DE102004035970A1

DE102004035970A1 - Verfahren zur Bearbeitung eines digitalisierten Werkstücks, insbesondere von dreidimensionalen Modellen von herzustellenden Zahnersatzteilen und Vorrichtung

Info

Publication number: DE102004035970A1
Application number: DE102004035970A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Orth; Volker Wedler
Original assignee: Sirona Dental Systems GmbH
Current assignee: Sirona Dental Systems GmbH
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-02-16
Also published as: ATE547063T1; EP1637089B1; US20110251831A1; US20060020363A1; US7982731B2; US8674981B2; EP1637089A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Bearbeitung eines digitalisierten Werkstücks (1), insbesondere von dreidimensionalen Modellen von herzustellenden Zahnersatzteilen, durch Veränderung von Oberflächendaten des Werkstücks mittels eines auf einen lokalen Einflussbereich (3) der Oberfläche (2) einwirkenden Werkzeugs, erfolgt bei Anwendung des Werkzeugs auf die Oberfläche in dem Einflussbereich (3) des Werkzeugs Höhenänderung der Oberfläche (2), wobei der Einflussbereich des Werkzeugs einen Änderungsbereich (5) mit einer über den Einflussbereich (3) im Wesentlichen konstanten Höhenänderung (t) aufweist sowie einen Übergangsbereich (4), in dem eine Anpassung der Oberfläche des Änderungsbereichs (5) an die Oberfläche außerhalb des Einflussbereichs (3) stattfindet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines digitalisierten Werkstücks, insbesondere von dreidimensionalen Modellen von herzustellenden Zahnersatzteilen, durch Veränderung von Oberflächendaten des Werkstücks mittels eines auf einen lokalen Einflussbereich der Oberfläche einwirkenden Werkzeugs.
Eine Konstruktion unter Anwendung von CAD ist nicht an die Beschränkungen durch die physikalischen Eigenschaften von Materialien und Werkzeugen gebunden, die Funktionsweise des Werkzeugs kann sich vielmehr vollständig von diesen physikalischen Eigenschaften lösen und deren Nachteile überwinden. Dabei soll insbesondere die Bedienbarkeit verbessert werden.

Bestehende dentale CAD/CAM-Systeme stellen keine Freiform-Werkzeuge bereit, die über die in der Zahntechnik üblichen Techniken hinausgehen. Daher besteht bei diesen Freiform-Werkzeugen wie auch im Bereich der manuellen Bearbeitung gegenständlicher Modelle der Nachteil, dass Feinstrukturen der Oberfläche beim Auftrag von Wachs zugedeckt werden.

In dentalen CAD/CAM-Systemen werden verschiedenartige Werkzeuge für die Gestaltung von Modellen für die Herstellung von Zahnersatzteilen eingesetzt. Mit diesen Werkzeugen kann das digitale Modell des Zahnersatzteils typischer Weise Linien- oder punktbasiert verändert werden. Beispielsweise kann die Äquatorlinie verändert werden, das Modell kann insgesamt in seiner Größe angepasst werden oder verschoben werden, weiterhin können einzelne Höcker höher oder niedriger gemacht werden oder die Lage der Höckerspitze verschoben werden.

Darüber hinaus werden Werkzeuge eingesetzt, mit denen man die Form der Oberfläche frei verändern kann und die aus in der Zahntechnik üblichen Techniken abgeleitet sind, beispielsweise das Aufbringen von Wachstropfen oder das Entfernen von Material mit einem Messer, beide natürlich in digitaler Form umgesetzt.

Die Linien- oder punktbasierten Werkzeuge sind in der Regel einfach zu bedienen, haben aber den Nachteil, dass der Benutzer die Flächen zwischen den Linien bzw. Punkten nicht oder nur unzureichend und indirekt beeinflussen kann.

