壳状牙科器械切割系统及切割方法与流程

本申请总体上涉及壳状牙科器械切割系统及切割方法。

背景技术

当今，由于美观、便捷以及利于清洁等优点，基于高分子材料的壳状牙科器械(比如隐形矫治器以及保持器)越来越受欢迎。通常，这类壳状牙科器械是基于热压膜成型工艺制作获得。需要把热压膜成型获得的阴模进行裁剪切割去除多余的部分才能获得成品壳状牙科器械。手工裁剪费时费力，且切割质量得不到保障。因此需要提供一种新的壳状牙科器械的切割系统及切割方法。

技术实现要素：

本申请的一方面提供了一种壳状牙科器械切割系统，包括：计算机、机械切割装置以及多自由度机械臂，其中，所述计算机被配置成：控制所述多自由度机械臂至第一位置抓取待切割壳状牙科器械；根据切割指令控制所述机械切割装置和多自由度机械臂至少之一，使得所述机械切割装置的刀具与保持在所述多自由度机械臂上的所述待切割壳状牙科器械之间的相对运动如此，以沿预定的切割线切割所述待切割壳状牙科器械；以及控制所述多自由度机械臂将完成切割的壳状牙科器械送至第二位置。

在一些实施方式中，所述机械切割装置是铣刀切割装置。

在一些实施方式中，所述机械切割装置的切割刀具是球头铣刀。

在一些实施方式中，所述多自由度机械臂的自由端设有吸附装置，使得所述多自由度机械臂能够通过吸附抓取所述待切割壳状牙科器械。

在一些实施方式中，所述多自由度机械臂的自由端还设有第一定位结构，用于和所述待切割壳状牙科器械上的第二定位结构相配合，以精确定位所述待切割壳状牙科器械。

在一些实施方式中，所述第二定位结构位于所述待切割壳状牙科器械与牙模对应部分之外的区域。

在一些实施方式中，所述第一定位结构是定位孔，所述第二定位结构是定位柱，其中，所述定位孔的横向尺寸自开口处向内逐渐缩小，以引导所述定位柱进入所述定位孔。

在一些实施方式中，所述第一定位结构的位置是基于对多个牙模的包络统计而确定。

在一些实施方式中，所述吸附装置包括多个吸盘孔，所述吸盘孔的位置是基于对多个牙模的包络统计而确定。

在一些实施方式中，所述壳状牙科器械切割系统还包括标识读取装置，用于读取所述待切割壳状牙科器械上的标识，所述计算机被配置成：基于所述标识读取装置读取的所述待切割壳状牙科器械上的标识获取所述切割指令。

在一些实施方式中，所述切割指令是基于所述切割线计算获得。

本申请的又一方面提供了一种壳状牙科器械切割方法，包括：控制多自由度机械臂至第一位置抓取待切割壳状牙科器械；控制机械切割装置和所述多自由度机械臂的至少之一，使得所述机械切割装置的刀具与保持在所述多自由度机械臂上的所述待切割壳状牙科器械之间的相对运动如此，以沿预定的切割线切割所述待切割壳状牙科器械；以及控制所述多自由度机械臂将切割完的壳状牙科器械送至第二位置。

在一些实施方式中，所述机械切割装置是铣刀切割装置。

在一些实施方式中，所述机械切割装置的切割刀具是球头铣刀。

在一些实施方式中，所述多自由度机械臂的自由端设有吸附装置，控制所述多自由度机械臂移动到所述第一位置后，控制所述吸附装置开启吸附模式，通过吸附抓取所述待切割壳状牙科器械。

在一些实施方式中，所述多自由度机械臂的自由端还设有第一定位结构，所述待切割壳状牙科器械上设有第二定位结构，所述多自由度机械臂吸附抓取所述待切割壳状牙科器械时，所述第一定位结构和所述第二定位结构相配合，以精确定位所述待切割壳状牙科器械。

