牙套激光加工方法与流程

1.本发明涉及牙套加工，尤其涉及一种牙套激光加工方法。


背景技术：

2.随着隐形正畸市场发展，基于高分子材料的隐形牙套有着隐形美观、舒适无刺激、可自行摘戴等各种优点，隐形牙套的矫治技术已越来越受到用户及口腔医学人士的关注，隐形矫治技术在口腔错颌畸形患者中得到广泛的推广应用。
3.隐形牙套的制作过程，首先打印牙齿的3d模型，再将矫治器的原材料置于该牙颌模型之上，进行热塑成型操作，得到具有牙颌形状的牙胶片壳体，最后将牙套壳体沿着牙龈线切割一周，除去多余的部分并且将它从三维打印母模上脱下，修整抛光边缘即得到最终的牙套。
4.沿着牙龈线切割，一般使用机器人&刀具铣削切割加工，但是刀头极易磨损，造成切割边缘有毛刺或者不光滑，并且刀头有一定的粗细和大小，很容易刮伤产品，需要预留一定空间，后续手动修掉，降低了自动化设备的效率。
5.目前已有使用激光切割牙龈线的示例，如公开号cn104739526a-中国专利公开的“非接触式切割牙套的工艺”，切割装置为激光切割器、等离子切割器或者水刀，并未详细描述每种设备具体的调试方法，切割质量也不是很高。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种牙套激光加工方法，旨在用于解决现有的牙套加工难以保证牙套质量的问题。
7.本发明是这样实现的：
8.本发明实施例提供一种牙套激光加工方法，包括以下步骤：
9.预存多套牙龈轨迹线；
10.将待加工牙套置于加工位；
11.识别待加工牙套，提取待加工牙套对应的牙龈轨迹线；
12.调节激光的切割速度；
13.调节激光切割的功率和频率；
14.切割完成，取料后将另一待加工牙套置于加工位。
15.进一步地，将每套牙龈轨迹线均划分为多个部分，每一部分均对应有激光切割速度、功率以及频率。
16.进一步地，设置牙龈轨迹线的起末位置，起末位置重叠0.1-5mm，且于起末位置加入引入线与引出线，引入线与引出线之间的夹角为20-50度。
17.进一步地，待加工牙套采用机械手抓取至激光出光口处，且在激光加工时调节机械手的速度以及加速度控制待加工牙套的切割速度。
18.进一步地，根据牙龈轨迹线的转角调整激光切割速度，且转角越小，激光的切割速
度越大。
19.进一步地，激光控制卡可以根据机械手的速度反馈来调整功率和频率，且机械手移动速度越快，激光切割的功率越大。
20.进一步地，通过调整机械手的电压模拟量输入值控制机械手的移动速度，且机械手的电压模拟量输入值范围为0-2.4v。
21.进一步地，通过ccd相机识别待加工牙套的标识，根据待加工牙套的标识提取对应的牙龈轨迹线。
22.进一步地，激光器功率为0-150w，激光波长应为9200-11000nm，且频率0.1-10khz。
23.进一步地，加工时，控制待加工牙套上单位面积的激光能量保持一致，且激光切割单位面积上的能量e＝(f*δt*dute*b)/(a*v*δt),f为激光切割频率，δt为单位时间，dute为占空比，b为单脉冲能量，a为激光聚焦光斑尺寸，v为激光切割速度。
24.本发明具有以下有益效果：
25.本发明中，牙套采用激光进行切割加工，且在切割过程中根据需要调节激光的切割速度，且根据切割速度继续调整激光的切割功率与频率，切割后牙套表面无异色和毛刺，不需要后续人工修整和抛光，改善了切割效果，同时提高了切割效率和良率。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
27.图1为本发明实施例提供的牙套激光加工方法的流程示意图；
28.图2为图1的牙套激光加工方法的待加工牙套示意图；
29.图3为图1的牙套激光加工方法加工后牙套效果图；
