JP2006275886A

JP2006275886A - 歯顎模型形状等の計測方法

Info

Publication number: JP2006275886A
Application number: JP2005097751A
Authority: JP
Inventors: Tomotaka Sakamoto; 友貴坂本
Original assignee: GC Corp; GC Dental Industiral Corp
Current assignee: GC Corp
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】従来の軸心がＺ軸を成す回転テーブルと、回転テーブル上をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動自在なＸＹテーブルと、ＸＹテーブル上部に固定設置され被計測物装着具を設置できる載置台と、少なくともＺ軸上の点を中心としてＺ軸を含む同一平面上を回転移動できる一つのレーザセンサにより載置台上の被計測物の形状の三次元座標を計測する計測部とを備えた三次元計測装置を用いて歯顎模型形状等の計測をする方法において、計測ラインを増やしても計測時間が増加しない計測方法を提供する。
【解決手段】回転している被計測物を計測部が予め決められた角度を単位とした回転移動を行う都度計測することで複数の計測ラインの集合による三次元形状を得る際に、Ｚ軸を超えた後はＺ軸を超える前に計測した計測ラインと異なる新たな計測ラインを計測することを特徴とする歯顎模型形状等の計測方法とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、三次元計測装置を用いて、歯科用補綴物切削用ブロックを自動切削加工機により目的とする歯科用補綴物形状に切削加工する際に用いる歯科用補綴物の三次元形状データを作製するための歯顎模型形状等の計測方法に関するものである。

一般的にインレー，クラウン，ブリッジ等の歯科用補綴物を作製する方法としては、金属材料をロストワックス鋳造法により鋳造して歯科用補綴物を作製する方法や、耐火模型上にセラミックス材料を築盛した後に真空電気炉により焼成して審美性に主眼を置いたセラミックインレー，オールセラミッククラウン等の歯科用補綴物を作製する方法等が従来から広く知られている。

しかしながら、このような従来のロストワックス鋳造法や真空電気炉による焼成等の方法により歯科用補綴物を作製する際には、殆どの工程が歯科技工士により手作業で行われるものであり、そしてこの手作業による工程も非常に細かく繁雑なものであるから、このような工程に膨大な時間と手間がかかってしまうと共に、歯科技工士の熟練度により作製される歯科用補綴物の品質の良し悪しが左右されるという問題があった。

そこで、歯科技工士による手作業に頼ることなく安定した品質の歯科用補綴物を短時間により多く作製する方法として、近年では三次元計測装置とコンピュータ等を用いてインレー，クラウン，ブリッジ等の歯科用補綴物の三次元形状データを作製し、この歯科用補綴物の三次元形状データに基づいて自動切削加工機により歯科用補綴物切削用ブロックを切削加工して歯科用補綴物を作製する歯科用CAD/CAMシステムが開発されてきた。

このような歯科用CAD/CAMシステムにおける三次元計測装置としては、例えば被計測物の保持台、保持台の回転治具、保持台回転軸の変更治具、保持台位置の変更治具とレーザ計測部により構成される装置が存在する（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、このような装置は隣在歯や対合歯等の隣接する歯牙や周辺歯肉の形状及び位置関係を考慮しなくても良いコーピング等の歯科用補綴物を、適用したい被計測物たる単独歯牙の支台歯模型形状等のみを計測して歯科用補綴物の三次元形状データを作製する場合には有効である。しかし、単独歯牙の計測のみに特化された構造となっているので、隣在歯や対合歯等の隣接する歯牙や周辺歯肉の形状及び位置関係の考慮が必要なクラウン等の歯科用補綴物を適用したい症例の被計測物たる歯顎模型形状や隣在歯や対合歯等の隣接する歯牙や周辺歯肉の形状及び位置関係の考慮が必要かつ複数本の支台歯の計測が必要なブリッジ等の歯科用補綴物を適用したい症例の被計測物たる歯顎模型形状等を計測することができないという問題があった。

