SE469321B - Saett och anordning foer att framstaella en modifierad tredimensionell avbildning av ett elastiskt deformerbart foeremaal - Google Patents

Description

4e9 5214 ~ Ytterligare särdrag hos och fördelar med sättet och anordningen i enlighet med uppfinningen framgå av efter- följande detaljbeskrivning och bifogade ritningar, vilka schematiskt och såsom icke begränsande exempel åskådlig- göra en anordning för framställning av en avbildning eller modell av en efter en amputation kvarvarande benstump.

Fig. 1 åskådliggör schematiskt en i anordningen enligt uppfinningen ingående mätapparat, som visas vara utförd speciellt för uppmätning av en benstump.

Fig. 2 är ett blockschema över de i anordningen ingående komponenterna.

Fig. 3 är en schematisk vy av en modellfräsapparat för framställning av ifrågavarande avbildning.

Till den i fig. 1 visade mätapparaten, som generellt betecknas med l, hör en med streckade linjer antydd ställning, som i sin helhet betecknas.m&í2 och som innefattar en platt- form 3, på vilken en person med ett amputerat ben står med sitt andra ben, ett par arm- och midjestöd 4, om vilka personen griper med sina händer, samt ett bröstbälte 5, medelst vilket personens överkropp hålles fastspänd. Med hjälp av ställningen 2 intager personen en tämligen noggrant fixerad ställning.

I en lutande, uppåt väsentligen öppen kåpa 7 med mer eller mindre öppna väggar är ett stativ 8 vrid- eller roter- bart anordnat. Kåpans lutning kan inställas med hjälp av en hylsa 9, som glidbart omsluter ett i ställningen 2 ingående ben 10, vid vilket hylsan kan skruvas fast.

I stativet 8 är en laserapparat med linjeoptik 12 och en videokamera 13 anbragta. Åtminstone kameran 13 är- inställ- bar och fastlåsbar i valda lägen, vilket i fig. 1 antydes genom en horisontell vridningsaxel 14. Till laserapparaten 8 hör två speglar 15 och 16, vilka äro så anordnade, att de till- sammans projiciera det av laserapparaten alstrade, väsentligen plana strålknippet på en krökt konturlinje 17 hos personens efter benamputationen kvarvarande benstump 18, som i huvudsak är omsluten av kåpan 7. På samma sätt är kameran 13 samordnad med två ytterligare speglar 20 och 21, vilka tillsammans rikta strålarna från den av laserapparaten 12 belysta konturlinjen 3 - " 4-69 321 17 mot.kamerans 13 optik, så att kamerans 13 optiska axel ser konturlinjen 17 i en viss vinkel, som ligger mellan 200 och 700, företrädesvis ca 450, i rotationsplanet. De virtuella lägena hos laserapparaten och kameran visas med streckade linjer och betecknas med 12' resp. l3'. De schaffrerade eller streckade ytorna i fig. l beteckna strålknippena laserapparat - bensïfiñp - kamera och gälla i fråga om både de reella och de imaginära lägena hos laserapparaten och kameran.

Stativet 8 med laserapparaten 12 och videokameran 13 kan vridas stegvis ett varv medelst en (steg)motor 22. Varje steg omfattar en vridningsvinkel, som företrädesvis ligger mellan 10 och 50. Ett föredraget värde är 1/100 varv. Mätförloppet och den intermittenta vridningen av stativet 8 styres av en blockschematiskt visad dator 27, som är kopplad till stegmotorn 22 via en styrkrets 23 och till videokameran 13 via en bild/ analog-digital-omvandlare 26 och som i den föredragna utförings- formen även avbildar den av videokameran uppfångade konturlinjen 17 på en till datorn hörande bildskärm eller grafisk terminal 24, i vilken linjen betecknas 17'.

Fig. 2 är ett blockschema över de i anordningen enligt uppfinningen ingående huvudkomponenterna samt arbetsgången vid genomförande av förfarandet i enlighet med uppfinningen.

I schemat ingår mätapparaten 1 enligt fig. l, en bild/AD-omvand- lare 26, en dator 27 med grafisk terminal 24, en styrelektronik- enhet 28 och en modellfräsmaskin 29.

