KR20070023601A - 치과 기술적 물체의 형상을 측정하는 방법 및 이 방법을실시하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측정될 물체의 표면 지점들의 공간 좌표를 측정하여, 좌표계의 두 개의 좌표(Z-, Y-좌표)를 결정하기 위하여 상기 물체 상으로 투사되는 스트립이 적어도 두 개의 매트릭스 카메라(32,34)에 의하여 측정되며, 제 3 좌표(X-좌표)가 회전축선(20) 주위로 회전할 수 있는 측정 테이블(18) 상에 배열된 상기 물체의 위치를 포착하는 것에 의하여 결정되는, 포지티브 모델(10) 또는 이것의 한 부분과 같은 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 방법 및 장치에 관한 것이다. 용이한 방식으로, 치과 기술적 물체의 용이한 비접촉 형상 측정이 가능하게 되어, 공간 좌표를 측정하는 구조상의 노력이 낮게 유지되고 형상 취득이 상당히 크게 정밀하게 고속으로 실시되는 것을 허용하기 위하여, 매트릭스 카메라는 제 1, 제 2 및 제 3 픽셀들을 구비한 컬러 매트릭스 카메라이며, 빛은 일 형태의 픽셀(제 1 픽셀)에 대해 현저하게 특유한 파장 범위에서 상기 매트릭스 카메라에 의하여 검출되며, 다른 형태의 픽셀(제 2 및 제 3 픽셀)들 중 적어도 하나의 값들이 상기 두 개의 제 1 좌표(Y- 및 Z- 좌표)를 결정하기 위해서 분석되는 것이 제공된다.

Description

치과 기술적 물체의 형상을 측정하는 방법 및 이 방법을 실시하기 위한 장치{Method of Determining the Shape of a Dental Technology Object and Apparatus for Performing the Method}

본 발명은, 측정될 표면 지점들의 공간 좌표를 측정하여, 좌표계의 두 개의 공간 좌표(Z-, Y-좌표)를 결정하도록 상기 물체 상으로 투사되는 스트립이 적어도 두 개의 매트릭스 카메라에 의하여 측정되며, 제 3 좌표(X-좌표)가 회전축선 주위로 회전할 수 있는 측정 테이블 상에 배열된 상기 물체의 위치를 측정하는 것에 의하여 결정되는, 포지티브 모델 또는 이것의 한 부분과 같은 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 치과 기술적 물체를 수용하고 회전축선 주위로 회전할 수 있는 측정 테이블과, 상기 치과 기술적 물체로 광선을 투사하기 위한 레이저 장치와 같은 빛 발생 장치와, 상기 광선을 향하여 지향되는(oriented) 두 개의 매트릭스 카메라 및 상기 광선의 좌표를 측정하기 위하여 상기 매트릭스 카메라로부터의 신호를 분석하기 위한 분석 유닛을 포함하는, 포지티브 모델 또는 이것의 한 부분과 같은 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 장치에 관한 것이다.

서두에서 특정된 형태의 방법은 DE-A-43 01 538에서 볼 수 있다. 이러한 것은 일 실시예에 따라서 회전 테이블 상에 배열된 치과 기술적 물체의 높이값(Z축)을 측정하기 위하여 삼각 측량 원리를 적용하도록 예각을 형성하는 두 개의 CCD 매트릭스 카메라들을 사용하는 것을 포함한다. Z축에 대해 수직으로 연장하는 Y-좌표의 값은 치과 기술적 물체 상에 투사되는 스트립 광(strip light)에 의하여 얻어진다. 제 3 공간 좌표(X-좌표)는 회전 테이블에 의하여 공급된다. 스트립 광을 만들도록 다이오드 레이저, 좌표 광학 시스템 및 실린더 렌즈 장치가 사용된다. 이러한 목적을 위하여 제어 입력들이 입력된다.

치과 기술적 물체 또는 그 일부에 배치되거나 또는 삽입되는 치과 보철물의 제조를 위해 필요한 데이터가 충분히 정밀하지 않고 필요한 속도에서 얻어지지 않는 측정물들이 발견되어 왔다. 이러한 것에 대한 하나의 이유는 회전 테이블의 위치에 의해 제공되는 공간 좌표의 결정이 불충분하게 정밀하거나 또는 상당한 노력을 수반하기 때문이다.

DE-A-101 33 568은 치과 기술적 물체의 3차원 측정을 위한 방법을 개시한다. 이 경우에, 물체는 한정된 지향에서 유지 수단에 클램핑되고, 투사되고 반사된 방사선 평가가 분석되어, 물체는 측정을 수행하도록 방사선의 소스에 대해 병진하여 회전 가능하게 이동된다.

본 발명은 치과 기술적 물체의 용이한 비접촉 형상 측정이 가능하게 하여, 공간 좌표를 결정하는 구조상의 노력이 낮게 유지되고 형상 취득이 상당히 크게 정밀하게 고속으로 실시되는 방식으로 서두에 언급된 형태의 방법 및 장치를 개선하는 문제에 근거한다.

