WO2014131816A1 - Extraoraler dentalscanner - Google Patents

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WO2014131816A1
WO2014131816A1 PCT/EP2014/053789 EP2014053789W WO2014131816A1 WO 2014131816 A1 WO2014131816 A1 WO 2014131816A1 EP 2014053789 W EP2014053789 W EP 2014053789W WO 2014131816 A1 WO2014131816 A1 WO 2014131816A1
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axis
module
rotation
dental
model
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PCT/EP2014/053789
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Inventor
Rainer Jumpertz
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Sirona Dental Systems Gmbh
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    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras

Definitions

  • the invention relates to an extraoral dental scanner.
  • the dental moldings to be measured must be positioned in a suitable position in a measuring volume of the scanner during the recording.
  • a dental mold is understood to mean dental models such as, for example, articulated upper / lower jaw models in the articulator, individual full-jaw models, single-tooth models, partial jaw models, wax-up models, full-jaw impression trays, counter-impression trays.
  • To possible voll Porti ⁇ ge complete data to obtain the model is added to under ⁇ retired union views.
  • the surfaces to be scanned are to be aligned as perpendicular as possible to the optical axis of the measuring camera in order to obtain a good data quality.
  • the measuring volume is a virtual limited space, which may have, for example, the geometric shape of an approximate cuboid, within which the relevant surface areas of the dental technical molding can be detected three-dimensionally with the optical means of the scanner.
  • AI ei ⁇ ne device or a method for creating three-dimensional dental model images is given, for example, in which the operator during the digitization process of the tooth ⁇ technical molding has the ability to ideally ideal position of teeth halves or of To produce dental model halves to each other and to capture them by means of the scanner.
  • the device described has a positioning region in which, for example, an articulator with dental model halves located therein can be arranged such that the articulator with the dental model halves can be detected at least in regions in the scanning region of the scanner.
  • the measuring camera may need to be moved by hand parallel to its optical axis before each recording. Since the field of view is also relatively small here, a large number of individual images must be taken, especially for taking a complete jaw model. Therefore, a lot of interaction with the device is required. Only the inclusion of single tooth stumps is supported with respect to the rotation motor by means of a rotation mouse.
  • the object of the invention is to provide an improved extraoral dental scanner.
  • an extraoral dental scanner for three-dimensional detection of the surface of a dental molding is proposed, with a 3D measuring camera for three-dimensional detection of the surface of the dental molding in a measurement volume of the 3D measuring camera, wherein the 3D measuring camera has an optical axis;
  • the means for machine-controlled relative positioning of the 3D measuring camera and the dental molding are designed such that the means for receiving and positioning the dental molding can be moved to a parking position outside of an optically detectable by the 3D measuring camera range;
  • a work surface for manually positioning the dental molding in the measuring volume of the SD measuring camera wherein the worktop is aligned perpendicular to op ⁇ tica axis and wherein the working ⁇ plate, viewed from the 3D measuring camera, behind the means for receiving and positioning the dental technician Form part is arranged.
  • the automatic positioning of the dental technical molding and the 3D image processing of the surfaces of the dental prosthesis which are detected by the scanner are carried out by machine or computer.
  • the work surface for the manual positioning of the dental technical part in the measuring volume of the 3D measuring camera is viewed from the 3D measuring camera, behind the means for receiving and positioning the dental mold part is arranged.
  • the worktop is typically located in a plane perpendicular to the first optical axis.
  • the means for machine-controlled relative positioning of the 3D measuring camera and the dental shaped part are formed such that the means for receiving and positioning of the dental molding in a Parkpositi ⁇ on outside of a can be moved through the 3D measuring camera optically sensing ⁇ cash range , so that it is possible without shading the measuring optics to view models on the worktop and to create maximum freedom. This is especially important for the manual mode. This ensures that the model rotation module is parked with the model plate outside an image field to be detected by the SD measuring camera and the händi ⁇ cal positioning of the dental technical molding is not hindered.
  • hybrid model positioning To selectively carry out an automatic or a manual model positioning (Hybrid model positioning), the extra-oral dental scanner to two working preparation ⁇ che, namely a working area for automatic model positioning, and a work area (work plane) for a manual model positioning, wherein, in the Ar- Beitsebene for the manual model positioning the worktop is arranged.
  • the manual positioning has the advantage of fast, intuitive positioning of the object in the measuring volume, eg. B. if only a few individual recordings are required, as well as in dental technical moldings, which can not be moved, for example on ⁇ due to their size of the automatic positioning.
  • any dental moldings can be positioned on the worktop right up to models articulated into large articulators, for example for direct buccal recording.
  • conveniently suitable model holders or shelves are used.
  • This mode offers temporal benefits when z. B. the relevant recording area is small and only a few shots are needed to capture it completely.
  • the automatic or machine-controlled positioning generally offers the advantage that image sequences up to complete jaw geometries can be recorded without interaction. In the case of the common types of models, all relevant surfaces are scanned in such a way that seamless data is created.
  • the extra-oral dental scanner allows this from ⁇ design, bottom both automatic as well as by scon- disches positioning of dental moldings different sizes and design variants with very short recording times to record gapless 3D image data.
  • the means for the machine- controlled relative positioning of the 3D measuring camera and of the dental technical molding can comprise the following elements: a first camera hub module for displacing the 3D measuring camera along a first linear axis;
  • a second tilting module having a second axis of rotation
  • a third pivot module having a third axis of rotation
  • a fourth model height compensation lift module having a fourth linear axis
  • the second tilting module on the first camera hub module is fixed on one side and rotatable, as well as the third
  • Swivel module on the second tilting module is on one side and rotatably fi ⁇ xed.
  • the fourth model height compensation lifting module is slidably fixed to the third pivot module.
  • the model rotation module is fixed in such a way on the model height compensation hoisting module, that the fifth rotational axis of the model rotation module ver ⁇ runs parallel to the fourth linear axis.
  • the model plate is rotatably mounted on the model rotation module, wherein the center of the model ⁇ dish is on the fifth axis of rotation.
  • the first linear axis, the second axis of rotation and the third axis of rotation are perpendicular to each other and meet in the middle ⁇ point of the measuring volume.
  • the proposed five-axis system offers all the degrees of freedom needed to see all areas of a zahntech ⁇ African molding.
  • the optomechanical positioning system used in the proposed extraoral dental scanner is a very freely movable special 5-axis positioning system for positioning measurement volumes of the 3D measuring camera relative to a dental molding.
  • the optomechanical positioning system used in the proposed extraoral dental scanner is a very freely movable special 5-axis positioning system for positioning measurement volumes of the 3D measuring camera relative to a dental molding.
  • Measured volume relative to the positioning system coordinated so that the relevant model geometries of dental moldings quasi completely from favorable viewing angles, namely as perpendicular to the
  • Axis parameter combinations allow the possibility of systematically completely recording model geometries in certain recording modes.
  • the model can be moved freely so that one can view all areas dell Mo and thereby receive the optical axis of the on ⁇ taking system as perpendicular as possible to the ⁇ represents the surfaces.
  • Different model heights are compensated by the automatic positioning system so that the clamping can be done without adjustment by the operator.
  • the fifth axis of rotation is at a distance from the first linear axis, if the second and third axes of rotation are in such a way are placed, that the fifth axis of rotation is aligned parallel to ers ⁇ th linear axis, which allows the complete recording z.
  • the means for relative positioning of the 3D measuring camera and the dental molding can advantageously have the following angular and / or traversing ranges relative to a neutral position, namely: a) the first linear axis of the first camera-hub module for shifting the 3D -Messutter along the first linear axis a travel range of plus 25 mm to minus 170 mm;
  • the second axis of rotation of the second tilting module has a win ⁇ kel Suite of plus 60 ° to minus 60 °;
  • Compensating lifting module has a travel range of plus 25 mm to minus 25 mm;
  • the fifth axis of rotation of the fifth model rotary module has an angular range of 360 ° and / or a multiple thereof.
  • the second and third axis of rotation form a ⁇ a side gimbal assembly.
  • This universal joint allows a generous model tilting of +/- 60 0 compared to the 3D measuring camera.
  • a point of the surface of the dental molding is located at the intersection of axis 2 and axis 3, then it can be staggered by means of the angular ranges of the second and third axes of rotation. This allows it to be measured very quickly by the 3D measuring camera, without it moving out of their focus level and without the others Axes must be nachtiert.
  • the relevant surface point of the dental technical form ⁇ part does not move out of the intersection of the second and third axes of rotation in this tumbling (tumble scan mode).
  • the surface of the molding at this point changes its spatial orientation, but not the spatial position of the point.
  • This can be in Taumelscanmo ⁇ dus, z. B. in the arrangement of several Einzelffystümpfen on the model plate, the surfaces in a clamping, as in a Einzel leopardrotationsscan, scanned sequentially around, without the Einzel leopardmodel ⁇ le each have to be individually clamped.
  • the cardan ⁇ steering center (intersection of the second and third rotary ⁇ axes) is located in Taumelscanmodus in the middle of the measuring volume, whereby the model does not migrate out of the measuring volume during tilting
  • One of the two cardan rotation axes namely the third axis of rotation, can be pivoted in one direction up to 105 ° ⁇ , which grants insight in the rotation scan mode in relation to the 3D measuring camera undercut geometries, which does not detect at a tilt of only up to 60 ° could become.
  • the extraoral dental scanner is designed so that the model plate is circular and thus has a radius.
  • the fifth rotation axis of the model rotation module runs through the center of the model plate, and the diagonal of the image field of the SD measuring camera is at least as long as the radius of the model plate.
  • complete detection and measurement of an object arranged on the model plate is achieved.
  • whole-jaw models can be recorded both buccally and lingually by rotation of the fifth axis of rotation in addition to an overview image, which as a rule leads to a high total data density.
  • the tilting module with the second axis of rotation and the model rotation module with the fifth axis of rotation By synchronously driving the camera hub module with the first linear axis, the tilting module with the second axis of rotation and the model rotation module with the fifth axis of rotation, laterally protruding models which are wider than the field of view during the rotation scan can ge ⁇ genüber the camera moves laterally and are therefore recognized completely.
  • the axis of the Modellenbergn- compensation module (fourth axis) as a feed axis is ⁇ sets. In this way, inter alia, models that are longer than the field diagonal can be recorded, z. Long wax models and tripletrays. Should these move laterally out of the image field during rotation, this can be compensated by synchronous movement of the second and fifth axes.
