專利名稱：一種牙頜模型測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及機器視覺領域，具體涉及一種牙頌模型測量裝置。
背景技術：
隨著我國人民物質生活水平的提高和人口老齡化發展，需要進行口腔修復的人群在不斷增長，而傳統的修復體制造技術由于設計制作周期長，修復體質量難以保證，已無法滿足臨床需要，國外在上世紀70年代開始將數字化口腔CAD/CAM技術引入口腔修復體的設計與制作中來，并已經有成熟的商品化系統投入使用，極大地提高了修復質量與效率。然而我國在這方面起步相對較晚，目前國內還沒有實用化的產品，口腔CAD/CAM技術被國外壟斷。因此，開發具有自己知識產權的口腔CAD/CAM系統是一個亟需解決的問題。建立牙齒的三維數字化模型是實現牙齒修復體數字化設計加工的前提，是口腔CAD/CAM技術的重要組成部分，修復體的設計加工精度很大程度上取決于牙齒數字模型的測量精度。基于光柵投影的牙頌模型三維點云測量系統的研制正是為了解決這一問題，它采用非接觸拍照式測量技術，可以快速獲得高精度的牙頌模型三維點云數據，建立牙齒的三維數字化模型，為后續的計算機口腔輔助設計制造提供基礎。由于建立牙頌三維數字化模型，對于精度、速度和穩定性有較高的要求，牙頌模型測量裝置需要有相應的機構和結構來保證這些要求的實現。但現有牙齒三維光學測量設備存在以下問題(1)光路相對固定，難以大范圍調節，可實現的測量角度有限；( 光路多采用懸臂結構支撐，測量系統剛性不夠好，難以保持系統定標后長時間有效；(3)測量完整的牙模需要從多個角度獲取點云數據進行拼合，現有設備多采用在待測物上貼標記點的方式來進行特征匹配實現拼合，操作較繁瑣，且會影響到牙模表面的原貌。
發明內容
本發明的目的在于提供一種牙頌模型測量裝置，基于光柵投影，對牙頌模型的三維形貌進行測量。本發明可實現光路的快速調整、牙頌模型的可靠裝夾和測量過程的操作穩定、以及點云的精確獲取。實現本發明的目的所采用的具體技術方案如下一種牙頌模型測量裝置，包括牙模定位模塊、光路調整模塊和視覺測量模塊三個模塊。所述牙模定位模塊由牙模夾具與兩自由度旋臺組成，兩自由度旋臺由軸線正交的翻轉臺和水平旋轉臺組成，手動定位后可通過螺釘鎖緊；光路調整模塊由底座、兩自由度龍門結構橫梁、夾持微調裝置組成，龍門橫梁安裝在底座的兩根豎直導向軸上并能上下移動，夾持微調裝置安裝在橫梁的兩根水平導向軸上并能水平移動；視覺測量模塊由微型投影儀及夾具、工業相機及夾具組成。本發明的技術效果體現在該測量設備采用精密導向軸與支座組成龍門結構的支架支撐光路系統，保證測量系統具有很好的剛性，標定結果可以長時間保持穩定；通過調整豎直和水平方向的滑塊可以實現測量光路在豎直平面內兩自由度的大范圍移動，通過調整
44自由度的投影儀及相機夾持裝置，可以小范圍調整拍攝角度，從而實現光路的靈活調整； 牙模定位模塊中，夾具上設計有圓孔陣列，不僅可以減重，還可以用于特征匹配，因此無需在牙模上貼標記點就可以實現多角度點云的拼合，簡化操作，實現牙頌模型點云數據的精確獲取，提高了測量效率和質量。
圖1是本發明牙頌模型測量裝置較佳實施方式的立體組合圖；圖2是本發明牙頌模型測量裝置中光路調整模塊的立體組合圖；圖3是本發明牙頌模型測量裝置中牙模定位模塊的立體分解圖；圖4是本發明牙頌模型測量裝置中視覺測量模塊中工業相機及夾具的立體圖；圖5是本發明牙頌模型測量裝置中視覺測量模塊中微型投影儀及夾具的立體圖。
具體實施例方式本發明的牙頌模型測量裝置包括光路調整模塊、牙模定位模塊和視覺測量模塊三個模塊。圖1為本發明的一種具體實施方式
