darstellung eines ersten Objekts sollen für eine erste
und zweite Soll-Darstellung verschiedener Modelldatensätze Übereinstimmungswahrscheinlichkeiten
von A bzw. B mit A < B
vorliegen. Für
eine Ist-Darstellung eines zweiten Objekts sollen für die erste und
zweite Soll-Darstellung Übereinstimmungswahrscheinlichkeiten
von A bzw. C mit A < C
vorliegen, und es gelte B < C.
Dann kann aus der kombinierten Betrachtung der Übereinstimmungswahrscheinlichkeiten
eine endgültige
Zuordnung erfolgen, indem das zweite Objekt dem zweiten Modelldatensatz
und das erste Objekt dem ersten Modelldatensatz zugeordnet wird.
Ohne die kombinierte Betrachtung wären beide Objekte dem zweiten
Modelldatensatz zuzuordnen.
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Bei
der Ist-Darstellung kann es sich beispielsweise um eine mögliche,
z. B. spezifische, Ansicht des Objekts handeln. In Frage kommen
beispiels weise eine oder mehrere Seitenansichten sowie eine Draufsicht,
ggf. auch eine Ansicht von unten.
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Ein
mit der Vorrichtung durchführbares
Verfahren zum Zuordnen eines nach einem von mehreren vorgegebenen
digitalen Modelldatensätzen
gefertigten Objekts, insbesondere eines zahntechnischen Objekts,
zu einem der Modelldatensätze,
kann die folgenden Schritte aufweisen:
- a) Erfassen
zumindest einer zweidimensionalen Ist-Darstellung des Objekts;
- b) Bereitstellen zumindest einer zweidimensionalen Soll-Darstellung
aus zumindest einem in Frage kommenden, digitalen Modelldatensatz
und
- c) Ermitteln einer zumindest merkmalswahrscheinlichsten Zuordnung
des Objekts (1) zu einem der in Frage kommenden Modelldatensätze anhand
eines merkmalsbasierten Vergleichs der jeweiligen Ist-Darstellung/en mit
korrespondierenden, aus den jeweiligen digitalen Modelldatensätzen ermittelten
Soll-Darstellungen
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Mit
der Vorrichtung bzw. dem entsprechenden Verfahren kann eine Zuordnung
des Objekts in vergleichsweise einfacher, kostengünstiger
und dennoch effektiven Weise erfolgen.
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Zur
Erfassung der zumindest einen Ist-Darstellung kann die Bilderfassungseinheit
zumindest eine Kamera, und vorzugsweise des Weiteren eine Beleuchtungseinheit
mit zumindest einer Lichtquelle zur spezifischen Beleuchtung zumindest
des jeweils im Sichtfeld der Bilderfassungseinheit befindlichen Objekts
umfassen. Durch die Verwendung solcher Komponenten lässt sich
die Vorrichtung vergleichsweise kostengünstig realisieren, was sich
unmittelbar auf die pro Objekt anfallenden verfahrensseitigen Kosten
auswirkt.
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Vorzugsweise
besitzt das Objekt bei Erfassung der Ist-Darstellung bereits eine
vorgegebene oder bekannte Objektorientierung. Dazu kann das Objekt
beispielsweise bereits vor Erfassung der Ist-Darstellung in z. B.
definierter Weise ausgerichtet werden. Beispielsweise kann/können Ober-,
Unterseite oder eine, vorzugsweise charakteristische oder vordefinierte,
Seitenfläche
des Objekts zumindest grob, ausgerichtet werden. Damit kann erreicht
werden, dass die relative Orientierung des Objekts zu einer beispielsweise
zur Erfassung der zweidimensionalen Ist-Darstellung verwendeten
Kamera zumindest in engeren Grenzen vorgegeben ist. Anders ausgedrückt, es
kann die Anzahl der die Objektorientierung betreffenden Freiheitsgrade
beschränkt
werden, so dass das Verfahren, ohne maßgebliche Beeinträchtigung
der Genauigkeit, beschleunigt werden kann.