  • the distance of the fifth axis of rotation of the first linear axis at least 22 mm and at most 26 mm, preferably 24 mm, when the second and third axes of rotation are so ⁇ is set that the fifth axis of rotation parallel aligned with the first linear axis. This results in a Ver ⁇ rate of the center of rotation of the fifth axis of rotation to the universal joint center (intersection between the second and third axis of rotation) in the neutral position of the robot arm.
  • the image field of the camera can be so ⁇ directed that it extends in its diagonal from the center of the model plate to its edge.
  • a complete continuous recording, for example, of a complete dentition can then take place by combining several recordings with gradual rotation of the model plate.
  • a camera with a relatively small field of view and a fixed focus is priced very cheap. Therefore, the proposed extraoral dental scanner can be made much cheaper than previously possible.
  • the 3D measuring camera of the extraoral dental scanner can be an optical image-recording camera and a
  • Strip pro has ector.
  • the three-dimensional detection of the surface of the dental molding then based on the principle of a surface triangulation, which has proven very useful in the dental field.
  • other 3D measuring methods can be used, for. B. stereoscopic recording techniques.
  • Triangulation is a geometric method of optical distance measurement by accurate angle measurement within triangles. With knowledge of the beam direction and the distance between a camera and a light ⁇ source so that the distance of surface points of an object to the camera can be determined. The connection camera light source and the two beams from and to the object form a triangle, hence the term triangulation. Using this method, the three-dimensional detection, therefore a measurement of the entire surface of an object can be realized, which is referred to as a flat Triangu ⁇ lation.
  • the camera can be operated by means of the camera hub module (linear drive module) along the first linear axis with the aid of autofocus control before each recording without manual Be focused on interaction. It is expedient for the extra-oral dental scanner to couple the camera hub module for automatically focusing the 3D measuring camera with an image processing device.
  • the autofocus in the 3D Messkamrea is here so not reali ⁇ by changing lens distances within the taking lens Siert, but by means of the linear displacement of the SD measuring camera by a linear drive module along the first linear axis. This allows the use of a particularly favorable camera with a fixed focus. Such a camera can provide a very high resolution of the images obtained at low cost.
  • the proposed extraora ⁇ le dental scanner has at least one light barrier for coarse positioning of the 3D measuring camera.
  • the fine posi tioning ⁇ takes place thereafter by means of the autofocus device.
  • the extraoral in the proposed dental scanner realized special combination of the smallest possible size of the measuring volume (which, with a similar appearance effort is higher measurement accuracy), sizes relative to the relevant model ⁇ , with an axle assembly and Achsverfahrconce for quasi-free relative movement of the measuring volume on models, makes it possible Almost all of the relevant model geometries, both manually and automatically in one and the same device, are optically virtually completely scanned from favorable viewing directions.
  • the proposed extra-oral dental scanner allows more wide ⁇ re, above have not mentioned specific shooting with its opto-mechanical positioning axis concept.
  • recording mode for. B. Ganzkiefermo- delle and full-jaw impression tray are detected quasi fully in, for example, five equal angular increments substantially to balance the model ⁇ height by the fourth axis by rotation of the fifth axis.
  • area information always includes all - not mentioned - intermediate values and all imaginable subintervals.
  • FIG. 1 shows a partial view (schematically) of the extraoral
  • Dental scanners with the essential components (without housing) and a representation of the position of the measuring volume in relation to the positioning axes;
  • FIG. 2A is a second partial view (schematically) of assemblies of the extraoral dental scanner showing the position of the measuring volume in relation to the positioning axes;
  • FIG. 2B shows an enlarged section of FIG. 2A in the region of the measuring volume
  • Fig. 3A is a partial view (schematically) of the extraoral
  • Fig. 3B is a partial view (schematically) of the extraoral
  • Dental scanner showing the position of the measurement volume ⁇ when performing a rotation scans (lingually) of a full-jaw model
  • Fig. 3C is a partial view (schematically) of the extraoral
  • Fig. 4A is a partial view (schematically) of the extraoral
  • Fig. 4B is a partial view (schematically) of the extraoral
  • Dental scanner showing the position of the measurement volume at ⁇ embodiment of a rotary scan at a single tooth model
  • Fig. 4C is a partial view (schematically) of the extraoral
  • Fig. 5A is a partial view (schematically) of the extraoral
  • Fig. 5B is a partial view (schematically) of the extraoral
  • Dental scanner showing the position of the measurement volume at ⁇ embodiment of a rotary scan at a bridge tooth model
  • Fig. 5C is a partial view (schematically) of the extraoral
  • Fig. 6 is a partial view (schematically) of the extraoral
  • FIG. 7A is a view (schematically) of the extraoral dental scanner in the automatic positioning mode.
  • Fig. 7B is a view (schematically) of the extraoral dental scanner in the manual positioning mode.
  • Embodiment of the invention schematically illustrated in the partial view of Figure 1 in the neutral position extra-oral dental scanner 100 for three ⁇ dimensional detecting the surface of a dental molding has the following essential elements or compo ⁇ pen, which are arranged within a housing (not shown):
  • a 3D measuring camera 102 for three-dimensional detection of the surface of the dental molding in one Measuring volume 104 of the 3D measuring camera 102, wherein the 3D measuring camera 102 has an optical axis 106 and a Messvo ⁇ lumen 104;
  • Means for relative positioning of the 3D measuring camera 102 and the dental molding namely:
  • a camera-stroke module linear drive module 108 for vertically displacing the 3D measuring camera 102 in both directions 110 along a linear axis 112 (first axis) whose position is identical to that of the optical axis 106 of the 3D measuring camera 102;
  • a tilting module 114 with a rotation axis 116 (second Ach ⁇ s);
  • a pivot module 118 having a rotation axis 120 (third axis);
  • a model heights leveling lifting module 122 having a line ⁇ arene axis 124 (fourth axis);
  • a model rotation module 126 having a rotation axis 128 (fifth axis);
  • a model plate 130 for receiving the dental molding is a model plate 130 for receiving the dental molding.
  • the measurement volume is defined by the image field of the Kame ⁇ ra (x, y), here typically 30 mm x 40 mm, with a Tie ⁇ fe according to the depth of field of the camera, here typi ⁇ shear as ⁇ 10 mm above and below a focal plane.
  • the camera-hub module (linear drive module) 108 is designed as a fixed assembly on which the 3D measuring camera is arranged.
  • a further stationary assembly 132 is arranged, on which one side and rotatable in two directions 134, the tilting module 114th is fixed.
  • the tilting module 114 has the shape of a right angle with two legs.
  • the pivot module 118 is fi xed at the distal leg of the Kippmo ⁇ duls 114 on one side and is rotatable in two directions 136th
  • the combination tilting module 114 / swing module 118 is configured Lich similarity ⁇ a robot arm and forms a Kardange ⁇ steering or a Kardanarm.
  • the model height compensation lift module 122 is fixed to the pivot module 118 linearly displaceable in two directions 137.
  • the model rotation module 126 is fixed to the model height compensation lifting module 122 for rotation in a predetermined direction 138 such that the rotation axis 128 of the model rotation module 126 is parallel to the linear axis 124 of the model Compensating lifting module 122 ver ⁇ runs.
  • the model plate 130 for receiving the dental molding is rotatably (rotation) in a predetermined direction 138 on the model rotation module 126 gela ⁇ siege, wherein the center 140 of the model plate 130 is located on the axis of rotation 128 of the model rotation module 126 ,
  • the linear axis 112 of the camera hub module 108 (thus also the optical axis 106), the axis of rotation 116 of the Kippmo ⁇ module 114 and the axis of rotation 120 of the pivot module 118 are each perpendicular to each other and meet at the center point 142 of the measuring volume 144th ,
  • the axis of rotation 128 of the model rotation module 126 has ei ⁇ nen distance 146 to the optical axis of the 3D measuring camera 102 when the axis of rotation 116 of the tilting module 114 and the axis of rotation 120 of the pivot module 118 are set such that the axis of rotation 128 of the model -Rotations module 126 is aligned parallel to the optical axis 106 of the 3D measuring camera 102.
  • the 3D measuring camera 102 has both an optical camera and a strip proctor (both not shown separately).
  • a stripe pro or stripe projection is a method or apparatus for non-contact optically detecting the three-dimensional shape of a surface of an object.
  • strips are projected onto the object to be examined and detected by a camera at a defined angle.
  • the lateral deflection of the strips detected by the camera is hereby a measure of the height of the object or of individual surface points of the object.
  • the Linearan ⁇ drive module (camera-stroke module) 108 moves the 3D measuring camera 102, and thus the measurement volume 144, with the aid of an autofocus ⁇ control before each recording, without manual interaction along the linear axis 112 parallel to the optical axis 106 the camera in the male portion of the dental technical molding.
  • FIG. 2 by means of a partial view (view A) of the stationary assembly 132 underneath the camera hub module 108 and the positioning means 114, 118, 126, 130 114, the position of the measurement volume 144 or of the image field 200 is demonstrated.
  • the size of the image field 200 (width x height) is here 40 mm x 30 mm.
  • the resulting length of the image field ⁇ diagonal 202 is 50 mm.
  • the image field diagonal 202 covers the radius of the model plate 130.
  • the image field center 204 is identical to the intersection point 142 of the gimbal axes 116, 120.
  • the offset (distance) 146 between the model rotation axis 128 of the circular model plate 130 on the one hand and the intersection 142 of the pivot axis 120 of the pivot module with the axis of rotation 116 of the tilting module 114, ie at the center 142 of the universal joint in the neutral position of the robot arm is 24 mm.
  • the view B of Fig. 2 shows an enlarged detail of the view A showing the location and heights ⁇ SSE of the image field 200 relative applies mutatis mutandis to the description of the view to the model A to rotation plate 130.
  • the extra-oral dental scanner 100 each egg ⁇ ne position and angular orientation based on the Positioniermit ⁇ tel 108, 114, 118, 126, 130 or the dental mold part; in Figure 3 (schematic views A, B and C) in three partial views 300 demonstrated during execution of a rotation scan (buccal and lingual) of a trained as a full jaw model yaktech ⁇ African molding 300.
  • the dental technical molding 300 is by means of a z. B. magnetic holder (not shown) on the model plate 130 arranged.
  • the tilting module 114 is in this mode in neutral position (rotation angle of the second rotation axis 116 equal to 0 °).
