DE19921264C2 - Vorrichtung zum Ausrichten und Befestigen eines Objekts bezüglich eines Halters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausrichten und Befestigen eines Objekts bezüglich eines Halters. Als Objekt kommen Zähne oder Zahnreihen in Betracht, die zum Zweck der Vermessung aus einer einzigen Richtung so an dem Halter ausgerichtet und befestigt sein müssen, daß die Vermessung hinreichend genau ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird insbesondere zur Vorbereitung der optischen Vermessung von Abdrücken oder Modellen von Zahnreihen verwendet. Die durch die Vermessung gewonnenen Meßdaten werden in dentalen CAD/- CAM-Verfahren weiterverarbeitet. Hierzu ist es notwendig, die Modelle oder Abdrücke in einer Maschine zur optischen Vermessung zu befestigen. Bei einer optischen Vermessung wird stets aus einer Blickrichtung gemessen bzw. werden mehrere Vermessungen aus verschiedenen bestimmten Blickrichtungen nach­ einander vorgenommen. Es besteht ein Interesse daran, die Anzahl der Richtungen zu minimieren. Dies geschieht dadurch, daß die Vermessung aus günstigen Richtungen erfolgt. Insbesondere bei der Vermessung von Modellen präparierter Zähne zur Herstellung von Zahnersatz ist es vorteilhaft, aus der späteren Einschubrichtung des herzustellenden Zahnergänzungskörpers zu vermessen. In diesem Fall ist nur eine Vermessung des Modells ausreichend, um alle wichtigen Daten zu erhalten. Es besteht daher die Notwendigkeit, das Modell so in der Ver­ messungsmaschine zu befestigen, daß es genau aus dieser vorteilhaften Richtung vermessen werden kann.

Aus der EP 0 455 855 B1 ist ein Verfahren zur Erstellung von medizinischen, insbesondere zahnmedizinischen Prothetik-Paßkörpern bekannt, bei dem Positiv- oder Negativ-Modell erstellt wird, das Modell anschließend in einer Aufnahmeeinrichtung einer Bearbeitungsmaschine eingesetzt und mit Hilfe einer dort angeordneten Vermessungseinrichtung dreidimensional vermessen wird. Dabei ist es möglich, daß das Modell während der Vermessung gleichzeitig eine Dreh- und eine Linearbewegung ausführt, wodurch das Modell aus verschiedenen Blick­ richtungen vermessen werden kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine zuverlässige Ver­ messung selbst dann zu ermöglichen, wenn eine Drehbewegung des Objekts zum Zweck der Vermessung aus welchen Gründen auch immer nicht erwünscht oder nicht möglich ist. Dazu ist es erforderlich, daß das zur Vermessung bestimmte Objekt bezüglich des Halters zur Aufnahme in die Vermessungsvorrichtung in geeigneter Weise ausgerichtet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausrichten und Befestigen von Zähnen oder Zahnreihen oder Abdrücken oder Modellen derselben bezüglich eines Halters ist mit einer Aufnahmeöffnung für den Halter versehen, wobei zur Positionierung des Halters in der Aufnahmeöffnung Mittel zur Lagebestimmung des Halters bezüglich der Aufnahmeöffnung vorhanden sind. Der Halter ist mit einem Objekt­ träger verbunden, auf dem die Zähne oder Zahnreihen oder Abdrücke oder Modelle derselben angeordnet sind. Der Objektträger ist gegenüber dem Halter verstellbar und es sind optische Mittel zur Betrachtung des Objekts vorgesehen, die auf einer Achse senkrecht zu einer Mittelachse der Aufnahmeöffnung des Halters angeordnet sind. Um ein unbeabsichtigtes Verstellen des Objektträgers gegenüber dem Halter zu vermeiden, sind am Halter Feststellmittel für den Objektträger vorgesehen.

Mit einer derartigen Vorrichtung kann außerhalb der Vermessungsvorrichtung eine Ausrichtung des auf dem Objektträger angeordneten Objekts bezüglich des eindeutig an seiner Lage bestimmbaren Halters erfolgen, und zwar nach den für die Vermessung wichtigen Kriterien. Im Fall von Zähnen als zu vermessende Objekte, in die ein Paßkörper eingearbeitet werden soll, ist die Vermessungs­ richtung vorzugsweise die Einschubrichtung des Paßkörpers.