Die aus der Zahntechnik abgeleiteten Werkzeuge orientieren sich typischer Weise an den Eigenschaften der mechanischen Werkzeuge wie zum Beispiel einem Messer oder an den Eigenschaften des Wachses, zum Beispiel der Tropfengröße oder der Temperatur.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, dem Benutzer von CAD/CAM-Systemen ein Werkzeug anzubieten, welches ihm zusätzliche Möglichkeiten gibt, die Form des Modells zu gestalten.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bearbeitung eines digitalisierten Werkstücks, insbesondere von dreidimensionalen Modellen von herzustellenden Zahnersatzteilen, durch Veränderung von Oberflächendaten des Werkstücks mittels eines auf einen lokalen Einflussbereich der Oberfläche einwirkenden Werkzeugs besteht darin, dass bei Anwendung des Werkzeugs auf die Oberfläche in dem Einflussbereich des Werk zeugs Höhenänderung der Oberfläche erfolgt, wobei der Einflussbereich des Werkzeugs einen Änderungsbereich mit einer über den Einflussbereich im wesentlichen konstanten Höhenänderung aufweist sowie einen Übergangsbereich, in dem eine Anpassung der Oberfläche des Änderungsbereichs an die Oberfläche außerhalb des Einflussbereichs stattfindet.

Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug erhält der Benutzer die Möglichkeit, an einer beliebigen Stelle der Oberfläche des Modells eine dünne Materialschicht mit im wesentlichen konstanter Schichtdicke auf- oder abzutragen, was hier als Höhenänderung der Oberfläche bezeichnet ist. Die Größe des Bereichs ist dabei einstellbar. Durch eine Wiederholfunktion beim Bewegen des Werkzeugs über dieselbe Stelle der Oberfläche kann der Benutzer in einfacher Weise Zahnstrukturen aufbauen bzw. abtragen, ohne dabei die Feinstrukturen zuzudecken.

Durch die Loslösung vom Vorbild des zahntechnischen Vorgehens entstehen neue Möglichkeiten der Gestaltung von dentalen Zahnersatzteilen. Der Benutzer kann die Formveränderung besser steuern als mit den bisher verfügbaren Werkzeugen und dabei eine vorhandene Feinstruktur beibehalten.

Die Höhenänderung des Einflussbereichs weist gegenüber der Erstreckung des Einflussbereichs ein Verhältnis von mindestens 1:50 auf, vorzugsweise von 1:100 bis 1:200. Das Verhältnis der Erstreckung des Einflussbereichs zu der Dicke der Höhenänderung beträgt vorteilhafterweise 1:140. Damit lässt sich eine hinreichend feine Bearbeitung bewirken, ohne Feinstrukturen zu zerstören.

Vorteilhafterweise weist der Übergangsbereich des Einflussbereichs eine Breite auf, die im Verhältnis zur Höhenänderung 1:1 bis 20:1 beträgt. Dadurch lässt sich ein hinreichend glatter Übergang erreichen.

Die Position des Werkzeugs kann vorzugsweise durch einen Positionszeiger dargestellt werden, der über Steuermittel über die Darstellung der Oberfläche des Werkstücks bewegbar ist und einem Auswahlbereich auf der Oberfläche entspricht. Dabei kann der Auswahlbereich von dem Einflussbereich des Werkzeugs unabhängig sein.

Mit dem Werkzeug wird die Oberfläche des Einflussbereichs in Richtung eines Normalenvektors zu der Oberfläche verändert.

Die Richtung der Änderung der Oberfläche im Einflussbereich kann insbesondere aus einem über einen Auswertebereich des Werkzeugs gemittelten Normalenvektor erfolgen. Der Auswertebereich kann sich über den Einflussbereich, den Änderungsbereich oder über den Auswahlbereich erstrecken oder ein Ausschnitt daraus sein.

Vorzugsweise wird der Normalenvektor aus einem Auswahlbereich berechnet, wobei der Auswahlbereich ein Verhältnis zum Gesamtbereich von 1:5 bis 1:200 aufweist.

Die Höhenänderung kann einem Auftrag oder einem Abtrag von Material entsprechen und die Auswahl der Richtung der Höhenänderung ist über ein Auswahlmittel ermöglicht.

