KR20190117069A

KR20190117069A - 가공장치에 대한 가공 보정값을 제공하는 동기화용 플레이트

Info

Publication number: KR20190117069A
Application number: KR1020180040128A
Authority: KR
Inventors: 이태경
Original assignee: 이태경
Priority date: 2018-04-06
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2019-10-16

Abstract

개시되는 발명은 가공장치에 대한 가공 보정값을 제공하는 동기화용 플레이트에 관한 것으로서, 구강 모형이 고정되는 상면 및 수치제어로 구동하는 가공장치에 대해 체결하여 고정하는 기기 고정요소가 형성된 저면을 포함하는 평판형 몸체; 및 상기 가공장치가 구멍 가공을 할 수 있도록 상기 평판형 몸체의 상면 상의 사전에 정해진 지점에 돌출되게 구비되는 적어도 하나 이상의 보정 마커 생성부;를 포함한다.

Description

가공장치에 대한 가공 보정값을 제공하는 동기화용 플레이트{Synchronization plate having a function of machining calibration}

본 발명은 다관절 로봇 암과 같은 영점 보정이 필요한 가공장치에 사용하기에 최적화된 동기화용 플레이트에 관한 것이다.

임플란트(implant)란 결손 치아 부분의 치조골에 생체적합성이 우수한 특수재료(주로 티타늄이나 티타늄 합금, 또는 도재)로 만들어진 인공치근(픽스쳐)을 이식하여 치조골 조직과 융합시켜 고정하고, 이후 인공치근 위에 인공치아를 형성함으로써 본래 자신의 치아와 거의 같은 감각을 가지고 일상생활을 영위할 수 있도록 하는 치과학상의 외과 시술 또는 이와 같이 시술된 인공치아 자체를 통칭하는 것이다.

이러한 임플란트는 틀니나 브리지 등을 이용한 시술 방법과 비교할 때, 시술이 필요한 치아를 제외한 주변의 치아에 손상을 주지 않고, 수명이 길며, 자연치에 매우 유사하다는 등의 장점이 있고, 더욱이 근래에는 시술비용이 많이 낮아져 더욱 각광받고 있다.

이러한 임플란트의 시술방법에 대하여 간략히 설명한다면, 먼저 환자의 치은(잇몸)을 절개하여 치조골을 노출시키고, 노출된 치조골 상에 임플란트를 삽입할 위치를 결정한 후 드릴과 같은 천공 도구를 사용하여 치조골의 일부분을 제거함으로써 임플란트를 식립할 구멍을 형성하게 된다. 그리고, 치조골에 형성된 구멍에 픽스쳐(fixture)를 식립하고 치은을 덮은 후 적당한 기간을 기다려 픽스쳐와 치조골이 충분히 융합되도록 하고, 이후 단단히 고정된 픽스쳐를 노출시키고 그 위에 어버트먼트(지대주)와 인공치아(크라운)를 장착함으로써 임플란트 시술이 완료된다. 여기서, 임플란트 술식에 따라서는 치조골에 식립된 픽스쳐 위에 힐링 어버트먼트를 설치함으로써, 치은을 일단 봉합하고 나중에 다시 절개하는 시술을 생략하기도 한다.

한편, 임플란트 시술시 생역학적(biomechanical), 조직학적, 기능적, 심미적으로 우수하게 인공치근을 식립하기 위해서는 정확한 위치와 방향, 깊이로 천공작업이 이루어져야 하는데, 이를 위해 가이드 템플릿(guide template)이라고 불리는 외과용 가이드(surgical guide)를 사용하는 경우가 많다.

이러한 가이드 템플릿을 만들기 위해서는 본(本)이 되는 구강 모형을 먼저 준비해야 한다. 전통적으로는 인상재(印象材)를 이용하여 피시술자의 상악(上顎) 및/또는 하악(下顎)의 음형을 획득한 후 이 음형에 석고를 부어 피시술자의 상악 및/또는 하악의 형상을 본뜬 석고 모형을 제작하게 되며, 최근에는 3차원 영상 데이터를 기반으로 하여 쾌속 조형기나 3D 프린터 등으로 모형을 바로 제작하기도 한다.

준비된 구강 모형 위에는 임플란트 시술이 필요한 치아 결손 부위가 그대로 전사되어 있는데, 그 위에 임플란트 시술계획에 맞춰 구멍을 뚫고, 천공용 드릴의 진행 방향과 깊이를 유도하기 위한 부싱(bushing)을 분리 가능하게 고정시키게 된다.

그리고, 고정된 부싱과 최소한 그 주변의 몇 개 치아 또는 치은 조직을 감싸도록 경화성 수지를 도포하여 경화시키거나, 또는 열을 받아 유연해진 열가소성 필름을 진공을 이용하여 밀착시킨 후 식혀서 경화시키고, 이후 부싱을 임시 고정시킨 부재를 탈거하고 구강 모형으로부터 경화된 수지물을 빼내면, 임플란트 천공용 드릴을 유도하는 부싱이 장착된 가이드 템플릿이 완성된다.

'특허문헌 1'은 본 출원인이 등록받았던 초기의 가이드 템플릿에 관한 발명이고, '특허문헌 2'는 진공 성형 방식을 이용하여 열가소성 필름을 적층한 구조로 만들어지는 개선된 가이드 템플릿에 관한 발명이다. 그리고, '특허문헌 3'은 컴퓨터 프로그램을 이용하여 수립된 임플란트 시술 계획에 맞춰 구강 모형 위에 정확하게 구멍을 뚫을 수 있도록 하기 위한 좌표 동기화용 플레이트이며, '특허문헌 4'는 동기화된 좌표정보에 따라 구강 모형에 구멍을 뚫는 다관절 로봇 암으로서, 본 출원인은 이 밖에도 가이드 템플릿과 관련된 많은 발명을 출원하고 등록받았다.

가이드 템플릿을 제작할 때 가장 중요한 점은 준비된 구강 모형 위에 전산상으로 수립된 임플란트 시술계획에 맞춰 정확한 위치와 각도로 구멍을 뚫어야 한다는 것이다. 이 구멍의 위치는 임플란트의 인공치아(크라운)가 배치될 지점이고, 또한 구멍의 크기와 각도, 깊이는 전문의가 해부학적으로 픽스쳐를 고정하기에 최적이라고 진단한 임플란트 시술계획의 핵심 사항이다. 따라서, 임플란트 시술계획대로 구강 모형에 정확히 구멍을 가공하지 못한다면 가이드 템플릿을 이용한 정밀유도 임플란트 시술은 기대할 수 없게 된다.

정확한 구멍 가공을 위해 수치제어가 가능한 가공장치를 사용한다 하더라도 먼저 해결해야 할 과제가 있다. 이는 컴퓨터 프로그램상에 디지털 데이터로 저장된 가공 계획의 좌표 정보와 현실세계에 있는 가공장치의 좌표 정보를 동기화시켜야 한다는 것이다. 양자의 좌표계가 동기화되지 않으면, 즉 가공 계획이 수립된 가상 공간상의 좌표계와 실제 가공장치의 좌표계가 사전에 정해진 어떤 좌표 관계에 있는 것으로 일률적으로 결정될 수 없으면, 전산상으로 수립된 임플란트 시술계획대로 구멍을 가공한다는 것은 불가능하다고 할 수 있다.

특허문헌 3의 발명이 바로 이러한 좌표 동기화의 과제를 해결하기 위해 만들어낸 일종의 매개체인 좌표 동기화용 플레이트에 관한 것이다. 다만, 동기화용 플레이트는 이종 좌표계의 동기화를 가능케 하는 기준점을 제공하기는 하지만, 이것만으로 문제가 해결되지는 않는다. 동기화용 플레이트로 구강 모델과 가공 계획이 수립된 가상 공간상의 좌표계의 좌표를 동기화시키는 것과 함께, 실제 가공장치의 좌표계에 대한 3차원 관계 또한 수립해야 한다.

