KR101483216B1 - Automatic scanning system for oral cavity - Google Patents
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Abstract
본 발명의 구강 내 자동 스캐닝 시스템은 치아의 3차원 형상을 측정하는 스캐닝 헤드와, 상기 스캐닝 헤드를 이동 및 회전시켜 스캐닝 헤드가 자동으로 치아를 측정하도록 하는 다축 로봇 유닛을 포함하고, 상기 다축 로봇 유닛은 기기 본체에 수평 회전 가능하게 연결되는 제1아암과, 제1아암에 수평 회전 가능하게 연결되는 제2아암과, 상기 제2아암에 수직방향으로 회전 가능하게 연결되는 수직아암과, 상기 수직아암에 상하방향으로 승강 가능하게 연결되고 스캐닝 헤드가 장착되는 지지부재를 포함하며, 상기 지지부재는 스캐닝 헤드가 치아의 상면, 전면 및 후면을 측정할 수 있도록 상기 수직아암에 수평 회전 가능하게 연결되도록 구성되어, 스캐너 헤드를 자동으로 이동시켜 치아를 측정하므로 작업 시간을 줄이고, 보다 정밀한 3차원 입체 영상을 얻을 수 있으며, 스캐너 헤드가 선회 운동될 수 있도록 하여 치아의 삼면(상면, 앞면, 뒷면)을 순차적으로 한 번의 동작으로 측정할 수 있다.The present invention provides an automatic intraocular scanning system comprising: a scanning head for measuring a three-dimensional shape of a tooth; and a multiaxial robot unit for moving and rotating the scanning head so that the scanning head automatically measures teeth, A second arm connected to the first arm so as to be horizontally rotatable; a vertical arm connected to the second arm so as to be rotatable in a vertical direction; And a supporting member to which the scanning head is mounted, the supporting member being configured to be horizontally rotatably connected to the vertical arm so that the scanning head can measure an upper surface, a front surface, and a rear surface of the tooth, The scanner head is automatically moved to measure the teeth, reducing the working time and enabling more precise 3D stereoscopic images. And the three sides (top, front and back) of the tooth can be sequentially measured in a single operation so that the scanner head can be swiveled.
Description
본 발명은 구강 내 치아의 삼차원 형상을 자동으로 스캐닝하는 구강 내 자동 스캐닝 시스템 및 스캐닝 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an automatic intraocular scanning system and a scanning method for automatically scanning three-dimensional shapes of teeth in an oral cavity.
현재, 인레이, 크라운, 브리지 등의 치과용 보철물의 제작 방법으로서는, 로스트 왁스법(lost wax process)에 의해 금속 재료나 세라믹스 재료를 주조해서 제작하는 방법이 채용되고 있다. Presently, as a method of manufacturing a dental prosthesis such as an inlay, a crown, and a bridge, a method of casting a metal material or a ceramics material by a lost wax process is employed.
그러나, 최근에는 로스트 왁스법을 대신하는 치과용 보철물의 제작 방법으로서, 광학 3차원 카메라를 이용해서 치아 및 잇몸의 구강 내를 측정한 후, CAD/CAM 시스템을 이용해서 치과용 보철물을 설계 및 제작하는 시스템이 주목받고 있다. 이 시스템의 대표적인 예로서, 세렉 시스템(Serec system)이 있다. However, recently, as a manufacturing method of a dental prosthesis replacing the roast wax method, an optical three-dimensional camera was used to measure the oral cavity of a tooth and a gum, and then a dental prosthesis was designed and manufactured using a CAD / CAM system System is getting attention. As a representative example of this system, there is a Serec system.
세렉 시스템은 치아의 형상을, 광학 3차원 카메라를 이용해서 구강 내에서 직접 판독함으로써, 치아 및 잇몸의 구강 내 측정을 실행한다. The Cerec system performs in-mouth measurements of the teeth and gums by directly reading the shape of the teeth in the mouth using an optical three-dimensional camera.
광학 3차원 카메라에는 위상 시프트법이나 공간 코드화법으로 대표되는 비접촉 3차원 측정을 실행하는 카메라가 이용된다. 이와 같이, 종래의 치과용 보철물의 제작 방법으로, 광학 3차원 카메라와 CAD/CAM 시스템을 이용함으로써, 로스트 왁스법에 비해서, 효율 좋게 치과용 보철물을 제작할 수 있는 동시에, 구강 내에의 적합 정밀도에서 우수한 치과용 보철물을 제작할 수 있다. In the optical three-dimensional camera, a camera that performs noncontact three-dimensional measurement represented by a phase shift method or a space coding method is used. As described above, by using the optical three-dimensional camera and the CAD / CAM system as a conventional method of manufacturing a dental prosthesis, dental prosthesis can be manufactured more efficiently than in the case of the roast wax method, Dental restorations can be made.
하지만, 종래의 광학 3차원 카메라에서는 3각 측량법을 이용하고 있다. 그 때문에, 그 측정 정밀도를 향상시키기 위해서는, 투광측의 광축과 촬상측의 광축과의 예상 각을 크게 할 필요가 있다. 예상 각을 크게 하기 위해서는, 광학 3차원 카메라의 크기를 크게 할 필요가 있지만, 광학 3차원 카메라는 구강 내에 삽입하는 것이기 때문에, 그 크기를 크게 하는데 한계가 있다. However, in the conventional optical three-dimensional camera, triangulation is used. Therefore, in order to improve the measurement accuracy, it is necessary to increase the expected angle between the optical axis on the light-transmitting side and the optical axis on the imaging side. In order to increase the expected angle, it is necessary to increase the size of the optical three-dimensional camera. However, since the optical three-dimensional camera is inserted into the oral cavity, there is a limit to increase the size.
종래의 3차원 구강용 스캐너는 공개특허공보 10-2011-0068954(2011년 06월 22일)에 개시된 바와 같이, 출력 광을 출력하는 광출력부와, 상기 광출력부를 제 1 기준축에 따라 회전시키거나 좌우측으로 이동시켜 상기 출력 광의 출사 위치를 제어하는 광출력 제어부와, 상기 광출력 제어부에 의해 출사 위치가 제어된 출력 광을 스캐닝 대상 치아로 반사시키는 광학계와, 상기 광학계를 상기 제 1 기준축과 수직한 제 2 기준축에 따라 회전시켜 상기 출력 광의 반사 각도를 제어하는 광학계 구동부와, 상기 광학계를 상기 광출력부로부터 미리 설정된 거리 내에서 이동되도록 안내하는 가이드와, 상기 스캐닝 대상 치아에서 반사된 후, 상기 광학계에 의하여 반사된 광을 센싱하여 전기 신호로 변환하는 광센싱부와, 상기 전기 신호의 정보, 상기 출사 위치의 정보 및 상기 반사 각도의 정보를 3차원 데이터 생성부로 전송하여 상기 스캐닝 대상 치아의 3차원 스캐닝 모델을 생성하도록 하는 데이터 전송부로 구성된다. A conventional three-dimensional oral scanner is provided with a light output section for outputting output light and a light output section for rotating the light output section along a first reference axis, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2011-0068954 (Jun. 22, 2011) An optical system for reflecting the output light whose emission position is controlled by the optical output control unit to the object tooth to be scanned, and a control unit for controlling the optical system to move the optical system to the first reference axis A guide for guiding the optical system to be moved within a predetermined distance from the optical output unit, and a guide for guiding the optical system to be moved within a predetermined distance from the optical output unit, An optical sensing unit for sensing the light reflected by the optical system and converting the light into an electrical signal, It is composed of a data transfer by sending the information in group reflection angle parts of the three-dimensional data generation model to generate a three-dimensional scanning of the scanning target tooth.