在一些实施方式中，所述第二定位结构是位于所述待切割壳状牙科器械与牙模对应部分之外的区域。

在一些实施方式中，所述第一定位结构是定位孔，所述第二定位结构是定位柱，其中，所述定位孔的横向尺寸自开口处向内逐渐缩小，以引导所述定位柱顺利进入。

在一些实施方式中，所述第一定位结构的位置是基于对多个牙模的包络统计而确定。

在一些实施方式中，所述吸附装置包括多个吸盘孔，所述吸盘孔的位置是基于对多个牙模的包络统计而确定。

在一些实施方式中，所述的壳状牙科器械切割方法还包括：标识读取装置读取所述待切割壳状牙科器械上的标识；根据所述标识获取与之对应的切割指令；以及利用所述切割指令控制所述机械切割装置和所述多自由度机械臂的至少之一，使得所述机械切割装置的刀具与保持在所述多自由度机械臂上的所述待切割壳状牙科器械之间的相对运动如此，以沿所述切割线切割所述待切割壳状牙科器械。

在一些实施方式中，所述切割指令是基于所述切割线计算获得。

附图说明

以下将结合附图及其详细描述对本申请的上述及其他特征作进一步说明。应当理解的是，这些附图仅示出了根据本申请的若干示例性的实施方式，因此不应被视为是对本申请保护范围的限制。除非特别指出，附图不必是成比例的，并且其中类似的标号表示类似的部件。

图1示意性地展示了本申请一个实施例中的壳状牙科器械切割系统；

图2示意性地展示了本申请一个实施例中多自由度机械臂自由端的结构；

图3示意性地展示了本申请一个实施例中的热压膜成型工艺；

图4示意性地展示了本申请一个实施例中的待切割壳状牙科器械；以及

图5为本申请一个实施例中的壳状牙科器械切割方法的示意性流程图。

具体实施方式

以下的详细描述中引用了构成本说明书一部分的附图。说明书和附图所提及的示意性实施方式仅仅出于是说明性的目的，并非意图限制本申请的保护范围。在本申请的启示下，本领域技术人员能够理解，可以采用许多其他的实施方式，并且可以对所描述实施方式做出各种改变，而不背离本申请的主旨和保护范围。应当理解的是，在此说明并图示的本申请的各个方面可以按照很多不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，这些不同配置都在本申请的保护范围之内。

请参图1，示意性地展示了本申请一个实施例中的壳状牙科器械切割系统100。

壳状牙科器械切割系统100包括计算机101、送料装置103、可视光源105、图像传感器107、多自由度机械臂109以及机械切割装置111。

计算机101至少控制多自由度机械臂109和机械切割装置111的相对运动，以沿预定的切割线切割待切割壳状牙科器械。其中，计算机101可以是任何适用的计算装置，比如个人计算机(personalcomputer)、服务器(server)、可编程控制器(programmablelogiccontroller,plc)、单片机等。

在一个实施例中，在切割过程中，机械切割装置111固定不动，计算机101控制多自由度机械臂109运动，以沿预定的切割线切割待切割壳状牙科器械。

在又一实施例中，在切割过程中，多自由度机械臂109固定不动，计算机101控制机械切割装置111运动，以沿预定的切割线切割待切割壳状牙科器械。

在又一实施例中，在切割过程中，在计算机101的控制下，机械切割装置111和多自由度机械臂109都运动，以沿预定的切割线切割待切割壳状牙科器械。

送料装置103用于输送待切割壳状牙科器械113。在一个实施例中，送料装置103也可以由计算机101控制。

可视光源105能够向送料装置103上的待切割壳状牙科器械113发射可视光，使得图像传感器107能够更好地获取待切割壳状牙科器械113上的标识的图像。

在一个实施例中，图像传感器107可以把拍摄得到的图像发送给计算机101，由计算机101对该图像进行处理，得到待切割壳状牙科器械113的标识信息，然后再把该标识信息发送给服务器(图中未示)，以获取存储在该服务器上的与该标识信息相对应的切割指令，用以控制多自由度机械臂109和机械切割装置111至少之一，以沿切割线切割待切割壳状牙科器械113。