문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 필수적으로 매트릭스 카메라가 제 1, 제 2 및 제 3 픽셀을 구비한 컬러 매트릭스 카메라인 것을 제공하고, 매트릭스 카메라는 한 형태의 픽셀(제 1 픽셀)에 대해 특유한 파장의 범위에 있는 빛을 포착하고, 다른 형태의 픽셀(제 2 및 제 3 픽셀)들 중 적어도 하나의 값들은 두 개의 제 1 좌표(Y- 및 Z 좌표)를 측정하도록 분석된다.

필수적으로, 매트릭스 카메라는, 그 방사선이 제 1 픽셀로서 레드(red) 픽셀의 특징이 있는, 바람직하게 대략 635㎚의 파장 스펙트럼에 있는 빛에 노출되는 것이 준비된다. 방법에 있어서, 매트릭스 카메라는 과충전(overcharging), 즉 과노출을 이끄는 조명(조명의 세기)에 노출되어야 한다. 이런 측정은 특히 들어오는 방사선(제 1 픽셀)에 민감한 픽셀뿐만 아니라, 다른 픽셀, 즉 일정 범위의, 레드 픽셀에 적응된, 그린(green) 및 블루(blue) 픽셀의 들어오는 방사선의 파장의 범위에 대한 다른 픽셀을 여자시켜, 적어도 일 형태의 이러한 픽셀들, 특히 그린에 의해 여자된 픽셀을 평가 분석한다. 이러한 것은 레이저 광선과 같은 치과 기술적 물체에 놓인 라인의 정밀하게 위치된, 그러므로 고 해상도 측정을 허용한다. 또한, 필터는 레이저 광에 있는 어떠한 고유의 분열적 광을 제거하도록 준비된다.

치과 기술적 물체는 그런 다음 회전축선 주위에서 측정물 또는 회전 테이블에서 회전되고, 이에 의하여 1°의 계단 각도가 바람직하다. 다른 각도들 또한 가능하다. 개개의 빛 영역들을 포착한 후에, 회전축선에 대응하는 이미지들은 투영될 물체로 변환된 이미지들을 조합하기 위하여 디지털 형태로 변환된다.

계단 각도는 또한 고정된 이미지 연속 빈도에서 일정한 회전 속도로 물체를 포착함으로써 인식될 수 있다. 이러한 측정은 한정된 계단 각도에 의한 측정 테이블의 회전에 상당한다.

변환을 수행하기 위하여, 공지된 치수의 막대 또는 핀은 먼저 개개의 각도 위치에서 검출되고, 회전축선은 핀 또는 막대의 길이 방향 축선과 일치한다.

다시 말하면, 핀 또는 막대의 이미지들은 회전축선으로의 치과 전문 기술적 물체의 개개의 빛 영역의 측정 결과들의 변환을 위하여 사용된다.

빛 영역들의 좌표들은 이전에 여자된 눈금 측정에 근거하여 얻어지고, 이는 아래에 설명된다.

하나의 발명적 제안에 따라서, 바람직하게는 CMOS 매트릭스 카메라인 두 개의 매트릭스 카메라가 측정 테이블의 회전축선이 배치되는 평면에 대해 대칭으로 지향되고, 상기 카메라는 평평한 눈금 측정체(calibrating body)에 대해 카메라 이미지들이 동일한 방식으로 부가적으로 지향되고, 상기 눈금 측정체는 눈금 측정체를 통하여 중앙으로 연장하는 평면에 배열된다.

또 다른 발명적 제안에 따라서, 칩 표면의 둔각(샤임플러그 각도, Scheimpflug angle), 즉 카메라들의 매트릭스들의 각도는 눈금 측정체의 표면들이 예리하게 투영되는 방식으로 광축선에 대해 설정된다.

그러나, 매트릭스들의 경사진 지향으로 인하여, 왜곡된 이미지들이 포착된다. 교정이 그런 다음 적절한 소프트웨어에 의하여 실시된다. 예를 들어, 투영되는 눈금 측정체의 측면에 원들이 있으면, 칩 표면에 변형된 원들이 투영되고, 이는 이러한 투영 에러를 보상하기 위하여 소프트웨어에 의하여 원들로 변환된다. 이러한 방식에 있어서, 그런 다음 독특한 좌표가 각 픽셀에 할당된다. 이러한 방식으로 얻어진 눈금 측정 데이터는 그런 다음 빛 영역을 평가하는 기초가 된다.

고유하게 강성이고 평평한 눈금 측정체는 또한 광선(예를 들어 레이저 광선)을 눈금 측정하도록 사용될 수 있으며, 이에 의하여, 레이저 광선은 카메라를 마주하는 눈금 측정체의 에지의 중간에서 평면에 평행하게 방사된다. 레이저 광선 자체는 에지 광선들이 10° 및 30°의 사이, 바람직하게 20°의 각도를 형성하는 방식으로 퍼져야 한다. 즉, 광선은 펼쳐진 측정 광선(spread ray)에 의해 한정된 평면에 놓인 회전 또는 측정 테이블의 회전축선을 통과한다.

이러한 방식에 있어서, 카메라(바람직하게 CMOS 매트릭스 카메라)와 광선 의 소스로 이루어진 측정 헤드가 눈금 측정되면, 이는 내장될(built in) 수 있다.