的總體結構示意圖，下面結合圖1 5對其進行詳細介紹。如圖1、2所示，光路調整模塊包括底座11，龍門橫梁12，夾持微調裝置13。其中，底座由底板111、導向軸支座112、內六角螺釘113、豎直導向軸114組成。導向軸支座112通過內六角螺釘113與底板111聯接，豎直導向軸114插入導向軸支座112 內，并通過內置定位銷固定。龍門橫梁12由支柱固定架121、鎖緊螺釘122、123、導向軸124、125組成。支柱固定夾121通過軸線空間正交的通孔分別與豎直導向軸114、水平導向軸1M、125配合，構成龍門橫梁，可在豎直方向的大范圍移動，調好位置后通過鎖緊螺釘123抱死滑動副，實現豎直方向摩擦鎖緊。夾持微調裝置13是聯接視覺測量模塊與龍門橫梁12的橋梁，由支柱固定架131、懸臂型支柱固定夾132、鎖緊螺釘133、134、135、帶螺紋導向軸136、轉接塊137、螺釘138組成。支柱固定架131通過軸線空間正交的通孔分別與水平導向軸124、125、懸臂型支柱固定夾132的軸端配合構成移動副，可實現水平方向的大范圍移動和豎直方向的小范圍調整。帶螺紋導向軸136與懸臂型支柱固定夾132上的通孔配合，可實現垂直紙面方向的局部調整。位置調整結束后通過鎖緊螺釘133、134、135抱死滑動副實現摩擦鎖緊。導向軸136通過末端螺紋與轉接塊137聯接，轉接塊則通過螺釘138與視覺測量模塊的轉接板 (如圖4、圖5所示的311、32幻聯接，從而支撐起視覺測量模塊。如圖1、3所示，牙模定位模塊包括支座21、定位盤22、翻轉臺23、水平旋轉臺24、 牙模夾具25。其中，支座21由帶座軸承211、螺釘212、213、216、導向軸支座214、轉軸215 組成。帶座軸承211通過螺釘212與圖1所示的底板111聯接構成定位模塊的支座，并通過軸承與轉軸215配合形成轉動副，可實現翻轉。導向軸支座214的通孔與轉軸215配合， 通過螺釘213鎖緊與轉軸215固結，通過螺釘216與翻轉臺23聯接。定位盤22由定位片 221、固定環222、螺釘223、塑料滾花螺釘2M組成。固定環222的通孔與轉軸215配合，并通過內置螺釘鎖緊固結，通過螺釘223將固定環222與定位片221聯接，由此定位盤與翻轉臺23固結。定位片221上有圓弧槽，滾花螺釘2M穿過圓弧槽旋入帶座軸承211的螺紋孔中。操作時轉動固定環222，調整到合適的翻轉角度后旋轉滾花螺釘2M使之與定位片221 摩擦鎖緊，實現定位。翻轉臺23由翻轉平臺231、塑料滾花螺釘232、旋轉定位塊233、螺釘 234組成。翻轉平臺231通過螺釘216與支座214聯接，通過螺釘234與旋轉定位塊233聯接，滾花螺釘232旋入定位塊233，用于水平旋轉臺M的鎖緊，翻轉平臺231上有軸承安裝孔。水平旋轉臺M由彈性卡圈對1、推力軸承M2、旋轉平臺M3、鉸鏈銷244組成。旋轉平臺243通過鉸鏈銷M4、彈性卡圈Ml、推力軸承242與翻轉平臺231連接。牙模夾具25由夾具底座251、螺釘252、帶螺紋導向軸253、緊定螺釘254、螺桿255、夾具調整塊256組成。 夾具底座251通過螺釘252與旋轉平臺243聯接，帶螺紋導向軸253與夾具底座251上的盲孔配合形成移動副，并通過末端螺紋與夾具調整塊256聯接，緊定螺釘254與調整塊256 聯接。螺桿255與夾具底座251上的螺紋孔形成螺旋副，通過旋轉螺桿255實現夾具調整塊 256的開合運動，完成牙模的裝夾。夾具底座251上設計有圓孔陣列特征，掃描時陣列特征與牙模固結在一起，利用該陣列完成特征匹配，從而實現多角度點云拼合，無需貼標記點。如圖4、圖5所示，視覺測量模塊包括相機模塊31、投影儀模塊32。其中相機模塊 31由相機轉接板311、相機夾具側板312、螺釘313、塑料滾花螺釘314、螺釘315、工業相機 316組成。相機轉接板311通過圖2所示的螺釘138與轉接塊137聯接，工業相機316通過螺釘313與轉接板311聯接。相機夾具側板312通過螺釘313與轉接板311聯接。滾花螺釘314旋入夾具側板312，可以通過旋轉滾花螺釘314鎖緊其他型號的工業相機。投影儀模塊32由微型投影儀321、投影儀轉接板322、螺釘323、塑料滾花螺釘324、投影儀夾具側板 325、緊定螺釘326、投影儀夾具擋板327、橡膠墊3 組成。投影儀轉接板322通過圖2所示的螺釘138與轉接塊137聯接，投影儀夾具側板325分別通過螺釘323、3四分別與投影儀轉接板322、投影儀擋板327聯接。塑料滾花螺釘3M旋入投影儀側板325和投影儀擋板 327，在橡膠墊328的配合下用于鎖緊微型投影儀321。