CN108827151B - 数据配准方法及数据配准系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数据配准方法及数据配准系统，该数据配准方法包括：步骤S1：对激光机器人建立局部坐标系，并获取局部坐标系对全局坐标系的转换关系；步骤S2：在定位器安装在激光机器人的出光口后对定位器进行扫描，获取定位器在局部坐标系中的位置；步骤S3：根据转换关系以及定位器在局部坐标系中的位置获得定位器在全局坐标系中的位置；步骤S4：在牙列固定在定位器后获得牙列在全局坐标系中的位置；步骤S5：获取牙列中的单个牙齿在全局坐标系中的位置；步骤S6：根据牙列中的单个牙齿在全局坐标系中的位置以及转换关系获取牙列中的单个牙齿在局部坐标系中的位置。本发明可以提高获取的单个牙齿在机器人坐标系中的位置的精确度。
Description
技术领域
本发明涉及口腔临床技术领域，具体涉及一种数据配准方法及数据配准系统。
背景技术
随着生活水平的不断提高，人们已经开始更多地关注健康问题，牙齿是人类健康的保护神，拥有一口结实、完好的牙齿是身体健康的保证，目前，口腔的患病率为人体各器官之首，几乎每个人在一生中都难免会受到牙病之苦，口腔科的主要疾病是牙齿、牙周类的有关疾病。近十几年来，伴随着口腔卫生关注度的增加，口腔医疗服务的多元化和市场化使人们可以选择更加优秀的医疗服务。
近几年来，机器人有了高速的发展，其在口腔临床领域得到了很好的应用，然而，目前医用机器人操作过程的坐标系配准基本上是通过导航技术来进行配准，其精确度较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数据配准方法及数据配准系统，可以提高获取的单个牙齿在机器人坐标系中的位置的精确度。
为实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种数据配准方法，包括：
步骤S1：在位置测量臂的全局坐标系中对激光机器人建立局部坐标系，并获取所述局部坐标系对所述全局坐标系的转换关系；
步骤S2：在定位器安装在所述激光机器人的出光口后采用所述位置测量臂对所述定位器进行扫描，获取所述定位器在所述局部坐标系中的位置；
步骤S3：根据所述转换关系以及所述定位器在所述局部坐标系中的位置获得所述定位器在所述全局坐标系中的位置；
步骤S4：在牙列固定在所述定位器后根据所述定位器在所述全局坐标系中的位置获得所述牙列在所述全局坐标系中的位置；
步骤S5：根据所述牙列在所述全局坐标系中的位置获取所述牙列中的单个牙齿在所述全局坐标系中的位置；
步骤S6：根据所述牙列中的单个牙齿在所述全局坐标系中的位置以及所述转换关系获取所述牙列中的单个牙齿在所述局部坐标系中的位置。
进一步地，步骤S1包括：
利用所述激光机器人在氧化锆饼上形成菱形图案，其中，所述氧化锆饼位于所述激光机器人的激光聚焦平面，所述菱形图案的两个对角线分别对应所述激光机器人的X轴、Y轴；
利用所述位置测量臂测量所述菱形图案的四个顶点，并根据所述测量的结果建立所述局部坐标系；
获取所述局部坐标系对所述全局坐标系的转换关系。
进一步地，步骤S4包括：
在牙列固定在所述定位器后采用三维扫描仪对所述牙列以及所述定位器进行扫描，获取包含所述牙列以及所述定位器的三维数据；
根据包含所述牙列以及所述定位器的三维数据以及所述定位器在所述全局坐标系中的位置获得所述牙列在所述全局坐标系中的位置。
进一步地，步骤S5包括：
采用三维扫描仪对所述牙列进行扫描，得到包含牙列标志点的三维数据；
根据包含牙列标志点的三维数据以及所述牙列在所述全局坐标系中的位置获取单个牙齿在所述全局坐标系中的位置。
为实现上述目的，本发明的技术方案还提供了一种数据配准系统，包括：
第一获取模块，用于在位置测量臂的全局坐标系中对激光机器人建立局部坐标系，并获取所述局部坐标系对所述全局坐标系的转换关系；
第二获取模块，用于在定位器安装在所述激光机器人的出光口后采用所述位置测量臂对所述定位器进行扫描，获取所述定位器在所述局部坐标系中的位置；
第一处理模块，用于根据所述转换关系以及所述定位器在所述局部坐标系中的位置获得所述定位器在所述全局坐标系中的位置；
第三获取模块，用于在牙列固定在所述定位器后根据所述定位器在所述全局坐标系中的位置获得所述牙列在所述全局坐标系中的位置；