在又一实施例中，计算机101也可以标识信息选取相应的切割线，然后基于该切割线计算获得切割指令，用以控制多自由度机械臂109和机械切割装置111至少之一，以沿切割线切割待切割壳状牙科器械113。

在又一实施例中，图像传感器107可以把拍摄得到的图像直接发送给服务器，由服务器对该图像进行处理，得到待切割壳状牙科器械113的标识信息，然后把与该标识信息相匹配的切割指令发送给计算机101。

在一个实施例中，可以根据需求来设计多自由度机械臂109的自由度，比如可以采用3～6自由度机械臂。

在一个实施例中，多自由度机械臂109自由端设有吸附装置，以通过吸附抓取待切割壳状牙科器械113。请参图2，示意性地展示了本申请一个实施例中多自由度机械臂109的自由端，其大致为平面，并设有吸盘孔1091a～1091g以及定位孔1093a～1093c。其中，吸盘孔1091a～1091g与抽气装置连通，以提供吸力。定位孔1093a～1093c用于收容待切割壳状牙科器械113上的定位柱，以精确定位待切割壳状牙科器械113(即确定多自由度机械臂109和待切割壳状牙科器械113之间的相对位置关系)。

在一个实施例中，多自由度机械臂109的自由端可以是可拆卸的模版，这样可以根据不同的需求设计吸盘孔和定位孔的尺寸和位置，以扩大壳状牙科器械切割系统100的应用范围。在一个实施例中，可以对一个批次的牙模的底部进行包络统计，基于包络统计得到的牙模底部轮廓的范围来设计吸盘孔和定位孔的尺寸和位置。

在一个实施例中，可以基于以下方法来设计热压膜底板。可以借助matlab软件编程实现。首先绘制出成型基座。然后读取单个牙颌模型的stl文件，并对牙颌模型的stl文件进行处理获取牙模底部轮廓。接着将获取的牙模底部轮廓按照包围盒中心与方形成型基座中心对中。再将获取的牙模底部轮廓根据所需精度进行像素化处理形成二值图像。然后以上述相同的方式处理多个牙模(比如5000个以上牙模)，将处理后结果进行叠加得出灰度图，从而得出批量牙模底座的包络范围。然后，可以基于该包络范围以及平衡抓取，来设计吸盘孔和定位孔的数量、位置以及尺寸。

请再参图1，切割装置111包括刀头1111以及安装在刀头1111上的刀具1113，其中，刀头1111在电机的驱动下能够高速旋转，从而带动刀具1113高速旋转，以实现切割。

请参图3，示意性地展示了本申请一个实施例中壳状牙科器械的热压成型工艺。成型基座201大致为平板状，其上设有凹孔2011a～2011c。牙模203是放置于成型基座201之上，并且通过定位结构定位于成型基座201的特定位置处，以确定两者的相对位置关系。压膜时，经加热软化的膜片205在压力作用下覆盖于牙模203和成型基座201，冷却后获得待切割壳状牙科器械113。

请参图4，示意性地展示了本申请一个实施例中的待切割壳状牙科器械113。待切割壳状牙科器械113与凹孔2011a～2011c相对应的部分形成定位柱1131a～1131c(可以想象，定位柱1131a～1131c位于下方)。在送料装置103上的待切割壳状牙科器械113是翻转放置，定位柱1131a～1131c朝上，如此，多自由度机械臂109在吸附抓取待切割壳状牙科器械113时，定位柱1131a～1131c能够分别插入定位孔1093a～1093c，以确定多自由度机械臂109和待切割壳状牙科器械113之间的相对位置关系。

请参图5，为本申请一个实施例中壳状牙科器械切割方法300的示意性流程图。

在301中，获取待切割壳状牙科器械的标识。

在一个实施例中，在可视光源105的辅助下，利用图像传感器107拍摄获得送料装置103上的待切割壳状牙科器械113的图像。然后对该图像进行处理，以获取待切割壳状牙科器械113的标识。

