Устройство для определения профиля граничной поверхности твердого тела в виде зуба

 

Использование: стоматология, определение параметров граничной поверхности зуба. Сущность изобретения: устройство содержит основание 1, на поперечных направляющих 2 которого установлен составной предметный стол, нижняя часть которого снабжена продольными горизонтальными направляющими 10, на которых установлена верхняя часть предметного стола 11, имеющая возможность фиксированного перемещения в продольном направлении, и расположенными во взаимно перпендикулярном направлении к горизонтальным направляющим 2 основания 1. Технологическая схема рабочего цикла осуществляется посредством измерительного узла путем фиксированного перемещения исследуемого твердого тела 19 как в продольном, так и в поперечном направлении с возможностью поворота тела в горизонтальной плоскости посредством элемента поворота вращающейся планшайбы 15 с градуированной шкалой 17, позволяющего фиксировать положение измеряемого профиля твердого тела. Определение координат точек поверхности профиля твердого тела производится посредством иглы-щупа, выполненной в виде подвижного конуса 20, жестко закрепленного в наконечнике измерительной головки 21, жестко закрепленной на кронштейне 28, имеющем возможность перемещения в вертикальной плоскости по направляющим базовой стойки 24, установленной в проушине основания 1, имеющей возможность фиксированного углового перемещения в вертикальной плоскости фиксированного сечения. 4 ил.

Изобретение относится к медицине, в частности стоматологии, и может быть применено для определения параметров контура зуба.

Известно устройство аппарат Коркхауза со срезающей решеткой для изучения формы и размеров свода неба. Изучаемая модель закрепляется на столике аппарата, срезающая решетка, выполненная в виде набора спиц, устанавливается на анализируемую поверхность и в соответствии с расположением спиц, легко касающихся модели, чертят на бумажной миллиметровой ленте контуры изучаемой плоскости модели. О конфигурации модели судят по форме трансверзальных и сагиттальных кривых.

Наиболее близким по технической сущности является прибор для определения размеров и форм стопы и голени, содержащей измерительное приспособление, и состоящий из горизонтальных направляющих, закрепленных в основании, дугообразных направляющих, закрепленных посредством ползунов и подпружиненного измерительного стержня.

К недостаткам указанного прибора относится недостаточная точность в определении размеров и параметров измеряемого объекта и невозможность при фиксированном положении тела производить измерение его размеров в ином направлении, кроме заданного устройством.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство определения профиля граничной поверхности твердого тела в виде зуба включает основание с одними направляющими, измерительный узел и содержит составной предметный стол, установленный на одних направляющих, нижняя часть которого снабжена другими направляющими, на которых установлена верхняя часть составного предметного стола с возможностью фиксированного перемещения, а измерительный узел состоит из вращающейся планшайбы, имеющей градуированную шкалу и установленный на рабочей плоскости верхней части составного предметного стола, причем вращающаяся планшайба снабжена элементом поворота, позволяющего фиксировать положение измеряемого профиля твердого тела, из иглы щупа, выполненной в виде подвижного конуса, жестко закрепленного в наконечнике измерительной головки, жестко закрепленного на кронштейне, стойки с вертикальными направляющими, на которых с возможностью перемещения закреплен кронштейн, при этом стойка установлена на основании с возможностью фиксированного углового перемещения в вертикальной плоскости.

Создана новая конструкция устройства для определения профиля граничной поверхности твердого тела в виде зуба, включающая многофункциональный составной предметный стол, позволяющий обеспечить фиксацию твердого тела при его перемещениях в продольном и поперечном направлениях и посредством механизма поворота изменять фиксированное положение измеряемого твердого тела.

Предложена новая система измерения, позволяющая определить сложный профиль граничной поверхности твердого тела в виде зуба посредством системы фиксированных сечений и координат точек граничных линий в каждом сечении с возможностью углового поворота тела для выбора новой системы сечений, что обеспечивает полное описание профиля граничной поверхности измеряемого тела.

Разработанное принципиально новое измерительное устройство обладает новой технологической схемой рабочего цикла измерения путем фиксированного перемещения исследуемого твердого тела как в продольном направлении, так и в поперечном направлении с возможностью поворота твердого тела в горизонтальной плоскости.

На фиг.1 изображен общий вид устройства в аксонометрии; на фиг.2 - кинематическая схема перемещения блоков измерения; на фиг.3 вид по А А на фиг.1; фиг.4 схема измерения.

