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Die
Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung zum Drehen eines zylindrischen
Gegenstandes, insbesondere zum Drehen einer aus einem Gitter aufgebauten
Röhre zum
Zwecke der Oberflächeninspektion
des Gegenstandes mit einem optischen Sensor. Die Erfindung betrifft
ferner eine optische Messanordnung zum dreidimensionalen Vermessen
der Oberflächenstruktur
eines zylindrischen Gegenstandes mit einem optischen Sensor.
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Gefäßerkrankungen,
welche insbesondere in der heutigen Wohlstandsgesellschaft weit
verbreitet sind, können
unter bestimmten Umständen
zu einem vollständigen
Verschließen
eines 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 derartiger
Gefäßverschluss
sogar zum Tod des Patienten führen.
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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. Eine endoluminale Gefäßprothese
ist üblicherweise ein
dehnbares, aus einer metallischen Gitterstruktur bzw. einem metallischen
Geflecht aufgebautes zylindrisches Röhrchen, welches als Gefäßstütze zur
verbesserten Offenhaltung eines Blutgefäßes dient. Die Gefäßprothesen
weisen üblicherweise
eine gewisse Flexibilität
auf, so dass sie 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. Dies
kann zum Zwecke einer hohen räumlichen
Auflösung
mit einem optischen Mikroskop erfolgen. Durch eine geeignete Platzierung
des Stents unter dem Mikroskop ist es somit möglich die Informationen zu
erhalten, um ein topographisches Abbild des Stents zu rekonstruieren.
Auf diese Weise können
Risse, scharfe Kanten, Grate etc. an der Außenseite des Stents überprüft werden.
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Die
Vermessung der Außenseite
eines Stents stellt an den mechanischen Messaufbau keine großen Anforderungen.
So kann der Stent beispielsweise auf einer Nadel fixiert werden,
welche dann während
der Inspektion unterhalb der Optik eines Mikroskops mittels eines
Positionierungssystems bewegt wird.
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Für eine verbesserte
Qualitätskontrolle
ist es jedoch wünschenswert,
auch die Topologie der Innenseite eines Stents auf Risse, scharfe
Kanten, Grate etc. hin zu untersuchen.
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Die
eindeutige Überprüfung der
Innenseite eines Stents ist im Vergleich zur Inspektion der Außenseite
wesentlich schwerer zu realisieren. Der Stent kann dabei nicht mittels
einer Nadel geführt werden,
da diese der optischen Abbildung im Wege stehen würde. Ferner
kann ein Stent aufgrund der extremen Empfindlichkeit seiner Struktur
auch nicht so einfach von außen
beispielsweise mittels eines Drehfutters gehalten werden. Dies würde zudem
den optischen Pfad teilweise unterbrechen.
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Um
den Stent trotzdem komplett zu erfassen, wären dann mehrere Messschritte
erforderlich.
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Aus
der
US 2 635 194 A ist
eine Anordnung zum Drehen eines Gegenstandes mittels mehrerer Rollenelemente
bekannt. Dabei wird nur eine Rolle jeweils angetrieben. Weiterhin
ist aus der
DE
20 2005 013 876 U1 ebenfalls eine Anordnung zum Drehen eines
Gegenstands bekannt, wobei der Gegenstand auf zwei drehbaren Rollen
gelagert ist.
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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
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Haltevorrichtung
zum Halten und gleichzeitigen Drehen eines zylindrischen Gegenstandes
in einer präzisen
räumlichen
Lage zu schaffen, so dass eine umfassende optische Inspektion des
zylindrischen Gegenstandes möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die Gegenstände
der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Mit
dem unabhängigen
Patentanspruch 1 wird eine Haltevorrichtung zum Drehen eines zylindrischen
Gegenstandes um seine Längsachse
beschrieben. Die beschriebene Haltevorrichtung eignet sich insbesondere
zum Drehen einer gitterartigen Röhre um
ihre Längsachse.