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Das
Bereitstellen der zumindest einen Soll-Darstellung kann insbesondere
den Fall umfassen, bei welchem die Soll-Darstellung/en vorab ermittelt
und in einer Datenbank hinterlegt wird/werden. Dazu kann die Vorrichtung
des Weiteren einen Datenspeicher umfassen, in welchem zumindest
die in Frage kommenden Soll-Darstellungen gespeichert sind, und
mit welchem die Zuordnungseinheit, vorzugsweise zum Auslesen von
Soll-Darstellungsdaten,
verbunden ist. Der Datenspeicher, welcher eine Datenbank umfassen
kann, kann auch verwendet werden, um die Ergebnisse der Zuordnung,
wie beispielsweise die Übereinstimmungswahrscheinlichkeiten
darauf zu speichern.
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Ohne
Verwendung eines Datenspeichers kann/können die Soll-Darstellung/en jeweils
fallweise, quasi in Echtzeit, ermittelt wird/werden.
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Sollen
mehrere Objekte zugeordnet werden kann ein Einzelvergleich der jeweiligen
Ist-Darstellungen mit korrespondierenden Soll-Darstellungen durchgeführt werden.
Zur Zuordnung eines einzelnen Objekts können entsprechend den Ist-Darstellungen aus
einem Modelldatensatz auch mehrere in Frage kommende Soll-Darstellungen
verwendet werden. Das kann insbesondere dann erfolgen, wenn von
einem Objekt mehrere Ist-Darstellungen
in jeweils unterschiedlicher Orientierung des Objekts verwendet werden
oder in Frage kommen. Letzteres kann der Fall sein, wenn die Orientierung
des Objekts nicht eindeutig festgelegt oder bekannt ist. Insbesondere können damit
mögliche
Fehler bei der Ausrichtung bzw. Orientierung des Objekts ausgeglichen
werden. Solche Fehler können
beispielsweise entstehen, wenn die Objekte vorab manuell mit einer
Soll-Orientierung
auf einen Objektträger
aufgesetzt werden. Die Verwendung mehrerer Ist-Darstellungen und mehrerer,
insbesondere dazu korrespondierender, Soll-Darstellungen bei der
Zuordnung eines einzelnen Objekts kann auch zu einer Verfahrensbeschleunigung
führen,
insoweit als ggf. weniger Zuordnungsiterationen für ein Objekt
erforderlich sind bis eine Zuordnung möglich ist.
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Bei
dem oder den Modelldatensätzen
kann es sich beispielsweise um CAD-Datensätze des Objekts oder beliebige
andere digitale Modelldatensätze handeln.
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Sofern
das Objekt eine vorgegebene Objektorientierung aufweist, ist es
hinsichtlich der Verfahrensgeschwindigkeit von Vorteil, wenn lediglich
die zur Objektorientierung korrespondierende/n Soll-Darstellung/en
bereitgestellt wird/werden.
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Die Übereinstimmungswahrscheinlichkeit kann
auch als eine die Qualität
des Objekts beschreibende oder bemessende Größe angesehen werden. Der Vorteil
einer solchen, gewissermaßen
vorgezogenen Qualitätsprüfung ist,
dass bereits in einem frühen
Stadium Objekte mit geringer Qualität erkannt und verworfen werden
können.
Damit ergibt sich für eine
ggf. erforderliche Neuanfertigung der jeweiligen Objekte ein Zeitvorteil.
Auf der Grundlage der Übereinstimmungswahrscheinlichkeiten
ist es beispielsweise möglich,
diejenigen Objekte zu verwerfen, deren Übereinstimmungswahrscheinlichkeit
unter einem vorgegebenen Schwellwert, wie z. B. 60% oder 75%, liegt.