Vorteilhafterweise stehen die optischen Mittel auf einer Achse senkrecht zur Mittelachse des Halters, da in diesem Fall die Vermessungsvorrichtung ebenfalls derartig ausgebildet sein kann. Vorteilhafterweise ist die Achse der optischen Mittel bezogen auf den Halter dieselbe wie die Achse der Vermessung.

Falls das Objekt Aushöhlungen aufweist, so kann das Objekt so ausgerichtet werden, daß ein Vermessen der Aushöhlung möglich ist, solange keine Hinter­ schneidungen vorhanden sind.

Um ein Verkanten bei der Betrachtung des Objekts mittels der optischen Mittel zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn mindestens zwei zusammenwirkende Ausrichtungshilfen vorhanden sind.

Als Ausrichtungshilfen eignen sich insbesondere entlang der Mittelachse der optischen Mittel zueinander beabstandet angeordnete konzentrische Kreise. Selbstverständlich könnte auch hier ein Fadenkreuz oder ähnliche Ausrichtungshilfen vorgesehen werden.

Als optische Mittel kommen eine Lupe oder ein Fernrohr in Betracht, es können aber auch eine in Objektnähe angeordnete Videokamera und eine davon entfernt betriebene Anzeigeeinrichtung vorhanden sein.

Diese Feststellmittel können aus einer im Halter geführten Spannzange und einem an dem Objektträger angeordneten Kugelzapfen bestehen. Alternativ können die Feststellmittel zwei konzentrische konische Flächen umfassen, welche einerseits am Halter und andererseits am Objektträger angeordnet sind. In diesem Fall sind Verstellmittel zum Lösen und Spannen über die beiden konischen Flächen vor­ gesehen.

Vorteilhafterweise weist der Halter einen Schaft auf, innerhalb dessen Feststell­ mittel so angeordnet sind, daß sie von der der Spannstelle gegenüberliegenden Seite zugänglich sind.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Objektträger einen in seinem Durch­ messer federelastisch veränderbaren Bolzen auf, wobei der Halter mit einer Aufnahmeöffnung für den Bolzen versehen ist und der Bolzen in eingebautem Zu­ stand federelastisch bezüglich seines Durchmessers zusammengedrückt ist. Hier­ durch wird ein Reibschluß bewirkt, der ein ungewolltes Verdrehen verhindert.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und verschiedener Halter ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt die

Fig. 1 die Vorrichtung zum Ausrichten und Befestigen ohne eingebauten Halter, die

Fig. 2 eine Explosionszeichnung der Vorrichtung aus Fig. 1, die

Fig. 3 einen ersten Halter mit Objektträger, die

Fig. 4 einen zweiten Halter mit Objektträger, die

Fig. 5-7 einen dritten Objektträger ohne Halter, die

Fig. 8 eine Vorrichtung mit einer Video-Kamera und die

Fig. 9 eine Skala als Mittel zur Erkennung der gewählten Stellung des Halters.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Ausrichten und Befestigen eines Objekts bezüglich eines Halters weist ein offenes Gehäuse 1 auf, welches aus einem Bodenteil 2, einer Gehäusewand 3 und einem Objektivhalter 4 gebildet ist. In der Gehäusewand 3 ist eine Aufnahme 5 mit einer Aufnahmeöffnung 6 zur Aufnahme eines nicht dargestellten Halters angeordnet. Die Aufnahme 5 ist mit einem Mittel 7 zur Lagebestimmung des Halters bezüglich der Aufnahmeöffnung 6 in Form eines Anschlags 7 versehen, an welchem der Halter eindeutig in seiner Lage festgelegt ist.

Anstelle eines Anschlags 7 kann auch eine Skala vorgesehen sein, an welcher beispielsweise ein Zahlenwert ablesbar ist, der an eine nicht dargestellte Vermessungsvorrichtung übergeben wird.

An dem Objektivhalter 4 ist eine Lupe 8 angeordnet, durch welche hindurch in das Innere des offenen Gehäuses 1 geblickt werden kann.

