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Die
Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für einen zylindrischen Gegenstand,
insbesondere für
eine aus einem Gitter aufgebaute Röhre, zum Zwecke der Oberflächeninspektion
des Gegenstandes mit einem optischen Sensor. Die Haltevorrichtung
ermöglicht
ein Drehen des zylindrischen Gegenstandes um seine Symmetrieachse,
so dass die gesamte Oberfläche
des Gegenstandes vermessen werden kann. Die Erfindung betrifft ferner
eine optische Messanordnung zum dreidimensionalen Vermessen der
Oberflächenstruktur
des zylindrischen Gegenstandes mit einem konfokalen Abstandssensor.
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Gefäßerkrankungen,
welche insbesondere in der heutigen Wohlstandsgesellschaft weit
verbreitet sind, können
unter bestimmten Umständen
zu einem vollständigen
Verschluss des jeweiligen Blutgefäßes führen. Das durch die jeweilige
Blutbahn zu versorgende Gewebe kann dabei irreversibel geschädigt werden.
Sofern dieses Gewebe für
den menschlichen Organismus lebenswichtig ist, kann ein Gefäßverschluss
sogar zum Tod des Patienten führen.
Um an ausgezeichneten Stellen Gefäßverengungen zu verhindern,
hat die Medizin endoluminale Gefäßprothesen
entwickelt, welche durch einen operativen Eingriff in die von einer
Verengung bedrohte Stelle des Blutgefäßes eingesetzt werden. Die
endoluminalen Gefäßprothesen
sind üblicherweise
aus einer Gitterstruktur aufgebaute metallische Röhrchen, die
eine gewisse Flexibilität
aufweisen und somit auch an Stellen des menschlichen Körpers eingesetzt
werden können,
an denen das jeweilige Blutgefäß eine Krümmung aufweist.
Diese Krümmung
kann abhängig
von der jeweiligen Körperhaltung
unterschiedlich stark sein. Eine endoluminale Gefäßprothese
wird üblicherweise
als Stent bezeichnet.
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Da
bei fehlerhaften Stents das Leben von Patienten gefährdet ist,
werden an die Qualitätskontrollen
von Stents sehr hohe Anforderungen gestellt. Fehler wie Materialschwächungen,
Materialbrüche, Unebenheiten
im Gittermaterial und dergleichen müssen zuverlässig erkannt werden.
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Zur
Inspektion von Stents werden beispielsweise optische Meßsysteme
verwendet, welche die äußere Oberfläche der
Stents mittels einer zweidimensionalen Bildaufnahme und/oder einer
dreidimensionalen Erfassung der äußeren Oberfläche überprüfen.
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Zur
hochgenauen dreidimensionalen Vermessung von kleinen Objekten ist
aus der
DE 196 084
68 C2 ein optischer Abstandssensor bekannt, welcher auf
dem konfokalen optischen Abbildungsprinzip beruht. Ein derartiger
Abstandssensor, der beispielsweise in
7 der
genannten Druckschrift dargestellt ist, umfasst eine punktförmige Lichtquelle und
einen punktförmigen
Empfänger.
Die punktförmige
Lichtquelle wird auf einer Oberfläche eines Messobjekts abgebildet.
Der punktförmige
Empfänger
ist konfokal zur punktförmigen
Lichtquelle im bildseitigen Messbereich angeordnet. Der Abstandssensor zeichnet
sich objektseitig durch eine koaxiale Führung von Beleuchtungs- und
Messlicht aus. Die optische Wegstrecke zwischen dem punktförmigen Empfänger und
dem Messobjekt ist durch den Einsatz eines schwingenden Spiegelsystems
variierbar. Durch eine Bestimmung der maximalen von dem Empfänger gemessenen
Lichtintensität
als Funktion der Position des schwingenden Spiegelsystems kann die Höhenlage
des jeweiligen Messpunktes auf der Oberfläche des Messobjekts bestimmt
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Haltevorrichtung zum
Halten und gleichzeitigen Drehen eines zylindrischen Gegenstandes
in einer präzisen
räumlichen
Lage zu schaffen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde,
eine optische Messanordnung für
einen zylindrischen Gegenstand zu schaffen, welcher von der o. g.
Haltevorrichtung zum Zwecke einer präzisen Oberflächeninspektion
aufnehmbar ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Haltevorrichtung zum Drehen eines zylindrischen Gegenstandes
um seine Symmetrieachse, insbesondere zum Drehen einer gitterartigen
Röhre,
mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs 1.