Die beschriebene Haltevorrichtung weist auf (a) ein erstes Auflageelement, welches
um eine erste Drehachse drehbar gelagert ist, (b) ein zweites Auflageelement,
welches um eine zweite Drehachse drehbar gelagert ist und (c) ein drittes
Auflageelement, welches um eine dritte Drehachse drehbar gelagert
ist. Die drei Drehachsen sind dabei parallel zueinander orientiert
und derart voneinander beabstandet, dass der zylindrische Gegenstand
an allen drei Auflageelementen anlegbar ist. Die beschriebene Haltevorrichtung
weist ferner auf (d) einen Drehantrieb, welcher mit den drei Auflageelementen
derart gekoppelt ist, dass die drei Auflageelemente in synchronisierter
Weise um ihre jeweilige Drehachse drehbar sind.
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Der
beschriebenen Haltevorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass
durch eine geeignete relative räumliche
Anordnung der drei Auflageelemente die räumliche Lage eines zylindrischen
Gegenstandes, wie beispielsweise eine aus einem flexiblen Material
hergestellte gitterartige Röhre,
genau definiert werden kann. Da der zylindrische Gegenstand an allen
Auflageelementen anliegt, kann dieser durch eine einfache Drehbewegung
von zumindest einem der Auflageelemente um seine Längsachse
gedreht werden.
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Die
beschriebene Haltevorrichtung 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 Längsachse
gedreht werden können. Durch
das Zusammenwirken der drei Auflageelemente liegt der zylindrische
Gegenstand gleichzeitig an allen Auflageelementen an. Dabei wird,
sofern der Gegenstand aus einem flexiblen Material hergestellt ist,
eine gegebenenfalls ursprünglich
vorhandene Krümmung
auf sanfte Weise aufgehoben. Durch ein derartiges Geradebiegen kann
der zylindrische Gegenstand auf einfache Weise schonend gelagert
und gleichzeitig gedreht werden, so dass er durch eine optische
Inspektion von allen Seiten vermessen werden kann.
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Gemäß Anspruch
2 sind die drei Auflageelemente in einer gemeinsamen Drehrichtung
drehbar. Dabei ist es von Vorteil, wenn die drei Auflageelemente
derart gedreht werden, dass die Geschwindigkeit der Außenflächen von
allen Auflageelementen gleich hoch 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 Gegenstandes möglich. Dabei
dreht sich der zylindrische Gegenstand in Bezug auf die gemeinsame
Drehrichtung der Auflageelemente in die entgegen gesetzte Richtung.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass eine gemeinsame Drehrichtung dadurch
realisierbar ist, dass der Drehantrieb mit mit den drei Auflageelementen
in geeigneter Weise gekoppelt ist. Alternativ können auch ein oder zwei weitere
Drehantriebe vorgesehen sein, wobei jeweils einer davon ebenfalls
auf geeignete Weise mit einem der drei Auflageelemente gekoppelt
sein kann.
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Gemäß Anspruch
3 weisen die drei Auflageelemente jeweils eine zylindrische Rolle
auf. Dies hat den Vorteil, dass die Auflageelemente 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 sichere schlupffreie Drehbewegung des
zylindrischen Gegenstandes zu gewährleisten, wird als Oberfläche der
Auflageelemente ein Material gewählt,
welches bei einem Kontakt mit dem zylindrischen Gegenstand einen
hohen Haftreibungskoeffizienten aufweist.
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Gemäß Anspruch
4 weist die Haltevorrichtung zusätzlich
ein Planetengetriebe auf. Das Planetengetriebe ist zwischen den
Drehantrieb und den drei Auflageelementen geschaltet, so dass die
drei Auflageelemente in synchronisierter Weise mit einheitlicher
Drehgeschwindigkeit um ihre jeweilige Drehachse drehbar sind.