이와 같은 구강 모델, 가공 계획이 수립된 가상 공간상의 좌표계, 실제 가공장치의 좌표계 사이의 3차원 관계를 간단히 정리하기 위해, 본 출원인은 한국특허출원 제10-2017-0119316호의 '로봇 암 설치용 베이스 플레이트(2017.09.18 출원, 미공개)'를 출원하였다.

위와 같은 많은 연구 끝에 가이드 템플릿을 이용한 임플란트 정밀유도 수술법은 최상으로 완성되었는데, 실제 현장에서 몇몇 해결할 문제점이 발견되었다. 그 중 임플란트 정밀유도 수술법의 정밀도(설정목표 ±0.5㎜ 이하의 오차정밀도)에 가장 큰 영향을 미치는 것으로서, 다관절 로봇 암의 영점이 틀어지는 것이 문제로 대두하였다. 다관절 로봇 암의 정밀도는 자세 정밀도와 반복 정밀도로 구분할 수 있는데, 자세 정밀도는 가공 목표로 했던 좌표에 대해 얼마나 정확하게 추종하는지의 절대 오차에 관한 것이라면, 반복 정밀도는 반복되는 동일한 동작 사이에 나타나는 상대 오차에 관한 것이라 할 수 있다. 실제 적용하고 있는 다관절 로봇 암의 반복 정밀도는 ±1/100㎜ 이하이기 때문에 문제가 되지 않는데, 자세 정밀도는 ±0.5㎜ 이하로서 상대적으로 훨씬 크고 그 오차 자체가 설정목표로 삼은 오차정밀도에 육박하기 때문에 자세 정밀도를 개선해야만 한다.

자세 정밀도는 다관절 로봇 암의 영점좌표가 재현되지 않는다는 것에 기인하는데, 특히 다관절 로봇 암은 회전 운동과 틸팅 운동이 조합되어 복잡한 6 자유도 운동을 할 수 있는 반면 각 관절이 따로따로 움직일 수 있어서 영점 보정의 기준이 될 수 있는 고정된 하나의 일관된 자세를 하드웨어적으로 재현하기 곤란하고 소프트웨어적인 계산만으로 해결하기도 어려운 문제가 있다.

따라서, 다관절 로봇 암의 자세 정밀도의 오차에 의한 가공 오차를 보상할 효과적인 방안을 시급히 마련해야 한다.

한국등록특허 제10-1039287호 (2011.05.31 등록) 한국등록특허 제10-1807829호 (2017.12.05 등록) 한국등록특허 제10-1353335호 (2014.01.10 등록) 한국등록특허 제10-1845488호 (2018.03.29 등록)

본 발명은 다관절 로봇 암의 영점좌표가 재현되지 않아 발생하는 자세 정밀도의 오차를 보정함으로써 최종 가공 오차를 목표 범위 이내로 관리할 수 있는 효과적인 방안을 마련하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 구강 모형이 고정되는 상면 및 수치제어로 구동하는 가공장치에 대해 체결하여 고정하는 기기 고정요소가 형성된 저면을 포함하는 평판형 몸체; 및 상기 가공장치가 구멍 가공을 할 수 있도록 상기 평판형 몸체의 상면 상의 사전에 정해진 지점에 돌출되게 구비되는 적어도 하나 이상의 보정 마커 생성부;를 포함하는 동기화용 플레이트를 제공한다.

상기 기기 고정요소는 세 개의 구멍이고, 상기 기기 고정요소는 제1 좌표 마커로서도 기능할 수 있다.

실시형태에 따라서는, 상기 평판형 몸체의 저면에는 링 형태의 제1 홈과, 상기 제1 홈에 대해 이격 배치된 원통 형태의 제2 홈으로 이루어진 제2 좌표 마커가 형성될 수 있다.

상기 제1 홈은 상기 기기 고정요소를 둘러싸도록 배치될 수 있다.

그리고, 상기 평판형 몸체는 직선 형태의 제1 둘레와 말굽 모양을 이루는 곡선 형태의 제2 둘레가 서로 연결된 외형을 가지고, 상기 원통 형태의 제2 홈은 상기 제1 및 제2 둘레가 연결된 모서리 영역에 배치될 수 있다.

그리고, 상기 보정 마커 생성부는 제1 둘레의 중간에 한 개가 구비되는 한편 상기 제2 둘레에 두 개가 구비되어, 세 개의 보정 마커 생성부가 삼각형의 꼭지점을 이루도록 배치될 수 있다.

이때, 상기 제2 둘레에 구비되는 두 개의 보정 마커 생성부는 제1 둘레의 중간에 구비되는 보정 마커 생성부에 대해 대칭을 이루게 배치되고, 이에 따라 상기 삼각형은 이등변 삼각형 또는 정삼각형을 이루는 것도 가능하다.

상기 보정 마커 생성부는 원기둥 형태일 수 있다.

그리고, 상기 가공장치가 상기 보정 마커 생성부에 가공한 구멍에 끼워지는 보정 마커용 막대를 더 포함할 수 있고, 상기 보정 마커용 막대와 보정 마커 생성부는 CT 스캐닝 장치로 촬영했을 때 흑화도가 구별되는 서로 다른 소재로 각각 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.

예를 들어, 상기 보정 마커 생성부는 합성 수지 소재이고, 상기 보정 마커용 막대는 금속 소재일 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 평판형 몸체의 둘레를 따라 세워지는 벽 부재를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 보정 마커 생성부는 상기 벽 부재와 중첩되게 배치될 수 있다.

한편, 본 발명은 가공장치에 대한 가공 보정값을 결정하는 방법으로서, 구강 모형이 고정되는 상면 및 수치제어로 구동하는 가공장치에 대해 체결하여 고정하는 것과 함께 제1 좌표 마커로서도 기능하는 기기 고정요소가 형성된 저면을 포함하는 평판형 몸체와, 상기 가공장치가 구멍 가공을 할 수 있도록 상기 평판형 몸체의 상면 상의 사전에 정해진 지점에 돌출되게 구비되는 적어도 하나 이상의 보정 마커 생성부를 포함하는 동기화용 플레이트를 준비하는 단계;와, 상기 동기화용 플레이트를 상기 가공장치에 대해 상기 기기 고정요소를 이용하여 정해진 자세로 고정하고, 상기 가공장치를 구동하여 상기 보정 마커 생성부에 대해 사전에 정해진 가공좌표로 구멍을 가공하는 단계;와, 상기 보정 마커 생성부의 구멍에 보정 마커용 막대를 끼우고, 상기 동기화용 플레이트의 상면에 구강 모형을 고정한 상태로 3차원 스캐닝을 하는 단계;와, 상기 3차원 스캐닝 데이터로부터 상기 구강 모형, 상기 보정 마커용 막대 및 상기 제1 좌표 마커의 이미지를 취득하는 단계;와, 상기 제1 좌표 마커의 이미지로부터 원점좌표를 생성하고, 상기 보정 마커용 막대의 이미지로부터 상기 가공좌표에 대응하는 보정 기준점을 추출하며, 상기 보정 기준점을 상기 원점좌표에 대한 보정점으로 변환하는 단계; 및 상기 가공좌표에 대한 상기 보정점의 편차를 좌표값 별로 계산하고, 상기 편차를 각 좌표값에 대한 가공 보정값으로 결정하는 단계;를 포함하는 가공 보정값의 결정 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 동기화용 플레이트를 사용하면 수치제어로 운전되는 각종 가공장치, 얘를 들어 다관절 로봇 암의 하드웨어 상의 영점좌표와 소프트웨어 상의 영점좌표를 일치시킴으로써 최종 가공 오차를 목표 범위 이내로 관리할 수 있다.

특히, 본 발명은 현재 가공장치의 영점 오차를 동기화용 플레이트 상에 실제로 반영하고 이에 기초하여 가공 오차를 보정하기 때문에, 가공장치의 영점 상태가 무작위적으로 변하더라도 항상 균일한 수준으로 가공 오차를 관리하는 것이 가능하다.