Bild/AD-omvandlaren 26 matas med signaler från video- kameran 13 i fig. 1 och omvandlar den grafiska representationen 17 till koordinater för ett förutbestämt antal punkter på varje konturlinje_l7, som utgör indata till datorn. Konturlinjen 17 omvandlas i datorn till en 900-profil genom ett trigonometriskt program. De cylindriska rymdkoordinaterna v, x, y kunna represen- tera stativets 8 vridningsvinkel från ett givet utgångsläge, punktens avstånd från stativets vridningsaxel resp. punktens avstånd från ett givet, mot vridningsaxeln vinkelrätt plan.

Mätprogrammet i datorn avläser i första hand konturlinjen och styr motorns 22 vridning av stativet 8 och övriga funktioner vid genomförande av mätoperationen. Genom styrprogrammet styr datorn 27 via elektronikenheten 28 modellfräsmaskinens 29 arbete. Med CAD-programmet omvandlar man den verkliga kontur- u 4 , - flzjllan 17 till den motsvarande kontur, som beräknas uppkomma när benstumpen belastas i proteshylsan. Styrelektroniken 28 matas med styrsignaler i överensstämmelse härmed,_så att fräs- maskinen 29 på modellämnet fräser en kurva, som överensstämmer med den modifierade konturlinjen.

Modellframställningsapparaten 29 enligt fig. 3 är utförd i form av en fräsmaskin. Apparaten innefattar ett stativ, som generellt betecknas med 30, i vilket två rattar 31, 32 *med var sin skruvspindel 33 respektive 34 äro vridbart anordnade.

Skruvspindlarna 33, 34 samverka med var sin gängad hylsa 35 respektive 36. Hylsan 35 uppbär en stegmotor 37, en chuck 38 och en spindel 39, på vilken ett modellämne 40 är ovridbart och oförskjutbart fastsatt i det visade utföringsexemplet.

Skruvhylsan 36 uppbär en i sin axelriktning inställbar dübE"42, som icke användes i utföringsexemplet. Rattarna 31, 32 och skruvspindlarna 33, 34 användes för inställning av spindeln 39 respektive dubben 42 i ett utgångs- eller referensläge.

Mellan två motstående väggar 43, 44 i stativet 30 är en horisontell skena 45 inspänd. En vagn 46 med två par roterbart lagrade rullar 47 är rörlig fram och tillbaka längs skenan 45.

En (steg)motor 48, som är fastsatt i väggen 43 roterar en kulskruv 49, som är lagrad i lager 50, 51 i väggarna 44 respek- tive 43. Kulskruven 49, som är i ingrepp med en på vagnen 46 ovridbart lagrad kulmutter 52, förskjuter vagnen vid motorns 48 rotation. Vagnen 46 uppbär ett i en kulbussning ovridbart lagrat pelarrör 64. I detta rör är monterat en likströmsmotor DCM, på vars axel en chuck 53 är fäst, i vilken en pinnfräs 54 är insatt, medelst vilken modellämnet 40 utsättes för spånavskil- jande bearbetning vid motorns DCM rotation i det visade utförings- exemplet.

Såsom framgår av det ovanstående är vagnen 46 och med denna fräsen 54 translatoriskt rörlig i horisontell led.

Detta är emellertid icke tillräckligt för fräsning eller liknande tillverkning av en tredimensionell kropp med god- tycklig form. Pelarröret 64 och med detta fräsen 54 måste också kunna förflyttas i vertikal led, och för detta ändamål upp- visar pelarröret 64 en kulmutter 55, vars kulor äro i ingreppp med en kulskruv 56, som är lagrad i en lagerbock, som i sin * 1 _ 469 321 helhet betecknas med 57, och vid vars övre, ovanför lagret 57 belägna ände ett koniskt vinkelkugghjul S8 är fixerat. Detta är i ingrepp med ett andra vinkelkugghjul 60, som invändigt är fixerat till en vridmomentbnssning och där- med förskjutbart men ovridbart fäst vid en axel 61. Vrid- momentbussningen är lagrad i ett lager 57". Axeln 61 är lagrad i lager 62 och 62' i väggarna 44 resp. 43. Axeln 61, som passerar frigående genom vinkellagret 57, kan roteras medelst en (steg)motor 63,som är fäst i väggen 43. När mo- torn 63 går, roteras axeln 61 och kulskruven 56, oberoende av var någonstans längs skenan 45 vagnen 46 befinner sig, varvid vagnen 46 och fräsen 54 höjes eller sänkes.