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Das
Planetengetriebe kann ein Außenzahnrad
und drei Innenzahnräder
aufweisen. Ein Innenzahnrad kann jeweils mit einem der Auflageelemente gekoppelt
sein, wobei die Drehachse eines Innenzahnrads mit der Drehachse
des entsprechenden Auflageelements zusammen fällt. Die Innenzahnräder weisen
jeweils eine nach außen
gerichtete Verzahnung auf, die mit einer nach innen gerichteten Verzahnung
des Außenzahnrads
zusammen wirkt. Auf diese Weise wird durch eine Drehung des Außenzahnrades
automatisch eine synchronisierte Drehung der drei Auflageelemente
gewährleistet.
Die synchronisierte Drehung der drei Auflageelemente bewirkt wiederum
eine entsprechende Rotation des zylindrischen Gegenstandes. Dabei
kann die Drehachse des Außenzahnrades
mit der Längsachse bzw.
mit der Drehachse des zylindrischen Gegenstandes zusammen fallen.
Dies bedeutet, dass der zylindrische Gegenstand quasi ein Element
des Planetengetriebes ist.
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Die
Kopplung zwischen dem Drehantrieb und dem Außenzahnrad kann dabei auf verschiedenen
Arten erfolgen. Dazu eignet sich insbesondere ein Riemenantrieb
oder ein weiteres Zahnrad, welches in eine nach außen gerichtete
weitere Verzahnung des Außenzahnrads
eingreift.
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Gemäß Anspruch
5 greift das Planetengetriebe in Bezug auf die Drehachse eines Auflageelements
jeweils an einem Ende des Auflageelements an. Dies hat den Vorteil,
dass eine Führungskulisse für die gesamte
Anordnung auf konstruktive besonders einfache Weise realisiert werden
kann. Die Führungskulisse
kann dabei zwei Trägerelemente
aufweisen. Ein erstes Trägerelement
weist bevorzugt drei erste Widerlager auf, wobei jeweils ein Widerlager
einem Auflageelement bzw. einen Innenzahnrad zugeordnet ist. Dabei
kann das erste Trägerelement gleichzeitig
als stationäres
Trägerelement
des Planetengetriebes dienen. Ein zweites Trägerelement kann in entspre chender
Weise drei zweite Widerlager aufweisen, wobei ebenfalls jeweils
ein zweites Widerlager einem Auflageelement zugeordnet ist.
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Die
Widerlager können
dabei durch beliebige Konturen realisiert sein, die in Eingriff
mit jeweils einer entsprechenden komplementären Kontur an dem entsprechenden
Innenzahnrad und/oder an dem entsprechenden Auflageelement bringbar
sind. Demzufolge können
die Widerlager durch jeweils einen einfachen Stift realisiert sein,
welcher in eine achsmittige, bevorzugt zylindrische Öffnung eines
Auflageelements bzw. eines Innenzahnrads eingreift. Ebenso können die
Widerlager auch durch jeweils eine bevorzugt zylindrische Öffnung realisiert
sein, in welche ein achsmittig angeordneter Stift eines Auflageelements
bzw. Innenzahnrads eingreift.
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Mit
dem Patentanspruch 6 wird eine optische Messanordnung für einen
zylindrischen Gegenstand, insbesondere für eine gitterartige Röhre, beschrieben.
Die optische Messanordnung weist auf (a) einen optischen Sensor
und (b) eine Haltevorrichtung gemäß einem der oben beschriebenen
Ausführungsbeispiele.
Die Haltevorrichtung ist relativ zu dem optischen Sensor derart
angeordnet ist, dass zumindest ein Teilbereich des zylindrischen
Gegenstandes innerhalb eines Objektbereiches des optischen Sensors
positionierbar ist.
