技术领域
本发明涉及义齿加工技术领域，具体涉及一种加工义齿的方法、计算设备和数控机床系统。
背景技术
义齿，又称假牙、牙齿修复物、牙齿修复体。一般来说，加工义齿的方式有两种：一种方式是通过铣削、雕刻、切割、打磨等加工手段直接获得义齿外冠。这种方式工艺较为简单，但是义齿的观感和真实牙齿有较为明显的区别，通常用于不易显露部位的义齿制备，例如臼齿的制备。另一种方式是先加工出义齿内冠，然后对照最终成型义齿的模型(例如CAD模型，或者根据CAD模型打印出的义齿模型)，在内冠上逐层堆瓷并逐层烧结，形成堆瓷后的义齿外冠，随后对堆瓷后的义齿外冠进行打磨或修补，从而完成义齿的制造。这种方式制造的义齿也可以称为“烤瓷义齿”或“烤瓷牙”。烤瓷义齿在观感上和真实牙齿非常接近，但是现有的义齿外冠打磨操作通常由牙科技师手工进行，一方面受牙科技师的能力、经验、状态影响较大，精确度难以稳定在较高水平，另一方面，效率低下，耗时较长。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种采用堆瓷工艺加工义齿的方法与装置，通过采用数控机床对义齿外冠进行打磨，改变以往人工打磨义齿外冠的方式，提高了义齿的加工效率和精确度。本发明提供一种加工义齿的方法，义齿包括义齿内冠和义齿外冠，该方法包括以下步骤：
S10：根据义齿内冠模型数据、义齿内冠扫描数据获取第一变换关系。
S30：根据第一变换关系、第二变换关系、义齿外冠模型数据、义齿外冠扫描数据确定义齿外冠的加工路径。
S50：根据加工路径，驱动数控机床加工义齿外冠。
其中，义齿内冠根据义齿内冠模型数据制备。
义齿外冠根据对义齿内冠进行堆瓷后形成。
义齿内冠模型数据为根据备牙扫描数据进行建模而获得的义齿内冠的模型数据。
义齿外冠模型数据为根据备牙扫描数据进行建模而获得的义齿外冠的模型数据。
义齿内冠扫描数据为通过对义齿内冠进行三维扫描获得的扫描数据。
义齿外冠扫描数据为通过对义齿外冠进行三维扫描获得的扫描数据。
第一变换关系为模型坐标系和扫描仪坐标系的坐标变换关系。
第二变换关系为扫描仪坐标系与机床坐标系的坐标变换关系。
模型坐标系为义齿内冠模型数据和义齿外冠模型数据所位于的坐标系。
扫描仪坐标系为义齿内冠扫描数据和义齿外冠扫描数据位于的坐标系。
机床坐标系为加工义齿用的数控机床所在的坐标系。
进一步的，对义齿内冠和义齿外冠进行扫描时，义齿内冠和义齿外冠在承载工具上的位置姿态相同。
步骤S10进一步包括：
S11：根据第一ISS关键点和第二ISS关键点，计算第一SHOT特征描述子和第二SHOT特征描述子。
第一ISS关键点为义齿内冠模型数据的ISS关键点，第二ISS关键点为义齿内冠扫描数据的ISS关键点；第一SHOT特征描述子是与第一ISS关键点相应的SHOT特征描述子，第二SHOT特征描述子是与第二ISS关键点相应的SHOT特征描述子。
S12：在第一ISS关键点和第二ISS关键点中，基于第一SHOT特征描述子和第二SHOT特征描述子，获得基于SHOT特征描述子的最佳匹配，形成义齿内冠模型数据和义齿内冠扫描数据的匹配点对。
S13：根据匹配点对，利用RANSAC算法计算出义齿内冠模型数据到义齿内冠扫描数据的初始变换关系。
S14：根据初始变换关系，对义齿内冠模型数据进行坐标变换，形成初始变换后的义齿内冠模型数据。
S15：根据ICP算法，计算初始变换后的义齿内冠模型数据到义齿内冠扫描数据的精确变换关系。
S16：根据初始变换关系和精确变换关系，获得第一变换关系。
进一步的，第二变换关系的获取步骤包括：
S22：获取标定器和机床坐标系的位置关系；其中，标定器被安装在数控机床上。
S24：获得标定器和扫描仪坐标系的位置关系。
S26：根据标定器和机床坐标系的位置关系，以及标定器和扫描仪坐标系的位置关系，获得第二变换关系。
步骤S30进一步包括：
步骤S32：根据第一变换关系和第二变换关系，获得目标义齿外冠模型数据，目标义齿外冠模型数据为机床坐标系下的义齿外冠模型数据。
步骤S34：根据第二变换关系，获得目标义齿外冠扫描数据，目标义齿外冠扫描数据为机床坐标系下的义齿外冠扫描数据。
步骤S36：根据目标义齿外冠模型数据和目标义齿外冠扫描数据，确定义齿外冠的加工路径。
可选的，步骤S32进一步包括：
根据第一变换关系，获得扫描仪坐标系下义齿外冠模型数据。
根据第二变换关系，获得目标义齿外冠模型数据。
优选的，步骤S32进一步包括：
根据第一变换关系和第二变换关系，获得第三变换关系；其中，第三变换关系为模型坐标系和机床坐标系的变换关系。
根据第三变换关系，获得目标义齿外冠模型数据。
进一步的，加工路径通过计算目标义齿外冠扫描数据和目标义齿外冠模型数据中对应点的差来确定。
进一步的，如果差小于或不大于特定阈值，则加工路径为空(Null)；如果差大于或不小于特定阈值，则确定加工路径。
进一步的，特定阈值为数控机床的加工精度。