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Gemäß der Erfindung
umfasst die Haltevorrichtung ein um eine erste Drehachse drehbar
gelagertes erstes Auflageelement und ein um eine zweite Drehachse
drehbar gelagertes zweites Auflageelement. Die zweite Drehachse
ist parallel zu der ersten Drehachse orientiert und derart von der
ersten Drehachse beabstandet, dass der zylindrische Gegenstand an
beiden Auflageelementen anlegbar ist. Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung
umfasst ferner einen Drehantrieb, welcher mit zumindest einem der beiden
Auflageelemente gekoppelt ist, und eine Vakuumerzeugungseinrichtung,
welche relativ zu den beiden Auflageelementen derart angeordnet
ist, dass der zylindrische Gegenstand durch eine von der Vakuumerzeugungseinrichtung
erzeugte Luftströmung an
die beiden Auflageelemente gedrückt
wird.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein zylindrischer
Gegenstand, wie beispielsweise eine aus einem flexiblen Material
hergestellte gitterartige Röhre,
durch einen gezielten Luftstrom derart an die beiden Auflageelemente
gedrückt
wird, dass durch eine einfache Drehbewegung von zumindest einem
der beiden Auflageelemente der zylindrische Gegenstand um seine
Längsachse
gedreht wird. Dabei ist es für
den Fachmann selbstverständlich,
dass die beiden Auflageelemente bzw. die beiden den jeweiligen Auflageelementen
zugeordneten Drehachsen lediglich so weit voneinander beabstandet
angeordnet sind, dass der Zwischenraum zwischen beiden Auflageelementen
schmaler ist als der Durchmesser des zylindrischen Gegenstandes.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass empfindliche zylindrische Gegenstände wie
beispielsweise Stents auf besonders schonende Art und Weise gehalten
und bei einer entsprechenden Drehung von zumindest einem Auflageelement
um die eigene Symmetrieachse gedreht werden können. Je nach Stärke des
zwischen beiden Auflageelementen durchtretenden Luftstroms können die
zylindrischen Gegenstände,
sofern sie aus einem flexiblen Material hergestellt sind, derart
an die beiden Auflageelemente angedrückt werden, dass sie sich gleichmäßig sanft
an beide Auflageelemente anlegen und somit gerade gebogen werden.
Somit können
die jeweiligen zylindrischen Gegenstände auf einfache Weise schonend
gelagert und gedreht werden, so dass die Gegenstände durch eine optische Inspektion
von allen Seiten vermessen werden können.
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Gemäß Anspruch
2 sind die beiden Auflageelemente in einer gemeinsamen Richtung
drehbar. Dabei ist es von Vorteil, wenn die beiden Auflageelemente
derart gedreht werden, dass die Geschwindigkeit der Außenflächen von
beiden Auflageelementen gleich groß ist. In diesem Fall wird
nämlich
eine kräftefreie
Drehung erreicht. Durch eine derartige Vermeidung von Reibungskräften, welche
insbesondere bei einem flexiblen zylindrischen Gegenstand zu dessen
Deformation führen
können,
ist eine besonders schonende Drehung des jeweiligen zylindrischen
Gegenstandes möglich.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass eine gemeinsame Drehrichtung dadurch
realisierbar ist, dass zumindest ein Drehantrieb mit einem der beiden Auflageelemente
in geeigneter Weise gekoppelt ist. Alternativ können auch zwei Drehantriebe
vorgesehen sein, wobei jeweils einer der beiden Drehantriebe ebenfalls
auf geeignete Weise mit einem der beiden Auflageelemente gekoppelt
ist.
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Gemäß Anspruch
3 weisen die beiden Auflageelemente zylindrische Rollen auf. Dies
hat den Vorteil, dass die Auflageele mente infolge ihrer einfachen
Geometrie auf besonderes einfache Art und Weise hergestellt werden
können.
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Bevorzugt
weisen die Auflageelemente eine weiche Oberfläche auf, so dass eine Beschädigung des
zylindrischen Gegenstandes auch bei einer schnellen Drehbewegung
weitgehend ausgeschlossen ist. Um eine Drehbewegung mit einer genau
definierten Drehgeschwindigkeit zu gewährleisten, wird als Oberfläche der
Auflageelemente ein Material gewählt,
welches bei einem Kontakt mit dem zylindrischen Gegenstand einen
hohen Reibungskoeffizienten aufweist, so dass ein versehentliches
Durchdrehen der Auflageelemente ausgeschlossen ist.
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Gemäß Anspruch
4 weisen die beiden Auflageelemente entlang ihres Außenumfangs
Aussparungen auf, welche beispielsweise die Form von Ringnuten an
der Außenfläche des
Auflageelementes haben. Dies hat den Vorteil, dass der Luftstrom zumindest
teilweise durch die nutförmigen
Aussparungen treten kann. Dies hat zu Folge, dass infolge des Bernoulli-Effektes
der zylindrische Gegenstand durch eine weitgehend radial in die
Richtung der Drehachse des jeweiligen Auflageelements wirkende Kraft
an das jeweilige Auflageelement gedrückt wird.