상기된 측정은 카메라 이미지들의 왜곡을 교정할 뿐만 아니라 회전축선에 대하여 라인을 조정하는 전체적인 결과를 가진다. 그런 다음, 빛 영역 방법이 실시되고, 이에 의하여, 측정 테이블의 회전축선은 측정될 치과 기술적 물체의 영역을 통과하여야만 한다.

의치(stump)와 같은 치과 기술적 물체의 공간적으로 제한된 영역뿐만 아니라 보다 큰 범위가 측정되면, 치과 기술적 물체는 측정 테이블의 회전축선이 측정될 부분 영역을 통과하는 것을 허용하도록 회전 테이블 상에서 수회 대체되어야만 된다. 치과 기술적 물체의 위치의 함수로서 개개의 측정들을 만들도록, 즉, 개개의 위치에서 측정된 스캐터 플롯(scatter plots)들을 서로 연결할 수 있도록, 물체의 개개의 위치와 회전축선 사이의 관계는 공지되어야만 된다.

그러므로, 부가적인 발명적 제안은, 그 광 픽셀이 측정 테이블의 회전축선을 따라서 지향되는 부가의 카메라(기준 카메라)가 측정 테이블 위에 배열되고, 측정 테이블, 또는 물체를 유지하고 측정 테이블에 배열되는 유지 수단이 기준 수단을 구비하는 것을 제안하고, 기준 수단에 의하여, 다양한 위치에서 측정 테이블에 배열되는 치과 기술적 물체의 이미지들이 상관, 즉 결합되어 정밀하게 위치된다.

이 카메라는 또한 회전축선을 나타내는 마커가 카메라에 의해 포착된 이미지에 중첩되면 회전축선에 대하여 치과 기술적 물체, 또는 측정될 물체 부분을 지향시키기 위하여 사용될 수 있다. 이 마커는 바람직하게 십자 형상을 가질 수 있다.

치과 기술적 물체의 충분한 조명을 허용하도록, 물체를 적절하게 조명할 수 있는 바람직하게 발광다이오드로 이루어진 조명 링에 의해 둘러싸이게 되는 기준 카메라의 목표를 위한 준비가 만들어졌었다.

기준 수단 및 기준 카메라는 결과적으로 측정 테이블의 회전축선, 그러므로 매트릭스 카메라에 대해 치과 기술적 물체의 상대 위치를 간단하게 측정하도록 사용되고, 그 결과, 게다가 개별적으로 포착된 측정 지점의 공간 좌표를 간단하게 측정하도록 사용된다. 이를 위하여, 요소로부터 측정될 치과 전문 기술적 물체가 회전 테이블에 부착될 수 있는 유지 수단에서 직접 연장하는 상기 요소에 위치되는 기준 수단이 사용된다. 회전 테이블이 회전될 때, 기준 수단은 회전축선의 중앙 지점 주위의 원형 경로에서 이동한다. 기준 카메라에 대한 기준 수단의 회전들 및 상대 이동을 검출하는 것은 치과 전문 기술적 물체의 개개의 위치의 고도의 정밀한 위치 측정을 허용하여서, 그 후에 측정값, 스캐터 플롯은 치과 기술적 물체의 광학 디스플레이에 용이하게 링크될 수 있다.

회전 테이블의 각도 설정의 위치로부터, 기준 카메라에 의해 포착된 기준 수단, 회전축선에 대한 매트릭스 카메라의 위치, 및 각 측정 지점의 공간 좌표들이 그런 다음 측정될 수 있다.

유지 수단 자체는 특히 높이에 있어서 조정, 회전 및 틸팅 가능하고, 기준 카메라에 대한 선택된 지향에 있는 위치에 록킹될 수 있으므로, 위치 선정이 결정되고, 치과용 보철은 끼워질 물체의 부분이 회전축선으로 관통되는 방식으로 발생한다.

특히, 삽입의 방향 또는 제조될 치과용 보철이 회전축선에, 즉 기준 카메라의 광축선에 평행하게 또는 거의 평행하게 연장하여 지나는 방식으로 측정되고, 치과용 보철이 끼워지는 치과 기술적 물체가 회전축선에 대해 지향되는 것이 제공된다.

고해상도, 즉 레이저 광선과 같은 측정 라인의 좌표의 정밀 측정을 가지는 특히 양호한 측정은 치과 기술적 물체가 레드 픽셀을 여자시키는 파장 스펙트럼에서 빛으로 조사되거나 또는 빛이 매트릭스 카메라에 의해 측정되면 얻어진다. 이와 관련하여, 방사선의 세기는, 레드 픽셀에 대하여 과충전, 즉 과노출이 따르지만 그렇게 하여, 다른 픽셀들이 또한 여자되고, 픽셀들 중 그린 픽셀이 바람직하게 측정 라인의 좌표를 측정하기 위하여 분석되도록 설정된다.

서두에서 특정된 형태의 장치는, 매트릭스 카메라가 컬러 매트릭스 카메라이고, 이에 의하여 매트릭스 카메라가 제 1 형태의 픽셀에 특유한 파장 스펙트럼 내의 빛에 노출되고, 제 1 형태의 픽셀과 다른 제 2 형태의 픽셀들의 전하값이 광선의 측정을 위하여 분석될 수 있는 것을 특징으로 한다.