Die Auswahl der Richtung der Höhenänderung kann durch unterschiedliche Darstellungen des Werkzeugs angezeigt sein. Der gerade aktivierte Modus des Werkzeugs ist dann für den Benutzer am Bildschirm sofort erkennbar.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der mit dem Werkzeug bereits bearbeitete Bereich gegenüber der Darstellung der Oberfläche des Modells optisch unterscheidbar dargestellt ist. Damit weiß der Benutzer, welche Bereiche der Oberfläche bereits bearbeitet wurden. Mehrmals bearbeitete Bereiche kön nen weiterhin anders dargestellt sein als einfach bearbeitete Bereiche, etwa durch eine Farbschattierung.

Vorteilhafterweise ist die Größe des Einflussbereichs veränderbar ist. Dafür sind Mittel zur Anzeige der Größe des Einflussbereichs vorgesehen. Die Größe des Einflussbereichs kann insbesondere durch eine farbige Markierung auf der Oberfläche des Modells angezeigt sein. Der Benutzer kann dann den Einflussbereich vergrößern oder verkleinern.

Vorzugsweise hängt der Betrag der Höhenänderung von der Erstreckung des Einflussbereichs ab. Insbesondere kann die Höhenänderung mit zunehmender Erstreckung) des Einflussbereichs abnehmen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 ein digitalisiertes Werkstück in Form eines dreidimensionalen Modells eines Zahnersatzteils mit einem angezeigten Bereich der Bearbeitung, die
2 einen Schnitt durch das Werkstück aus 2 im Einflussbereich des Werkzeugs, die
3A das digitale Modell des Zahnersatzteils aus 1 mit dem Einflussbereich 3 des Werkzeugs auf der Oberfläche 2, die
3B eine Prinzipskizze des Einflussbereichs des Werkzeugs sowie weiterer relevanter Bereiche, die
4A einen Ausschnitt aus einer Werkstückoberfläche mit dem Einflussbereich des Werkzeugs, die
4B einen Ausschnitt aus 4A, die
5 eine Vergrößerung des Einflussbereichs des Werkzeugs aus 4A zur Bestimmung der Richtung der Änderung, die
6A eine Änderung einer ersten Oberfläche im Detail bei Anwendung des Werkzeugs, die
6B eine Änderung einer zweiten Oberfläche im Detail bei Anwendung des Werkzeugs, die
7 den Verlauf der Änderung in einem Übergangsbereich im Detail, die
8A einen ersten Verlauf einer Änderung bei einem Auswahlbereich mit sich verändernden Normalenvektoren, die
8B einen zweiten Verlauf einer Änderung bei einem Auswahlbereich mit sich stark verändernden Normalenvektoren, die
9 einen schematischen Zusammenhang zwischen der Erstreckung des Einflussbereichs des Werkzeugs und der Höhenänderung.
Ausführungsform der Erfindung
In 1 ist ein digitalisiertes Werkstück in Form eines dreidimensionalen Modells eines herzustellenden Zahnersatzteils 1 gezeigt, welches vom Benutzer verändert werden soll. Das Modell ist auf einem Bildschirm eines Computers dargestellt.
Bei der Bearbeitung wird die Oberfläche 2 des Modells des Zahnersatzteils, welche in Form digitaler Daten vorliegt, mittels eines die Konstruktion bzw. diese Daten beeinflus senden Werkzeugs verändert. Das Werkzeug wirkt auf einen lokalen Einflussbereich 3 der Oberfläche 2 ein. Der Einflussbereich 3 ist als Kreis gezeigt, kann jedoch auch andere geeignete Formen aufweisen.
Zur Bewegung des Einflussbereichs 3 des Werkzeugs über die Oberfläche 2 sind nicht dargestellte Eingabemittel vorgesehen, beispielsweise eine Computermaus oder ein digitaler Zeichenstift, welche einen Positionszeiger 11, 12 steuern. Dabei ist zunächst das Werkzeug frei über die Darstellung verschiebbar und wird erst bei Bedarf aktiviert. Dies geschieht beispielsweise durch einen Mausklick an einer bestimmten Stelle oder durch Anklicken und Halten einer Maustaste bei gleichzeitiger Bewegung in Form von Wischbewegungen von einem Ausgangspunkt aus.
