JP2018033587A

JP2018033587A - 加工演算プログラム、加工演算装置、及びｃａｄ／ｃａｍシステム

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Publication number: JP2018033587A
Application number: JP2016167825A
Authority: JP
Inventors: 大澤　孝也; Takaya Osawa; 孝也大澤
Original assignee: GC Corp; GC Dental Industiral Corp
Current assignee: GC Corp
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2018-03-08

Abstract

【課題】上記問題点に鑑み、加工素材データの決定を効率よく行うことができる加工演算プログラムを提供する。【解決手段】歯科補綴物（１）の形状データに基づいて使用されるべき加工素材を決定するプログラムであって、大きさ、及び／又は形状が異なる複数の加工素材の形状をデータ化した複数の加工素材データ（６０、６１、６２）を重ね合わせて表示する手順と、重ね合わされて表示された加工素材データに歯科補綴物の形状をデータ化した歯科補綴物データ（５１）を重ね合わせて表示する手順と、歯科補綴物データの全部が加工素材データの内側に含まれるかを判断する手順と、を含む。【選択図】図６

Description

本発明は歯科補綴物のための加工演算プログラム、加工演算装置、及びＣＡＤ／ＣＡＭシステムに関する。

ＮＣ（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌｍａｃｈｉｎｉｎｇ）加工機を用いて切削加工を行い、歯科用補綴物を作製する際、例えば特許文献１、非特許文献１に記載のように歯科用ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが用いられる。歯科用ＣＡＤ／ＣＡＭシステムは、支台歯等を計測して三次元形状データを取得するスキャナ、取得した三次元形状データから補綴物を設計して補綴物データを形成する設計装置（ＣＡＤ装置）、設計装置から出力された補綴物データに基づいて加工機のためのＮＣデータを計算する加工演算装置（ＣＡＭ装置）、及び加工演算装置からの指令に沿って材料を加工して歯科補綴物を作製する加工装置を備えて構成されている。これらスキャナ、設計装置、加工演算装置、及び加工装置がそれぞれ独立した状態で存在して歯科用ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが構成されたものや、これらのうち少なくとも２つの機能がひとつに融合されて構成されたものもある。

ＣＡＤ／ＣＡＭシステムのうち、加工演算装置（ＣＡＭ装置）では、設計装置から出力された歯科補綴物データに基づいて、加工が効率的に行われるように工程及び各工程で用いられる工具を演算する。

特開２００２−２２４１４２号公報

株式会社ジーシー、「ＡａｄｖａソフトＬ−ＣＡＭ使用説明書」、平成２８年４月１１日発行、２４ページ

作製される歯科補綴物は、様々な大きさ及び形状を有するため、通常は複数の形状（直方体、立法体、円柱等）や大きさの加工素材が準備され、適切な材料が都度選択される。ここで適切な材料の選択は、できるだけ無駄にならない大きさ及び形状となる観点から行われる。このような加工素材の選択は、加工演算装置で、加工素材データ内に歯科補綴物データをレイアウトすることにより行われる。

加工素材は小さいほど用いる原料が少ないことから、加工素材が小さい方が低コストになる。そのため、操作者はできるだけ小さい加工素材データに歯科補綴物データをレイアウトしようとする。

このような加工素材データのレイアウトは操作者が画面上で歯科補綴物データを回転させたり移動させたりすることで行われるが、操作者は複数準備された加工素材データのうちサイズが小さい順に当該レイアウトを行う。そして、その加工素材データに歯科補綴物データが収まらない場合は、次に大きい加工素材データを呼び出し、再びレイアウトを行う。最終的にレイアウト可能な加工素材データを得ることができるまでこの作業を繰り返すことになるため、使用する加工素材データを決定するには多くの労力と時間を要するものであった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、加工素材データの決定を効率よく行うことができる加工演算プログラムを提供することを課題とする。また、このプログラムを備える加工演算装置、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを提供する。