第二处理模块，用于根据所述牙列在所述全局坐标系中的位置获取所述牙列中的单个牙齿在所述全局坐标系中的位置；
第三处理模块，用于根据所述牙列中的单个牙齿在所述全局坐标系中的位置以及所述转换关系获取所述牙列中的单个牙齿在所述局部坐标系中的位置。
进一步地，所述第一获取模块包括：
图案形成单元，用于利用所述激光机器人在氧化锆饼上形成菱形图案，其中，所述氧化锆饼位于所述激光机器人的激光聚焦平面，所述菱形图案的两个对角线分别对应所述激光机器人的X轴、Y轴；
坐标系建立单元，用于利用所述位置测量臂测量所述菱形图案的四个顶点，并根据所述测量的结果建立所述局部坐标系；
转换关系获取单元，用于获取所述局部坐标系对所述全局坐标系的转换关系。
进一步地，所述第三获取模块包括：
第一三维数据获取单元，用于在牙列固定在所述定位器后采用三维扫描仪对所述牙列以及所述定位器进行扫描，获取包含所述牙列以及所述定位器的三维数据；
第一数据处理单元，用于根据包含所述牙列以及所述定位器的三维数据以及所述定位器在所述全局坐标系中的位置获得所述牙列在所述全局坐标系中的位置。
进一步地，所述第二处理模块包括：
第二三维数据获取单元，用于采用三维扫描仪对所述牙列进行扫描，得到包含牙列标志点的三维数据；
第二数据处理单元，用于根据包含牙列标志点的三维数据以及所述牙列在所述全局坐标系中的位置获取单个牙齿在所述全局坐标系中的位置。
本发明提供的数据配准方法，利用位置测量臂建立机器人坐标系，并确定定位器与机器人坐标系的关系，激光机器人装配好后，机器人坐标系便已确定，不会因为机器人位置的改变而变化，定位器固定在出光口上，定位器相对于机器人坐标系的位置也不会变，那么通过定位器获得的单个牙在机器人坐标系中的位置便是可靠的，相比现有技术，本发明可以提高获取的单个牙齿在机器人坐标系中的位置的精确度。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的一种数据配准方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1，图1是本发明实施方式提供的一种数据配准方法的流程图，该数据配准方法包括步骤S1～步骤S6：
步骤S1：在位置测量臂的全局坐标系中对激光机器人建立局部坐标系，并获取所述局部坐标系对所述全局坐标系的转换关系，具体地，该步骤S1可以包括：
利用所述激光机器人在氧化锆饼上形成菱形图案，其中，所述氧化锆饼位于所述激光机器人的激光聚焦平面，所述菱形图案的两个对角线分别对应所述激光机器人的X轴、Y轴；
利用所述位置测量臂测量所述菱形图案的四个顶点，并根据所述测量的结果建立所述局部坐标系，例如，该位置测量臂测量可以为多自由度位置测量臂，如可以为法如测量臂；
获取所述局部坐标系对所述全局坐标系的转换关系。
例如，可以在平行于激光机器人的XY平面的氧化锆饼(位置在激光聚焦平面上)上切一个菱形洞，其对角线对应激光机器人的X、Y轴，之后采用位置测量臂的锥测头测量菱形洞的4个顶点，将4个顶点创建特征，形成点1、点2、点3、点4，将点创建特征，连接对角线两点形成直线1以及直线2(即菱形洞的两条对角线)，利用直线1、直线2及直线1、直线2的交点(点5)，通过使用Geomagic Studio的坐标建立功能建立局部坐标系，该局部坐标系即为机器人坐标系O1；
此时，机器人坐标系O1的原点，并非位置测量臂的全局坐标系的原点(0,0)，而通过Geomagic的坐标转换功能可以将机器人坐标系O1与全局坐标系O0对齐，此时机器人坐标系视为与全局坐标系重合，原点变为(0,0)，在Geomagic的【工具】-【转换】中得到机器人坐标系对全局坐标系的转换关系
上述方法完成了坐标系的建立与转换，牙体预备也将在全局坐标系中进行，以下是将单个牙齿配准到机器人坐标系的方法；
步骤S2：在定位器安装在所述激光机器人的出光口后采用所述位置测量臂对所述定位器进行扫描，获取所述定位器在所述局部坐标系中的位置；
例如，在将定位器安装到激光机器人的出光口(牙嘴)后，利用位置测量臂扫描定位器，得到定位器在机器人坐标系O1中的位置；
步骤S3：根据所述转换关系以及所述定位器在所述局部坐标系中的位置获得所述定位器在所述全局坐标系中的位置；