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Zur
Erfassung der zumindest einen Ist-Darstellung kann die Bilderfassungseinheit
eine Triggereinrichtung, vorzugsweise zumindest eine Lichtschranke,
welche mit der Bilderfassungseinheit, d. h. der Kamera und/oder
der Beleuchtungseinheit, derart zusammenwirkt dass diese bei oder
unmittelbar vor Eintreten des Objekts in das Sichtfeld der Bilderfassungseinheit
aktiviert wird/werden. Die zumindest eine Lichtschranke, oder eine
oder mehrere andere in Frage kommende Sensoreinheiten, kann bzw.
können
beispielsweise ein Triggersignal liefern, wenn sich das Objekt an
einer vorgegebenen Position relativ zur Kamera befindet. Das hat
den Vorteil, dass die erfassten Ist-Darstellungen bezüglich der
Kameraeinstellungen und Erfassungsparameter oder Aufnahmeparameter
vergleichbar sind und demzufolge auch in gleicher Weise be- oder
verarbeitet werden können.
Ferner erübrigt
sich bei der Triggerung das Festhalten der jeweiligen Position des
Objekts im Zeitpunkt der Erfassung der Ist-Darstellung. Das bietet
insbesondere Vorteile hinsichtlich der zu bewältigenden Datenmenge und hinsichtlich
der Geschwindigkeit des Verfahrens. Davon abgesehen bietet diese
Variante den Vorteil, dass die Soll-Darstellungen bei bekannter
Orientierung des Objekts bereits vor oder während der Erfassung der Ist-Darstellungen aus
den Modelldatensätzen
ermittelt werden können, was
einen zeitlichen Vorteil mit sich bringt.
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Die
Triggerung der Beleuchtungseinheit kann korrespondierend zur Bilderfassungseinheit
erfolgen, wobei für
eine optimale Belichtung ggf. eine zeitlich versetzte Triggerung
der Beleuchtungseinheit möglich
ist.
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Zur
weiteren Steigerung der Qualität
der Ist-Darstellung ist es möglich,
dass die Bilderfassungseinheit, d. h. Kamera und/oder Belichtungseinheit,
zumindest vor Erfassung der Ist-Darstellung einer Kalibrierung unterzogen
wird. Dazu kann die Vorrichtung des Weiteren eine Kalibrationseinheit
zur Kalibrierung der Bilderfassungseinheit, d. h. der Kamera und/oder
der Beleuchtungseinheit, umfassen.
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Um
externe Einflüsse
auf die Ist-Darstellung zumindest weitestgehend auszuschließen, kann
die Bilderfassungseinheit zumindest bei Erfassung der Ist-Darstellung
gegenüber
Umgebungslicht abgeschirmt werden bzw. sein. Dazu kann beispielsweise eine
im Wesentlichen lichtdichte Hausung, im einfachsten Fall ein lichtdichtes
Gehäuse,
verwendet werden, in welchem sich Objekt und Bilderfassungseinheit
bei der Erfassung der Ist-Darstellung
befinden.
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Zur
Erleichterung der Einstellung einer vorgegebenen Orientierung des
Objekts relativ zur Bilderfassungseinheit kann diese einen, vorzugsweise relativ
zur Kamera bewegbaren, Objektträger
umfassen, durch welchen die vorgegebene Orientierung zumindest bei
der Erfassung der Ist-Darstellung
sichergestellt werden kann. Der Objektträger kann derart ausgebildet
sein, dass das Objekt auf diesem nur in einer vorgegebenen Orientierung
angeordnet werden kann. Ferner ist es möglich, den mit dem Objekt bestückten Objektträger, beispielsweise
durch Translation oder Rotation, so zu bewegen, dass das darauf angeordnete
Objekt im Zeitpunkt der Erfassung der Ist-Darstellung die vorgegebene
Orientierung einnimmt. Möglich
ist es auch, die Bilderfassungseinheit, oder sowohl das Objekt als
auch die Bilderfassungseinheit zu bewegen. Im einfachsten Fall wird
jedoch das Objekt durch eine lineare Bewegung des Objektträgers relativ
zur zumindest einen Kamera bewegt und positioniert. Zur Bewegung
des Objektträgers
bzw. des Objekts auf dem Objektträger kann die Vorrichtung einen
oder mehrere Antriebe, eine Fördereinrichtung
und dgl. umfassen.