도 1은 구강 모형을 가공할 수 있는 6 자유도 다관절 로봇 암의 일례를 보여주는 도면.
도 2는 본 출원인이 개발했던 동기화용 플레이트의 상면(a) 및 저면(b)을 도시한 도면.
도 3은 도 2의 동기화용 플레이트에 결합하는 구강 모형의 저면을 도시한 도면.
도 4는 로봇 암 설치용 베이스 플레이트를 중심으로 하여 다관절 로봇 암과 동기화용 플레이트, 구강 모형 사이의 기하학적 연결관계를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 동기화용 플레이트의 상면을 도시한 사시도.
도 6은 도 5의 동기화용 플레이트에 대한 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 7은 도 5의 동기화용 플레이트의 저면을 도시한 사시도.
도 8은 도 7의 동기화용 플레이트에 대한 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 9는 도 5의 동기화용 플레이트에 보정 마커용 막대가 끼워진 상태를 도시한 도면.
도 10은 도 9의 동기화용 플레이트에 구강 모형이 고정된 상태를 도시한 도면.
도 11은 벽 부재가 형성된 동기화용 플레이트의 실시형태를 도시한 도면.
도 12는 링 형태의 제1 홈과 원통 형태의 제2 홈으로 이루어진 제2 좌표 마커를 이용하여 3차원 좌표계를 결정하는 개념을 도시한 도면.
도 13은 가공장치에 대한 가공 보정값을 결정하는 일련의 단계를 도시한 순서도.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 개재되어 간접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 동기화용 플레이트를 정확히 이해하기 위해서는 구강 모델, 가공 계획이 수립된 가상 공간상의 좌표계, 실제 가공장치의 좌표계 사이의 3차원 관계를 동기화하는 장치 및 그 원리에 대한 이해가 선행되는 것이 바람직하므로, 먼저 본 출원인의 선행특허인 한국특허출원 제10-2017-0119316호의 '로봇 암 설치용 베이스 플레이트'에 대한 내용을 간략히 정리하여 소개하기로 한다.

도 1은 가이드 템플릿을 제조하기 위하여 구강 모형(300)에 대해 전산상으로 수립된 임플란트 시술계획대로 구멍을 가공하는 수치 제어가 가능한 다관절 로봇 암(100)(이하, "로봇 암"이라 함)의 일례를 도시한 도면이다.

도시된 로봇 암(100)은 베이스(110)로부터 작업구(170) 말단까지가 순차적으로 "회전-틸팅-틸팅-회전-틸팅-회전(R-T-T-R-T-R)" 운동을 구현하도록 베이스(110)로부터 제4 암(150) 말단의 작업단(160)까지 상호 관절로 연결되어 6 자유도 운동이 가능하다. 여기서 "회전"이란 서로 연결된 암 사이의 거리 변화는 없이 축을 중심으로 하여 360° 회전을 하는 운동을 의미하며, "틸팅"이란 서로 연결된 암이 관절 부위에서 회동운동을 함으로써 암 사이의 각도가 일정 범위 안에서 변할 수 있는 운동을 의미한다.

로봇 암(100)의 가장 말단에 위치하는 작업단(160)에 장착되는 작업구(170)는 대표적으로는 드릴 비트이며, 구멍 가공을 위한 절삭공구인 드릴 비트를 구동하여 구강 모형(300) 상에 구멍을 가공한다. 물론, 작업구(170)로서 드릴 비트 이외에 밀링 커터 등을 장착하여 다양한 가공을 수행하는 것도 가능하다.

도 2는 동기화용 플레이트(200)의 일 실시형태를 도시한 것으로서, 동기화용 플레이트(200)는 구강 모형(300)과 가공 계획이 수립된 가상 공간상의 좌표계를 동기화시키기 위한 매개물이다. 동기화용 플레이트(200)의 상세한 내용은 '특허문헌 3'을 참조할 수 있다. 간략히 설명한다면 동기화용 플레이트(200)의 평판형 몸체(210) 위에는 세 개의 작은 원통형 돌기가 형성되어 있다. 이 세 개의 원통형 돌기는 구강 모형(300)을 고정하는 대상물 고정요소(220)이자 기준 좌표계를 설정하기 위한 마커의 역할을 한다.

공간 기하학적으로 3축 좌표계를 결정하기 위해서는 하나의 기준 평면과 그 기준 평면의 방향을 결정하는 하나의 기준점이 있으면 충분하다. 하나의 기준 평면으로 두 개의 직교하는 좌표축(예를 들어, X축과 Y축)을 설정하고, 기준점으로 이 두 개의 좌표축에 직교하는 나머지 좌표축(Z축)을 결정하면 세 개 좌표축 및 그 원점이 결정된다. 동기화용 플레이트(200) 상의 세 개의 대상물 고정요소(220) 또는 기기 고정요소(230) 각각에 대한 중심을 하나의 원주 위에 놓인 세 개의 점으로 설정하면, 상기 원주를 표현하는 원(圓)은 하나로 정해진다. 즉, 이 원이 이루는 평면과 중심이 바로 하나의 기준 평면과 기준점이 되며, 이로써 동기화용 플레이트(200)의 좌표계가 하나로 결정된다. 원에 내접하는 다각형 형태로부터도 하나의 원을 추출할 수 있다는 점에서 원통형 대신 다각형 돌기나 홈을 적용할 수 있음은 '특허문헌 3'에 이미 개시되어 있는 바와 같다.

도 3은 동기화용 플레이트(200) 상에 고정되는 구강 모형(300)의 일례를 도시하고 있다. 구강 모형(300)의 평평한 저면에는 동기화용 플레이트(200)의 세 개의 대상물 고정요소(220)에 대응하는 구멍(310)이 형성되어 있다. 구강 모형(300)은 제작될 때 동기화용 플레이트(200)를 베이스로 하여 만들어지는데, 이에 따라 그 저면에 세 개의 대상물 고정요소(220)에 대응하는 구멍(310)이 처음부터 마련된다.

이 구강 모형(300)을 3D 스캐닝한 이미지 데이터를 바탕으로 하여 전산상으로 임플란트 시술계획이 수립되는데, 이 스캐닝 데이터에는 당연히 세 개의 구멍(310) 형상이 포함되어 있다. 즉, 이는 스캐닝 데이터에 포함된 구강 모형(300)의 좌표 데이터에 대해서는 동일한 원리로서 세 개의 구멍(310)에 의해 결정된 원 평면을 기준으로 하여 하나의 공간 좌표계가 결정될 수 있음을 의미한다.

결국, 동기화용 플레이트(200)를 매개물로 함으로써, 본질적으로 서로 무관했던 전산상의 임플란트 시술계획용 프로그램 자체의 좌표계와 구강 모형(300)의 좌표계가 하나로 동기화된다.

도 4는 로봇 암 설치용 베이스 플레이트(400)를 기준으로 하여 로봇 암(100)과 동기화용 플레이트(200), 그리고 구강 모형(300)이 배치되는 전체적인 구성을 도시하고 있다. 좌표 동기화의 관점에서 로봇 암 설치용 베이스 플레이트(400)의 역할에 대해 설명하면 다음과 같다.

로봇 암 설치용 베이스 플레이트(400)는 크게 나누어 로봇 암 고정부(410), 플레이트 장착부(420), 그리고 연결부(430)를 포함한다. 로봇 암 설치용 베이스 플레이트(400)를 기준으로 할 때, 로봇 암 고정부(410)에 마련된 체결 구멍(411)을 통해 로봇 암(100)이 견고하게 고정 설치된다. 로봇 암 고정부(410)는 연결부(430)에 의해 플레이트 장착부(420)에 연결되는데, 연결부(430)는 로봇 암 고정부(410)와 플레이트 장착부(420) 사이의 기하학적 위치 관계를 사전에 정해진 하나의 위치 관계로 고정시킨다. 그리고, 플레이트 장착부(420)에는 전술한 동기화용 플레이트(200)가 분리 가능하게 장착된다.