为实现义齿加工的方法，本发明还提供了一种计算设备，包括处理器和存储介质，其特征在于，存储介质(非瞬时性存储介质)用于存储有加工义齿的控制程序，处理器用于执行控制程序；当控制程序被处理器执行时，实现以下步骤：
S10：根据义齿内冠模型数据、义齿内冠扫描数据获取第一变换关系。
S30：根据第一变换关系、第二变换关系、义齿外冠模型数据、义齿外冠扫描数据确定义齿外冠的加工路径。
S50：根据加工路径，驱动数控机床加工义齿外冠。
其中，义齿内冠根据义齿内冠模型数据制备。
义齿外冠根据对义齿内冠进行堆瓷后形成。
义齿内冠模型数据为根据备牙扫描数据进行建模而获得的义齿内冠的模型数据。
义齿外冠模型数据为根据备牙扫描数据进行建模而获得的义齿外冠的模型数据。
义齿内冠扫描数据为通过对义齿内冠进行三维扫描获得的扫描数据。
义齿外冠扫描数据为通过对义齿外冠进行三维扫描获得的扫描数据。
第一变换关系为模型坐标系和扫描仪坐标系的坐标变换关系。
第二变换关系为扫描仪坐标系与机床坐标系的坐标变换关系。
模型坐标系为义齿内冠模型数据和义齿外冠模型数据所位于的坐标系。
扫描仪坐标系为义齿内冠扫描数据和义齿外冠扫描数据位于的坐标系。
机床坐标系为加工义齿用的数控机床所在的坐标系。
进一步的，对义齿内冠和义齿外冠进行扫描时，义齿内冠和义齿外冠在承载工具上的位置姿态相同。
步骤S10进一步包括：
S11：根据第一ISS关键点和第二ISS关键点，计算第一SHOT特征描述子和第二SHOT特征描述子。
第一ISS关键点为义齿内冠模型数据的ISS关键点，第二ISS关键点为义齿内冠扫描数据的ISS关键点；第一SHOT特征描述子是与第一ISS关键点相应的SHOT特征描述子，第二SHOT特征描述子是与第二ISS关键点相应的SHOT特征描述子。
S12：在第一ISS关键点和第二ISS关键点中，基于第一SHOT特征描述子和第二SHOT特征描述子，获得基于SHOT特征描述子的最佳匹配，形成义齿内冠模型数据和义齿内冠扫描数据的匹配点对。
S13：根据匹配点对，利用RANSAC算法计算出义齿内冠模型数据到义齿内冠扫描数据的初始变换关系。
S14：根据初始变换关系，对义齿内冠模型数据进行坐标变换，形成初始变换后的义齿内冠模型数据。
S15：根据ICP算法，计算初始变换后的义齿内冠模型数据到义齿内冠扫描数据的精确变换关系。
S16：根据初始变换关系和精确变换关系，获得第一变换关系。
进一步的，第二变换关系的获取步骤包括：
S22：获取标定器和机床坐标系的位置关系；其中，标定器被安装在数控机床上。
S24：获得标定器和扫描仪坐标系的位置关系。
S26：根据标定器和机床坐标系的位置关系，以及标定器和扫描仪坐标系的位置关系，获得第二变换关系。
步骤S30进一步包括：
步骤S32：根据第一变换关系和第二变换关系，获得目标义齿外冠模型数据，目标义齿外冠模型数据为机床坐标系下的义齿外冠模型数据。
步骤S34：根据第二变换关系，获得目标义齿外冠扫描数据，目标义齿外冠扫描数据为机床坐标系下的义齿外冠扫描数据。
步骤S36：根据目标义齿外冠模型数据和目标义齿外冠扫描数据，确定义齿外冠的加工路径。
可选的，步骤S32进一步包括：
根据第一变换关系，获得扫描仪坐标系下义齿外冠模型数据。
根据第二变换关系，获得目标义齿外冠模型数据。
优选的，步骤S32进一步包括：
根据第一变换关系和第二变换关系，获得第三变换关系；其中，第三变换关系为模型坐标系和机床坐标系的变换关系。
根据第三变换关系，获得目标义齿外冠模型数据。
进一步的，加工路径通过计算目标义齿外冠扫描数据和目标义齿外冠模型数据中对应点的差来确定。
进一步的，如果差小于或不大于特定阈值，则加工路径为空(Null)；如果差大于或不小于特定阈值，则确定加工路径。
进一步的，特定阈值为数控机床的加工精度。
本发明还提供了一种存储介质(非瞬时性存储介质)，存储有加工义齿的控制程序，当控制程序被执行时，实现以下步骤：
S10：根据义齿内冠模型数据、义齿内冠扫描数据获取第一变换关系。
S30：根据第一变换关系、第二变换关系、义齿外冠模型数据、义齿外冠扫描数据确定义齿外冠的加工路径。
S50：根据加工路径，驱动数控机床加工义齿外冠。
其中，义齿内冠根据义齿内冠模型数据制备。
义齿外冠根据对义齿内冠进行堆瓷后形成。
义齿内冠模型数据为根据备牙扫描数据进行建模而获得的义齿内冠的模型数据。
义齿外冠模型数据为根据备牙扫描数据进行建模而获得的义齿外冠的模型数据。
义齿内冠扫描数据为通过对义齿内冠进行三维扫描获得的扫描数据。
义齿外冠扫描数据为通过对义齿外冠进行三维扫描获得的扫描数据。
第一变换关系为模型坐标系和扫描仪坐标系的坐标变换关系。
第二变换关系为扫描仪坐标系与机床坐标系的坐标变换关系。
模型坐标系为义齿内冠模型数据和义齿外冠模型数据所位于的坐标系。
扫描仪坐标系为义齿内冠扫描数据和义齿外冠扫描数据位于的坐标系。
机床坐标系为加工义齿用的数控机床所在的坐标系。