Die Mittelachse, die durch die Aufnahme 5 hindurchgeht, steht senkrecht zu der optischen Achse 10 der optischen Mittel 8. Um Ablesefehler durch schräges Hineinschauen zu vermeiden, sind Ausrichtungshilfen 11 in Form von konzen­ trischen Kreisen vorgesehen.

Zur Verbesserung der Ausrichtung kann der Gehäuseboden 2 transparent sein oder als Spiegel ausgeführt sein, um so zusätzliches Licht in das Gehäuseinnere und damit auch das auszurichtende Objekt zu leiten. Dazu kann auch das gesamte Gehäuseinnere verspiegelt werden bzw. der Objektivhalter 4 auf seiner Innenseite.

In Fig. 2 sind die einzelnen Bauteile der Vorrichtung an sich dargestellt. Das Gehäuse 1 ist einteilig ausgeführt und die optischen Mittel bzw. die Lupe 8 ist in Einzelteilen gezeigt. Zu erkennen sind zwei Linsen 12, 13, die über ein Distanzstück 14 in einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet sind. Die Linsen 12, 13 sind mit Ausrichtungshilfen 11, 15 in Form von konzentrischen Kreisen versehen, welche zur Überdeckung gebracht oder zumindest konzentrisch angeordnet sein müssen, wenn die Blickachse korrekt ist. Ein Abschlußstück 16, welches auf einen Gehäusestutzen 17 aufgesteckt werden, sorgt für die feste Verbindung der einzelnen Bauteile mit dem Gehäuse 1.

In Fig. 3 ist ein erster Halter dargestellt, der über Feststellmittel einen Objekt­ träger 21 aufnehmen kann und in seiner Lage festhalten kann. Dazu ist jeweils eine konzentrische Fläche 22, 23 am Objektträger 21 bzw. Halter 20 vorgesehen, welche durch ein Verstellmittel 24 nach Art einer Mutter über die konischen Flächen verspannbar sind.

Die Mutter ist innerhalb eines Schaftes 25 des Halters 20 angebracht und durch einen Sprengring 26 unverlierbar gehalten. Die Mutter 24 weist ein Innengewinde auf, welches mit einem Außengewinde an einem Vorsprung 27 des Objektträgers zusammenwirkt. Die Mutter kann durch Verdrehen die konischen Flächen spannen oder freigeben.

Der Objektträger 21 selbst kann als Wegwerfteil aus Kunststoff gefertigt sein. Das zu vermessende Objekt wird auf den Objektträger 21 aufgeklebt und unter Sicht­ kontrolle ausgerichtet. Anschließend wird der Objektträger 21 in den Halter 20 eingesetzt. Der Halter selbst wird in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut und ist über eine Ausnehmung 28 eindeutig bezüglich seiner Position festgelegt. Die Ausnehmung 28 wirkt mit dem Vorsprung 7 (Fig. 1) zusammen. Die genaue Lage des auf dem Objektträger 21 angeordneten nicht dargestellten Objekts wird nun durch Verdrehen von Hand relativ zu dem Halter 20 so ausgerichtet, daß alle relevanten Flächen ohne zusätzliches Verdrehen des Halter optimal eingesehen werden können. Idealerweise ist bei einem in das Objekt einzufügenden Paß­ körper die Einschubrichtung des Paßkörpers mit der Blickrichtung in Über­ einstimmung gebracht, wobei die Blickrichtung die Vermessungsrichtung ist.

In Fig. 4 ist eine weitere Verbindung zwischen einem Halter 30 und einem Objektträger 31 dargestellt. Der Objektträger 31 ist mit einem Kugelzapfen 32 versehen, der mit einer im Halter 30 geführten Spannzange 33 in Eingriff bringbar ist. Die Spannzange ist gegen eine Feder 34 über ein Gewindeteil verspannbar, wozu wiederum ein Verstellmittel 36 in einem Schaft 37 vorgesehen ist.

Der in den Fig. 5-7 dargestellte Objektträger kommt ohne zusätzliche Verstellmittel aus und weist hingegen einen in seinem Durchmesser federelastisch veränderbaren Bolzen 41 auf. Der Bolzen 41 ist mit einem Längsschlitz 42 versehen, der in unmontiertem Zustand für eine Vergrößerung des Durchmessers des Bolzens 41 sorgt. Ausgrund des Schlitzes kann der Bolzen aber beim Einbau des Objektträgers 40 in einen mit einem hohlen Schaft versehenen Halter einfedern und bewirkt so durch die Federkraft eine reibschlüssige Verbindung.