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Sofern
die beiden Auflageelemente eine Mehrzahl von einander versetzt angeordneten
Aussparungen aufweisen, können
sie so nah beieinander angeordnet sein, dass die beiden Auflageelemente
ineinander greifen. Dies bedeutet, dass die beiden Drehachsen einen
kleineren Abstand voneinander aufweisen als die Summe der Radien
der beiden als zylindrischen Rollen ausgebildeten Auflageelemente.
Eine Haltevorrichtung mit zwei zylindrischen Auflageelementen, welche
nahe beieinander angeordnet sind, hat den Vorteil, dass auch bei
einem starken Luftstrom ein Einklemmen des zylindrischen Gegenstands
zwischen beiden Auflageelementen unmöglich ist. Somit ermöglicht eine
Haltevorrichtung mit zwei nahe beieinander angeordneten Auflageelementen
eine sowohl sichere als auch schonende Halterung eines zylindrischen
Gegenstandes.
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Gemäß Anspruch
5 weist die Vakuumerzeugungseinrichtung ein pneumatisches Übertragungselement
auf. Dies hat den Vorteil, dass eine für die Vakuumerzeugungseinrichtung
ebenfalls erforderliche Pumpe in großem Abstand von den beiden
Auflageelementen angeordnet sein kann. Somit werden Vibrationen,
welche von der Pumpe erzeugt werden, nicht oder nur sehr schwach
auf die beiden Auflageelement und damit auf den zylindrischen Gegenstand übertragen.
Das pneumatische Übertragungselement
ist beispielsweise ein Saugrohr, dessen Eingangsöffnung unterhalb der beiden
Auflageelemente angeordnet ist und dessen Ausgangsöffnung mit
der Pumpe der Vakuumerzeugungseinrichtung gekoppelt ist.
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Die
zweite der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch
eine optische Messanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
6.
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Die
erfindungsgemäße optische
Messanordnung weist einen konfokalen Abstandssensor auf. Dieser
umfasst ein punktförmiges
optisches Sendeelement, eingerichtet zum Aussenden von Beleuchtungslicht,
eine Abbildungsoptik zum Fokussieren des Beleuchtungslichts in einen
Objektbereich, ein punktförmiges
optisches Empfangselement, welches in Bezug auf die Abbildungsoptik
konfokal zu dem optischen Sendeelement angeordnet ist und welches zum
Empfang von Messlicht eingerichtet ist. Das Messlicht ist dabei
das Licht, welches von dem zylindrischen Gegenstand zumindest teilweise
zurückgestreut
und über
die Abbildungsoptik auf das Empfangselement gelenkt wird. Der Abstandssensor
umfasst ferner eine Verschiebeeinrichtung zum Variieren des optischen
Weges zwischen der Abbildungsoptik und dem optischen Sendeelement.
Die erfindungsgemäße optische
Messanordnung weist ferner eine Haltevorrichtung nach einem der
Ansprüche
1 bis 6 auf, wobei die Haltevorrichtung relativ zu dem konfokalen
Abstandssensor derart angeordnet ist, dass zumindest ein Teilbereich
des zylindrischen Gegenstandes innerhalb des Objektbereiches positionierbar
ist.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die oben beschriebene
Haltevorrichtung bei einer entsprechenden Drehung des zylindrischen
Gegenstandes eine sequentielle dreidimensionale Oberflächeninspektion
von allen Punkten entlang eines Umfangskreises des zylindrischen
Gegenstandes ermöglicht.
Die schonende und räumlich
präzise Lagerung
des sich drehenden zylindrischen Gegenstandes ermöglicht dabei
eine besonders genaue Oberflächenvermessung.
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Die
Höhenposition
des jeweiligen Messpunktes ergibt sich durch eine Auswertung des
durch das Empfangselement gemessenen Intensitätsverlaufs als Funktion des
Abstandes zwischen der Abbildungsoptik und dem optischen Sendeelement,
bei der das Intensitätsmaximum
gemessen wird.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass das Sendeelement und das Empfangselement
mittelt eines einziges optischen Elements, beispielsweise dem Ende
einer lichtleitenden Faser realisiert werden können, so dass das Sendeelement
und das Empfangselement effektiv an derselben Stelle angeordnet
sind. Eine optische Kopplung mit einer Lichtquelle sowie mit einem
Lichtdetektor erfolgt auf bekannte Weise durch eine Aufspaltung
des anderen Endes der lichtleitenden Faser in zwei unterschiedliche
Teilenden oder durch einen Strahlteiler, über den sowohl eine Lichtquelle
als auch ein Lichtdetektor mit dem anderen Ende der lichtleitenden
Faser gekoppelt ist.