30.图4为图1的牙套激光加工方法中激光器加工结构示意图。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
32.参见图1-4，本发明实施例提供一种牙套激光加工方法，采用激光器5对成型后的牙套1壳体进行切割加工，具体包括以下步骤：
33.预存多套牙龈轨迹线2，具体是将多套牙龈轨迹线2预存于激光加工控制模块，不同型号的待加工牙套1都对应有不同的牙龈轨迹线2，可以通过软件进行提取，实际加工时，激光器5沿牙龈轨迹线2切割加工；
34.将待加工牙套1置于加工位，可以通过机械手6与上料装置配合，上料装置采用环形输送线7，将待加工牙套1依次放置于环形输送线7上，通过环形输送线7可以驱使各待加工牙套1依次移动，当移动至机械手6附近时，机械手6将待加工牙套1抓取至激光器5的加工
位，加工完成后，又通过机械手6将加工后牙套1重新置于环形输送线7上，环形输送线7继续移动上料；
35.识别待加工牙套1，提取待加工牙套1对应的牙龈轨迹线2；成型的待加工牙套1上设置有标识，对于标识可以是二维码，也可以是编号，机械手6在抓取待加工牙套1后通过ccd相机识别标识，从而可以获取该待加工牙套1的型号等，且将其传输至控制模块，控制模块根据型号提取对应的牙龈轨迹线2；
36.调节激光的切割速度；激光的切割速度调节是激光加工过程中实现，即边加工边调节激光的切割速度，具体是根据加工需要实时调整合适的切割速度，至于激光切割速度的调节可以采用两种形式，一种是控制激光切割头移动，一种是控制待加工牙套1移动；
37.调节激光切割的功率和频率；根据激光的切割速度调节激光切割的功率和频率，以实时调整激光器5输送至待加工牙套1上的切割能量，保证加工质量；
38.切割完成，且在取料后将另一待加工牙套1置于加工位，激光器5重新开始加工另外的待加工牙套1。
39.上述加工流程中，预存多套牙龈轨迹线2不是必经步骤，当待加工牙套1的牙龈轨迹线2均已经保存至控制模块后，后续每次加工无需再进行牙龈轨迹线2的预存步骤。待加工牙套1上下料通过环形输送线7可以实现全自动，机械手6靠近环形输送线7设置且将环形输送线7分为两个部分，其中一部分为待加工牙套1上料部分，机械手6由该部分抓取待加工牙套1，而另一部分则为加工后牙套1下料部分，机械手6将激光切割后牙套1置于该部分，当环形输送线7工作时，待加工牙套1与加工后牙套1沿环形输送线7同一方向(逆时针或者顺时针)同步移动。通过这种结构的环形输送线7，可以简化牙套1上下料结构，环形输送线7的上下料位置位于同一处(可以位于环形输送线7相对机械手6处)，从而方便工作人员或者牙套1抓取装置上下料。
40.本发明中，预存的牙龈轨迹线2通过软件提取，比如可以通过图像识别的方式提取同一型号牙套1的牙龈轨迹线2对应的轮廓线，或者采用激光标点的方式标记牙套1的牙龈部分点位，然后连接各标记点位形成牙龈轨迹线2。在加工时，识别待加工牙套1后提取对应的牙龈轨迹线2，在加工时根据牙龈轨迹线2调节激光的切割速度，同时根据激光的切割速度调节激光切割的功率以及频率，基于此可以控制加工过程中牙套1上各处切割能量，进而保证牙套1的切割质量，切割后牙套1表面无异色和毛刺，改善了切割效果，同时提高了切割效率和良率。
41.在优选实施例中，将每套牙龈轨迹线2均划分为多个部分，每一部分均对应有激光切割速度、功率以及频率。具体地，按照人体牙齿划分牙龈轨迹线2，由一侧向另一侧依次为磨牙、尖牙、门牙、尖牙以及磨牙，由此将牙龈轨迹线2分为五个部分，中间为门牙部分，两侧均依次包括尖牙部分与磨牙部分，其中两个磨牙对应的牙龈轨迹线2部分的激光切割速度、功率以及频率相同或者相近，同理两个尖牙对应的牙龈轨迹线2部分的激光切割速度、功率以及频率相同或者相近，对于磨牙、尖牙以及门牙对应的牙龈轨迹线2部分的激光切割速度、功率以及频率均具有较大的差别。