이와 관계없이, 두 개의 매트릭스 카메라들의 사용은 반사된 레이저 광선이 카메라들 중 하나에 보이지 않는 영역을 측정하는 것을 가능하게 한다. 증가된 측정 정밀도는 두 매트릭스 카메라에 의하여 동시에 관찰되는 영역들에서 얻어진다.

강조되는 본 발명의 추가 실시예는 측정 테이블에 또는 측정 테이블에 배열되는 유지 수단에 존재하는 기준 수단을 측정하기 위하여 측정 테이블 위에 배열되는 것을 제공한다. 이러한 경우에, 특히 치과 전문 기술적 물체는 측정 테이블의 회전축선으로 간단하게 이동되기 위하여 유지 수단에 배열된다. 이러한 경우에, 유지 수단은 높이에 있어서 조정, 회전 및 틸팅 가능하게 만들어질 수 있다.

매트릭스 카메라는 특히 CMOS 컬러 매트릭스 카메라이고, 이에 의하여 바람직하게 그린 픽셀에 의해 발산되는 신호들이 분석된다.

두 개의 매트릭스 카메라의 광축선은 60° 내지 90°의 각도(γ), 특히 80°의 각도(γ)로 서로에 대해 연장하여 지나가고, 이에 의하여, 두 개의 매트릭스 카메라의 광축선은 30°≤α1,α2≤60°의 각도(α1,α2)를 형성하여만 하고, α1 = α2이다.

광 스트립, 즉 물체로 투사되는 레이저 광선과 같은 광선에 대하여, 이러한 목적을 위하여 사용되는 유닛은 다이오드 레이저 및 광학 렌즈와 같은 적어도 하나의 레이저를 포함하여야 한다. 펼쳐진 측정 광선은 10°≤β≤30°의 각도(β)를 형성하여야 한다. 이에 관하여, 광선의 중심 광선은 특히 CMOS 카메라의 광축선의 이등분선을 따라서, 즉 광축선에 의해 한정되는 평면으로 연장한다. 중심 광선은 α1 또는 α2와 동일한 각도(δ)로 정점(vertical)과 마주한다(subtend).

본 발명의 이점 및 특징은 특징들 홀로 및/또는 특징들을 조합하는 청구범위로부터 발생할 뿐만 아니라, 도면에 도시된 바람직한 실시예의 기술로부터 발생한다.

도면들은 상이한 도면, 사시적 표현 및 부분적으로 상세하게 치과 기술적 물체의 비접촉 형상 측정을 위한 장치의 개략적 표현이며, 동일한 요소들은 동일한 도면 부호가 주어지며, 요소가 서로 다르더라도, 동일한 기술적 정보 내용을 부과한다. 도면에 도시된 실시예에서, 치과 기술적 물체는 포지티브 모델(10, positive model)이지만, 이에 제한되지 않는다.

포지티브 모델(10)은, 화살표 14,16에 의해 도시된 바와 같이 측정 또는 회전 테이블(18)에 대해 변위, 틸팅 및 높이 조정 가능한유지 수단(12)에 배열된다. 회전 테이블 자체는 축선(20) 주위에 회전될 수 있다(화살표 22). 회전 테이블(18) 위에, 기준 카메라(24)가 배열되고, 기준 카메라에 의하여 회전 테이블(18) 또는 필드(field)가 포착될 수 있으며, 필드에서, 포지티브 모델(10)이 필요한 위치 및 지향으로 회전 테이블(18)에 유지 수단(12)에 의해 부착된다.

또한, 기준 수단을 형성하는 마킹(26)은 유지 수단(12)으로부터 연장하고, 이 마킹 수단에 의하여, 회전축선(200에 대한 유지 수단(12)의, 그러므로 포지티브 또는 회반죽(plaster) 모델(10)의 위치가 확인될 수 있다. 마킹(26)은 바람직하게 유지 수단(12)의 표면에 배열되는 3점, 원형, 디스크 또는 선형 인디케이터이다.

기준 카메라(24)의 광축선(30)은 -도면에 도시된 바와 같이- 회전 테이블(18)의 회전축선(20)과 일치한다. 회전 테이블(18)은 단계적으로, 바람직하게 각각의 경우에 1°씩 회전하고, 이에 의하여, 측정될 치과 전문 기술적 물체(10)의 하나의 좌표(X-좌표)가 미리 설정된다. 포착될 개개의 측정 지점의 나머지 좌표(Y-, Z-좌표)들은 두 개의 CMOS 매트릭스 카메라(32,34)에 의하여 얻어지고, 카메라는 포지티브 모델로 투사되는 빛의 광빔(ray beam)을 측정하고, 빔은 바람직하게 레이저 유닛(36)에 의해 발산된다. 이러한 것은 조준 렌즈와 실린더 렌즈 장치를 가진 다이오드 레이저를 포함할 수 있다. 그러나, 이와 관련하여, 기준은 광 구역(light-section) 방법을 위해 사용되는 장치로부터 공지된 해결을 구성하도록 만든다. 바람직하게 사용된 레이저 광은 CMOS 매트릭스 컬러 카메라(32,34)의 레드 픽셀의 여자에 대해 특징이 있는 하나의 파장 범위에서 집중된다. 바람직하게, 635㎚의 부근에서 집중되는 방사선(radiation)이 사용되어야 한다.