  • the relative positioning of the dental molding 300 for the three-dimensional He ⁇ summarize its surface in this mode by means of varying the coordinates on the first linear axis 112 for moving the camera hub module 108, on the axis of rotation 120 of the pivot module 118, at the linear Axis 124 for shifting the model height compensation stroke module 122) and at the rotational axis 128 of the model rotation module 126.
  • the detection of the surface of the dental molding 300 takes place here both buccal and from the lingual direction.
  • Measuring volume 144 of the 3D measuring camera 102 are from the nach- standing, respectively the views A, B and C associated tables 2 to 4 can be seen.
  • FIG. 4 also shows, in three partial views (views A, B and C, schematic) of the extraoral dental scanner 100, a position and angular orientation of the positioning means 108, 114, 118, 126, 130 or the dental molding 300, but here in execution of a rotation Cans demonstrated on a designed as a single-tooth model dental technical molding 300.
  • the dental technical molding 300 is arranged on the model plate 130 by means of a holder (not shown).
  • the tilting module 114 is in this mode also in neutral position (rotation angle of axis 2 equal to 0 °).
  • the relative positioning of the dental molding 300 for the three-dimensional detection of its surface takes place in this mode, mutatis mutandis, as in Fig. 3, but here by varying the coordinates on the axes 112, 120, 124, 128th
  • the relative positions or angles of rotation 112, 116, 120, 124, 128 shown as an example in FIG. 4 on the axes of the positioning means 108, 114, 118, 126, 130 are selected from the following, in each case assigned to the views A, B and C, Tables 5 to 7 can be seen.
  • FIG. 5 three further partial views (views A, B and C, schematically) of the extraoral dental scanner 100 likewise show in each case a position and angular orientation of the positioning means 108, 114, 118, 122, 126 or of the dental technical molding 306, here at execution a rotational scan on a bridge tooth model ⁇ formed dental technical molding 300 demonstrated.
  • the dental technical molding 300 is arranged on the model plate by means of a holder (not shown).
  • the tilting module 114 is in this mode also in neutral position (rotation angle of axis 116 equal to 0 °). Also in this mode, the relative positioning of the dental molding 300 takes place for the three-dimensional He ⁇ summarize its surface mutatis mutandis, as in Figs. 3 and 4, here again by means of varying the coordinates on the axes 112, 120, 124, 128th
  • FIG. 6 shows a schematic partial view of the stationary assembly 132 and the arrangement of tilting module 114
  • Pivot module 118, model height compensation lift module 122, and model rotation module 126 when performing a multiple single tooth scan.
  • the single tooth models (in this example, four ⁇ single tooth models) formed dental moldings 300 are arranged here by means of supports on the Mo ⁇ dell plate 130th In this so-called "tumble scan mode", it is possible to realize a change in the spatial orientation of each of the dental moldings 300 in a specific surface point by varying the angles of the second and third rotation axes 116, 120, without thereby changing the spatial position of this surface point remains to be detected in each case a ⁇ zel leopardmodell 300 when the swash scan mode constantly within the measurement volume. successively, the surface from different directions are fully recognized by the scanner 100 in this manner of JE of the disposed on the model plate 130 individual tooth models 300.
  • a housing in which both the second tilting module 114 and the third rotary actuators 118 on each 0 ° turned ⁇ represents are, corresponds to a shot from above.
  • FIG. 7 shows the extraoral dental scanner 100 with the assemblies / elements arranged in the housing 700, already described in FIG. 1, in the automatic positioning mode (view A) and in the manual positioning mode (view B).
  • the extra-oral dental scan ⁇ ner 100 has in addition to the already indicated in Fig. 1 elements or modules via two superposed working areas 702, 704 (or work levels), the upper working area 702 working in the automatic positioning mode (view A) and the lower working area 704 allows working in the manual positioning mode (view B).
  • the 3D measuring camera 102 moves, and thus the measurement ⁇ volume 144, by means of an auto focus control before each recording, without manual interaction parallel to the optical Axis of the camera in the male portion of the dental technical molding.
  • the 3D measuring camera 102 is in the automatic positioning mode in the upper working area 702.
  • the robot arm 706 with its positioning means is located in the representation of the view A, for example in the neutral position for the mode "overview recording".
  • the extra-oral dental scanner 100 continues to have a worktop 708 for manually positioning a dental mold part 300.
  • the operation panel 708 is viewed from the 3D measuring camera 102 in the direction of its optical ⁇ 's axis 106, arranged behind the model rotation module 126 such that the latter and the work plate 708 can not collide.
  • the worktop 708 lies in a plane perpendicular to the optical Oh ⁇ se 106.
  • the robot arm 706 is located in this Händi ⁇ rule positioning mode (View B) in a "parking position".
  • the second tilt module 114 is set at + 60 °, the third swing module 118 at -105 °, and the fourth model height compensation lift module 122 at -25 mm completely moved down.
  • Fine positioning is performed by means of an autofocus device.
  • An articulator is understood to mean a device for simulating the temporomandibular joint movement.
  • plaster models of the dental arches of the upper and lower jaw are mounted in occlusion in the articulator. Subsequently, the movement of the jaw can be simulated to each other.
  • An image field in the sense of the description of the invention is a section through the measurement volume in the focal plane, wherein the sectional plane is perpendicular to the optical axis.
  • a buccal image is a backside image
  • a lingual image is a tongue-side image
  • a one-sided and rotatably fixed object so ⁇ example, an axle, a shaft, a gimbal, a Kar ⁇ danwelle o. ⁇ .
  • the second end is not fixed on or not attached to another object or has no support.
  • a 3D measuring camera is, for example, an optical camera for detecting the three-dimensional surface structure of an object, eg. B. by means of a strip projector.
  • Positioning means are in the sense of the description of the inventions ⁇ tion means for relative positioning of the 3D measuring camera and the dental technical molding.
  • the unit comprising tilting module 114, swivel module 118, model height compensation lifting module 122, model rotation module 126 and model plate 130 is designated.
  • robot arm (consisting of tilting module 114, swivel module 118, model height compensation lifting module 122, model rotary module 126 and model plate 130)

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Abstract

Ein extraoraler Dentalscanner zum dreidimensionalen Erfassen der Oberfläche eines zahntechnischen Formteils (300) mit einer 3D-Messkamera (102), die eine optische Achse (106) aufweist, wobei die Mittel zum maschinengesteuerten relativen Positionieren der 3D-Messkamera (102) und des zahntechnischen Formteils (300) derart ausgebildet sind, dass die Mittel zum Aufnehmen und Positionieren des zahntechnischen Formteils (300) in eine Parkposition außerhalb eines durch die 3D-Messkamera (102) optisch erfassbaren Bereichs verfahren werden können, mit einer Arbeitsplatte (708) zum händischen Positionieren des zahntechnischen Formteils (300) im Messvolumen (144) der 3D-Messkamera (102), wobei die Arbeitsplatte (708) senkrecht zur optischen Achse (106) ausgerichtet ist und wobei die Arbeitsplatte (708), von der 3D-Messkamera (102) aus betrachtet, hinter den Mitteln zum Aufnehmen und Positionieren des zahntechnischen Formteils (300) angeordnet ist, ermöglicht es, sowohl durch automatisches als auch durch händisches Positionieren von zahntechnischen Formteilen unterschiedlicher Größen und Ausführungs-Varianten bei sehr kurzen Aufnahmezeiten lückenlose 3D-Bilddaten aufzunehmen.

Description

Extraoraler Dentalscanner
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen extraoralen Dentalscanner. Bei extraoralen Dentalscannern müssen die zu vermessenden zahntechnischen Formteile während der Aufnahme in geeigneter Lage in einem Messvolumen des Scanners positioniert werden. Unter einem zahntechnisches Formteil werden Zahnmodelle wie z.B. im Artikulator einartikulierte Ober- /Unterkiefermodelle, einzelne Vollkiefermodelle, Einzelzahnmodelle, Teilkiefermodelle, Waxupmodelle, Vollkieferabdrucklöffel, Gegenbissabdrucklöffel verstanden. Um möglichst vollständi¬ ge lückenlose Daten zu erhalten wird das Modell in unter¬ schiedlichen Ansichten aufgenommen. Dabei sind die abzutastenden Flächen möglichst senkrecht zur optischen Achse der Messkamera auszurichten, um eine gute Datenqualität zu erhalten. Das Messvolumen ist ein virtueller begrenzter Raum, der z.B. die geometrische Form eines annähernden Quaders aufweisen kann, innerhalb dessen die relevanten Oberflächenbereiche des zahntechnischen Formteils mit den optischen Mitteln des Scanners dreidimensional erfasst werden können.
Stand der Technik
In der Druckschrift EP 2 229 913 AI wird beispielsweise ei¬ ne Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Erstellen von dreidimensionalen Dentalmodellabbildern angegeben, bei dem der Bediener während des Digitalisierungsvorganges des zahn¬ technischen Formteils die Möglichkeit hat, eine möglichst ideale Position von Gebisshälften bzw. von Dentalmodellhälften zueinander zu erzeugen und diese mittels des Scanners zu erfassen. Vorzugsweise soll auch ermöglicht werden, eine der Realität entsprechende Raumwinkelstellung der Ge¬ bisshälften zueinander zu erfassen, wobei die Möglichkeiten der bekannten StreifenlichtScanner erweitert werden. Die beschriebene Vorrichtung weist einen Positionierbereich auf, in welchem beispielsweise ein Artikulator mit darin befindlichen Dentalmodellhälften so angeordnet werden kann, dass der Artikulator mit den Dentalmodellhälften zumindest bereichsweise im Scanbereich des Scanners erfassbar ist. Bei der Positionierung der Zahnmodelle wird nicht eine rein virtuelle Positionierung der einzuscannenden Gebisshälften durchgeführt, sondern mittels der Erfahrung eines Bedieners eine ideale, händische Positionierung der Gebisshälften zueinander realisiert.
Auch beim extraoralen Scanner „InEos Blue", einem Produkt des Unternehmens Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim,
Deutschland, erfolgt das Abtasten der zahntechnischen Formteile im optischen Messvolumen von Hand, durch Verschieben und Verkippen des Modells auf einem Modellhalter, wie in der DE 10 2004 054 876 AI oder in der DE 10 2007 030768 AI beschrieben. Auch zum Fokussieren muss die Messkamera ggf. vor jeder Aufnahme von Hand parallel zu ihrer optischen Achse bewegt werden. Da hier auch das Bildfeld relativ klein ist, müssen insbesondere für das Aufnehmen eines kompletten Kiefermodells sehr viele Einzelaufnahmen gemacht werden. Daher ist sehr viel Interaktion mit dem Gerät erforderlich. Lediglich die Aufnahme von Einzelzahnstümpfen wird hinsichtlich der Rotation motorisch mittels einer Rotationsmaus unterstützt.