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Die
Verschiebeeinrichtung kann das Objektiv, das optische Sende- bzw.
Empfangselement und/oder einen zwischen Objektiv und optischen Sende-
bzw. Empfangselement angeordneten Reflektor bewegen. Um eine hohe
Abtastgeschwindigkeit zu erreichen, sollte die Verschiebeeinrichtung eine
möglichst
schnelle Variation des optischen Weges erlauben. So kann die Verschiebeeinrichtung beispielsweise
eine mit einer vorgegebenen Frequenz angetriebene Stimmgabel sein,
an deren Schenkel die beweglichen Komponenten des konfokalen Abstandssensors
ange bracht sind. Dies ermöglicht
eine besonders schnelle periodische Variation des optischen Weges
zwischen Abbildungsoptik und optischem Sendeelement und erlaubt
damit eine besonders schnell Datenaufnahme der jeweils zu vermessen
Abstands- bzw. Höhenwerte.
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Gemäß Anspruch
7 weist die optische Messanordnung zusätzlich eine Positioniereinrichtung auf,
mittels welcher die Haltevorrichtung relativ zu dem konfokalen Abstandssensor
entlang der Längserstreckung
eines von der Haltevorrichtung gehaltenen zylindrischen Gegenstandes
verschiebbar ist. Durch ein longitudinales Verfahren des zu vermessenden
Gegenstands kann in Verbindung mit der Drehbewegung des Gegenstands
jeder Punkt an der Oberfläche
des Gegenstandes vermessen und somit die komplette Oberflächenstruktur
des zylindrischen Gegenstandes inspiziert und auf gegebenenfalls
vorhandene Defekte überprüft werden.
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Gemäß Anspruch
8 ist der konfokale Abstandssensor ein mehrkanaliger Abstandssensor,
mit dem gleichzeitig mehrere auf einer Messzeile liegende Messpunkte
vermessen werden können.
Das Sendeelement ist in diesem Fall bevorzugt eine aus mehreren
Punktlichtquellen bestehende Lichtzeile und das Empfangselement
ist bevorzugt ein Zeilensensor, wobei jeder Punktlichtquelle jeweils
ein Pixel des Zeilensensors zugeordnet ist. Auf diese Weise kann
eine besonders schnelle Vermessung der Oberflächenstruktur des zylindrischen
Gegenstandes realisiert werden, ohne dass die Genauigkeit der einzelnen
Messwerte reduziert ist. Selbstverständlich können die Punktlichtquellen
und/oder die punktförmigen Empfangselemente
auch jeweils durch eine Lochblende bzw. durch das Ende von lichtleitenden
Fasern realisiert werden.
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Gemäß Anspruch
9 wird die optische Messanordnung zur Vermessung einer gitterartigen
Röhre, beispielsweise
einer endoluminalen Gefäßprothese (Stent)
eingesetzt. Dabei kann nicht nur die Außenstruktur der gitterartigen
Röhre,
sondern auch die Oberflächenstruktur
an der Innenseite der gitterartigen Röhre vermessen werden. In diesem
Fall ist die Haltevorrichtung relativ zu dem konfokalen Abstandssensor
derart angeordnet, dass ein erster Teilbereich der Wand der gitterartigen
Röhre von
dem Beleuchtungslicht zumindest teilweise durchdringbar ist und
dass ein zweiter Teilbereich der Wand der gitterartigen Röhre innerhalb
des Objektbereiches positionierbar ist. Dabei ist anzumerken, dass
die beiden genannten Teilbereiche der Röhrenwand sich im Allgemeinen
in Bezug auf die Mittelachse der Röhre auf gegenüberliegenden
Seiten befinden. Somit kann bei einer entsprechenden Fokussierung
des Beleuchtungslichtes auf die Innenwand des zweiten Teilbereiches
der Röhrenwand
die Innenstruktur der Röhre vermessen
werden.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass eine teilweise Streuung des Beleuchtungslichts
durch den ersten Teilbereich der gitterartigen Röhre beim Eintritt des Beleuchtungslichts
in das Innere der zu vermessenden Röhre die Messgenauigkeit nicht
oder nur in zu vernachlässigender
Weise beeinträchtigt. Dies
liegt daran, dass beim Eintritt in das Innere der Röhre durch
den ersten Teilbereich das Beleuchtungslicht noch nicht stark fokussiert
ist und damit der Beleuchtungsstrahl noch einen größeren Querschnitt aufweist.