매트릭스 컬러 카메라(32,34)의 광축선(38,40)은 바람직하게 γ80°의 각도 (γ)에 마주하고, 이에 의하여, 개개의 광축선(38,40)은 정점에 대하여 마주하여야 하고, 이는 기준 카메라(24)의 광축선(30)과 30°≤α1,α2≤60°의 각도(α1,α2)의 각도로 도면에서 일치한다. 특히, CMOS 매트릭스 카메라(32,34)는 축선(30)에 대해 대칭으로 배열된다.

도 2 및 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 레이저 유닛(36)은 매트릭스 컬러 카메라(32,34)에 의해 한정된 평면에 놓인다. 그 결과, 레이저 유닛(36)의 중심 광선(42)은 정점에 대하여 α1 또는 α2에 대응하는 각도(δ)로 마주한다. 또한, 레이저 유닛(36)은 카메라(32,34)들에 대하여, 매트릭스 컬러 카메라(32,34)의 광축선(38,40)들 사이의 이등분선이 연장하는 평면에 분기 빔이 있는 방식으로 지향된다.

레이저 유닛(36)의 광선은 바람직하게 각도(β) 만큼 분기하고, 여기에서, 10°≤β≤30°이고, 바람직하게 β20°이다.

측정을 위하여, 측정 테이블(18)은 바람직하게 측정될 회반죽 모델(10)의 영역의 개개의 측정 지점의 Y-, Z- 좌표를 측정하기 위하여 매트릭스 카메라(32,34, 360°와 같은 미리 설정된 전체 각도에서의 측정물들이 총 1회 스캔이다)에 의해 매 위치에서 광 스트립을 측정하도록 총 360° 만큼, 바람직하게 각각 1°의 단계로, 축선(20) 주위에 회전된다. 이와 관련하여, 회반죽 모델(10)은 바람직하게 광축선이 회반죽 모델의 측정될 영역의 중심점을 통과하는 방식으로 회전축선(20), 즉 기준 카메라(24)의 광축선(30)에 대해 지향된다.

기준 수단(마킹(26))은 측정을 위해 필요한 범위를 명확하게 인식할 수 있어야 한다. 이러한 목적을 위하여, 대물 기준 카메라(24)는, 바람직하게는 다이오드들로 이루어진 조명 링(44)내에 집중적으로 둘러싸일 수 있으며, 이에 의해 유지 수단(12)이 조명된다.

다음의 접근은 순수하게 원리적인 형태로 도 1 및 도 2 또는 도 3 및 도 4에 의하여 예시된 대응하는 장치를 사용하여 치과 보철물이 구비되는 포지티브 모델(10) 또는 영역 또는 구역을 측정하기 위하여 취해져야만 된다.

먼저, 환자의 입에서의 상황에 대응하는 측정될 회반죽 모델(10)은 또한 모델 홀더로서 지칭되는 유지 수단(12)에 지향되어 부착된다. 지향은 설계될 치과 보철물의 삽입구의 삽입 방향이 회전 테이블(18)의 회전축선(20)에 평행하게, 즉 기준 카메라(24)의 광축선(30)에 평행하게 되는 방식으로 발생한다. 이에 의하여, 회전축선(20), 그러므로 기준 카메라(24)의 광축선(30)은 측정될 회반죽 모델 또는 포지티브 모델(10)의 영역 또는 구역의 중심점을 통과하여야 한다.

필요하다면, 측정될 영역의 인접한 영역은 어떠한 그림자도 방지하도록 노출될 수 있다.

모델 홀더(12)는 측정될 모델 위치의 중심점이 회전축선(20)과 일치할 때까지 변위된다. 그런 다음, 모델 유지 수단(12)은 회전 테이블(18)에 록킹된다.

지향을 용이하게 하도록, 기준 카메라(24)에 의해 포착된 이미지는 회전축선(20)을 연장시키는 것에 의하여 그 중심이 통과하는 모니터에 중첩된 축선 교차 크로스헤어(superimposed axes cross crosshair)와 함께 디스플레이된다.

그런 다음, 스캔 절차가 작업자에 의해 개시된다. 이러한 목적을 위하여, 회전 테이블(18)은 먼저 회전 또는 측정 테이블(18)의 어떠한 위치가 기본적으로 개시 위치로서 선택될 수 있을지라도 개시 위치로 자동적으로 회전된다. 회전 테이블(18)의 단계적 회전(각 경우에 바람직하게 1° 씩)의 목적을 위하여, 측정될 치아(tooth) 또는 구멍 위치가 레이저 어셈블리(36)에 의하여 투사된 빛 또는 광선 아래에서 회전되고, 반사된 광선의 동기화 이미지들은 두 개의 매트릭스 컬러 카메라(32,34)들에 의하여 얻어진다.

이어서, 하나가 주행한 후에(바람직하게 360°, 1 스캔 또는 개별적인 스캔), 치아의 표면 또는 구멍 위치의 Y-, Z-좌표는 이러한 이미지 및 각각의 회전 각도로부터 광 구역(light-section) 방법에 따라 결정되고, 각각의 회전 각도는 예를 들어 스텝 모터에 의해 결정될 수 있다. 사라진 X 좌표는 측정 테이블(18)의 각각의 위치로부터 얻어진다.