Die Auswahl der Richtung der Höhenänderung ist durch unterschiedliche Darstellungen des Positionsanzeigers 11, 12 des Werkzeugs angezeigt, hier beim Positionsanzeiger 11 als Hand mit einem Plus zum Materialauftrag und beim Positionsanzeiger 12 als Hand mit einem Minus zum Materialabtrag. Der gerade aktivierte Modus des Werkzeugs ist für den Benutzer am Bildschirm anhand des jeweils dargestellten Positionszeigers 11, 12 sofort erkennbar. Anders als dargestellt wird dem Benutzer nur einer der beiden Positionsanzeiger 11, 12 gezeigt.
Die Auswahl der Richtung der Höhenänderung ist über ein Auswahlmittel möglich. Die Umschaltung zwischen einem Auftrag und einem Abtrag von Material in Form einer Höhenänderung der Oberfläche kann beispielsweise durch das Drücken der Leertaste einer Computertastatur erfolgen.
In 2 ist das Zahnersatzteil 1 in einem transversalen Schnitt dargestellt, wobei der Schnitt durch den Einflussbereich 3 aus 1 gelegt ist. Zur erkennen ist der Ver lauf der Oberfläche 2, der aus den Oberflächendaten erzeugt und zur Anzeige gebracht ist, sowie die erfolgte Änderung der Oberfläche innerhalb des Einflussbereichs 3 mittels des durch den Positionszeiger 11 dargestellten Werkzeugs im Auftragmodus.
In 3A ist das digitale Modell des Zahnersatzteils aus 1 mit dem Einflussbereich 3 des Werkzeugs auf der Oberfläche 2 um den Positionszeiger 11 herum dargestellt, wobei die Erstreckung des Einflussbereichs 3 durch eine Markierung auf der Oberfläche 2 des Modells 1 angezeigt ist, hier durch Darstellung in einer anderen Farbe. Auch die Darstellung durch eine Textur mit einer Struktur, etwa einer Schraffur, ist möglich. Der Benutzer kann den Einflussbereich 3 vergrößern oder verkleinern. Dafür sind Mittel zur Änderung der Größe des Einflussbereichs vorgesehen.
In 3B ist eine Prinzipskizze mit dem Einflussbereich 3 des Werkzeugs sowie weiterer relevanter Bereiche auf einem Ausschnitt auf der Oberfläche 2 dargestellt. Der Einflussbereich 3 ist als Kreis gezeigt, kann jedoch auch andere geeignete Formen aufweisen. Prinzipiell sind alle glatt berandeten Flächen möglich, wobei jedoch elliptischen Formen der Vorzug zu geben ist, da keine Ecken entstehen.
Der Einflussbereich 3 weist eine Erstreckung D auf und außerhalb des Einflussbereichs 3 findet keine Veränderung der Oberfläche 2 statt.
Innerhalb des Einflussbereichs 3 ist ein Übergangsbereich 4 mit einer Breite b vorgesehen, der im vorliegenden Fall konzentrisch zum Einflussbereich 3 um einen Mittelpunkt M angeordnet ist.
Der Übergangsbereich 4 geht über in einen Änderungsbereich 5 mit im wesentlichen konstanter Höhenänderung.
Die Position des Werkzeugs wird durch einen Positionsanzeiger dargestellt, entsprechend 3A, dem ein Auswahlbereich 6 auf der Oberfläche 2 zugeordnet ist. Dieser Auswahlbereich 6 mit einem Durchmesser a ist unabhängig von dem Einflussbereich 3 des Werkzeugs, liegt jedoch im Ausführungsbeispiel konzentrisch zu dem Einflussbereich 3.
Bei Strickstärken und Pinseln sowie Sprays als Werkzeuge der Bildbearbeitung ist es bekannt, dass der Durchmesser des Auswahlbereichs dem Durchmesser des Einflussbereichs entspricht, so dass beispielsweise die Strichstärke oder Pinselstärke oder die Stäke des Sprühstrahls zu einer Veränderung der Größe des Auswahlbereichs des Positionsanzeigers führt. Ein vergleichbare Voreinstellung kann daher dem Benutzer angeboten werden mit der Möglichkeit, diese abzuändern.