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Für den merkmalsbasierten
Vergleich kann zumindest ein Merkmal des Objekts, vorzugsweise unter
Anwendung einer, vorzugsweise adaptiven, Segmentierung, ermittelt
werden. In Frage kommen insbesondere geometrische Merkmale wie Umriss, Größe, Abmessungen
wie z. B. Höhe,
Breite, Länge, usw..
Unter geometrischer Form sollen auch Verhältnisse geometrischer Größen verstanden
werden, wie beispielsweise das Höhen-zu-Breitenverhältnis und dergleichen.
Insbesondere der Umriss des Ob jekts kann mit einer Segmentierung
oder einer adaptiven Segmentierung ermittelt werden. Als Umriss
können dabei
eine oder mehrere, das Objekt in der Ist-Darstellung zumindest teilweise
einhüllende
Umrisslinien verwendet oder ermittelt werden.
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Neben
oder an Stelle geometrischer Merkmale des Objekts kann auch die
Farbe, bzw. der Farbton oder die Textur des Objekts berücksichtigt werden.
Dabei ist es von Vorteil, wenn der Farbton unmittelbar aus der Ist-Darstellung des Objekts
ermittelt wird, so dass keine weitere radiometrische Vorrichtung
erforderlich ist, wobei es für
die Genauigkeit der Zuordnung von Vorteil ist, wenn die Bilderfassungseinheit
zuvor einer radiometrischen Kalibrierung unterzogen wird. Jedoch
kann zusätzlich
zu den Kameras auch eine radiometrische Einrichtung zur Ermittlung
des Farbtons verwendet werden. Möglich ist
es auch, den Kontrast, insbesondere den schwarz-weiß-Kontrast,
für den
merkmalsbasierten Vergleich heranzuziehen.
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Ein
Genauigkeitsgewinn kann erreicht werden, wenn Aufnahmeparameter
der Bilderfassungseinheit, insbesondere Parametereinstellungen der Kamera
und ggf. der Beleuchtungseinheit berücksichtigt werden. Besonders
vorteilhaft ist es, metrische Verzerrungen der Bilderfassungseinheit
zu berücksichtigen.
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Als
Soll-Darstellung kann insbesondere eine aus dem jeweiligen digitalen
Modelldatensatz erstellte, gerenderte Objektdarstellung verwendet
werden. Diese sind insbesondere geeignet bei Anwendung des Verfahrens
auf zahntechnische Objekte wie Implantate und Zahnkronen. Die Soll-Darstellung, insbesondere
die gerenderte Objektdarstellung, kann beispielsweise im Datenspeicher,
insbesondere in der Datenbank, gespeichert sein. Zur Ermittlung
der Soll-Darstellung kann die Vorrichtung eine Recheneinheit, wie
beispielsweise einen Computer, Mikrocomputer oder dergleichen, umfassen.
Die Recheneinheit kann als separates Bauteil oder aber Bestandteil
der Zuordnungseinheit sein. Die Rechnereinheit kann auch dazu verwendet
werden, aus Bilddaten der Kamera, die Ist-Darstellung/en und/oder die zum merkmalsbasierten
Vergleich herangezogen Merkmale zu ermitteln oder zu extrahieren.
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Wie
bereits erwähnt,
ist es ggf. möglich,
die Soll-Darstellung/en vorab zu ermitteln. Dabei kann die zumindest
eine Soll-Darstellung in einer Soll-Datenbank hinterlegt werden, und auf
Anforderung im Verlauf des Verfahrens aus der Datenbank abgerufen werden.
Durch ein solches Vorgehen kann das Verfahren beschleunigt werden.
Die Datenbank, oder allgemein der Datenspeicher, kann auch dazu
verwendet werden, die Ist-Darstellungen
oder Bilddaten der Kamera zumindest zwischenzuspeichern.
