DE3314016C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reproduktion von Unterkieferbe­ wegungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-OS 29 36 328) sind als Antriebe sechs Linearmotore in Form von Kolben/Zylinder-Einheiten vorgesehen. Die Un­ terkiefermodell-Trägerplatte sitzt auf einem dreieckigen oberen Rahmen. Ein dreieckiger unterer Rahmen ist um 60° gegenüber dem oberen Rahmen versetzt auf einer Grundplatte angebracht. Jede der Ecken des unteren Rahmens steht über zwei der Linearmotore mit den beiden jeweils benachbarten Ecken des oberen Rahmens in Verbindung. Für das Ankoppeln der im dreidimensionalen Raum verstellbar angeordneten Linearmotore an den unteren und den oberen Rahmen sind insgesamt zwölf Gelenke erforderlich. Die bekannte Vorrichtung hat dadurch einen relativ komplizierten Aufbau. Weil jedes Gelenk zwangsläufig ein gewisses Lagerspiel aufweist, hat die große Anzahl von Gelenken auch einen nachteiligen Einfluß auf die Genauigkeit der Reproduktion der Unterkieferbewegungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genann­ ten Art zu schaffen, die einen relativ einfachen und robusten Aufbau gestattet.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Patentanspruchs gelöst.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kommt mit insgesamt drei Dreh/Schwenk- Gelenken aus, und sie erlaubt eine feste Verbindung der Antriebe mit einer Grundplatte. Der dadurch erreichte verhältnismäßig einfache und robuste Aufbau läßt besonders hohe Reproduktionsgenauigkeiten zu.

Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Die Reproduktionsvorrichtung nach der Erfindung kann vorteilhaft in Verbindung mit einer Unterkieferbewegung-Meßvorrichtung gemäß der DE-OS 33 12 245 oder der DE-OS 33 12 262 verwendet werden; sie eignet sich aber auch für die Repro­ duktion von Unterkieferbewegungen in Verbindung mit anderen Meßvorrichtungen.

Mittels der Reproduktionsvorrichtung kann der Zahnarzt die Kieferbewegung des Patienten auf einem Artikulator auf der Grundlage von entsprechenden Meßdaten zu beliebiger Zeit und an beliebigem Ort genau reproduzieren. Die Vorrichtung eignet sich damit für Dentalanalysen und -diagnosen. Dentalbehandlungen und restaurative Operationen, wie die Fertigung von Prothesen, die Diagnose von unregelmäßigen Okklusionen, die quantitative Erfassung des Ausmaßes der Unre­ gelmäßigkeit der Okklusion oder des Verhältnisses zwischen Kiefergelenkdefekt und Okklusion.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Reproduktionsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schemastische Explosionsdar­ stellung, welche die gegenseitige Beziehung zwischen den Schrittmo­ toren und den Gleitlagern erken­ nen läßt,

Fig. 3 eine Seitenansicht, in der die Ver­ bindung eines Schrittmotors mit ei­ nem Gleitlager veranschaulicht ist,

Fig. 4 in größerem Maßstab eine Schnittdar­ stellung eines Gleitlagers und ei­ nes Kugelgelenks sowie

