Berührungsfreie 3D-Messtechnik für Endoprothesen
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Der Umgang mit Endoprothesen erfordert bereits in der Produktion höchste Sorgfalt. Ihre sehr komplexen, mehrfach gekrümmten Geometrien haben Toleranzen im Bereich von wenigen Mikrometern bis zu einigen hundert Mikrometern und stellen viele traditionelle Messmethoden vor Schwierigkeiten. Nur ganz spezielle 3D-Messsysteme sind in der Lage, diese Oberflächen in der geforderten Präzision zu messen. Dazu müssen Abstandssensoren so präzise geführt werden, dass trotz Freiform-Oberflächenstruktur verlässliche Messungen über die gesamte Oberfläche möglich sind. Für die Datenerfassung bieten sich insbesondere chromatisch-konfokale Sensoren an. Aber auch für sie gilt: Nicht grundsätzlich sind optische Messmethoden immer genauer als beispielsweise taktile Systeme. Nur eine sorgfältig abgestimmte Auslegung zwischen 3D-Kinematik der Messmaschine und berührungsfrei messenden Sensoren kann optimale Ergebnisse sicherstellen. Endoprothesen fallen unter allen medizinischen Materialien sofort ins Auge. Ihre hochspiegelnden Oberflächen, die optische Messsysteme vor erhebliche Probleme stellen können, resultieren aus der Endbearbeitung durch Kugel-bzw. Kalottenfinishen oder Schleppschleifanlagen. Diese trennenden Präzisionsbearbeitungsverfahren minimieren die Oberflächenrauheit durch Abtragen von Rauheitsspitzen und erhöhen die Tragfähigkeit der Oberfläche. Da sie weder Gefügeveränderungen noch Mikrorisse hinterlassen, sind sie für die Bearbeitung von künstlichen Hüft – oder Kniegelenken besonders geeignet. Und gerade auf diese Endbearbeitung kommt es an: Künstliche Gelenke erfahren, einmal eingebaut im Körper, höchste Belastungen. Die Oberflächen der Materialpaarungen müssen in der erforderlichen Güte produziert werden. Häufig kommen hier ultrahochmolekulares Polyethylen sowie auf der anderen Seite Metalle oder Keramik zum Einsatz. Das Hüftgelenkimplantat ist das am stärksten belastete, das Kniegelenkimplantat das größte Gelenk im Körper überhaupt.

Die Messaufgabe für optische Messsysteme umfasst sowohl die artikulierenden Oberflächen der Gelenkkomponenten, darunter versteht man diejenigen Oberflächen, die bei den möglichen Bewegungen des Gelenks mit der jeweils anderen Oberfläche in Berührung kommen kann, als auch die Bereiche, die für die Passung im Körper relevant sind. Die gleitenden Flächen sollten optimal zueinander passen. Aufgrund ihrer hohen Oberflächengüte (Rauheit) glänzen die Kontaktflächen der Implantate nicht nur, sie spiegeln sogar. Im Gegensatz dazu sind die Oberflächen, die der Prothesenverankerung dienen oft rau,...

Was wird gemessen? Hersteller legen größten Wert auf die 3D-Formtreue und die Oberflächenqualität ihrer Produkte; sind diese beeinträchtigt, können Abriebpartikel des Gelenks zu knochenauflösenden und infektinduzierenden Reaktionen führen. Typische Messfleckgrößen berührungsfrei arbeitender chromatisch-konfokaler Messsysteme liegen bei 4 Mikrometern. Die axiale Auflösung liegt dabei im Nanometerbereich. Berührungslos arbeitende chromatisch konfokale Sensoren von Precitec Optronik (Neu-Isenburg) können Oberflächen auch noch unter relativ steilem Winkel von +/- 300 messen (eine Folge der...

Chromatisch-konfokale Sensoren sind schnell und meistern in Verbindung mit leistungsfähigen 3DMessmaschinen auch komplexe Oberflächen mit zerklüfteten Strukturen im Nanometerbereich. Die artikulierenden Oberflächen der Gelenke lassen sich vollumfänglich in 3D messen, was trotz immer schnellerer Sensoren nach wie vor Zeit benötigt, wenn es um höchste Auflösungen geht. Doch gerade bei Medizinprodukten der höchsten Risikoklasse III, zu denen neben Herzklappen und Stents auch die künstlichen Gelenke gehören, ist der hohe messtechnische Aufwand kein Selbstzweck: noch heute ist jede zehnte...