이러한 배치관계에 의하면, 우선 로봇 암(100)은 체결 구멍(411)에 의해 로봇 암 설치용 베이스 플레이트(400) 상의 정해진 위치로 설치되고, 로봇 암 고정부(410)와 플레이트 장착부(420) 사이의 기하학적 위치 관계는 연결부(430)에 의해 하나로 고정되며, 동기화용 플레이트(200)는 그 저면에 구비된 기기 고정요소(230)와 플레이트 장착부(420) 상면의 결합요소(421) 사이의 체결에 의해 일정한 위치와 방향으로 장착된다. 이는 곧 로봇 암(100)에 대한, 더욱 구체적으로는 로봇 암(100) 말단의 작업구(170)에 대한 동기화용 플레이트(200)의 3차원적인 위치관계가 일률적으로 결정된다는 것을 의미한다.

또한, 구강 모형(300)은 그 저면에 마련된 세 개의 구멍(310)이 동기화용 플레이트(200)의 대상물 고정요소(220)에 끼워지고, 이 구강 모형(300)을 3D 스캐닝한 이미지 데이터에 포함된 세 개의 구멍(310) 형상으로부터 결정되는 구강 모형(300)의 공간 좌표계는 전산상의 임플란트 시술계획용 프로그램이 파악할 수 있다. 즉, 전산상으로 수립된 임플란트 시술계획에 대한 좌표 데이터(천공 가공 데이터)는 구강 모형(300)의 공간 좌표계로 이식될 수 있다.

결국, 전산상으로 수립된 임플란트 시술계획에 대한 좌표 데이터는 구강 모형(300), 동기화용 플레이트(200), 플레이트 장착부(420), 연결부(430), 로봇 암 고정부(410), 로봇 암(100)으로 연결되는 논리적 순서로 동기화될 수 있으며, 따라서 로봇 암(100)을 수치 제어하여 전산상으로 수립된 임플란트 시술계획대로 정확하게 구강 모형(300)을 가공하는 것이 가능해진다.

정리하면, 동기화용 플레이트(200)가 전산상으로 수립된 임플란트 시술계획에 대한 좌표 데이터를 구강 모형(300)에 대해 동기화시키는 매개물이라면, 로봇 암 설치용 베이스 플레이트(400)는 동기화용 플레이트(200)와 로봇 암(100)의 좌표계를 서로 동기화시키는 매개물에 해당한다고 정의할 수 있다.

도 5 이하에서는 본 발명에 따른 동기화용 플레이트(1000)에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 동기화용 플레이트(1000)는 전술한 도 2의 동기화용 플레이트(200)와 마찬가지로 전산상으로 수립된 임플란트 시술계획에 대한 좌표 데이터를 구강 모형(300)에 대해 동기화하는 매개물 역학을 하는 동시에, 다관절 로봇 암(100)의 영점좌표가 재현되지 않아 발생하는 자세 정밀도의 오차를 보정하기 위한 매개물의 기능을 함께 수행하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명은 다관절 로봇 암(100)과 같은 영점 보정이 필요한 가공장치에 사용하기에 최적화된 동기화용 플레이트(1000)라 말할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시형태를 설명함에 있어 기준 좌표계를 설정하기 위한 마커의 구성도 개선된 부분이 있어 약간의 차이가 있지만 개념 자체는 동일하다. 따라서, 본 발명에서 기준 좌표계를 설정하기 위한 마커의 원리 내지 개념에 대한 설명은 중복되지 않는 한도 내에서 이전과의 차이점을 중심으로 설명하고, 주된 내용으로는 다관절 로봇 암(100)의 가공 오차를 보정하기 위한 매개물로서의 동기화용 플레이트(1000)에 대해 서술하기로 한다.

도 5 및 도 7은 각각 본 발명의 일 실시형태에 따른 동기화용 플레이트(1000)의 상면(1110)과 저면(1120)을 각각 도시한 사시도로서, 이를 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 동기화용 플레이트(1000)는 구강 모형(300)이 고정되는 상면(1110)과, 수치제어로 구동하는 가공장치에 대해 체결하여 고정하는 기기 고정요소(1150)가 형성된 저면(1120)을 포함하는 평판형 몸체(1100)를 포함한다는 점에서, 도 2를 참조하여 설명했던 종래의 동기화용 플레이트(200)와 유사하다.

그렇지만, 본 발명의 동기화용 플레이트(1000)는 가공장치가 구멍 가공을 할 수 있도록 평판형 몸체(1100)의 상면(1110) 상에 돌출되어 있는 보정 마커 생성부(1200)가 적어도 하나 이상 구비되어 있다는 점에 큰 차이가 있다. 보정 마커 생성부(1200)는 평판형 몸체(1100)의 정해진 지점에 위치한다. 기기 고정요소(1150)에 대한 보정 마커 생성부(1200)의 상대적 위치가 고정되어 있기 때문에, 보정 마커 생성부(1200)에 대해 구멍을 뚫을 가공좌표는 변하지 않는다.

보정 마커 생성부(1200)는 가공장치에 대한 가공 보정값을 결정하기 위해 마련된 것으로서, 종래의 동기화용 플레이트(200)에는 없는 본 발명만의 독특한 구성이다. 본 발명의 동기화용 플레이트(1000)를 이해하는데에는 보정 마커 생성부(1200)를 이용하여 어떻게 가공 보정값을 얻을 수 있는지에 대한 개략적인 이해가 선행되는 것이 바람직하므로, 먼저 그 방법론적인 내용에 대해 설명한다(도 13 참조).

우선, 보정 마커 생성부(1200)를 구비한 동기화용 플레이트(1000)를 준비한다. 동기화용 플레이트(1000)의 저면(1120)에 형성된 기기 고정요소(1150)는 3개의 구멍 내지 홈으로서 도 4에 도시된 것처럼 가공장치에 대해 정해진 위치와 자세로 동기화용 플레이트(1000)를 장착하는 요소로 사용되고, 또한 동기화용 플레이트(1000)에 대한 3차원 좌표계를 설정하기 위한 제1 좌표 마커(1150)로서도 사용될 수 있다. 3개의 구멍 요소로부터 하나의 3차원 좌표계를 결정할 수 있는 원리에 대해서는 전술한 바와 같다.

준비된 동기화용 플레이트(1000)를 가공장치에 대해 기기 고정요소(1150)를 이용하여 정해진 자세로 고정하고, 가공장치를 구동하여 보정 마커 생성부(1200)에 대해 사전에 정해진 가공좌표로 구멍을 가공한다. 가공장치는 수치제어로 운전되는데, 가공좌표는 보정 마커 생성부(1200) 상의 일 지점으로서 가공된 구멍 바닥의 중심점이 가공좌표에 대응한다. 따라서, 가공장치의 하드웨어 상의 영점좌표와 소프트웨어의 영점좌표가 일치하지 않으면, 입력된 가공좌표와 실제 구멍 바닥의 중심점 사이에는 그 오차만큼의 불일치가 발생할 것이다. 즉, 보정 마커 생성부(1200)에 가공된 구멍은 그 자체로서 가공장치의 영점좌표의 현 상태를 반영한다.