进一步的，对义齿内冠和义齿外冠进行扫描时，义齿内冠和义齿外冠在承载工具上的位置姿态相同。
进一步的，步骤S10进一步包括：
S11：根据第一ISS关键点和第二ISS关键点，计算第一SHOT特征描述子和第二SHOT特征描述子。
第一ISS关键点为义齿内冠模型数据的ISS关键点，第二ISS关键点为义齿内冠扫描数据的ISS关键点；第一SHOT特征描述子是与第一ISS关键点相应的SHOT特征描述子，第二SHOT特征描述子是与第二ISS关键点相应的SHOT特征描述子。
S12：在第一ISS关键点和第二ISS关键点中，基于第一SHOT特征描述子和第二SHOT特征描述子，获得基于SHOT特征描述子的最佳匹配，形成义齿内冠模型数据和义齿内冠扫描数据的匹配点对。
S13：根据匹配点对，利用RANSAC算法计算出义齿内冠模型数据到义齿内冠扫描数据的初始变换关系。
S14：根据初始变换关系，对义齿内冠模型数据进行坐标变换，形成初始变换后的义齿内冠模型数据。
S15：根据ICP算法，计算初始变换后的义齿内冠模型数据到义齿内冠扫描数据的精确变换关系。
S16：根据初始变换关系和精确变换关系，获得第一变换关系。
进一步的，第二变换关系的获取步骤包括：
S22：获取标定器和机床坐标系的位置关系；其中，标定器被安装在数控机床上。
S24：获得标定器和扫描仪坐标系的位置关系。
S26：根据标定器和机床坐标系的位置关系，以及标定器和扫描仪坐标系的位置关系，获得第二变换关系。
步骤S30进一步包括：
步骤S32：根据第一变换关系和第二变换关系，获得目标义齿外冠模型数据，目标义齿外冠模型数据为机床坐标系下的义齿外冠模型数据。
步骤S34：根据第二变换关系，获得目标义齿外冠扫描数据，目标义齿外冠扫描数据为机床坐标系下的义齿外冠扫描数据。
步骤S36：根据目标义齿外冠模型数据和目标义齿外冠扫描数据，确定义齿外冠的加工路径。
可选的额，步骤S32进一步包括：
根据第一变换关系，获得扫描仪坐标系下义齿外冠模型数据。
根据第二变换关系，获得目标义齿外冠模型数据。
优选的，步骤S32进一步包括：
根据第一变换关系和第二变换关系，获得第三变换关系；其中，第三变换关系为模型坐标系和机床坐标系的变换关系。
根据第三变换关系，获得目标义齿外冠模型数据。
进一步的，加工路径通过计算目标义齿外冠扫描数据和目标义齿外冠模型数据中对应点的差来确定。
进一步的，如果差小于或不大于特定阈值，则加工路径为空(Null)；如果差大于或不小于特定阈值，则确定加工路径。
进一步的，特定阈值为数控机床的加工精度。
本发明还提供了一种数控机床，包括加工主轴，加工工具(优选打磨工具)，三维扫描仪(优选固定焦距的三维扫描仪)，扫描主轴；加工工具被安装在加工主轴上，并且能够沿着加工主轴所在方向做直线运动；三维扫描仪被安装在扫描主轴上，并且能够沿着扫描主轴所在方向做直线运动；其中，扫描主轴与加工主轴平行或者基本平行，并且三维扫描仪的主光轴与扫描主轴平行或者基本平行。
进一步的，数控机床包括第一直线轴(X轴)、第二直线轴(Y轴)、第三直线轴(Z轴)、第一旋转轴(A轴)、第二旋转轴(B轴)，第一旋转轴(A轴)围绕第一直线轴(X轴)旋转，第二旋转轴(B轴)围绕第二直线轴(Y轴)旋转。
进一步的，加工主轴与第三旋转轴平行。
进一步的，还包括固定装置(优选1个或多个夹具)，固定装置能够沿着第一、第二旋转轴做旋转运动，并且沿着第一、第二直线轴做直线运动。
进一步的，夹具的内接触面为圆形、半圆形、弧形或线形。
进一步的，固定装置包括对称的2个夹具或4个夹具，或者成等边三角形的3个夹具或成正六边形的6个夹具。
进一步的，还包括标定器，用于确定扫描仪坐标系与机床坐标系的坐标变换关系。
本发明还提供了一种采用堆瓷工艺加工义齿的方法，包括以下步骤：
S210：将义齿内冠固定到承载工具(板状或者圆形板状)上。
S220：将承载工具安装在数控机床的固定装置上。
S230：将固定装置移动到内冠扫描位置，驱动三维扫描仪扫描义齿内冠，获得义齿内冠扫描数据。
S240：取下承载工具，对义齿内冠进行堆瓷，形成义齿外冠。
S250：再次将承载装置安装到固定装置上，将固定装置移动到外冠扫描位置，驱动三维扫描仪扫描义齿外冠，获得义齿外冠扫描数据。
其中，义齿内冠的数量为1个或2个以上(例如5-25个，10-20个)。义齿内冠以单颗义齿的形式或者义齿牙列的形式固定在承载工具上。
进一步的，内冠扫描位置可以是一个位置，但优选包括多个位置，尤其包括是沿着A轴和/或B轴旋转而形成的位置。优选的，内冠扫描位置位于扫描主轴20附近。
进一步的，步骤S240中，在承载工具上对义齿内冠进行堆瓷。
进一步的，步骤S240中，首先从承载工具上取下义齿内冠，然后对义齿内冠进行堆瓷，形成义齿外冠，最后将包括义齿内冠和义齿外冠的义齿安装回承载工具上；义齿外冠的安装位置和义齿内冠的取下位置一致。
进一步的，义齿外冠的尺寸略微大于义齿外冠模型数据。