Aufgabe
Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten extraoralen Dentalscanner anzugeben.
Lösung Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbil¬ dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein extraoraler Dentalscanner zum dreidimensionalen Erfassen der Oberfläche eines zahntechnischen Formteils vorgeschlagen, mit einer 3D-Messkamera zum dreidimensionalen Erfassen der Oberfläche des zahntechnischen Formteils in einem Messvolumen der 3D-Messkamera, wobei die 3D-Messkamera eine optische Achse aufweist;
mit Mitteln zum Aufnehmen und Positionieren des zahntechnischen Formteils, und
mit Mitteln zum maschinengesteuerten relativen Positionieren der 3D-Messkamera und des zahntechnischen Formteils
wobei die Mittel zum maschinengesteuerten relativen Positionieren der 3D-Messkamera und des zahntechnischen Formteils derart ausgebildet sind, dass die Mittel zum Aufnehmen und Positionieren des zahntechnischen Formteils in eine Parkposition außerhalb eines durch die 3D-Messkamera optisch erfassbaren Bereichs verfahren werden können;
einer Arbeitsplatte zum händischen Positionieren des zahntechnischen Formteils im Messvolumen der SD- Messkamera, wobei die Arbeitsplatte senkrecht zur op¬ tischen Achse ausgerichtet ist und wobei die Arbeits¬ platte, von der 3D-Messkamera aus betrachtet, hinter den Mitteln zum Aufnehmen und Positionieren des zahntechnischen Formteils angeordnet ist. Die automatische Positionierung des zahntechnischen Formteils und die 3D-Bildverarbeitung der vom Scanner erfassten Oberflächen des zahntechnischen Formteils erfolgt maschi- nen- bzw. computergesteuert.
Die Arbeitsplatte zum händischen Positionieren des zahntechnischen Formteils im Messvolumen der 3D-Messkamera ist von der 3D-Messkamera aus betrachtet, hinter den Mitteln zum Aufnehmen und Positionieren des zahntechnischen Formteils angeordnet ist. Die Arbeitsplatte liegt dabei typi- scherweise in einer Ebene senkrecht zur ersten optischen Achse .
Die Mittel zum maschinengesteuerten relativen Positionieren der 3D-Messkamera und des zahntechnischen Formteils sind derart ausgebildet, dass die Mittel zum Aufnehmen und Posi- tionieren des zahntechnischen Formteils in eine Parkpositi¬ on außerhalb eines durch die 3D-Messkamera optisch erfass¬ baren Bereichs verfahren werden können, so dass es ohne Abschattung der Messoptik möglich ist, auf der Arbeitsplatte befindliche Modelle einzusehen und maximalen Freiraum zu schaffen. Dies ist für den händischen Modus besonders wichtig. Dadurch wird erreicht, dass das Modell-Rotations-Modul mit dem Modellteller außerhalb eines durch die SD- Messkamera zu erfassenden Bildfeldes geparkt und die händi¬ sche Positionierung des zahntechnischen Formteils nicht be- hindert wird.
Zur wahlweisen Realisierung einer automatischen oder einer händischen Modellpositionierung (Hybridmodellpositionierung) weist der extraorale Dentalscanner zwei Arbeitsberei¬ che auf, nämlich einen Arbeitsbereich für eine automatische Modellpositionierung, und einen Arbeitsbereich (Arbeitsebene) für eine händische Modellpositionierung, wobei in der Ar- beitsebene für die händische Modellpositionierung die Arbeitsplatte angeordnet ist.
Die händische Positionierung hat den Vorteil des schnellen intuitiven Positionierens des Objektes im Messvolumen, z. B. wenn nur wenige Einzelaufnahmen erforderlich sind, sowie bei zahntechnischen Formteilen, welche beispielsweise auf¬ grund ihrer Größe von den automatischen Positioniermitteln nicht bewegt werden können. Beim händischen Positioniermodus können auf der Arbeitsplatte beliebige zahntechnische Formteile bis hin zu Modellen, die in große Artikulatoren einartikuliert sind, beispielsweise für eine direkte bucca- le Aufnahme, von Hand positioniert werden. Dafür werden praktischerweise geeignete Modellhalterungen bzw. -ablagen verwendet. Dieser Modus bietet zeitliche Vorteile, wenn z. B. der relevante Aufnahmebereich klein ist und nur wenige Aufnahmen nötig sind, um ihn komplett zu erfassen.
Die automatische oder maschinengesteuerte Positionierung bietet generell den Vorteil, dass Bildsequenzen bis hin zu kompletten Kiefergeometrien ohne Interaktion aufgenommen werden können. Dabei werden bei den gängigen Typen von Modellen alle relevanten Oberflächen so abgetastet, dass lückenlose Daten entstehen.
Im automatischen oder maschinengesteuerten Positioniermodus können praktisch alle wesentlichen, in Dentallaboren gängi- gen zahntechnischen Formteile ohne Interaktion durch einen Bediener aufgenommen werden (jedoch keine Modelle in großen Artikulatoren) .
Der extraorale Dentalscanner ermöglicht es in dieser Aus¬ gestaltung, sowohl durch automatisches als auch durch hän- disches Positionieren von zahntechnischen Formteilen unter- schiedlicher Größen und Ausführungs-Varianten bei sehr kurzen Aufnahmezeiten lückenlose 3D-Bilddaten aufzunehmen.
Vorteilhafterweise können die Mittel zum maschinengesteuer¬ ten relativen Positionieren der 3D-Messkamera und des zahntechnischen Formteils folgende Elemente umfassen: ein erstes Kamera-Hub-Modul zum Verschieben der 3D- Messkamera entlang einer ersten linearen Achse;
ein zweites Kippmodul mit einer zweiten Drehachse;
ein drittes Schwenkmodul mit einer dritten Drehachse; ein viertes Modellhöhen-Ausgleichs-Hubmodul mit einer vierten linearen Achse;
ein fünftes Modell-Rotations-Modul mit einer fünften Drehachse; und
einen Modellteller zum Aufnehmen des zahntechnischen Formteils .
Dabei ist das zweite Kippmodul am ersten Kamera-Hub-Modul einseitig und drehbar fixiert, ebenso wie das dritte
Schwenkmodul am zweiten Kippmodul einseitig und drehbar fi¬ xiert ist. Das vierte Modellhöhen-Ausgleichs-Hubmodul ist am dritten Schwenkmodul verschiebbar fixiert. Das Modell- Rotations-Modul ist derart am Modellhöhen-Ausgleichs- Hubmodul fixiert, dass die fünfte Drehachse des Modell- Rotations-Moduls parallel zur vierten linearen Achse ver¬ läuft. Der Modellteller ist drehbar auf dem Modell- Rotations-Modul gelagert, wobei der Mittelpunkt des Modell¬ tellers auf der fünften Drehachse liegt. Die erste lineare Achse, die zweite Drehachse und die dritte Drehachse stehen jeweils senkrecht aufeinander und treffen sich im Mittel¬ punkt des Messvolumens. Das vorgeschlagene Fünf-Achsensystem bietet alle benötigen Freiheitsgrade zum Einsehen aller Bereiche eines zahntech¬ nischen Formteils.
Das bei dem vorgeschlagenen extraoralen Dentalscanner verwendete optomechanische Positioniersystem ist ein sehr frei bewegliches spezielles 5-Achsen-Positioniersystem für die Positionierung von Messvolumen der 3D-Meßkamera relativ zu einem zahntechnischen Formteil. Dabei sind die
Bewegungsfreiheiten und die Größe sowie die Lage des
Messvolumens relativ zum Positioniersystem so aufeinander abgestimmt, dass die relevanten Modellgeometrien von zahntechnischen Formteilen quasi vollständig aus günstigen Einblickwinkeln, nämlich möglichst senkrecht zu den
Oberflächen, aufgenommen werden können. Spezielle
Achsparameterkombinationen gewähren die Möglichkeit in bestimmten Aufnahmemodi Modellgeometrien systematisch vollständig zu erfassen.
Aufgrund der Konstruktion des extraoralen Dentalscanners kann das Modell so frei bewegt werden, dass man alle Mo- dellbereiche einsehen kann und die optische Achse des Auf¬ nahmesystems dabei möglichst senkrecht zu den aufzunehmen¬ den Flächen steht. Unterschiedliche Modellhöhen werden vom automatischen Positioniersystem so kompensiert, dass das Einspannen ohne Einjustieren durch den Bediener erfolgen kann.
Unterschiedliche Modellhöhen werden in allen Aufnahmemodi durch das separate Linearantriebsmodul als Modell-Höhen- Ausgleichs-Hubmodul automatisch kompensiert.
Wenn die fünfte Drehachse einen Abstand zur ersten linearen Achse hat, wenn die zweite und dritte Drehachse derart ein- gestellt sind, dass die fünfte Drehachse parallel zur ers¬ ten linearen Achse ausgerichtet ist, ermöglicht das das komplette Aufnehmen z. B. eines vollständigen Gebisses durch einfaches Rotieren des Modelltellers.
Die Mittel zum relativen Positionieren der 3D-Messkamera und des zahntechnischen Formteils können vorteilhafter Weise folgende Winkel- und / oder Verfahrbereiche, bezogen auf eine Neutralstellung, aufweisen, nämlich: a) die erste lineare Achse des ersten Kamera-Hub-Moduls zum Verschieben der 3D-Messkamera entlang der ersten linearen Achse einen Verfahrbereich von plus 25 mm bis minus 170 mm;
b) die zweite Drehachse des zweiten Kippmoduls einen Win¬ kelbereich von plus 60° bis minus 60°;
c) die dritte Drehachse des dritten Schwenkmoduls einen
Winkelbereich von plus 60° bis minus 105°;
d) die vierte lineare Achse des vierten Modellhöhen-
Ausgleichs-Hubmoduls einen Verfahrbereich von plus 25 mm bis minus 25 mm; und
e) die fünfte Drehachse des fünften Modell-Rotations-Moduls einen Winkelbereich von 360° und / oder eines Vielfachen davon .
Die zweite und dritte Drehachse bilden zusammen eine ein¬ seitige Kardan-Aufhängung. Dieses Kardangelenk ermöglicht jeweils eine großzügige Model lverkippung um +/-600 gegenüber der 3D-MeßMesskamera .