구멍 가공이 끝나면, 보정 마커 생성부(1200)의 구멍에 보정 마커용 막대(1400)를 끼우고, 동기화용 플레이트(1000)의 상면(1110)에 구강 모형(300)을 고정한 상태로 3차원 스캐닝을 한다. 3차원 스캐닝은 광학식 스캐닝과 CT 스캐닝 등 다양한 방식이 사용될 수 있으며, 보정 마커용 막대(1400)는 보정 마커 생성부(1200)에 뚫린 구멍의 형태를 좀더 명확하게 스캐닝 이미지 상에 표시하기 위한 보조기구이다. 여기서, 동기화용 플레이트(1000)에 구강 모형(300)을 고정하는 시점은 3차원 스캐닝을 하기 이전의 어떤 단계에서 해도 무방하다. 예를 들어, 동기화용 플레이트(1000)에 구강 모형(300)을 고정한 후 보정 마커 생성부(1200)에 구멍 가공을 해도 좋고, 상기 구멍 가공이 끝난 후에 구강 모형(300)을 고정해도 좋다. 심지어는 3D 프린터를 사용할 경우, 동기화용 플레이트(1000)와 구강 모형(300)을 일괄 성형하여 일체로 만들 수도 있을 것이다.

다만, 3차원 스캐닝을 한 시점부터는 구강 모형(300)의 고정 상태가 변해서는 안 된다. 이는 동기화용 플레이트(1000) 상의 모든 스캐닝 데이터는 단일한 3차원 좌표계가 적용되기 때문에, 구강 모형(300)의 고정 상태가 변하면 3차원 스캐닝한 구강 모형(300)의 데이터가 쓸모 없어지기 때문이다. 따라서, 작업의 편의성과 데이터의 신뢰성(재현 정밀성)을 위해, 동기화용 플레이트(1000)와 구강 모형(300)은 고정된 이후에는 분리하지 않고 사용하는 것이 추천된다.

다음으로, 컴퓨터 프로그램을 이용하여 3차원 스캐닝 데이터로부터 구강 모형(300), 보정 마커용 막대(1400) 및 제1 좌표 마커(기기 고정요소, 1150)의 이미지를 취득한다.

이에 따라, 제1 좌표 마커(1150)의 이미지로부터는 동기화용 플레이트(1000)의 3차원 좌표계에 대한 원점좌표를 생성하고, 보정 마커용 막대(1400)의 이미지로부터 가공좌표에 대응하는 보정 기준점(구멍 바닥면의 중심점)을 추출하며, 상기 보정 기준점을 원점좌표에 대한 보정점으로 변환할 수 있게 된다. 한편, 가공좌표는 설계된 동기화용 플레이트(1000)의 원점좌표에 대한 좌표값으로 이미 표현되어 있다. 다시 말해, 가공좌표는 처음부터 동기화용 플레이트(1000)의 3차원 좌표계를 따르고 있으며, 스캐닝 이미지로부터 추출된 원점좌표를 기준으로 변환된 보정점 역시 동기화용 플레이트(1000)의 3차원 좌표계로 동기화되었으므로, 가공좌표와 보정점은 3차원 좌표계가 동일해졌기 때문에 상호 비교하는 것이 가능하고 의미가 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 보정 마커 생성부(1200)에 가공된 구멍, 즉 보정점은 가공장치의 기계적 영점좌표의 현 상태를 반영하고 있고, 가공좌표는 본래의 이상적인 소프트웨어적 원점좌표를 기준으로 하여 설정된 것이다. 따라서, 가공좌표에 대한 보정점의 편차는 현재 가공장치의 하드웨어적 영점좌표의 틀어짐을 나타내므로, 가공좌표에 대한 보정점의 편차를 좌표값 별로 계산(예컨대, x좌표는 x좌표끼리, y좌표는 y좌표끼리 차분을 구함)하고, 계산된 각 좌표값 편차를 각 좌표값에 대한 가공 보정값으로 결정함으로써 현재 가공장치의 기계적 영점좌표를 보정하는 것이 가능해진다.

따라서, 계산 및 결정된 가공 보정값을 가공장치에 소프트웨어적으로 적용하면 이후 구강 모형(300)에 대한 가공은 가공 오차가 거의 없이 정확하게 수행될 수 있다. 가공 보정값을 구하는 것은 구강 모형(300)을 가공할 때마다 매번 수행할 수도 있고, 또는 일정 주기로 간헐적으로 수행하는 것도 가능하다. 보통은 가공장치의 전원이 계속 켜져 있는 동안에는 가공 보정값을 반복하여 구할 필요는 거의 없다.

구강 모형(300)에 대한 가공은 3차원 스캐닝 데이터로부터 구강 모형(300), 보정 마커용 막대(1400) 및 제1 좌표 마커(1150)의 이미지를 취득하는 컴퓨터 프로그램상의 동일한 공간 좌표계에서 수립된 임플란트 시술 계획에 따른 가공인 것을 일례로 들 수 있지만, 본 발명은 이 외에도 수치제어 가공장치, 예컨대 다관절 로봇 암의 가공 오차를 보정하는 일반적인 방법으로도 활용가능하다. 즉, 구강 모형(300)에 대한 가공을 염두에 두지 않고 보정 마커 생성부(1200) 상의 보정점과 소프트웨어 상의 이상적인 가공좌표를 일치시키는 작업만을 진행하여 가공 오차를 보정하는 것도 가능하다.

이상의 설명을 통해 본 발명의 동기화용 플레이트(1000)에 포함된 보정 마커 생성부(1200)의 역할에 대해 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 이어서, 본 발명의 동기화용 플레이트(1000)에 대해 상세히 설명하며, 방법론상의 기타 중요한 구성에 대해서는 동기화용 플레이트(1000)의 설명 이후에 서술하기로 한다.

평판형 몸체(1100)의 저면(1120)에 형성된 기기 고정요소(1150)는 세 개의 구멍 내지는 홈으로 이루어져 있다. 세 개의 구멍으로 이루어진 이유는 전술한 종래 동기화용 플레이트(200)의 세 개의 대상물 고정요소(220)와 같다. 따라서, 세 개의 구멍으로 이루어진 기기 고정요소(1150)는 제1 좌표 마커로서도 기능할 수 있다. 여기서, 본 발명의 동기화용 플레이트(1000)는 상면(1110)의 대상물 고정요소(1155)를 필수적으로 구비할 필요는 없는 것으로 하였다. 이는 저면(1120)의 기기 고정요소(1150)가 세 개의 구멍으로 이루어져 있기 때문에, 굳이 상면(1110)의 대상물 고정요소(1155)를 갖추어야 3차원 좌표계를 추출할 수 있는 것은 아니기 때문이다. 그렇지만, 도 6의 실시형태처럼, 본 발명이 구강 모형(300)을 좀더 견고하게 잡아주기 위한 대상물 고정요소(1155)의 형성을 배제하는 것은 아니다. 기본적으로 구강 모형(300)을 평판형 몸체(1100)의 상면(1110)에 고정할 때 석고와 같은 경화성 소재를 이용하며, 대상물 고정요소(1155)는 보조적인 지지 기능을 갖는다.

평판형 몸체(1100) 저면(1120)의 기기 고정요소(1150)가 제1 좌표 마커로서 사용될 수 있지만, 본 발명은 좀더 정확하게 동기화용 플레이트(1000)의 3차원 좌표계를 추출하도록 설계된 제2 좌표 마커(1160)를 더 포함할 수도 있다. 동기화용 플레이트(1000)의 3차원 좌표계는 좌표 마커의 이미지 데이터를 이용하여 결정됨은 이미 설명한 바와 같다. 따라서, 좌표 마커의 이미지가 크면 클수록 좀더 정확하게 3차원 좌표계를 계산할 수 있지만, 동기화용 플레이트(1000)의 크기 상 세 개의 기기 고정요소(1150)를 더 크고 더 멀리 배치하는 것에는 한계가 있다. 이를 개선하기 위한 것이 제2 좌표 마커(1160)로서, 도 8의 동기화용 플레이트(1000)의 저면 사시도에 도시되어 있다.

제2 좌표 마커(1160)는 링 형태의 제1 홈(1162)과, 제1 홈(1162)에 대해 이격 배치된 원통 형태의 제2 홈(1164)으로 이루어져 있다. 도 12는 링 형태의 제1 홈(1162)과 원통 형태의 제2 홈(1164)으로 이루어진 제2 좌표 마커(1160)를 이용하여 3차원 좌표계를 결정하는 개념이 도시되어 있다.