进一步的，外冠扫描位置可以是一个位置，但优选包括多个位置，尤其包括是沿着A轴和/或B轴旋转而形成的位置。优选的，外冠扫描位置位于扫描主轴20附近。
进一步的，外冠扫描位置和内冠扫描位置相同或基本相同。
进一步的，方法还包括以下步骤：
S260：根据义齿内冠模型数据、义齿外冠模型数据、义齿内冠扫描数据、义齿外冠扫描数据确定义齿外冠的加工路径。
S270：根据加工路径，将固定装置移动到加工位置处，驱动加工工具加工义齿外冠。
本发明采用数控机床对义齿外冠进行打磨，改变了以往人工打磨义齿外冠的方式，而且本发明的数控机床为设置有3D扫描装置的联合数控机床，可以使义齿的3D扫描、建模与加工同步完成，提高了义齿的加工效率和精确度。
附图说明
图1是本发明提供的一种加工义齿的方法的流程图；
图2是本发明提供的获得第一变换关系的方法的流程图；
图3是本发明提供的获得第二变换关系的方法的流程图；
图4是本发明提供的获得义齿外冠加工路径的方法的流程图；
图5A是本发明提供的数控机床的结构示意图；
图5B是本发明提供的数控机床的结构图；
图6是本发明提供的采用堆瓷工艺加工义齿的方法的流程图；
图7(a)-(c)是本发明提供的将义齿内冠固定到承载工具的方法的示意图；
图8(a)是根据本发明一个方面的形成义齿外冠的示意图；
图8(b)是根据本发明一个方面的将义齿外冠安装回承载工具的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的实施方式中：
ISS关键点的具体提取方法参考现有技术1：Zhong,Y.(2009).Intrinsic shape signatures:a shape descriptor for 3D object recognition.In Proc.int.conf.on computer vision workshops(pp.1–8)。
SHOT特征描述的具体计算过程参考现有技术2：Tombari,F.,Salti,S.,&Di Stefano,L.(2010).Unique signatures of histograms for local surface description.In Proc.Europ.conf.on computer vision(ECCV)(pp.356–369).Berlin:Springer。
利用RANSAC算法计算变换关系参考现有技术3：FISCHLER M.A.Random sample consensus:A paradigm for model fitting with applications to imageanalysis and automated cartography.Commun.ACM 24,6,1981,381–395.)。
利用ICP算法计算变换关系参考现有技术4：Z.Zhang.Iterative point matching for registration of freeform curves and surfaces.Int.J.Comput.Vision,13，2:119–152,1994。
上述现有技术1-4在本发明中被全部引用而引入。
在本发明的全部实施方式中，均定义术语如下：
备牙扫描数据：备牙扫描数据为通过对患者待安装义齿的口腔内部位进行三维扫描而获得的待修补的备牙的数据。
义齿内冠模型数据：义齿内冠模型数据为根据备牙扫描数据进行建模(例如使用CAD软件进行建模)而获得的义齿内冠的模型数据。义齿内冠模型数据指示最终加工成型的义齿内冠形状。
义齿外冠模型数据：义齿外冠模型数据为根据备牙扫描数据进行建模(例如使用CAD软件进行建模)而获得的义齿外冠的模型数据。义齿外冠模型数据指示最终加工成型的义齿外冠形状。
义齿内冠：根据义齿内冠模型数据制备的物理实体。
义齿外冠：对义齿内冠进行堆瓷后形成的物理实体。
义齿：包括义齿内冠和义齿外冠。
义齿内冠扫描数据：义齿内冠扫描数据为通过对义齿内冠进行三维扫描获得的扫描数据。
义齿外冠扫描数据：义齿外冠扫描数据为通过对义齿外冠进行三维扫描获得的扫描数据。
模型坐标系：义齿内冠模型数据和义齿外冠模型数据位于同一坐标系下，该坐标系在本发明中被称为模型坐标系。
扫描仪坐标系：义齿内冠扫描数据和义齿外冠扫描数据位于同一坐标系下，该坐标系在本发明中被称为扫描仪坐标系。
机床坐标系：为加工义齿用的数控机床所在的坐标系。
第一变换关系：为模型坐标系和扫描仪坐标系的坐标变换关系。
第二变换关系：为扫描仪坐标系与机床坐标系的坐标变换关系。
图1是本发明提供的一种加工义齿的方法的流程图。义齿包括义齿内冠和义齿外冠，义齿外冠通过对义齿内冠进行堆瓷形成。如图1所示，加工义齿的方法包括以下步骤：
S10：根据义齿内冠模型数据、义齿内冠扫描数据获取第一变换关系。
S30：根据第一变换关系、第二变换关系、义齿外冠模型数据、义齿外冠扫描数据确定义齿外冠的加工路径。