以下、本発明について説明する。ここでは分かり易さのため、図面に付した参照符号を括弧書きで併せて記載するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明の１つの形態は、歯科補綴物（１）の形状データに基づいて使用されるべき加工素材を決定するプログラムであって、大きさ、及び／又は形状が異なる複数の加工素材の形状をデータ化した複数の加工素材データ（６０、６１、６２）を重ね合わせて表示する手順と、重ね合わされて表示された加工素材データに歯科補綴物の形状をデータ化した歯科補綴物データ（５１）を重ね合わせて表示する手順と、歯科補綴物データの全部が加工素材データの内側に含まれるかを判断する手順と、を含む、加工演算プログラムである。

複数の加工素材データには適用に関して予め優先順位が決められていてもよい。

また、重ね合わされて表示された加工素材データ（６０、６１、６２）のうち、歯科補綴物データの全部が加工素材データの内側に含まれた加工素材データを報知する手順をさらに含むように構成してもよい。

歯科補綴物の形状データを受信する受信手段（３５）と、上記の加工演算プログラムを記憶した記憶手段（３４）と、受信手段により受信した形状データに基づいて、加工演算プログラムを演算する演算手段（３２）と、演算手段による結果を出力する出力装置（３８）と、を備える、加工演算装置（３０）を提供することができる。

また、三次元形状データを生成する三次元データ読み取り装置（１０）と、三次元形状データに基づいて歯科補綴物の形状データを作成する設計装置（２０）と、設計装置が作成した歯科補綴物の形状データを受信して歯科補綴物の加工手順を演算する上記加工演算装置（３０）と、加工演算装置による加工手順に従って加工をする加工装置（４０）とを備える、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム（５０）を提供することができる。

本発明によれば、材料に対してモデルが飛び出す部位があるか否かが判断されて報知されるので、材料の選択を迅速に行うことができるため、時間と労力を削減できる。

歯科補綴物１の構造を説明する図である。ＣＡＤ／ＣＡＭシステム５０を概念的に示すブロック図である。加工演算装置３０の構造を概念的に示すブロック図である。歯科補綴物の製造方法Ｓ１の流れを示す図である。ＮＣデータの作成過程Ｓ３０の流れを示す図である。図６（ａ）は加工素材データへの配置及び決定の過程を説明する１つの図、図６（ｂ）は加工素材データへの配置及び決定の過程を説明する他の視点からの図である。

本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。

はじめに、作製の対象となる歯科補綴物の一例について説明する。図１に保持突起２が付いた歯科補綴物１の外観を模式的に示した。図１（ａ）が平面視、図１（ｂ）が正面視の歯科補綴物１である。
歯科補綴物１はいわゆるクラウンと呼ばれる歯科補綴物の一種であり、全体として容器状に形成されている。従って外面１ａ及び内面１ｂを有している。図１（ａ）、図１（ｂ）では内面１ｂを破線で透視して表している。この容器状であるクラウンを例えば治療した歯牙の上からかぶせることにより治療部位を覆って保護する。
歯科補綴物１はこのように歯牙の咬合面を被覆するように配置されるので、歯科補綴部物１にも咬合面を形成する必要があり、ここには歯牙の裂溝に対応するように歯科補綴物１の裂溝１ｃが存在する。
このように、歯科補綴物１は、その外形が複雑であり、その形は歯の部位や適用する人によって大きく異なる。

ここで、加工時には、その外面１ａの一部から加工装置４０（図２参照）に掴まれ、該加工装置４０に保持するための部位である保持突起２を有している。なお、この保持突起２は最終的に除外されて歯科補綴物１となる。

次に、１つの形態のＣＡＤ／ＣＡＭシステムについて説明する。図２は１つの形態を説明する図で、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム５０（以下、「システム５０」と記載することがある。）の構成を概念的に示したブロック図である。システム５０は、三次元データ読み取り装置１０、設計装置２０、加工演算装置３０、加工装置４０を備えて構成されている。

三次元データ読み取り装置１０は、歯科補綴物１を適用する対象となる歯牙、又はこれを模した支台歯模型等の三次元形状データを生成するものである。これにより歯牙の形状を三次元データ化する。三次元データ読み取り装置１０は公知のものを用いることができ、例えばプローブを接触させて計測する接触式のスキャナや、レーザや光を用いて計測する非接触式のスキャナがある。