이러한 종래의 3차원 구강용 스캐너는 광출력 제어부가 스캐닝할 대상 치아의 위치에 따라 광학계를 이동시키는 데, 광학계만을 이동시켜 모든 치아를 스캐닝할 수 없는 문제가 있다. In such a conventional three-dimensional oral scanner, the optical output control unit moves the optical system according to the position of the target tooth to be scanned, and there is a problem that only the optical system can be moved and all the teeth can not be scanned.
따라서, 종래의 3차원 구강용 스캐너는 일정 개수의 치아를 스캐닝한 후 본체를 이동시키고, 다시 일정 개수의 치아를 스캐닝해야되므로 본체를 수동으로 이동시켜야 된다. Therefore, in the conventional three-dimensional oral scanner, after a predetermined number of teeth are scanned, the main body is moved and a certain number of teeth are scanned again, so that the main body must be manually moved.
이와 같이, 스캐너를 수동으로 이동시킬 때 치아와 스캐너 사이의 간격이 달라지게 되므로 스캐너와 치아 사이의 간격을 일치시키는 작업을 다시 진행해야되는 등 측정시간이 오래 걸리고, 측정 정밀도가 떨어지는 문제가 있다. In this way, when the scanner is manually moved, the distance between the teeth and the scanner is changed. Therefore, the operation of matching the interval between the scanner and the tooth needs to be performed again and the measurement time is long and the measurement accuracy is low.
따라서, 본 발명의 목적은 다축 구조의 로봇 유닛을 이용하여 스캐닝 헤드를 자동으로 이동시켜 치아를 측정하므로 작업 시간을 줄일 수 있고, 보다 정밀한 3차원 입체 영상을 얻을 수 있는 구강 내 자동 스캐닝 시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an automatic oral-scanning system capable of reducing the working time and obtaining a more precise three-dimensional stereoscopic image by measuring the teeth by automatically moving the scanning head using the robot unit having a multi-axis structure .
본 발명의 다른 목적은 스캐닝 헤드가 선회 운동될 수 있도록 하여 치아의 삼면(상면, 앞면, 뒷면)을 순차적으로 한 번의 동작으로 측정할 수 있어 치아 측정 시간을 단축할 수 있고, 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 구강 내 자동 스캐닝 시스템을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a scanning head capable of swinging three axes (top surface, front surface, back surface) of a tooth in a single operation so as to shorten a tooth measurement time and improve measurement accuracy The present invention provides an automatic intraocular scanning system that can be used in an oral cavity.
본 발명의 또 다른 목적은 스캔 영역에 복수의 격자 패턴들이 평행한 광선으로 투영되도록 하여 3차원 영상의 정밀도를 향상시킬 수 있는 구강 내 자동 스캐닝 시스템을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide an automatic intraocular scanning system capable of enhancing the accuracy of a three-dimensional image by projecting a plurality of grid patterns in a scanning region with parallel rays.
본 발명이 해결하려는 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. .
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 구강 내 자동 스캐닝 시스템은 치아의 3차원 형상을 측정하는 스캐닝 헤드와, 상기 스캐닝 헤드를 이동 및 회전시켜 스캐닝 헤드가 자동으로 치아를 측정하도록 하는 다축 로봇 유닛을 포함하고, 상기 다축 로봇 유닛은 기기 본체에 수평 회전 가능하게 연결되는 제1아암과, 제1아암에 수평 회전 가능하게 연결되는 제2아암과, 상기 제2아암에 수직방향으로 회전 가능하게 연결되는 수직아암과, 상기 수직아암에 상하방향으로 승강 가능하게 연결되고 스캐닝 헤드가 장착되는 지지부재를 포함하며, 상기 지지부재는 스캐닝 헤드가 치아의 상면, 전면 및 후면을 측정할 수 있도록 상기 수직아암에 수평 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an automatic oral cavity scanning system of the present invention comprises: a scanning head for measuring a three-dimensional shape of a tooth; and a multi-axis robot unit for moving and rotating the scanning head so that the scanning head automatically measures teeth Wherein the multi-axis robot unit comprises a first arm connected to the main body of the apparatus such that it can be rotated horizontally, a second arm connected to the first arm so as to be rotatable in a horizontal direction, and a second arm rotatably connected to the second arm in a vertical direction A vertical arm, and a support member vertically connected to the vertical arm so as to be vertically movable and on which the scanning head is mounted, the support member being movable in the vertical arm so that the scanning head can measure an upper surface, a front surface, And is connected horizontally rotatably.
본 발명의 스캐닝 헤드는 헤드 본체와, 상기 헤드 본체 내부에 설치되어 레이저 광을 조사하는 레이저 다이오드와, 상기 헤드 본체의 전방에 배치되어 레이저 광을 치아에 조사하는 측정노즐과, 상기 치아에서 반사된 광을 촬영하는 카메라와, 상기 레이저 다이오드에서 조사되는 광을 격자 패턴 형태로 만드는 격자 마스크와, 상기 격자 마스크를 이동시키는 보이스 코일 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.A scanning head of the present invention includes a head body, a laser diode provided in the head body for irradiating a laser beam, a measurement nozzle disposed in front of the head body for irradiating the teeth with laser light, A camera for photographing light, a grating mask for making light emitted from the laser diode into a lattice pattern, and a voice coil motor for moving the grating mask.
본 발명의 다축 로봇 유닛은 기기 본체에 고정되는 고정 브라켓과 제1아암의 일단 사이는 제1힌지축으로 연결되어 1축 회전(θ1)이 이루어지고, 제1아암의 타단과 제2아암의 일단 사이는 제2힌지축으로 연결되어 2축 회전(θ1)이 이루어지고, 제2아암의 타단과 수직 아암 사이는 제3힌지축으로 연결되어 수직방향으로 3축 회전(θ3)이 이루어지도록 구성되어 스캐닝 헤드를 설정 위치로 이동시키고, 상기 수직 아암의 일면에 지지부재가 상하 승강되도록 설치되어 스캐닝 헤드의 높낮이를 조절하는 것을 특징으로 한다.In the multi-axis robot unit of the present invention, the fixed bracket fixed to the main body of the apparatus is connected to one end of the first arm by a first hinge axis to form a single-axis rotation (? 1), and the other end of the first arm And the other end of the second arm and the vertical arm are connected by a third hinge shaft so that a three-axis rotation? 3 is performed in the vertical direction The scanning head is moved to a set position and the supporting member is vertically elevated and lowered on one side of the vertical arm to adjust the height of the scanning head.
