DE3541891A1 - Verfahren zur erfassung, speicherung und wiedergabe von geometrischen daten von objekten, insbesondere von kiefermodellen und eine vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur erfassung, speicherung und wiedergabe von geometrischen daten von objekten, insbesondere von kiefermodellen und eine vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung,
Speicherung und Wiedergabe von geometrischen Daten
von Objekten, insbesondere von Kiefermodellen, und
eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
In Bereichen von Wissenschaft und Technik, in denen
die geometrischen Daten von Objekten erfaßt und über
einen gewissen Zeitraum reproduzier sein müssen, werden
üblicherweise die Objekte selbst über den entsprechenden
Zeitraum gelagert, um im Bedarfsfall zur Verfügung
zu stehen.
Insbesondere im Bereich der Kieferorthopädie und der
Zahntherapie besteht das Problem, daß die Kiefermodelle,
von denen üblicherweise drei pro Patient angefertigt
werden, über mindestens 5 Jahre nach der Behandlung
aufbewahrt werden müssen. Dies führt im Bereich der
Kieferorthopädie, d.h. bei den ca. 1.200 Kieferorthopäden
in der Bundesrepublik Deutschland, zu entsprechenden
Problemen, wobei bei einer mittleren Kieferorthopädiepraxis
ca. 700 Fälle über 3 Jahre behandelt werden, so daß
die entsprechende Anzahl an Modellen einzulagern ist.
Im Hinblick darauf, daß in der Kieferorthopädie die
verschiedensten Daten eines Kiefermodells zur Verfügung
stehen müssen, da folgende Längen- und Bißbilder zur
Verfügung stehen müssen:
Breite je Zahn mesial - distal
Breite der Zahnfront
Okklusion bei 6/6
Okklusion der sagitalen Stufe
Okklusion der vertikalen Stufe
Okklusion bei Kreuzbissen,
Breite der Zahnfront
Okklusion bei 6/6
Okklusion der sagitalen Stufe
Okklusion der vertikalen Stufe
Okklusion bei Kreuzbissen,
hat es sich gezeigt, daß eine Vermessung hinsichtlich
der wesentlichen Maße und die Speicherung nur dieser
Maße viel zu aufwendig ist, so daß bisher die Modelle
immer selbst aufgehoben werden mußten.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zur Erfassung, Speicherung und Wiedergabe
von geometrischen Daten von Objekten, insbesondere
von Kiefermodellen, zu schaffen, das eine Erfassung
insbesondere von Kiefermodellen so ermöglicht, daß
alle am Modell manuell, akustisch oder optisch abtastbaren
Maße, geometrischen Formen und Verhältnisse ohne Einschrän
kung erfaßt werden, daß die Abspeicherung der die erfaßten
Größen repräsentierenden Daten möglich ist und die
Möglichkeit geschaffen wird, mit den gewonnenen und
gespeicherten Daten eine dreidimensionale Reproduktion
des erfaßten Modells zu erstellen, wobei gleichzeitig
alle Maßen und Größen als digitale Angaben zur Verfügung
stehen sollten. Eine weitere Aufgabe besteht darin,
die Datenerfassung so zu gestalten, daß die Reproduktion
der Objekte selbst ermöglicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs
genannten Art vorgeschlagen, nach dem erfindungsgemäß
unter Verwendung eines kohärenten Lichtes ein Hologramm
des Objektes erzeugt wird, das Hologramm (3-D-Bild)
vermittels einer Linescan-Kamera oder einer CCD-Matrix-
Kamera erfaßt und in entsprechende elektrische Signale
umgewandelt wird, die erhaltenen elektrischen Signale
durch einen Analog-Digital-Wandler digitalisiert werden,
die digitalen Signale in einem Speicher abgespeichert
werden, zur Wiedergabe die digitalen Signale aus dem
Speicher abgerufen, die digitalen Signale vermittels
eines Auswertungsprogramms in einen Mikroprozessor
hinsichtlich der gewünschten Information, wie z.B.
der Gesamt-Form oder der Größe einzelner Bestandteile
des Objektes ausgewertet werden, die das Auswertungs
ergebnis beinhaltenden Signale auf einem Digital-Anzeigege
rät dargestellt und/oder in einem Digital-Analog-Wandler
analogisiert und auf einem Monitor dargestellt werden.