そこで、隣在歯や対合歯等の隣接する歯牙や周辺歯肉の形状及び位置関係を考慮しなくても良い単独歯牙の支台歯模型等だけでなく、隣在歯や対合歯等の隣接する歯牙や周辺歯肉の形状及び位置関係の考慮が必要なクラウン等の歯科用補綴物を適用したい症例の被計測物たる歯顎模型形状や隣在歯や対合歯等の隣接する歯牙や周辺歯肉の形状及び位置関係の考慮が必要かつ複数本の支台歯の計測が必要なブリッジ等の歯科用補綴物を適用したい症例の被計測物たる歯顎模型形状等までも計測することができる上に、被計測物の形状を計測するレーザセンサを１つとすることによりその製造コストやメンテナンスの費用を低く押えることができる三次元計測装置として、回転軸の軸心がＺ軸を成す回転テーブルと、該回転テーブル上をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動自在なＸＹテーブルと、該ＸＹテーブル上部に固定設置され被計測物装着具を設置できる載置台と、少なくとも前記Ｚ軸上の所望の点を中心として該Ｚ軸を含む同一平面上を回転移動できる一つのレーザセンサにより該載置台上の被計測物装着具に装着される被計測物の形状の三次元座標を計測する計測部とを備えた、例えば図１に示すような三次元計測装置が開発された。この三次元計測装置は、該計測部が回転移動を行う前にＺ軸に対して一端平行移動し回転移動を行い、回転移動の後に再びＺ軸に対して平行移動をして計測することもできる。

しかし、この装置を用いた歯顎模型形状等の計測は、計測部が１つだけなので計測の精度が必要とされた場合に、計測部を回転移動させる際の単位角度、即ちステップ移動の距離を少なくして（計測回数を増やして）計測精度を上げると計測に時間がかかってしまうという欠点があった。

特開平５−３３２７３１号公報

そこで本発明は、従来の回転軸の軸心がＺ軸を成す回転テーブルと、該回転テーブル上をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動自在なＸＹテーブルと、該ＸＹテーブル上部に固定設置され被計測物装着具を設置できる載置台と、少なくとも前記Ｚ軸上の所望の点を中心として該Ｚ軸を含む同一平面上を回転移動できる一つのレーザセンサにより該載置台上の被計測物装着具に装着される被計測物の形状の三次元座標を計測する計測部とを備えた三次元計測装置を用いて、歯科用補綴物切削用ブロックを自動切削加工機により切削加工する際に用いる歯科用補綴物の三次元形状データを作製するための歯顎模型形状等の計測方法において、計測ラインを増やして計測の精度を上げても計測時間が増加しない歯顎模型形状等の計測方法を提供することを課題とする。

本発明者等は前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、従来の回転軸の軸心がＺ軸を成す回転テーブルと、該回転テーブル上をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動自在なＸＹテーブルと、該ＸＹテーブル上部に固定設置され被計測物装着具を設置できる載置台と、少なくとも前記Ｚ軸上の所望の点を中心として該Ｚ軸を含む同一平面上を回転移動できる一つのレーザセンサにより該載置台上の被計測物装着具に装着される被計測物の形状の三次元座標を計測する方法では、被計測物上に存在する特異な曲面や傾斜等により計測点によってはエラーが発生することがあるので、レーザセンサがＺ軸近辺で計測を止めずに、計測部の回転移動の折り返し点であるＺ軸上を更なる始点として更に大凡９０度の回転移動行い計測を続け、同じ被計測物の計測ラインを再び計測することによってエラーを補正するための三次元計測座標を得ていることに着目した。

これは、三角法を応用したレーザセンサの計測原理によるものであり、レーザセンサの計測では被計測物上に存在する特異な曲面や傾斜等により計測できない計測点が被計測物の計測面上に存在しうるので、レーザセンサの被計測物に対する向きを反転させることにより反転させる前にはエラーにより計測できなかった被計測物の計測面上の計測点を計測していた。そのため、レーザセンサがＺ軸近辺で計測を止めずに計測部の回転移動の折り返し点であるＺ軸上を始点として更に９０度の回転移動を行い計測を続け、同じ被計測物の同じ計測ラインを再び計測することによりエラーの補正に必要な三次元計測座標を得ていたのである。これは、該計測部がＺ軸に対して一端平行移動してから回転移動を行い、回転移動の後更にＺ軸に対して平行移動をする場合も平行移動時の測定において同じことをしている。

そこで、計測で発生するエラーを補正するための２度の計測を止め、代わりに計測ラインを増やしつつ計測で発生するエラーを補正する新たな方法として、従来のように同じラインを２度計測してエラーを補正するのではなく、２度目の計測において最初に計測したライン（Ｌ）の間を計測して新たな計測ライン（Ｌ’）を計測し，エラーが発生した１回目の計測ライン（Ｌ）上の計測点の直上下に存在する２本の新たな計測ライン（Ｌ’）を利用してエラーの補正を行えば、従来とほぼ同じ計測時間で更に高い計測精度を得ることができるのである。

