CN114449974B - 用于具有运动学轴线耦合的同时双侧机加工的规划自由形态刀具路径的方法 - Google Patents
用于具有运动学轴线耦合的同时双侧机加工的规划自由形态刀具路径的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种由计算机实施的方法，该方法用于规划自由形态刀具路径(P)的形状，以用于具有单独自由形态目标几何结构的牙科修复体(1)的通过使用包括至少两个刀具主轴的牙科机床(3)从工件(2)的同时双侧机加工，每个刀具主轴具有布置在工件(2)的不同侧上的至少一个刀具(4)，该工件(2)能够同时相对于刀具(4)沿着轴线(y)移动，并且由此施加运动学轴线耦合，其特征在于，还包括以下步骤：确定目标几何结构的变换(T´,T´´)，通过该变换，运动学轴线耦合被转换为用于两个刀具(4)的公共耦合参数；以及取决于这些变换(T´,T´´)生成自由形态刀具路径(P)的形状，其中，对于同时驱动的所有参与的刀具主轴，该公共耦合参数在时间上是相同的。
Description
技术领域
本发明涉及一种由计算机实施的方法，该方法用于刀具路径规划，以用于牙科修复体的通过使用双主轴牙科机床(double-spindle dental tool machine)从工件的同时双侧机加工，该双主轴牙科机床具有用于可相对于刀具相对地移动的工件的运动学轴线耦合。
背景技术
单主轴牙科机床(single-spindle dental tool machine)在本领域中广为人知。在单主轴牙科机床中，通过使用具有至少一个牙科刀具(该牙科刀具被沿着刀具路径按顺序地驱动)的单刀具主轴来从工件机加工牙科修复体。由于按顺序加工，所以在单主轴牙科机床中完成机加工过程需要相对长的时间。
多主轴牙科机床也在本领域中广为人知。在多主轴牙科机床中，通过使用多个刀具主轴从工件机加工牙科修复体，每个所述刀具主轴在工件的不同侧上具有一个或多个牙科刀具，所述牙科刀具可沿着刀具路径被同时驱动。因此，在多主轴牙科机床中完成机加工过程通常需要相对短的时间。US2014/0189991A1公开了一种双主轴牙科机床，其中，刀具主轴能够以三个自由度分别地操作。然而，这样的双主轴牙科机床的机械构造和操作由于可移动部分的增加而复杂化。
US2015/0328732A1公开了一种具有一个耦合轴线和两个优选地彼此相对的单独刀具的机床。然而，旋转的主要主轴和沿着两个轴线的有限移动导致与机加工对象形状无关的圆形刀具路径。只有进给轴线可用来调适刀具的进刀深度(immersion depth)，以形成具有参数预定义路径的自由形态表面。因此，这种现有技术方法通常减少了用于同时双侧机加工的可能刀具路径的选择。
在EP1060712B1和US6394880B1中公开了具有运动学轴线耦合的另一种双主轴牙科机床。在这些双主轴牙科机床中，每个刀具主轴具有布置在工件的相对侧上的一个或多个牙科刀具，该工件能够同时相对于牙科刀具移动，从而施加运动学轴线耦合。每个刀具主轴可分别地相对于工件以两个自由度(即轴向地和旋转地)移动。由此，与没有运动学轴线耦合的双主轴牙科机床相比，机械构造得到了简化。
在具有运动学轴线耦合的上述双主轴牙科机床中，用于同时双侧机加工的刀具路径典型地通过以下的方法来规划：在该方法中，耦合轴线(即工件)以独立于牙科修复体的目标几何结构确定的形式移动。还能够通过诸如开始/结束点和刀具路径的密度的参数来调适该形式。利用该现有技术方法生成的用于同时双侧机加工的刀具路径典型地遵循弧形或圆形路径。因此，这种现有技术方法通常减少了用于同时双侧机加工的可能刀具路径的选择。
发明内容
本发明的目的是克服以上所提及的现有技术的问题，并提供一种由计算机实施的方法，该方法用于规划自由形态刀具路径的形状，以用于具有单独自由形态目标几何结构的牙科修复体的通过使用至少双主轴牙科机床从工件的同时双侧机加工，该双主轴牙科机床具有用于可相对于刀具相对地移动的工件的运动学轴线耦合。
该目的通过如在权利要求1中限定的那样的方法和如在权利要求12中限定的那样的牙科机加工***来实现。从属权利要求的主题涉及进一步的发展。