먼저, 크기가 상당히 큰 링 형태의 제1 홈(1162)은 두 개의 직교좌표축을 포함하는 평면과 그 원점(O)을 추출하기 위해 사용된다. 링 형태는 동심을 이루는 두 개의 원으로 이루어져 있으므로, 어느 한 원(바람직하게는, 더 큰 바깥 원)의 이미지에서 세 개 이상의 점을 추출하고, 이 추출된 복수의 점은 단일한 원주 상에 위치하는 하나의 원을 결정한다. 이 원을 포함하는 평면이 두 개의 직교좌표축(예를 들어, X축 및 Y축)을 포함하는 평면이며, 그 원의 중심은 두 개 직교좌표축의 원점(O)이 된다. 물론 나머지 하나의 좌표축(Z축)은 원의 중심을 지나면서 원 평면에 수직한 축으로 자동으로 결정된다.

다만, 링 형태의 제1 홈(1162)의 이미지로부터는 3차원 좌표축의 방향까지 결정하지는 못한다. 예컨대, 제1 홈(1162)에는 원 평면에 포함된 두 개 직교좌표축인 X축과 Y축의 방향을 결정할 요소가 없기 때문에, X축과 Y축은 Z축을 중심으로 어느 방향이라도 향할 수 있다. 이 X축과 Y축의 방향성을 결정하기 위한 요소가 바로 제2 홈(1164)이다. 제2 홈(1164)의 원형 이미지로부터 제2 홈(1164)의 중심(O')을 추출할 수 있으며, 제1 홈(1162)과 제2 홈(1164)의 깊이는 같기 때문에 각 홈의 중심(O, O')은 동일 평면상에 놓인다. 그리고, 제1 홈(1162)의 중심(O)과 제2 홈(1164)의 중심(O')을 연결하는 직선은 하나로 결정된다. 따라서, 제1 홈(1162)의 중심(O)과 제2 홈(1164)의 중심(O')을 연결하는 직선을 기준으로 원 평면에 포함된 두 개 직교좌표축의 방향을 하나로 정해서 고정하면, 예를 들어 제1 홈(1162)과 제2 홈(1164)의 각 중심(O, O')을 연결하는 직선에 X축 또는 Y축을 일치시키거나 또는 제1 홈(1162)의 원점(O)을 지나는 정해진 각도의 직선을 일치시킴으로써 3차원 좌표계를 완전히 결정할 수 있다.

그리고, 제1 홈(1162)과 제2 홈(1164)의 각 이미지로부터 추출된 중심(O, O')은 3차원 스캐닝 상의 오차와 이미지 해상도 등의 영향으로 동일 평면상에 놓이지 않을 수도 있다. 이 경우에는 제1 홈(1162)의 중심(O)과 제2 홈(1164)의 중심(O')을 연결하는 직선을 제1 홈(1162)의 평면 위에 투영한 정사영을 기준으로 사용하면 된다. 이는 제1 홈(1162)의 중심(O)과 제2 홈(1164)의 중심(O')을 연결하는 직선은 단지 3차원 좌표계의 방향을 결정하기 위한 기준일 뿐이지 좌표값 자체에 영향을 미치는 요소는 아니기 때문이다.

링 형태의 제1 홈(1162)은 크기가 상당히 크기 때문에 그 안쪽의 공간에 기기 고정요소(1150)를 배치하는 것이 가능하다. 또 하나 제1 홈(1162)을 링 형태로 만드는 것의 이점이 있는데, 링 형태는 두 개의 원이 동심을 이루는 형상이므로, 각 원에 대해 평면과 중심을 구한 후 산술평균을 함으로써 제1 홈(1162)의 이미지 데이터로부터 더욱 정밀하게 3차원 좌표계를 추출할 수 있다는 것이다. 참고로, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 세 개의 보정 마커 생성부(1200) 저면을 이용하여 별도의 기기 고정요소를 마련하는 것도 가능하며, 2 종류의 기기 고정요소를 준비해놓음으로써 종류가 다른 가공장치나 3차원 스캐닝 장치에 대응할 수 있다. 따라서, 도시된 기기 고정요소(1150)는 반드시 링 형태의 제1 홈(1162) 안에 배치되는 것으로 한정될 필요는 없다.

그리고, 도 5 내지 도 9에 도시된 것과 같이, 평판형 몸체(1100)는 구강 모형(300)의 치열궁 형태와 유사하게 만듦으로써 구강 모형(300)의 고정 방향을 통일하면서 콤팩트한 사이즈를 구현하고, 형태적 통일성에 의한 심미감을 도모할 수 있다. 즉, 도시된 평판형 몸체(1100)의 실시형태는 직선 형태의 제1 둘레(1130)와 말굽 모양을 이루는 곡선 형태의 제2 둘레(1140)가 서로 연결된 외형을 가지는 것으로 특정할 수 있다. 이러한 말굽형 평판형 몸체(1100)에 있어서, 원통 형태의 제2 홈(1164)은 제1 및 제2 둘레(1140)가 연결된 모서리 영역에 배치되는 것이 적절하다. 이는 제1 홈(1162)과 제2 홈(1164)의 각 중심이 되도록 멀리 위치하는 것이 3차원 좌표계의 방향을 결정하는 직선을 추출함에 있어 오차를 줄이는데 유리하기 때문이다.

한편, 보정 마커 생성부(1200)는 전술한 것처럼 가공장치의 하드웨어 상의 현재 영점좌표 상태를 반영할 수 있는 구멍 가공을 위해 마련된 것으로서, 복수 개가 구비되면 가공된 각 구멍의 보정점을 산술평균하여 정확도를 높일 수 있다. 도시된 본 발명의 실시예에 따르면 보정 마커 생성부(1200)는 세 개가 구비되는데, 이 경우 세 개의 보정 마커 생성부(1200)는 제1 둘레(1130)의 중간에 한 개가 구비되는 한편 제2 둘레(1140)에 두 개가 구비되어, 전체적으로 세 개의 보정 마커 생성부(1200)가 삼각형의 꼭지점을 이루도록 배치될 수 있다. 이는 복수의 보정 마커 생성부(1200)가 구강 모형(300)을 가능한 크게 둘러쌈으로써 산술평균되는 보정점이 구강 모형(300)의 어느 일부분에 편중되지 않고 넓은 영역을 대표하는 평균이 될 수 있도록 하기 위한 것이다.

또한, 제2 둘레(1140)에 구비되는 두 개의 보정 마커 생성부(1200)는 제1 둘레(1130)의 중간에 구비되는 보정 마커 생성부(1200)에 대해 대칭을 이루게 배치되고, 이에 따라 이등변 삼각형 또는 정삼각형을 이루도록 하는 것도 바람직할 수 있다. 이는 대칭선을 기준으로 나뉘는 구강 모형(300)의 좌우 부분을 균등히 분할하여 보정점을 추출하는 것이 좀더 좋은 평균값을 얻는데 도움이 되기 때문이다.

보정 마커 생성부(1200)는 구멍 가공에 대응하는 원기둥 형태일 수 있으며, 원기둥 안에 뚫린 구멍의 동심 상태는 육안으로 관찰했을 때 가공장치의 영점 상태를 가늠하는데 도움이 된다.

그리고, 본 발명은 보정 마커 생성부(1200)의 가공된 구멍에 끼워지는 보정 마커용 막대(1400)를 더 포함할 수 있다. 앞선 설명과 같이, 보정 마커용 막대(1400)는 보정 마커 생성부(1200)에 뚫린 구멍의 형태를 좀더 명확하게 스캐닝 이미지 상에 표시하기 위한 보조기구이다. 특히, CT 스캐닝을 할 경우를 고려하여, 보정 마커용 막대(1400)와 보정 마커 생성부(1200)의 각 소재는 CT 스캐닝 장치로 촬영했을 때 흑화도가 확실히 구별되는 서로 다른 소재를 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 보정 마커 생성부(1200)는 합성 수지 소재이고 보정 마커용 막대(1400)는 금속 소재일 수 있으며, 밀도가 높은 금속 소재의 보정 마커용 막대(1400)는 CT 이미지상에 더 진하게 표시된다.