即ち本発明は、回転軸の軸心がＺ軸を成す回転テーブルと、該回転テーブル上をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動自在なＸＹテーブルと、該ＸＹテーブル上部に固定設置され被計測物装着具を設置できる載置台と、少なくとも前記Ｚ軸上の所望の点を中心として該Ｚ軸を含む同一平面上を回転移動できる一つのレーザセンサにより該載置台上の被計測物装着具に装着される被計測物の形状の三次元座標を計測する計測部とを備えた三次元計測装置を用いて、回転している被計測物を計測部が予め決められた角度を単位とした回転移動を行う都度計測することで複数の計測ライン（Ｌ）の集合による三次元形状を得る際に、Ｚ軸を超えた後はＺ軸を超える前に計測した計測ライン（Ｌ）と異なる新たな計測ライン（Ｌ’）を計測することを特徴とする歯顎模型形状等の計測方法である。

また、前記計測方法において、更に該計測部が回転移動を開始する前に、Ｚ軸に対して所定量平行移動してから回転移動を行い、回転移動の後に再びＺ軸に対して所定量平行移動を行う歯顎模型形状等の計測方法であって、Ｚ軸を超えた後はＺ軸を超える前に行った平行移動及び回転移動で計測した計測ライン（Ｌ）と異なる新たな計測ライン（Ｌ’）を計測する歯顎模型形状等の計測方法である。

本発明に係る歯顎模型形状等の計測方法は、従来の回転軸の軸心がＺ軸を成す回転テーブルと、該回転テーブル上をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動自在なＸＹテーブルと、該ＸＹテーブル上部に固定設置され被計測物装着具を設置できる載置台と、少なくとも前記Ｚ軸上の所望の点を中心として該Ｚ軸を含む同一平面上を回転移動できる一つのレーザセンサにより該載置台上の被計測物装着具に装着される被計測物の形状の三次元座標を計測する計測部とを備えた三次元計測装置を用いて、歯科用補綴物切削用ブロックを自動切削加工機により切削加工する際に用いる歯科用補綴物の三次元形状データを作製するための歯顎模型形状等の計測方法において、計測ラインを増やして計測の精度を上げても計測時間が増加しない歯顎模型形状等の計測方法である。

以下、図面により本発明に係る歯顎模型形状等の計測方法について詳細に説明する。
図１は従来の回転軸の軸心がＺ軸を成す回転テーブルと、該回転テーブル上をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動自在なＸＹテーブルと、該ＸＹテーブル上部に固定設置され被計測物装着具を設置できる載置台と、少なくとも前記Ｚ軸上の所望の点を中心として該Ｚ軸を含む同一平面上を回転移動できる一つのレーザセンサにより該載置台上の被計測物装着具に装着される被計測物の形状の三次元座標を計測する計測部とを備えた三次元計測装置を模式的に示した説明図。図２は三次元形状計測装置を用いて歯顎模型形状等の計測方法を行っている状態を模式的に示した説明図。図３は本発明に係る歯顎模型形状等の計測方法の１実施例を模式的に示す説明図である。

図面中、１は本発明方法において用いられる三次元計測装置であって、図１に示したように回転軸の軸心がＺ軸を成す回転テーブルと、該回転テーブル上をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動自在なＸＹテーブルと、該ＸＹテーブル上部に固定設置され被計測物装着具を設置できる載置台と、少なくとも前記Ｚ軸上の所望の点を中心として該Ｚ軸を含む同一平面上を回転移動できる一つのレーザセンサにより該載置台上の被計測物装着具に装着される被計測物の形状の三次元座標を計測する計測部とを備えた三次元計測装置である。この三次元計測装置１は、計測部が回転移動を開始する前にＺ軸に対して所定量平行移動してから回転移動を行い、回転移動の後に再びＺ軸に対して所定量平行移動を行いその平行移動の間の計測を行うこともできる。

この三次元計測装置１は、計測部１ｄにより載置台１ｂの上部に設置された被計測物装着具２に装着された被計測物３の形状の三次元座標を計測し、歯科用補綴物切削用ブロックを自動切削加工機により切削加工する際に用いる歯科用補綴物の三次元形状データを作製するための歯顎模型形状等の計測を行うために用いられる。