Устройство для определения профиля граничной поверхности твердого тела в виде зуба состоит из основания 1 с расположенными на нем одними поперечными горизонтальными направляющими 2, на которых устанавливается нижняя часть составного предметного стола 3, одна из торцевых поверхностей которого, перпендикулярная направляющим 2, фиксируется посредством установочного микровинта координатного перемещения 4, смонтированного в проушине 6 основания 1 и тем самым обеспечивающим возможность поступательного перемещения нижней части предметного стола 3 по горизонтальным направляющим 2 в соответствии с осью ОХ (фиг.1). Конструкция установочного микровинта 4 снабжена шкалой 5, связанной с проушиной 6, и измерительным барабаном 7, с нанесенной на его поверхности круговой шкалой для обеспечения повышенной точности установки вдоль оси ОХ нижней части предметного стола 3. В свою очередь нижняя часть составного предметного стола 3 снабжена другими горизонтальными направляющими 10, расположенными во взаимно-перпендикулярном направлении к горизонтальным направляющим 2 основания 1, и установочным микровинтам координатного перемещения 9. На горизонтальных направляющих 10 устанавливается верхняя часть предметного стола 11, одна из торцевых поверхностей которого, перпендикулярная оси OY, фиксируется установочным микровинтом 9, смонтированным в проушине 12 нижней части стола 3. Микровинт 9 обеспечивает возможность поступательного перемещения верхней части предметного стола 11 по горизонтальным направляющим 10 в соответствии с осью OY. Конструкция установочного микровинта 9, также как и микровинта 4, снабжена неподвижной шкалой 13, связанной с проушиной 12, и измерительным барабаном 14, с нанесенной на его поверхности круговой шкалой для обеспечения повышенной точности установки перемещения вдоль оси OY верхней части предметного стола 11.

Измерительный узел кроме составного предметного стола включает вращающуюся планшайбу 15, имеющую градуированную шкалу 17, и установленную на рабочей плоскости верхней части составного предметного стола 11, и иглу-щуп 20, выполненную в виде подвижного конуса, жестко закрепленного в наконечнике измерительной головки 21, жестко закрепленной на кронштейне 28, перемещающегося по направляющим вертикальной стойки 24 с возможностью ее фиксированного углового перемещения в вертикальной плоскости.

На рабочей поверхности верхней части предметного стола 11 установлена круглая планшайба 15 с возможностью поворота в плоскости XOY вокруг вертикальной оси OZ. Планшайба снабжена элементом фиксированного поворота в виде конической зубчатой пары с маховичком поворота 16, регулирующего угловой поворот планшайбы 15 в соответствии с градуированной шкалой 17, нанесенной на боковой поверхности планшайбы, и дополнительной шкалой (нониусом) 18, закрепленной на поверхности стола 11 и обеспечивающей повышенную установку угла поворота планшайбы 15.

Измерение профиля граничной поверхности тела 19 в форме зуба, закрепленного по центру планшайбы 15, производится путем определения координат точек граничных линий L заданных поперечных сечений зуба, параллельных плоскости XOZ (фиг. 2). При этом выбор сечений обеспечивается микровинтом 9 при фиксированном микровинте 4 и маховике 16. Затем производится последовательное измерение координат точек вдоль граничной линии L данного фиксированного сечения с последующим повторением операций измерения точек в любых выделенных параллельных сечениях при одном и том же фиксированном положении тела 19 на составном предметном столе. Затем посредством поворота планшайбы 15 на заданный угол фиксируется новое положение тела 19 в плоскости XOY, тем самым устанавливается новая система параллельных сечений с последовательным определением новых контурных линий граничной поверхности тела 19, что и обеспечивает полноту описания граничной поверхности тела 19.

Определение координат точек поверхности исследуемого тела 19 в плоскости фиксированного сечения производится при помощи иглы-щупа, выполненной в виде конуса 20, жестко установленной в подвижном наконечнике 22 измерительной головки линейных перемещений 21 посредством резьбового соединения (фиг. 1, 3, 4). При измерении координат точек граничной линии L выделенного сечения игла 20 устанавливается под углом α (фиг. 4) в нулевое положение, относительно которого измеряется ход рабочего конуса иглы щупа в каждой точке касания поверхности зуба в виде линейного перемещения, фиксируемого измерительной головкой и тем самым обеспечивается полнота описания граничной поверхности тела. Одновременно производится измерение угла a наклона оси иглы-щупа 20, угловое положение которой фиксируется посредством маховика червячной передачи 23, установленной в основании 1 (фиг. 1, 4). При помощи червячной передачи 23 производится относительно оси О₁O₁, параллельной оси OY, поворот стойки 24 в подшипниках 25, закрепленных на основании 1 (фиг. 1, 2). По вертикальным направляющим 26 стойки 24 устанавливается в любом положении при помощи маховика реечной передачи 27 кронштейн 28, перпендикулярный вертикальным направляющим 26, на свободном конце которого закрепляется при помощи винта 29 измерительная головка 21 с иглой-щупом 20, ось которой параллельна направляющим 26 базовой стойки 24 и тем самым перпендикулярна оси O₁O₁ качания (или OY) базовой стойки 24. Фиксированное угловое перемещение кронштейна 28 осуществляется маховиком 27 в соответствии со шкалой 30 вдоль направляющих 26, жестко связанной с базовой стойкой 24, и дополнительной шкалой (нониусом) 31, связанной с кронштейном 28 и обеспечивающей повышение точности установки кронштейна 28 вдоль направляющих вертикальной стойки 26. Угол поворота альфа базовой стойки 24 (фиг. 4) в плоскости XOZ определяется при помощи круговой шкалы 32, установленной на валу маховика 27, и дополнительной шкалой (нониусом) 33, закрепленной на основании 1 и обеспечивающей повышение точности установки оси иглы-щупа 20 в плоскости исследуемого сечения XOZ под углом альфа (фиг. 1, 4).