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer in Verbindung mit der Reproduktions­ vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise verwendeten Meßvorrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Unterkiefermodell-Trägerplatte 1 bildet im wesentlichen eine einteilige starre Platte, auf der ein Unterkiefermodell 2 angebracht ist, das einen Zahn­ bogen darstellt. Ein Oberkiefermodell 3 ist über dem Unter­ kiefermodell 2 diesem gegenüberliegend, mittels einer Grundplatte 10 und Stützen 31 ortsfest gehaltert. Markie­ rungspunkte a, b, c bestimmen die starre Ebene der Unter­ kiefermodell-Trägerplatte 1. Dabei entspricht der Punkt a dem vorderen Abschnitt des Unterkiefermodells 2 (insbeson­ dere der Schnittkantenöffnung des vorderen Abschnittes), während die Punkte b und c zwei symmetrisch zueinander liegende Punkte im Bereich der posterioren Abschnitte des Modells 2 sind. Das von den Markierungspunkten a, b und c vorgegebene gleichschenklige Dreieck bestimmt die oben ge­ nannte starre Ebene. A, B, C sind Reproduktionsbezugspunk­ te, die gegenüber den Markierungspunkten a, b, c um glei­ che Abstände nach außen zur Außenseite der Unterkiefermo­ dell-Trägerplatte 1 verlegt sind. Dazu dienen starre Stre­ ben 4 a, 4 b, 4 c, die den Markierungspunkten a, b, c zugeord­ net sind, und feste Verbindungsstücke 41 a, 41 b, 41 c, deren Positionen mit Bezug auf die entsprechenden Teile der Stre­ ben 4 a, 4 b, 4 c festliegen. Zwecks einfacherer Montage be­ stehen die Streben 4 a und 4 c aus einer gemeinsamen Strebe; grundsätzlich kann es sich dabei aber auch um gesonderte Streben handeln. Frei drehbare und abwinkelbare Kugelgelen­ ke oder Universalgelenke 5 A, 5 B, 5 C sitzen an den Enden der Streben 4 a, 4 b, 4 c, wobei die Reproduktionsbezugspunkte A, B, C mit dem Drehzentrum (Kugelzentrum) zusammenfallen. Die Kugelgelenke 5 A, 5 B, 5 C sind in Halter 6 A, 6 B bzw. 6 C eingebaut, die mittels Schrittmotoren 8 AX, 8 AZ, 8 BY, 8 BZ, 8 CY, 8 CZ in jeweils zwei der drei orthogonalen Dimensions­ richtungen verschoben werden. Es sind also insgesamt sechs Antriebseinrichtungen vorgesehen, die die orthogonalen Dimen­ sionsrichtungen X, Y, Z einschließen, und jedes der Gelenke 5 A, 5 B, 5 C ist so angeordnet, daß es der Gleitbewegung der beiden anderen Gelenke bezüglich der jeweils verbleibenden dritten Dimensionsrichtung folgt. Die Schrittmotore 8 AX und 8 AZ liegen in X- und Z-Richtung, während die Schritt­ motore 8 BY und 8 BZ sowie 8 CY und 8 CZ in Y- und Z-Richtung liegen. Das Gelenk 5 A ist so angeordnet, daß es den anderen Gelenken durch eine Gleitbewegung in der verbleibenden Y-Rich­ tung folgt, während die Gelenke 5 B und 5 C in der verbleiben­ den X-Richtung eine Nachlaufbewegung ausführen können.