Um die mit dem Werkzeug bereits bearbeiteten Bereiche optisch in ihrer flächigen Erstreckung zu verdeutlichen, kann der Einflussbereich 3 mit seiner Erstreckung D farblich gegenüber der Oberfläche 2 abgesetzt sein, ohne dass die Höhenveränderung sofort angezeigt wird.
Es ist aber auch möglich, die Wirkung des Werkzeugs durch Umrechnung der bearbeiteten Bereiche und Darstellung des neuen, veränderten Modells anzuzeigen, da die Anzeige des Modells des Zahnersatzteils gemäß 1 bereits Reflexe und Schattierungen erhält und allein durch Veränderung der Reflexe bzw. Abschattungen als Folge der Anwendung des Werkzeugs sich Veränderungen feststellen lassen. Der Zwischenschritt über die zunächst flächige Darstellung ist dann entbehrlich.
Schließlich ist ein Auswertebereich 7 vorgesehen, der eine Erstreckung n aufweist und innerhalb dessen aus Normalenvektoren zur Oberfläche 2 innerhalb des Auswertebereichs ein Normalenvektor n₀ für die Bestimmung der Richtung der Höhenänderung gebildet wird, etwa durch Mittelung über den Auswertebereich. Auch der Auswertebereich 7 liegt im Ausführungsbeispiel konzentrisch zum Einflussbereich 3, ist in seiner Erstreckung n aber unabhängig von dem Einflussbereich 3 oder dem Auswahlbereich 6, so dass auch bei einem Positionsanzeiger mit kleinem Auswahlbereich 6 und einer Einstellung mit großem Einflussbereich 3 der Auswertebereich 7 unverändert ist. Selbstverständlich kann der Auswertebereich auch an die Größe des Einflussbereichs angepasst werden. Es hat sich als praktisch erwiesen, den Auswertebereich mindestens so groß wie den Auswahlbereich 6 und höchstens so groß wie den Einflussbereich 3 auszubilden.
In 4A wird die in 3 erläuterte Aufteilung der Oberfläche 2 in unterschiedliche Bereiche in einer Schnittzeichnung gemäß 2 schematisch dargestellt.
Zu erkennen ist das Zahnersatzteil 1 mit seiner Oberfläche 2, auf der der Einflussbereich 3 durch gedachte Begrenzungslinien mit einem Abstand der Erstreckung D wiedergegeben ist. Die Grenzen des Erstreckungsbereichs 3 sind festgelegt durch den Abstand zu einem Mittelpunkt M der Teil der Oberfläche 2 ist. Im Mittelpunkt M wird der Normalenvektor n_M bestimmt, beispielsweise über die Bestimmung der Tangente t_M an die Oberfläche 2 im Punkt M.
Der Betrag des Normalenvektors ist für das vorliegende Verfahren von untergeordneter Bedeutung, da die Höhenänderung unabhängig von der Krümmung der Oberfläche als Voreinstellung festlegbar ist und während der Bearbeitung unterschiedlicher Stellen an der Oberfläche 2 gleich bleibt. Auf diese Art wird eine für den Benutzer abschätzbare Höhenänderung bei Betätigung des Werkzeugs erzielt.
Dargestellt sind auch die Tangenten t₁, t₂ sowie deren Normalenvektoren n₁, n₂ am Rand des Einflussbereichs 3 des Werkzeugs. Damit wird verdeutlicht, dass der Normalenvektor über die Erstreckung D des Einflussbereichs im Falle einer gekrümmten Oberfläche 2 unterschiedliche Richtungen aufweist. Für die Festlegung der Richtung der Höhenänderung des Einflussbereichs 3, also des Normalenvektors n₀, wird jedoch lediglich der Auswertebereich 7 mit einer Erstreckung n verwendet, im Detail dargestellt in 4B mit den Tangenten t₃, t₄ sowie deren Normalenvektoren n₃, n₄ am Rand des Auswertebereichs mit der Erstreckung n.