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Der
Messanordnung 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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Gemäß Anspruch
7 weist die optische Messanordnung zusätzlich eine Positioniereinrichtung auf,
mittels welcher die Haltevorrichtung relativ zu dem optischen Sensor
entlang der Läng sersteckung eines
zwischen die drei Auflageelemente eingebrachten zylindrischen Gegenstandes
verschiebbar ist. Durch ein derartiges longitudinales Verschieben des
zu vermessenden Gegenstands kann in Verbindung mit der Drehbewegung
des Gegenstands jeder Punkt an der Oberfläche des zylindrischen Gegenstandes
vermessen und somit die komplette Oberflächenstruktur des zylindrischen
Gegenstandes inspiziert und auf gegebenenfalls vorhandene Defekte überprüft werden.
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An
dieser Stelle wird ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass zur Vermessung der kompletten Oberflächenstruktur
eine relative Verschiebung zwischen dem Objektbereich des konfokalen
Abstandsensors und der Haltevorrichtung maßgeblich ist. Dies bedeutet,
dass anstelle der Haltevorrichtung auch der Abstandssensor oder
beide Komponenten des optischen Messsystems verschoben werden können.
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Es
wird ferner darauf hingewiesen, dass anstelle einer Bewegung von
zumindest einer Komponente des beschriebenen Messsystems auch eine entsprechende
zeitabhängige
optische Ablenkung des Beleuchtungslichts bzw. des Messlichts des
Abstandssensors denkbar wäre,
so dass der zylindrische Gegenstand mittels einer optischen Abtastung an
verschiedenen Messpunkten vermessen wird.
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Gemäß Anspruch
8 ist der optische Sensor ein auf dem konfokalen optischen Abbildungsprinzip beruhender
konfokaler Abstandssensor. Die Verwendung eines so genannten konfokalen
Abstandssensors ermöglicht
auf vorteilhafte Weise eine besonders genaue Abstandsmessung mit
einer hohen Auflösung
von lediglich einigen Mikrometern. Damit kann die Oberflächenbeschaffenheit
eines von der Haltevorrichtung aufgenommenen zylindrischen Gegenstandes
mit hoher Genauigkeit inspiziert werden. Aus dem vermessenen Oberflächenprofil
kann ein komplettes dreidimensionales Model des zylindrischen Gegenstandes
berechnet werden.
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Ein
zur Realisierung der Messanordnung geeigneter konfokaler Abstandssensor
ist beispielsweise in der in der obigen Beschreibungseinleitung
genannten Druckschrift
DE
196 084 68 C2 beschrieben. Allerdings ist die vorliegende
Erfindung nicht auf die in dieser Druckschrift beschriebenen Ausführungsformen
eines konfokalen Abstandssensors beschränkt.
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Als
besonders geeignet haben sich diejenigen konfokalen Abstandssensoren
erwiesen, welche folgende Merkmale aufweisen:
(a) Ein punktförmiges optisches
Sendeelement, eingerichtet zum Aussenden von Beleuchtungslicht,
(b) eine Abbildungsoptik zum Fokussieren des Beleuchtungslichts
in einen Objektbereich, (c) 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 von dem zylindrischen Gegenstand zumindest teilweise zurückgestreut
und über
die Abbildungsoptik auf das Empfangselement gelenkt wird, und (d)
eine Verschiebeeinrichtung zum Variieren des optischen Weges zwischen
der Abbildungsoptik und dem optischen Sendeelement.
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Die
Höhenposition
des jeweiligen Messpunktes an dem zylindrischen Gegenstand ergibt
sich gemäß dem konfokalen
Abbildungsprinzip durch eine Auswertung des durch das Empfangselement
gemessenen Intensitätsverlaufs
als Funktion des Abstandes zwischen der Abbildungsoptik und dem
optischen Sendeelement. Da der optische Aufbau des konfokalen Abstandssensors
bekannt ist, kann aus der Position der Verschiebeeinrichtung, bei
welcher Position das Intensitätsmaximum
gemessen wird, für jeden
Messpunkt auf einfache Weise die jeweilige Höhenposition bestimmt werden.