42.在确定牙套1的牙龈轨迹线2时，牙套1加工的牙龈轨迹线2与牙套1加工后形成的实际牙龈线具有一定的区别。具体地，实际牙龈线为封闭的环形，而加工的牙龈轨迹线2的起末位置并不是同一位置，起末位置具有一定的重叠，比如0.1-5mm，其可以保证加工的牙
套1多余部分可以完全脱离。在优化方案中，起末位置还加入引入线3与引出线4，引入线3与引出线4均位于牙龈轨迹线2的外侧，激光器5沿引入线3进入牙龈轨迹线2进行加工，同时沿引出线4脱离牙龈轨迹线2，引入线3与引出线4于牙龈轨迹线2对应起末位置处形成一段重叠交叉，通过引入线3与引出线4可以保证牙套1对应起末位置的加工质量。另外，将引入线3与引出线4设置于其中一侧的磨牙对应区域的外侧，两者之间具有20-50度的夹角，当夹角太大，比如大于50度时，容易伤到牙套1材料，而夹角太小，比如小于20度时，容易于牙龈轨迹线2的起末位置形成尖角。
43.在本发明的一种实施例中，待加工牙套1采用机械手6抓取至激光出光口处，且在激光加工时调节机械手6的速度以及加速度控制待加工牙套1的切割速度。本实施例中，机械手6即为牙套1的加工台，其采用真空吸附的方式抓取待加工牙套1，激光器5的出光口位置不动，通过机械手6移动控制牙套1同步移动，由此通过机械手6的移动速度可以确定激光器5的切割速度，将机械手6的速度信息传输至控制模块，然后控制模块将该信息传输至激光器5的控制卡，控制卡控制激光器5的切割功率以及切割频率。优选方案中，通过控制机械手6的移动速度，且通过电压模拟量输出值对应切割速度。优选实施例中，机械手6的电压模拟量输出值范围为0-2.4v，对应切割速度0～vmax，即当电压模拟量输出值较大时，切割速度较大，此时激光难以切透牙套1预制品，影响切割质量。
44.在具体的控制逻辑中，根据牙龈轨迹线2的转角调整激光切割速度，且转角越小，激光的切割速度越大。本实施例中，牙龈轨迹线2门牙处的转角最小，而在两个磨牙处的转角相对比较大，由此于门牙处激光的切割速度最大，而在两个磨牙处，激光的切割速度最小，比如于两个磨牙的部分位置转角非常小，机械手6的电压模拟量输入值接近0v，比如0.04v，而在门牙处，转角比较小，机械手6的电压模拟量输入值接近2.4v，当然由于牙龈轨迹线2为封闭环形，在包绕两个磨牙处时具有较大的转角，由此该位置的切割速度也应该较小，即此时输入的电压模拟量也接近0v。基于此，采用两种实施方式，一种实施方式中，激光切割速度采用离散点的方式进行调节，于门牙、尖牙以及磨牙对应区间均设置一个或者多个激光切割速度，当加工轨迹移动到对应的位置，激光切割速度调整至对应的数值；而在另一种实施方式中，激光切割速度采用连续动态调节方式，确定牙龈轨迹线2各处斜率变化以反映转角变化，进而能够根据该变化调节激光切割速度连续调节，当然还可以设置斜率变化区间，当变化小于阈值时，无需调整激光切割速度，而当超过设置变化阈值，则调整激光切割速度。在对待加工牙套1进行切割时，先获取该待加工牙套1的牙龈轨迹线2，根据牙龈轨迹线2各处的斜率控制机械手6的运动参数，进而通过机械手6的运动参数动态调整激光器5的参数，以控制牙龈轨迹线2上单位面积的能量，该调节过程为连续调节，保证激光切割质量。
