DE3026932A1

DE3026932A1 - Gegengewichtsvorrichtung fuer eine lasermesseranordnung

Info

Publication number: DE3026932A1
Application number: DE19803026932
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Itoh; Tetuo Kamoshita; Harumi Kawasaki; Teruo Sakai
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1979-07-18
Filing date: 1980-07-16
Publication date: 1981-01-22
Also published as: DE3026932C2; JPS607489B2; US4364535A; JPS5615739A

Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNER 30 26 9^2

PATENTANWÄLTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · DIPL-I NG. W.EITLE · D R. RER. NAT. K. HOFFMAN N · Dl PL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE A (STERN HAUS) · D-8000 MD N CH EN 81 · TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29619 (PATHE)

33 675 s/pö

Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Tokyo / Japan

Gegengewichtsvorrichtung für eine Lasermesseranordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gegengewichtsvorrichtung für eine Handhabungseinrichtung zur Verwendung mit einer Lasermesseranordnung .

Die meisten bisher entwickelten Lasermesser sind CO- - Lasermesser, das heißt, sie werden mit einer CO- - Lichtquelle betrieben. Diese CO„ - Lasermesser sind sich in ihrem mechanischen Aufbau sehr ähnlich, unabhängig vom jeweiligen Bautyp. Bei diesen Anordnungen wird ein von einer COp - Laserlichtquelle

030084/0920

abgegebener Laserlichtstrahl mittels einer Lichtleitervorrichtung übertragen, die eine biegsame Armanordnung enthält, welche in ihren Gelenkverbindungen total reflektierende Spiegel aufweist. Der Laserlichtstrahl wird mittels einer Fokussierlinse, die am Ende der Lichtleitervorrichtung vorgesehen ist, auf einen kleinen Punkt fokussiert.

Eine übliche Handhabungseinrichtung ist im wesentlichen in folgender Weise aufgebaut. Die Handhabungseinrichtung ist mit einem langen horizontalen Arm ausgestattet, der sich ausgehend von der Lichtquelle, in horizontaler Richtung erstreckt, sowie einem langen vertikalen Arm, der sich vom Ende des horizontalen Arms nach unten erstreckt. An der Verbindungsstelle zwischen den beiden Armen ist eine biegsame Gelenkverbindung, wie sie beispielsweise vorausgehend erwähnt wurde, angeordnet. Der Endabschnitt des vertikalen Arms besteht aus drei biegsamen Gelenken, die jeweils mit einem Arm verbunden sind. Das letzte Gelenk, das mit dem letzten Arm der Anordnung verbunden ist, trägt eine Fokussierlinse. Der letzte Arm entspricht dem Handgriff eines Messers und wird im allgemeinen als "Handteil" bezeichnet. Die Bedienungsperson hält und manipuliert das Handteil zur Steuerung der Laserstrahlstellung. Der lange horizontale Arm und der lange vertikale Arm der Handhabungseinrichtung werden dazu verwendet, das Ende des Handteils in gewünschter Weise dreidimensional zu bewegen, das heißt, aufwärts und abwärts, r.e'chts und links und vorwärts und rückwärts. Die drei Gelenke am Ende des vertikalen Arms werden dazu verwendet, die Stellung und Richtung des Bestrahlungspunkts genau zu steuern.

Ausführungsbeispiele derartiger bekannter Handhabungseinrich-

030064/0920

• τ·

tungen werden durch die US-PS 3913 582 und die JA-OS 9418 2/1974 gegeben. Eine übliche Handhabungseinrichtung weist einen biegsamen Lichtleiterweg mit mehreren Spiegeln und acht Armen auf, wovon einer durch einen ziemlich langen, horizontalen Arm gebildet wird. Um den horizontalen Arm horizontal' zu haltern ist es unbedingt erforderlich, eine Gegengewichtsvorrichtung vorzusehen. Eine derartige, übliche Handhabungseinrichtung wird nachfolgend näher beschrieben.