그리고, 도 11에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 평판형 몸체(1100)의 둘레를 따라 세워지는 벽 부재(1300)를 더 포함할 수 있다. 벽 부재(1300)는 그 안쪽으로 수용공간을 형성하며, 벽 부재(1300)는 구강 모형(300)을 고정하는 경화성 소재(예를 들어, 석고)가 굳기 전에 흘러넘치는 것을 막는 것은 물론 경화된 후에는 구강 모형(300)의 고정상태가 변하지 않도록 지지하는 형틀의 역할도 한다.

이 경우, 보정 마커 생성부(1200)는 벽 부재(1300)와 중첩되게 평판형 몸체(1100)의 외곽에 배치될 수 있다. 보정 마커 생성부(1200)는 가능한 평판형 몸체(1100)의 가장자리로 넓게 배치되는 것이 가공 보정값 결정에 유리하며, 벽 부재(1300) 안쪽에 보정 마커 생성부(1200)가 배치되는 것은 구강 모형(300) 고정에 방해를 끼칠 수 있다.

설명되지 않은 도면부호 '1350'는 나사가공이 되어 있는 나사 홀로서, 가공장치에 대한 추가 고정을 위해 사용되거나 또는 볼트를 끼워 돌려 구강 모형(300)을 밀어냄으로써 구강 모형(300)을 분리하는데 사용할 수 있다.

이상의 설명을 통해, 본 발명에 따른 동기화용 플레이트(1000)에 대한 상세 구성과, 가공 보정값의 결정 방법에 대한 기본적인 내용이 설명되었다. 이하에서는 가공 보정값의 결정 방법에 대한 기타 주요 구성에 대해 설명한다.

전술한 바와 같이, 소프트웨어의 영점좌표에 기초한 가공좌표는 보정 마커 생성부(1200)에 가공될 구멍 바닥의 중심점이다. 따라서, 가공좌표에 대응하는 보정 기준점은 실제로 가공된 보정 마커 생성부(1200)의 구멍 바닥의 중심점이며, 이 실제 구멍 바닥의 중심점은 3차원 스캐닝 이미지로부터 추출된다. 다만, 3차원 스캐닝 이미지상의 구멍 바닥에서 직접 중심점을 추출하는 것은 이미지의 상태에 따라 편차가 발생할 가능성이 있다. 예를 들어, 스캐닝 해상도나 이미지 번짐 등의 노이즈에 의해 구멍 바닥 부분의 이미지에 약간의 왜곡이 있으면 보정 기준점 추출에 상당한 오차가 생길 수 있다.

본 발명은 보정 기준점 추출의 정확도와 신뢰성을 확보하기 위해, 보정 마커용 막대(1400)의 전체 이미지를 활용하는 방안을 마련하였다. 즉, 보정 마커용 막대(1400)는 보정 마커 생성부(1200)위로 돌출되는 충분한 길이(예를 들어, 30㎜)로 설계되는데, 보정 마커용 막대(1400)의 이미지상의 중간 영역에 위치한 임의의 한 점을 추출하고, 이 추출된 임의의 점을 통과하는 중심축을 추출한 후, 이 중심축이 구멍 바닥과 교차하는 점을 보정 기준점으로 결정할 수 있다. 중심축은 보정 마커용 막대(1400) 전체를 고려한 중심선이기 때문에, 보정 마커용 막대(1400) 이미지의 부분적 왜곡을 상쇄하여 좀더 실제에 가까운 보정 기준점을 추출하는데 큰 역할을 한다. 다만, 보정 마커용 막대(1400)의 이미지상의 중간 영역이라 함은 반드시 보정 마커용 막대(1400)의 중앙을 의미하는 것은 아니다. 대체로 보아서 보정 마커용 막대(1400)를 길이방향으로 3 등분했을 때 가운데 부분 정도의 영역이면 충분하다(실제로, 본 출원인은 유도 부싱의 상면 위치를 대략적 기준으로 삼아 보정 마커용 막대(1400)의 아래서부터 2/3 지점을 보정 기준점으로 설정하였으며, 그 결과도 양호하게 나타났다).

또한, 보정 마커용 막대(1400)에 대한 중심축을 결정하는 것은 가공장치의 자세에 대한 오차를 보정할 수 있게 한다. 이는 가공좌표와 보정 기준점이 일치하더라도, 구멍 바닥에 도달하는 경로는 다를 수 있기 때문이다. 즉, 가공좌표는 기본적으로 동기화용 플레이트(1000)에 대해 수직한 방향으로 구멍 가공을 하는 것으로 설정되어 있지만, 실제 가공장치는 수직 방향이 아니라 약간 비스듬하게 진입하여 구멍을 가공할 수 있는 것이다. 따라서, 보정 마커용 막대(1400)의 중심축과 가공좌표를 통과하는 수직선 사이의 각도 편차를 가공 보정값에 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 가공 보정값은 3차원 직교좌표계 상의 3개 좌표값에 각도까지 추가된 총 4개의 변수로 이루어진다(x, y, z, θ).

그리고, 보정 마커용 막대(1400)와 보정 마커 생성부(1200)는 CT 스캐닝 장치로 촬영했을 때를 고려하여 흑화도가 구별되는 서로 다른 소재로 각각 이루어질 수 있음을 설명했었는데, 마찬가지의 개념으로 음형(구멍)으로 형성된 제1 좌표 마커(1150)와 제2 좌표 마커(1160) 안에 방사선 불투과성 소재를 충진함으로써 CT 이미지상에서 좌표 마커(1150, 1160)가 평판형 몸체(1100) 안에서 확연히 구별되게 나타나도록 하는 것이 좋을 것이다. CT 장치로 촬영하기 전에 각 좌표 마커(1150, 1160)의 형상 그대로 방사선 불투과성 소재로 만든 CT 촬영용 부품(예를 들어, 원통, 링 형태로 만든 금속 부품)을 끼워 넣고 촬영하는 것도 가능하겠지만, 그 대신 동기화용 플레이트(1000)를 상기 CT 스캐닝 장치에 대해 장착하는 고정 스테이지에 각 좌표 마커(1150, 1160)의 형상을 일체로 돌출 형성해놓으면 CT 촬영이 매우 편리해진다. 여기서, CT 스캐닝 장치의 고정 스테이지가 방사선 불투과성 소재로 만들어짐은 물론이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 수치제어되는 가공장치, 예를 들어 다관절 로봇 암의 가공 오차를 보정하는데 유용하게 사용될 수 있다.

1000: 동기화용 플레이트 1100: 평판형 몸체
1110: 상면 1120: 저면
1130: 제1 둘레 1140: 제2 둘레
1150: 기기 고정요소(제1 좌표 마커)
1155: 대상물 고정요소 1160: 제2 좌표 마커
1162: 제1 홈 1164: 제2 홈
1200: 보정 마커 생성부 1300: 벽 부재
1350: 나사 홀 1400: 보정 마커용 막대