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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 Ver schiebeeinrichtung beispielsweise
eine mit einer vorgegebenen Frequenz angetriebene Stimmgabel sein,
an deren Schenkel die beweglichen Komponenten des konfokalen Abstandssensors
angebracht sind. Dies ermöglicht
eine besonders schnelle periodische Variation des optischen Weges
zwischen Abbildungsoptik und optischem Sendeelement und erlaubt
damit eine besonders schnelle Datenaufnahme der jeweils zu vermessen
Abstandsbzw. Höhenwerte.
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Gemäß Anspruch
9 ist der konfokale Abstandssensor ein mehrkanaliger Abstandssensor,
mit dem parallel mehrere auf einer Messzeile liegenden Messpunkte
vermessen werden können.
Das Sendeelement des konfokalen Abstandssensors ist in diesem Fall
bevorzugt eine aus mehreren Punktlichtquellen bestehende Lichtzeile
und das entsprechende 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 optischen
Fasern realisiert werden.
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Die
optische Messanordnung wird eingesetzt zur Vermessung einer gitterartigen
Rohre, beispielsweise einer endoluminalen Gefäßprothese (Stent). Dabei ist
die Haltevorrichtung relativ zu dem konfokalen Abstandssensor derart
angeordnet, dass (a) dass ein erster Teilbereich der Wand der gitterartigen
Röhre von
dem Beleuchtungslicht zumindest teilweise durchdringbar ist und
dass (b) ein zweiter Teilbereich der Wand der gitterartigen Röhre innerhalb
des Objektbereiches positionierbar ist.
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Die
beiden genannten Teilbereiche der Röhrenwand befinden sich typischerweise
in Bezug auf die Mittelachse der Röhre auf gegenüberliegenden Seiten.
Somit kann bei einer entspre chenden Fokussierung des Beleuchtungslichtes
auf die Innenwand des zweiten Teilbereiches der Röhrenwand
die Innenstruktur der Röhre
vermessen werden. Damit kann auf vorteilhafte Weise nicht nur die
Außenstruktur
der gitterartigen Röhre,
sondern auch die Oberflächenstruktur
an der Innenseite der gitterartigen Röhre vermessen werden.
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Durch
eine vollständige Überprüfung der
Topographie der gitterartigen Röhre
auf Risse, scharfe Kanten, Grate etc. und durch ein entsprechendes Verwerfen
von fehlerhaften Stents kann eine hohe Qualität der endoluminalen Gefäßprothesen
und damit auch eine hohe Patientensicherheit gewährleistet werden.
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Selbstverständlich kann
zur Inspektion eines Stents nicht nur die innere Oberfläche sondern
auch die äußere Oberfläche des
Stents vermessen werden, so dass aus den gewonnenen Abstandswerten ein
dreidimensionales Modell berechnet werden kann, welches den Stent
vollständig
beschreibt.
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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.
Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich
als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
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1 zeigt
eine optische Messanordnung zum dreidimensionalen Vermessen eines
Stents, welche Messanordnung einen konfokalen Abstandssensor und
eine Haltevorrichtung mit drei zylindrischen Auflageelementen aufweist.
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2 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
der in 1 dargestellten Haltevorrichtung.
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3a und 3b zeigen
jeweils eine perspektivische Darstellung der in 1 dargestellten Haltevorrichtung,
wobei aus Gründen
der Übersichtlichkeit
ein zylindrisches Auflageelement nicht dargestellt ist.
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4 zeigt
in einer Querschnittsdarstellung die Halterung eines Stents durch
drei zylindrische Auflageelemente.
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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
eine optische Messanordnung zum dreidimensionalen Vermessen eines
Stents. Die optische Messanordnung weist einen konfokalen Abstandssensor 150 und
eine Haltevorrichtung 100 auf. Mittels der Haltevorrichtung 100 kann
ein Stent 170 relativ zu dem Abstandssensor 150 in
einer festen räumlichen
Position um seine Längsachse
gedreht werden.