Befindet sich ein Punkt der Oberfläche des zahntechnischen Formteils im Schnittpunkt von Achse 2 und Achse 3, dann kann es mittels der Winkelbereiche der zweiten und dritten Drehachse getaumelt werden. Dadurch kann es sehr schnell durch die 3D-Messkamera vermessen werden, ohne dass es aus deren Fokus-Ebene herauswandert und ohne dass die anderen Achsen nach ustiert werden müssen.
Der relevante Oberflächenpunkt des zahntechnischen Form¬ teils bewegt sich bei diesem Taumeln (Taumelscanmodus) nicht aus dem Schnittpunkt der zweiten und dritten Dreh- achsen heraus. Die Oberfläche des Formteils an diesem Punkt ändert hierbei ihre räumliche Orientierung, aber nicht die räumliche Lage des Punktes. Dadurch können im Taumelscanmo¬ dus, z. B. bei Anordnung von mehreren Einzelzahnstümpfen auf dem Modellteller, deren Oberflächen in einer Aufspan- nung, wie bei einem Einzelzahnrotationsscan, nacheinander rundherum abgetastet werden, ohne dass die Einzelzahnmodel¬ le jeweils einzeln aufgespannt werden müssen. Der Kardange¬ lenkmittelpunkt (Schnittpunkt der zweiten und dritten Dreh¬ achsen) befindet sich beim Taumelscanmodus in der Mitte des Messvolumens, wodurch das Modell beim Verkippen nicht aus dem Messvolumen herauswandert
Eine der beiden Kardendrehsachsen, nämlich die dritte Drehachse, kann in einer Richtung bis zu 105° geschwenkt wer¬ den, was im Rotationsscanmodus einen Einblick in gegenüber der 3D-Messkamera hinterschnittige Geometrien gewährt, die bei einer Verkippung von nur bis zu 60° nicht erfasst werden könnten.
Von Vorteil ist es, wenn der extraorale Dentalscanner so ausgestaltet ist, dass der Modellteller kreisförmig ist und damit einen Radius hat. Die fünfte Drehachse des Modell- Rotations-Moduls verläuft dabei durch den Mittelpunkt des Modelltellers, und die Diagonale des Bildfeldes der SD- Messkamera ist mindestens so lang, wie der Radius des Modelltellers. Dadurch wird eine vollständige Erfassung und Vermessung eines auf dem Modellteller angeordneten Objektes erreicht . Im Rotationsscanmodus mit Hilfe des Modelltellers können z. B. Ganzkiefermodelle sowohl buccal als auch lingual durch Rotation der fünften Drehachse ergänzend zu einer Übersichtsaufnähme aufgenommen werden, was in der Regel zu ei- ner hohen Gesamtdatendichte führt.
Durch ein synchrones Ansteuern des Kamera-Hub-Moduls mit der ersten linearen Achse, des Kippmoduls mit der zweiten Drehachse und des Modell-Rotations-Moduls mit der fünften Drehachse können seitlich ausladende Modelle, welche brei- ter als das Bildfeld sind, während des Rotationsscans ge¬ genüber der Kamera seitlich bewegt und somit vollständig erfasst werden. Dabei kann die Achse des Modellhöhen- Ausgleichs-Moduls (vierte Achse) als Vorschubachse einge¬ setzt werden. Auf diese Weise können u. a. Modelle, die länger als die Bildfelddiagonale sind, aufgenommen werden, z. B. lange Waxupmodelle und Tripletrays. Sollten diese bei der Rotation seitlich aus dem Bildfeld herauswandern, so kann dies durch synchrone Bewegung von zweiter und fünfter Achse kompensiert werden.
Günstig ist es, wenn bei dem extraoralen Dentalscanner der Abstand der fünften Drehachse von der ersten linearen Achse mindestens 22 mm und höchstens 26 mm, vorzugsweise 24 mm, beträgt, wenn die zweite und dritte Drehachse derart einge¬ stellt sind, dass die fünfte Drehachse parallel zur ersten linearen Achse ausgerichtet ist. Daraus resultiert ein Ver¬ satz des Drehachsenmittelpunktes der fünften Drehachse zum Kardangelenkmittelpunkt (Schnittpunkt zwischen zweiter und dritter Drehachse) bei Neutralposition des Roboterarms.
Dies ermöglicht es, eine Kamera mit einem relativ kleinen Bildfeld einzusetzen. Das Bildfeld der Kamera kann so aus¬ gerichtet werden, dass es in seiner Diagonalen von der Mitte des Modelltellers bis zu dessen Rand reicht. Eine voll- ständige Aufnahme zum Beispiel eines kompletten Gebisses kann dann durch zusammenfügen mehrerer Aufnahmen bei schrittweiser Rotation des Modelltellers erfolgen.
Eine Kamera mit einem relativ kleinen Bildfeld und festem Fokus ist preislich sehr günstig. Daher kann der vorgeschlagene extraorale Dentalscanner wesentlich günstiger gefertigt werden als dies bisher möglich war.
Für das optische Erfassen der Oberfläche des zahntechnischen Formteils kann die 3D-Messkamera des extraoralen Den- talscanners eine optische Bildaufnahme-Kamera und einen
Streifenpro ektor aufweist. Das dreidimensionale Erfassen der Oberfläche des zahntechnischen Formteils basiert dann auf dem Prinzip einer flächigen Triangulation, welches sich im Dental-Bereich sehr bewährt hat. Alternativ können auch andere 3D-Messverfahren zum Einsatz kommen, z. B. stereoskopische Aufnahmetechniken .
Unter Triangulation verteht man eine geometrische Methode der optischen Abstandsmessung durch genaue Winkelmessung innerhalb von Dreiecken. Bei Kenntnis der Strahlrichtung und des Abstandes zwischen einer Kamera und einer Licht¬ quelle kann damit der Abstand von Oberflächenpunkten eines Objekts zur Kamera bestimmt werden. Die Verbindung Kamera- Lichtquelle sowie die beiden Strahlen von und zum Objekt bilden hierbei ein Dreieck, daher die Bezeichnung Triangu- lation. Mittels dieser Methode kann die dreidimensionale Erfassung, also eine Vermessung der kompletten Oberfläche eines Objektes realisiert werden, was als flächige Triangu¬ lation bezeichnet wird.
Die Kamera kann mittels des Kamera-Hub-Moduls (Linearan- triebsmodul) entlang der ersten linearen Achse mit Hilfe einer Autofokussteuerung vor jeder Aufnahme ohne händische Interaktion fokussiert werden. Zweckmäßig ist es dazu, dass bei dem extraoralen Dentalscanner das Kamera-Hub-Modul zum automatischen Fokussieren der 3D-Messkamera mit einer Bild- verarbeitungs-Einrichtung gekoppelt ist. Der Autofokus bei der 3D-Messkamrea wird hier also nicht durch das Verändern von Linsenabständen innerhalb des Aufnahmeobjektivs reali¬ siert, sondern mittels des linearen Verschiebens der SD- Messkamera durch ein Linearantriebsmodul entlang der ersten linearen Achse. Dies ermöglicht den Einsatz einer besonders günstigen Kame¬ ra mit einem festen Fokus. Eine solche Kamera kann bei ge¬ ringen Kosten eine sehr hohe Auflösung der gewonnenen Bilder liefern.
Bei einem händischen Positionieren des zahntechnischen Formteils ist es günstig, dass der vorgeschlagene extraora¬ le Dentalscanner mindestens eine Lichtschranke für ein Grobpositionieren der 3D-Messkamera aufweist. Die Feinposi¬ tionierung erfolgt danach mittels der Autofocus- Einrichtung . Die bei dem vorgeschlagenen extraoralen Dentalscanner realisierte spezielle Kombination aus einer möglichst geringen Größe des Messvolumens (was bei ähnlichem Optikaufwand höhere Messgenauigkeit bedeutet) , relativ zu den relevanten Modell¬ größen, mit einer Achsenanordnung und Achsverfahrwegen zur quasi freien Relativbewegung von Messvolumen zu Modell, ermöglicht es, beinahe alle relevanten Modellgeometrien sowohl von Hand als auch automatisch in ein und demselben Gerät optisch quasi vollständig aus günstigen Einblickrichtungen abzutasten . Der vorgeschlagene extraorale Dentalscanner ermöglicht mit seinem optomechanischen Positionier-Achsenkonzept noch weite¬ re, oben bisher nicht genannte spezielle Aufnahmemodi .
In einem Übersichtsaufnahmemodus können z. B. Ganzkiefermo- delle und Ganzkieferabdrucklöffel nach Ausgleich der Modell¬ höhe durch die vierte Achse durch Rotation der fünften Achse in beispielsweise fünf gleich großen Winkelschritten im Wesentlichen quasi komplett erfasst werden.
In einem Zusatzaufnahmemodus können lokalisierte Datenlücken geschlossen werden, indem mittels spezieller Aufnahmeplanung eine für die jeweilige Lücke ideale Achskoordinatenkombinati¬ on als Einblickrichtung errechnet wird. Dabei wird die sehr freie Beweglichkeit des Achsensystems voll ausgeschöpft, was zu quasi lückenlosen Datensätzen führt. Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf das
Ausführungsbeispiel beschränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle - nicht genannten - Zwischenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.