Somit hat eine vereinzelte Lichtstreuung an der gitterartigen Röhrenwand
nur einen zu vernachlässigenden
Einfluss auf die für
die konfokale Messung effektiv verwendete Lichtintensität.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
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In
der Zeichnung zeigen in schematischen Darstellungen:
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1 eine
Haltevorrichtung mit zwei zylindrischen Auflageelementen zum Drehen
eines zylindrischen Gegenstandes in einer präzisen räumlichen Lage,
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2 eine
optische Messanordnung mit einem konfokalen Abstandssensor und der
in 1 dargestellten Haltevorrichtung,
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3 eine
Querschnittsansicht (oben) und eine Draufsicht (unten) von zwei
zylindrischen Auflageelementen, welche eine Mehrzahl von Ringnuten aufweisen
und welche in einem geringen Abstand angeordnet sind, so dass die
beiden Auflageelemente ineinander greifen,
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4a den
Verlauf einer Luftströmung
um zwei mit Ringnuten versehenen Auflageelementen und
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4b die
durch die in 4a dargestellte Luftströmung verursachten
pneumatischen Druckverläufe
des Staudrucks an der Oberseite und an der Unterseite des zylindrischen
Gegenstands.
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An
dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich in der Zeichnung die
Bezugszeichen von gleichen oder von einander entsprechenden Komponenten
lediglich in ihrer ersten Ziffer unterscheiden.
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1 zeigt
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Haltevorrichtung 100 für einen
Stent 120, welcher in einer genau definierten räumlichen
Lage um eine Drehachse 120 drehbar gelagert ist. Die Haltevorrichtung 100 umfasst
ein Grundelement 102, auf dem ein Gehäuse 104 angebracht ist.
In dem Gehäuse 104 ist
eine erste Auflagerolle 110a vorgesehen, welche mittels
eines Drehantriebs 112a um eine Drehachse 111a drehbar
ist. Ferner ist eine Auflagerolle 110b vorgesehen, welche
mittels eines Drehantriebs 112b um eine Drehachse 111b drehbar
ist. Die beiden Drehachsen 111a und 111b sind
derart voneinander beabstandet, dass der Stent 120 in der
in der 1 dargestellten Art und Weise oberhalb der Verbindungslinie
zwischen den beiden Drehachsen 111a und 111b gehalten
wird.
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Die
beiden Drehantriebe 112a bzw. 112b, welche in
nicht näher
dargestellter Art und Weise mit den Auflagerollen 110a bzw. 110b mechanisch
gekoppelt sind, können
in die gleiche Drehrichtung, beispielsweise wie in 1 dargestellt
im Uhrzeigersinn, gedreht werden. Dies bedeutet, dass der auf den
beiden Auflagerollen 110a und 110b aufliegende Stent 120 entgegen
dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Um eine schonende und zugleich sichere
Drehung des Stents 120 zu gewährleisten, weisen die beiden Auflagerollen 110a und 110b eine
weiche Oberfläche auf,
welche eine hohe Haftreibung zwischen dem Stent 120 und
den Auflagerollen 110a und 110b bewirkt.
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Um
ein sicheres Aufliegen des Stents 120 zu gewährleisten,
ist unterhalb der beiden Auflagerollen 110a, 110b ein
Saugrohr 131 angeordnet, welches mit einer Vakuumpumpe 130 gekoppelt
ist. Die Vakuumpumpe 130 weist einen Luftauslass 132 auf.
Bei einem Anschalten der Vakuumpumpe 130 wird somit ein
Luftstrom erzeugt, welcher ein Ansaugen des Stents 120 bewirkt.
Dadurch wird der Stent 120 gegen die Auflagerollen 110a, 110b gedrückt, so
dass der Stent 120 entlang seiner gesamten Länge sicher an
den beiden Auflagerollen 110a und 110b anliegt. Die
Stärke
des Luftstroms kann abhängig
von der Flexibilität
des Stents 120 so gewählt
werden, dass a) der Stent 120 bei einer leichten Krümmung gerade gebogen
wird und somit gleichmäßig an den
beiden Auflagerollen 110a und 110b anliegt und
dass b) trotzdem eine schonende Lagerung des Stents 120 gewährleistet
ist.
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2 zeigt
eine optische Messvorrichtung, welche einen konfokalen Abstandssensor
270 und eine
Haltevorrichtung
200 für
einen Stent
220 aufweist. Die Haltevorrichtung
200 ist
identisch mit der in
1 dargestellten Haltevorrichtung
100.
