【摘 要】
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义齿作为患者牙齿缺失后的牙齿修复体,在口腔问题治疗和修复中起着非常重要的作用。目前义齿主要采用数控机床和CAD/CAM技术进行加工。然而,义齿数控加工系统中刀路轨迹规划等核心技术一直被国外垄断。为了打破国外技术壁垒,自主设计研发义齿加工系统是非常必要的。为此,本文针对义齿加工前置处理问题,从STL文件预处理、STL模型的刀位点生成、刀位点轨迹生成等方面进行研究,并完成了义齿加工前置处理系统的设计和
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义齿作为患者牙齿缺失后的牙齿修复体,在口腔问题治疗和修复中起着非常重要的作用。目前义齿主要采用数控机床和CAD/CAM技术进行加工。然而,义齿数控加工系统中刀路轨迹规划等核心技术一直被国外垄断。为了打破国外技术壁垒,自主设计研发义齿加工系统是非常必要的。为此,本文针对义齿加工前置处理问题,从STL文件预处理、STL模型的刀位点生成、刀位点轨迹生成等方面进行研究,并完成了义齿加工前置处理系统的设计和实现。表达义齿模型的STL文件是一种由顶点和三角面片组成的三维格式文件。针对STL文件中冗余数据及缺失三角面片组成的破洞问题,本文首先对义齿STL文件预处理。根据STL文件格式,建立了三角面片、顶点拓扑链表的数据结构,重建了STL文件的拓扑关系。通过顶点链表中的节点将重复出现顶点坐标存储一次,简化STL文件中重复的顶点。分析点与面的邻接数量关系,设计了改进STL模型中的破洞边界的查找算法,能够准确地查找到STL模型的破洞边界点,进而使用逐点插入法完成破洞的三角化修补。针对刀位点生成较慢且冗余的问题,本文研究了刀位点的生成与优化算法。为了进一步得到刀位点数据,本文采用角度形状因子权值法求解义齿STL模型中三角面片顶点法向量,使得法向量计算误差减小,进而根据顶点法向量建立义齿等距模型,采用等间距截面法计算出初始刀位点集合。为了有效降低刀位点计算的时间复杂度,通过分析截面与模型的位置关系,本文提出了基于截交区域划分的刀位点数据优化算法。为了去除冗余刀位点,建立了冗余刀位点优化算法。通过上述两个算法,能够快速的得到无冗余的刀位点。为了生成光顺的、适于数控机床执行的刀路轨迹,本文研究了刀位点数据拟合算法。采用三次NURBS插值拟合曲线对刀位点进行轨迹拟合。通过分析刀路轨迹拟合曲线的控制点求解复杂的问题,给出了基于NURBS曲线的最小二乘渐近迭代拟合算法,将刀位点与拟合点的差值平方作为最小二乘优化目标。通过对初始刀轨的不断迭代,有效避免了高阶矩阵计算,得到了理想的刀路轨迹。为了开发一个义齿加工前置处理系统,本文结合某义齿加工企业的实际需求。在Qt环境下配合VTK三维可视库,使用C++语言对软件进行开发,完成了义齿模型破洞修补及可视化,连接杆添加及交互、模型等距、刀轨生成功能,实现了义齿加工刀路轨迹规划的目标。该系统界面简洁、操作简便,只需输入待加工的义齿STL文件及相应数据即可生成刀路轨迹,适于义齿加工企业和牙科医生使用。
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