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Der
konfokale Abstandssensor
150 weist ein Gehäuse
154 und
ein Objektiv
152 auf. Der Aufbau und das Funktionsprinzip
des konfokalen Abstandssensors sind beispielsweise in der
DE 196 084 68 C2 beschrieben.
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Der
konfokale Abstandssensor 150 zeichnet sich im Gegensatz
zu einem auf dem Prinzip der Triangulation beruhenden Abstandssensor
dadurch aus, dass das Beleuchtungslicht und das Messlicht koaxial
zueinander auf das Messobjekt treffen bzw. das Messobjekt verlassen.
Der entsprechende Lichtkegel des Beleuchtungslichts und des Messlichts, welcher
Lichtkegel sich zwischen dem Objektiv 152 und dem Stent 170 erstreckt,
ist in 1 mit dem Bezugszeichen 160 gekennzeichnet.
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Die
Haltevorrichtung 100 weist drei als zylindrische Rollen
ausgebildete Auflageelemente, ein erstes Auflageelement 101,
ein zweites Auflageelement 102 und ein drittes Auflageelement 103 auf.
Die drei Auflageelemente 101, 102, 103 sind
derart zueinander angeordnet, dass der Stent 170 in axialer Richtung
in den Zwischenraum zwischen die drei Auflageelemente 101, 102, 103 geschoben
werden kann. Die Auflageelemente sind über ein Planetengetriebe 110 und
ein Antriebsrad 132 mit einem Drehantrieb 130 gekoppelt.
Bei einer Aktivierung des Drehantriebs 130 wird über eine
Drehung des Antriebsrades 132 das Planetengetriebe 110 in
Gang gesetzt, welches wiederum eine gleichsinnige und synchronisierte
Drehung der drei Auflageelemente 101, 102, 103 um
ihre jeweilige Längsachse
bewirkt. Die Übersetzung
des Planetengetriebes 110 ist dabei so gewählt, dass
die Bahngeschwindigkeiten der zylindrischen Außenflächen für alle Auflageelemente 101, 102, 103 gleich
hoch sind.
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Der
zu vermessende Stent 170 liegt an allen drei Auflageelementen 101, 102, 103 an.
Somit wird durch die beschriebene Rotation der drei Auflageelemente 101, 102, 103 eine
entsprechende Rotation des Stents 170 in entgegen gesetzter
Richtung erzeugt. Die Auflageelemente 101, 102, 103 wirken demzufolge
als Mitnehmerwalzen, so dass der Stent 170 auf schonende
Weise um seine Längsachse
gedreht werden kann. Auf diese Weise können verschiedene Oberflächenpunkte
des Stents 170, die auf einer Umfangslinie liegen, vermessen
werden.
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Um
die gesamte Topologie des Stents 170 vermessen zu können, weist
die optische Messanordnung zusätzlich
eine Positioniereinrichtung 140 auf, mittels welcher die
Haltevorrichtung 100 relativ zu dem konfokalen Abstandssensor 150 entlang
der Längsachse
der drei Mitnehmerwalzen 101, 102 und 103 verschiebbar
ist. Um einen präzisen
Verschiebevorgang zu gewährleisten
weist die Positioniereinrichtung 140 zwei lineare Führungsschienen 142 auf, entlang
derer der Drehantrieb 130 und damit die gesamte Haltevorrichtung 100 verschoben
werden können.
Durch ein derartiges longitudinales Verschieben wird auch der zu
vermessende Stent 170 verschoben, so dass in Verbindung
mit der Drehbewegung des Stents 170 jeder Oberflächenpunkt
des Stents 170 vermessen werden kann. Somit kann die komplette
Oberflächenstruktur
des Stents 170 optisch inspiziert und auf gegebenenfalls
vorhandene Defekte überprüft werden.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass für
eine umfassende Justierung des zu vermessenden Stents 170 selbstverständlich auch
noch weitere Positioniereinrichtungen vorgesehen sein können, mittels
welcher die Haltevorrichtung 100 entlang anderer Raumrichtungen
verschoben werden kann.