Eine erste, wesentliche Bedingung für die Handhabungseinrichtung besteht darin, daß der Betrieb derselben glatt und mühelos erfolgen kann, damit die Bedienungsperson die Handhabungseinrichtung glatt und mühelos in der Art eines gewöhnlichen Operationsmessers betätigt. Jede Anordnung, welche den Operateur während einer Operation, die lange Zeit erfordern kann, ermüdet, ist nicht annehmbar. Eine zweite, wesentliche Bedingung liegt darin, daß die Handhabungseinrichtung derart konstruiert ist, damit ihr Arm ausreichend lang bemessen ist, um alle Positionen einzunehmen, die für viele verschiedene operative Eingriffe erforderlich sind.

Eine wesentliche,für die Gegengewichtsvorrichtung erforderliche Bedingung liegt darin, daß sie einfach ist und keine vorstehenden Bauelemente aufweist. Falls die Gegengewichtsvorrichtung einen vorstehenden Bauteil aufweist, kann der Operateur oder ■sein Assistent damit in Kontakt kommen, wobei das Messer während einer Operation eine Erschütterung erfährt, oder, das vorstehende Bauteil kann an einer überjiopf" angeordneten Operationsleuchte anstoßen.

5 -

03006A/0920

Um die erste, für die Handhabungseinrichtüng gegebene Bedingung zu erfüllen, ist es erforderlich, daß unabhängig von den Stellungen der Handhabungseinrichtung und des Handteils,keine Reaktionskraft als Folge einer Änderung ihrer Stellungen auf die Hand des Operateurs einwirkt. Anders ausgedrückt, ist es erforderlich, daß ,falls der Operateur seine Hand von der in eine gewünschte Lage gebrachten Handhabungseinrichtung wegnimmt, die Stellung der Handhabungseinrichtung unverändert bleibt. Dies wird nachfolgend als "momentfreie Betätigung" bezeichnet. Insbesondere benötigt der horizontale Arm der Handhabungseinrichtung, dejr sich sowohl vertikal als auch horizontal bewegt, eine Gegengewichtsvorrichtung, welche eine momentfreie Betätigung der Handhabungseinrichtung sicherstellt.

Bei der Bewegung des vertikalen Arms nach vorne und nach hinten wird eine zweite Gegengewichtsvorrichtung für einen momentfreien Betrieb benötigt. Jedoch kann die Anordnung der zweiten Gegengewichtsvorrichtung im Hinblick auf folgende Gründe entfallen. Die Steifigkeit eines Teils der Handhabungseinrichtung, der sich vom vertikalen Arm wegerstreckt, darf nicht größer sein als jene des horizontalen Arms, obwohl die Steifigkeit des horizontalen Arms selbstverständlich groß genug sein sollte, um ein Durchbiegen des horizontalen Arms unter seinem eigenen Gewicht zu verhindern. Daher kann dieser Teil der Handhabungseinrichung mit geringem Gewicht ausgeführt werden. Die stabile neutrale Stellung dieses Teils ist ständig in vertikaler Richtung. Daher ist die dem Operateur übermittelte Reaktionskraft bei Bewegung des vertikalen Arms nach vorne und hinten viel kleiner als bei Bewegung des horizontalen Arms nach oben und unten oder nach rechts und links. Ein weiterer Grund liegt darin, daß die Anordnung der Gegengewichtsvorrichtung die

0300 8 4/0920

Handhabungseinrichtung kompliziert macht und das Gewicht derselben erhöht, wodurch die Steuerung der Handhabungseinrichtung erschwert wird.

Bei einer bekannten Gegengewichtsvorrichtung wird das Ende des horizontalen Arms über eine Bügelanordnung mittels eines Ausgleichsstabs angehoben. Da sich der Drehpunkt des Ausgleichsstabs oberhalb des Drehpunkts des horizontalen Arms befindet, kann sich der Ausgleichsstab drehen, während er in vertikaler oder horizontaler Richtung gegenüber dem horizontalen Arm gedreht wird. Darüber hinaus ist der Ausgleichsstab mit einem Gewicht an der, bezogen auf den Drehpunkt, dem Aufhängungspunkt gegenüber liegenden Seite versehen, um das Gewicht der Handhabungseinrichtung auszugleichen.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer üblichen Gegengewichtsvorrichtung. Eine derartige Geqengewichtsvorrichtung wird im Einzelnen in der US-PS 3913 582 (Laserindustrie Co.) und der JA-OS 94182/1974 beschrieben, so daß nachfolgend nur kurz darauf eingegangen wird. Eine Achse 2 ist in einer Hülse 1 derart angeordnet, daß sie vertikal beweglich ist. Ein Laser-Support 3 ist am oberen Ende der Achse 2 befestigt und nimmt eine CO₉-Laserquelle 4 auf. Ein von der Laserquelle abgegebener Laserstrahl wird längs der Achse eines ersten Arms 61 einer Handhabungseinrichtung gerichtet, das heißt, in vertikaler Richtung.