Kurzbeschreibung der Zeichnung Das Ausführungsbeispiel ist in den Figuren schematisch dar¬ gestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hin¬ sichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt: Fig. 1 eine Teilansicht (schematisch) des extraoralen
Dentalscanners mit den wesentlichen Baugruppen (ohne Gehäuse) und einer Darstellung der Lage des Messvolumens in Relation zu den Positionierachsen;
Fig. 2A eine zweite Teilansicht (schematisch) von Bau- gruppen des extraoralen Dentalscanners mit Darstellung der Lage des Messvolumens in Relation zu den Positionierachsen;
Fig. 2B ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 2A im Bereich des Messvolumens;
Fig. 3A eine Teilansicht (schematisch) des extraoralen
Dentalscanners mit Darstellung der Lage des Mess¬ volumens bei Ausführung eines Rotationsscans (buccal) eines Vollkiefermodells;
Fig. 3B eine Teilansicht (schematisch) des extraoralen
Dentalscanners mit Darstellung der Lage des Mess¬ volumens bei Ausführung eines Rotationsscans (lingual) eines Vollkiefermodells;
Fig. 3C eine Teilansicht (schematisch) des extraoralen
Dentalscanners mit Darstellung der Lage des Mess- volumens bei Ausführung einer hinterschnittigen
Messung;
Fig. 4A eine Teilansicht (schematisch) des extraoralen
Dentalscanners mit Darstellung der Lage des Mess¬ volumens bei Ausführung einer hinterschnittigen Messung an einem Einzelzahnmodell im Rotationss¬ can;
Fig. 4B eine Teilansicht (schematisch) des extraoralen
Dentalscanners mit Darstellung der Lage des Mess¬ volumens bei Ausführung eines Rotationsscans an einem Einzelzahnmodell;
Fig. 4C eine Teilansicht (schematisch) des extraoralen
Dentalscanners mit Darstellung der Lage des Mess¬ volumens bei Ausführung eines Rotationsscans am Einzelzahnmodell unter einem anderen Betrachtungswinkel;
Fig. 5A eine Teilansicht (schematisch) des extraoralen
Dentalscanners mit Darstellung der Lage des Mess- volumens bei Ausführung einer hinterschnittigen
Messung an einem Brückenzahnmodell;
Fig. 5B eine Teilansicht (schematisch) des extraoralen
Dentalscanners mit Darstellung der Lage des Mess¬ volumens bei Ausführung eines Rotationsscans an einem Brückenzahnmodell;
Fig. 5C eine Teilansicht (schematisch) des extraoralen
Dentalscanners mit Darstellung der Lage des Mess¬ volumens bei Ausführung eines Rotationsscans an einem Brückenzahnmodell unter einem anderen Be- trachtungswinkel ;
Fig. 6 eine Teilansicht (schematisch) des extraoralen
Dentalscanners im Taumelscanmodus bei Ausführung eines Mehrfach-Einzelzahn-Taumelscans ;
Fig. 7A eine Ansicht (schematisch) des extraoralen Den- talscanners im automatischen Positioniermodus; und
Fig. 7B eine Ansicht (schematisch) des extraoralen Dentalscanners im händischen Positioniermodus.
Ausführungsbeispiel der Erfindung Der in der Teilansicht der Fig. 1 schematisch in Neutralposition dargestellte extraorale Dentalscanner 100 zum drei¬ dimensionalen Erfassen der Oberfläche eines zahntechnischen Formteils weist folgende wesentliche Elemente bzw. Baugrup¬ pen auf, die innerhalb eines Gehäuses (nicht dargestellt) angeordnet sind:
eine 3D-Messkamera 102 zum dreidimensionalen Erfassen der Oberfläche des zahntechnischen Formteils in einem Messvolumen 104 der 3D-Messkamera 102, wobei die 3D- Messkamera 102 eine optische Achse 106 und ein Messvo¬ lumen 104 aufweist;
Mittel zum relativen Positionieren der 3D-Messkamera 102 und des zahntechnischen Formteils, nämlich:
ein Kamera-Hub-Modul (Linearantriebsmodul) 108 zum senkrechten Verschieben der 3D-Messkamera 102 in beide Richtungen 110 entlang einer linearen Achse 112 (erste Achse) , deren Lage mit der der optischen Achse 106 der 3D-Messkamera 102 identisch ist;
ein Kippmodul 114 mit einer Drehachse 116 (zweite Ach¬ se) ;
ein Schwenkmodul 118 mit einer Drehachse 120 (dritte Achse) ;
ein Modellhöhen-Ausgleichs-Hubmodul 122 mit einer line¬ aren Achse 124 (vierte Achse) ;
ein Modell-Rotations-Modul 126 mit einer Drehachse 128 (fünfte Achse) ; und
einen Modellteller 130 zum Aufnehmen des zahntechnischen Formteils.
Das Messvolumen wird definiert durch das Bildfeld der Kame¬ ra (x,y), hier typischerweise 30 mm x 40 mm, mit einer Tie¬ fe entsprechend der Tiefenschärfe der Kamera, hier typi¬ scherweise ±10 mm ober- und unterhalb einer Fokusebene.
Das Kamera-Hub-Modul (Linearantriebsmodul) 108 ist als eine ortsfeste Baugruppe ausgebildet, an der die 3D-Messkamera angeordnet ist.
Unterhalb des Kamera-Hub-Moduls 108 ist eine weitere ortsfeste Baugruppe 132 angeordnet, an welcher einseitig und drehbar in zwei Richtungen 134 das Kippmodul 114 fixiert ist. Das Kippmodul 114 hat die Form eines rechten Winkels mit zwei Schenkeln.
Das Schwenkmodul 118 ist am entfernten Schenkel des Kippmo¬ duls 114 einseitig und drehbar in zwei Richtungen 136 fi- xiert .
Die Kombination Kippmodul 114 / Schwenkmodul 118 ist ähn¬ lich einem Roboterarm ausgestaltet und bildet ein Kardange¬ lenk bzw. einen Kardanarm.
Das Modellhöhen-Ausgleichs-Hubmodul 122 ist am Schwenkmodul 118 linear verschiebbar in zwei Richtungen 137 fixiert.
Das Modell-Rotations-Modul 126 ist dabei am Modellhöhen- Ausgleichs-Hubmodul 122 derart für eine Drehung (Rotation) in einer vorgegeben Richtung 138 fixiert, dass die Drehachse 128 des Modell-Rotations-Moduls 126 parallel zur linea- ren Achse 124 des Modellhöhen-Ausgleichs-Hubmoduls 122 ver¬ läuft. Der Modellteller 130 für die Aufnahme des zahntechnischen Formteils ist drehbar (Rotation) in einer vorgegeben Richtung 138 auf dem Modell-Rotations-Modul 126 gela¬ gert, wobei der Mittelpunkt 140 des Modelltellers 130 auf der Drehachse 128 des Modell-Rotations-Moduls 126 liegt.
Die linearen Achse 112 des Kamera-Hub-Moduls 108 (somit auch die optische Achse 106), die Drehachse 116 des Kippmo¬ duls 114 und die Drehachse 120 des Schwenkmoduls 118 stehen jeweils senkrecht aufeinander und treffen sich im Mittel- punkt 142 des Messvolumens 144.
Die Drehachse 128 des Modell-Rotations-Moduls 126 weist ei¬ nen Abstand 146 zur optischen Achse der 3D-Messkamera 102 auf, wenn die Drehachse 116 des Kippmoduls 114 und die Drehachse 120 des Schwenkmoduls 118 derart eingestellt sind, dass die Drehachse 128 des Modell-Rotations-Moduls 126 parallel zur optischen Achse 106 der 3D-Messkamera 102 ausgerichtet ist.
Die 3D-Messkamera 102 weist sowohl eine optische Kamera als auch einen Streifenpro ektor auf (beide nicht gesondert dargestellt ) .
Ein Streifenpro ektor bzw. eine Streifenprojektion ist Verfahren bzw. Vorrichtung zum berührungslosen optischen Erfassen der dreidimensionalen Form einer Oberfläche eines Objekts. Nach dem Prinzip der Triangulation werden Streifen auf das zu untersuchende Objekt projiziert und von einer Kamera unter einem definierten Winkel detektiert. Die von der Kamera detektierte seitliche Auslenkung der Streifen ist hierbei ein Maß für die Höhe des Objekts bzw. einzelner Oberflächenpunkte des Objektes. Im automatischen Positioniermodus bewegt das Linearan¬ triebsmodul (Kamera-Hub-Modul) 108 die 3D-Messkamera 102, und somit das Messvolumen 144, mit Hilfe einer Autofokus¬ steuerung vor jeder Aufnahme ohne händische Interaktion entlang der linearen Achse 112 parallel zur optischen Achse 106 der Kamera in den aufzunehmenden Bereich des zahntechnisches Formteils.
Die in Fig. 1 dargestellten Mittel zum relativen Positionieren (Kippmodul 114, Schwenkmodul 118, Modellhöhen- Ausgleichs-Hubmodul 122, Modell-Rotations-Modul 126 mit dem Modellteller 130) des zahntechnischen Formteils können innerhalb bestimmter Bereiche verfahren bzw. gedreht werden. In der nachstehenden Tabelle 1 sind Winkel- bzw. Verfahrbe- reiche, bezogen auf die in Fig. 1 gezeigte Neutralstellung, aufgeführt : BezugszifAchsenbezeichNeutralstel¬ Max. Bereich fer nung lung
112 erste lineare 0 mm +25 / -170 mm
Achse
116 zweite Dreh¬ 0° +60° / -60° achse
120 dritte Dreh¬ 0° +60° / -105° achse
124 vierte lineare 0 mm +25 / -25 mm
Achse
128 fünfte Dreh¬ 0° n x 360°
achse
Tab. 1
Die Richtungen der Vorzeichen-Konvention sind in Fig. 1 bei den jeweiligen Achsen eingezeichnet.
In Fig. 2 wird mittels einer Teilansicht (Ansicht A) der ortsfesten Baugruppe 132 unterhalb des Kamera-Hub-Moduls 108 und der Positioniermittel 114, 118, 126, 130 114 die Lage des Messvolumens 144 bzw. des Bildfeldes 200 demonst- riert .
Die Größe des Bildfeldes 200 (Breite x Höhe) beträgt hier 40 mm x 30 mm. Die daraus resultierende Länge der Bildfeld¬ diagonalen 202 beträgt 50 mm. Die Bildfelddiagonale 202 ü- berdeckt hierbei den Radius des Modelltellers 130. Der Bildfeldmittelpunkt 204 ist identisch mit dem Schnittpunkt 142 der Kardanachsen 116, 120.
Der Versatz (Abstand) 146 zwischen der Modellrotationsachse 128 des kreisförmigen Modelltellers 130 einerseits und dem Schnittpunkt 142 der Drehachse 120 des Schwenkmoduls mit der Drehachse 116 des Kippmoduls 114, d. h. im Mittelpunkt 142 des Kardangelenks in Neutralposition des Roboterarms, beträgt 24 mm. Die Ansicht B der Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der Ansicht A zur Darstellung der Lage und Grö¬ ße des Bildfeldes 200 relativ zum Modellrotationsteller 130. Hierbei trifft sinngemäß die Beschreibung der Ansicht A zu .
In Fig. 3 wird in drei Teilansichten (Ansichten A, B und C; schematisch) des extraoralen Dentalscanners 100 jeweils ei¬ ne Lage und winkelbezogene Orientierung der Positioniermit¬ tel 108, 114, 118, 126, 130 bzw. des zahntechnischen Form- teils 300 bei Ausführung eines Rotationsscans (buccal und lingual) eines als Vollkiefermodell ausgebildeten zahntech¬ nischen Formteils 300 demonstriert.