Dies ist in 5 weiter verdeutlicht. Zu erkennen ist hier wiederum der Einflussbereich 3 an der Oberfläche 2 des Zahnersatzteils 1 mit seiner Erstreckung D um den Mittelpunkt M. Über den Auswertebereich 7 mit seiner Erstreckung n findet eine Mittelung in der Richtung der Normalenvektoren n_M, n₃, n₄ statt, die anhand der Tangenten t_M, t₃, t₄ an die Oberfläche 2 ermittelt wurde. Der aus dieser Mittelung resultierende Normalenvektor n₀ fällt im Ausführungsbeispiel mit dem Normalenvektor n_M zusammen. Die Bestimmung eines Normalenvektors aus einem Auswahlbereich mit einer Erstreckung kleiner als der Erstreckung des Einflussbereichs bringt unmittelbar verständliche Vorteile bezüglich des Rechenaufwands. Ist eine ausreichende Rechenleistung vorhanden, so kann der Normalenvektor auch aus einem größeren Bereich ausgewertet werden.
Bei Oberflächen mit starken lokalen Krümmungen führt ein großer Bereich zu einer stärkeren Glättung des Normalenvektors und insgesamt zu einem stabileren Verfahren. Bei wenig gekrümmten Oberflächen führt die Glättung zu ähnlichen Richtungen des Normalenvektors, obwohl unterschiedliche Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen Richtungen des Normalenvektors ausgewählt wurden, so dass die Richtung der Änderung weniger gut zu steuern ist, als bei einem kleinen Auswertebereich.
In 6A ist die Änderung der Oberfläche 2 bei Anwendung des Werkzeugs im Detail dargestellt. Innerhalb des Einflussbereichs 3 wird mit Ausnahme des Übergangsbereichs 4 mit einer Erstreckung b über den gesamten Änderungsbereich 5 hinweg in Richtung des Normalenvektors n₀ eine konstante Höhenänderung t der Oberfläche 2 des Zahnersatzteils 1 vorgenommen. Dies bedeutet, dass über den gesamten Änderungsbereich 5 hinweg an jeder Stelle der Oberfläche 2 in Richtung des Normalenvektors n₀ eine Schicht mit einer Schichtdicke t hinzugefügt wird.
In 6B ist die Änderung der Oberfläche 2 im Bereich einer außerhalb des Einflussbereichs 3 liegenden Fissur 2' dargestellt. Mit Ausnahme des Übergangsbereichs 4 mit einer Erstreckung b wird über den gesamten Änderungsbereich 5 hinweg in Richtung des Normalenvektors n₀ eine konstante Höhenänderung t der Oberfläche 2 vorgenommen. Dies bedeutet, dass über den gesamten Änderungsbereich 5 hinweg an jeder Stelle der Oberfläche 2 in Richtung des Normalenvektors n₀ eine Schicht mit einer Schichtdicke t hinzugefügt wird. Der Normalenvektor n₀ wird gebildet aus dem Auswertebereich 7 mit einer Erstreckung n.
In 7 ist der Übergangsbereich 4 zwischen dem Änderungsbereich 5 und der unveränderten Oberfläche 2 dargestellt. Innerhalb des Übergangsbereichs 4 mit einer Erstreckung b wird die Oberfläche 2 so verändert, dass sie sich an beiden Rändern des Übergangsbereichs 4 an die jeweils benachbarten Bereiche anschmiegt. Dazu wird die Tangente t₂ an die Oberfläche 2 am Rand des Einflussbereichs 3 einerseits und die Tangente t₅ der Oberfläche 2 am Innenrand des Übergangsbereichs 4 ermittelt und der Verlauf der Oberfläche 2'' wird festgelegt. Aufgrund der Randbedingung des tangentialen Anschmiegens weist die im Schnitt dargestellte Oberfläche 2'' einen Wendepunkt auf. Der Übergangsbereich kann beispielsweise die Form einer Gauss-Kurve annehmen.
Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass die Tangente t₅ in ihrer Richtung der Richtung der Tangente t₆ entspricht, welche am inneren Rand des Übergangsbereichs 4 durch Höhenänderung in Richtung des Normalenvektors n₀ um eine Schichtdicke t verschoben ist.
In 8A ist die Auswirkung des Werkzeugs bei einem Einflussbereich mit einem sich stark verändernden Normalenvektor dargestellt. Solche Änderungen kommen beispielsweise bei einer Fissur 2' eines Zahnersatzteils vor. Ausgehend vom Mittelpunkt M wird auch hier über den Einflussbereich 3 mit Ausnahme eines Übergangsbereichs 5 eine Änderung der Oberfläche 2 bewirkt, in dem in Richtung des Normalenvektors n₀ eine Höhenänderung konstanter Dicke t durchgeführt wird. Der Normalenvektor n₀ wurde über den Auswertebereich 7 bestimmt, wobei die Fissur 2' in dem Auswertebereich liegt.