本发明提供一种由计算机实施的方法，所述方法用于规划自由形态刀具路径的形状，以用于具有单独自由形态目标几何结构的牙科修复体的通过使用包括至少两个刀具主轴的牙科机床从工件的同时双侧机加工，每个刀具主轴具有布置在工件的不同侧上的至少一个刀具，该工件能够同时相对于刀具沿着轴线移动，并且由此施加运动学轴线耦合。该方法包括以下步骤：确定目标几何结构的变换，通过该变换，运动学轴线耦合被转换为用于两个刀具的公共耦合参数；以及取决于这些变换，生成自由形态刀具路径的形状，其中，对于被同时驱动的所有参与的刀具主轴，公共耦合参数在时间上是相同的。
本发明的主要有利效果是，它使得能够生成适形于牙科修复体的单独自由形态目标几何结构的自由形态刀具路径。本发明的另一个主要有利效果是，与现有技术相比，它使得能够生成用于同时双侧机加工的更多种类的刀具路径。本发明的另一个主要有利效果是，它使得能够以相对的刀具主轴方向进行同时双侧机加工。
根据本发明的实施例，当耦合轴线偏离参考位置超过期望的精度时，在变换中考虑牙科机床的校准。例如，当牙科机床具有制造公差时，这是有用的。类似地，当至少一个刀具主轴的运动学设置被有意地相对于另一个刀具主轴的运动学设置修改时，也在变换中考虑牙科机床的校准。例如，当刀具主轴的初始位置不彼此精确地对置，而例如***作者通过调节装置偏移时，这是有用的。
根据本发明的实施例，对于不同的刀具主轴，如果牙科机床的其他自由度相应地不同，则分开耦合轴线与牙科机床的其他自由度的混合。如果一个或多个刀具的轴线不是线性无关的，则给出混合。当牙科机床对于不同的刀具主轴具有不同的构造布置时，这种分开特别有用。
根据本发明的实施例，生成自由形态刀具路径来在工件沿着耦合轴线进给的情况下以切片方式进行机加工。可针对快速磨削并且针对精细磨削调节进给量。切片可为弧形的，使得它们适形于刀具主轴运动的几何形状。备选地，切片可为矩形形状的，使得它们适形于工件的几何形状。
根据本发明的实施例，生成自由形态刀具路径以在牙科修复体的表面上或在对于牙科修复体的表面有偏移量的情况下进行机加工。刀具路径之间的距离可为静态的或者动态可调的。由此，牙科修复体的目标几何结构可被完全机加工，或者被部分机加工并且经受后机加工以完成目标几何结构。
根据本发明的实施例，生成自由形态刀具路径以沿着余摆线路径同时进行机加工。由此，可更迅速地机加工牙科修复体，因此可更快地从工件移除材料。
根据本发明的实施例，生成自由形态刀具路径以沿着恒定水平面上的轮廓进行机加工。所述恒定水平面优选地垂直于刀具轴线。备选地，恒定水平面可优选地相对于最适形于目标几何结构的方向布置。由此，可精确地机加工目标几何结构，并且可平滑地精加工牙科修复体的表面。
根据本发明的实施例，在牙科修复体的双侧机加工期间规避了刀具主轴和所连接的机床部分之间的碰撞。可通过一种或组合的多种措施来实现碰撞规避。例如，用于同时双侧机加工的自由形态刀具路径可通过分离的机加工空间彼此分开。例如，可沿着自由形态刀具路径确定受碰撞影响区域和无碰撞区域。并且自由形态刀具路径可被同步，使得与碰撞相关的机床部分永远不会在相关联的受碰撞影响区域中同时移动。例如，可在一个或两个刀具轴线上执行沿着刀具轴线的缩回移动，以引导它们经过彼此。
本发明还提供一种牙科机加工***，其包括多主轴牙科机床，优选地包括双主轴机床。多主轴牙科机床具有至少两个刀具主轴，每个刀具主轴具有布置在工件的不同侧上的至少一个刀具，该工件能够同时相对于刀具沿着轴线移动，并且由此施加运动学轴线耦合。多主轴牙科机床还包括适于根据本发明的方法分别地控制刀具主轴的驱动的控制装置。
根据本发明的实施例，两个刀具主轴布置在工件的相对侧上。两个刀具主轴在初始位置处彼此对置。备选地，两个刀具主轴在初始位置处偏移。该偏移量可为固定量或可调量。
本发明还提供一种计算机程序，用于促使基于计算机的牙科机加工***执行本发明的方法。计算机程序具有计算机可读代码。计算机程序可被提供在牙科机加工***内部或外部的计算机可读存储装置上。牙科机加工***可具有用于执行计算机程序的CAD/CAM模块。
附图说明
在随后的描述中，将通过使用示例性实施例并参照附图来更详细地描述本发明的进一步的方面和有利的效果，其中
图1 – 是根据本发明的实施例的牙科机床的运动学的局部示意图；