Das zahntechnische Formteil 300 ist mittels einer z. B. magnetischen Halterung (nicht dargestellt) auf dem Modell- teller 130 angeordnet. Das Kippmodul 114 befindet sich bei diesem Modus in Neutralstellung (Drehwinkel der zweiten Drehachse 116 gleich 0°). Die relative Positionierung des zahntechnischen Formteils 300 für das dreidimensionale Er¬ fassen seiner Oberfläche erfolgt in diesem Modus mittels Variation der Koordinaten an der ersten linearen Achse 112 zum Verschieben des Kamera-Hub-Moduls 108, an der Drehachse 120 des Schwenkmoduls 118, an der linearen Achse 124 zum Verschieben des Modellhöhen-Ausgleichs-Hubmoduls 122 ) und an der Drehachse 128 des Modell-Rotations-Moduls 126. Die Erfassung der Oberfläche des zahntechnischen Formteils 300 erfolgt hierbei sowohl aus buccaler als auch aus lingualer Richtung .
Die in Fig. 3 beispielhaft dargestellten relativen Positionen bzw. Drehwinkel an den Achsen 112, 116, 120, 124, 128 der Positioniermittel 112, 116,120,124,128 relativ zum
Messvolumen 144 der 3D-Messkamera 102, sind aus den nach- stehenden, jeweils den Ansichten A, B und C zugeordneten Tabellen 2 bis 4 ersichtlich.
Figure imgf000023_0001
Tab. 4 (Ansicht C)
In Fig. 4 wird in drei Teilansichten (Ansichten A, B und C; schematisch) des extraoralen Dentalscanners 100 ebenfalls eine Lage und winkelbezogene Orientierung der Positioniermittel 108, 114, 118, 126, 130 bzw. des zahntechnischen Formteils 300, jedoch hier bei Ausführung eines Rotationss- cans an einem als Einzelzahnmodell ausgebildeten zahntechnischen Formteils 300 demonstriert.
Das zahntechnische Formteil 300 ist mittels einer Halterung (nicht dargestellt) auf dem Modellteller 130 angeordnet. Das Kippmodul 114 befindet sich bei diesem Modus ebenfalls in Neutralstellung (Drehwinkel von Achse 2 gleich 0°) . Die relative Positionierung des zahntechnischen Formteils 300 für das dreidimensionale Erfassen seiner Oberfläche erfolgt in diesem Modus sinngemäß wie in Fig. 3, hier allerdings mittels Variation der Koordinaten an den Achsen 112, 120, 124, 128 .
Die in Fig. 4 beispielhaft dargestellten relativen Positionen bzw. Drehwinkel 112, 116, 120, 124, 128 an den Achsen der Positioniermittel 108, 114, 118, 126, 130 sind aus den nachstehenden, jeweils den Ansichten A, B und C zugeordneten, Tabellen 5 bis 7 ersichtlich.
Bezugs zeichen Achsenbezeichnung Koordinate
112 erste lineare -20 mm
Achse
116 zweite Drehachse 0°
120 dritte Drehachse -105°
124 vierte lineare -10 mm
Achse
128 fünfte Drehachse 8 x 45°
Tab. 5 (Ansicht A)
Bezugs zeichen Achsenbezeichnung Koordinate
112 erste lineare -20 mm
Achse
116 zweite Drehachse 0°
120 dritte Drehachse -90°
124 vierte lineare -10 mm
Achse
128 fünfte Drehachse 8 x 45°
Tab. 6 (Ansicht B)
Bezugs zeichen Achsenbezeichnung Koordinate
112 erste lineare -25 mm
Achse
116 zweite Drehachse 0°
120 dritte Drehachse -60°
124 vierte lineare -18 mm
Achse
128 fünfte Drehachse 8 x 45°
Tab. 7 (Ansicht C)
In der Fig. 5 werden in drei weiteren Teilansichten (Ansichten A, B und C; schematisch) des extraoralen Dentalscanners 100 ebenfalls jeweils eine Lage und winkelbezogene Orientierung der Positioniermittel 108, 114, 118, 122, 126 bzw. des zahntechnischen Formteils 306, hier bei Ausführung eines Rotationsscans an einem als Brückenzahnmodell ausge¬ bildeten zahntechnischen Formteils 300, demonstriert.
Das zahntechnische Formteil 300 ist mittels einer Halterung (nicht dargestellt) auf dem Modellteller angeordnet. Das Kippmodul 114 befindet sich bei diesem Modus ebenfalls in Neutralstellung (Drehwinkel von Achse 116 gleich 0°). Auch in diesem Modus erfolgt die relative Positionierung des zahntechnischen Formteils 300 für das dreidimensionale Er¬ fassen seiner Oberfläche sinngemäß wie in den Fig. 3 und 4, hier wiederum mittels Variation der Koordinaten an den Achsen 112, 120, 124, 128.
Die in Fig. 5 beispielhaft dargestellten relativen Positionen bzw. der Drehwinkel an den Achsen der Positioniermittel 108, 114, 118, 122, 126 sind aus den nachstehenden, jeweils den Ansichten A, B und C zugeordneten Tabellen 8 bis 10 ersichtlich .
Figure imgf000026_0001
Tab. 9 (Ansicht B) Bezugs zeichen Achsenbezeichnung Koordinate
112 erste lineare -25 mm
Achse
116 zweite Drehachse 0°
120 dritte Drehachse -75°
124 vierte lineare -18 mm
Achse
128 fünfte Drehachse 8 x 45°
Tab. 10 (Ansicht C)
Fig. 6 zeigt eine schematische Teilansicht der ortsfesten Baugruppe 132 sowie der Anordnung von Kippmodul 114,
Schwenkmodul 118, Modellhöhen-Ausgleichs-Hubmodul 122 und Modell-Rotations-Modul 126 bei Ausführung eines Mehrfach- Einzelzahnscans . Die als Einzelzahnmodelle (hier beispiels¬ weise vier Einzelzahnmodelle) ausgebildeten zahntechnischen Formteile 300 sind hierbei mittels Halterungen auf dem Mo¬ dellteller 130 angeordnet. Bei diesem sogenannten „Taumelscanmodus" ist es möglich, durch Variation der Winkel der zweiten und dritten Drehachse 116, 120 eine Änderung der räumlichen Orientierung jedes der zahntechnischen Formteile 300 in einem konkreten Oberflächenpunkt zu realisieren, ohne dabei die räumliche Lage dieses Oberflächenpunktes zu verändern. Somit verbleibt das jeweils zu erfassende Ein¬ zelzahnmodell 300 beim Taumelscanmodus ständig innerhalb des Messvolumens. Nacheinander kann auf diese Weise für je- des der auf dem Modellteller 130 angeordneten Einzelzahnmodelle 300 die Oberfläche aus verschiedenen Richtungen durch den Scanner 100 vollständig erfasst werden.
Beim Taumelscanmodus werden z. B. nacheinander die folgenden Winkel des zweiten Kippmoduls 114 und des dritten Schwenkmoduls 118 eingenommen: Winkel des Winkel des
zweiten dritten
Kippmoduls Schwenkmoduls
114 118
-60° -60°
0° -60°
+60° -60°
+60° 0°
+60° +60°
0° +60°
-60° +60°
-60° 0°
Tab. 11
Eine Aufnahme, in der sowohl das zweite Kippmodul 114 als auch das dritte Schwenkmodule 118 auf jeweils 0° einge¬ stellt sind, entspricht einer Aufnahme von oben.
Fig. 7 zeigt den extraoralen Dentalscanner 100 mit den im Gehäuse 700 angeordneten, bereits in Fig. 1 beschriebenen Baugruppen / Elementen, im automatischen Positioniermodus (Ansicht A) und im händischen Positioniermodus (Ansicht B) .
Zur Realisierung sowohl des automatischen als auch des händischen Positioniermodus verfügt der extraorale Dentalscan¬ ner 100 neben den bereits in Fig. 1 bezeichneten Elementen bzw. Baugruppen über zwei übereinander angeordnete Arbeits- bereiche 702, 704 (bzw. Arbeitsebenen) , wobei der obere Arbeitsbereich 702 das Arbeiten im automatischen Positioniermodus (Ansicht A) ermöglicht und der untere Arbeitsbereich 704 das Arbeiten im händischen Positioniermodus (Ansicht B) .
Im automatischen Positioniermodus bewegt das Linearan¬ triebsmodul 108 die 3D-Messkamera 102, und somit das Mess¬ volumen 144, mit Hilfe einer Autofokussteuerung vor jeder Aufnahme ohne händische Interaktion parallel zur optischen Achse der Kamera in den aufzunehmenden Bereich des zahntechnisches Formteils. Dabei befindet sich die 3D- Messkamera 102 im automatischen Positioniermodus im oberen Arbeitsbereich 702. Der Roboterarm 706 mit seinen Positio- niermitteln befindet sich in der Darstellung der Ansicht A beispielsweise in der Neutralposition für den Modus „Übersichtsaufnähme" .
Zur Realisierung des händischen Positioniermodus (Ansicht B) verfügt der extraorale Dentalscanner 100 weiterhin über eine Arbeitsplatte 708 zum händischen Positionieren eines zahntechnischen Formteils 300. Die Arbeitsplatte 708 ist dabei, von der 3D-Messkamera 102 in Richtung ihrer opti¬ schen Achse 106 aus betrachtet, derart hinter dem Modell- Rotations-Modul 126 angeordnet, dass letzteres und die Ar- beitsplatte 708 nicht kollidieren können. Die Arbeitsplatte 708 liegt dabei in einer Ebene senkrecht zur optischen Ach¬ se 106. Der Roboterarm 706 befindet sich hierzu im händi¬ schen Positioniermodus (Ansicht B) in einer „Parkposition".
Bei der in Fig. 7B zu sehenden Parkposition ist das zweite Kippmodul 114 auf +60° eingestellt, das dritte Schwenkmodul 118 auf -105° und das vierte Modellhöhen-Ausgleichs- Hubmodul 122 auf -25 mm komplett nach unten gefahren.