대안적으로, 회전 테이블(18)은 일정한 회전 속도로 회전될 수 있고, 회반죽 모델(10)은 고정된 이미지 연속 빈도로 투영될 수 있다.

몇 개의 치아 또는 구멍 위치를 포함하는 모델 영역을 측정할 수 있기 위하여, 몇 개의 이러한 스캔 절차(개별적인 스캔 절차)가 일반적으로 실시되어야만 된다.

큰 모델 영역의 전체 표면을 또는 심지어 하나의 균일한 좌표계로 전체 모델을 디스플레이할 수 있기 위하여, 개개의 스캔, 즉 개개의 측정물의 지점 무리들은 그런 다음 연결된다. 이러한 목적을 위하여, 모델 홀더(12)에 존재하는 기준 마킹(26,28)은 기준 마킹을 통하여 측정 테이블(18)의 회전축선(20)으로 회반죽 모델(10)의 개개의 위치들의 기하학적 할당이 가능하게 만들어지기 때문에 중요하다; 왜냐하면, 각 스캔으로 모델 홀더(12) 상의 기준 마킹(26)이 기준 카메라(24)에 의해 포착된 회전축선(20) 주위의 원형 경로를 그리기 때문이다. 위치에서의 또는 개개의 측정물에 대한 원들의 직경에서의 변화는 측정물들 사이에 만들어진 변위에 대한 측정 단위이다. 그러므로, 모든 개개의 스캔의, 즉 한번 지나감으로 얻어진 값들의 데이터를 변환시키는 것이 가능하고, 이것들의 좌표 세트는 공통의 좌표계에서 모델 홀더(12)의 각각의 지향에 의존한다.

기본적으로 단지 하나의 픽셀 형태들이 여자되고, 그런 다음 다른 형태의 픽셀의 평가, 이에 의하여 조사(방사선의 레벨)가 그렇게 높게 설정되는 방사선에 대한 매트릭스 카메라(32,34)의 노출은 고도의 정밀하게 측정되고, 높은 조사로 오버로딩 또는 과노출 결과들이 반사된 레이저 광선, 즉 레이저 광선의 중심 및 주변 영역들의 인식을 위한 큰 사용 가능한 동적 영역을 이끈다.

높은 해상도를 달성하도록, 파장 스펙트럼이 레드 픽셀의 여자에 대해 특유한 광선에 매트릭스들이 노출되면, 평가 분석될 CMOS 매트릭스 컬러 카메라(32,34)의 픽셀 중 단지 그린 부분에 대한 준비가 만들어졌다. 그린 픽셀 대신에, 블루 픽셀이 또한 분석될 수 있다.

서로에 대한 서브픽셀(subpixel)의 배열을 또한 참조하면, 즉 레드, 그린, 또는 블루 이미지들의 평가 동안 서브픽셀의 대응하는 기하학적 불일치를 보상하면, 좌표 측정의 정밀도는 훨씬 향상될 수 있다.

매트릭스 카메라(32,34)들을 정확히 조정하도록, 지향은 평평한, 바람직하게 직사각형으로 형상화된 보디(도 6)인 눈금 측정체(46, calibrating body)에 대해 발생하고, 눈금 측정체로부터, 변(side)들중 각각이 매트릭스 카메라(32,34)중 하나에 의해 포착된다. 이와 관련하여, 눈금 측정체는 그 두께가 각각의 매트릭스 카메라(32,34)의 초점 깊이보다 작은 것이 사용된다.

매트릭스 카메라(32,34)는 그런 다음 눈금 측정체의 각 변의 이미지들이 동일한 방식으로 지향된다.

매트릭스의 경사진 지향에 의하여, 즉, 각 변의 법선에 대해 90°까지 벗어난 매트릭스들의 각(샤임플러그 각도)에 의하여, 눈금 측정체의 변들에 존재하는 원과 같은 마킹들의 왜곡이 야기된다. 이러한 왜곡은 소프트웨어에 의하여 교정된다. 그런 다음, 하나의 좌표는 매트릭스의 각각의 좌표에 할당될 수 있다.

회전 테이블(18)의 회전축선으로 변환시키기 위하여, 회전 테이블(18)의 각각의 각도 위치들에서 포착된 이미지들, 눈금 측정 막대 또는 핀(47, 도 5)의 이미지들이 매트릭스 카메라(32,34)들에 의해 촬영되고, 막대 또는 핀은 기준 카메라(24)의 회전축선(20) 및 광축선(30)을 따라서 연장하고, 축선(20 또는 30)은 막대 또는 핀을 통하여 연장한다. 회반죽 모델(10)상에서 회전 테이블 축선(18)으로 투영된 핀 또는 막대(47)의 대응하는 이미지들, 즉, 레이저 광선의 이미지들은 측정 결과의 변환을 위하여 사용된다. 이와 관련하여, 눈금 측정핀(47)의 단면 역시 고려될 필요가 있다.

적절한 분석 유닛으로, 디지털 값들은 상술된 변환 뿐만 아니라 회전 테이블(18) 또는 측정될 치과 기술적 물체의 위치들의 지향을 고려하여 CMOS 매트릭스 카메라(32,34)의 측정 결과들을 근거하여 계산되고, 물체의 위치들은 기준 수단(26)에 의해 포착될 수 있으며, 이에 근거하여, 필요한 치과 보철물이 일반적인 것으로서 CAD-CAM 절차를 이용하여 제조된다. 이와 관련하여, 기준은 EP-B-0 913 130 또는 WO-A-99/47065에 개시된 이행 가능성을 참조할 수 있다.