Im Folgenden wird zunächst
der konfokale Abstandssensor
270 kurz erläutert. Nähere Einzelheiten über den konfokalen
Abstandssensor
270 finden sich in der aus dem Stand der
Technik bekannten Druckschrift
DE 196 084 68 C2 .
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Der
konfokale Abstandssensor 270 weist eine zumindest annähernd punktförmige Lichtquelle 275 auf.
Die geringe flächige Ausdehnung
der Lichtquelle 275 kann auch durch eine entsprechend große Lochblende
vor der Lichtquelle realisiert werden. Das von der punktförmigen Lichtquelle 275 ausgesandte Licht
trifft auf eine Optik 276, welche das Beleuchtungslicht
als paralleles Strahlbündel
auf einen Strahlteiler 280 richtet. An dem Strahlteiler
wird das Beleuchtungslicht reflektiert und über eine Optik 281, einen
Retroreflektor 285 und einen Umlenkspiegel 287 auf
ein objektseitiges Objektiv 291 gerichtet. Das Objektiv 291 weist
bevorzugt eine sehr geringe Brennweite auf, so dass das Beleuchtungslicht 292 mit
einer großen
numerischen Apertur in einen Optikbereich des konfokalen Abstandssensors 270 fokussiert
wird.
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Die
Haltevorrichtung 200 ist an einer Positioniereinrichtung 240 befestigt.
Ein Kugellager 241 zwischen der Positioniereinrichtung 240 und
der Haltevorrichtung 200 ermöglicht eine räumliche
Justierung der Haltevorrichtung 200. Gemäß dem hier
dargestellten Ausführungsbeispiel
ermöglicht
die Positioniereinrichtung 240 ein dreidimensionales Verschieben
der Haltevorrichtung 200, nämlich ein Verschieben entlang
einer horizontalen x-Richtung, entlang einer vertikalen z-Richtung
und entlang einer zu der z- und zu der x-Richtung senkrechten y-Richtung. Wie ferner
aus 2 ersichtlich, ist die Haltevorrichtung 200 relativ
zu dem konfokalen Abstandssensor 270 derart entlang der
z-Richtung justiert, dass das Beleuchtungslicht 292 auf
die innere Oberfläche
des Stents 220 fokussiert wird. Dabei durchdringt das Beleuchtungslicht 292 den
in 1 dargestellten oberen Teil des Stents 220,
wobei infolge des in dem oberen Bereich des Stents 220 aufgeweiteten
Beleuchtungslichtes 292 die gitterartige Struktur des Stents 220 das
Beleuchtungslicht 292 nur unwesentlich schwächt. Das
Objektiv 291 des konfokalen Abstandssensors 270 befindet
sich in einem Tubus 290, welcher die untere Begrenzung
des konfokalen Abstandssensors 270 darstellt.
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Das
an der Oberfläche
des unteren Teilbereichs des Stents 220 zumindest teilweise
zurück
gestreute Licht, welches im fol genden als Messlicht bezeichnet wird,
wird von dem Objektiv 291 eingesammelt und über den
Umlenkspiegel 287, den Retroreflektor 285 und
die Optik 281 auf den Strahlteiler 280 gerichtet.
Das Messlicht wird durch den Strahlteiler 280 zumindest
teilweise transmittiert, so dass es über eine Optik 296 auf
den Punktförmigen
Lichtdetektor 295 trifft. Der punktförmige Lichtdetektor 265 kann ebenso
mittels einer kleinen Lochblende realisiert werden, welche sich
vor einem gegebenenfalls flächigen
Lichtdetektor befindet.
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Das
konfokale Messprinzip zur Bestimmung von Höhenpositionen besteht nun darin,
dass die von dem punktförmigen
Lichtdetektor 295 gemessene Intensität davon abhängt, mit welchem Fokusdurchmesser
das Beleuchtungslicht 292 auf die zu vermessende Oberfläche des
Stents 220 fokussiert wird. Zu diesem Zweck ist der Retroreflektor 285 über eine Verschiebeeinrichtung 285a entlang
einer Verschieberichtung 285b periodisch verschiebbar,
so dass der Fokusdurchmesser auf dem unteren Teilbereich des Stents 220 mit
einer periodischen Bewegung des Retroreflektors 285 variiert
werden kann. Die von dem punktförmigen
Lichtdetektor 292 erfasste Rückstreuintensität ist dann
maximal, wenn das Beleuchtungslicht 295 auf die zu vermessende
Oberfläche des
Stents 220 mit einem minimalen Fokusdurchmesser trifft.
Falls die zu vermessende Oberfläche Unebenheiten
aufweist, kann aus der jeweiligen Position des Retroreflektors 285,
bei der der Lichtdetektor 295 eine maximale Intensität misst,
die jeweilige Höhenposition
eines auf der Unebenheit befindlichen Messpunktes ermittelt werden.