設計装置２０は、三次元データ読み取り装置１０で得た三次元形状データを取り込み、該三次元形状データに対応した歯科補綴物の形状データを設計する手段である。例えば取得した三次元形状データに基づき、候補となる歯科補綴物の原型データをデータベースから選択し、選択した原型データを三次元形状データに適合するように変更することが挙げられる。このような設計装置２０としてはＣＡＤ装置を挙げることができ、公知のものを用いることができる。

加工演算装置３０は、設計装置２０で設計した歯科補綴物の形状データ、加工機に備えられる工具の種類やその形態のデータ、実際に加工する材料のデータ等から、準備されている複数の加工素材から選ばれた１つの加工素材に基づいて、加工機が歯科補綴物を作製するための加工動作を指示するＮＣデータを生成し、加工装置４０へ送信する手段である。また、本形態の加工演算装置３０では後述するように、加工素材の選択を効率よく行う演算をするように構成されている。このような加工演算装置３０としては例えばＣＡＭ装置等を挙げることができる。

図３は、加工演算装置３０に含まれる構成を概念的に表したブロック図である。加工演算装置３０は、演算装置３１、入力装置３７及び出力装置３８を有している。そして演算装置３１は、演算手段３２、ＲＡＭ３３、記憶手段３４、受信手段３５、及び出力手段３６を備えている。また、入力装置３７にはキーボード３７ａ、マウス３７ｂ、記憶媒体の１つとして機能する外部記憶装置３７ｃ、及び通信装置３７ｄが含まれている。

演算手段３２は、いわゆるＣＰＵ（中央演算子）により構成されており、上記した各構成部材に接続され、これらを制御することができる手段である。また、記憶媒体として機能する記憶手段３４等に記憶された各種データベース３４ｂから選択しつつ、プログラム３４ａを実行し、これに基づいて後で説明する演算や各種データの生成を行う手段としても機能する。演算の内容については後で説明するが、加工の手順演算、工具の選択演算、加工条件の演算、加工素材の選択のための演算等を挙げることができ、生成されるデータとしては加工装置４０への指令であるＮＣデータを挙げることが可能である。

ＲＡＭ３３は、演算手段３２の作業領域や一時的なデータの記憶手段として機能する構成部材である。ＲＡＭ３３は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、フラッシュメモリ等で構成することができ、公知のＲＡＭと同様である。

記憶手段３４は、上記したような演算、及び生成されるべきデータを得るための根拠となる各種プログラム３４ａやデータベース３４ｂが保存される記憶媒体として機能する構成部材である。ここで、プログラムの１つとして加工素材選択のための演算プログラムを挙げることができ、データベース３４ｂの１つとして形状、大きさの異なる複数の加工素材形状データを挙げることができる。
また記憶手段３４には、プログラムの実行により得られたＮＣデータ等、中間、最終の各種結果を保存することができてもよい。

受信手段３５は、外部からの情報を演算装置３２に適切に取り入れるための機能を有する構成部材であり、入力手段３７が接続される。いわゆる入力ポート、入力コネクタ等もこれに含まれる。

出力手段３６は、得られた結果のうち外部に出力すべき情報を適切に外部に出力する機能を有する構成部材であり、通信装置３８ａや表示装置３８ｂ等の出力装置がここに接続される。いわゆる出力ポート、出力コネクタ等もこれに含まれる。

入力装置３７には、例えばキーボード３７ａ、マウス３７ｂ、外部記憶装置３７ｃ、及び通信装置３７ｄ等が含まれる。キーボード３７ａ、マウス３７ｂは公知のものを用いることができ、説明は省略する。
外部記憶装置３７ｃは、公知の外部接続可能な記憶手段であり、記憶媒体としても機能する。ここには特に限定されることなく、必要とされる各種プログラム、データを記憶させておくことができる。例えば上記した記憶手段３４と同様のプログラムやプログラムの実行により得られたＮＣデータ等がここに記憶されていても良い。外部記憶装置３２ｃとしては、公知の装置を用いることができる。これには例えばＣＤ−ＲＯＭ及びＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤ及びＤＶＤドライブ、ハードディスク、各種メモリ等を挙げることができる。
通信装置３７ｄは、他の機器から直接受信手段３５にデータを送信する手段である。例えば設計装置２０から歯科補綴物の形状データを直接受信手段３５に送信することを挙げることができる。