In 8B ist die Auswirkung des Werkzeugs bei einem Einflussbereich mit einem sich stark verändernden Normalenvektor dargestellt, wobei der Auswertebereich ausserhalb der Fissur 2' liegt. Ausgehend vom Mittelpunkt M wird auch hier über den Einflussbereich 3 mit Ausnahme eines Übergangsbereichs 5 eine Änderung der Oberfläche 2 bewirkt, in dem in Richtung des Normalenvektors n₀ eine Höhenänderung konstanter Dicke t durchgeführt wird. Es sieht so aus, als ob der rechte Teil auf sich selbst abgebildet wird, tatsächlich erfolgt aber auch hier eine Verschiebung um die Dicke t bis zum Übergangsbereich hin. Dort findet eine Anpassung des Änderungsbereichs 5 an den Übergangsbereich 4 und an die Oberfläche 2 außerhalb des Einflussbereichs 3 statt.
Aus den 8A, 8B ist zu erkennen, dass die Fissur 2' im wesentlichen erhalten bleibt. Dies ist ein entscheidender Vorteil dieses Werkzeugs gegenüber bekannten Freiform-Werkzeugen.
In 9 ein möglicher Zusammenhang zwischen der Erstreckung D des Einflussbereichs des Werkzeugs und der Höhenänderung t schematisch dargestellt, wobei stets gilt, dass die Erstreckung D_a des ausgewählten Einflussbereichs größer ist als die ausgewählte Dicke t_a. In der Praxis hat sich gezeigt, dass die Erstreckung D des Einflussbereichs vorteilhafterweise sehr viel größer ist als die Dicke t. In 9 ist zudem zu erkennen, dass bei zunehmender Erstreckung D des Einflussbereichs der Betrag der Höhenänderung t abnimmt, so dass dann, wenn der Benutzer eine großen Einflussbereich auswählt, die Höhenänderung t geringer ausfällt als wenn den Benutzer einen Einflussbereich mit kleiner Erstreckung D auswählt. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, dass die Erstreckung D des Einflussbereichs auf die Dicke t der Höhenänderung keinen Einfluss haben muss, dass also die Dicke t unabhängig von der Erstreckung D sein kann.
Das Ausführungsbeispiel wird mit den folgenden Zahlenwerten erläutert. Bei einer Höhenänderung um die Schichtdicke t von 10 × 10^-6 m ergibt sich bei einem Verhältnis von 1:140 für den Einflussbereich eine Breite von 1.400 × 10^-6 m. Der Übergangsbereich weist in diesem Fall bei einem Verhältnis zur Schichtdicke von 10:1 eine Breite von 100 × 10^-6 m auf, wodurch ein hinreichend feiner Übergang sichergestellt ist.
Bei einer Vorrichtung zur Bearbeitung eines digitalisierten Werkstücks (1), insbesondere von dreidimensionalen Modellen von herzustellenden Zahnersatzteilen, durch Veränderung von Oberflächendaten des Werkstücks mittels eines auf einen lokalen Einflussbereich (3) der Oberfläche (2) einwirkenden Werkzeugs, sind Mittel vorgesehen, welche bei Anwendung des Werkzeugs auf die Oberfläche in dem Einflussbereich (3) des Werkzeugs Höhenänderung der Oberfläche (2) bewirken, wobei der Einflussbereich des Werkzeugs einen Änderungsbereich (5) mit einer über den Einflussbereich (3) im wesentlichen konstanten Höhenänderung (t) aufweist sowie einen Übergangsbereich (4), in dem eine Anpassung der Oberfläche des Änderungsbereichs (5) an die Oberfläche außerhalb des Einflussbereichs (3) stattfindet.
Diese Mittel umfassen Algorithmen zur Veränderung von Oberflächendaten und Mittel zur Erfassung der Auswahl des Bereichs der Oberfläche, der bearbeitet werden soll.
Diese Vorrichtung kann weitere die Merkmale umfassen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich und dort beschrieben sind.