본 발명의 구강 내 자동 스캐닝 방법은 치아의 적어도 3곳 이상을 티칭하여 치아의 위치를 검출하는 단계와, 치아를 티칭하여 치아 구조 파악이 완료되면, 스캐닝 헤드를 치아로 이동시키는 단계와, 상기 스캐닝 헤드를 선회 운동시켜 치아의 삼면(상면, 후면, 전면)을 순차적으로 측정하는 단계와, 상기 스캐닝 헤드를 다음 치아로 이동시키는 단계와, 상기 스캐닝 헤드가 다음 치아에 위치되면 스캐닝 헤드를 선회 운동시켜 치아의 삼면(상면, 후면, 전면)을 순차적으로 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a method for automatically scanning an oral cavity, comprising the steps of: detecting at least three positions of teeth to detect a position of a tooth; teaching the teeth to move the scanning head to teeth when the tooth structure is grasped; Sequentially scanning three surfaces (upper surface, rear surface, front surface) of the tooth by orbiting the head, moving the scanning head to the next tooth, rotating the scanning head when the scanning head is positioned in the next tooth And sequentially measuring three surfaces (an upper surface, a rear surface, and a front surface) of the tooth.
본 발명의 스캐닝 헤드가 치아를 측정하는 방법은 레이저 광을 격자 패턴 형태의 광으로 만드는 단계와, 상기 레이저 광을 구강 내 피측정물에 조사하는 단계와, 상기 피측정물에서 반사된 레이저 광을 촬영하는 단계와, 격자 마스크를 이동시켜 위상이 서로 다른 4 개의 패턴 이미지를 획득하는 단계와, 상기 4 개의 패턴 이미지로부터 3차원 영상을 계산하여 디스플레이부에 디스플레이하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of measuring teeth of a scanning head according to the present invention includes the steps of making laser light into a light in a grid pattern form, irradiating the object to be measured in the oral cavity with laser light reflected from the object to be measured, A step of moving the grating mask to obtain four pattern images having different phases, and a step of calculating a three-dimensional image from the four pattern images and displaying the three-dimensional image on the display unit.
상기한 바와 같이, 본 발명의 구강 내 자동 스캐닝 시스템은 다축 로봇 유닛에 스캐닝 헤드가 설치되고, 다축 로봇 유닛이 스캐닝 헤드를 자동으로 이동시켜 치아를 측정하므로 작업 시간을 줄일 수 있고, 보다 정밀한 3차원 입체 영상을 얻을 수 있는 장점이 있다. As described above, the automatic oral-scanning system of the present invention has a scanning head mounted on a multi-axis robot unit, the multi-axis robot unit automatically moves the scanning head to measure teeth, There is an advantage in obtaining stereoscopic images.
또한, 본 발명의 구강 내 자동 스캐닝 시스템은 스캐닝 헤드가 고정된 지지부재가 제4힌지축에 연결되고 제4힌지축이 회전되면 지지부재가 선회 운동되고, 지지부재에 고정된 스캐닝 헤드가 선회 운동되어 치아의 삼면(상면, 앞면, 뒷면)을 순차적으로 한 번의 동작으로 측정할 수 있다.In the automatic scanning system of the present invention, when the supporting member to which the scanning head is fixed is connected to the fourth hinge axis and the supporting member is rotated when the fourth hinge axis is rotated, the scanning head fixed to the supporting member rotates And the three sides (top, front and back) of the tooth can be measured sequentially by one operation.
또한, 본 발명의 구강 내 자동 스캐닝 시스템은 스캔 영역에 복수의 격자 패턴들이 평행한 광선으로 투영되도록 하여 3차원 영상의 정밀도를 향상시킬 수 있다.In addition, the automatic oral scanning system of the present invention can enhance a precision of a three-dimensional image by allowing a plurality of grid patterns to be projected in a scan region with parallel rays.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 내 자동 스캐닝 시스템의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 내 자동 스캐닝 시스템의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 헤드의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 헤드의 광 경로를 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 조정유닛의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 헤드의 구조를 나타낸 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 블럭도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 공정 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 헤드의 공정 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 치아 티칭 위치를 나타낸 치아의 상면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 이동 패턴을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 헤드의 치아 삼면 측정 과정을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 4 개의 격자 이미지를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 치아를 스캔하는 과정을 나타내는 도면이다. 1 is a perspective view of an intraoral oral automatic scanning system according to an embodiment of the present invention.
2 is a side view of an intraoral oral scanning system in accordance with an embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram of a scanning head according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing the optical path of a scanning head according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view of a phase adjusting unit according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram illustrating the structure of a scanning head according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a block diagram of a scanning system according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart of a scanning system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart of a process of a scanning head according to an embodiment of the present invention.
10 is a top view of a tooth showing a tooth teaching position according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating a movement pattern of a scanning system according to an embodiment of the present invention.
12 is a view illustrating a process of measuring three teeth of a scanning head according to an embodiment of the present invention.
13 is a view showing four grid images according to an embodiment of the present invention.