图2A – 是根据本发明的实施例的牙科修复体的目标几何结构的示意性俯视图；
图2B – 是图2A的牙科修复体的示意性截面图；
图3A至图3D – 是根据本发明的实施例的用于图1的牙科机床的运动学的变换的示意图；
图4 – 是根据本发明的实施例生成的刀具路径的进程的示意图；
图5 – 是根据本发明的另一个实施例生成的刀具路径的进程的示意图；
图6A – 是根据本发明的另一个实施例的用于图2A的牙科修复体的刀具路径的分布的示意图；
图6B – 是图6A的刀具路径的分布的示意性截面图；
图7A – 是根据本发明的实施例的具有正交机床轴线(包括一个耦合轴线)的牙科机床的运动学的示意图；
图7B – 示出了用于图7A中所示的机床的非耦合轴线的路径(水平虚线/水平点线)，所述路径通过处于耦合轴线的固定位置的示例性修复体；
图7C – 根据本发明的实施例，可视化了变换到用于两个非耦合轴线的公共空间中的修复体，考虑了用于图7A中所示的运动学的轴线耦合和图7B中所示的修复体；
图7D – 根据本发明的实施例，示出了围绕修复体、用于在该图中所示的两个非耦合轴线的示例性自由形态刀具路径，其可在空间中被计算和同时机加工；
图8A – 是具有正交机床轴线(包括一个耦合轴线)的牙科机床的运动学的示意图，其中，与图7A中所示的运动学相比，非耦合轴线中的一个在其方向和位置上被有意地修改；
图8B至图8D – 根据本发明的实施例，示出了所得刀具路径、用于给定修复体的公共空间，以及所生成的用于图8A中所示的运动学的示例性自由形态刀具路径；
图9A – 是具有正交机床轴线(包括一个耦合轴线)的牙科机床的运动学的示意图，其中，与图8A中所示的运动学相比，非耦合轴线中的一个的位置被移位或修改；
图9B至图9D – 根据本发明的实施例，示出了所得刀具路径、用于给定修复体的公共空间，以及所生成的用于图9A中所示的运动学的示例性自由形态刀具路径；
图10A – 是包括一个耦合轴线(其中，耦合轴线与非耦合轴线不正交，图7A)的牙科机床的运动学的示意图；
图10B至图10D – 根据本发明的实施例，示出所得刀具路径、用于给定修复体的公共空间，以及所生成的用于图10A中所示的运动学的示例性自由形态刀具路径；
图11A – 根据本发明的实施例，是包括一个耦合轴线的牙科机床的运动学的示意图，该耦合轴线包含两个旋转的非耦合轴线，从而导致弧形的刀具路径；
图11B至图11D – 根据本发明的实施例，示出了所得刀具路径、用于给定修复体的公共空间，以及所生成的用于图11A中所示的运动学的示例性自由形态刀具路径；
图12A – 示出了在恒定水平面上的刀具路径，其中，不同水平面在不同的时间点被机加工；
图12B – 示出了在恒定水平面上的刀具路径，可从相对的位置将所述刀具路径同时机加工成图12A中所示的刀具路径，其中，每个时间点的水平面可在两侧之间变化；
图13 – 示出围绕修复体的余摆线路径，可利用不同的刀具从相反侧同时加工，其中，不同的刀具由虚线和点线指示；
图14A – 示出了在限制路径之间的最大距离的情况下所生成的用以从顶部方向覆盖示例性修复体的表面的刀具路径；
图14B – 示出了所生成的利用与用于图14A中的路径相同的方法从底部方向覆盖示例性修复体的表面的刀具路径，可同时机加工到这些路径。
附图中所示的附图标记表示如下所列的元件，并且将在随后的对示例性实施例的描述中引用：
1. 牙科修复体
2. 工件
3. 牙科机床
4. 牙科刀具
5. 固定式机座
P：自由形态刀具路径
y：工件的耦合轴线
yt：公共耦合参数
z, z´, z´´：牙科刀具轴线
x´t, x´´t：经变换的机床轴线
d´, d´´：旋转中心的偏移量
T´, T´´：变换
c´, c´´：弧形轴线
O´, O´´：旋转中心
r´, r´´：半径
t1, t2, t3, t4：时间点
δ：耦合轴线与非耦合轴线之间的角度
Δ：期望的***与实际/经修改的***之间的位置差异。
具体实施方式