Claims

Verfahren zur Bearbeitung eines digitalisierten Werkstücks (1), insbesondere von dreidimensionalen Modellen von herzustellenden Zahnersatzteilen, durch Veränderung von Oberflächendaten des Werkstücks mittels eines auf einen lokalen Einflussbereich (3) der Oberfläche (2) einwirkenden Werkzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anwendung des Werkzeugs auf die Oberfläche in dem Einflussbereich (3) des Werkzeugs Höhenänderung der Oberfläche (2) erfolgt, wobei der Einflussbereich des Werkzeugs einen Änderungsbereich (5) mit einer über den Einflussbereich (3) im wesentlichen konstanten Höhenänderung (t) aufweist sowie einen Übergangsbereich (4), in dem eine Anpassung der Oberfläche des Änderungsbereichs (5) an die Oberfläche außerhalb des Einflussbereichs (3) stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenänderung (t) des Einflussbereichs (3) gegenüber der Erstreckung (D) des Einflussbereichs (3) ein Verhältnis von mindestens 1:50 aufweist, vorzugsweise von 1:100 bis 1:200.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (4) des Einflussbereichs (3) eine Breite (b) aufweist, die im Verhältnis zur Höhenänderung (t) 1:1 bis 20:1 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Werkzeugs durch einen Positionszeiger dargestellt wird, der über Steuermittel über die Darstellung der Oberfläche des Werkstücks bewegbar ist und einem Auswahlbereich (6) auf der Oberfläche (2) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Werkzeug die Oberfläche des Einflussbereichs (D) in Richtung des Normalenvektor (n₀) zu der Oberfläche verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Änderung der Oberfläche (2) im Einflussbereich (3) aus einem über den Auswertebereich (7) oder über den Änderungsbereich (5) des Bearbeitungswerkzeugs gemittelten Normalenvektor (n) erfolgt.
Verfahren nach 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Normalenvektor (n) aus dem Auswahlbereich (a) berechnet wird, wobei der Auswahlbereich ein Verhältnis zum Gesamtbereich von 1 zu 5 bis 1 zu 200 aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenänderung (t) ein Auftragen oder ein Abtragen sein kann und dass die Auswahl der Richtung der Höhenänderung über ein Auswahlmittel ermöglicht ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Richtung der Höhenänderung durch unterschiedliche Darstellungen des Freiform-Werkzeugs angezeigt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkungsbereich des Freiform-Werkzeugs gegenüber der Darstellung der Oberfläche des Werkstücks optisch unterscheidbar dargestellt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Einflussbereichs (D) veränderbar ist und dass vorzugsweise Mittel zur Anzeige der Größe des Einflussbereichs vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Höhenänderung (t)) von der Erstreckung (D) des Einflussbereichs (D) abhängt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenänderung (t) mit zunehmender Erstreckung (D) des Einflussbereichs (3) abnimmt.
Vorrichtung zur Bearbeitung eines digitalisierten Werkstücks (1), insbesondere von dreidimensionalen Modellen von herzustellenden Zahnersatzteilen, durch Veränderung von Oberflächendaten des Werkstücks mittels eines auf einen lokalen Einflussbereich (3) der Oberfläche (2) einwirkenden Werkzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, welche bei Anwendung des Werkzeugs auf die Oberfläche in dem Einflussbereich (3) des Werkzeugs Höhenänderung der Oberfläche (2) bewirken, wobei der Einflussbereich des Werkzeugs einen Änderungsbereich (5) mit einer über den Einflussbereich (3) im wesentlichen konstanten Höhenänderung (t) aufweist sowie einen Übergangsbereich (4), in dem eine Anpassung der Oberfläche des Änderungsbereichs (5) an die Oberfläche außerhalb des Einflussbereichs (3) stattfindet.