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Insgesamt
zeigt sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung
und Ausgestaltungen derselben eine effektive, einfache und kostengünstige Möglichkeit
zum Zuordnen eines nach einem von mehreren vorgegebenen digitalen Modelldatensätzen gefertigten
Objekts, insbesondere eines zahntechnischen Objekts, zu einem der
Modelldatensätze
darstellen.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der anhängenden
Figuren näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
erste Ansicht eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
und
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2 eine
zweite Ansicht der Vorrichtung der 1;
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Figuren nicht zwingend maßstabsgetreu
sind, und dass Maßstäbe zwischen
den Figuren variieren können.
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Die 1 und 2 zeigen
in unterschiedlichen Ansichten jeweils eine dreidimensionale, aufgebrochene
Ansicht einer Vorrichtung zum Zuordnen eines nach einem von mehreren
vorgegebenen digitalen Modelldatensät zen gefertigten zahntechnischen
Objekts zu einem der Modelldatensätze. Bei den gezeigten zahntechnischen
Objekten handelt es sich im vorliegenden Fall um Zahnkronen 1.
Die Vorrichtung wird im Folgenden mit Zuordnungsvorrichtung bezeichnet.
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Die
Zuordnungsvorrichtung weist beispielhaft eine zwei Kameras 2 umfassende
Bilderfassungseinheit auf. Die Bilderfassungseinheit umfasst ferner
eine Beleuchtungseinheit 3, mit welcher zumindest das Sichtfeld
bzw. der Aufnahmebereich 4 der Kameras 2 in geeigneter
Weise beleuchtet werden kann.
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Ferner
weist die Zuordnungsvorrichtung eine nicht gezeigte Zuordnungseinheit
auf, auf dessen Funktion weiter unten genauer eingegangen wird.
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Die
Zuordnungsvorrichtung weist des Weiteren ein Laufband 5 auf.
Auf dem Laufband 5 sind voneinander, im vorliegenden Fall
gleichmäßig, beabstandet
mehrere Objektträger 6 angebracht,
welche jeweils mehrere Untereinheiten umfassen. Auf den Objektträgern 6 können, wie
in 1 und 2 gezeigt, die Zahnkronen 1 aufgesetzt
werden. Dabei ist es möglich,
dass für
unterschiedliche Arten von Zahnkronen 1 verschiedene, jeweils
spezifische Untereinheiten verwendet werden. Beispielsweise können für Schneidezähne andere
Untereinheiten verwendet werden als wie für Backenzähne. Bei den Untereinheiten
kann es sich um beliebige Halteelemente, Klammer- Klemm-, Spannelemente
handeln. Möglich
ist es auch, dass die Halteelemente Stifte umfassen, auf welche
die Zahnkronen aufgesteckt werden können.
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Die
Funktion der Zuordnungsvorrichtung wird im Folgenden genauer beschieben:
Bei
Zahnkronen 1 handelt es sich in der Regel um Einzelexemplare,
die üblicherweise
nur für
einen einzigen Patienten für
jeweils eine spezifische Zahnposition hergestellt werden. Insbesondere
aus diesem Grund ist eine zuverlässige
Zuordnung der Zahnkronen 1 zumindest am Ende des Herstellungsprozesses
wünschenswert.
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Die
Zahnkronen 1 werden üblicherweise nach
einem zuvor erstellten 3D-Modell
des zu ersetzenden Zahns gefertigt. Bei solchen Modellen kann es
sich nach dem gegenwärtigen
Technologiestand um digitale Modelle handeln. Die digitalen Modelle können durch
Abformung, Modellierung und dgl. erstellt werden. Ein jedes digitales
Modell kann als digitaler Modelldatensatz angesehen werden.
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Insbesondere
bei Zahnkronen 1, welche aus Hochleistungskeramiken hergestellt
werden, ist eine während
des gesamten Herstellungsverfahrens fortlaufende Zuordnung zum entsprechenden
Modelldatensatz nicht in einfacher Weise möglich. Denn aus Keramik gefertigte
Zahnkronen 1 müssen
zu deren Härtung
in der Regel in einem Brennofen gesintert werden. Dabei ist es wegen
der hohen Brenntemperaturen nicht möglich, die Identität durch
einen Begleitzettel sicherzustellen. Eine schriftliche Fixierung der
Position der jeweiligen Zahnkronen 1 im Brennofen ist fehleranfällig. Sonstige
Kennzeichnungen an Zahnkronen 1, wie etwa Gravuren, sind
oftmals nicht erwünscht.