この三次元計測装置１を用いて被計測物３の形状の三次元座標を計測するには、この三次元計測装置１の載置台１ｂの上部に設置された被計測物装着具２に装着された被計測物３を、ＸＹテーブル１ｃによりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させたりすることにより被計測物３の真上から見た中心位置を回転テーブル１ａの回転軸の軸心付近に位置調整し、回転テーブル１ａにより回転テーブル１ａの回転軸の軸心であるＺ軸廻りに回転させ被計測物３の形状の三次元座標を計測する計測部１ｄの一つのレーザセンサ１ｄａ自体をもＺ軸上の所望の点を中心としてこのＺ軸を含む同一平面上を回転移動させながら、計測部１ｄの一つのレーザセンサ１ｄａにより被計測物３の表面にレーザ光を照射すると共に、この被計測物の表面から反射してくるレーザ光を受光し、計測部１ｄによりこのレーザ光を受光した際のレーザセンサ１ｄａの位置,レーザ光の受光角度,レーザ光の受光量や照射から受光までの時間等に基づいて被計測物の表面の各点の三次元座標を計測し、これらの複数の計測点を基に被計測物の形状の三次元座標を得るのである。

図面中２は三次元計測装置１の回転テーブル１ａ上をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動自在なＸＹテーブル１ｃ上の載置台１ｂの上部に載置できる被計測物装着具である。この被計測物装着具２の上面側には、図示しないが歯科用補綴物の模型３の係合部位に係合する形状を成す装着部が設けられており、歯科用補綴物の模型３が被計測物装着具２に対して回転しないように固定可能となっている。この被計測物装着具２の下面側は、ＸＹテーブル１ｃ上の載置台１ｂ上に載置する際にこのＸＹテーブル１ｃの上面に対して被計測物装着具２の回転中心軸が鉛直となるように載置台１ｂ上に載置される。

３は被計測物となる歯顎模型等の模型であり、歯科技工士等によってワックス，合成樹脂や石膏等の材料で形成されるものである。

この装置を用いて歯科用補綴物切削用ブロックを自動切削加工機により目的とする歯科用補綴物に切削加工するための歯科用補綴物の三次元形状データを作製するための歯顎模型形状等の計測方法は、図２を用いて説明すると、該計測部１ｄが回転移動を開始する始点（Ｓ）は被計測物の側方付近に位置し、始点（Ｓ）から等間隔でＺ軸まで計測部１ｄが回転している被計測物３を予め決められた角度を単位とした回転移動を行う都度計測することで複数の計測ライン（Ｌ）を得て、その計測ライン（Ｌ）の集合により三次元形状を得るのである。例えばレーザ測定光とＺ軸のなす角度θを１０度を単位として回転移動を行い約９０度移動させる場合は、計測部１ｄが始点（Ｓ）にあるときの計測を含めて１０度刻みで１０回の計測を行い、レーザセンサがＺ軸と重なったとき（１０回目の計測が終了したとき）に完了する。例の場合であれば、回転テーブルの１回転で測定するとして、例えば１度で１点を計測する場合であれば、３６０点×（９０度÷１０＋１）＝３９６０点で被計測物を計測することとなる。勿論、始点（Ｓ）とＺ軸の角度が移動する角度の単位で割り切れない場合は、次の回転移動でＺ軸を超える前後の予め設定した任意の時点で測定を完了する。

従来では、ここで存在するエラー点を修正するために計測部１ｄが次の移動でＺを超えるときに、最後の回転移動後に計測した最後の計測ライン（図３の例ではＬ_１０）から２度目の計測を行い、以後、始点（Ｓ）からＺ軸までの先の回転移動と同じ角度を単位とした回転移動で（上記の例であれば最後の計測ライン（Ｌ_１０）から１０度刻みで）先に計測したライン（Ｌ_１〜９）と同じライン上を終点（Ｓ’）まで計測を行っていた。このとき、始点（Ｓ）とＺ軸の角度が移動する角度の単位で割り切れずにその次の回転移動でＺ軸を超える前後の予め設定した任意の時点で測定を完了している場合は、計測部１ｄを最後の計測ライン上に回転移動させてから再び決められた角度を単位として２度目の測定を行っていた。

本発明に係る歯顎模型等の計測方法では、計測部１ｄが次の移動でＺを超えるときに、Ｚ軸を超える前に計測した計測ライン（Ｌ）と異なる新たな計測ライン（Ｌ’）を計測することを特徴とする。即ち、上記の例であれば、最後に計測した最後の計測ライン（Ｌ_１０）とその直前に計測した計測ライン（Ｌ_９）の間を計測してＺ軸を超える前に計測した計測ライン（Ｌ）と異なる新たな計測ライン（Ｌ'）を計測データに加える。このとき、先の計測ライン（Ｌ_１〜１０）の中間近傍を計測することが好ましい。

この計測方法によれば、実施例で示すと始点（Ｓ）からの角度で表すと例えば９５度の新たな計測ライン（Ｌ’_１０＋１）から図示しないが１７５度までの新たな計測ライン（_１０＋９）の各計測点が加わり、より詳細な計測データを得ることができる。この計測データを用いれば、２度目の計測において最初に計測したライン（Ｌ）の間の新たな計測ライン（Ｌ’）によりエラーが発生した計測ライン（Ｌ）上の計測点の直上下に存在する２本の新たな計測ライン（Ｌ’）を利用してエラーの補正を行うのでエラーを補正することができると同時に、他の最初に計測したライン（Ｌ）の間の新たな計測ライン（Ｌ’）を三次元形状を表すデータとして有功に使えるので従来とほぼ同じ計測時間で更に高い計測精度を得ることができるのである。

このとき、可能であれば１８０度を超える新たな計測ライン（Ｌ’）を加えても良いのは勿論である。また、上記の例であれば、最後に計測した最後の計測ライン（Ｌ_１０）とその直前に計測した計測ライン（Ｌ_９）の間の計測から、Ｚ軸を超える前に計測した計測ライン（Ｌ）と異なる新たな計測ライン（Ｌ’）による計測をはじめたが、最後の計測ライン（Ｌ_１０）がＺ軸を超えていない場合は、被計測物がＺ軸と交わる点と最後の計測ライン（Ｌ_１０）との間からＺ軸を超える前に計測した計測ライン（Ｌ）と異なる新たな計測ライン（Ｌ'）による計測をはじめても良いのは当然である。

また同様に、図示しないが、本発明で用いる三次元計測装置１では、更に計測部１ｄが回転移動を開始する前に、Ｚ軸に対して所定量平行移動してから回転移動を行い、回転移動の後に再びＺ軸に対して所定量平行移動を行う歯顎模型形状等の計測方法においても有功であり、Ｚ軸を超えた後はＺ軸を超える前に行った平行移動及び回転移動で計測した計測ライン（Ｌ）と異なる新たな計測ライン（Ｌ’）を計測する。

従来の回転軸の軸心がＺ軸を成す回転テーブルと、該回転テーブル上をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動自在なＸＹテーブルと、該ＸＹテーブル上部に固定設置され被計測物装着具を設置できる載置台と、少なくとも前記Ｚ軸上の所望の点を中心として該Ｚ軸を含む同一平面上を回転移動できる一つのレーザセンサにより該載置台上の被計測物装着具に装着される被計測物の形状の三次元座標を計測する計測部とを備えた三次元計測装置を模式的に示した説明図。三次元形状計測装置を用いて歯顎模型形状等の計測方法を行っている状態を模式的に示した説明図。本発明に係る歯顎模型形状等の計測方法の１実施例を模式的に示す説明図。

符号の説明

１三次元計測装置
１ａ回転テーブル
１ｂ載置台
１ｃＸＹテーブル
１ｄ計測部
２被計測物装着具
３被計測物
Ｓ回転運動の始点
Ｓ’ 回転運動の終点
Ｌ計測ライン
Ｌ’ 新たな計測ライン

Claims

回転軸の軸心がＺ軸を成す回転テーブル（１ａ）と、該回転テーブル（１ａ）上をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動自在なＸＹテーブル（１ｃ）と、該ＸＹテーブル（１ｃ）上部に固定設置され被計測物装着具（２）を設置できる載置台（１ｂ）と、少なくとも前記Ｚ軸上の所望の点を中心として該Ｚ軸を含む同一平面上を回転移動できる一つのレーザセンサ（１ｄａ）により該載置台（１ｂ）上の被計測物装着具（２）に装着される被計測物（３）の形状の三次元座標を計測する計測部（１ｄ）とを備えた三次元計測装置（１）を用いて、歯科用補綴物切削用ブロックを自動切削加工機により切削加工する際に用いる歯科用補綴物の三次元形状データを作製するための歯顎模型形状等の計測方法において、
回転している被計測物（３）を計測部（１ｄ）が予め決められた角度を単位として回転移動を行う都度計測することで複数の計測ライン（Ｌ）の集合による三次元形状を得る際に、Ｚ軸を超えた後はＺ軸を超える前に計測した計測ライン（Ｌ）と異なる新たな計測ライン（Ｌ’）を計測することを特徴とする歯顎模型形状等の計測方法。
更に該計測部（１ｄ）が回転移動を開始する前に、Ｚ軸に対して所定量平行移動してから回転移動を行い、回転移動の後に再びＺ軸に対して所定量平行移動を行う歯顎模型形状等の計測方法であって、Ｚ軸を超えた後はＺ軸を超える前に行った平行移動及び回転移動で計測した計測ライン（Ｌ）と異なる新たな計測ライン（Ｌ’）を計測する請求項１に記載の歯顎模型形状等の計測方法。