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Im
Folgenden wird auf die Justierung und den Betrieb der Haltevorrichtung 200 näher eingegangen.
Wie aus 2 ersichtlich, ist die Haltevorrichtung 200 mittels
der Positioniereinrichtung 240 derart justiert, dass der
untere Teilbereich des Stents 220 gerade in dem durch die
Fokuslage des Beleuchtungslichts 292 ausgezeichneten Objektbereich
liegt. Durch eine Rotation des Stents 220 um seine Symmetrieachse,
welche parallel zu den beiden Auflagerollen orientiert ist, kann
somit die Innenwand des Stents 220 entlang eines Umfangskreises
auf der Stent-Mantelfläche
sequentiell abgetastet werden.
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Eine
vollständige
Abtastung der Innenstruktur des Stents 220 erfordert zusätzlich zu
der Drehung des Stents 220 auch eine Verschiebung des Stents 220 relativ
zu dem konfokalen Abstandssensor 270 entlang der Längsachse
des Stents 220. Deshalb ist die Positioniereinrichtung 240 derart
eingerichtet, dass die Haltevorrichtung 200 auch senkrecht
zu der Zeichenebene entlang einer y-Achse bewegt werden kann, welche
senkrecht sowohl zu der in 2 dargestellten
z-Achse als auch senkrecht zu der in 2 dargestellten
x-Achse orientiert ist. Somit ist durch eine Überlagerung einer Verschiebbewegung
entlang der y-Achse und einer Drehbewegung eine vollflächige Abtastung
der Innenstruktur des Stents 220 möglich.
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3 zeigt
im oberen Teil die Halterung eines Stents 320 durch zwei
Auflagerollen 310a und 310b, welche so nahe voneinander
beabstandet sind, dass die beiden Auflagerollen 310a und 310b in Eingriff
miteinander stehen. Wie aus dem unteren Teil von 3 ersichtlich,
weisen die Auflagerollen 310a bzw. 310b jeweils
eine Mehrzahl von nutförmigen Aussparungen 313a bzw. 313b auf.
Die Aussparungen 313a und 313b sind entlang den
Drehachsen 311a bzw. 311b versetzt angeordnet,
so dass die beiden Auflagerollen in der in 3 dargestellten
Art und Weise ineinander greifen.
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Die
ineinander greifenden Auflagerollen 310a und 310b bewirken,
dass die beiden länglichen Auflagebereiche
des Stents 320 auf den Auflagerollen 310a bzw. 310b,
welche Auflagebereiche sich parallel zu den beiden Drehachsen 311a und 311b erstrecken,
nahe beieinander liegen. Der Stent 320 wird damit auf besonders
schonende Art und Weise gehalten. Auf jeden Fall wird eine versehentliche
Verklemmung des Stents zwischen den beiden Auflagerollen 310a und 310b zuverlässig vermieden.
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Eine
derartige Verklemmung kann dann auftreten, wenn die beiden Auflagerollen 310a und 310b derart
weit voneinander beabstandet sind, dass der Stent 320 in
den Zwischenbereich zwischen den Auflagerollen 310a und 310b gerät. Eine
derartige Verklemmung ist insbesondere dann zu besorgen, wenn der
Stent 320 aus einem flexiblen Material hergestellt ist,
so dass er versehentlich zwischen die beiden Auflagerollen 310a und 310b rutscht,
obwohl die Beabstandung der beiden einander zugewandten Seiten der
Auflagerollen 310a und 310b kleiner ist als der Durchmesser
des Stents 320.
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Im
oberen Teil von 3 ist ferner schematisch eine
Luftströmung 335 eingezeichnet,
welche durch das Ansaugen von Luft durch ein Saugrohr verursacht
wird, welches sich unterhalb der beiden Auflagerollen 310a und 310b befindet.
Aus Gründen
der Übersichtlichkeit
ist in 3 weder das Saugrohr noch die für eine Luftansaugung
erforderliche Vakuumpumpe eingezeichnet. Beide Komponenten sind jedoch
in 1 genau dargestellt und in der entsprechenden
Beschreibung auch erläutert.
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Wie
im unteren Teil von 3 ersichtlich, sind die beiden
Auflagerollen 310a und 310b derart voneinander
beabstandet angeordnet, dass die beiden Auflagerollen 310a und 310b nicht
vollständig
ineinander greifen. Vielmehr ist jeweils zwischen einer Aussparung 313a bzw. 313b und
einem Bereich 314a bzw. 314b mit vollem Rollendurchmesser
ein Luftspalt 315 vorhanden, durch welchen die Luftströmung 335 treten
kann. Auf diese Weise wird nicht nur oberhalb des Stents 320 ein
Staudruck, sondern auch unterhalb des Stents 320 ein Unterdruck
erzeugt. Sowohl der Staudruck als auch der Unterdruck erzeugen eine
Kraftwirkung auf den Stent 320, die nach unten gerichtet
ist und somit zu einer stabilen Halterung und gegebenenfalls zu
einem Geradebiegen eines leicht verbogenen flexiblen Stents 320 beiträgt.