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Insoweit
besteht Bedarf an einer einfachen und kostengünstigen Möglichkeit, die Identität der Zahnkronen 1 festzustellen.
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Dazu
werden bei der Zuordnungsvorrichtung mittels der Kameras 2 zweidimensionale
Ist-Darstellungen einer Zahnkrone 1 erfasst. Die Kameras 2 sind
im vorliegenden Beispiel um 90° versetzt
zueinander angeordnet, so dass eine Seitenansicht und eine Draufsicht
der Zahnkrone 1 erfasst werden können.
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Ferner
werden entsprechende Soll-Darstellungen der z. B. in einer Charge
befindlichen Zahnkronen 1 bereitgestellt. Die Soll-Darstellungen
werden dabei von einer Rechnereinheit der Zuordnungseinheit aus
den digitalen Modelldatensätzen
ermittelt oder aus einer Datenbank ausgelesen. Die Soll-Darstellungen
umfassen dabei zumindest die jeweiligen Seitenansichten und Draufsichten
aller Zahnkronen 1 der jeweiligen Charge, oder allgemeiner
aller der potentiell in Frage kommenden Zahnkronen 1.
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Bei
den Soll-Darstellungen kann es sich beispielsweise um aus den digitalen
Modelldatensätzen erstellte,
gerenderte zweidimensionale Bilder handeln.
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Bei
Vorliegen der Ist- und Soll-Darstellungen führt die Zuordnungseinheit einen
merkmalsbasierten Vergleich der Ist-Darstellungen gegen die Soll-Darstellungen durch.
Beim merkmalsbasierten Vergleich werden aus den Ist-Darstellungen
extrahierte Merkmale der Zahnkronen 1 mit entsprechenden,
aus den Soll-Darstellungen ermittelten bzw. extrahierten Merkmalen
verglichen. Bei den Merkmalen kann es sich um geometrische Größen wie
Höhe, Breite,
Umriss und dgl. handeln. Diese Merkmale können beispielsweise durch Segmentierung,
insbesondere adaptive Segmentierung, extrahiert werden.
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Zur
Vermeidung von Artefakten, die beispielsweise aus Schattenwurf oder
unzulänglicher Beleuchtung
herrühren
können,
ist die Beleuchtungseinheit 3 derart angeordnet und ausgebildet,
dass die von den Kameras 2 jeweils erfassbaren Seiten oder Flächen der
Zahnkronen 1 optimal belichtet bzw. beleuchtet werden.
Sofern erforderlich, kann die Bilderfassungseinheit hinsichtlich
der jeweiligen Beleuchtungsmodalitäten kalibriert werden. Ferner
kann die Bilderfassungseinheit in einem Gehäuse untergebracht sein, mit
welchem die optimalen Beleuchtungsbedingungen störendes Umgebungs-, Streu- oder
Störlicht
unterdrückt
werden kann.
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Im
vorliegenden Fall werden von jeder Zahnkrone 1 zwei Ist-Darstellungen, d.
h. eine Seitenansicht und eine Draufsicht, für den merkmalsbasierten Vergleich
erfasst und herangezogen, wodurch die Ge nauigkeit der Zuordnung
gegenüber
der Verwendung lediglich einer Ist-Darstellung verbessert werden kann.