14 is a view illustrating a process of scanning a tooth according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience. In addition, terms defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may be changed according to the intention or custom of the user, the operator. Definitions of these terms should be based on the content of this specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 스캐닝 시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 스캐닝 시스템의 측면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 헤드의 내부 구조를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 헤드의 광경로를 나타낸 도면이다. FIG. 1 is a perspective view of an automatic scanning system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view of an automatic scanning system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a perspective view of a scanning head according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view showing an optical path of a scanning head according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 자동 스캐닝 시스템은 치아를 3차원 영상으로 촬영하는 스캐닝 헤드(200)와, 스캐닝 헤드(200)를 자동으로 이동 및 회전시키는 다축 로봇유닛(100)을 포함한다. 1 and 2, an automatic scanning system according to an embodiment includes a
스캐닝 헤드(200)는 다축 로봇유닛(100)에 연결되는 헤드 본체(10)와, 헤드 본체(10)에 하측 내부에 설치되어 레이저 광을 조사하는 레이저 다이오드(20)와, 레이저 다이오드(20)에서 조사되는 레이저 광의 위상을 이동시키는 위상 조정유닛(30)과, 복수의 렌즈가 내장되는 경통부(40)와, 헤드 본체(10)의 전방으로 연장되어 레이저 광이 통과하는 통로 역할을 하는 관부(12)와, 관부(12)의 끝부분에 형성되어 치아로 광을 조사하는 측정노즐(50)과, 측정노즐(50)에서 반사된 레이저 광이 입사되는 카메라(60)를 포함한다. The
레이저 다이오드(20)의 전방에는 레이저 광이 통과하는 통로 역할을 하는 경통(22)이 설치되고, 경통(22)의 내부에는 레이저 다이오드(20)에서 조사되는 레이저 광을 스캔 영역에 맞게 확대시키는 복수의 렌즈(24)가 구비된다. 여기에서, 복수의 렌즈(24)는 일 예로, 비구면렌즈(Aspheric Lens)와 대물렌즈(Objectives Lens) 등이 적용될 수 있다. A
그리고, 경통(22)의 절곡 부위에는 레이저 다이오드(20)에서 조사되는 레이저 광을 위상 조정유닛(30)으로 안내하는 제1반사경(28)이 설치된다. A first reflecting
위상 조정유닛(30)은 도 5에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드(20)에서 조사되는 레이저 광을 격자 패턴 형태로 만드는 격자 마스크(52)와, 격자 마스크(52)를 미세 이동시켜서 위상이 서로 다른 4개의 이미지를 만드는 보이스 코일 모터(54) 및 엔코더(56)를 포함한다.5, the
격자 마스크(52)는 세로방향 즉, 수직방향으로 일정 간격을 두고 줄무늬가 형성되어 레이저 광이 통과하면 광을 격자 패턴 형태로 만들어 주는 준다. 그리고, 격자 마스크(52)는 스캔 영역에 투영된 격자 패턴이 균일한 밝기를 가질 수 있도록 한다. The lattice masks 52 form stripes at regular intervals in the vertical direction, i.e., in the vertical direction, and form a grid pattern when the laser beam passes through. The
보이스 코일(54) 및 엔코더(56)는 격자 마스크(52)를 정밀하게 이동시키기 위한 것으로, 격자 마스크(52)를 4번 이동시켜 4개의 이미지를 얻고, 4 개의 이미지를 이용하여 위상을 계산하고, 이를 이용하여 치아의 형상을 계산한다. The
경통부(40)는 격자 마스크(52)의 후방에 배치되고 격자 마스크(52)를 통과하면서 레이저 광을 격자 패턴을 갖는 평행광으로 만드는 복수의 렌즈(42)가 구비된다. 일 예로, 복수의 렌즈는 색수차를 보정해주는 색수차 보정렌즈(Achromatic Doublets Lens)가 적용될 수 있다. The
헤드 본체(10)의 상측 내면에는 격자 마스크(52)를 통과한 레이저 광을 경통부(40)로 안내하는 제2반사경(14)이 설치된다. A
관부(12)의 끝부분에는 경통부(40)를 통과한 레이저 광을 측정 노즐(50)을 통해 치아로 안내하고 치아에서 반사되는 레이저 광을 카메라(60)로 안내하는 제3반사경(16)이 설치된다. A
헤드 본체(10) 내부에는 프리즘(62)이 설치되고, 프리즘(62)은 치아에서 반사된 광을 카메라(60)를 향해서 굴절시킨다. 그리고, 프리즘(62)의 후방에는 제4반사경(64) 및 제5반사경(66)이 구비되어 프리즘(62)에서 굴절된 광을 카메라(60)로 안내한다. A
카메라(60)의 전방에 설치되는 카메라 렌즈(68)는 프리즘(62)에 의해 굴절된 광을 카메라(60)가 촬영할 수 있도록 초점을 맞춰 결상시킨다. A
카메라(60)는 CCD 카메라가 사용될 수 있고, 프리즘(62)을 통과하여 반사된 광을 촬영하여 영상을 획득하고, 획득된 영상은 제어유닛(60)에서 삼차원 형상으로 계산되고 최종 3차원 영상은 디스플레이부(70)에 표시된다. The
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 헤드의 구조를 나타낸 블럭도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 제어구조를 나타낸 블럭도이다. FIG. 6 is a block diagram illustrating the structure of a scanning head according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a block diagram illustrating a control structure of a scanning system according to an exemplary embodiment of the present invention.
스캐닝 헤드(200)는 제어유닛(90)에서 인가되는 제어신호에 따라 치아의 3차원 영상을 스캔하여 디스플레이부(70)에 표시하고, 다축 로봇유닛(100)은 제어유닛(90)에서 인가되는 제어신호에 따라 작동되어 스캐닝 헤드(200)를 이동 및 회전시킨다. The
제어유닛(90)은 구체적으로, 레이저 다이오드를 제어하는 레이저 제어부(92)와, 카메라(60)를 제어하는 카메라 제어부(94)와, 보이스 코일 모터(54) 및 엔코더(56)를 제어하는 모터 제어부(96)와, 다축 로봇유닛(100)을 제어하는 로봇 제어부(98)를 포함한다. Specifically, the
다축 로봇유닛(100)은 기기 본체에 장착되는 고정 브라켓(102)과, 고정 브라켓(102)에 수평 회전 가능하게 연결되는 제1아암(104)과, 제1아암(104)에 수평 회전 가능하게 연결되는 제2아암(106)과, 제2아암(106)의 끝부분에 수직 방향으로 설치되어 수직 회전 가능하게 연결되는 수직 아암(108)와, 수직 아암(108)에 상하방향으로 승강됨과 아울러 수평 회전 가능하게 연결되고 스캐닝 헤드(200)가 설치되는 지지부재(110)를 포함한다. The
고정 브라켓(102)과 제1아암(104)의 일단 사이는 제1힌지축(122)으로 연결되어 수평 방향으로 1축 회전(θ1)이 이루어지고, 제1아암(104)의 타단과 제2아암(106)의 일단 사이는 제2힌지축(124)으로 연결되어 수평방향으로 2축 회전(θ1)이 이루어진다. The fixed
그리고, 제2아암(106)의 타단 상면에는 수직방향으로 수직 아암(108)이 설치되고 수직 아암(108)과 제2아암(106) 사이는 제3힌지축(126)으로 연결되어 수직방향으로 3축 회전(θ3)이 이루어진다. A
그리고, 지지부재(110)는 수직아암(108)에 제4힌지축(128)으로 연결되어 지지부재가 수평방향으로 4축 회전(θ4)이 이루어진다. The
그리고, 지지부재(110)는 수직 아암(108)에 상하방향으로 화살표 D와 같이, 승강하여 스캐닝 헤드의 높낮이를 조절한다. The
지지부재(110)는 스캐닝 헤드(200)의 측정노즐(50)이 일정 각도로 경사지게 배치될 수 있도록 스캐닝 헤드(200)가 설치되는 지지판(112)이 일정 각도로 경사지게 형성된다.The
스캐닝 헤드(200)의 헤드 본체(10) 하면이 지지판(112)의 상면에 체결부재(130)에 의해 고정된다. 여기에서, 헤드 본체 하면(10)이 지지판(112)의 상면에 장착되면, 측정노즐(50)은 지지판(112)의 상면에서 간격(H1)만큼의 높이에 위치하게 된다. The lower surface of the head
그리고, 지지부재(110)는 스캐닝 헤드(200)가 설치되는 지지판(112)의 후면이 상측방향으로 절곡되어 제4힌지축(128)이 연결되는 장착판(114)이 형성되어 지지판(112)의 상면과 제4힌지축(128) 사이는 간격(H2)만큼 높이를 갖도록 설치된다.The
따라서, 제4힌지축(128)이 회전되면 지지판(112)이 간격(H2)를 반지름으로 하여 선회 운동되고, 지지판(112)이 선회 운동하면 이 지지판(112)에 설치된 스캐닝 헤드(200)가 선회 운동되면서 치아(300)의 삼면(상면, 후면 전면)을 순차적으로 한 번의 동작으로 측정한다. When the
상기와 같이 구성된 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 스캐닝 방법을 다음에서 설명한다. A scanning method of a scanning system according to an embodiment configured as above will be described below.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 스캐닝 방법을 나타낸 순서도이다. 8 is a flowchart illustrating a scanning method of a scanning system according to an embodiment of the present invention.
먼저, 치아(300) 위치를 검출한다.(S10) 즉, 치아의 구조는 환자마다 다르기 때문에 치아를 측정하기 위해서는 치아의 위치를 검출하여 그 위치값을 제어유닛(90)에 입력한다. 치아 위치 검출방법으로는 도 9에 도시된 바와 같이, 치아(300)의 3곳 또는 4곳을 티칭 위치(A,B,C)로 정하고 티칭(teaching)한다. 즉, 스캐닝 헤드(200)의 측정노즐(50)을 치아(300)의 3곳 또는 4곳을 티칭하여 주면 로봇 제어부(98)가 티칭 위치(A,B,C)에 따라 치아의 위치를 검출하여 치아의 구조를 파악한다. First, the position of the
여기에서, 치아 티칭 위치(A,B,C)는 치아 양쪽 어금니 부분(A,C), 제일 앞쪽에 위치되는 앞니 부분(B)으로 설정될 수 있고, 어금니와 앞니의 중간부분을 포함하여 티칭 위치를 설정할 수 있다. Here, the tooth teaching positions A, B and C can be set to both the molar portions A and C of the teeth and the front teeth B positioned at the foremost position, You can set the location.