Die Handhabungseinrichtung weist sieben Gelenke 51-57 auf, wovon jedes einen reflektierenden Spiegel enthält, Arme 61 67 zwischen den Gelenken und ein Randteil 7. Jedes Gelenk ist derart ausgeführt, daß es eine Drehung um die Achse des entsprechenden Arms ermöglicht;, wie dies durch die Pfeile angegeben

30064/0920

J_r_ 3026332

■/ΙΟ-

ist. Eine nicht dargestellte Fokussierlinse ist im Handteil 7 vorgesehen, um den Laserstrahl an einem Brennpunkt F zu fokussieren. Die Betriebsweise einer derart aufgebauten Handhabungseinrichtung ist wie vorausgehend beschrieben. Es wird nunmehr die bekannte Gegengewichtsvorrichtung erläutert. Ein Halter 6_f der fest mit dem oberen Ende des ersten Gelenks 51 der Handhabungseinrichtung verbunden ist, weist einen Stift 8 auf, der an einer horizontalen Achse 10 angeordnet ist. Ein Ausgleichsstab 12 ist über den Stift 8 mit dem Halter 6 derart verbunden, daß er sich um die horizontale Achse 10 drehen kann. Ein Kardanring 14- zum Anheben des dritten Arms 63- ist an einer Stelle 13,. an einem Ende des Ausgleichsstabs 12 angeordnet. Die Anschlußstellung des Kardanrings 14 liegt vor dem drehbaren Zylinder 5 des Gelenks 53. Am anderen Ende des Ausgleichsstabs 12 ist ein Gewicht 15 befestigt, das schwer genug ist, um das Gewicht der Handhabungseinrichtung zu kompensieren, so daß normalerweise der dritte Arm 63 im wesentlichen horizontal in einer neutralen Stellung gehalten wird. Die Achse des Stifts 8, das heißt> die horizontale Achse 10, schneidet rechtwinklig die Achse des ersten Arms 61, der um seine vertikale Achse drehbar ist. Daher kann sich der dritte Arm 63 frei um die horizontale Achse 10 und um den ersten Arm 61 sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung drehen. Der Kardanring 14 ist aus dem nachfolgend erläuterten Grund vorgesehen. Der Arm 63 hat gegenüber dem Ausgleichsstab 12 einen unterschiedlichen Drehmittelpunkt und Drehradius in vertikaler und horizontaler Richtung, und somit unterscheidet sich der Arm S3 gegenüber dem. Ausgleichsstab 12 bezüglich des Drehwinkeis, wodurch ein Torsionsrnoment am Aufhängungspunkt 14a auftritt. Der

— 8 —

3008 4/0 320

Kardanring 14 dient zum Absorbieren dieses Torsionsmoments.

Die vorausgehend beschriebene Anordnung ist in folgender Hinsicht nachteilig;

(1) Da der Ausgleichs- Drehpunkt oberhalb der Drehachse des horizontalen Arms liegt, wird die Gesamthöhe der Läsermesseranordnung um einen entsprechenden Betrag erhöht. Wird das Ende des horizontalen Arms abgesenkt, so wird das Gewicht angehoben, wodurch die Gesainthöhe der Lasermesseranordnung weiter erhöht wird. Wie bereits erwähnt wurde, ist es erwünscht^ daß die maximale Höhe der Ausgleichsanordnung oder der Lasermesseranordnung ausreichend niedrig ist, damit die Ausgleichsanordnung oder die Lasermesseranordnung nicht in Anlage an eine überkopf ' angebrachte Lampe kommen kann.