Nach diesem Verfahren ist vorgesehen, eine holographische
Erfassung eines Objektes mit einer vollautomatischen
Auswertung zu kombinieren. Es ist auf diese Weise möglich,
die Objekte und insbesondere die Kiefermodelle dreidi
mensional zu erfassen und die entsprechenden Signale
dauerhaft abzuspeichern, so daß eine Aufbewahrung des
Kiefermodells selbst nicht mehr notwendig ist. Die
Möglichkeit hierzu wird durch die Anwendung eines Lasers
geschaffen, der in der Lage ist, als Quelle kohärenten
Lichtes zu dienen. Wenn nämlich Gegenstände mit kohärentem
Licht beleuchtet werden, so erhält das dann von ihnen
ausgehende, durch Reflektion, Transmission, Beugung
oder Streuung beeinflußte Wellenfeld in seiner Amplituden
und Phasenverteilung sämtliche optischen Informationen
über die beleuchteten Gegenstände. Wird diesem Wellenfeld
(Objektwelle) eine kohärente Vergleichswelle (Referenz
welle) überlagert, so ergibt sich infolge Interferenz
ein räumliches Interferenzbild, dessen Intensitätsvertei
lung erfaßt werden kann. Das so gewonnene Bild bezeichnet
man als Hologramm. Die Abbildung des Hologramms wird
üblicherweise auf einem holographischen Speicher durchgeführt,
der nämlich die Information in Form von Hologrammen
speichert. Dabei ist jedem Bit ein von den zwei kohärenten
Lichtquellen gebildetes Interferenzmuster zugeordnet,
das auf der gesamten Hologrammfläche abgebildet wird,
weshalb lokale Fehler bzw. Verschmutzungen nicht zu
Bit-Fehlern führen. Verwendet werden zur Speicherung
thermoplastische Folien. Das Lesen der gespeicherten
Informationen geschieht wieder mit kohärentem Licht.
Es sind dabei Packungsdichten von 106 Bit/mm2 möglich.
Durch die entsprechende Abspeicherung der in dem Hologramm
enthaltenen Informationen ist daher die Erfassung des
Objekts in seiner dreidimensionalen Struktur möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens
ist vorgesehen, daß die nach der Hologrammerfassung
erhaltenen und digitalisierten Signale auf einer Diskette
abgespeichert werden, diese Diskette in einen Disketten
speicher eingelagert wird, zur Wiedergabe diese Diskette
dem Diskettenspeicher entnommen wird und die digitalisierten
Signale wieder von der Diskette abgerufen werden.
Auf diese Weise ist eine Abspeicherung der gewonnenen
Daten in üblichen Massenspeichern, nämlich in Disketten
speichern, möglich, so daß die Organisation des Zugriffs
bzw. Rückgriffs auf die abgespeicherten Daten leicht
möglich ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens
ist vorgesehen, daß gleichzeitig mit dem Hologramm
ein Datenträger mit Kenndaten des Objektes erfaßt und
die einzelnen Signale zusammen mit den dem Hologramm
entsprechenden Signalen abgespeichert werden, so daß
diese Signale zusammen mit den dem Hologramm entsprechen
den Signalen aus dem Speicher abrufbar sind.
Hierdurch ist eine einfache Zuordnung zwischen Patienten
daten und Meßdaten durchführbar, so daß die Organisation
der Datenverwaltung in hohem Maße vereinfacht wird.
Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung
vorgeschlagen, bei der erfindungsgemäß auf einer Grundplatte
eine Laserstrahlerzeugungseinrichtung, ein halbdurchläs
siger Spiegel, Umlenkspiegel, Linsen und Hologrammfolie
so angeordnet sind, daß ein von der Laserstrahlerzeugungs
einrichtung erzeugter Strahl kohärenten Lichtes von
dem halbdurchlässigen Spiegel in einen Objektstrahl
und einen Referenzstrahl geteilt wird, wobei der Referenz
strahl durch die Linse auf einen Umlenkspiegel geführt
und von diesem die Linse durchtretend auf die Hologramm
folie geführt wird, der Objektstrahl nach Durchtritt
durch die Linse von dem Umlenkspiegel auf den Objekt
träger geleitet und von einem auf dem Objektträger
angeordneten Objekt auf die Hologrammfolie reflektier
bar ist, und die Linsen jeweils entsprechend ihrer
Brennweiten zu dem halbdurchlässigen Spiegel, den Umlenk
spiegeln, der Hologrammfolie bzw. dem Objektträger
beanstandet angeordnet sind, daß eine Kamera zur Abtastung,
Auswertung und Umwandlung des Hologramms in elektrische
Signale entsprechend angeordnet und mit einer Analog-
Digital-Wandlereinrichtung und einer Speichereinrichtung
verbunden ist, wobei die Speichereinrichtung mit einem
Mikroprozessor verbunden ist, der mit einer Digitalan
zeigeeinrichtung und/oder über einen Digital/Analog-
Wandler mit einem Monitor verbunden ist.
Hiermit ist eine vollautomatische Auswertung des zu
erfassenden Objektes möglich. Es ist ein Mikroprozessor
system in das Gesamtsystem integriert und eine Kamera
wandelt das fotografische Bild in elektronische Signale
um bzw. entnimmt die für die Auswertung/Vermessung
des Objektes notwendigen Informationen aus dem 3-D-Bild.
Das Kamerabild wird mit einem Analog/Digital-Wandler
digitalisiert und in einem entsprechenden Speicher
abgelegt. Für den Rückgriff wird dann das gespeicherte
Bild mit dem Mikroprozessor, der ein entsprechendes
Programm beinhaltet, ausgewertet, um die gesuchten
Maße im Kiefermodell zu erhalten. Um die Meßergebnisse
darzustellen, ist eine Digital-Anzeigeeinrichtung und
ein Digital/Analog-Wandler mit einem nachgeschalteten
Monitor vorgesehen. Die Bedienung wird interaktiv mit
Hilfe eines Menueprogramms durchgeführt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens
bzw. vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind
in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es ist möglich, die mit dem Verfahren gewonnenen Daten,
die ja in digitaler Form vorliegen, zur Steuerung einer
NC-Werkzeugmaschine zur Nachbildung eines Kiefermodells
zu verwenden. Andererseits kann auch die Rückjustierung
der entwickelten Hologrammplatte ggfs. durch eine Steuerung
für maximal sechs Freiheitsgrade durchgeführt werden.
Dabei ist die Anwendung des Verfahrens nicht nur auf
die Anwendung zur Speicherung von Objektdaten geeignet,
das Verfahren kann auch für den Nachbau von kompliziert
aufgebauten Objekten angewendet werden, da eine optimale
Erfassung des Objektes ermöglicht wird und die hieraus
erhaltenen Daten in einfacher Weise zur Steuerung entspre
chender Nachbaueinrichtungen verwendet werden können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend
anhand der Zeichnung erläutert:
In der Zeichnung ist die Vorrichtung 100 schematisch
teils von oben, teils schaubildlich dargestellt, wo
bei mit 10 eine Grundplatte bezeichnet ist, auf der
ein holographischer Aufbau angeordnet ist.
Als Laserstrahlerzeugungseinrichtung 20 ist dabei ein
Helium-Neon-Laser 15 bzw. 50 m/W angeordnet, der einen
Strahl 10 a kohärenten Lichtes erzeugt. Von dem halbdurch
lässigen Spiegel 30 wird der Strahl 10 a in einen Referenz
strahl 21 und einen Objektstrahl 22 geteilt, indem
der Referenzstrahl 21 den halbdurchlässigen Spiegel
30 durchtritt, während der Objektstrahl 22 von dem
halbdurchlässigen Spiegel 30 umgelenkt wird. Der Referenz
strahl 21 durchtritt dabei die in Brennpunktsabstand
angeordnete Linse 33 und fällt auf den Spiegel 31,
der den Referenzstrahl 21 umlenkt und durch die Linse
34 auf die Hologrammfolie 50 führt.