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Die
für die
beiden Ist-Darstellungen einer Zahnkrone 1 erhaltenen Ergebnisse
können
dabei gleichgewichtet kombiniert werden. Häufig ist es bei Zahnkronen 1 jedoch
der Fall, dass eine der beiden Ansichten mehr relevante Merkmale
beinhaltet als die andere Ansicht. In solchen Fällen ist eine stärkere Gewichtung
derjenigen Ansicht von Vorteil, welche die relevanteren bzw. charakteristischeren
Merkmale zeigt. Beispielsweise weisen Schneidezähne charakteristische Seitenansichten
auf, die ggf. mehr relevante Merkmale liefern können als die Draufsicht. Insoweit
ist hier eine stärkere
Gewichtung der Seitenansicht von Vorteil. Backenzähne hingegen
weisen jeweils charakteristische und spezifische Kauflächen auf,
so dass hier ggf. eine stärkere
Gewichtung der Draufsichten zu besseren Ergebnissen führen kann. Die
Art der Zahnkrone kann dabei automatisch, beispielsweise anhand
der Ist-Darstellung ermittelt werden. Es ist auch möglich, dass
für unterschiedliche Arten
von Zahnkronen 1 jeweils spezifische Objektträger verwendet
werden, anhand derer die Zuordnungsvorrichtung die Art der Zahnkrone 1 ermitteln kann.
Dazu kann beispielsweise eine Kennung am Objektträger angebracht
sein. Möglich
ist es auch, Objektträger
mit jeweils spezifischen Eigenschaften, z. B. Form oder Farbe, zu
versehen, die in den Ist-Darstellungen problemlos erkannt werden
können.
Das setzt allerdings voraus, dass der die spezifischen Eigenschaften
aufweisende Teil des Objektträges
bei der Ist-Darstellungen mit erfasst ist.
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Neben
den oben erwähnten
geometrischen Merkmalen der Zahnkronen 1 kann auch deren
Farbe erfasst und zur Zuordnung herangezogen werden. Dabei ist zu
bemerken, dass auf Grund der unterschiedlichen, von Fall zu Fall
individuellen Zahnfärbung,
die jeweilige Farbe einen wesentlichen Beitrag zum Erfolg der Zuordnung
beitragen kann.
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Es
können
auch Kontraste, insbesondere schwarz-weiß-Kontraste bei der Zuordnung
herangezogen werden.
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Bei
den beiden Kameras 2 kann es sich um Kameras gleicher Bauart
mit steuerbaren Zoomobjektiven handeln. Durch Verwendung steuerbarer Zoomobjektive
kann der Aufnahmebereich, insbesondere dessen Größe, an die jeweilige Art der
Zahnkrone 1 angepasst werden.
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Bei
den Kameras 2 handelt es sich des Weiteren um triggerbare
Kameras 2. Das soll bedeuten, dass die Erfassung der Ist-Darstellungen
erst auf ein Triggersignal hin erfolgt. Im vorliegenden Beispiel werden
die auf den Objektträgern 6 befindlichen Zahnkronen 1 mittels
des Laufbands 5 an den Kameras 2 vorbeigeführt. Damit
die Ist-Darstellungen jeweils mit gleichen Aufnahmewinkeln erfasst
werden, was der Genauigkeit der Zuordnung zuträglich ist, kann die Bilderfassungseinheit
getriggert werden, wenn der jeweilige Objektträger 6 eine vorgegebene Position
in Längsrichtung
des Laufbands 5 erricht hat. Die Position des Objektträgers 6 und
damit der jeweiligen Zahnkrone 1 kann mit einem Sensor,
wie z. B. einer Lichtschranke, erfasst werden. Zur Vermeidung von
Bewegungsartefakten kann das Laufband 5 bei der Erfassung
der Ist-Darstellung angehalten werden. Das bedeutet, dass das Laufband 5 intermittierend
betrieben wird.
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Die
Kameras 2 und die Beleuchtungseinheit 3 können dabei
gleichlaufend getriggert werden. Möglich ist es auch, dass die
Beleuchtungseinheit 3 kontinuierlich betrieben wird, und
lediglich die Kameras 2 intermittierend betrieben werden.