S50：根据加工路径，驱动数控机床加工义齿外冠。
根据本发明，义齿内冠模型数据和义齿外冠模型数据为通过对患者备牙数据进行建模获得，优选使用CAD软件建模获得，尤其是使用与牙科相关的CAD软件建模获得。
优选的，义齿内冠模型数据为义齿内冠的CAD模型数据，义齿外冠模型数据为义齿外冠的CAD模型数据。
根据本发明，义齿内冠模型数据和义齿外冠模型数据位于同一坐标系下，该坐标系在本发明中被称为模型坐标系。
义齿内冠扫描数据为通过对义齿内冠进行三维扫描获得的扫描数据。义齿内冠根据义齿内冠模型数据制备而成。本领域技术人员应当清楚，任何制备义齿内冠的方法和材料都不会限制本发明的保护范围。这些制备方法具体包括但不限于：对义齿内冠材料进行雕刻、打磨、烧结等工序制备而成，或者通过3D打印的方式打印、打磨、烧结等工序制备而成，或者通过其他任何方式制备而成。义齿内冠的制备材料包括但不限于：金属，金属氧化物，陶瓷等。
义齿外冠扫描数据为通过对义齿外冠进行三维扫描获得的扫描数据。其中，义齿外冠为通过对义齿内冠进行堆瓷形成。本领域技术人员应当清楚，任何具体的堆瓷方法和堆瓷用材料的选择都不会限制本发明的保护范围。例如，堆瓷过程中，可以参考义齿外冠的CAD模型数据进行堆瓷操作，也可以参考根据义齿外冠的CAD模型数据获得的物理义齿外冠进行堆瓷操作。
根据本发明，义齿内冠扫描数据和义齿外冠扫描数据位于同一坐标系下，该坐标系在本发明中被称为扫描仪坐标系。
根据本发明，对义齿内冠和义齿外冠进行扫描时，义齿内冠和义齿外冠在承载工具上的位置姿态相同，以确保义齿内冠扫描数据和义齿外冠扫描数据相匹配。
根据本发明，第一变换关系为模型坐标系和扫描仪坐标系的坐标变换关系。第一变换关系也体现了义齿内冠模型数据和义齿内冠扫描数据的相对位置关系。义齿内冠扫描数据为三维扫描义齿内冠获得，义齿内冠根据义齿内冠模型数据获得，因此，义齿内冠扫描数据和义齿内冠模型数据在显示形状上基本一致。但是，由于义齿内冠扫描数据和义齿内冠模型数据隶属不同的坐标系，二者在空间中的坐标位置和姿态并不一致。因此，本发明需要获取第一变换关系，以完成义齿内冠模型数据和义齿内冠扫描数据的位置和姿态的配准。具体的，根据第一变换关系，通过平移和/或旋转等坐标变换操作，能够将义齿内冠模型数据的空间位置和姿态转换为义齿内冠扫描数据的空间位置和姿态。
本领域技术人员应当清楚，任何具体的获得第一变换关系的方法都不会限制本发明的保护范围。本领域技术人员也可以利用多种现有的配准方法获得第一变换关系，例如ICP算法以及其衍生的各种改进算法。
图2是本发明提供的获得第一变换关系的方法的流程图。为更为精确的获得第一变换关系，本发明还提供了步骤S10中获得第一变换关系的方法。如图2所示，具体包括以下步骤：
S11：根据第一ISS关键点和第二ISS关键点，计算第一SHOT特征描述子和第二SHOT特征描述子。第一ISS关键点为义齿内冠模型数据的ISS关键点，第二ISS关键点为义齿内冠扫描数据的ISS关键点。第一SHOT特征描述子是与第一ISS关键点相应的SHOT特征描述子，第二SHOT特征描述子是与第二ISS关键点相应的SHOT特征描述子。
S12：在第二ISS关键点和第一ISS关键点中，基于第一SHOT特征描述子和第二SHOT特征描述子，获得基于SHOT特征描述子的最佳匹配，形成义齿内冠模型数据和义齿内冠扫描数据的匹配点对。
S13：根据匹配点对，利用RANSAC算法计算出义齿内冠模型数据到义齿内冠扫描数据的初始变换关系。
S14：根据初始变换关系，对义齿内冠模型数据进行坐标变换，形成初始变换后的义齿内冠模型数据。
S15：根据ICP算法，计算初始变换后的义齿内冠模型数据到义齿内冠扫描数据的精确变换关系。
S16：根据初始变换关系和精确变换关系，获得第一变换关系。
根据本发明，第二变换关系为扫描仪坐标系与机床坐标系的坐标变换关系。本领域技术人员应当清楚，任何具体的获得第二变换关系的方法都不会限制本发明的保护范围。本领域技术人员也可以利用多种现有的方法获得第二变换关系，例如ICP算法以及其衍生的各种改进算法。
图3是本发明提供的获得第二变换关系的方法的流程图。本发明中，优选借助标定器确定第二变换关系。如图3所示，获取第二变换关系的步骤具体包括：
S22：获取标定器和机床坐标系的位置关系。其中，标定器被安装在数控机床上，从而可以机械测量标定器和数控机床的位置关系，即获得了标定器和机床坐标系的位置关系。
S24：获得标定器和扫描仪坐标系的位置关系。通过三维扫描仪扫描标定器，从而获得标定器和三维扫描仪的位置关系，即获得了标定器和扫描仪坐标系的位置关系。
S26：根据标定器和机床坐标系的位置关系，以及标定器和扫描仪坐标系的位置关系，获得第二变换关系。
图4是本发明提供的获得义齿外冠加工路径的方法的流程图。如图4所示，根据本发明，步骤S30中确定义齿外冠的加工路径，进一步包括：