Der Objektstrahl 22 durchtritt die ebenfalls in Brennpunkts
abstand zu den Spiegeln 30 und 32 angeordnete Linse
35 und wird von dem Spiegel 32 durch die in Brennpunktsab
stand angeordnete Linse 36 auf den Objektträger 40
gerichtet. Sofern ein Objekt 41 auf dem Objektträger
40 angeordnet ist, wird der Objektstrahl von dem Objekt
41 zu der Hologrammfolie 50 reflektiert, so daß sich
hier das Hologramm ergibt. Insbesondere für Kiefermodelle
ist es dabei vorteilhaft, wenn diese aus extra weißem,
leicht phosphoreszierendem Modellgips hergestellt sind,
da sich hierbei die beste Reflektion des Objektbildes
zum Hologramm 50 ergibt.
Die Grundplatte 10 ist zur Vermeidung von äußeren Einflüs
sen, wie mechanischen Schwingungen und Körperschall,
auf Luftfedern 11, 12, 13, 14, 15, 16 angeordnet, wobei
die Grundplatte 10 selbst relativ schwer ausgebildet
ist, so daß sie nur schwer zu Schwingungen angeregt
werden kann.
Eine Kamera 60, die als Linescan-Kamera oder als CCD-
Matrix-Kamera ausgebildet sein kann, ist so angeordnet,
daß sie das holographische Bild von der Hologrammfolie
aufnimmt und in elektronische Signale umwandelt.
Diese werden dem Analog/Digital-Wandler 61 zugeführt
und im Diskettenlaufwerk 71 in eine Diskette 75 eingelesen.
Diese kann dem Diskettenspeicher 72 zur Einlagerung
zugeführt werden; sie kann jedoch sofort oder nach
Einlagerung in dem Diskettenspeicher 72 einem Disketten
laufwerk 73 zugeführt werden, das von der Diskette 75
die entsprechenden Daten abliest. Die so gewonnenen
Daten werden von einem Mikroprozessor 80 ausgewertet
und auf einer Digital-Anzeigeeinrichtung 82 dargestellt,
wobei die Daten gleichzeitig über einen Digital/Analog-
Wandler 82 einem Monitor 83 zugeführt werden, mit dem
eine Darstellung der Daten oder des Objektes selbst
möglich ist.
Der Aufbau der voranstehend beschriebenen Vorrichtung
soll lediglich als Ausführungsbeispiel dienen, eine
andere Ausbildung der Speichereinrichtung 70, beispiels
weise als Halbleiterspeicher, Magnetspeicher, Mikrochip
od.dgl. ist ebenso möglich, wie ein anderer Aufbau
des die abgespeicherten digitalen Daten auswertenden
Teils der Vorrichtung 100.
Auch ist es möglich, die Vorrichtung räumlich zu trennen
in der Weise, daß zunächst ein Hologramm auf einer Fotoplatte
registriert wird, die dann über die Kamera 60 in
der voranstehend beschriebenen Weise ausgewertet wird.
Claims (13)
1. Verfahren zur Erfassung, Speicherung und Wiedergabe
von geometrischen Daten von Objekten, insbesondere
von Kiefermodellen,
dadurch gekennzeichnet,
daß unter Verwendung eines kohärenten Lichtes
ein Hologramm des Objektes erzeugt wird, das Hologramm
(3-D-Bild) vermittels einer Linescan-Kamera oder
einer CCD-Matrix-Kamera erfaßt und in entsprechende
elektrische Signale umgewandelt wird, die erhaltenen
elektrischen Signale durch einen Analog-Digital-
Wandler digitalisiert werden, die digitalen Signale
in einem Speicher abgespeichert werden, zur Wieder
gabe die digitalen Signale aus dem Speicher abgerufen,
die digitalen Signale vermittels eines Auswertungspro
gramms in einen Mikroprozessor hinsichtlich der
gewünschten Information, wie z.B. der Gesamt-Form
oder der Größe einzelner Bestandteile des Objekts
ausgewertet werden, die das Auswertungsergebnis
beinhaltenden Signale auf einem Digital-Anzeige
gerät dargestellt und/oder in einem Digital-Analog-
Wandler analogisiert und auf einem Monitor dargestellt
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die nach der Hologrammerfassung erhaltenen
und digitalisierten Signale in einem Halbleiterspei
cher gespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die nach der Hologrammerfassung erhaltenen
und digitalisierten Signale auf einer Diskette
abgespeichert werden, diese Diskette in einen
Diskettenspeicher eingelagert wird, zur Wiedergabe
diese Diskette dem Diskettenspeicher entnommen
wird und die digitalisierten Signale wieder von
der Diskette abgerufen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die nach der Hologrammerfassung erhaltenen
und digitalisierten Signale auf einem Magnetband
abgespeichert werden, dieses Magnetband in einem