(2) Ein zweiter Nachteil des Systems betrifft die Stellung des vom Ausgleichsstab 12 gehaltenen horizontalen Arms sowie das verwendete Verfahren zur Aufhängung des horizontalen Arms am Ausgleichsstab. Gemäß dem am häufigsten verwendeten System ist eine Spiegel- Gelenkanordnung mit dem Ende des horizontalen Arms verbunden und derart ausgeführt, daß ihr Anschluß drehbar ist. Daher ist die Aufhängestellung des Ausgleichsstabes vor dem drehenden Teil, und der horizontale Stab wird unmittelbar durch den Ausgleichsstab angehoben.Somit kann ein Teil der Handhabungseinrichtung, der am aufgehängten Teil befestigt ist, gebogen sein. Da sich der horizontale Arm sowohl vertikal als auch horizontal dreht, kann er nicht fest mit dem Ausgleichsstab verbunden sein, das heißt, der horizontale Stab muß mittels eines Kardanrings aufgehängt werden, wodurch der Auf-

- 9

0 3 0 0 6 4/0820

.43. ^302e932

bau der. Gegengewichtsvorrichtung unvermeidlicherweise kompliziert wird. Ferner wird bei dieser Ausführung der horizontale Arm nach oben angehoben. Wird der horizontale Arm nach oben bewegt, so kann er in Berührung mit einer überkopf.· befestigten Lampe gelangen.

Die Nachteile der bekannten Gegengewichtsvorrichtung lassen sich wie folgt zusammenfassen:

(1) Da der Drehpunkt der Gegengewichtsanordnung hoch ist, wird die Gesamthöhe der Lasermesseranordnung zwangsläufig hoch.

(2) Da die verwendete Aufhängetechnik nicht geeignet ist, kann die optische Achse der Handhabungseinrichtung beeinträchtigt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gegengewichtsvorrichtung für eine Lasermesseranordnung zu schaffen, bei welcher alle vorausgehend erwähnten Schwierigkeiten beseitigt sind und in welcher (1)eine momentfreie Betätigung der Handhabungseinrichtung gegeben ist, (2) eine Aufhängungsanordnung vorgesehen ist, die ein Durchbiegen der Handhabungseinrichtung vermeidet, (3) die Gesamthöhe der Lasermesseranordnung auf ein Ausmaß begrenzt ist, damit nicht benachbarte Teile,wie beispielsweise eine überkopf angeordnete Lampe, berührt werden, und (4) das äußere Erscheinungsbild der Vorrichtung einfach ist, so daß die Vorrichtung den Operateur nicht stört und ferner einen einfachen Aufbau und geringe Herstellungskosten aufweist.

Im Einklang mit dieser Aufgabenstellung sowie weiteren Aufgabenstellungen wird durch die Erfindung eine Gegengewichtsvorrichtung zur Verfügung gestellt, die durch folgende Merk-

- 10 -

030064/0920

male charakterisiert ist·:

(1)Zur Erzielung einer momentfreien Betriebsweise der Handhabungseinrichtung wird eine Parallelogramm-Verbindungsanordnung verwendet, so daß der Drehpunkt des gegenwirkenden Ausgleichsstabs auf einer Geraden liegt, die den Schwerpunkt des Gewichts und jenen der gesamten Handhabungseinrichtung miteinander verbindet.

(2)Um eine Druchbiegung der Handhabungseinrichtung zu verhindern, ist das Gelenk am Ende des horizontalen Stabs damit derart verbunden, daß der übrige Teil der Handhabungseinrichtung abgestützt wird.

(3)Zur Verringerung der Höhe der Gegengewichtsvorrichtung liegen der Ausgleichsstab und der horizontale Arm im wesentlichen in der gleichen Ebene.

(4)Vorstehende Teile, wie beispielsweise eine Kardananordnung und deren Hebevorrichtung, die in einer üblichen Ausgleichsvorrichtung vorgesehen wurden, sind nicht mehr verwendet und es besteht deshalb keine Gefahr, daß die Bedienungsperson in Berührung mit vorstehenden Teilen gelangt und dadurch der Handhabungseinrichtung einen Stoß erteilt.

