在傳統(tǒng)的口腔修復體制作過程中,幾乎每道工序都會涉及人工操作。因此,其義齒制作周期較長,精度也難以保證。自20世紀末以來,CAD/CAM技術已被廣泛應用于口腔修復體的設計、加工和制作過程。CAD技術主要采用計算機技術和數(shù)字圖像處理技術輔助進行修復體的設計;而CAM則是先利用軟件計算生成數(shù)控代碼,再控制機床進行修復體的成型加工。與傳統(tǒng)方法相比,數(shù)字化口腔修復CAD/CAM技術自動化程度較高,在1小時內(nèi)即可獲得質量較高的修復體。本課題主要研究口腔修復體數(shù)控加工過程中的刀具軌跡生成策略及其CAM算法功能實現(xiàn)的問題。主要目標是為修復體粗加工、精加工過程生成光滑連續(xù)且加工效率較高的刀具軌跡。本文利用C++程序實現(xiàn)所提出的刀軌生成算法,具體研究內(nèi)容如下:(1)三角網(wǎng)格曲面模型幾何拓撲信息建模。為便于進行后續(xù)的刀具軌跡規(guī)劃工作,選取半邊數(shù)據(jù)結構對網(wǎng)格曲面進行拓撲重建,并去除冗余的頂點信息。針對網(wǎng)格曲面法矢、曲率不連續(xù)的情況,引入一種形狀面積權重法估算刀觸點處的法矢量�；谧钚《嗽韺W(wǎng)格曲面進行局部二次擬合,得到相關的微分幾何信息。(2)修復體加工刀具軌跡生成及其后處理。以磨牙冠修復體為研究對象,在粗加工刀具軌跡生成中,采用改進的截平面法,并充分利用網(wǎng)格曲面的拓撲鄰域信息,提高了刀具軌跡的求解效率。在精加工刀具軌跡生成中,基于調和映射理論,利用等參數(shù)環(huán)螺旋線法生成初始的單環(huán)螺旋軌跡,并通過等殘留高度法對其進行迭代計算,最終生成了光滑連續(xù)且加工效率較高的等殘高復合螺旋刀具軌跡。同時,在上述的刀軌生成過程中,都需要對初始生成的刀具軌跡進行必要的自交、干涉及冗余后處理,以保證所生成的刀具軌跡具備良好的加工性能。(3)刀軌規(guī)劃軟件開發(fā)及加工實驗驗證。在Qt開發(fā)環(huán)境下,完成了刀軌規(guī)劃軟件DentalCAM的主要功能模塊的開發(fā)工作。同時,將本文刀軌生成算法與WorkNC軟件在計算時間、加工效率上進行對比、分析,并通過實驗驗證本文方法的可行性及有效性。結果表明本文中的刀軌生成方法能夠在保證加工表面質量的前提下盡可能地提高加工效率,所得磨牙冠滿足口腔修復的臨床應用需求。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TG659;TH787.1
【部分圖文】：

隨著我國經(jīng)濟水平的提高和醫(yī)療技術的應用普及，理論上人們的口腔狀況應該可以得到逐步改善。但是，由于生活方式和飲食結構的改變，普通民眾發(fā)生口腔疾病的可能性仍然較高。國家衛(wèi)計委于 2017 年 9 月公布了第四次全國口腔健康流行病學調查結果。其中，12 歲以下兒童患齲齒的比例達到 34.5%，相比第三次調查提高約 8%，且農(nóng)村高于城市，情況不容樂觀。中年人檢出牙石和牙齦出血的比率仍然較高，口腔健康狀況有待提高。老年人口腔健康狀況在向好發(fā)展，65-74 歲老年人存留牙數(shù)為 22.5 顆，比十年前平均增加 1.5 顆，修復比例上升了 29.5%。不過整體上來看，與 2007 年第三次全國口腔健康調查結果相比，國民普遍更加重視口腔健康問題，并在日常的生活習慣上做出改變，但仍有較大的提升空間。而在口腔修復方面，隨著口腔醫(yī)療水平的逐步提高，這十年間，我國口腔修復的比率平均提高了35%。尤其是老年人牙齒缺損修復的比例提高到63.2%，全口無牙的比例下降了33.8%，可以說義齒修復技術極大地改善了老年人群的口腔狀況。一般而言，用于牙體缺損的口腔修復體是指人造冠、嵌體和貼面（如圖 1-1 所示），制作完成的修復體要求能夠恢復缺損牙體原來的外觀、形貌和生理功能。

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文對經(jīng)過預處理的點云數(shù)據(jù)進行三維數(shù)字化模型重建。目前，普遍使用離散三角網(wǎng)格曲面來近似表達修復體的表面輪廓，其一般為 STL（stereo lithography）文件格式[3]。此外，也可以使用 Bezier 曲面和 NURBS 等參數(shù)曲面進行表達，但后兩者在表示復雜三維結構時往往不夠充分，處理也較繁瑣，故較少采用。如圖 1-4 所示為上述數(shù)字化印模過程生成的 3 個數(shù)據(jù)模型，它們在之后也將作為口腔修復體CAD/CAM 系統(tǒng)的輸入文件。

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文（德國 Kavo 公司）及 E4D 系統(tǒng)（美國 E4D 公司）等都是較為常見而成熟的系統(tǒng)。其中，應用最多的、最成熟的成套椅旁數(shù)字化修復系統(tǒng)仍然是 CEREC 系統(tǒng)。CEREC 的 CAD 軟件部分可以自動識別現(xiàn)有模型特征及其頸緣線，能為病患的不同牙齒形態(tài)構建咬合面，并根據(jù)需要提供對標準修復體模型的參數(shù)化設計和自由曲面級別的變形操作。CEREC 的 CAM單元根據(jù)功能不同有所區(qū)別。CEREC-3 系統(tǒng)簡單實用，機床使用兩支車針三維打磨并精修修復體，其末端分別為圓錐頭和平頭狀。CEREC-3 性價比較高，但通常僅限于對單顆口腔修復體的設計制作。CEREC-MC 系統(tǒng)（如圖 1-5 所示）則能夠完成單牙或橋體的制作，其配有四支車針，具備修復體多面同時加工和自動換刀能力，系統(tǒng)功能更趨完善。

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本文編號：2834363