[MEET THE EXPERT] - Medical Cluster

InfiniteFocus – den steigenden Anforderungen gewachsen mittels zuverlässiger
optischer Form- und Rauheitsmessung
R. Danzl , C. Janko und S. Scherer, Alicona Imaging GmbH, Grambach, Österreich
EINLEITUNG: Um die Qualität und Funktion
von Implantaten beurteilen zu können, ist es
notwendig deren Oberfläche hochgenau zu messen
um deren Form und Rauheit quantifizieren zu
können. Die Gewinde von Zahnimplantaten zum
Beispiel benötigen ein gewisses Maß an Rauheit
um sicherzustellen, dass das Implantat gut mit dem
Kieferknochen verwächst. Die Oberfläche von
Implantaten für Hüft- und Kniegelenken müssen
speziellen Toleranzen genügen, um eine lange
Lebensdauer zu garantieren. Eine weitere
Anwendung ist die Untersuchung von biologisch
abbaubaren Implantaten für Kinder [1], bei denen
die Oberflächenmessung Rückschlüsse auf das
Auflösungsverhalten liefern kann. Im Gegensatz zu
herkömmlichen taktilen Mess-Methoden, die nur
Oberflächenprofile messen können, wird hier ein
flächenbasiertes optisches Oberflächenmessgerät
basierend auf der Technologie der Focusvariation
vorgestellt, mit dem sowohl Form als auch
Rauheitsmessungen von Implantaten zur Qualitätsuntersuchung
ermöglicht werden.
METHODE: Das verwendete InfiniteFocus
System ist ein optisches 3D-Oberflächenmessgerät
mit vertikalen Auflösungen bis zu 10 nm und
einem vertikalen Messbereich bis zu 22 mm [2].
Für die Messung wird die Probe vertikal vom
Sensor gescannt während ständig Daten gesammelt
werden. Aufgrund der geringen Schärfentiefe der
Optik wird nur ein geringer Teil des Objekts zu
einem Zeitpunkt der Messung scharf dargestellt.
Durch das Analysieren der scharfen Bereiche
während der Messung kann ein vollständiger
Oberflächendatensatz der Probe gemessen werden.
Zusätzlich zur Höheninformation stellt das System
auch Echtfarbinformation für jede Messposition
zur Verfügung. Durch eine spezielle Rotationseinheit
können auch Proben um 360° gemessen
werden um die Form von Implantaten oder künstlichen
Gelenken vollständig zu charakterisieren.
RESULTATE: Als Beispiel für Messungen an
Implantaten werden in Abb. 1 eine 360°-Messung
eines kompletten Zahnimplantat-Gewindes, eine
Detailmessung des Gewindegrundes zur Bestimmung
der Rauheit sowie ein Höhenprofil entlang
des Gewindes zur Bestimmung der Gewindegeometrie
dargestellt. In Tabelle 1 wurde für zwei
Gewinde, ein Gutteil und ein Schlechtteil, an je
zwei Positionen auf Basis der Oberflächenmessungen
die Rauheit ermittelt, durch die eine
eindeutige Unterscheidung der Güte des Gewindes
getätigt werden kann. Neben den in der Tabelle
angeführten profilbasierten Parametern (Ra, Rq,
Rk) können auch flächenhafter Parameter (Sa, Sq,
Sk, ...) bestimmt werden.
Tabelle 1. Ermittelte Rauheitsparameter zur Unterscheidung
zwischen Gut- und Schlechtteil.
Gutteil Schlechtteil
Pos 1 Pos 2 Pos 3 Pos 4
Ra (nm) 267 413 72 52
Rq (nm) 348 496 94 88
Rk (nm) 701 1302 209 102
Abb. 1: Oben links: 360°-Messung eines Zahnimplantats.
Oben rechts: Detailmessung des Gewindegrundes
(Höhe ~80µm). Unten: Gemessenes
Profil eines Zahnimplant-Gewindes. Mittlere
Gewindesteigung (rot): 220.85µm.
DISKUSSION & ZUSAMMENFASSUNG: Die
Messtechnolgie Focusvariation erlaubt hochauflösende
Oberflächenmessungen von Implantaten
mit deren Hilfe sowohl die Rauheit als auch die
Geometrie gemessen und so die Qualität von
Bauteilen quantifiziert werden kann. Neben der
vorgestellten Applikation an Implantaten findet das
System auch für andere Applikationen in der
Medizintechnik wie die Untersuchung von
Tabletten, Stents oder Zahnkronen Verwendung.
REFERENZEN: [1] S. Scherer, S. Fischerauer
and A. Weinberg (2011) New Measurement Techniques
in Research and Development of Bioresorbable
Implant Material, ASPE Spring Topical
Meeting. [2] R. Danzl, F. Helmli and S. Scherer
(2011), Focus Variation - A Robust Technology for
High Resolution Optical 3D Surface Metrology,
Journal of Mech. Engineering 57(2011)3, 245-256.
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