I beroende av styrprogrammet, med vilket datorn 27 matas, fräses sålunda i modellämnet 40 ett spår eller en konturlinje, som överensstämmer med eller motsvarar konturlinjen 17 på benstumpen 18 eller ett häremot svarande föremål. Fräsen 54 återföres därefter till sitt utgångsläge (till vänster i fig. 3), varefter modellämnet 40 vrides ett steg (3,6 grader i utföringsexemplet) och fräsförloppet upprepas. Alternativt kan varannan konturlinje i stället fräsas från höger till vänster. När det är fråga om avbildning av ett lår eller dylikt, som ändrar form vid belastning och för vilket en pro- teshylsa skall framställas med hjälp av den färdiga modellen 40, modifieras de av fräsen 54 (eller motsvarande verktyg) frästa resp. formade konturlinjerna i enlighet med Cad-pro- grammet, såsom ovan nämnts. Under ämnet 40 och dubben 42 visas i fig. 3 en spånuppfångare 41 och en spånlåda 51.

Den ovan beskrivna och på ritningarna visade utförings- formen är givetvis att betrakta blott såsom icke begränsande exempel och kan till sina detaljer modifieras på flera sätt inom ramen för följande patentkrav. Speciellt är uppfinningen icke begränsad till framställning av avbildningar av kropps- delar, såsom arm- och benstumpag i samband med tillverkning av proteshylsor. Förutom arm- och benstumpar och andra kropps- delar, t.ex. torsos, kan stela föremål avbildas enligt upp- finningen. I sistnämnda fall erfordras såsom nämnts inget Cad-program för modifiering av de av laserapparaten 12 belyste konturlinjerna 17, som skola fräsas eller på annat sätt fram- ställas på modellen. såvida ej en modifierad form av modellen skall framställas.

Claims (9)

; e Ä 469 521 PATENTKRAV

1. ) Sätt att framställa en modifierad, tredimensionell avbildning av ett mjukt, elastiskt deformerbart föremål, speciellt den kvarvarande stumpen av en amputerad arm eller ett amputerat ben (18), k ä n n e t e c k n a t a v följande operationer: a) föremålet (18) placeras i förutbestämt läge i förhållande till ett vrid- eller roterbart stativ (8), på vilket en laserapparat (12) och en videokamera (13) äro monterade i sådana positioner, att de kunna bestråla respektive uppfånga bilden av en konturlinje (17) hos föremålet via åtminstone var sin spegel (15, 16; 20, 21) under väsentligen ett helt varvs vridning av stativet (8); b) den sålunda erhållna bilden av konturlinjen (17) omvandlas, t.ex. genom en bild/AD-omvandlare (26), till numerisk information, som identifierar koordinater för punkter på linjen; c) nämnda information tillföres tillsammans med mät- och styrprogram till en dator (27), som företrädesvis har en grafisk (24) terminal; d) den enligt mätprogrammet i datorn införda infor- mationen modifieras enligt ett CAD-program i överens- stämmelse med föremålets beräknade deformation vid beräknad belastning; e) utsignaler från datorn tillföras såsom ingångs- signaler till en styrelektronikenhet (28); f) utsignaler från elektronikenheten bringas att styra en modelltillverkningsmaskin (29), t.ex. en modellfräsmaskin, på sådant sätt, att denna på ett ämne (40) framställer en konturlinje, som överensstämmer med den modifierade kontur- linjen på föremålet; g) stativet (8) med laser (12) och videokamera (13) vrides intermittent stegvis enförutbestämd bråkdel av ett varv, och för varje steg upprepas åtgärdernas b) - e) ovan tills stativet vridits åtminstone i det närmaste ett helt VEIV. g ' 469 521 * h) modellämnet (40) vrides intermittent och stegvis i förhållande till modellframställningsmaskinens (29) verktyg på samma sätt som stativet vrides i förhållande till föremålet, i och för framställning av en modifierad bild av föremålet.