图7A示出具有正交的轴线的牙科机床(3)的运动学。牙科机床(3)包括两个刀具主轴，每个刀具主轴具有牙科刀具(4)。刀具(4)布置在工件(2)的相对侧上，该工件(2)能够同时相对于刀具(4)沿着轴线(y)移动。由此，可移动工件(2)施加考虑了两个轴线(x', x'')的运动学轴线耦合，其不能在耦合轴线(y)的方向上相对于两个轴线(x', x'')独立地移动，而只能通过耦合轴线同时移动。刀具主轴相应地具有使刀具(4)旋转的刀具马达。
在图7B中，在工件(2)中可视化了示例性的“D”形牙科修复体(1)。针对耦合轴线(y)的固定位置，可能的刀具移动由虚线和点线示出，以用于图7A中所示的运动学。在工件(2)的坐标空间中，同时的刀具路径不能通过应用现有技术的方法来适于修复体(1)而使得它们遵循自由形态刀具路径。
为了创建适于修复体的自由形态刀具路径(包括耦合轴线的移动)，需要进行变换。对于两个刀具(4)来说，这被单独地执行，从而导致变换(T', T'')和图7C中所示的新坐标空间。在该经变换的空间内，根据本发明的实施例，对于公共耦合参数(yt)的任何给定位置来说，两个刀具(4)可同时到达能够由经变换的机床轴线(xt ', xt ")寻址的所有位置。在图7A中所示的这种具体情况中，变换(T', T'')描述了(x't, yt) = T'(x', y)、(x''t,yt) = T'(x'', y)与例如T'(x', y) = (x', y)T和T''(x'', y) = (x'', y + a)T的关系。
图7D中示出了用于图7B中给出的情况的围绕牙科修复体(1)的示例性自由形态刀具路径(P)：两个刀具(4)可连续地切削，并且在任何给定位置处都不需要停止或抬起。然而，两种自由形态刀具路径(P)都必须考虑耦合参数(yt)，该耦合参数(yt)在每个时间点对于两个刀具(4)都必须相同。这就是为什么图7D中的两个示例性路径都包含补偿移动(两者都在修复体的右侧)以覆盖要求两个刀具(4)覆盖整个修复体(1)的耦合参数(yt)的全部范围。这就是为什么补偿移动对于一个刀具(4)来说在耦合参数(yt)具有最小可能值的点处，而对于另一个刀具(4)的自由形态刀具路径(P)来说在耦合参数(yt)的最小可能值处结束，并且反之对于耦合参数(yt)的最大可能值来说亦然。
在图8A中，示出了与来自图7A的运动学相比不同的运动学。在这种情况下，非耦合轴线中的一个(x")被有意地倒转。因此，针对耦合轴线(y)的固定位置，刀具(4)在相同线上横跨修复体，并且修复体在图8C中所示的经变换的空间中被翻转。在该示例中的变换可例如由T'(x', y) = (x', y)T和T''(x'', y) = (-x'', y)T来描述。修复体(1)的经变换的形状覆盖用于两个刀具(4)的公共耦合参数(yt)的相同范围。与图7D中所示的设置相反，图8D中的所得自由形态路径不需要补偿移动。在该设置中，规避碰撞也可为必要的，因为两个刀具(4)可能会碰撞。
相比于来自图8A的运动学，图9A中所示的运动学略有不同。除了一些有意的修改之外，还引入了轴线位置的超过期望精度的无意差异(Δ)(诸如移位)。这可由牙科机床(3)的制造过程中的有限精度引起。在图9B中针对耦合轴线(y)的固定位置示出了所得刀具设置。将修复体(1)的形状变换到具有用于两个刀具(4)的公共耦合参数(yt)的空间中导致经翻转和以差异(Δ)移位的形状，如图9C中所可视化的那样。在该空间中创建刀具路径(P)以包围修复体形状例如导致图9D中所示的自由形态路径。这些路径(P)需要用于差异(Δ)的补偿移动(两者都在修复体的右侧)。在该示例中的变换可例如由T'(x', y) = (x', y)T和T''(x', y) = (-x'', y+ Δ)T来描述。
图10A示出了运动学，其中，耦合轴线(y)以角度(δ)倾斜，这导致非正交的***。对于耦合轴线(y)的给定位置，刀具(4)可到达以角度(δ)倾斜的线上的所有位置，如图10B中所示的那样。在该空间中，耦合轴线(y)与两个非耦合轴线(x', x")混合。因此，到使该混合分开的空间的变换例如由下式给出：
T'(x', y) = (x' cos(δ) - y sin(δ), x' sin(δ) + y cos(δ))T和
T''(x'', y) = (x'' cos(δ) - y sin(δ), x'' sin(δ) + y cos(δ) + a)T。