이와 같이, 치아의 여러 위치를 티칭하게 되면 치아는 일정한 패턴을 가지기 때문에 치아의 구조가 로봇 제어부(98)로 입력되고 로봇 제어부(98)는 치팅 위치에 따라 패턴을 크게 또는 작게 조절하여 스캐닝 헤드(200)가 치아와 일정 간격을 유지하면서 이동될 수 있도록 한다. Since the tooth has a certain pattern, the structure of the tooth is inputted to the
로봇 제어부(98)에서 치아 티칭 위치를 입력받아 다축 로봇유닛(100)이 티칭 높이에 따라 항상 동일한 높이로 측정할 수 있고 치아의 형태나 크기에 상관없이 모든 치아와 균일한 간격을 유지하면서 측정할 수 있어 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다. The
이와 같은 과정을 거치면서 치아의 구조 검출이 완료되면, 로봇 제어부(98)는 다축 로봇유닛(100)을 작동시켜 스캐닝 헤드(200)를 이동시킨다.(S20) After the detection of the structure of the teeth is completed, the
즉, 제1힌지축(122)을 중심으로 제1아암(104)을 수평 회전시켜 1축 회전(θ1)을 하고, 제2힌지축(124)을 중심으로 제2아암(106)을 수평 회전시켜 2축 회전(θ2)을 하고, 제3힌지축(126)을 중심으로 수직아암(108)을 수직 회전시켜 3축 회전(θ3)을 하고, 지지부재(110)를 상하방향으로 승강시켜 스캐닝 헤드()의 측정높이를 조절하도록 하여 4 자유도로 스캐닝 헤드를 이동시킨다. 그러면 스캐닝 헤드(200)가 도 10에 도시된 바와 같은 패턴으로 이동된다. That is, the
따라서, 치아의 모양에 따라 스캐닝 헤드(200)가 자유롭게 움직일 수 있게 된다.Accordingly, the
그리고, 스캐닝 헤드(200)가 하나의 치아(300)에 위치되면, 스캐닝 헤드(200)를 선회 운동시켜 치아의 삼면 즉, 상면, 앞면, 뒷면을 한 번의 동작으로 순차적으로 측정한다.(S30) When the
즉, 지지부재(110)가 제4힌지축(128)을 중심으로 회전되면 지지부재(112)에 장착된 스캐닝 헤드(200)가 도 11에 도시된 바와 같이, 화살표 P 방향으로 선회 운동되면서 치아(300)의 앞면, 치아의 상면, 및 치아의 뒷면을 순차적으로 측정한다. That is, when the
그리고, 하나의 치아의 삼면 측정이 완료되면 다축 로봇유닛(100)이 작동되어 스캐닝 헤드(200)의 측정 노즐(50)이 이웃하여 배치되는 다음 치아로 이동된다.(S40) After the three-sided measurement of one tooth is completed, the
그리고, 다음 치아의 삼면을 측정하는 과정을 반복하여 모든 치아의 3면을 측정한다.(S50) Then, the three faces of all the teeth are measured by repeating the process of measuring three faces of the next tooth (S50).
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 헤드의 스캐닝 방법을 나타낸 공정 순서도이다. 12 is a flowchart illustrating a method of scanning a scanning head according to an embodiment of the present invention.
위에서 설명한 바와 같이, 다축 로봇유닛(100)이 작동되어 스캐닝 헤드(200)가 이동 및 회전되어 치아 위치에 측정노즐(50)이 위치되면, 제어유닛(90)에서 인가되는 신호에 따라 치아(300)를 스캐닝하여 디스플레이부(70)에 치아(300)의 3차원 영상을 디스플레이한다.As described above, when the
구체적으로 살펴보면, 레이저 제어부(92)에서 인가되는 신호에 따라 레이저 다이오드(20)가 작동되어 레이저 다이오드(20)에서 레이저 광이 조사된다.(S100) Specifically, the
그리고, 레이저 다이오드(20)에서 조사된 레이저 광은 렌즈(24)를 통과하면서 확장되고 제1반사경(28)에 의해 위상 조정유닛(50)의 격자 마스크(52)를 통과하면서 격자 패턴 형태로 광으로 만들어진다.(S200) The laser light irradiated from the
즉, 모터 제어부(96)에서 보이스 코일 모터(54)를 제어하여 격자 마스크(52)의 위치를 미세하게 이동시켜 레이저 광의 위상을 이동시키고 엔코더(56)에서 보이스 코일 모터(54)의 회전각도를 측정하여 모터 제어부(96)로 전달한다. That is, the
그리고, 제2반사경(14)에 반사되어 복수의 렌즈(42)를 통과하면서 평행광으로 만들어지고, 제3반사경(34)에 의해 반사되어 측정노즐(50)을 통해 치아(300)에 투광된다.(S300) The light is reflected by the
그리고, 치아(300)의 표면에서 반사된 광은 제3반사경(16)에 재반사된 후 프리즘(62)에 의해 카메라(60)로 전달되고, 카메라(60)는 프리즘(62)에 의해 반사된 광을 촬영하여 격자 패턴 이미지를 획득하다.(S400)The light reflected from the surface of the
그러면, 제어유닛(90)은 카메라(60)에서 촬영된 이미지와 미리 저장된 변화가 없는 격자 패턴 이미지를 서로 합성한다. 동일한 파장을 갖는 두 패턴 이미지를 결합하면 패턴 간 간섭현상이 일어나게 되어 원래 패턴보다 더 빛의 밝기 차가 심해지고 일정한 간격의 다른 무늬가 생성되는데, 이 무늬를 모아레 무늬라 한다.Then, the
이 모아레 무늬에 의해 피측정물의 높이 정보를 구해내 삼차원 데이터를 구할 수 있게 된다.The height information of the object to be measured can be obtained by the moire pattern, and the three-dimensional data can be obtained.
하지만, 하나의 패턴만으로는 완벽한 물체의 높이를 구할 수 없기 때문에 정확도를 높이기 위해서 격자 패턴을 3번 정도 이동시켜 4개의 서로 다른 이미지를 얻어 높이 값을 계산한다. However, since the height of a perfect object can not be obtained with only one pattern, in order to increase the accuracy, the grid pattern is moved about 3 times to obtain four different images to calculate the height value.
즉, 최초에 격자 마스크(52)가 제1위치에 배치되면 도 13에 도시된 바와 같은 제1패턴 이미지(80)를 획득하고, 보이스 코일 모터(54)가 구동되어 격자 마스크(52)가 제2위치로 이동되면 π/2 만큼 이동된 제2패턴 이미지(82)를 획득하고, 보이스 코일 모터(54)가 구동되어 격자 마스크(52)가 제3위치로 이동되면, π 만큼 이동된 제3패턴 이미지(84)를 획득하고, 보이스 코일 모터(54)가 구동되어 격자 마스크(52)가 제4위치로 이동되면 3π/2만큼 이동된 제4패턴 이미지(86)를 획득한다. That is, when the
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 내 자동 스캐닝 시스템에 의해 3차원 영상을 얻는 과정을 나타낸 도면이다. FIG. 14 is a view illustrating a process of obtaining a three-dimensional image by the intraoral oral automatic scanning system according to an embodiment of the present invention.