2. ) Anordning för framställning av en modifierad, tre- dimensionell avbildning av ett mjukt, elastiskt deformerbart föremål, speciellt den kvarvarande stumpen av en amputerad arm eller ett amputerat ben (18), k ä n n e t e c k n a d genom kombinationen av a) en mätapparat (1) med organ för anbringande av före- målet (18) i ett förutbestämt läge i förhållande till det omgivande rummet, samt ett i förhållande till föremålet (18) minst cirka ett varv vridbart stativ (8), på vilket en laser- apparat (12) och en videokamera (13) äro monterade i sådana positioner, att de kunna bestråla respektive uppfånga strå- lar från en konturlinje (17) hos föremålet (18) via åtminstone var sin .stativet monterad (15, 16; 20, 21) spegel; b) en bild/AD-omvandlare (26) eller dylikt för omvandling av den erhållna bilden (l7') av konturlinjen till numerisk information, som identifierar koordinater för punkter på konturlinjen; c) en till omvandlaren kopplad dator (27), som är anord- nad att mottaga den numeriska informationen från omvandlaren; d) medel för generering av mät- och styrprogram och tillförsel av dessa till datorn; e) medel för generering av ett CAD-program och införande av detta i datorn i ochför modifiering av den enligt mät- programmet i datorn införda informationen, i överensstämmelse med föremålets beräknade deformation under en beräknad belastning; f) en till datorn kopplad styrelektronikenhet (28); g) en modellframställningsenhet (29), som är kopplad till styrelektronikenheten och anordnad att på ett för bear- betning avsett modellämne (40) fräsa eller på liknande sätt framställa en med den modifierade konturlinjen (17) överens- stämmande konturlinje på ämnet i beroende av från styr- elektroniken erhållna signaler; Cñ 321 h) organ (22) för intermittent och stegvis vridning av stativet med därpå anbragt laserapparat och kamera åtminstone i det närmaste ett helt varv i och för framställning av en serie konturlinjer som tillsammans väsentligen avbilda föremålets ytteryta; samt i) organ för intermittent och stegvis vridning av ämnet (40) i förhållande till fräsen eller motsvarande på samma sätt som stativet vrides i förhållande till föremålet, i och för framställning av en modifierad bild av föremålet.

3. ) Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a-d d ä r a v, att laserapparaten (12) är samordnad med två speglar (15, 16), av vilka den ena (15) är anordnad att mottaga strålar från laserapparaten (12) och reflektera dessa mot den andra spegeln (16), vilken i sin tur är anordnad att rikta de från den första spegeln mottagna strålarna mot föremålet (18) på sådant sätt, att de belysa en konturlinje_(l7) på föremålet, vilken företrädesvis ligger väsentligen i samma plan som statiyets vridningsaxel. c

4. ) Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att videokameran (13) är samordnad med två speg- lar (20, 21), av vilka den ena (21) är anordnad att mottaga strålar från en av laserapparaterna (12) belyst konturlinje på föremålet och reflektera dessa mot den andra spegeln (20), vilken i sin tur är anordnad att rikta de från den första spegeln mottagna strålarna mot videokamerans (13) optik.

5. ) Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att videokamerans (13) och laserapparatens (12) geometriska axlar approximativt ligga i ett gemensamt plan_ och skära varandra i_en vinkel, som ligger mellan¿20Q och 7o° och företrädesvis är qmkring 4s°;

6. ) Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av en till datorn kopplad bildskärm (24), som är anordnad att avbilda varje av laserapparaten (12) bestrålad och av videokameran (13) uppfångad konturlinje (17) på föremålet. fx 469 321

7. ) Anordning enligt något av patentkraven 2-6, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att föremålet utgöres av en efter amputation av en arm eller ett ben kvarblivande arm- resp. benstump (18).

8. ) Anordning enligt patentkravet 2,.k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att modellframställningsenheten (2

9. ) innefattar a) en anordning (38, 39) för fastspänning av ett modell- ämne (40), av vilket en g modifierad modell eller avbildning av ett föremål, t.ex. en efter amputation kvar- varande benstump (18) är avsedd att framställas; b) en anordning (37) för intermittent kringvridning av ämnet i steg, som vardera omfatta blott ett fåtal, tjex. 3, 6 grader, minst cirka ett helt varv; c) en fräs (54) eller ett liknande roterbart verktyg för spånavskiljande bearbetning av ämnet; d) en chuck (53) eller dylikt för fastspänning av verk- tyget; i e) en för rotering av verktyget anordnad motor (DCM); f) organ /48, 52, Å9) för förflyttning av chncken och däri fastspänt verktyg fram och tillbaka längs en första axelrikt- ning; g) organ (63, 55, 56) för förflyttning av chucken med däri fastspänt verktyg fram och tillbaka längs en andra, mot den första riktningen företrädesvis vinkelrät axelrikt- ning; samt h) organ (28) för samordnad drivning av nämnda ämnes- kringvridningsanordning och chuckförflyttningsorgan enligt ett förutbestämt program.