其中，例如a=Δ。图10C中示出了具有现在已倾斜和移位的修复体形状的所得空间。在该空间中创建的示例性自由形态刀具路径(P)在图10D中示出，其需要补偿移动(两者都在修复体的右侧处)。
与前面描述的机床相反，图11A示出了包括两个非耦合的旋转臂的运动学，所述两个非耦合的旋转臂产生具有不同半径(r', r'')的弧形轴线(c', c'')。该半径也可相同。旋转中心(O', O'')具有有意地不同的位置，这导致图11B中所示的非耦合轴线(c', c'')的显著不同的路径。旋转中心(O', O'')也可重合。旋转中心(O', O'')也可能够在径向方向上调节。导致弧形轴线(c', c'')和耦合轴线(y)的混合分开的耦合参数(yt)的变换会导致将修复体形状扭曲成弧状形状的空间。图11C中示出了这样的变换的示例性结果。这些非线性变换(x't, yt) = T'(c', y)、(x''t, yt) = T'(c'', y)由例如如图11A中所示的机床运动学给出。在图11D中示出了所得的经变形的自由形态路径(P)。为了覆盖耦合参数(yt)的整个范围，用于两个刀具(4)的路径(P)都需要补偿移动。在这种情况下，在修复体的中间的某处，移动位于右侧上，对于一个刀具来说，该侧对于该刀具来说是耦合参数(yt)的最低值，而对于另一个刀具来说，该侧位于耦合参数(yt)的最大值上。
图1示出了根据本发明的实施例的牙科机加工***的双主轴牙科机床(3)的运动学。牙科机床(3)包括两个刀具主轴，每个刀具主轴具有牙科刀具(4)。刀具(4)布置在工件(2)的相对侧上，该工件(2)能够同时相对于刀具(4)沿着轴线(y)移动。由此，可移动工件(2)对两个刀具主轴施加运动学轴线耦合。每个刀具主轴可沿着具有相应的半径(r', r")、围绕相应的旋转中心(O´,O´´)的相应弧形轴线(c', c")在每一方向上独立地移动相应的刀具(4)。刀具主轴具有相应地使刀具(4)旋转的刀具马达。相应刀具主轴的每个刀具(4)可沿着相应的牙科刀具轴线(z', z")分别地移动。工件(2)也可围绕轴线(y)旋转。旋转中心(O´,O´´)相应地以偏移量(d', d")分开，所述偏移量(d', d")可因制造公差或构造而不同。类似地，刀具主轴的半径(r', r")可能因制造公差或构造而不同。另一方面，存在沿着弧形轴线(c', c")的刀具(4)移动与沿着轴线(y)的工件(2)移动的混合，即弧形轴线(c',c")与耦合轴线(y)不线性无关。如果刀具主轴构造不同，则这种混合在两个机加工侧上不一定相同。牙科机床(3)具有控制装置，该控制装置适于根据本发明的方法分别地控制刀具主轴(包括刀具马达)的驱动，该方法将在后面的描述中进一步描述。
本发明提供一种由计算机实施的方法，该方法用于规划自由形态刀具路径(P)的形状，以用于具有单独自由形态目标几何结构的牙科修复体(1)的通过使用牙科机床(3)从工件(2)的同时双侧机加工。
图2A示出了牙科修复体(1)的目标几何结构的示意性俯视图。图2A中的目标几何结构对应于沿着牙科刀具轴线(z)与挖去的圆锥对准的截头圆锥。为了便于说明，目标几何结构保持简单。图2B示出了图2A的目标几何结构的示意性截面图。随后在描述中，将参照图2A和图2B中的目标几何结构来示出用于同时双侧机加工的刀具路径(P)。
该方法包括以下步骤：确定目标几何结构的变换(T´, T´´)，通过该变换，运动学轴线耦合被转换为用于两个刀具(4)的公共耦合参数；以及取决于这些变换(T´, T´´)生成自由形态刀具路径(P)的形状，其中，对于被同时驱动的所有参与的刀具主轴来说，公共耦合参数在时间上是相同的。