Ferner wird in Einklang mit der weiteren, der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabenstellungeneine Gegengewichtsvorrichtung für eine Lasermesseranordnung geschaffen, die eine Handhabungseinrichtung einschließlich eines Tragarms aufweist, der um einen ersten Arm drehbar ist, das heißt,einen hohlen Arm der Handhabungseinrichtung, durch welchen das Laserlicht hindurchtritt, .'. in' Verbindung mit einem zweiten Arm der Handhabungseinrichtung/ welcher sich durch den Tragarm- erstreckt, und welcher vor diesem gehalten wird, um leicht drehbar

- 11 -

030064/0920

zu sein. Eine Parallelogramm-\eibindungsanordnung mit vier Eckpunkten ist schwenkbar mit dem Tragarm verbunden. Die Eckpunkte umfassen einen ersten Punkt auf der Achse des zweiten Arms, einen Gelenkpunkt, der auf einer Vertikalen, durch den ersten Punkt auf der Achse des zweiten Arms liegt und der einen Verbindungspunkt zum Tragarm darstellt, sowie zwei Verbindungspunkte auf der gegenüberliegenden Seite., an einem dritten Arm der Handhabungseinrichtung. Das Parallelogramm ist in einer vertikalen Ebene verformbar. Ein Gewicht ist mit der Parallelogrammverbindung an einem Punkt auf einer verlängerten Linie verbunden, die den ersten Punkt auf der Achse des zweiten Arms mit dem Schwerpunkt der gesamten Handhabungseinrichtung verbindet. Das Gewicht weist eine Masse auf, die derart bemessen ist, um das Drehmoment der Handhabungseinrichtung zu kompensieren. Ein Arm, der eil* drittes Gelenk der Handhabungseinrichtung trägt, ist einstückig mit einem der Arme der Parallelogrammverbindungsanordnung, ausgebildet. Durch diese Konstruktion heben sich alle Drehmomente der Handhabungseinrichtung auf, wenn die Handhabungseinrichtung betätigt wird, wodurch die Leichtigkeit der Bedienung erheblich verbessert wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird weiterhin mittels einer Gegengewichtsvorrichtung für eine Lasermesseranordnung gelöst, die ein Laser-Konfteil aufweist, mit dem über eine Lageranordnung drehbar ein Basis-Tragarm verbunden ist, der ein erstes und ein zweites, nach oben gerichtetes Element aufweist, wobei diese Elemente flach ausgebildet und parallel zueinander liegen. Ein erster

- 12 -

Q30064/0920

-γ-

hohler Arm der Anordnung ist am Drehpunkt des Tragarms angeordnet. Der erste hohle Arm erstreckt sich einen kurzen Betrag nach oben, bis zu einer Stelle, wo er über ein erstes Gelenk mit einem horizontal verlaufenden Arm verbunden ist, welcher durch die beiden nach oben gerichteten Elemente senk.- recht zu deren Ebenen hindurch tritt. An der gegenüberliegenden Seite der nach oben gerichteten Eelemente des Basis-Supportarms, ist der zweite hohle Arm über ein zweites Gelenk mit einem dritten hohlen Arm verbunden. Der erste Tragarm ist an einem Ende schwenkbar mit einem Punkt oberhalb des Schnittpunkts des zweiten hohlen Arms mit den nach oben gerichteten Elementen des Basis-Supportarms verbunden, und ein zweiter Tragarm ist drehbar und um den zweiten hohlen Arm zwischen den beiden nach oben gerichteten Elementen schwenkbar befestigt. An den äußeren Enden des ersten und zweiten Tragarms ist mittels eines,· im wesentlichen vertikal verlaufenden, dritten Tragarms ein Gewicht schwenkbar befestigt. Der zweite Tragarm kann, falls erwünscht, sich nach vorne erstrecken, um das äußere Ende des dritten hohlen Arms an einer Stelle abzustützen, wo es mit einem dritten Gelenk verbunden ist. Dieser nach vorne verlaufende Abschnitt des zweiten Tragarms kann entweder seitlich des dritten hohlen Arms oder gegenüber diesem vertikal versetzt angeordnet sein.