牙体预备时需要在全局坐标系中切削，因此在Geomagic的【工具】-【转换】菜单中通过转换关系
将定位器转换到全局坐标系中，此时获得定位器在全局坐标系中的位置；
步骤S4：在牙列固定在所述定位器后根据所述定位器在所述全局坐标系中的位置获得所述牙列在所述全局坐标系中的位置，具体地，该步骤S4可以包括：
在牙列固定在所述定位器后采用三维扫描仪对所述牙列以及所述定位器进行扫描，获取包含所述牙列以及所述定位器的三维数据；
根据包含所述牙列以及所述定位器的三维数据以及所述定位器在所述全局坐标系中的位置获得所述牙列在所述全局坐标系中的位置；
例如，将牙列与定位器固定后，采用口腔三维扫描仪CEREC扫描二者数据，通过定位器配准，获得牙列与全局坐标系的关系(即牙列在全局坐标系中的位置)。
步骤S5：根据所述牙列在所述全局坐标系中的位置获取所述牙列中的单个牙齿在所述全局坐标系中的位置，具体地，该步骤S5可以包括：
采用三维扫描仪对所述牙列进行扫描，得到包含牙列标志点的三维数据；
根据包含牙列标志点的三维数据以及所述牙列在所述全局坐标系中的位置获取单个牙齿在所述全局坐标系中的位置；
例如，采用口腔三维扫描仪(如采用CEREC)扫描牙列，通过牙列标志点与上述数据配准，获得单个牙齿与全局坐标系的关系(即单个牙齿在全局坐标系中的位置)。
步骤S6：根据所述牙列中的单个牙齿在所述全局坐标系中的位置以及所述转换关系获取所述牙列中的单个牙齿在所述局部坐标系中的位置。
本发明实施方式提供的数据配准方法，利用位置测量臂建立机器人坐标系，并确定定位器与机器人坐标系的关系，激光机器人装配好后，机器人坐标系便已确定，不会因为机器人位置的改变而变化，定位器固定在出光口上，定位器相对于机器人坐标系的位置也不会变，那么通过定位器获得的单个牙在机器人坐标系中的位置便是可靠的，相比现有技术，本发明可以提高获取的单个牙齿在机器人坐标系中的位置的精确度。
本发明实施方式还提供了一种数据配准系统，包括：
第一获取模块，用于在位置测量臂的全局坐标系中对激光机器人建立局部坐标系，并获取所述局部坐标系对所述全局坐标系的转换关系；
第二获取模块，用于在定位器安装在所述激光机器人的出光口后采用所述位置测量臂对所述定位器进行扫描，获取所述定位器在所述局部坐标系中的位置；
第一处理模块，用于根据所述转换关系以及所述定位器在所述局部坐标系中的位置获得所述定位器在所述全局坐标系中的位置；
第三获取模块，用于在牙列固定在所述定位器后根据所述定位器在所述全局坐标系中的位置获得所述牙列在所述全局坐标系中的位置；
第二处理模块，用于根据所述牙列在所述全局坐标系中的位置获取所述牙列中的单个牙齿在所述全局坐标系中的位置；
第三处理模块，用于根据所述牙列中的单个牙齿在所述全局坐标系中的位置以及所述转换关系获取所述牙列中的单个牙齿在所述局部坐标系中的位置。
其中，在本发明实施方式中，所述第一获取模块包括：
图案形成单元，用于利用所述激光机器人在氧化锆饼上形成菱形图案，其中，所述氧化锆饼位于所述激光机器人的激光聚焦平面，所述菱形图案的两个对角线分别对应所述激光机器人的X轴、Y轴；
坐标系建立单元，用于利用所述位置测量臂测量所述菱形图案的四个顶点，并根据所述测量的结果建立所述局部坐标系；
转换关系获取单元，用于获取所述局部坐标系对所述全局坐标系的转换关系。
其中，在本发明实施方式中，所述第三获取模块包括：
第一三维数据获取单元，用于在牙列固定在所述定位器后采用三维扫描仪对所述牙列以及所述定位器进行扫描，获取包含所述牙列以及所述定位器的三维数据；
第一数据处理单元，用于根据包含所述牙列以及所述定位器的三维数据以及所述定位器在所述全局坐标系中的位置获得所述牙列在所述全局坐标系中的位置；
其中，在本发明实施方式中，所述第二处理模块包括：
第二三维数据获取单元，用于采用三维扫描仪对所述牙列进行扫描，得到包含牙列标志点的三维数据；
第二数据处理单元，用于根据包含牙列标志点的三维数据以及所述牙列在所述全局坐标系中的位置获取单个牙齿在所述全局坐标系中的位置。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种数据配准方法，其特征在于，包括：
步骤S1：在位置测量臂的全局坐标系中对激光机器人建立局部坐标系，并获取所述局部坐标系对所述全局坐标系的转换关系，所述位置测量臂为多自由度位置测量臂；