緊定螺釘326與投影儀轉接板322 聯接，用于防止微型投影儀321意外松脫跌落。該裝置的支撐部件包括底座11、兩自由度龍門結構橫梁12和牙模定位模塊支座 21 ；底座11是整個系統的基礎，龍門橫梁12是支撐光路系統的核心部件，龍門橫梁12安裝在底座11的兩根豎直導向軸上并能上下移動，視覺測量模塊的夾持微調裝置13安裝在橫梁12的兩根水平導向軸上并能水平移動。操作時，通過上下移動橫梁12，水平移動夾持微調裝置13實現視覺測量模塊在豎直平面內大范圍調整，夾持微調裝置13具有4個自由度， 可以作局部的角度調整；牙模定位模塊的支座21通過螺釘與底座11聯接，翻轉平臺23通過螺釘與支座21的轉軸固結，通過帶圓弧槽的定位盤22定位和鎖緊；水平旋轉臺M通過軸承和鉸鏈銷與翻轉平臺23連接；牙模夾具25通過螺釘固結在水平旋轉臺M之上。操作時，將牙模裝夾在牙模夾具25上，調整水平旋轉臺和翻轉臺的角度后鎖緊，實現牙模的姿態調整。整個牙模定位模塊置于視覺測量模塊之下，牙模姿態調整好后，視覺測量模塊與牙模的相對位置固定了，可以開始結構光掃描測量。
權利要求
1.一種牙頌模型測量裝置，用于牙頌模型的非接觸式測量，該測量裝置包括牙模定位模塊、光路調整模塊和視覺測量模塊，其中，所述牙模定位模塊用于裝夾待測量的牙頌模型，并實現對牙頌模型的姿態調整；所述視覺測量模塊設置在所述光路調整模塊上，用于對牙頌模型進行掃描測量；所述光路調整模塊用于對視覺測量模塊的測量角度進行調整，在所述光路調整模塊和牙模定位模塊的作用下，確定出所述牙頌模型的測量姿態和角度，從而實施對牙頌模型的掃描測量。
2.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述的牙模定位模塊包括支座(21)、 定位盤(22)、翻轉臺(23)、水平旋轉臺(24)和牙模夾具(25)，所述翻轉臺(23)安裝在支座 (21)上，可在該支座(21)上作軸向翻轉，并通過所述定位盤(22)鎖緊固定，所述水平旋轉臺(24)設置在該翻轉臺(23)上，能夠實現在翻轉臺(23)上的旋轉，所述牙模夾具(25)固設在該翻轉臺(23)上，其在翻轉臺(23)和水平旋轉臺(24)的作用下實現多自由度的運動， 實現對牙頌模型的姿態調整。
3.根據權利要求2所述的測量裝置，其特征在于，所述的支座(21)包括帶座軸承 (211)、導向軸支座(214)和轉軸(215)，帶座軸承(211)通過螺釘(212) @定安裝在光路調整模塊的底板上，所述導向軸支座(214)安裝在該帶座軸承(211)上，該導向軸支座(214) 通過其上的通孔與轉軸(215)配合形成轉動副，所述翻轉臺(23)固定設置在該轉軸(215) 上，從而實現翻轉臺(23 )在支座(21)上的轉動。
4.根據權利要求2或3所述的測量裝置，其特征在于，所述的定位盤(22)安裝在支座 (21)端面，包括定位片(221)、固定環(222)和塑料滾花螺釘(2M)，該固定環(222)與定位片(221)聯接，所述轉軸(215)穿過定位片(221)并套裝在所述固定環(222)的通孔內，旋轉該固定環(222)即可調整轉軸(215)的旋轉角度，所述定位片(221)上有圓弧槽，滾花螺釘(2M)穿過該圓弧槽旋入所述帶座軸承(211)的螺紋孔中，用于鎖定轉軸(215)的旋轉角度。
5.根據權利要求2-4之一所述的測量裝置，其特征在于，所述的翻轉臺(23)包括翻轉平臺(231)、塑料滾花螺釘(232)和旋轉定位塊(233)，所述翻轉平臺(231)通過螺釘(216、 234)分別與支座(214)的轉軸(215)和旋轉定位塊(233)聯接，所述滾花螺釘(232)旋入定位塊(233)，該旋轉定位塊(233)用于調整水平旋轉臺(24)的旋轉角度并所述滾花螺釘 (232)鎖定。
6.根據權利要求2-5之一所述的測量裝置，其特征在于，所述的水平旋轉臺(24)包括彈性卡圈(241 )、推力軸承(242 )、旋轉平臺(243 )和鉸鏈銷(244 )，所述旋轉平臺(243 )通過鉸鏈銷(244)、彈性卡圈(241)和推力軸承(242)與翻轉平臺231連接。