Um das Verständnis zu erleichtern, ist in Fig. 1 die An­ triebsrichtung jedes Schrittmotors durch einen ausgezoge­ nen Doppelpfeil dargestellt, während die Richtung, in der jedes Gelenk den anderen zwangsangetriebenen Gelenken folgt, durch einen gestrichelten Doppelpfeil angedeutet ist. Um die Gelenke 5 A, 5 B, 5 C beim Antrieb mittels der Motore 8 A, 8 B, 8 C die vorstehend erwähnten Bewegungen aus­ führen zu lassen, sind die Halter 6 A, 6 B, 6 C mit drei Gleitführungen ausgestattet, um sie in den drei orthogo­ nalen Richtungen mit Bezug auf die Grundplatte 10 zu ver­ schieben. Der dem Gelenk 5 A zugeordnete Halter 6 A besteht aus einem Gleitlager 9 AX, das in X-Richtung verschiebbar ist, einem Gleitlager 9 AZ, das für eine Gleitbewegung in Z-Richtung sorgt (diese beiden Lager bilden zusammen ei­ ne Lageranordnung, die in zwei orthogonalen Richtungen verschiebbar ist) und einem Gleitlager, das eine Gleit­ bewegung in Y-Richtung zuläßt, um anderen Gelenken zu folgen, die in der gleichen Richtung angetrieben werden. Die betreffenden Gleitlager stehen senkrecht zueinander. Wenn die Schrittmotore 8 AX, 8 AZ angesteuert werden, wird das Kugelgelenk 5 A über die Gleitlager 9 AX, 9 AZ in X- und Z-Richtung angetrieben, während ein passiver Antrieb in der verbleibenden Y-Richtung über das Gleitlager 9 AY er­ folgt. In ähnlicher Weise werden die Gelenke 5 B, 5 C zu Gleitbewegungen in Y- und Z-Richtung über die orthogona­ len Gleitlager 9 BY, 9 BZ und 9 CY, 9 CZ veranlaßt, während eine passive Gleitbewegung in der verbleibenden X-Rich­ tung über die Gleitlager 9 BX, 9 CX erfolgt. Jedes der Gleitlager 9 AX usw. besteht aus einem Schieber und einer Führungsschiene, wobei mehrere Rollen vorgesehen sind, die in linearer Folge zwischen den betreffenden Gleit­ flächen angeordnet sind. Die Schieber der Gleitlager sind mit der Zusatzzahl 1, die Führungsschienen mit der Zusatz­ zahl 2 bezeichnet, während die Kugeln der besseren Über­ sicht halber nicht dargestellt sind. Wie aus Fig. 3 hervor­ geht, ist mit der Welle des Motors 8 A (entsprechendes gilt auch für die Motoren 8 B und 8 C) eine mit einem feinen Außen­ gewinde versehene Gewindespindel 8 a 1 verbunden. In den Halter 6 A (entsprechendes gilt auch für die Halter 6 B und 6 C) ist eine Mutter 11 fest eingesetzt, deren Innengewinde mit dem Außengewinde der Gewindespindel 8 A 1 kämmt. Wenn daher der Schrittmotor 8 A läuft, wird der Halter 6 A zur Feinverstel­ lung nach vorne oder nach hinten verschoben. Genau gleiche Verhältnisse liegen für die Motoren 8 B, 8 C und die Halter 6 B, 6 C vor.

Entsprechend Fig. 3 ist zur Verbindung der Motorwelle mit der Gewindespindel 8 A 1 eine Wellenkupplung 7 vorgesehen. Mit der Grundplatte 10 ist ein Lagerträger 73 verbunden, der ein Axiallager 71 und ein Radiallager 72 aufnimmt. Die Spindelmutter 11 ist mittels einer Halteschraube 74 mit Bezug auf den Halter 6 A fixiert. Die gegenseitige Verbindung von Halter 6 A, Strebe 4 a und Kugelgelenk 5 A ist in Fig. 4 veranschaulicht. Gleiches gilt für die Hal­ ter 6 B, 6 C, die Streben 4 b, 4 c und die Kugelgelenke 5 B, 5 C. Ein Sackloch 4 a 1 befindet sich im Ende der Strebe 4 a. In das Sackloch ist ein Schaft 131 eines Kugelkörpers 13 des Kugellagers 5 A eingeschraubt. Die Kombination aus Strebe 4 a und Kugelkörper 13 greift in eine Bohrung 12 des Halters 6 A ein und ist dort mittels einer Kugelauf­ nahme 14 gehalten. Ein in die Bohrung 12 eingreifender Haltering 15 legt sich gegen die Kugelaufnahme 14 an, um zu verhindern, daß die Kugelaufnahme 14 aus der Bohrung 12 in Axialrichtung herausgleitet. Das Zentrum des Kugel­ körpers 13 bildet den Reproduktionsbezugspunkt A (bzw. im Falle der Lager 5 B, 5 C die Reproduktionsbezugspunkte B bzw. C). Auf der einen Seite des Kugelkörpers 13 ist eine Öffnung 16 zur Aufnahme eines nicht veranschaulich­ ten Meßstabes vorgesehen. Die Bodenfläche der Öffnung 16 fällt mit dem Bezugspunkt A zusammen. Das Kugelgelenk 5 A erlaubt eine freie Drehung und Abwinklung der Strebe 4 A gegenüber dem Halter 6 A.