Die Erfindung wird anschließend anhand bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer üblichen Gegengewichtsvorrichtung und

Figur 2, 3 und 4 jeweils eine perspektivische Ansicht, einen Grundriss und eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Gegengewichtsvorrichtung.

- 13 -

03006A/0920

3026332

Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß aufgebauten Gegengewichtsvorrichtung, wobei Figur 2 eine perspektivische Ansicht der Gegengewichtsvorrichtung, Figur 3 einen Grundriß, gesehen von oben in Figur 2, und Figur 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung darstellt. Die Gegengewichtsvorrichtung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Figuren 2, 3 und 4 beschrieben, wobei das Schwergewicht auf Figur 2 liegt. Im Schnitt dargestellte Bauelemente,- und solche, die in Figur 2 nicht angegeben.sind, werden unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 erläutert.

Zunächst wird auf den grundlegenden Aufbau der erfindungsgemäßen Gegengewichtsvorrichtung eingegangen. Eine nicht dargestellte CO„-Laserquelle kann beispielsweise innerhalb eines Laser-Kopfteils 16 angeordnet sein, ein vom Austrittspunkt 30 abgegebener Laserstrahl wird durch einen Spiegel 31 reflektiert- und anschließend einem Eintrittspunkt 19 auf der Achse eines ersten Arms 181 der Handhabungseinrichtung ( siehe auch Figur 4 ) zugeführt. Die Handhabungseinrichtung umfasst Gelenkanordnungen 201, 202, 203 und 204, wovon jode einen Spiegel enthält, der die Richtung des Laserstrahls um 9o ändert, sowie einen ersten Arm 181, einen zweiten Arm ( Figur 3 ), einen dritten Arm 183, einen vierten Arm 184.. und einen fünften Arm 185, die als Lichtbahnen dienen, welche die Gelenkanordnungen verbinden. Jede Gelenkanordnung ist derart ausgeführt, daß sie um die Achse des entsprechenden Arms jeweils drehbar ist, wie dies durch die Pfeile angedeutet wird. Der in Richtung des Pfeils 29 längs der Achse des fünften Arms 185 abgegebene Laserstrahl tritt durch drei Gelenkanordnungen und Arme hindurch, die unterhalb des fünften Arms liegen, und wird auf einen kleinen optischen Punkt am Ende des Handteils fokussiert. Diese Komponenten sind nicht dargestellt, da sie

- 14 --

03006A/0920

./|>. 3026832

ähnlich jenen gemäß Figur 1 ausgebildet sind, die vorausgehend beschrieben wurden.

Es wird nunmehr auf die Gegengewichtsvorrichtung Bezug genommen, welche die Erfindung darstellt. Die Gegengewichtsvorrichtung umfasst einen Basis-Supportarm 21, ein Lager 35, eine Parallelogrammverbindung, die aus einem Arm 22, einem Arm 26, einem vertikalen Arm 36 und deren Verbindungspunkten besteht, sowie aus einem Gewicht 25. Der Basis-Supportarm 21 ist mit dem ersten Arm 181 derart verbunden, daß sich sein unteres Ende mittels des Lagers 35, das als bahnloses Drucklager ausgeführt

sein kann, um die Achse des ersten Arms 181 drehen kann. Der Basis-Supportarm 21 weist an seinem äußeren Endabschnitt zwei parallele, flache, vertikal verlaufende Platten auf. Die Paral- -1 elogrammverbindung erstreckt sich zwischen den beiden parallelen flachen Platten. Die beiden parallelen, flachen Platten haben Durchtrittsöffnungen 24, durch welche sich der zweite Arm 182 erstreckt.