步骤S32：根据第一变换关系和第二变换关系，获得目标义齿外冠模型数据，目标义齿外冠模型数据为机床坐标系下的义齿外冠模型数据。
优选的，首先，根据第一变换关系，获得扫描仪坐标系下义齿外冠模型数据。然后，根据第二变换关系，获得机床坐标系下的义齿外冠模型数据。
P1＝P0x M1 (1)
P2＝P1x M2 (2)
更优选的，首先，根据第一变换关系和第二变换关系，获得第三变换关系，第三变换关系为模型坐标系和机床坐标系的变换关系。然后，根据第三变换关系，获得机床坐标系下的义齿外冠模型数据。
M3＝M1x M2 (3)
P2＝P0x M3 (4)
公式(1)-(4)中，M1为第一变换关系对应的坐标变换矩阵，M2为第二变换关系对应的坐标变换矩阵，M3为第三变换关系对应的坐标变换矩阵。P0为模型坐标系下的义齿外冠模型数据的坐标，P1为扫描仪坐标系下的义齿外冠模型数据的坐标，P2为机床坐标系下的义齿外冠模型数据的坐标，即目标义齿外冠模型数据的坐标。
步骤S34：根据第二变换关系，获得目标义齿外冠扫描数据。目标义齿外冠扫描数据为机床坐标系下的义齿外冠扫描数据。
Q1＝Q0x M2 (5)
公式(5)中，Q0为扫描仪坐标系下的义齿外冠扫描数据的坐标，Q1为机床坐标系下的义齿外冠扫描数据的坐标，即目标义齿外冠扫描数据的坐标。
步骤S36：根据目标义齿外冠模型数据和目标义齿外冠扫描数据，确定义齿外冠的加工路径。
目标义齿外冠模型数据为机床坐标系下的最终希望加工而成的义齿外冠的外形轮廓数据，目标义齿外冠扫描数据为机床坐标系下的当前通过堆瓷获取的义齿外冠的外形轮廓数据。本领域技术人员清楚，任何具体的确定加工路径的方法都不会限制本发明的保护范围。
优选的，计算目标义齿外冠扫描数据和目标义齿外冠模型数据中对应点的差来确定加工路径。可选的，如果差小于或不大于特定阈值，则认为相应的加工路径为空(Null)，即不需要加工；如果差大于或不小于特定阈值，则确定加工路径。
可选的，特定阈值为根据经验确定的经验参数。优选的，特定阈值为数控机床加工精度，例如，某些数控机床的加工精度为20um，则特定阈值选定为20um。
为实现上述义齿加工的方法，本发明还提供了一种计算设备，该计算设备与数控机床通信连接或者作为数控机床的组成部分。该计算设备包括处理器和存储介质(优选非瞬时性存储介质)。其中存储介质用于存储控制程序，处理器用于执行控制程序以实现上述义齿加工的方法。可选的，存储介质中还存储有义齿内冠模型数据和义齿外冠模型数据。
为实现本发明的加工义齿的方法，本发明还对现有的数控机床(尤其是五轴数控机床)进行了改进，从而提供了一种用于加工义齿的数控机床1。
图5是本发明提供的数控机床的结构图。如图5所示，数控机床1为五轴数控机床，本领域技术人员清楚，五轴数控机床的五轴包括三个直线轴和两个旋转轴，三个直线轴分别定义为X轴、Y轴、Z轴，两个旋转轴分别定义为A轴、B轴。同时约定，A轴围绕X轴方向旋转，B轴围绕Y轴方向旋转。本领域技术人员应当清楚，X、Y、Z、A、B仅仅是五轴数控机床轴系中使用的标记或代号，并不会限制本发明的保护范围。
根据本发明，数控机床1进一步包括加工主轴10，加工工具30，三维扫描仪40，固定装置50，标定器60，数控系统(优选实现为嵌入式系统)。
加工主轴10与Z轴平行。加工工具30被安装在加工主轴10上，用于加工义齿外冠。通过驱动加工主轴10，加工工具30可以沿着加工主轴10所在方向做直线运动。加工工具30可以为数控机床使用的任何工具，优选的，加工工具30为打磨工具，用于打磨义齿外冠。
三维扫描仪40用于扫描义齿内冠和义齿外冠，从而获取义齿内冠扫描数据和义齿外冠扫描数据。三维扫描仪40被安装在数控机床1的恰当位置处，以保证三维扫描仪扫描获取的义齿内冠扫描数据能够与义齿内冠模型数据进行配准，以及保证三维扫描仪获取的义齿外冠扫描数据包括加工工具30对义齿外冠进行加工的轮廓面的数据。
可选的，三维扫描仪40可以通过调整物距而清晰扫描义齿内冠和义齿外冠。
优选的，数控机床1还包括扫描主轴20。三维扫描仪40被安装在扫描主轴20上。三维扫描仪40为固定焦距的三维扫描仪，通过驱动扫描主轴20，三维扫描仪可以沿着扫描主20所在方向做直线运动，以通过调整物距而清晰扫描义齿内冠和义齿外冠。采用这种方式，不需要在三维扫描过程中标定三维扫描仪的参数，从而提高了扫描效率。
更优选的，扫描主轴20与加工主轴10平行或者基本平行，而且三维扫描仪40的主光轴与扫描主轴20平行或者基本平行。从而保证了三维扫描仪40扫描获取的义齿内冠扫描数据能够与义齿内冠模型数据进行配准，以及保证了三维扫描仪40获取的义齿外冠扫描数据包括加工工具30对义齿外冠进行加工的轮廓面的数据。
根据本发明的一个方面，扫描主轴20由独立的数控系统驱动，即该数控系统接收驱动指令，驱动扫描主轴20运动，从而带动三维扫描仪40运动。