도 7은 치과 기술적 물체(10)의 형상의 비접촉 3차원 측정을 위한 요소들의 연결을 명확하게 하기 위한 블록도로 동일한 것을 나타낸다. 그러므로, 회전 테이블(18), 매트릭스 카메라(32,34), 기준 카메라(24) 뿐만 아니라 레이저 유닛(36)은 매트릭스 카메라(32,34)에 의하여 측정 테이블(18)에 배열되어 그 회전축선(20) 주위로 회전 가능한 물체를 측정하도록 제어 및 평가 유닛(45)에 연결되고, 이에 의하여, 치과 전문 기술적 물체(10)를 수용하는 유지 장치(12)의 위치는 기준 카메라(24)에 의하여 결정될 수 있다. 레이저 유닛(36)에 의하여, 치과 기술적 물체(10)가 광 스트립에 노출된다. 개개의 측정값은 그런 다음 치과 기술적 물체(10)의 좌표를 디지털 형태로 이용할 수 있도록 상기된 눈금 측정을 고려하여 분석 유닛(45)에 의해 링크되고, 이에 근거하여, 치과 보철물이 CAD-CAM 방법을 사용하여 제조될 수 있다.

본 발명에 따라서, 치과 기술적 물체의 용이한 비접촉 형상 측정이 가능하게 되어, 공간 좌표를 결정하는 구조상의 노력이 낮게 유지되고 형상 취득이 여전히 크게 정밀하게 고속으로 실시되는 방식으로 서두에 언급된 형태의 방법 및 장치를 개선할 수 있다.

도 1은 측정 장치의 개략 정면도.

도 2는 90° 회전된 도 1에 따른 측정 장치의 측면도.

도 3은 도 1에 따른 측정 장치의 사시도.

도 4는 90° 회전된 도 3에 따른 측정 장치의 사시도.

도 5는 눈금 측정 로드(calibrating rod)를 구비한 도 3의 상세도.

도 6은 눈금 측정체를 구비한 도 3에 따른 측정 장치의 상세도.

도 7은 블록도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

10. 포지티브 모델 12. 유지 수단

18. 측정 또는 회전 테이블 20, 30. 광축선

24. 기준 카메라 26, 28. 마킹

32, 34. 매트릭스 카메라 36. 레이저 유닛

47. 눈금 측정 막대 또는 핀

Claims (23)

1. 측정될 물체의 표면 지점들의 공간 좌표를 측정하여, 좌표계의 두 개의 좌표(Z-, Y-좌표)를 결정하도록 상기 물체 상으로 투사되는 빛 스트립이 적어도 두 개의 매트릭스 카메라(32,34)에 의하여 측정되며, 제 3 좌표(X-좌표)가 회전축선(20) 주위로 회전할 수 있는 측정 테이블(18) 상에 배열된 상기 물체의 위치를 포착하는 것에 의하여 결정되는, 포지티브 모델(10, positive model) 또는 이것의 한 부분과 같은 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 방법에 있어서,