步骤S2：在定位器安装在所述激光机器人的出光口后采用所述位置测量臂对所述定位器进行扫描，获取所述定位器在所述局部坐标系中的位置；
步骤S3：根据所述转换关系以及所述定位器在所述局部坐标系中的位置获得所述定位器在所述全局坐标系中的位置；
步骤S4：在牙列固定在所述定位器后根据所述定位器在所述全局坐标系中的位置获得所述牙列在所述全局坐标系中的位置；
步骤S5：根据所述牙列在所述全局坐标系中的位置获取所述牙列中的单个牙齿在所述全局坐标系中的位置；
步骤S6：根据所述牙列中的单个牙齿在所述全局坐标系中的位置以及所述转换关系获取所述牙列中的单个牙齿在所述局部坐标系中的位置。
2.根据权利要求1所述的数据配准方法，其特征在于，步骤S1包括：
利用所述激光机器人在氧化锆饼上形成菱形图案，其中，所述氧化锆饼位于所述激光机器人的激光聚焦平面，所述菱形图案的两个对角线分别对应所述激光机器人的X轴、Y轴；
利用所述位置测量臂测量所述菱形图案的四个顶点，并根据所述测量的结果建立所述局部坐标系；
获取所述局部坐标系对所述全局坐标系的转换关系。
3.根据权利要求1所述的数据配准方法，其特征在于，步骤S4包括：
在牙列固定在所述定位器后采用三维扫描仪对所述牙列以及所述定位器进行扫描，获取包含所述牙列以及所述定位器的三维数据；
根据包含所述牙列以及所述定位器的三维数据以及所述定位器在所述全局坐标系中的位置获得所述牙列在所述全局坐标系中的位置。
4.根据权利要求1所述的数据配准方法，其特征在于，步骤S5包括：
采用三维扫描仪对所述牙列进行扫描，得到包含牙列标志点的三维数据；
根据包含牙列标志点的三维数据以及所述牙列在所述全局坐标系中的位置获取单个牙齿在所述全局坐标系中的位置。
5.一种数据配准系统，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于在位置测量臂的全局坐标系中对激光机器人建立局部坐标系，并获取所述局部坐标系对所述全局坐标系的转换关系，所述位置测量臂为多自由度位置测量臂；
第二获取模块，用于在定位器安装在所述激光机器人的出光口后采用所述位置测量臂对所述定位器进行扫描，获取所述定位器在所述局部坐标系中的位置；
第一处理模块，用于根据所述转换关系以及所述定位器在所述局部坐标系中的位置获得所述定位器在所述全局坐标系中的位置；
第三获取模块，用于在牙列固定在所述定位器后根据所述定位器在所述全局坐标系中的位置获得所述牙列在所述全局坐标系中的位置；
第二处理模块，用于根据所述牙列在所述全局坐标系中的位置获取所述牙列中的单个牙齿在所述全局坐标系中的位置；
第三处理模块，用于根据所述牙列中的单个牙齿在所述全局坐标系中的位置以及所述转换关系获取所述牙列中的单个牙齿在所述局部坐标系中的位置。
6.根据权利要求5所述的数据配准系统，其特征在于，所述第一获取模块包括：
图案形成单元，用于利用所述激光机器人在氧化锆饼上形成菱形图案，其中，所述氧化锆饼位于所述激光机器人的激光聚焦平面，所述菱形图案的两个对角线分别对应所述激光机器人的X轴、Y轴；
坐标系建立单元，用于利用所述位置测量臂测量所述菱形图案的四个顶点，并根据所述测量的结果建立所述局部坐标系；
转换关系获取单元，用于获取所述局部坐标系对所述全局坐标系的转换关系。
7.根据权利要求5所述的数据配准系统，其特征在于，所述第三获取模块包括：
第一三维数据获取单元，用于在牙列固定在所述定位器后采用三维扫描仪对所述牙列以及所述定位器进行扫描，获取包含所述牙列以及所述定位器的三维数据；
第一数据处理单元，用于根据包含所述牙列以及所述定位器的三维数据以及所述定位器在所述全局坐标系中的位置获得所述牙列在所述全局坐标系中的位置。
8.根据权利要求5所述的数据配准系统，其特征在于，所述第二处理模块包括：
第二三维数据获取单元，用于采用三维扫描仪对所述牙列进行扫描，得到包含牙列标志点的三维数据；
第二数据处理单元，用于根据包含牙列标志点的三维数据以及所述牙列在所述全局坐标系中的位置获取单个牙齿在所述全局坐标系中的位置。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
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