Es können bei der händischen Positionierung zahntechnische Formteile 300 unterschiedliche Ausführungen, incl . solcher unter Verwendung von Artikulatoren, dreidimensional erfasst werden, die auf der Arbeitsplatte angeordnet werden (in Fig. 7, Ansicht B beispielhaft dargestellt) . Bei einem hän¬ dischen Positionieren des zahntechnischen Formteils 300 erfolgt zunächst eine Grobpositionierung der 3D-Messkamera 102 mittels mindestens einer Lichtschranke, während die
Feinpositionierung mittels einer Autofokuseinrichtung ausgeführt wird. Unter einem Artikulator wird ein Gerät zur Simulation der Kiefergelenksbewegung verstanden. Dazu werden Gipsmodelle der Zahnbögen des Ober- und Unterkiefers in Okklusion in den Artikulator montiert. Anschließend kann die Bewegung der Kiefer zueinander simuliert werden.
Ein Bildfeld im Sinne der Beschreibung der Erfindung ist ein Schnitt durch das Messvolumen in der Fokusebene, wobei die Schnittebene senkrecht zur optischen Achse steht.
Eine buccale Aufnahme ist eine backenseitige Aufnahme, eine linguale Aufnahme ist eine zungenseitige Aufnahme.
Ein einseitig und drehbar fixiertes Objekt, also beispiels¬ weise eine Achse, eine Welle, eine Kardanachse, eine Kar¬ danwelle o. ä. ist nur an einem seiner zwei Enden drehbar fixiert bzw. gelagert und wird nur dort angetrieben bzw. gedreht. Das zweite Ende ist nicht auf bzw. nicht an einem weiteren Objekt fixiert bzw. hat kein Auflager.
Eine 3D-Messkamera ist beispielsweise eine optische Kamera zum Erfassen der dreidimensionalen Oberflächenstruktur eines Objekts, z. B. mittels eines Streifenprojektors.
Positioniermittel sind im Sinne der Beschreibung der Erfin¬ dung Mittel zum relativen Positionieren der 3D-Messkamera und des zahntechnischen Formteils.
Als Roboterarm 706 im Sinne der Beschreibung der Erfindung wird die Einheit aus Kippmodul 114, Schwenkmodul 118, Mo- dellhöhen-Ausgleichs-Hubmodul 122, Modell-Rotations-Modul 126 und Modellteller 130 bezeichnet. Bezugszeichen
100 extraoraler Dentalscanner
102 3D-Messkamera
104 Messvolumen
106 optische Achse
108 Kamera-Hub-Modul (Linearantriebsmodul)
110 Verfahrbereich der linearen Achse des Kamera-Hub- Moduls
112 erste Achse / lineare Achse des Kamera-Hub-Moduls 114 Kippmodul
116 zweite Achse / Drehachse des Kippmoduls
118 Schwenkmodul
120 dritte Achse / Drehachse des Schwenkmoduls
122 Modellhöhen-Ausgleichs-Hubmodul
124 vierte Achse / linearen Achse des Modellhöhen- Ausgleichs-Hubmoduls
126 Modell-Rotations-Modul
128 fünfte Achse / Drehachse des Modell-Rotations-Moduls 130 Modellteller
132 ortsfeste Baugruppe des Dentalscanners
134 Winkelbereich der Drehachse des Kippmoduls
136 Winkelbereich der Drehachse des Schwenkmoduls
137 Verfahrbereich der linearen Achse des Modellhöhen- Ausgleichs-Hubmoduls
138 Bewegungsrichtung (Drehrichtung) des Modelltellers 140 Mittelpunkt des Modelltellers
142 Mittelpunkt des Messvolumen (Schnittpunkt von Dreh¬ achse des Kippmoduls, Drehachse des Schwenkmoduls und linearer Achse des Kamera-Hub-Moduls)
144 Messvolumen
146 Versatz (Abstand) zwischen der Modellrotationsachse und dem Schnittpunkt der Drehachse des Schwenkmoduls mit der Drehachse des Kippmoduls (Mittelpunkt des
Kardangelenks in Neutralposition)
200 Bildfeld
202 Bildfelddiagonale
204 Bildfeldmittelpunkt
300 zahntechnisches Formteil
700 Gehäuse
702 oberer Arbeitsbereich
704 unterer Arbeitsbereich
706 Roboterarm (bestehend aus Kippmodul 114, Schwenkmodul 118, Modellhöhen-Ausgleichs-Hubmodul 122, Modell- Rotations-Modul 126 und Modellteller 130)
708 Arbeitsplatte

Claims

Patentansprüche
Extraoraler Dentalscanner zum dreidimensionalen Erfassen der Oberfläche eines zahntechnischen Formteils (300) mit:
a) einer 3D-Messkamera (102) zum dreidimensionalen
Erfassen der Oberfläche des zahntechnischen
Formteils (300) in einem Messvolumen (104, 144) der 3D-Messkamera (102), wobei die 3D-Messkamera (102) eine optische Achse (106) aufweist;
b) Mitteln zum Aufnehmen und Positionieren des zahntechnischen Formteils (300);
b) Mitteln zum maschinengesteuerten relativen Positionieren der 3D-Messkamera (102) und des zahntechnischen Formteils (300);
c) wobei die Mittel zum maschinengesteuerten relativen Positionieren der 3D-Messkamera (102) und des zahntechnischen Formteils (300) derart ausgebildet sind, dass die Mittel zum Aufnehmen und Positionieren des zahntechnischen Formteils (300) in eine Parkposition außerhalb eines durch die 3D-Messkamera (102) op¬ tisch erfassbaren Bereichs verfahren werden können; d) einer Arbeitsplatte (708) zum händischen Positionie¬ ren des zahntechnischen Formteils (300) im Messvolu¬ men (144) der 3D-Messkamera (102),
dl) wobei die Arbeitsplatte (708) senkrecht zur op¬ tischen Achse (106) ausgerichtet ist und d2 ) wobei die Arbeitsplatte (708), von der 3D-
Messkamera (102) aus betrachtet, hinter den Mit¬ teln zum Aufnehmen und Positionieren des zahntechnischen Formteils (300) angeordnet ist.
Extraoraler Dentalscanner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch al) ein erstes Kamera-Hub-Modul (108) zum Verschieben der 3D-Messkamera (102) entlang einer ersten linearen Achse ( 112 ) ;
a2) ein zweites Kippmodul (114) mit einer zweiten Dreh- achse ( 116 ) ;
a3) ein drittes Schwenkmodul (118) mit einer dritten Drehachse (120);
a4) ein viertes Modellhöhen-Ausgleichs-Hubmodul (122) mit einer vierten linearen Achse (124);
a5) ein fünftes Modell-Rotations-Modul (126) mit einer fünften Drehachse (128) ; und
a6) einen Modellteller (130) zum Aufnehmen des zahntechnischen Formteils (300);
bl) wobei das zweite Kippmodul (114) am ersten Kamera- Hub-Modul (108) einseitig und drehbar fixiert ist; b2) wobei das dritte Schwenkmodul (118) am zweiten
Kippmodul (114) einseitig und drehbar fixiert ist; b3) wobei das vierte Modellhöhen-Ausgleichs-Hubmodul (122) am dritten Schwenkmodul (118) verschiebbar fixiert ist;
b4) wobei das Modell-Rotations-Modul (126) derart am Modellhöhen-Ausgleichs-Hubmodul (122) fixiert ist, dass die fünfte Drehachse (128) des Modell- Rotations-Moduls (126) parallel zur vierten linea- ren Achse (124) verläuft;
b5) wobei der Modellteller (130) drehbar auf dem Modell-Rotations-Modul (126) gelagert ist, wobei der Mittelpunkt (140) des Modelltellers auf der fünften Drehachse (128) liegt; und
c) wobei die erste linearen Achse (112), die zweite
Drehachse (116) und die dritte Drehachse (120) je¬ weils senkrecht aufeinander stehen und sich im Mittelpunkt (142) des Messvolumens (144) treffen. Extraoraler Dentalscanner nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte Dreh¬ achse (128) einen Abstand zur ersten linearen Achse (112) hat, wenn die zweite und dritte Drehachse (116, 120) derart eingestellt sind, dass die fünfte Drehachse (128) parallel zur ersten linearen Achse (112) ausge¬ richtet ist.
Extraoraler Dentalscanner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum re¬ lativen Positionieren der 3D-Messkamera (106) und des zahntechnischen Formteils (300) folgende Winkel- und / oder Verfahrbereiche, bezogen auf eine Neutralstellung, aufweisen, nämlich:
a) die erste lineare Achse (112) des ersten Kamera-Hub- Moduls (108) zum Verschieben der 3D-Messkamera (102) einen Verfahrbereich (110) von plus 25 mm bis minus 170 mm;
b) die zweite Drehachse (116) des zweiten Kippmoduls (114) einen Winkelbereich (134) von plus 60° bis minus 60°;
c) die dritte Drehachse (120) des dritten Schwenkmoduls (118) einen Winkelbereich (136) von plus 60° bis minus 105°;
d) die vierte lineare Achse (124) des vierten Modellhö- hen-Ausgleichs-Hubmoduls (122) einen Verfahrbereich (137) von plus 25 mm bis minus 25 mm; und
e) die fünfte Drehachse (128) des fünften Modell- Rotations-Moduls (126) einen Winkelbereich von 360° und / oder eines Vielfachen davon.
Extraoraler Dentalscanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Modellteller (130) kreisförmig ist und einen Radius aufweist; und
b) dass die Diagonale (202) des Bildfeldes (200) der 3D-Messkamera (102) mindestens so lang ist, wie der Radius des Modelltellers (130).
Extraoraler Dentalscanner nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (146) der fünften Drehachse (128) von der ersten linearen Achse (112) mindestens 22 mm und höchstens 26 mm, vor¬ zugsweise 24 mm, beträgt, wenn die zweite und dritte Drehachse (116, 120) derart eingestellt sind, dass die fünfte Drehachse (128) parallel zur ersten linearen Achse (112) ausgerichtet ist.
Extraoraler Dentalscanner nach einem der vorhergehende: Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die 3D-Messkamera (102) eine optische Bildauf¬ nahme-Kamera und einen Streifenpro ektor aufweist, b) wobei das dreidimensionale Erfassen der Oberfläche des zahntechnischen Formteils (300) auf dem Prinzip einer flächigen Triangulation basiert.
Extraoraler Dentalscanner nach einem der vorhergehende: Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamera-Hub Modul (108) mit einer Bildverarbeitungs-Einrichtung ge koppelt ist zum automatischen Fokussieren der SD- Messkamera (102).
Extraoraler Dentalscanner nach einem der vorhergehende: Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Licht¬ schranke für ein Grobpositionieren der 3D-Messkamera (102) bei einem händischen Positionieren des zahntechnischen Formteils (300) .
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