对于不同的待切割壳状牙科器械，可能需要沿不同的切割线进行裁剪切割，以获得成品壳状牙科器械，也就是说，切割线是成品壳状牙科器械的边缘线。在一个实施例中，壳状牙科器械的切割线是在设计阶段产生并存储在服务器，每个壳状牙科器械都对应有各自的切割线。

标识是待切割壳状牙科器械113的身份，根据该标识就可以从服务器获取对应待切割壳状牙科器械113的切割线。

在303中，基于待切割壳状牙科器械的标识获取切割指令。

计算机101利用切割指令控制多自由度机械臂109和机械切割装置111至少之一的运动，使得沿切割线切割待切割壳状牙科器械113。

切割指令可以基于切割线以及多自由度机械臂109和机械切割装置111的自由度设计计算获得。

在305中，多自由度机械臂抓取待切割壳状牙科器械。

计算机101控制多自由度机械臂109从送料装置103上抓取待切割壳状牙科器械113。

在一个实施例中，当待切割壳状牙科器械113被送料装置103运送到特定位置时，计算机101可以控制送料装置103暂停，并控制多自由度机械臂109到该特定位置抓取待切割壳状牙科器械113。

在一个实施例中，待切割壳状牙科器械113是按指定角度放置在送料装置103上，这样便于多自由度机械臂109上的定位孔1093a～1093c分别与待切割壳状牙科器械113上的定位柱1131a～1131c进行对准。

在一个实施例中，当多自由度机械臂109运动到待切割壳状牙科器械113上方时，计算机101控制抽气装置开启吸附模式，多自由度机械臂109通过吸盘孔1091a～1091g提供吸附力，以吸附待切割壳状牙科器械113。待切割壳状牙科器械113被吸附至多自由度机械臂109的过程中，定位柱1131a～1131c分别插入定位孔1093a～1093c，从而确立待切割壳状牙科器械113和多自由度机械臂109之间的位置关系，以实现精确切割。

可以理解，多自由度机械臂109和待切割壳状牙科器械113之间的定位结构可以有很多不同的配置。比如，可以在多自由度机械臂109上设置定位柱，在待切割壳状牙科器械113上设置定位孔。再比如，可以定位孔和定位柱的横截面可以是其他几何形状，比如，三角、四边形、六角形、椭圆形等。

在307中，利用切割指令控制多自由度机械臂和机械切割装置至少之一的运动，对待切割壳状牙科器械进行切割。

在一个实施例中，为简化系统复杂度，可以固定机械切割装置111，依靠对多自由度机械臂109的运动的控制，使刀具1113的切割部分与待切割壳状牙科器械113的相对运动与切割线相匹配，以沿切割线切割待切割壳状牙科器械113。刀具1113的切割部分是与被切割物接触的部分，即实现切割的部分。比如，对于球头铣刀而言，其切割部分是球头部分。

在309中，把完成切割的壳状牙科器械放置到指定位置。

在一个实施例中，在完成切割后，计算机101控制多自由度机械臂109使其自由端运动至壳状牙科器械收集处，然后控制抽气装置关闭抽气模式，使壳状牙科器械自由掉落至收集处。

尽管在此公开了本申请的多个方面和实施例，但在本申请的启发下，本申请的其他方面和实施例对于本领域技术人员而言也是显而易见的。在此公开的各个方面和实施例仅用于说明目的，而非限制目的。本申请的保护范围和主旨仅通过后附的权利要求书来确定。

同样，各个图表可以示出所公开的方法和系统的示例性架构或其他配置，其有助于理解可包含在所公开的方法和系统中的特征和功能。要求保护的内容并不限于所示的示例性架构或配置，而所希望的特征可以用各种替代架构和配置来实现。除此之外，对于流程图、功能性描述和方法权利要求，这里所给出的方框顺序不应限于以同样的顺序实施以执行所述功能的各种实施例，除非在上下文中明确指出。

除非另外明确指出，本文中所使用的术语和短语及其变体均应解释为开放式的，而不是限制性的。在一些实例中，诸如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”这样的扩展性词汇和短语或者其他类似用语的出现不应理解为在可能没有这种扩展性用语的示例中意图或者需要表示缩窄的情况。