优选的，根据本发明的另一个方面，扫描主轴20由数控机床的数控系统驱动。这种情况下，数控机床的数控系统能够驱动至少六轴运动，六轴包括X、Y轴，A、B轴，加工主轴10，以及扫描主轴20。由于利用数控机床的数控系统驱动扫描主轴20，因此，不再需要独立的数控系统，有效简化了数控机床系统的结构。
固定装置50用于固定承载工具。固定装置50能够沿着X轴、Y轴直线运动，并沿着A轴、B轴旋转，从而驱动承载工具能够沿着X轴、Y轴直线运动，并沿着A轴、B轴旋转。
优选的，固定装置50为夹具，以方便固定板状物体。例如，夹具的内接触面为圆形、半圆形或弧形，以方便固定板状圆形物体。再如，夹具的内接触面为线形，以方便固定板状正方形或矩形物体。夹具的数量可以为1个，也可以为多个。例如，固定装置包括对称的2个夹具或4个夹具。再如，固定装置包括成等边三角形的3个夹具或成正六边形的6个夹具。本领域技术人员清楚，夹具的作用在于固定物体，其形状和数量的选择都不会限制本发明的保护范围。
标定器60用于确定第二变换关系，如前所述，第二变换关系为扫描仪坐标系与机床坐标系的坐标变换关系。首先，标定器60被安装在数控机床上，从而可以机械测量标定器60和数控机床的位置关系，即获得了标定器60和机床坐标系的位置关系。然后，通过三维扫描仪40扫描标定器60，从而获得标定器60和三维扫描仪40的位置关系，即获得了标定器60和扫描仪坐标系的位置关系。最后，根据标定器60和机床坐标系的位置关系，以及标定器60和扫描仪坐标系的位置关系，获得第二变换关系。
根据本发明的一个方面，还提供了一种数控机床系统，包括数控机床1和计算设备(即上位机)，其中计算设备与三维扫描仪40通信连接，计算设备还与数控机床1的数控系统通信连接。
计算设备用于控制三维扫描仪40在第一时间获取义齿内冠扫描数据，控制三维扫描仪40在第二时间获得义齿外冠扫描数据，以及根据义齿内冠模型数据、义齿外冠模型数据、义齿内冠扫描数据、义齿外冠扫描数据确定义齿外冠的加工路径。
优选的，计算设备中还存储有义齿内冠模型数据、义齿外冠模型数据。
优选的，计算设备、数控系统和三维扫描仪40的交互步骤如下：
S110：计算设备向数控系统发送获取义齿内冠扫描数据的第一指令。第一指令中包括了三维扫描仪40的位置信息和义齿内冠的位置信息。
S120：数控系统根据第一指令驱动数控机床，使的三维扫描仪40和义齿内冠位于第一指令中相应位置信息指示的位置处。
S130：三维扫描仪40对义齿内冠进行扫描，并将义齿内冠扫描数据传输给计算设备。
S140：计算设备向数控系统发送获取义齿外冠扫描数据的第二指令。第二指令中包括了三维扫描仪40的位置信息和义齿外冠的位置信息。
S150：数控系统根据第二指令驱动数控机床，使的三维扫描仪40和义齿外冠位于第二指令中相应位置信息指示的位置处。
S160：三维扫描仪40对义齿外冠进行扫描，并将义齿外冠扫描数据传输给计算设备。
S170：计算设备根据义齿内冠模型数据、义齿外冠模型数据、义齿内冠扫描数据、义齿外冠扫描数据确定义齿外冠的加工路径，并将加工路径传输给数控系统。加工路径的确定方法如说明书前文所述，不再重复。
S180：数控系统根据加工路径，驱动数控机床加工义齿外冠。
在优选方式中，由于采用计算设备(上位机)完成主要控制功能，因此无需要求数控机床的数控系统具有很高的性能。
根据本发明的另一个方面，数控机床1的数控系统用于控制三维扫描仪40在第一时间获取义齿内冠扫描数据，控制三维扫描仪40在第二时间获得义齿外冠扫描数据，以及根据义齿内冠模型数据、义齿外冠模型数据、义齿内冠扫描数据、义齿外冠扫描数据确定义齿外冠的加工路径。从而避免了使用计算设备所带来的复杂交互过程。
图6是本发明提供的采用堆瓷工艺加工义齿的方法的流程图。本发明提供的采用堆瓷工艺加工义齿的方法中利用了图5所示的数控机床加工系统1，如图6所示，该方法包括以下步骤：
S210：将义齿内冠固定到承载工具上。根据本发明，承载工具易于被可拆卸的安装/固定到数控机床的固定装置50上。优选的，承载工具为板状物体。更优选的，承载工具为圆形板状物体。
根据本发明，承载工具上可以固定1个义齿内冠，也可以固定多个义齿内冠。优选的，承载工具上能够固定5-25个义齿内冠。更优选的，承载工具上能够固定10-20个义齿内冠。最优选的，承载工具上能够固定15个义齿内冠。
根据本发明，义齿内冠可以以单颗的形式固定在承载工具上，也可以以牙列的形式固定在承载工具上。
根据本发明，将义齿内冠固定到承载工具上具体包括以下步骤：
S212：如图7(a)所示，将义齿内冠100以开孔向上的倒置方式嵌入流质层110中，从而在流质层110中固定义齿内冠100。
优选的，义齿内冠100的上部与流质层110的水平面齐平或者略低于流质层110的水平面。
优选的，义齿内冠100在流质层110中的方向与就位道的方向一致，就位道为牙冠安装在备牙上时与临牙的间隔位置。