出力装置３８には、例えば通信装置３８ａ、及び表示装置３８ｂ等が含まれる。
通信装置３８ａは、他の機器へ得られたデータを送信する手段である。例えば加工装置４０に加工手順データを送信することを挙げることができる。
表示装置３８ｂは、各場面の演算結果、各種機能の選択等が表示される装置である。操作者は表示装置３８ｂを参照しながら入力装置３７を操作して演算装置３１を機能させることができる。このような表示装置３８ｂとしては公知の表示装置を適用することができ、これには例えばモニタ等を挙げることができる。

このような加工演算装置３０には例えばコンピュータを挙げることができる。コンピュータ本体には通常、演算装置３１に相当する各機器が具備されており、これに入力装置３７、及び出力装置３８を接続することができるようにも構成されている。

図２に戻って加工装置４０について説明する。加工装置４０は、加工演算装置３０で生成された加工装置の動作指示のデータであるＮＣデータを受け取り、該ＮＣデータに従って、加工素材を抽出し、加工素材に対して加工を実行することで加工素材から歯科補綴物を作製するものである。このような加工装置は公知のＮＣ工作機械を挙げることができる。

以上のような加工演算装置３０を含むシステム５０によれば、後述するように用いるべき加工素材を効率よく得ることができる。

なお、本形態では図２に示したように歯科用ＣＡＤ／ＣＡＭシステム５０を構成する三次元データ読み取り装置１０、設計装置２０、加工演算装置３０、及び加工装置４０はそれぞれが独立した形態であるが、必ずしもその必要はなく、これら歯科用ＣＡＤ／ＣＡＭシステムをなす複数の構成物の持つ機能が一体化された構成であってもよい。又は、所定の機能を分離させて別の装置として加えられてもよい。

次に、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム５０を用いて、歯科補綴物の製造方法Ｓ１について説明する。ここではわかりやすさのためＣＡＤ／ＣＡＭシステム５０を用いた例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、以下の趣旨を含む方法を可能とするものであれば他のシステムよって歯科補綴物が製造されてもよい。また、この説明により各装置で行うべき演算等がさらに理解される。

歯科補綴物１の製造方法Ｓ１（以下、「製造方法Ｓ１」と記載することがある。）の流れを図４に示した。製造方法Ｓ１は、三次元形状データ作成過程Ｓ１０、歯科補綴物の形状データ作成過程Ｓ２０、ＮＣデータの作成過程Ｓ３０、加工過程Ｓ４０を含んでいる。以下に各過程について説明する。

三次元形状データ作成過程Ｓ１０（「過程Ｓ１０」と記載することがある。）は、三次元データ読み取り装置１０等を用いて、支台歯模型等の三次元形状データを作成する過程である。このような三次元形状データの作成は公知の方法を用いることができる。

歯科補綴物の形状データ作成過程Ｓ２０（「過程Ｓ２０」と記載することがある。）は、過程Ｓ１０で得た三次元形状データを取得し、これに基づいて設計装置２０を用いて、歯科補綴物の形状データを作成する過程である。
このような歯科補綴物の形状データの作成は、公知のＣＡＤ等の設計装置を用いて通常行われる方法により行うことができる。

ＮＣデータの作成過程Ｓ３０（「過程Ｓ３０」と記載することがある。）は、過程Ｓ２０で作成した歯科補綴物の形状データ、データベース３４ｂに記憶された、加工素材の形状データ、加工装置４０に備えられる工具の種類やその形態のデータ等から、適する加工素材を選択するとともに、加工装置が歯科補綴物を作製するための加工動作を指示するＮＣデータを演算して作成する過程である。すなわち、得られた歯科補綴物の三次元形状から、上記記憶手段３４等に記憶されていたプログラム３４ａで規定された手順、及びデータベース３４ｂに基づいて演算手段４３がＮＣデータを演算して作成する。さらに具体的には演算手段３２等により次のように行われる。図５に過程Ｓ３０の流れを示した。