Der Zahnbogen 20 des auf der Trägerplatte 1 sitzenden Unterkiefermodells 2 ist mit Bezug auf die Markierungs­ punkte a, b, c geeignet ausgerichtet. Darunter wird vor­ liegend verstanden, daß dann, wenn bei einer Meßvorrich­ tung M (Fig. 5) für die Unterkieferbewegung eines Patien­ ten P drei Meßpunkte MA, MB, MC entlang dem Unterkiefer des Patienten als mit Bezug auf den Unterkiefer des Pa­ tienten in konstanter Positionsbeziehung gehaltene Bewe­ gungspunkte so angeordnet werden, daß sie den Markierungs­ punkten a, b, c entsprechen, der Zahnbogen 21 des Patien­ ten und der Zahnbogen 20 des Unterkiefermodells 2 in ent­ sprechende Beziehung bezüglich der Unterkiefermodell-Trä­ gerplatte 1 gebracht sind. Die richtige Positionierung des Zahnbogens 20 stellt eine Vorbedingung dafür dar, daß die Okklusionsbe­ wegung des Unterkiefermodells mit Bezug auf das Oberkiefer­ modell die Unterkieferbewegung des Patienten genau repro­ duziert.

Die zum Ansteuern der Schrittmotore 8 A, 8 B, 8 C notwendige Positionskoordinateninformation kann beispielsweise mittels einer Meßvorrichtung M der in Fig. 5 veranschaulichten Art gewonnen werden. Bei der Meßvorrichtung M werden die Meß­ punkte MA, MB, MC (vorzugsweise in Form von Spotlicht­ quellen), die den Markierungspunkten a, b, c entsprechen, auf einem Haltebügel H so eingestellt, daß ihre Relativ­ positionen mit Bezug auf den Unterkiefer des Patienten während der gesamten Meßdauer konstant bleiben. Den Meß­ punkten MA, MB, MC sind drei Positionsdetektoren SA, SB, SC zugeordnet, und die Positionsinformationen an den drei Meßpunkten MA, MB, MC werden als zweidimensionale Positions­ koordinateninformationen an Punkten von orthogonalen Pro­ jektionen auf zugehörige zweidimensionale Koordinatenebe­ nen (nicht dargestellt) der Positionsdetektoren SA, SB, SC gemessen. Die Meßdaten werden nach zweckentsprechender Datenverarbeitung in einer Recheneinheit in einem Speicher eingespeichert. Die drei Halter 6 A, 6 B, 6 C bewegen sich in Reproduktionsbezugsebenen (nicht dargestellt), deren Rela­ tivlagen denjenigen der zweidimensionalen Koordinatenebe­ nen der Positionsdetektor SA, SB, SC entsprechen. Unab­ hängig von ihrer Position in den Ebenen werden die Stre­ ben 4 a, 4 b, 4 c orthogonal in den betreffenden Ebenen ge­ halten, so daß die Reproduktionsbezugspunkte A, B, C der Kugelgelenke 5 A, 5 B, 5 C auf die vorstehend erwähnten Ebe­ nen orthogonal projiziert werden können.