7.根據權利要求2-6之一所述的測量裝置，其特征在于，所述的牙模夾具(25)包括夾具底座(251)、帶螺紋導向軸(253)、緊定螺釘(2M)、螺桿(255)和夾具調整塊(256)，所述夾具底座(251)通過螺釘與旋轉平臺(243)聯接，帶螺紋導向軸(253)與夾具底座(251)上的盲孔配合形成移動副，并通過末端螺紋與夾具調整塊(256)聯接，緊定螺釘(254)與調整塊(256)聯接，用于固定牙頌模型，所述螺桿(255)與夾具底座(251)上的螺紋孔形成螺旋副，通過旋轉螺桿(255)實現夾具調整塊(256)在帶螺紋導向軸(253)上的移動，實現開合運動，完成牙模的裝夾。
8.根據權利要求1-7之一所述的測量裝置，其特征在于，所述的光路調整模塊包括底座(11)，龍門橫梁(12)，夾持微調裝置(13)，其中，所述底座(11)包括底板(111)、兩個導向軸支座(112)和兩個豎直導向軸(114)，所述導向軸支座(112 )通過螺釘(113 )對稱固設在底板(111)上，兩個豎直導向軸(114)分別插入兩導向軸支座(112)內；所述龍門橫梁(12)包括支柱固定夾(121)和水平導向軸(1對、125)，支柱固定夾(121) 為兩個，分別夾持設置在兩個豎直導向軸(114)上，水平導向軸(124、125)兩端分別套接在所述支柱固定夾(121)上；所述夾持微調裝置(13)設置在到水平導向軸(1M、125)上，包括支柱固定架(131)、懸臂型支柱固定夾(132)、帶螺紋導向軸(136)和轉接塊(137)，支柱固定架(131)通過軸線空間正交的通孔分別與水平導向軸(1對、125)、懸臂型支柱固定夾(132)的軸端配合構成移動副，可實現水平方向和豎直方向的移動，帶螺紋導向軸(136)與懸臂型支柱固定夾(132) 上的通孔配合，通過末端螺紋與轉接塊(137)聯接，所述轉接塊(137)用于與視覺測量模塊聯接，以支撐視覺測量模塊。
9.根據權利要求1-8之一所述的測量裝置，其特征在于，所述的視覺測量模塊包括相機模塊(31)和投影儀模塊(32 )，其中，所述相機模塊(31)包括相機轉接板(311)、相機夾具側板(312)、塑料滾花螺釘(314) 和工業相機(316)，所述相機轉接板(311)與光路調整模塊的轉接塊(137)聯接，所述工業相機(316)與相機轉接板(311)聯接，所述相機夾具側板(312)與轉接板(311)聯接，滾花螺釘(314)旋入夾具側板(312)，用于鎖緊工業相機(316)；所述投影儀模塊(32)包括微型投影儀(321)、投影儀轉接板(322)、塑料滾花螺釘 (3M)、投影儀夾具側板(325)、投影儀夾具擋板(327)和橡膠墊(3 )，所述投影儀轉接板 (322)與光路調整模塊的轉接塊(137)聯接，所述投影儀夾具側板(325)與投影儀轉接板 (322)和投影儀擋板(327)聯接，所述塑料滾花螺釘(3M)旋入投影儀側板(325)和投影儀擋板(327)，在橡膠墊(3 )的配合下用于鎖緊微型投影儀(321)。
全文摘要
本發明公開了一種基于光柵投影的牙頜模型測量裝置，用于牙頜模型的非接觸式測量，包括牙模定位模塊、光路調整模塊和視覺測量模塊，其中，所述牙模定位模塊用于裝夾待測量的牙頜模型，并實現對牙頜模型的姿態調整；所述視覺測量模塊設置在所述光路調整模塊上，用于對牙頜模型進行掃描測量；所述光路調整模塊用于對視覺測量模塊的測量角度進行調整，在光路調整模塊和牙模定位模塊的作用下，確定出牙頜模型的測量姿態和角度，從而實施對牙頜模型的掃描測量。該測量裝置可便捷地調節微型投影儀與工業相機的位置，實現光路的快速調整；可便捷可靠地裝夾牙頜模型，實現測量過程的穩定操作；可便捷地進行非接觸式測量，實現牙頜模型點云數據的精確獲取。
文檔編號G01B11/24GK102213584SQ201110088369
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月8日 優先權日2011年4月8日
發明者吳謀虎, 姚金樹, 宋俊, 尹周平, 李文龍, 黃信達 申請人:華中科技大學