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Insbesondere
kann die Haltevorrichtung 170 relativ zu dem Fokus- bzw.
Objektbereich entlang der optischen Achse des Beleuchtungs- bzw.
Messlichts 160 verschoben werden. Durch eine entsprechende Beabstandung
des zu vermessenden Stents 170 von dem Objektiv 152 kann
bestimmt werden, ob die innere Oberfläche oder die äußere Oberflache
des Stents 170 vermessen wird.
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Im
Falle der Vermessung der inneren Oberfläche durchdringt das Beleuchtungslicht 160 die
gitterartige obere Wand des Stents 170 und wird im Bereich
der unteren Wand fokussiert. Entsprechend dem konfokalen Prinzip
wird dann die Oberflächenstruktur
der Innenwand des Stents 170 vermessen. Im Falle der Vermessung
der äußeren Oberfläche des
Stents 170 befindet sich die obere Wand des Stents 170 im
Fokusbereich des Beleuchtungslichts 160.
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2 zeigt
eine vergrößerte Darstellung Haltevorrichtung 100,
die nun mit dem Bezugszeichen 200 versehen ist. Der Stent 270 wird
in axialer Richtung zwischen die drei Mitnehmerwalzen 201, 202 und 203 eingeschoben.
Die Mitnehmerwalzen 201, 202 und 203,
welche jeweils um eine Drehachse 201a, 202a bzw. 203a drehbar
sind, stützen
und fixieren den Stent 270, so dass eine etwaige Durchbiegung
des Stents 270 vermindert wird.
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Jeder
Mitnehmerwalze 201, 202 bzw. 203 ist ein
Innenzahnrad bzw. Planetenzahnrad zugeordnet, welches jeweils in
eine nach innen gerichtete Verzahnung 211b eines Außenzahnrades
bzw. eines Hohlzahnrades 211 eingreift. Eine Rotation des
Hohlzahnrades 211 bewirkt somit eine gleichsinnige und synchrone
Drehung der Mitnehmerwalzen 201, 202 und 203.
Diese kollektive Drehung der Mitnehmerwalzen 201, 202 und 203 bewirkt
eine gegenläufige Rotation
des Stents 270.
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Das
Hohlzahnrad 211 wird durch ein in 2 nicht
dargestelltes Antriebszahnrad angetrieben, wobei die Zähne des
Antriebszahnrads in die nach außen
gerichtete Verzahnung 211a des Hohlzahnrades 211 eingreifen.
Das Außenzahnrad 211,
die drei Innenzahnräder
und der Stent 270 bilden somit ein Planetengetriebe 210,
welches eine synchrone Drehung der einzelnen Mitnehmerwalzen 201, 202 und 203 und
damit einen schlupffreien Antrieb des Stents 270 gewährleistet.
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Das
Objektiv des konfokalen Abstandssensors ist in 2 mit
dem Bezugszeichen 252 versehen. Der Lichtkegel des Beleuchtungs-
bzw. des Messlichts ist mit dem Bezugszeichen 260 versehen.
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3a und 3b zeigen
jeweils eine perspektivische Darstellung der in 1 dargestellten Haltevorrichtung 100,
die nun mit dem Bezugszeichen 300 versehen ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
sind nur die beiden Mitnehmerwalzen 301 und 303 dargestellt.
Das Außenzahnrad 311,
welches eine nach au ßen
gerichtete Verzahnung 311a und eine nach innen gerichtete
Verzahnung 311b aufweist, ist ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit
nur in einem Teilschnitt dargestellt.
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Der
ersten Mitnehmerwalze 301 ist ein erstes Innenzahnrad 301b,
der nicht dargestellten zweiten Mitnehmerwalze ist ein zweites Innenzahnrad 302b und
der dritten Mitnehmerwalze 303 ist ein drittes Innenzahnrad 303b zugeordnet.