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4a zeigt
eine Luftströmung
durch und um zwei Auflagerollen 410a und 410b,
welche ebenso wie die in 3 dargestellten Auflagerollen 310a und 310b eine
Mehrzahl von Aussparungen 413a bzw. 413b aufweisen.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die beiden Auflagerollen 410a und 410b so
weit voneinander beanstandet, dass sie nicht ineinander greifen.
Die Beabstandung zwischen den beiden Auflagerollen 410a und 410b ist
so gewählt,
dass ein Stent 420 sicher an den beiden Auflagerollen 410a und 410b anliegt.
Die Luftströmung 435 lässt sich
qualitativ in drei verschiedene Kanäle einteilen. Ein erster Teil 435a der
Luftströmung 435 strömt jeweils
an der Außenseite
der Auflagerolle 410a bzw. 410b vorbei. Ein zweiter
Teil 435b der Luftströmung 435 strömt durch
die Aussparungen 413a bzw. 413b. Ein dritter Teil 435c der
Luftströmung 435 durchströmt den aus
einer Gitterstruktur aufgebauten Stent 420.
-
4b zeigt
die aus der in 4a dargestellten Luftströmung resultierenden
Druckverhältnisse.
Die um die beiden Auflagerollen 410a bzw. 410b außen umströmende Luft
trägt nur
unwesentlich zu der Fixierung des Stents 420 an den beiden
Auflagerollen 410a und 410b bei. Der dritte Teil 435c des Luftstroms 435 bewirkt
oberhalb des Stents 420 einen Staudruck 436, der
eine resultierende Kraftwirkung nach unten auf den Stent 420 ausübt und somit zu
einer sicheren Halterung des Stents beiträgt. Der zweite Teil 435b der
Luftströmung,
welcher zwischen dem Stent 420 und den beiden Auflagerollen 410a bzw. 410b durch
die Nuten 413a bzw. 413b hindurch tritt, erzeugt
infolge des Bernouli-Effekts einen Unterdruck 437a bzw. 437b,
welcher ebenfalls zu einer Fixierung des Stents 420 in
der gewünschten
Position beiträgt.
Dabei bewirkt der Unterdruck 437a eine Kraftwirkung, die
in guter Näherung
radial in Richtung der Drehachse der Auflagerolle 410a gerichtet
ist. Der Unterdruck 437b bewirkt in analoger Weise eine Kraftwirkung,
die radial in Richtung der Drehachse der Auflagerolle 410b gerichtet
ist. Somit tragen zu einer stabilen Halterung des Stents 420 nicht
nur der Staudruck 436, sondern insbesondere auch die beiden
Unterdrücke 437a und 437b bei.
-
- 100
- Haltevorrichtung
- 102
- Grundelement
- 104
- Gehäuse
- 110a/b
- Auflagerolle
- 111a/b
- Drehachse
- 112a/b
- Drehantrieb
- 120
- Stent
- 121
- Drehachse
- 130
- Vakuumpumpe
- 131
- Saugrohr
- 132
- Luftauslass
- 200
- Haltevorrichtung
- 240
- Positioniereinrichtung
- 241
- Kugellager
- 270
- konfokaler
Abstandssensor
- 275
- punktförmige Lichtquelle
- 276
- Optik
- 280
- Strahlteiler
- 281
- Optik
- 285
- Retroreflektor
- 285a
- Verschiebeeinrichtung
- 285b
- Verschieberichtung
- 287
- Umlenkspiegel
- 290
- Tubus
- 291
- Objektiv
- 292
- Beleuchtungslicht
- 295
- punktförmiger Lichtdetektor
- 296
- Optik
- 310a/b
- Auflagerolle
- 311a/b
- Drehachse
- 313a/b
- Aussparung
- 314a/b
- Bereich
ohne Aussparung
- 315
- Luftspalt
- 320
- Stent
- 335
- Luftströmung
- 410a/b
- Auflagerolle
- 413a/b
- Aussparung
- 420
- Stent
- 435
- Luftströmung
- 435a
- Teil-Luftströmung
- 435b
- Teil-Luftströmung
- 435c
- Teil-Luftströmung
- 436
- Staudruck
- 437a/b
- Unterdruck