Die Fig. 8 zeigt einen in der Aufnahme 5 der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordneten Objekthalter 51, auf welchen eine Video-Kamera 52 gerichtet ist. Die Video-Kamera 52 liefert ein von einer Zentraleinheit 53 ausgewertetes Signal, welches auf der Anzeigeeinheit 54 dargestellt ist. Es ist möglich, diese Video- Kamera-Anordnung auch in dem zur weiteren Behandlung des Objekts vorgesehenen Gerät anzubringen, wobei jedoch die Zugänglichkeit zur manuellen Ausrichtung gewährleistet sein muß. Der besondere Vorteil einer unabhängig handhabbaren Vorrichtung besteht darin, daß unabhängig von der gegenüber dieser Vorrichtung teureren Maschine eine Vielzahl von Objekten ausgerichtet werden kann, so daß die Umrüstzeiten minimal sind. Weiterhin ist wesentlich, daß nicht nur eine Ausrichtung des Objekts stattfindet, sondern daß auch die Befestigung des Objekts auf dem Objektträger unter Zuhilfenahme der optischen Mittel möglich ist und eine derart gute Ausrichtung schon während der Befestigung ermöglicht, so daß die anschließende Feinjustierung möglich ist.

In Fig. 9 ist ein in Fig. 3 dargestellter Halter 20 in die Aufnahme 5 eingebracht, wobei die Aufnahme 5 mit einer Skala 61 versehen ist, die mit einer auf dem Halter 20 angebrachten Markierung 62 zusammenwirkt. In der Draufsicht erkennt man weiterhin den Spannkonus 23 des Halters 20 sowie in unterbrochener Linie eingezeichnet, die Aufnahmeöffnung 6 zur Aufnahme des Halters 20. Die Skala 61 ist konzentrisch zu der Mittelachse 9, so daß ein Verdrehen des Halters 20 die Markierung 62 an der Skala 61 vorbeibewegt. Bei einem derart ausgestalteten Halter 20 ist es ausreichend, wenn der Objektträger als Wegwerfteil fest in den Halter 20 eingespannt ist und während der Ausrichtung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung und in der Vermessungsvorrichtung bezüglich des Halters nicht mehr verdreht wird. Die Ausrichtung des zu vermessenden Objekts bezüglich der Mittelachse 9 erfolgt ausschließlich über die Verdrehung des Halters 20 in der Aufnahme 5, wobei nach erfolgter Ausrichtung der von der am Halter 20 abgebrachten Markierung angezeigte Skalenwert festgestellt wird und zur Ausrichtung in der Vermessungsvorrichtung herangezogen wird. Die Vermessungsvorrichtung hat in diesem Fall ebenfalls eine Skala, so daß der Halter in derselben Lage wie in der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet werden kann. Um ein unbeabsichtigtes Verdrehen des Halters in der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem Ausrichten und vor dem Ablesen zu verhindern, können Feststellmittel vorgesehen sein, die beispielsweise als O-Ring aus einem elastischen Material ausgeführt sein können. Bei entsprechender Überdimensionierung des O-Rings wird ein ausreichender Reibschluß hergestellt, der ein unbeabsichtigtes Verdrehen verhindert, gleichwohl ein relativ müheloses Einfügen und Herausnehmen des Halters zuläßt.