Magnetbandspeicher eingelagert wird, zur Wiedergabe
dieses Magnetband dem Magnetbandspeicher entnommen
und die digitalisierten Signale wieder von dem
Magnetband abgerufen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß gleichzeitig mit dem Hologramm ein Datenträger
mit Kenndaten des Objektes erfaßt und die einzelnen
Signale zusammen mit den dem Hologramm entsprechenden
Signalen abgespeichert werden, so daß diese Signale
zusammen mit den dem Hologramm entsprechenden
Signalen aus dem Speicher abrufbar sind.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf einer Grundplatte (10) eine Laserstrahler
zeugungseinrichtung (20), ein halbdurchlässiger
Spiegel (30), Umlenkspiegel (31, 32), Linsen (33, 34, 35, 36)
und eine Hologrammfolie (50) so angeordnet sind, daß
ein von der Laserstrahlerzeugungseinrichtung (10)
erzeugter Strahl (10 a) kohärenten Lichtes von
dem halbdurchlässigen Spiegel (30) in einen Objekt
strahl (22) und einen Referenzstrahl (21) geteilt
wird, wobei der Referenzstrahl (21) durch die
Linse (33) auf einen Umlenkspiegel (31) geführt
und von diesem die Linse (34) durchtretend auf
die Hologrammfolie (50) geführt wird, der Objekt
strahl (22) nach Durchtritt durch die Linse (35)
von dem Umlenkspiegel (32) auf den Objektträger
(40) geleitet und von einem auf dem Objektträger
(40) angeordneten Objekt (41) auf die Hologrammfolie
(50) reflektierbar ist, und die Linsen (33, 34, 35, 36)
jeweils entsprechend ihrer Brennweiten zu dem
halbdurchlässigen Spiegel, den Umlenkspiegeln
(31, 32), der Hologrammfolie (50) bzw. dem Objekt
träger (40) beabstandet angeordnet sind, daß eine
Kamera (60) zur Abtastung, Auswertung und Umwandlung
des Hologramms (50) in elektrische Signale entspre
chend angeordnet und mit einer Analag/Digital-
Wandlereinrichtung (61) und einer Speichereinrich
tung (70) verbunden ist, wobei die Speichereinrichtung
(70) mit einem Mikroprozessor (80) verbunden ist,
der mit einer Digitalanzeigeeinrichtung (82) und/oder
über einen Digital/Analog-Wandler (81) mit einem
Monitor (83) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Grundplatte (10) im Bereich des Objekt
trägers (40) eine Lichtschutzplatte (45) vertikal
angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Grundplatte (10) auf einer aus einer oder
mehreren Luftfedern (11-16) bestehenden Lagerung
angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Speichereinrichtung (70) aus einem Disketten
laufwerk (71), einem Diskettenspeicher (72) und
einem weiteren Diskettenlaufwerk (73) besteht.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kamera (60) als Linescan-Kamera ausgebildet
ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kamera (60) als CCD-Matrix-Kamera ausgebildet
ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Laser (10) als Helium-Neon-Laser 15 bzw.
50 m/W ausgebildet ist.
13. Verwendung der nach dem Verfahren nach Anspruch 1
gewonnenen digitalen Signale zur Steuerung einer
NC-Werkzeugmaschine zur Nachbildung eines Objektes,
insbesonderes eines Kiefermodells.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853541891 DE3541891A1 (de) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | Verfahren zur erfassung, speicherung und wiedergabe von geometrischen daten von objekten, insbesondere von kiefermodellen und eine vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19853541891 DE3541891A1 (de) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | Verfahren zur erfassung, speicherung und wiedergabe von geometrischen daten von objekten, insbesondere von kiefermodellen und eine vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3541891A1 true DE3541891A1 (de) | 1987-06-04 |
Family
ID=6286967
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19853541891 Withdrawn DE3541891A1 (de) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | Verfahren zur erfassung, speicherung und wiedergabe von geometrischen daten von objekten, insbesondere von kiefermodellen und eine vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
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