45.基于上述的激光切割速度的调节，激光控制卡调整激光加工功率和频率，且激光切割速度越大，则激光切割的功率也越大。本实施例中，控制待加工牙套1上单位面积的激光能量保持一致，即当激光切割速度变化时，需要调整其激光加工功率，具体地，激光切割单位面积上的能量e＝(f*δt*dute*b)/(a*v*δt),f为激光切割频率，δt为单位时间，dute为占空比，b为单脉冲能量，a为激光聚焦光斑尺寸，v为激光切割速度。由此，当激光切割速度变化时，调整激光加工的占空比，占空比的变化曲线与激光切割速度变化曲线同步，进而可以保证激光加工过程中能量分布比较均衡。在另一种实施方案中，占空比保持稳定，
激光切割频率随激光切割速度变化，同步增大或者同步减小。对于激光器5采用二氧化碳激光器5，且功率为0-150w，激光波长应为9200-11000nm，且频率0.1-10khz，以使牙套1切割位置无发黄，粘连，毛刺等问题。
46.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种牙套激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：预存多套牙龈轨迹线；将待加工牙套置于加工位；识别待加工牙套，提取待加工牙套对应的牙龈轨迹线；调节激光的切割速度；调节激光切割的功率和频率；切割完成，取料后将另一待加工牙套置于加工位。2.如权利要求1所述的牙套激光加工方法，其特征在于：将每套牙龈轨迹线均划分为多个部分，每一部分均对应有激光切割速度、功率以及频率。3.如权利要求1所述的牙套激光加工方法，其特征在于：设置牙龈轨迹线的起末位置，起末位置重叠0.1-5mm，且于起末位置加入引入线与引出线，引入线与引出线之间的夹角为20-50度。4.如权利要求1所述的牙套激光加工方法，其特征在于：待加工牙套采用机械手抓取至激光出光口处，且在激光加工时调节机械手的速度以及加速度控制待加工牙套的切割速度。5.如权利要求4所述的牙套激光加工方法，其特征在于：根据牙龈轨迹线的转角调整激光切割速度，且转角越小，激光的切割速度越大。6.如权利要求5所述的牙套激光加工方法，其特征在于：激光控制卡可以根据机械手的速度反馈来调整功率和频率，且机械手移动速度越快，激光切割的功率越大。7.如权利要求5所述的牙套激光加工方法，其特征在于：通过调整机械手的电压模拟量输入值控制机械手的移动速度，且机械手的电压模拟量输入值范围为0-2.4v。8.如权利要求1所述的牙套激光加工方法，其特征在于：通过ccd相机识别待加工牙套的标识，根据待加工牙套的标识提取对应的牙龈轨迹线。9.如权利要求1所述的牙套激光加工方法，其特征在于：激光器功率为0-150w，激光波长应为9200-11000nm，且频率0.1-10khz。10.如权利要求1所述的牙套激光加工方法，其特征在于：加工时，控制待加工牙套上单位面积的激光能量保持一致，且激光切割单位面积上的能量e＝(f*δt*dute*b)/(a*v*δt),f为激光切割频率，δt为单位时间，dute为占空比，b为单脉冲能量，a为激光聚焦光斑尺寸，v为激光切割速度。

技术总结
本发明涉及牙套加工，提供一种牙套激光加工方法：预存多套牙龈轨迹线；将待加工牙套置于加工位；识别待加工牙套，提取待加工牙套对应的牙龈轨迹线；调节激光的切割速度；调节激光切割的功率和频率；切割完成，取料后将另一待加工牙套置于加工位。本发明中，牙套采用激光进行加工，且在加工过程中调节激光切割速度，同时依据切割速度调整激光切割功率和频率，以使切割后牙套无异色和毛刺，改善了切割效果，同时提高了切割效率和良率。同时提高了切割效率和良率。同时提高了切割效率和良率。


技术研发人员：刘勇 杨立昆 朱晓丽 赵锟 代俊峰 黄志伟
受保护的技术使用者：武汉华工激光工程有限责任公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/7/13