Wird ein Halter 20 sowohl mit einer Skala als auch mit einem Anschlag zusammenwirkenden Gegenanschlag versehen, so ist es ausreichend, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung ausschließlich die Skala aufweist, wobei der Halter 20 dann in der Vermessungsvorrichtung mittels eines dort angeordneten Anschlags und seines Gegenanschlags in der Position eindeutig festgelegt wird und durch Eingabe des auf der Skala des Halters abgelesenen Werts in eine Steuerung der Vermessungsvorrichtung der Halter entsprechend des Werts um seine Mittelachse verdreht wird, so daß die Vermessung in derselben Richtung wie die Richtung der Ausrichtung des Objekts in der erfindungsgemäßen Vorrichtung stattfindet.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im Folgenden beschrieben. Das zu vermessende Objekt wird auf eine entsprechende Größe zugeschnitten. Dann wird der zu einer Meßeinrichtung passende Halter mit einem dazu beweglich angeordneten Objektträger, auf welches das Modell aufgelegt ist, in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt. Mittels der optischen Mittel zur Betrachtung wird das Objekt grob ausgerichtet und verklebt. Danach wird der Halter und der Objektträger wiederum unter Verwendung der optischen Mittel zueinander feinjustiert und der Objektträger wird gegenüber dem Halter fixiert. Die Feinjustage erfolgt dabei für den Fall der Vermessung einer Kavität eines Zahns zur Erstellung eines Paßkörpers so, daß die Einschubachse des Objekts in eine vordefinierte Richtung bewegt wird. Durch die Fixierung des Objektträgers gegenüber dem Halter ist es möglich, den Halter aus der erfindungsgemäßen Vor­ richtung herauszunehmen und in die Meßvorrichtung zur Vermessung positions­ gleich bezüglich der Vermessungsachse einzusetzen.

Ein wesentlicher Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der Vorrichtung zur Vorbereitung der Vermessung eines Zahns in einer kombinierten Vermessungs- und Schleifvorrichtung. Wesentlich ist hier, daß das zu vermessende Objekt und der Rohling für das zu schleifende Objekt nacheinander in derselben Aufnahmevorrichtung aufgenommen werden. Weiterhin kann die Vermessungsvorrichtung an einer ein Schleifwerkzeug tragenden Spindel angebracht sein, was im Stand der Technik bereits bekannt ist.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Ausrichten und Befestigen von Zähnen oder Zahnreihen oder Abdrücken oder Modellen derselben (Objekt) bezüglich eines Halters (20; 30) einer Vermessungsvorrichtung, bei der eine Aufnahmeöffnung (6) für den Halter (20; 30) vorgesehen ist und Mittel (7) zur Lagebestimmung des Halters (20, 30) bezüglich der Aufnahmeöffnung (6) vorhanden sind, wobei der Halter (20; 30) mit einem Objektträger (21; 31) verbunden ist, der gegenüber dem Halter (20; 30) verstellbar ist, und auf dem die Zähne oder Zahnreihen oder Abdrücke oder Modelle derselben angeordnet sind, wobei optische Mittel (8; 11-17) zur Betrachtung des Objekts vorgesehen sind, die auf einer Achse (10) senkrecht zu einer Mittelachse (9) der Aufnahmeöffnung (6) des Halters (20; 30) angeordnet sind und wobei der Halter (20; 30) Feststellmittel (23-26; 33-36) für den Objekt­ träger (21; 31) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel (8; 11-17) mindestens zwei zusammenwirkende Ausrichtungs­ hilfen (11; 15) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ richtungshilfen (11; 15) entlang der Mittelachse (10) der optischen Mittel zueinander beabstandet angeordnete konzentrische Kreise sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Mittel eine Lupe oder ein Fernrohr ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel eine in Objektnähe angeordnete Videokamera (52) und eine davon entfernt betriebene Anzeigeeinrichtung (53; 54) umfaßt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellmittel eine im Halter (30) geführte Spannzange (33) und einen an dem Objektträger (31) angeordneten Kugelzapfen (32) umfassen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellmittel zwei konzentrische konische Flächen (22; 23) umfassen, welche einerseits am Halter (20) und andererseits am Objektträger (21) angeordnet sind und daß Verstellmittel (24; 27) zum Lösen und Spannen der beiden konischen Flächen (22; 23) vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter einen Schaft (25; 37) aufweist und daß die Feststellmittel (24; 36) innerhalb des Schaftes (25; 37) angeordnet und von der dem Objektträger (21; 31) gegenüberliegenden Seite zugänglich sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektträger (40) einen in seinem Durchmesser federelastisch ver­ änderbaren Bolzen (41) aufweist und daß der Halter mit einer Aufnahme­ öffnung für den Bolzen (41) versehen ist, wobei der Bolzen (41) in eingebautem Zustand federelastisch bezüglich seines Durchmessers zusammengedrückt ist.