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Die
Mitnehmerwalzen sind jeweils mittels zweier Widerlager drehbar gelagert.
Ein vorderes Widerlager 301c der ersten Mitnehmerwalze 301 ist
ein Stift, der in eine entsprechende Öffnung eines aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht dargestellten vorderen Trägerelements
eingreift. Entsprechend greift ein als Stift ausgebildetes vorderes
Widerlager 303c der dritten Mitnehmerwalze 303 in
das nicht dargestellte vordere Trägerelement ein. Gleiches gilt
für die nicht
dargestellte zweite Mitnehmerwalze, welche ebenfalls über einen
Stift in dem vorderen Trägerelement
gelagert ist.
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Ein
hinteres Trägerelement 315 des
Planetengetriebes 310 bildet eine Kulisse für ein erstes
hinteres Widerlager 301d für die erste Mitnehmerwalze 301 und
ein drittes hinteres Widerlager 303d für die dritte Mitnehmerwalze 303.
Entsprechendes gilt für ein
nicht dargestelltes zweites Widerlager für die zweite Mitnehmerwalze,
welches zweites Widerlager gemäß dem hier
dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls
als ein in eine Öffnung
eingreifender Stift realisiert ist.
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Wie
aus den 3a und 3b ersichtlich, durchdringt
das aus dem Objektiv 352 des konfokalen Abstandssensors
austretende Beleuchtungslicht 360 die obere Wand des Stents 370 und
wird im Bereich der unteren Wand des Stents 370 fokussiert. Um
eine möglichst
ungestörte
optische Vermessung zu gewährleisten,
sind die beiden oberen Mitnehmerwalzen derart voneinander beabstandet,
dass der kegelförmige
Strahlengang des Beleuchtungslichts bzw. des Messlichts 360 nicht
abgedeckt wird.
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4 zeigt
in einer Querschnittsdarstellung die Halterung eines Stents 470 durch
drei zylindrischen Auflageelemente 401, 402 und 403.
Das aus einem Objektiv 452 des konfokalen Abstandssensors austretende
Beleuchtungslicht 460 durchdringt den oberen Teil des Stents 470 und
wird im Bereich der Innenwand des unteren Teils des Stents 470 fokussiert.
Die dreidimensionale Oberflächeninspektion der
Innenwand des Stents 470 erfolgt auf der Grundlage des
oben erläuterten
konfokalen Messprinzips.
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Dem
ersten Auflageelement 401 ist ein erstes Innenzahnrad 401b,
dem zweiten Auflageelement 402 ist ein zweites Innenzahnrad 402b und
dem dritten Auflageelement 403 ist ein drittes Innenzahnrad 403b zugeordnet.
Die Innenzahnräder 401b, 402b und 403b bilden
zusammen mit einem Hohlzahnrad 411, welches eine Innenverzahnung
und eine Außenverzahnung
aufweist, ein Planetengetriebe. Das Planetengetriebe befindet sich
mitsamt den Mitnehmerwalzen 401, 402 und 403 und
einem Drehantrieb 430 in einem Chassis 405 der
Haltevorrichtung 400.
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Der
Drehantrieb weist ein Antriebsrad 432 auf, welches in die
Außenverzahnung
des Hohlzahnrades 411 eingreift. Das Chassis 405 ist
entlang zweier Führungsschienen 442 senkrecht
zur Zeichenebene verschiebbar, so dass durch ein longitudinales Verschieben
des Stents 470 in Verbindung mit der Drehbewegung des Stents 470 jeder
Punkt der Innenwand des Stents 470 hinsichtlich seiner
Höhenlage
vermessen und somit die komplette Oberflächenstruktur des Stents 470 inspiziert
werden kann.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen
lediglich eine beschränkte
Auswahl an möglichen
Ausführungsvarianten
der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner
Ausführungsformen
in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann
mit den hier expliziten Ausführungsvarianten
eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich
offenbart anzusehen sind.