优选的，在义齿内冠100上部外侧与流质层110之间还设置封填层120，封填层120能够填充义齿内冠100和流质层110之间的缝隙。封填层120略高于流质层110的水平面，从而能够防止流质落入义齿内冠100中。优选的，封填层使用的材料为蓝冰胶。
优选的，在将义齿内冠100嵌入流质层110之前，还在义齿内冠100的表面涂覆粘结剂，使得义齿内冠100在流质层110中更加稳固，在设置封填层的情况下还能够使的义齿内冠更容易剥离封填层。可选的，粘结剂为合成橡胶、石蜡、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛中的任意一种或任意几种混合。
优选的，流质为沙子，流质层为沙层。
S214：如图7(b)所示，在义齿内冠100开口内以及流质层110上浇铸固化剂130。固化剂130凝固后，形成义齿内冠的承载工具。优选的，固化剂为石膏。
S216：如图7(c)所示，清除流质层110，得到承载工具(凝固后的固化剂130)和固定到承载工具上的义齿内冠100。
如在步骤S212中，设置了封填层120，则在步骤S216中还需要清除封填层120。
步骤S212-S216和说明书附图7(a)-7(c)详细说明的是单颗义齿固定到承载工具上的方法，但是本领域技术人员清楚，上述方法也适用于将多颗义齿内冠或者义齿牙列固定到承载工具上。换言之，义齿的数量和形式并不会影响本发明的保护范围。
S220：将承载工具安装在数控机床的固定装置50上。
S230：将固定装置50移动到内冠扫描位置，驱动三维扫描仪40扫描义齿内冠，获得义齿内冠扫描数据。
如前所述，固定装置50能够沿着X轴、Y轴直线运动，并沿着A轴、B轴旋转。由于义齿内冠被固定到承载工具上，承载工具被安装到固定装置50上，因此义齿内冠可以随着固定装置50沿着X轴、Y轴直线运动，并沿着A轴、B轴旋转。
根据本发明，在内冠扫描位置处，三维扫描仪40能够完成扫描义齿内冠，获得义齿内冠扫描数据。因此，内冠扫描位置可以是一个位置，但优选包括多个位置，尤其包括是沿着A轴和/或B轴旋转而形成的位置，以确保三维扫描仪40能够扫描到足够的义齿内冠轮廓面，形成能够和义齿内冠模型数据配准的义齿内冠扫描数据。
优选的，内冠扫描位置由控制系统70确定。控制系统70可以预先设定内冠扫描位置进行自动扫描以提升扫描效率，或者根据用户选择确定内冠扫描位置以提升扫描的灵活性，或者先根据预先设定的内冠扫描位置进行自动扫描，后根据用户选择确定的内冠扫描位置进行补充扫描，以在提升扫描效率的同时确保扫描数据的完整。
优选的，内冠扫描位置位于扫描主轴20附近。
S240：取下承载工具，对义齿内冠进行堆瓷，形成义齿外冠。
根据本发明的一个方面，在承载工具上对义齿内冠进行堆瓷，即不从承载工具上取下义齿内冠。
根据本发明的另一个方面，如图8(a)-图8(b)所示，首先从承载工具上取下义齿内冠100，然后对义齿内冠100进行堆瓷，形成义齿外冠150，最后将包括义齿内冠100和义齿外冠150的义齿安装回承载工具上。由于承载工具的固定部分是通过浇铸固化剂的方式形成的，因此使得义齿外冠的安装位置和义齿内冠的取下位置一致，以确保义齿外冠在承载工具上的位置姿态与义齿内冠在承载工具上的位置姿态相同，进而确保义齿内冠扫描数据和义齿外冠扫描数据相匹配。
根据本发明，堆瓷形成义齿外冠时，允许义齿外冠的尺寸略微大于目标外冠模型数据，而不必精确的和义齿外冠模型数据相匹配，以便于后续步骤中进行加工。由于堆瓷过程不需要精确匹配，使得堆瓷的效率也得到较大幅度的提高。
S250：再次将承载装置安装到固定装置50上，将固定装置50移动到外冠扫描位置。驱动三维扫描仪40扫描义齿外冠，获得义齿外冠扫描数据。
根据本发明，在外冠扫描位置处，三维扫描仪40能够完成扫描义齿外冠，获得义齿外冠扫描数据。因此，外冠扫描位置可以是一个位置，但优选包括多个位置，尤其包括是沿着A轴和/或B轴旋转而形成的位置，以确保三维扫描仪40能够扫描到足够的义齿外冠，以确保获取的义齿外冠扫描数据包括加工工具30对义齿外冠进行加工的轮廓面的数据。
优选的，外冠扫描位置由控制系统70确定。控制系统70可以预先设定外冠扫描位置进行自动扫描以提升扫描效率，或者根据用户选择确定外冠扫描位置以提升扫描的灵活性，或者先根据预先设定的外冠扫描位置进行自动扫描，后根据用户选择确定的外冠扫描位置进行补充扫描，以在提升扫描效率的同时确保扫描数据的完整。
优选的，外冠扫描位置和内冠扫描位置相同或基本相同，外冠扫描位置也位于扫描主轴20附近。
S260：根据义齿内冠模型数据、义齿外冠模型数据、义齿内冠扫描数据、义齿外冠扫描数据确定义齿外冠的加工路径。加工路径的确定方法如说明书前文所述，不再重复。
S270：根据加工路径，将固定装置50移动到加工位置处，驱动加工工具30加工义齿外冠。
以上所述，仅是本发明的较佳实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。