用于将耦合轴线(y)转换到用于两个刀具主轴的公共空间中的示例性变换(T´, T´´)可将刀具(4)的圆周移动(即笛卡尔坐标系中的弧形轴线(c´, c´´))映射到线上。图3A至图3D示出了根据图1的牙科机床(3)的运动学的实施例的变换(T´, T´´)的示意图。公共耦合参数对应于经变换的公共空间中可相对移动的工件(2)的耦合轴线(y)。在这些变换(T´,T´´)中必须考虑旋转中心(O´,O´´)相对于彼此的偏移量(d´, d´´)和刀具路径(P)的可能的不同半径(r´, r´´)。在图3A至图3D中针对工件(2)的耦合轴线(y)的特定倾斜度示出了该过程。如在图3A至图3D中所示的那样，牙科修复体(1)被示意性地示出在工件(2)内部。在图3A和图3B中，从图2A的底部方向示出牙科修复体(1)。在图3C和图3D中，从图2A的顶部方向示出牙科修复体(1)。用于刀具(4)沿着弧形轴线(c´)移动的自由度被示出为穿过工件(2)的实曲线。用于刀具(4)沿着弧形轴线(c´´)移动的自由度被示出为穿过工件(2)的虚曲线。由于与刀具(4)相关联的不同偏移量(d´, d´´)和半径(r,´ r´´)，所述实曲线和虚曲线可不重合。图3B和图3C示出了相应的经变换的目标几何结构。能够在耦合轴线(y)中到达的在两个机加工侧上的所有点都位于一条线上。
在实施例中，该方法还包括以下步骤：在以上所提及的变换(T´, T´´)期间，如果耦合轴线(y)与参考位置/对准的偏差(δ)(例如，如图10A中所示的那样)超过期望的精度，或者如果至少一个刀具主轴的运动学设置(由于制造过程)移位通过了例如如图9A中所示的量(Δ)或被相对于另一个刀具主轴的运动学设置有意地修改，则考虑牙科机床(3)的校准。
在实施例中，该方法还包括以下步骤：对于不同的刀具主轴，如果牙科机床(3)的其他自由度相应地不同，则分开耦合轴线(y)与牙科机床(3)的其他自由度的混合。
图4从图2的顶部方向示出了根据本发明的实施例生成的刀具路径(P)的进程的示意图。在该实施例中，生成自由形态刀具路径(P)来以弯曲切片(curved slice)方式进行机加工，其中，刀具(4)部分地沿着具有相应的半径(r´, r´´)的围绕相应的旋转中心(O´,O´´)的弧形轴线(c´, c´´)独立地移动，并且工件沿着耦合轴线(y)进给。图4将所生成的沿着刀具(4)的弧形轴线(c´, c´´)的自由形态路径(P)的进程示出为实线和虚线弯曲切片，其中，时间点t1至t4标记实线弯曲切片的进程。由于在两个机加工侧上的运动学偏差，这些自由形态路径(P)不一定重合。在该实施例中，刀具(4)在相对的方向上横穿自由形态路径(P)。备选地，它们可在相同方向上移动。尽管这种特殊形状的刀具路径(P)(如图4中所示的那样)与以参数方式计算的刀具路径相当，但这些路径的计算以不同的方式进行。本方法允许考虑修复体(1)的整个3D几何结构，例如，以局部地调适参数，例如曲折轨迹的路径距离。如果刀具(4)在相反方向上移动，则能够可选地例如通过缩回移动来执行碰撞规避，这是本发明的实施例。在这种情况下，在两个刀具碰撞前不久，所述两个刀具中的一个停止其水平移动，被在刀具轴线方向(z´或z´´)上提升到无碰撞位置，等待直到另一个刀具通过，并在缩回之前的最后一个初始点处开始机加工。
图5从图2的顶部方向示出了根据本发明的备选实施例生成的自由形态刀具路径(P)的进程的示意图。在该实施例中，自由形态刀具路径(P)被生成为以直线切片方式进行机加工，其中，刀具(4)以与工件(2)的几何形状适形的方式部分地移动，并且工件沿着耦合轴线(y)进给。图5将所生成的自由形态路径(P)的进程示出为实线和虚线直线切片，其中，时间点t1至t4标记实线直线切片的进程。由于两个机加工侧上的运动学偏差，这些自由形态路径(P)不一定重合。在该实施例中，牙科刀具(4)在相对的方向上横过自由形态路径(P)。备选地，它们可在相同方向上移动。与先前描述的弧形刀具路径相反，这些直线刀具路径能够以较小的路径长度并且因此在较短的时间内机加工具有直线形状的工件(2)。这些适应工件的刀具路径不能通过应用现有技术方法来在具有弧形刀具轴线的双主轴机床上同时加工。对于在相对的方向上移动的刀具(4)，将路径分开成无碰撞区域可用作碰撞规避，这是本发明的实施例。在这种情况下，如果整个刀具都由修复体覆盖，则横跨修复体的刀具路径的每个水平部分都是无碰撞的。来自相反侧的刀具不能与被覆盖的刀具碰撞。这就是刀具可被同步以在该无碰撞区域中经过彼此的原因。在实施例中，该方法包括规避刀具主轴和所连接的机床部分之间的碰撞的各种策略。在该实施例的变体中，在碰撞规避步骤中，自由形态刀具路径(P)由分离的机加工空间彼此分开。为了规避碰撞，图6B中的牙科修复体(1)的通过平面的简单水平分开是可能的。