過程Ｓ３０は、歯科補綴物の形状データ読み込み過程Ｓ３１、加工素材データへの配置及び決定の過程Ｓ３２、ＮＣデータ計算過程Ｓ３３、及びＮＣデータ出力過程Ｓ３４を含んで構成される。

歯科補綴物の形状データ読み込み過程Ｓ３１（「過程Ｓ３１」と記載することがある。）は、過程Ｓ２０で作成された歯科補綴物の形状データをＣＡＭ装置等の加工演算装置３０に読み込む過程である。本形態では、図３に表れた通信手段３７ｄからの受信、あるいは外部記憶装置３７ｃを介して、受信手段３５から形状データが加工演算装置３０に読み込まれる。

加工素材データへの配置及び決定過程Ｓ３２（「過程Ｓ３２」と記載することがある。）は、加工演算装置３０の記憶手段３４のデータベース３４ｂに予め記憶させておき表示させた加工素材データ上に、取得した歯科補綴物の形状データを表示して配置し、用いる素材を決定する過程である。このとき、歯科補綴物の形状データは移動や回転等により加工素材内にレイアウトされるが次のように行われる。

加工素材は、歯科補綴物を形成する材質からなる直方体、立方体、及び、円柱等の形状を有するブロック状である。このような直方体、立方体、及び、円柱に保持突起２（図１参照）が配置されている形態のものもある。従って、加工素材データもこの形状に沿ったものとなる。ここでは１つの例として異なる３つの大きさの直方体である加工素材が準備されているものとし、これにデータベース３４ｂにはこの３つの加工素材に対応した加工素材データが記憶されているものとする。

図６には保持突起データ５２が具備された歯科補綴物データ５１、及び第一加工素材データ６０、第二加工素材データ６１、及び第三加工素材データ６２が表示装置３８ｂに表れた場面を示した図である。図６（ａ）は咬合面側から見た図である。図６（ｂ）は側面から見た図である。図６（ａ）、図６（ｂ）では、歯科補綴物データ５１、保持突起データ５２は点線で示している。

このように、過程Ｓ３２では、形状や大きさが異なる少なくとも２つの複数の加工素材データが重ねられるように同時に表示され、ここに１つの歯科補綴物データ、必要に応じて保持突起データも併せて重ねられる。これにより、複数の加工素材データへの歯科補綴物データの収まりを同時に確認することができ、効率よく使用する加工素材データの選択をすることが可能である。その際、操作者は歯科補綴物データの移動や回転をすることにより、配置姿勢を変更することができるように構成されていることが好ましい。また、このときには歯科補綴物データ、保持突起データが加工素材データに収まっているか否かをプログラムにより演算し、その結果を表示装置３８ｂに表示するように構成されていてもよい。
本例では、第一加工素材データ６０、第二加工素材データ６１、及び第三加工素材データ６２の３つの加工素材データが重ねて表示され、ここに歯科補綴物データ５１、及び保持突起データ５２が合わせて表示されている。そして、第一加工素材データ６０、及び第二加工素材データ６１については、歯科補綴物データ５１及び保持突起データ５２が収まらないが、第三加工素材データ６２については、歯科補綴物データ５１及び保持突起データ５２が収まる様子が表現されている。

複数の加工素材データを重ねて表示する態様は、特に限定されることはないが、その中心線が揃うように配置してもよいし、平面視、正面視、及び側面視のいずれかでその辺の少なくとも１つが揃うように配置してもよい。

歯科補綴物データ、及び加工素材データの表示態様は特に限定されることなく、ワイヤー表示などのエッジのみ表示する手法や、半透明表示する手法など，公知の三次元グラフィック技術を用いることができる。

同時に表示された第一加工素材データ６０、第二加工素材データ６１、第三加工素材データ６２、歯科補綴物データ５１、及び保持突起データ５２の位置関係をプログラムに基づいた演算により認定し、歯科補綴物データ５１、保持突起データ５２が各加工素材データに収まるものと収まらないものを判断することもできる。そして、歯科補綴物データ５１と保持突起データ５２が収まる加工素材データが複数あった時には、予め決めておいた優先順位に従って優先順位の高い加工素材データが選択される。優先度は例えば体積が小さい順とすることができる。