이와 같이 획득된 4개의 이미지를 이용하여 3차원 형상의 계산은 1)패턴 투명, 2)위상 감싸기(Phase wraping), 3)위상 풀기(Unwraped Phase), 4)위상-높이 변환(phase-to-height conversion)으로 구성된다. The three-dimensional shape calculation using the four images thus obtained is performed by 1) pattern transparency, 2) phase wraping, 3) unwrapped phase, 4) phase-to- height conversion.
1) 패턴 투영 1) Pattern projection
아래 식 (1)은 제1패턴 이미지(90), 제2패턴 이미지(92), 제3패턴 이미지(94) 및 제4패턴 이미지(96)에서 빛의 강도를 나타내는 식이다.The following equation (1) is an expression representing the intensity of light in the
Ⅰ1 = a(x,y) + b(x,y)cos[Φ(x,y)] I 1 = a (x, y) + b (x, y) cos [
Ⅰ2 = a(x,y) + b(x,y)cos[Φ(x,y)+Π/2] ? 2 = a (x, y) + b (x, y) cos [? (X, y) +? / 2]
Ⅰ3 = a(x,y) + b(x,y)cos[Φ(x,y)+Π] 3 3 = a (x, y) + b (x, y) cos [
Ⅰ4 = a(x,y) + b(x,y)cos[Φ(x,y)+3Π/2] ..........식(1) Ⅰ 4 = a (x, y ) + b (x, y) cos [Φ (x, y) + 3Π / 2] .......... formula (1)
여기에서, Ⅰn = n번째 패턴 이미지의 빛의 강도 함수, a = 빛의 평균 강도, b = 빛의 강도의 변화폭Here, I n = intensity function of light of the n-th pattern image, a = average intensity of light, b =
위의 식(1)에 의해 4 개의 패턴 이미지를 통해 얻어낸 빛의 강도를 아래의 식(2)에 넣으면 위상각 Φ(x,y)을 얻을 수 있고 피측정물의 높이를 계산할 수 있다.The phase angle Φ (x, y) can be obtained and the height of the measured object can be calculated by adding the intensity of the light obtained through the four pattern images by the above equation (1) into the following equation (2).
Φ(x,y) = tan-1 [Ⅰ4(x,y)-Ⅰ2(x,y)/Ⅰ1(x,y)-Ⅰ3(x,y)]........식(2)Φ (x, y) = tan -1 [Ⅰ 4 (x, y) -Ⅰ 2 (x, y) / Ⅰ 1 (x, y) -Ⅰ 3 (x, y)] ....... (2)
2) 위상 감싸기(Phase wraping) 2) Phase wraping
식(2)에 의해 구해진 위상각은 크기가 0 ~ 2π에서 주기적으로 반복된다.The phase angle obtained by Eq. (2) is periodically repeated at a magnitude of 0 to 2π.
도 14에 도시된 위상 감싸기 도면은 평면에 프린지 패턴을 투영하여 계산된 위상을 패턴 이미지로 나타낸 것이다. The phase wrapping diagram shown in Fig. 14 is a pattern image in which a calculated fringe pattern is projected on a plane.
3) 위상 풀기(Phase unwraping)3) Phase unwrapping
앞에서 계산된 감싸진 위상 정보(wrapped phase)는 0 ~ 2π의 값은 주기적으로 반복하기 때문에 위상 풀기(phase unwraping)을 실시한다. 즉, 위상 풀기는 연속된 감싸진 위상이 반복적으로 주어졌을 때, 이전 위상의 값이 2π를 넘어서 다음 위상 Φ 으로 넘어갈 때 2π + Φ 로 변환해주는 역할을 한다. 위상 풀기 이후는 위상이 반복됨이 없이 0에서 2πn + Φ 까지 연속적으로 표현된다. 이 때 풀어진 위상값은 물체의 높이와 비례하게 된다.In the wrapped phase, the phase unwrapping is carried out because the value of 0 ~ 2π is repeated periodically. In other words, phase unwrapping plays a role of converting the previous phase value to 2π + Φ when the value of the previous phase exceeds 2π and goes to the next phase Φ when the continuous wrapped phase is repeatedly given. After phase unwrapping, the phase is continuously represented from 0 to 2πn + Φ without repetition. In this case, the solved phase value is proportional to the height of the object.
4) 위상-높이 변환(Phase-to-height conversion)4) Phase-to-height conversion
각 픽셀마다 계산된 피측정물의 위상지도와 미리 저장된 기준평면 위상지도 차를 계산하여 위상차를 획득하고, 위상차는 피측정물의 Z방향 높이 값과 비례하므로 Z 좌표가 계산되고, 거기에 해당하는 x, y 값도 계산된다. The phase difference is calculated by calculating the phase map of the object to be measured and the pre-stored reference plane phase map difference for each pixel, and the phase difference is proportional to the Z-direction height value of the object to be measured. The y value is also calculated.
이와 같은 과정을 통해 3차원 영상이 얻어지고, 이 3차원 영상은 디스플레이부(68)에 디스플레이된다. Through this process, a three-dimensional image is obtained, and the three-dimensional image is displayed on the
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limited to the embodiments set forth herein. Various changes and modifications may be made by those skilled in the art.
10: 헤드 본체 12: 관부
14: 제2반사경 20: 레이저 다이오드
24: 렌즈 28: 제1반사경
30: 위상 조정유닛 42: 렌즈
50: 측정노즐 52: 격자 마스크
54: 보이스 코일 모터 56: 엔코더
60: 카메라 62: 프리즘
100: 다축 로봇유닛 102: 장착 브라켓
104; 제1아암 106: 제2아암
108: 수직아암 110: 지지부재
112: 지지판 114: 장착판
122: 제1힌지축 124: 제2힌지축
126: 제3힌지축 128: 제4힌지축
200: 스캐닝 헤드 300: 치아 10: head body 12:
14: second reflector 20: laser diode
24: lens 28: first reflector
30: phase adjusting unit 42: lens
50: Measuring nozzle 52: Grating mask
54: Voice coil motor 56: Encoder
60: camera 62: prism
100: multi-axis robot unit 102: mounting bracket
104; First arm 106: Second arm
108: vertical arm 110: support member
112: support plate 114: mounting plate
122: first hinge shaft 124: second hinge shaft
126: third hinge axis 128: fourth hinge axis
200: scanning head 300: tooth
Claims (13)
상기 스캐닝 헤드를 이동 및 회전시켜 스캐닝 헤드가 자동으로 치아를 측정하도록 하는 다축 로봇 유닛;을 포함하고,
상기 다축 로봇 유닛은,
기기 본체에 수평 회전 가능하게 연결되는 제1아암과,
제1아암에 수평 회전 가능하게 연결되는 제2아암과,
상기 제2아암에 수직방향으로 회전 가능하게 연결되는 수직아암과,
상기 수직아암에 상하방향으로 승강 가능하게 연결되고 동시에 상기 수직아암에 수평 회전 가능하게 연결되는 스캐닝 헤드가 장착되는 지지부재를 포함하며,
상기 스캐닝 헤드는,
헤드 본체;
상기 헤드 본체 내부에 설치되어 레이저 광을 조사하는 레이저 다이오드;
상기 헤드 본체의 전방에 배치되어 레이저 광을 치아에 조사하는 측정노즐;
상기 치아에서 반사된 광을 촬영하는 카메라;
상기 레이저 다이오드에서 조사되는 광을 격자 패턴 형태로 만드는 격자 마스크; 및
상기 격자 마스크를 이동시키는 보이스 코일 모터를 포함하는 구강 내 자동 스캐닝 시스템. A scanning head for measuring a three-dimensional shape of a tooth; And
And a multi-axis robot unit that moves and rotates the scanning head to allow the scanning head to automatically measure teeth,
The multi-axis robot unit includes:
A first arm connected to the main body of the apparatus to be horizontally rotatable,
A second arm connected to the first arm so as to be horizontally rotatable,
A vertical arm rotatably connected to the second arm in a vertical direction,
And a support member mounted on the vertical arm so as to be vertically movable and connected to the vertical arm so as to be horizontally rotatable,
The scanning head includes:
A head body;
A laser diode provided inside the head body and irradiating a laser beam;
A measurement nozzle disposed in front of the head main body and irradiating laser light onto teeth;
A camera for photographing light reflected from the tooth;
A lattice mask for converting light emitted from the laser diode into a lattice pattern; And
And a voice coil motor for moving the grid mask.
상기 보이스 코일 모터는 상기 격자 마스크를 단계적으로 이동시켜 0, π/2, π, 3π/2만큼 이동된 4 개의 패턴 이미지를 만드는 것을 특징으로 하는 구강 내 자동 스캐닝 시스템. The method according to claim 1,
Wherein the voice coil motor moves the grating mask step by step to form four pattern images shifted by 0,? / 2,?, 3? / 2.
상기 보이스 코일 모터는 엔코더를 더 포함하여 모터의 회전각도를 검출하여 그 신호를 모터 제어부로 인가하는 것을 특징으로 하는 구강 내 자동 스캐닝 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the voice coil motor further includes an encoder to detect a rotation angle of the motor and to apply the signal to the motor control unit.
상기 다축 로봇 유닛은 기기 본체에 고정되는 고정 브라켓과 제1아암의 일단 사이는 제1힌지축으로 연결되어 1축 회전(θ1)이 이루어지고, 제1아암의 타단과 제2아암의 일단 사이는 제2힌지축으로 연결되어 2축 회전(θ1)이 이루어지고, 제2아암의 타단과 수직 아암 사이는 제3힌지축으로 연결되어 수직방향으로 3축 회전(θ3)이 이루어지도록 구성되어 스캐닝 헤드를 설정 위치로 이동시키고,
상기 수직 아암의 일면에 지지부재가 상하 승강되도록 설치되어 스캐닝 헤드의 높낮이를 조절하는 것을 특징으로 하는 구강 내 자동 스캐닝 시스템.The method according to claim 1,
The multiaxial robot unit has a first bracket fixed to a main body of the apparatus and a first arm connected to the first bracket via a first hinge shaft so as to be rotated by a single axis. The first bracket is disposed between the other end of the first arm and one end of the second arm. And the second arm is connected to the other arm by the third hinge axis so that the three-axis rotation? 3 is performed in the vertical direction, To a set position,
Wherein the support arm is vertically elevated and lowered on one side of the vertical arm to adjust the height of the scanning head.
상기 지지부재는 수직 아암에 연결되도록 수직으로 배치되는 장착판과, 장착판의 하면에 연결되어 스캐닝 헤드가 장착되는 지지판을 포함하고,
상기 장착판은 제4힌지축에 의해 수직 아암에 수평 회전 가능하게 연결되며, 상기 제4힌지축의 축 중심과 지지판 사이는 간격(H2)만큼 이격되어, 상기 제4힌지축이 회전되면 상기 지지판은 간격(H2)을 반지름으로 하여 선회 운동되는 것을 특징으로 하는 구강 내 자동 스캐닝 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the supporting member includes a mounting plate vertically arranged to be connected to the vertical arm, and a support plate connected to the lower surface of the mounting plate and to which the scanning head is mounted,
Wherein the mounting plate is connected to a vertical arm by a fourth hinge shaft so as to be rotatable in a horizontal direction and the axial center of the fourth hinge shaft is spaced apart from the supporting plate by a distance H2, And the space (H2) is swiveled with a radius.
상기 지지판은 장착판에 연결된 부분에서 전방으로 갈수록 하측방향으로 경사진 경사면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 구강 내 자동 스캐닝 시스템.The method according to claim 6,
Wherein the support plate is formed as an inclined surface that is inclined downward in a forward direction at a portion connected to the mounting plate.
치아를 티칭하여 치아 구조 파악이 완료되면, 스캐닝 헤드를 치아로 이동시키는 단계;
상기 스캐닝 헤드를 선회 운동시켜 치아의 삼면(상면, 후면, 전면)을 순차적으로 측정하는 단계;
상기 스캐닝 헤드를 다음 치아로 이동시키는 단계; 및
상기 스캐닝 헤드가 다음 치아에 위치되면 스캐닝 헤드를 선회 운동시켜 치아의 삼면(상면, 후면, 전면)을 순차적으로 측정하는 단계를 포함하고,
상기 스캐닝 헤드가 치아를 측정하는 방법은,
레이저 광을 격자 패턴 형태의 광으로 만드는 단계;
상기 레이저 광을 구강 내 피측정물에 조사하는 단계;
상기 피측정물에서 반사된 레이저 광을 촬영하는 단계;
격자 마스크를 이동시켜 위상이 서로 다른 4 개의 패턴 이미지를 획득하는 단계; 및
상기 4 개의 패턴 이미지로부터 3차원 영상을 계산하여 디스플레이부에 디스플레이하는 단계를 포함하는 구강 내 자동 스캐닝 방법.Detecting at least three positions of the teeth to detect a position of the teeth;
Moving the scanning head to the teeth when the tooth structure is grasped by teaching the teeth;
Sequentially scanning the three surfaces (upper surface, rear surface, front surface) of the teeth by pivoting the scanning head;
Moving the scanning head to a next tooth; And
And sequentially scanning the three sides (top, back, front) of the teeth by pivoting the scanning head when the scanning head is positioned on the next tooth,
The method for measuring a tooth of the scanning head includes:
Making laser light into a light in the form of a lattice pattern;
Irradiating the object to be measured in the oral cavity with the laser light;
Taking a laser beam reflected from the object to be measured;
Moving the grating mask to obtain four pattern images having different phases; And
Calculating a three-dimensional image from the four pattern images, and displaying the three-dimensional image on a display unit.
상기 치아 위치 검출단계는 치아의 적어도 3곳 이상을 티칭하면 치아 구조가 로봇 제어부로 입력되고, 로봇 제어부는 치팅 위치에 따라 다축 로봇유닛을 제어하여 스캐닝 헤드의 이동 패턴을 결정하는 것은 특징으로 하는 구강 내 자동 스캐닝 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the tooth position detection step is performed when at least three teeth of the teeth are taught, the tooth structure is input to the robot control unit, and the robot control unit controls the multi-axis robot unit according to the cheating position to determine the movement pattern of the scanning head. My automatic scanning method.
상기 치아의 삼면을 순차적으로 측정하는 단계는 스캐닝 헤드가 장착된 지지부재가 수직로드에 제4힌지축을 중심으로 회전시키면 스캐닝 헤드가 반원을 그리며 선회 운동되면서 치아의 앞면, 치아의 상면, 및 치아의 뒷면을 순차적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 구강 내 자동 스캐닝 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the step of sequentially measuring the three surfaces of the teeth includes rotating the supporting member on which the scanning head is mounted on the vertical rod about the fourth hinge axis so that the scanning head rotates in a semicircle while rotating the front surface of the tooth, And the back side is measured sequentially.
상기 4 개의 패턴 이미지를 획득하는 단계는 격자 마스크를 제1위치에 배치하여 제1패턴 이미지를 획득하고, 상기 격자 마스크를 제2위치로 이동하여 π/2 만큼 이동된 제2패턴 이미지를 획득하고, 상기 격자 마스크를 제3위치로 이동하여 π 만큼 이동된 제3패턴 이미지를 획득하고, 격자 마스크를 제4위치로 이동하여 3π/2만큼 이동된 제4패턴 이미지를 획득하는 것을 특징으로 하는 구강 내 자동 스캐닝 방법.9. The method of claim 8,
The obtaining of the four pattern images may include arranging a grating mask at a first position to obtain a first pattern image, moving the grating mask to a second position to obtain a second pattern image shifted by pi / 2 , Moving the grating mask to a third position to obtain a third pattern image shifted by?, And moving the grating mask to a fourth position to obtain a fourth pattern image shifted by 3? / 2. My automatic scanning method.
상기 3차원 영상을 계산하는 단계는 서로 다른 위상을 갖는 4 개의 패턴 이미지의 위상을 계산하여 위상 지도를 완성하는 단계;
상기 계산된 위상이 반복됨이 없이 0에서 2πn + Φ까지 연속적으로 진행되도록 변환해주는 단계;
상기 위상 지도와 미리 저장된 기준 위상 지도를 비교하여 위상차를 계산하는 단계; 및
측정좌표 (x, y, z)를 계산하여 3차원 입체영상을 획득하는 단계를 포함하는 구강 내 자동 스캐닝 방법.
9. The method of claim 8,
The step of calculating the three-dimensional image includes the steps of: calculating phases of four pattern images having different phases to complete a phase map;
Transforming the calculated phase so that it progresses continuously from 0 to 2? N +? Without repeating;
Comparing the phase map with a previously stored reference phase map to calculate a phase difference; And
And acquiring a three-dimensional stereoscopic image by calculating measurement coordinates (x, y, z).
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220010324A (en) * | 2020-07-17 | 2022-01-25 | 부산대학교 산학협력단 | Intraoral scan device for automatic intraoral examination |
WO2023113499A1 (en) * | 2021-12-15 | 2023-06-22 | 아크리얼 주식회사 | Intraoral scanner |
US12059316B2 (en) | 2022-09-08 | 2024-08-13 | Enamel Pure | Systems and methods for dental treatment and verification |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015174741A1 (en) * | 2014-05-14 | 2015-11-19 | 주식회사 바텍 | 3d scanner for dental clinic |
CN109069211B (en) | 2016-01-26 | 2022-04-29 | 网络牙科(美国)公司 | Automated dental treatment system |
CN106780717B (en) * | 2016-11-25 | 2022-12-16 | 宁波蓝野医疗器械有限公司 | Oral three-dimensional processing and modeling printing system |
ES2896305T3 (en) * | 2017-03-09 | 2022-02-24 | Deventiv Sp Z O O | Intraoral scanning device, method of operation of such a device and scanner system |
KR101994398B1 (en) * | 2017-11-30 | 2019-06-28 | 주식회사 디디에스 | METHOD AND SYSTEM FOR GENERATING three-dimensional oral model |
KR102247084B1 (en) * | 2019-04-05 | 2021-04-30 | 오스템임플란트 주식회사 | Apparatus and method for calibrating of intra oral sensor |
KR102198934B1 (en) * | 2019-07-30 | 2021-01-05 | 주식회사 다윈테크 | 3D Scanner Device |
CN110368130B (en) * | 2019-07-31 | 2024-11-08 | 正雅齿科科技(上海)有限公司 | Oral scanning equipment, oral scanning method and diagnosis and treatment system |
CN110772230A (en) * | 2019-11-29 | 2020-02-11 | 李勇 | Oral cavity scanning instrument |
IT201900025249A1 (en) * | 2019-12-23 | 2021-06-23 | Salus Oris S R L | DENTAL INSTRUMENT KIT FOR INTRAORAL SCANNING |
CN111513680B (en) * | 2020-04-30 | 2021-08-03 | 四川大学 | Intraoral scanner |
EP4208122A4 (en) | 2020-09-03 | 2024-09-11 | Perceptive Tech Inc | Method and apparatus for cna analysis of tooth anatomy |
CN113812924B (en) * | 2021-08-30 | 2024-01-16 | 南京厚麟智能装饰有限公司 | Dental image scanner and information cloud management system thereof |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20120021122A (en) * | 2010-08-31 | 2012-03-08 | 김도현 | 3-dimensional scanner device |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4221579B2 (en) * | 2003-05-20 | 2009-02-12 | 株式会社モリタ東京製作所 | Probe for dental optical diagnostic equipment |
DE102004054876B3 (en) * | 2004-11-12 | 2006-07-27 | Sirona Dental Systems Gmbh | Measuring device for 3D measurement of tooth models, sliding plate and method |
US7494338B2 (en) * | 2005-01-11 | 2009-02-24 | Duane Durbin | 3D dental scanner |
JP2009018172A (en) * | 2008-08-04 | 2009-01-29 | J Morita Tokyo Mfg Corp | Dental optical diagnostic apparatus |
KR100950590B1 (en) * | 2009-07-07 | 2010-04-01 | 에이티아이 주식회사 | Moire measurement method using concentrate light |
-
2012
- 2012-08-31 KR KR20120096038A patent/KR101483216B1/en active IP Right Grant
- 2012-12-12 WO PCT/KR2012/010763 patent/WO2014035010A1/en active Application Filing
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20120021122A (en) * | 2010-08-31 | 2012-03-08 | 김도현 | 3-dimensional scanner device |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220010324A (en) * | 2020-07-17 | 2022-01-25 | 부산대학교 산학협력단 | Intraoral scan device for automatic intraoral examination |
KR102422746B1 (en) | 2020-07-17 | 2022-07-19 | 부산대학교 산학협력단 | Intraoral scan device for automatic intraoral examination |
WO2023113499A1 (en) * | 2021-12-15 | 2023-06-22 | 아크리얼 주식회사 | Intraoral scanner |
KR20230090586A (en) * | 2021-12-15 | 2023-06-22 | 아크리얼 주식회사 | Intraoral scanner |
KR102650667B1 (en) | 2021-12-15 | 2024-03-22 | 아크리얼 주식회사 | Intraoral scanner |
US12059316B2 (en) | 2022-09-08 | 2024-08-13 | Enamel Pure | Systems and methods for dental treatment and verification |
US12059315B2 (en) | 2022-09-08 | 2024-08-13 | Enamel Pure | Systems and methods for estimating a trend associated with dental tissue |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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