然而，对于其他目标几何结构来说，在多于两个的区域中利用自由形态表面的分开也可为必要的或有用的。然后，将仅用于机加工侧的自由形态刀具路径(P)生成在被分配给它们的分离的机加工空间中。在该实施例的另一种变体中，在碰撞规避步骤中，沿着自由形态刀具路径(P)确定受碰撞影响区域和无碰撞区域，并且该自由形态刀具路径(P)被同步，使得刀具主轴和与碰撞相关的机床部分永远不会在相关联的受碰撞影响区域中同时移动。受碰撞影响意味着刀具(4)或与碰撞相关的机床部分可在这些区域中发生碰撞。在该实施例的另一种变体中，在碰撞规避步骤中，在一个或两个刀具轴线(z´, z´´)上执行沿着刀具轴线(z´, z´´)的缩回移动，以引导它们经过彼此。
在实施例中，生成用于目标几何结构的自由形态刀具路径(P)，以用于预精加工或精加工。在关于邻近刀具路径(P)相对于两个刀具(4)的距离的静态或动态边界条件下，生成自由形态的刀具路径(P)以在牙科修复体(1)的表面上或附近(即，在对于牙科修复体(1)的表面有偏移量的情况下)进行机加工。自由形态刀具路径(P)以待确定的距离分布在目标几何结构的表面上或附近。可基于刀具路径(P)或刀具(4)的性质使用用于该距离的不同策略。优选的策略是，例如限制刀具路径(P)可具有的最大距离，以便保证表面的均匀覆盖。在同时的双侧机加工中，两侧优选地保持该到附近刀具路径(P)的最大距离。图6A示出了根据另一个实施例的用于图2A的目标几何结构的刀具路径(P)的分布的示意图。图6B示出了图6A的刀具路径(P)的分布的示意性截面图。图6B中的空心圆示出了机加工侧上的刀具路径(P)，该机加工侧对应于图2A中的牙科修复体(1)的顶部。实心圆示出了机加工侧上的刀具路径(P)，该机加工侧对应于图2A中的牙科修复体(1)的底部。此处利用具有预定最大距离的策略来生成刀具路径(P)。如在图6B中由虚线所示的那样，在两个机加工侧上的刀具路径(p)位置优选地尽可能彼此重叠。如图6A中所示的那样，外部粗体圆描绘了位于牙科修复体(1)的高度陡峭的外表面上的密集刀具路径(P)，它们也满足最大距离策略。在图14A中针对第一刀具(4)并且在图14B中针对第二刀具(4)以透视示出出了以这种方式利用刀具路径加工的更复杂的对象。图14A至图14B中示出的刀具路径(P)可被分开成闭合的环路，并且对于两个刀具来说，这些环路可在相同方向上或在相反方向上被同步，这与作为本发明的部分的碰撞规避有关。如果路径(P)在相同方向上同步，则刀具(4)可一直指向彼此，并且必须在刀具轴线(z´, z´´)的方向上被分开成关于进刀深度分离的区域。或者备选地，如果路径(P)在相反方向上同步，则刀具(4)仅在特定点处经过彼此。在这种情况下，必须例如确保这些点是无碰撞的。尽管这种或类似的路径策略是用于单主轴机加工的最新技术(也称为恒定交汇点路径生成(constant cusp path generation))，但利用现有技术的方法不能进行同时机加工以节省加工时间。
在实施例中，生成自由形态刀具路径(P)以相对于两个刀具轴线(z´, z´´)沿着在恒定水平面上的轮廓进行机加工。如图12A至图12B中所示的那样，自由形态刀具路径(P)在恒定的水平面上。刀具轴线(z´, z´´)的不同水平面不必在时间上同步，如由图12A中的不同时间点t1-t3所指示的那样，并且用于单主轴机床的恒定水平面刀具路径是最新技术。然而，利用现有技术的方法不能同时机加工恒定水平面的自由形态刀具路径。
根据本发明的方法，利用这些同时机加工的恒定水平面刀具路径(P)，与现有技术的方法相比，减少了机加工时间。
在实施例中，生成自由形态刀具路径(P)以沿着遵循如图13中所示那样的修复体(1)的形状的余摆线路径同时进行机加工。用于机加工的余摆线路径不能利用现有技术的方法在双主轴机床上同时机加工。余摆线路径可被确定为具有恒定的幅度或变化的幅度的叠加运动。
Claims (15)
1.一种用于规划自由形态刀具路径(P)的形状的由计算机实施的方法，所述自由形态刀具路径(P)用于具有单独自由形态目标几何结构的牙科修复体(1)的通过使用包括至少两个刀具主轴的牙科机床(3)从工件(2)的同时双侧机加工，每个所述刀具主轴具有布置在所述工件(2)的不同侧上的至少一个刀具(4)，所述工件(2)能够同时相对于所述刀具(4)沿着轴线(y)移动，并且由此施加运动学轴线耦合，其特征在于，还包括以下步骤：