このようにして選択された加工素材データは他の加工素材データと視覚的に判別できるように色を変えて表示されることもできる。例えば，選択された加工素材データのみを色を変えて目立つ配色にしたり、選択された加工素材データ以外の加工素データを目立たな色や非表示としたりすることができる。

また、各サイズの加工素材データには予め名称が決められており、上記のようにして決定された加工素材データの名称を表装置３８ｂ上に表示することもできる。このように、選択された加工素材データは、グラフィック表示だけでなく、文字による表現方法によっても操作者に報知するように構成してもよい。

図５に戻って説明を続ける。ＮＣデータ計算過程Ｓ３３（「過程Ｓ３３」と記載することがある。）は、ここまでに設定した条件や、加工演算装置３０の記憶手段３４に具備されたデータベース３４ｂに記憶されている工具情報、加工情報等のデータをもとに加工装置４０の加工動作をＮＣデータとして演算する過程である。

ＮＣデータ出力過程Ｓ３４（「過程Ｓ３４」と記載することがある。）は、過程Ｓ３３によって計算されたＮＣデータを出力する過程である。加工演算装置３０と加工装置４０とが別構成の場合は、ＮＣデータを介して加工演算装置３０によって計算された加工動作を加工装置４０に伝達する。伝達方法は、ＮＣデータを加工装置４０に通信や記憶媒体等を利用して送信する方法がある。一方、加工演算装置３０と加工装置４０とが一体構成の場合等には、加工演算装置３０と加工装置４０との間でのメモリ間の通信等で済むこともある。

図４に戻って加工過程Ｓ４０について説明する。加工過程Ｓ４０では、選択された加工素材データによる加工素材を用いて過程Ｓ３０により作成されたＮＣデータに従って加工をする。

以上説明した、加工演算装置３０、これを含むＣＡＤ／ＣＡＭシステム５０、加工演算装置のためのプログラムによれば、従来のようにひとつひとつ個別に加工素材データと歯科補綴物データとのレイアウトの繰り返しをする必要がなく、効率よく使用すべき加工素材を選択することができ、時間及び労力の削減をすることが可能となる。

１歯科補綴物
１０三次元データ読み取り装置
２０設計装置
３０加工演算装置
３１演算装置
３７入力装置
３８出力装置

Claims

歯科補綴物の形状データに基づいて使用されるべき加工素材を決定するプログラムであって、
大きさ、及び／又は形状が異なる複数の前記加工素材の形状をデータ化した複数の加工素材データを重ね合わせて表示する手順と、
重ね合わされて表示された前記加工素材データに前記歯科補綴物の形状をデータ化した歯科補綴物データを重ね合わせて表示する手順と、
前記歯科補綴物データの全部が前記加工素材データの内側に含まれるかを判断する手順と、
を含む、
加工演算プログラム。
複数の前記加工素材データには適用に関して予め優先順位が決められている請求項１に記載の加工演算プログラム。
重ね合わされて表示された前記加工素材データのうち、前記歯科補綴物データの全部が前記加工素材データの内側に含まれた前記加工素材データを報知する手順をさらに含む請求項１又は２に記載の加工演算プログラム。
歯科補綴物の形状データを受信する受信手段と、
請求項１乃至３のいずれかに記載の加工演算プログラムを記憶した記憶手段と、
前記受信手段により受信した前記形状データに基づいて、前記加工演算プログラムを演算する演算手段と、
前記演算手段による演算結果を出力する出力装置と、を備える、加工演算装置。
三次元形状データを生成する三次元データ読み取り装置と、
前記三次元形状データに基づいて歯科補綴物の形状データを作成する設計装置と、
前記設計装置が作成した前記歯科補綴物の形状データを受信して歯科補綴物の加工手順を演算する請求項４に記載の加工演算装置と、
前記加工演算装置による加工手順に従って加工をする加工装置と、を備える、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム。