修复牙牙弓线提取及磨牙冠数控加工关键技术研究与实现

论文摘要

CAD/CAM技术在口腔修复领域的广泛应用,推动口腔修复技术向高效、自动、高精度、低成本的方向发展。本文以口腔修复体为研究对象,研究了牙弓线提取技术,并运用高速切削、计算机科学和数控编程技术,基于STL数据模型,对磨牙冠加工刀轨生成算法和难加工生物材料的切削性能进行了较为深入的研究。论文的主要研究内容和成果:1.研究了三角网格曲面的数据预处理技术,采用了基于平衡二叉树的快速搜索算法,提高了拓扑重建的速度;联合了Laplcian算子和Taubin算子的优点,提出了组合算法,在满足光顺精度的前提下,提高了光顺的效率。实现了一种通过模拟光线跟踪的效果,可视化评价曲面质量的方法。2.提出了一种在三角网格牙颌模型上快速精确探测牙弓线的方法,该方法通过简单人机交互确定咬合平面、筛选初始参照点、拟合初始牙弓线、提取最终参照点、拟合最终牙弓线五个步骤,能够快速、稳定、精确地在三维牙颌模型上探测牙弓线。3.提出并实现了基于牙齿生理特征与工作机理的五轴联动加工刀轨生成算法,该算法有利于改善牙齿局部特征的成形精度和修复质量。4.研究了磨牙复杂曲面数控加工刀轨优化技术,提出了基于顶点的实体等距算法、磨牙冠高速精加工刀轨优化算法和基于STL格式的五轴联动高速铣削加工刀轨生成算法,提高了加工效率并实现了刀轴矢量的均匀变化。在上述技术研究的基础上,采用VC++和Hoops平台研发了原型系统,针对医用Ti-6Al-4V钛合金和Zirconia氧化锆材料,进行了口腔磨牙冠复杂曲面的自动编程基础算法验证,结果表明加工质量能满足口腔临床修复的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图表清单
• 第一章 绪论
• 1.1 口腔修复技术
• 1.2 口腔修复体数字化修复技术的发展
• 1.3 口腔修复体数字化修复技术的优势
• 1.4 生物新材料口腔修复体的制作工艺
• 1.4.1 钛合金烤瓷牙的电加工与机加工工艺
• 1.4.2 Procera－Allceram 陶瓷牙的磨削与热加工工艺
• 1.4.3 Zirconia 陶瓷牙的数控铣削与热加工工艺
• 1.5 国内口腔修复体数字化修复技术的发展现状
• 1.6 口腔修复体数字化修复技术目前存在的问题
• 1.7 论文主要内容
• 第二章 三角网格曲面数据预处理技术
• 2.1 三角网格拓扑重建
• 2.1.1 三角网格曲面表示
• 2.1.2 拓扑数据结构分析
• 2.1.3 AVL 半边拓扑数据重建
• 2.1.4 拓扑重建算例
• 2.2 数据光顺去噪
• 2.2.1 光顺算子
• 2.2.2 组合光顺算法
• 2.2.3 光顺算例试验
• 2.3 三角网格曲面质量分析
• 2.3.1 环境光纹理映射
• 2.3.2 基于环境光纹理的质量评价试验
• 2.4 本章小结
• 第三章 牙颌模型上牙弓线精确提取技术
• 3.1 牙弓线提取流程
• 3.2 全口牙列三维测量
• 3.3 咬合平面计算
• 3.4 自动牙弓线提取算法
• 3.4.1 筛选牙弓特征点
• 3.4.1.1 筛选条件
• 3.4.1.2 θ角的选取方法
• 3.4.2 初始牙弓线提取
• 3.4.3 牙弓线优化
• 3.5 应用实例与分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 磨牙冠特征抽取与特征加工技术
• 4.1 区域划分及特征识别的基本方法
• 4.2 磨牙特征区域的定义
• 4.3 磨牙特征区域的识别与提取
• 4.3.1 磨牙特征区域人机交互识别与提取算法
• 4.3.1.1 人机交互式确定特征区域边界的基本流程
• 4.3.1.2 插值点“路径最短”搜索法
• 4.3.1.3 磨牙特征区域的提取
• 4.3.1.4 提取“面环”
• 4.3.1.5 算法实现
• 4.3.2 磨牙特征区域自动识别与提取算法
• 4.3.2.1 沟、嵴型与窝、尖型区域的判别
• 4.3.2.2 特征区域的“等夹角环”
• 4.3.2.3 尖、窝型区域的边界的确定
• 4.3.2.4 沟、嵴型区域的边界的确定
• 4.3.2.5 特征区域识别实例
• 4.4 基于牙齿生理特征与工作机理的多轴加工刀轨生成算法
• 4.4.1 基于特征的五轴联动加工刀轨生成算法
• 4.4.2 算法比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 磨牙复杂曲面数控加工刀轨生成技术
• 5.1 基于顶点的STL 模型等距
• 5.1.1 基于顶点的STL 模型等距算法综述
• 5.1.2 基于顶点的STL 数据模型快速等距算法
• 5.2 磨牙冠修复体数控粗加工刀轨生成算法
• 5.2.1 水平切片轮廓环的生成
• 5.2.2 平面轮廓环等距环的生成
• 5.2.3 加工刀轨规划
• 5.2.4 算法分析
• 5.2.5 算法实现
• 5.3 磨牙冠修复体数控微径精加工刀轨生成算法
• 5.3.1 加工刀轨规划
• 5.3.2 算法比较与算法实现
• 5.3.2.1 算法比较
• 5.3.2.2 算法实现
• 5.4 五轴联动数控加工刀轨生成算法
• 5.4.1 算法步骤
• 5.4.2 算法实现
• 5.5 不锈钢材料磨牙内冠高速加工刀轨优化算法
• 5.5.1 廓形误差数学建模
• 5.5.2 磨牙内冠高速加工刀轨修正算法
• 5.5.3 算法分析
• 5.6 应用实例
• 5.7 本章小结
• 第六章 口腔修复体自动编程系统研发
• 6.1 口腔修复体自动编程软件
• 6.2 磨牙冠高速加工工艺优化方案的确立与实例加工试验
• 6.3 利用动态信号分析系统对加速度信号的采集与分析
• 6.3.1 数据预处理
• 6.3.2 加速度数据处理
• 6.4 Ti-6Al-4V 钛合金磨牙冠高速加工表面完整性分析
• 6.4.1 表面完整性的定义
• 6.4.2 Ti-6Al-4V 钛合金磨牙冠高速加工表面质量分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录