Wenn bei der beschriebenen Anordnung die zeitabhängigen Verlagerungen der Meßpunkte MA, MB, MC der Meßeinrich­ tung aus dem erwähnten Speicher in die betreffenden Schritt­ motoren 8 A, 8 B, 8 C als Positionsinformationen eingegeben werden, die die betreffenden Koordinaten in den zweidimen­ sionalen Koordinatenebenen bestimmen, verstellen die Schritt­ motoren die Halter 6 A, 6 B, 6 C in den zweidimensionalen Rich­ tungen. Dadurch werden die Kugelgelenke 5 A, 5 B, 5 C zusammen mit den Streben 4 a, 4 b, 4 c veranlaßt, Gleitbewegungen in den gleichen Richtungen auszuführen und der Bewegung der anderen Gelenke in der restlichen eindimensionalen Richtung zu fol­ gen. Da die Bewegungsrichtungen der Gelenke 5 A, 5 B, 5 C die orthogonalen dreidimensionalen Richtungen einschließen, wer­ den die Reproduktionsbezugspunkte A, B, C der Gelenke 5 A, 5 B, 5 C zu einer dreidimensionalen Bewegung veranlaßt. Auf diese Weise führt das von den Bezugspunkten A, B, C bestimmte gleichschenklige Dreieck und mit ihm die Unterkiefermodell- Trägerplatte 1 eine dreidimensionale Bewegung aus, welche die Unterkieferbewegung des Patienten getreu reproduziert. Die Gelenke 5 A, 5 B, 5 C werden dabei zu einer Drehung und Ab­ winklung veranlaßt, während die Streben 4 a, 4 b, 4 c zwangs­ verschoben werden und außerdem der Bewegung der anderen Stre­ ben folgen. Die genannte Unterkieferbewegung resultiert da­ bei aus der Synthese der Bewegungen der Gelenke 5 A, 5 B, 5 C.

Entsprechend der erläuterten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die erfaßte dreidimensionale Unterkieferbewe­ gung zu zweidimensionalen Positionsteilinformationen als Funktion der Zeit reduziert, und die Unterkiefermodell-Trä­ gerplatte wird zu einer dreidimensionalen Bewegung durch Po­ sitionssteuerung der drei Reproduktionsbezugspunkte in fe­ ster Lagerbeziehung zu der Unterkiefermodell-Trägerplatte entsprechend den so erhaltenen zweidimensionalen Positions­ informationen veranlaßt. Auf diese Weise kommt die Reproduk­ tionsvorrichtung ohne komplizierte Bewegungselemente oder Kombinationen solcher Elemente aus, wie Drehung des Unter­ kiefermodells mit Bezug auf das Oberkiefermodell, Drehung begleitet von Verschiebung der Rotationsmittelachse, Tor­ sionsbewegung um die Mittelachse und Synthese von Rotations- und Torsionsbewegung. Eine hochgenaue Reproduktion der Un­ terkieferbewegung läßt sich durch eine Kombination von rela­ tiv einfachen Mechanismen erreichen.

Bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform wird jeder Reproduktionsbezugspunkt zu einer zweidimensionalen Bewe­ gung entsprechend orthogonalen zweidimensionalen Informa­ tionen veranlaßt. Grundsätzlich reicht es jedoch aus, daß insgesamt sechs Dimensions-(Antriebs-)Richtungen ein­ schließlich der orthogonalen dreidimensionalen Richtungen X, Y, Z vorgesehen sind. So ist es beispielsweise auch möglich, die Anordnung derart zu treffen, daß die Posi­ tionssteuerung eines Reproduktionsbezugspunktes dreidi­ mensional, eine zweite zweidimensional und eine dritte eindimensional erfolgt, wobei die Unterkieferbewegung wiederum durch Synthese dieser Bewegungen reproduziert wird. Abwandlungen können auch hinsichtlich der Wahl der Richtungen, der Anzahl der Gleitlager, der als Eingangs­ information vorgesehenen Dimensionspositionskoordinaten usw. getroffen werden.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Reproduktion von Unterkieferbewegungen mit ei­ ner von einer einzigen starren Platte gebildeten Unterkiefer­ modell-Trägerplatte, auf der ein Unterkiefermodell in richti­ ger Lage zum Zahnbogen und zu einem fest abgestützten Oberkie­ fermodell befestigt ist und die über Gelenkanordnungen, welche eine freie Drehbewegung von drei Punkten der Unterkiefermodell- Trägerplatte zulassen, und zugehörige Antriebe zu einer dreidi­ mensionalen Bewegung gegenüber dem Oberkiefermodell veranlaßt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkanordnungen (5 A, 5 B, 5 C) zusätzliche freie Kippbewegungen zulassen und mit ihren Bewegungszentren auf jeweils einem von drei in fester La­ ge mit Bezug auf drei Markierungspunkte (a, b, c) der Unterkie­ fermodell-Trägerplatte (1) angeordneten Reproduktionsbezugspunk­ ten (A, B, C) liegen; daß die Gelenkanordnungen mit Gleitführun­ gen (9 AX, 9 AY, 9 AZ; 9 BX, 9 BY, 9 BZ; 9 CX, 9 CY, 9 CZ) verbunden sind, die eine freie Gleitbewegung der betreffenden Gelenkanordnungen in jeder von drei rechtwinklig zueinander verlaufenden Richtun­ gen (X, Y, Z) zulassen, und daß die Antriebe (8 AX, 8 AZ, 8 BY, 8 BZ, 8 CY, 8 CZ) für eine Zwangsverstellbewegung der Gelenkanordnungen in insgesamt sechs mit diesen rechtwinklig zueinander verlau­ fenden Richtungen (X, Y, Z) zusammenfallenden Antriebsrichtun­ gen ausgelegt und mit entsprechenden Positionskoordinateninfor­ mationen beaufschlagt sind; und daß die Gelenkanordnungen bezüg­ lich der drei verbleibenden, gleichfalls mit den rechtwinklig zueinander verlaufenden Richtungen (X, Y, Z) zusammenfallenden Verstelleinrichtungen den Zwangsverstellbewegungen der jeweils an­ deren Gelenkanordnung folgen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer (a) der drei Markierungspunkte dem vorderen Abschnitt des Unterkiefermodells (2) entspricht, die beiden anderen Markierungspunkte (b, c) zwei seitli­ chen Abschnitten des Unterkiefermodells entsprechen und das von den drei Markierungspunkten gebildete gleichschenklige Dreieck eine starre Ebene der Unter­ kiefermodell-Trägerplatte (1) bestimmt, daß als Gleit­ führungen Lager (9 AX, 9 AY, 9 AZ; 9 BX, 9 BY, 9 BZ; 9 CX, 9 CY, 9 CZ) vorgesehen sind, die in zwei der orthogonalen dreidimensionalen Richtungen (X, Y, Z) verschiebbar sind, und daß als Antriebe Schrittmotore (8 AX, 8 AZ, 8 BY, 8 BZ, 8 CY, 8 CZ) vorgesehen sind, deren An­ triebsrichtungen mit den zweidimensionalen Richtungen übereinstimmen, die mit den zweidimensionalen Positions­ koordinateninformationen beaufschlagt sind und die das Unterkiefermodell durch eine Synthese der zweidimensio­ nalen Bewegung der Gelenke (5 A, 5 B, 5 C) zu einer drei­ dimensionalen Bewegung veranlassen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungs­ punkte (a, b, c) mit den entsprechenden Gelenkanordnungen (5 A, 5 B, 5 C) über starre Streben (4 a, 4 b, 4 c) verbunden sind, daß jedes der orthogonalen Gleitlager (9 AX, 9 AY, 9 AZ; 9 BX, 9 BY, 9 BZ; 9 CX, 9 CY, 9 CZ) mit zwei zuge­ ordneten Schrittmotoren (8 AX, 8 AZ, 8 BY, 8 BZ, 8 CY, 8 CZ) über eine entspre­ chende Gelenkanordnung und Gewindespindeln (8 a 1, 8 B 1, 8 C 1) verbunden ist, die frei vor- und rückwärts bewegbar sind, und daß jedes der Gleitlager mit anderen Gleitlagern für eine Nachlaufgleitbewegung in der anderen Verstell­ richtung verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß jede der Gelenkanordnungen (5 A, 5 B, 5 C) als Kugelgelenk mit einem in einer Kugelaufnahme (14) dreh- und schwenkbar gelagerten Kugelkörper (13) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die von einer Meßvorrichtung (M) ermittelten Positionskoordinaten­ informationen in einem Speicher zwecks nachfolgender Beaufschlagung der be­ treffenden Antriebe eingespeichert werden.