确定所述目标几何结构的变换(T′,T″)，通过所述变换，所述运动学轴线耦合被转换为用于两个刀具(4)的公共耦合参数；
取决于这些变换(T′,T″)生成所述自由形态刀具路径(P)的形状，其中，对于同时驱动的所有参与的刀具主轴，所述公共耦合参数在时间上是相同的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：在以上所提及的变换(T′,T″)期间，如果所述耦合轴线(y)与参考位置/对准的偏差超过期望的精度，或者如果至少一个刀具主轴的运动学设置被相对于另一个刀具主轴的运动学设置移位或有意地修改超过期望的精度，则考虑所述牙科机床(3)的校准。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：对于不同的刀具主轴，如果所述牙科机床(3)的其他自由度相应地不同，则分开耦合轴线(y)与所述牙科机床(3)的其他自由度的混合。
4.根据前述权利要求1或2所述的方法，其特征在于，生成所述自由形态刀具路径(P)来以切片方式进行机加工，其中，所述刀具(4)部分地沿着具有相应的半径(r′,r″)的围绕相应的旋转中心(O′,O″)的弧形轴线(c′,c″)独立地移动，并且工件沿着所述耦合轴线(y)进给。
5.根据前述权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在关于邻近刀具路径(P)相对于两个刀具(4)的距离的静态或动态边界条件下，生成所述自由形态刀具路径(P)以在所述牙科修复体(1)的表面上或附近进行机加工。
6.根据前述权利要求1或2所述的方法，其特征在于，生成所述自由形态刀具路径(P)以沿着余摆线路径同时机加工。
7.根据前述权利要求1或2所述的方法，其特征在于，生成所述自由形态刀具路径(P)以相对于两个刀具轴线(z′,z″)沿着在恒定水平面上的轮廓进行机加工。
8.根据前述权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：当所述刀具主轴在相对方向上或在相同方向上移动时，规避所述刀具主轴与所连接的机床部分之间的碰撞。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在碰撞规避步骤中，所述自由形态刀具路径(P)通过分离的机加工空间彼此分开。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述碰撞规避步骤中，沿着所述自由形态刀具路径(P)确定受碰撞影响区域和无碰撞区域，并且所述自由形态刀具路径(P)被同步，使得与碰撞相关的刀具主轴和机床部分永远不会在相关联的受碰撞影响区域中同时移动。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述碰撞规避步骤中，在一个或两个刀具轴线(z′,z″)上执行沿着所述刀具轴线(z′,z″)的缩回移动，以引导它们经过彼此。
12.一种牙科机加工***，包括：
牙科机床(3)，其包括：至少两个刀具主轴，每个所述刀具主轴具有布置在工件(2)的不同侧上的至少一个刀具(4)，所述工件(2)能够同时相对于所述刀具(4)沿着轴线(y)移动，并且由此施加运动学轴线耦合；
其特征在于，还包括：
控制装置，其适于根据权利要求1至11中的任一项所述的方法步骤分别地控制所述刀具主轴的驱动。
13.根据权利要求12所述的牙科机加工***，其特征在于，所述两个主轴布置在所述工件(2)的相对侧上。
14.一种包括计算机可读代码的计算机程序，用于促使基于计算机的牙科机加工***执行根据权利要求1至11中的任一项所述的方法步骤。
15.一种包括根据权利要求14所述的计算机程序的计算机可读存储装置。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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