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Um
eine hohe Genauigkeit zu erreichen, kann es von Vorteil sein, wenn
die Bilderfassungseinheit einer Kalibrierung unterzogen wird. Insbesondere
bei Verwendung der Farbe der Zahnkronen 1 als Merkmal ist
es von Vorteil, wenn die Bilderfassungseinheit radiometrisch kalibriert
ist bzw. wird. Ferner können
Aufnahmeparameter der Bilderfassungseinheit, ins besondere der Kameras 2,
berücksichtigt werden.
Durch die Verwendung der Aufnahmeparameter können beispielsweise der Qualität der Zuordnung
abträgliche
metrische Verzerrungen korrigiert werden.
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Die
Zuordnung der jeweiligen Zahnkronen 1 erfolgt im dargestellten
Ausführungsbeispiel
anhand von Übereinstimmungswahrscheinlichkeiten.
Dazu wird zu jeder mit einer Ist-Darstellung verglichenen Soll-Darstellung
auf der Grundlage der herangezogenen Merkmale wie Größe, Umriss,
Farbe, Kontrast usw. eine den Grad der Übereinstimmung beschreibende
Größe, d. h.
eine Übereinstimmungswahrscheinlichkeit,
ermittelt. Anhand aller für
eine Charge ermittelten Übereinstimmungswahrscheinlichkeiten wird
dann die endgültige
Zuordnung der Ist-Darstellungen zu den Soll-Darstellungen getroffen oder angegeben,
was gleichbedeutend mit der Identifizierung der Zahnkrone 1 ist.
Hier kann sich beispielsweise ergeben, dass ein und dieselbe Ist-Darstellung 99,0% Übereinstimmung
zu einer ersten Soll-Darstellung, und 90,5% zu einer zweiten Soll-Darstellung aufweist.
Sofern keine andere Ist-Darstellung eine größere Übereinstimmung mit der ersten
Soll-Darstellung aufweist, kann davon ausgegangen werden, dass die
Zahnkrone 1 der betrachteten Ist-Darstellung dem ersten Soll-Datensatz
zuzuordnen ist, wodurch dieser Ist-Datensatz und damit die entsprechende
Zahnkrone 1 identifiziert sind.
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Die
Verwendung von Übereinstimmungswahrscheinlichkeiten
ermöglicht
eine zuverlässige Zuordnung.
Die Zuverlässigkeit
kann noch gesteigert werden, wenn eine Zuordnung erst oberhalb eines vorgegebenen
Schwellenwerts erlaubt wird. Ergibt sich für eine Ist-Darstellung bzw.
eine Zahnkrone 1 eine Übereinstimmungswahrscheinlichkeit
unterhalb des Schwellenwerts, so kann vorgesehen sein, dass das
Verfahren für
diese Zahnkrone 1 wiederholt angewandt wird. Bei der wiederholten
Anwendung des Verfahrens können
zusätzliche,
bis dahin nicht berücksichtigte
Merkmale herangezogen werden. Ferner ist es bei wiederholter Durchführung des
Verfahrens auch möglich,
die Orientierung der Zahnkrone 1 relativ zur Bilderfassungseinheit
und/oder die Gewichtung der jeweiligen Ist- Darstellungen zu ändern. Denkbar wäre es auch,
die Menge der bereit gestellten Soll-Datensätze zu verändern, beispielsweise in ihrem
Umfang zu ergänzen
oder zu verringern.
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Das
Verfahren kann durchgeführt
werden, nachdem die Objekte den Brennofen bzw. einen Sintervorgang
durchlaufen haben. Bei dem Sintervorgang kann es zu einer bis zu
20-prozentigen Volumenänderung
der Objekte kommen. Selbst bei derartigen Volumenänderungen
liefert das mit der Vorrichtung durchführbare Verfahren zufriedenstellende
Zuordnungsergebnisse. Das liegt unter anderem an der Verwendung
eines merkmalsbasierten Vergleichs.
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Insgesamt
zeigt sich, dass die Vorrichtung die der Erfindung zu Grunde liegende
Aufgabe löst.
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- 1
- Zahnkrone
- 2
- Kamera
- 3
- Beleuchtungseinheit
- 4
- Aufnahmebereich
- 5
- Laufband
- 6
- Objektträger