Предложенное устройство работает следующим образом.

Твердое тело в виде зуба 19 закрепляется по центру круглой планшайбы 15, установленной на рабочей поверхности верхней части составного предметного стола 11 (фиг. 1, 2). Изменение положения тела вдоль продольной оси OY осуществляется вращением установочного микровинта 9, а измерение фиксированного перемещения производится с помощью измерительного барабана 14 и неподвижной шкалы 13, что и обеспечивает повышенную точность установки измеряемого тела.

Установка твердого тела 19 вдоль поперечной оси ОХ обеспечивается вращением микровинта 4 и осуществляется посредством перемещения нижней части предметного стола 3, а измерение фиксированного перемещения по оси ОХ производится с помощью барабана 7, с нанесенной на его поверхности круговой шкалой и неподвижной шкалой 5, что позволяет достигнуть точность фиксированной установки тела 19 вдоль поперечной оси ОХ.

После выбора положения тела вдоль оси ОХ далее процедура измерения связана с перемещением вдоль оси OY путем вращения микровинта 9. Этим и устанавливается заданная система параллельных сечений тела 19.

Новая система параллельных сечений устанавливается поворотом в горизонтальной плоскости XOY относительно оси OZ планшайбы 15 на заданный фиксированный угол при помощи маховика поворота 16 в соответствии с градуированной шкалой 17 планшайбы и неподвижной шкалой 18, обеспечивающей повышенную точность установки угла поворота планшайбы 15, по центру которой расположено измеряемое тело 19.

Измерение профиля граничной поверхности тела 19, закрепленного на планшайбе 15, производится посредством измерительного узла путем определения координат точек граничных линий L фиксированных сечений зуба, параллельных вертикальной плоскости XOZ, положение которых определяется линейной координатой вдоль продольной оси OY и угловой координатой по углу поворота планшайбы 15 в плоскости XOY (фиг. 2, 3, 4).

Измерение координат точек граничной поверхности исследуемого тела 19 в плоскости фиксированного сечения осуществляется посредством иглы-щупа 20, жестко установленной в подвижном наконечнике 22 измерительной головки 21 линейных перемещений. Переход от одной точки граничной линии L фиксированного сечения к другой в плоскости, параллельной XOZ, производится путем поворота стойки 24 при помощи маховика 23 в соответствии со шкалами 32, 33. Для измерения координат точек граничной линии L выделенного сечения тела игла-щуп 20 фиксируется в нулевом положении под углом альфа₀, при помощи маховика червячной передачи 23, при этом острие иглы-щупа 20 устанавливается в точке М₀ на границе раздела поверхности стола и исследуемого тела, а измерительная головка 21 устанавливается на ноль и записывается0 величина угла наклона a_o по шкалам 32, 33 (фиг. 1, 4). По известному ненулевому расстоянию Δ_o между осью O₁O₁ вращения и основанием тела 19 (фиг. 2, 4), и углу α_o определяется как полярные (r₀, α_o ) с центром полярной системы в точке О₁ (рис. 4) так и прямоугольные декартовые координаты (x₀, z₀) точки М₀ в плоскости сечения XOZ по следующим зависимостям: где r₀ полярный радиус нулевой точки М₀; Δ_o расстояние между осью O₁O₁ и основанием тела зуба; α_o угловая координата точки М₀ на границе раздела зуба и поверхности стола; x₀ линейная координата точки М₀ вдоль поперечной оси ОХ; z₀ линейная координата точки М₀ вдоль вертикальной оси OZ.