Claims

구강 모형이 고정되는 상면과, 수치제어로 구동하는 가공장치에 대해 체결하여 고정하는 기기 고정요소가 형성된 저면을 포함하는 평판형 몸체; 및
상기 가공장치가 구멍 가공을 할 수 있도록 상기 평판형 몸체의 상면 상의 사전에 정해진 지점에 돌출되게 구비되는 적어도 하나 이상의 보정 마커 생성부;
를 포함하는 동기화용 플레이트.
제1항에 있어서,
상기 기기 고정요소는 세 개의 구멍이고, 상기 기기 고정요소는 제1 좌표 마커로서도 기능하는 것을 특징으로 하는 동기화용 플레이트.
제1항에 있어서,
상기 평판형 몸체의 저면에는 링 형태의 제1 홈과, 상기 제1 홈에 대해 이격 배치된 원통 형태의 제2 홈으로 이루어진 제2 좌표 마커가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 동기화용 플레이트.
제3항에 있어서,
상기 제1 홈은 상기 기기 고정요소를 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 동기화용 플레이트.
제4항에 있어서,
상기 평판형 몸체는 직선 형태의 제1 둘레와 말굽 모양을 이루는 곡선 형태의 제2 둘레가 서로 연결된 외형을 가지고, 상기 원통 형태의 제2 홈은 상기 제1 및 제2 둘레가 연결된 모서리 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 동기화용 플레이트.
제5항에 있어서,
상기 보정 마커 생성부는 제1 둘레의 중간에 한 개가 구비되는 한편 상기 제2 둘레에 두 개가 구비되어, 세 개의 보정 마커 생성부가 삼각형의 꼭지점을 이루는 것을 특징으로 하는 동기화용 플레이트.
제6항에 있어서,
상기 제2 둘레에 구비되는 두 개의 보정 마커 생성부는 제1 둘레의 중간에 구비되는 보정 마커 생성부에 대해 대칭을 이루게 배치되고, 이에 따라 상기 삼각형은 이등변 삼각형 또는 정삼각형을 이루는 것을 특징으로 하는 동기화용 플레이트.
제1항에 있어서,
상기 보정 마커 생성부는 원기둥 형태인 것을 특징으로 하는 동기화용 플레이트.
제1항에 있어서,
상기 가공장치가 상기 보정 마커 생성부에 가공한 구멍에 끼워지는 보정 마커용 막대를 더 포함하고, 상기 보정 마커용 막대와 보정 마커 생성부는 CT 스캐닝 장치로 촬영했을 때 흑화도가 구별되는 서로 다른 소재로 각각 이루어진 것을 특징으로 하는 동기화용 플레이트.
제9항에 있어서,
상기 보정 마커 생성부는 합성 수지 소재이고, 상기 보정 마커용 막대는 금속 소재인 것을 특징으로 하는 동기화용 플레이트.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평판형 몸체의 둘레를 따라 세워지는 벽 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화용 플레이트.
제11항에 있어서,
상기 보정 마커 생성부는 상기 벽 부재와 중첩되게 배치되는 것을 특징으로 하는 동기화용 플레이트.
구강 모형이 고정되는 상면 및 수치제어로 구동하는 가공장치에 대해 체결하여 고정하는 것과 함께 제1 좌표 마커로서도 기능하는 기기 고정요소가 형성된 저면을 포함하는 평판형 몸체와, 상기 가공장치가 구멍 가공을 할 수 있도록 상기 평판형 몸체의 상면 상의 사전에 정해진 지점에 돌출되게 구비되는 적어도 하나 이상의 보정 마커 생성부를 포함하는 동기화용 플레이트를 준비하는 단계;
상기 동기화용 플레이트를 상기 가공장치에 대해 상기 기기 고정요소를 이용하여 정해진 자세로 고정하고, 상기 가공장치를 구동하여 상기 보정 마커 생성부에 대해 사전에 정해진 가공좌표로 구멍을 가공하는 단계;
상기 보정 마커 생성부의 구멍에 보정 마커용 막대를 끼우고, 상기 동기화용 플레이트의 상면에 구강 모형을 고정한 상태로 3차원 스캐닝을 하는 단계;
상기 3차원 스캐닝 데이터로부터 상기 구강 모형, 상기 보정 마커용 막대 및 상기 제1 좌표 마커의 이미지를 취득하는 단계;
상기 제1 좌표 마커의 이미지로부터 원점좌표를 생성하고, 상기 보정 마커용 막대의 이미지로부터 상기 가공좌표에 대응하는 보정 기준점을 추출하며, 상기 보정 기준점을 상기 원점좌표에 대한 보정점으로 변환하는 단계; 및
상기 가공좌표에 대한 상기 보정점의 편차를 좌표값 별로 계산하고, 상기 편차를 각 좌표값에 대한 가공 보정값으로 결정하는 단계;
를 포함하는 가공장치에 대한 가공 보정값을 결정하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 보정 마커 생성부는 두 개 이상의 복수로 구비되고, 상기 가공장치에 적용하는 가공 보정값은 각 보정 마커 생성부에 대한 가공 보정값을 산술평균하여 결정하는 것을 특징으로 하는 가공장치에 대한 가공 보정값을 결정하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 평판형 몸체의 저면에 링 형태의 제1 홈과, 상기 제1 홈에 대해 이격 배치된 원통 형태의 제2 홈으로 이루어진 제2 좌표 마커를 더 형성하고, 상기 제2 좌표 마커의 이미지로부터 상기 원점좌표를 생성하는 것을 특징으로 하는 가공장치에 대한 가공 보정값을 결정하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 제1 홈의 이미지로부터 두 개의 직교좌표축을 포함하는 평면과 그 원점을 추출하고, 상기 제1 홈의 원점에 대한 상기 제2 홈의 원점의 위치 관계로부터 상기 두 개 직교좌표축의 방향을 결정하여 상기 동기화용 플레이트의 3차원 직교좌표계를 결정하는 것을 특징으로 하는 가공장치에 대한 가공 보정값을 결정하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 보정 마커용 막대의 이미지로부터 상기 보정 기준점 및 상기 보정 기준점을 통과하는 중심축을 추출하고, 상기 보정 마커용 막대의 중심축과 상기 가공좌표를 통과하는 수직선 사이의 각도 편차를 상기 가공 보정값에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공장치에 대한 가공 보정값을 결정하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 보정 마커용 막대의 이미지상의 중간 영역에 위치한 임의의 한 점을 추출하고 상기 임의의 점을 통과하는 상기 중심축을 추출한 후, 상기 중심축을 기준으로 상기 보정 기준점을 결정하는 것을 특징으로 하는 가공장치에 대한 가공 보정값을 결정하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 보정 마커용 막대와 보정 마커 생성부는 CT 스캐닝 장치로 촬영했을 때 흑화도가 구별되는 서로 다른 소재로 각각 이루어진 것을 특징으로 하는 가공장치에 대한 가공 보정값을 결정하는 방법.
제19항에 있어서,
상기 제1 좌표 마커는 음형으로 형성되고, 상기 제1 좌표 마커 안에 충진되는 방사선 불투과성 소재와 상기 평판형 몸체의 소재는 CT 스캐닝 장치로 촬영했을 때 흑화도가 구별되는 서로 다른 소재인 것을 특징으로 하는 가공장치에 대한 가공 보정값을 결정하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 보정 마커용 막대와 보정 마커 생성부는 CT 스캐닝 장치로 촬영했을 때 흑화도가 구별되는 서로 다른 소재로 각각 이루어지고, 또한 상기 제2 좌표 마커 안에 충진되는 방사선 불투과성 소재와 상기 평판형 몸체의 소재는 CT 스캐닝 장치로 촬영했을 때 흑화도가 구별되는 서로 다른 소재인 것을 특징으로 하는 가공장치에 대한 가공 보정값을 결정하는 방법.
제20항 또는 제21항에 있어서,
상기 방사선 불투과성 소재는 금속 소재로서, 상기 동기화용 플레이트를 상기 CT 스캐닝 장치에 대해 장착하는 고정 스테이지에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 가공장치에 대한 가공 보정값을 결정하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 가공 보정값을 상기 가공장치에 적용하여 상기 구강 모형에 대한 가공을 수행하는 단계를 더 포함하고, 상기 구강 모형에 대한 가공은 상기 3차원 스캐닝 데이터로부터 상기 구강 모형, 상기 보정 마커용 막대 및 상기 제1 좌표 마커의 이미지를 취득하는 컴퓨터 프로그램상에서 수립된 임플란트 시술 계획에 따른 가공인 것을 특징으로 하는 가공장치에 대한 가공 보정값을 결정하는 방법.