   상기 매트릭스 카메라(32,34)는 제 1, 제 2 및 제 3 픽셀들을 구비한 컬러 매트릭스 카메라이며, 빛은 상기 픽셀들의 일 형태(제 1 픽셀)에 대해 현저하게 특유한 파장 범위에서 상기 매트릭스 카메라에 의하여 검출되며, 다른 형태의 픽셀(제 2 및 제 3 픽셀)들 중 적어도 하나의 값들이 상기 두 개의 제 1 좌표(Y- 및 Z- 좌표)를 결정하기 위해서 분석되는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 매트릭스 카메라(32,34)는 상기 제 1 픽셀로서 레드 픽셀에 대해 특유한 파장 범위에 있는, 바람직하게 대략 635㎚의 파장 범위에 있는 방사선(radiation)에 노출되는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 매트릭스 카메라(32,34))는 제 1 형태의 픽셀들의 과충전(overcharging)을 이끄는 방사선 세기에 노출되는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 물체는 제 1 픽셀에 대해 특유한 파장 범위에서 방사선에 노출되는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 다른 형태의 픽셀로서, 그린 픽셀이 분석되는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 사용된 상기 카메라(32,34)는 CMOS 카메라인 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 매트릭스 카메라(32,34) 및/또는 이것들의 매트릭스(칩 표면)는 측정 테이블(18)의 상기 회전축선(20)이 놓이는 평면에 대해 대칭으로 지향되고, 상기 매트릭스 카메라 또는 매트릭스들은 평면 눈금 측정체(46, flat calibrating body)에 대해 이미지들이 동일한 방식으로 지향되고, 상기 눈금 측정체는 상기 평면에 배열되어 상기 평면의 중앙을 가로지르는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 매트릭스 카메라(32,34)의 상기 매트릭스들(칩 표면)은 각각의 변이 상기 매트릭스 카메라들 중 하나에 의해 측정되는 평평한 직사각형 눈금 측정체(46)에 대해 지향되어, 상기 각각의 변으로부터 촬영된 각 카메라의 개개의 이미지는 상기 개개의 이미지들의 중첩없이 직사각형 형태를 가지는 완전한 이미지로 결합되는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 매트릭스 카메라(32,34)에 의해 촬영된 상기 물체(10)의 이미지들을 좌표계(X-, Y-, Z-좌표)로 변환하기 위하여, 상기 회전축선(20)이 가로지르는 표준체(47,standard body)의 이미지들로 상기 좌표계들의 비교가 수행되는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 표준체(47)로서, 예를 들어 원형 또는 다각형, 예를 들어 정사각 단면을 가지는 핀 또는 막대가 사용되고, 상기 핀 또는 막대의 길이 방향 축선은 상기 측정 테이블(18)의 상기 회전축선(20)에 대응하는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 방법.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 테이블(18) 위에, 광축선(30)이 상기 측정 테이블(18)의 상기 회전축선(20)을 따라서 지향되는 기준 카메라(24)가 배열되고, 상기 측정 테이블, 또는 상기 물체를 수용하고 상기 측정 테이블에 배열되는 유지 수단(12)은 기준 수단(26)으로 마킹되고, 상기 기준 수단에 의하여, 상기 물체가 상기 측정 테이블에 배열되는 위치들이 서로에 대해 결정되는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 방법.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 매트릭스 카메라(32,34)는 그 광축선(38,40)이 60°≤γ≤90°의 각도(γ)로 서로 교차하는 방식으로 서로에 대하여 지향되는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 방법.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 기준 수단(26)을 구비하고 상기 치과 기술적 물체를 유지하는 상기 유지 수단(12)은 상기 측정 테이블(18) 상에 부착되고, 상기 제 3 좌표는 상기 측정 테이블의 회전 위치로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 방법.
14. 치과 기술적 물체를 수용하고 회전축선(20) 주위로 회전할 수 있는 측정 테이블(18)과, 상기 치과 기술적 물체로 광선을 투사하기 위한 레이저 장치와 같은 빛 발생 장치(36)와, 상기 광선을 향하여 지향되는 두 개의 매트릭스 카메라(32,34), 및 상기 광선의 좌표를 결정하기 위하여 상기 매트릭스 카메라로부터의 신호를 분석하는 분석 유닛(45)을 포함하는, 포지티브 모델 또는 이것의 한 부분과 같은 치과 전문 기술적 물체(10)의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 장치에 있어서,

    상기 매트릭스 카메라(32,34)는 컬러 카메라이고, 이에 의하여 상기 매트릭스 카메라는 픽셀들의 일 형태에 대해 특유한 파장 범위에 있는 빛에 노출되고, 제 1 형태의 픽셀과 다른 제 2 형태의 픽셀의 로딩값(loading values)은 상기 광선을 측정하도록 분석될 수 있는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 장치.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 측정 테이블(18) 위에, 기준 카메라(24)가 상기 측정 테이블 상의 상기 치과 기술적 물체(10)의 위치와 관련된 하나 이상의 기준 수단(26)을 검출하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 장치.
16. 제 14 항에 있어서, 상기 기준 카메라(24)에 의해 포착될 상기 기준 수단(26)과 함께, 상기 치과 기술적 물체(10)는 상기 측정 테이블(18) 상에 배열될 수 있는 유지 수단(12)상에 위치되는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 장치.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 유지 수단(12)은 상기 측정 테이블(18)에 대하여 변위 가능하거나 및/또는 경사질 수 있는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 장치.
18. 제 14 항에 있어서, 상기 매트릭스 카메라(32,34)는 CMOS 컬러 매트릭스 카메라인 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 장치.
19. 제 14 항에 있어서, 상기 두 개의 매트릭스 카메라(32,34)의 광축선(38,40)은 60°≤γ≤90°의 각도(γ)로 교차하는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 장치.
20. 제 14 항에 있어서, 상기 두 개의 매트릭스 카메라(32,34)의 광축선(38,40)은 30°≤α1,α2≤60°의 각도(α1,α2)로 정점(vertical)과 마주보는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 장치.
21. 제 14 항에 있어서, 상기 빛 발생 장치(36)의 구경(aperture) 각도(β)는 10°≤β≤30°의 범위, 특히 β20°인 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 장치.
22. 제 15 항에 있어서, 상기 기준 카메라(24)는, 상기 측정 테이블(18)을 향하여 지향되고 그 광학 시스템을 집중적으로 에워싸는 조명 링(luminous ring)(44)에 특징이 있는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 장치.
23. 제 14 항에 있어서, 매트릭스(칩 표면)들은 이것들의 둔각에 대해, 평평한 눈금 측정 물체의 각각의 변으로부터 포착된 각각의 이미지가 동종으로(homogeneously) 예리하게 투영되는 방식으로 지향되고, 이에 의하여, 상기 눈금 측정체는 상기 측정 테이블(18)의 상기 회전축선(20)에 대해 상기 눈금 측정체 내에서 연장하는 방식으로 지향되고, 상기 눈금 측정체는 각각의 상기 매트릭스 카메라(32,34)의 초점의 깊이 이하인 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 치과 전문 기술적 물체의 형상에 대한 비접촉 3차원 측정 장치.