Для определения координат последующей точки вдоль граничной линии L выделенного фиксированного сечения игла-щуп 20 поворачивается на новый угол α ≠ α_o и снимаются показания индикатора 21 перемещений δ_α острия иглы-щупа 20 (фиг. 4). Полярные (r, a) и декартовы координаты точки М (x.z) вычисляются по следующим зависимостям: r = r_o+δ_α; x = r×cosα; z = r×sinα, (2) где r -полярный радиус текущей точки М; r₀ полярный радиус нулевой точки М₀;
a угловая координата текущей точки М;
d_a линейное перемещение острия иглы-щупа при переходе от точки М₀ к точке М;
x линейная координата текущей точки М вдоль поперечной оси ОХ;
z линейная координата текущей точки М вдоль вертикальной оси OZ.

После обхода острием иглы-щупа 20 всей линии L с заданным шагом, равным углу между последующим и предыдущим положением оси иглы-щупа 20, вращением координатного винта 9 осуществляется перемещение верхней части стола 11 вдоль продольной оси OY устройства и устанавливается следующее параллельное сечение с его фиксацией вдоль оси OY по шкалам 13, 14 микровинта 9. Затем, с использованием формул (1) и (2), повторяется процесс определения координат точек поверхности измеряемого тела 19 вдоль новой граничной линии L.

После определения координат всех выделенных точек граничных линий сечений, соответствующих заданному угловому положению планшайбы 15, последняя с помощью передачи 16 поворачивается на новый угол в горизонтальной плоскости XOY и тем самым устанавливается новая система параллельных сечений. Предложенная процедура послойного измерения координат точек на граничной поверхности тела с использованием различных систем параллельных сечений обеспечивает полноту описания граничной поверхности исследуемого зуба.

Кроме описанной выше методики послойного измерения граничной поверхности тела в виде зуба возможно использование методики покоординатного измерения граничной поверхности тела 19 с использованием микровинта 4, обеспечивающего фиксированное перемещение тела 19 в поперечном направлении вдоль оси ОХ (рис. 1, 2), с измерением величины вдоль оси ОХ при помощи шкал 5, 7.

Определение координат точек граничной поверхности исследуемого тела 19 в виде зуба производится следующим образом. Вращением маховика 23 стойка 24 устанавливается с помощью шкал 32, 33 в вертикальное положение. При помощи микровинтов 4, 9 координатного перемещения вдоль соответствующих осей ОХ, OY тело 19, закрепленное по центру планшайбы 15, устанавливается в начальное положение и игла-щуп 20 вводится в соприкосновение с граничной поверхностью тела 19 путем перемещения кронштейна 28 вдоль стойки 24 при помощи маховика 27. При этом перемещении кронштейна при помощи шкал 30, 31 устанавливается при одном и том же положении индикаторной головки 21 высота перемещения конца иглы-щупа 20 от опорной поверхности планшайбы, где закреплено тело 19, до начальной точки граничной поверхности тела 19, а по шкалам 5, 7 микровинта 4 и 13, 14 микровинта 9 определяются координаты вдоль осей ОХ и OY. Таким образом устанавливается три прямоугольные декартовы координаты начальной точки на поверхности тела 19. Затем вращением микровинтов 4, 9 тело 19 перемещается в плоскости XOY в новое положение и при помощи иглы-щупа 20 индикаторной головки 21 измеряется вертикальная координата в новой точке на поверхности тела 19. По шкалам микровинтов 4, 9 определяются новые координаты вдоль осей OX и OY.

После завершения процесса измерения координат точек, выделенных на граничной поверхности тела, по любой из этих методик или с использованием их комбинаций производится или аналитическое описание поверхности путем подбора функций, аппроксимирующей исследуемую граничную поверхность на полученной системе точек поверхности, или ее графическое построение, что позволяет создавать новые прогрессивные системы антропометрического анализа нормы аномалии развития отдельных зубов и зубных рядов с применением автоматизированных систем компьютерной обработки данных.

Формула изобретения

Устройство для определения профиля граничной поверхности твердого тела в виде зуба, содержащее основание с одними направляющими, измерительный узел, отличающееся тем, что в него введен составной предметный стол, установленный на одних направляющих, нижняя часть составного предметного стола снабжена другими направляющими, на которых установлена верхняя часть составного предметного стола с возможностью фиксированного перемещения, а измерительный узел состоит из вращающейся планшайбы, имеющей градуированную шкалу и установленной на рабочей плоскости верхней части составного предметного стола, причем вращающаяся планшайба снабжена элементом поворота, позволяющего фиксировать положение измеряемого профиля твердого тела, из иглы щупа, выполненной в виде подвижного конуса, жестко закрепленного в наконечнике измерительной головки, жестко закрепленной на кронштейне, стойки с вертикальными направляющими, на которых с возможностью перемещения закреплен кронштейн, при этом стойка установлена на основании с возможностью фиксированного углового перемещения в вертикальной плоскости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3