Es wird nunmehr der Arm 22, der eines der Bauelemente der Parallelogrammverbindung darstellt, beschrieben. Der Arm 22 trägt die dritte Gelenkanordnung 203 und ist um die Achse des zweiten Arms 182 ( Figur 3 ) drehbar. (Dar Arm 22 liegt im wesentlichen parallel zur Achse des dritten Arms 183, und befindet sich in einer horizontalen Ebene, welche diese Achse enthält. Der Drehpunkt des Arms 22 liegt auf einem Punkt 23a auf der Achse des zweiten Arms 182 ( Figur 4 ) . Der Arm 22 ist über der Aussenwand des drehbaren Teils 182a der zweiten Gelenkanordnung aufgebracht, die mit dem zweiten Arm 182 verbunden ist, so daß der Arm 22 um die Achse des zweiten Arms 182 drehbar ist.

- 15 -

03006A/0920

Der Arm 22 ist mit dem zweiten Arm 182 in der vorausgehend beschriebenen Weise verbunden. Jedoch kann diese Anordnung durch die nachfolgend beschriebene Anordnung ersetzt werden. Die inneren Umfangsflachen...der Durchtrittsöffnungen 24 der parallelen flachen Platten, die den Sunportarm21 bilden, sind als metallische Lager ausgebildet oder weisen an ihren inneren Umfangsflächen Lageranordnungen auf, und der Arm 22 erstreckt sich durch die metallischen Lager oder Lageranordnungen, so daß er um die Achse des zweiten Arms 182 ( Figur 4 ) drehbar ist.

Eine bevorzugte Art der Verbindung des Arms 22 mit der dritten Gelenksanordnung 203 ist in Figur 3 dargestellt. Insbesondere wird die dritte Gelenkanordnung 203 mittels einer Lageranordnung 27 mit dem dritten Arm 183 verbunden, so daß sie um die Achse des dritten Arms 183 drehbar ist. Das Tragende 22a des Arms 22 hält die dritte Gelenkanordnung über eine Lageranordnung_r beispielsweise derart, daß die dritte Gelenkanordnung 203 um das genannte Ende drehbar ist.

Bei der bekannten Vorrichtung war der dritte horizontale Armteil 6o ( Figur 1 ) unmittelbar durch die Kardananordnung gev halten. Andererseits ist erfindungsgemäß eine Durchbiegung der Handhabungseinrichtung unter ihrem eigenen Gewicht anschließend an den Halterungsabschnitt völlig ausgeschaltet. Darüber hinaus ist kein vorstehender Teil, wie beispielswiese eine Kardananordnung/ vorgesehen,- und daher kann die Bedienungsperson nicht an einer derartigen Anordnung anstoßen und dadurch die Handhabungseinrichtung verrücken. Ferner ist das äußere Erscheinungsbild der Gegengewichtsvorrichtung einfach. Weitere durch die Erfindung erzielbare Vorteile betreffen die Anordnung des Arms 22. Da der Arm 22 und der dritte Arm 183 in der gleichen horizontalen Ebene liegen, wird die Höhe der

- 16 -

'03006-4/0920

Laseranordnung im Vergleich zur bekannten Anordnung verringert, und infolgedessen wird ein Anstossen an einer Überkopf : befestigten Lampe oder dergleichen verhindert.

Es wird nunmehr die erfindungsgemäß verwendete Parallelogramm-Verbindungsanordnung im einzelnen, insbesondere in Verbindung mit Figur 4 beschrieben. Der Arm 26 liegt parallel zum Arm 22 und in der gleichen vertikalen Ebene. Der Arm 26 ist mit den zwei parallelen flachen Platten des Basis-Supportarms 21 an einer Verbindungsstelle 23 vertikal oberhalb des Drehpunkts 23a des Arms 22 derart verbunden, daß er um einen Stift 32 (Figur 2) drehbar ist. Die Arme 22 und 26, die sich in einer Richtung erstrecken, die entgegengesetzt zur Erstreckung des dritten Arms 183, bezogen auf die Achse des zweiten Arms 182_r ist, werden jeweils mittels Stifte 34 und 33 mit dem vertikalen Arm 3 6 drehbar verbunden. Somit bilden der Drehpunkt 23a des Arms 22, der Verbindungspunkt 23b und die Achsen 23c und 23b der Stifte 33 und 34-eine Parallelogrammverbindung deren Gestalt in der Vertikalebene frei veränderlich ist. Das Gewicht 25 ist fest mit dem oberen Ende des vertikalen Arms 36 verbunden. D.asGewicht kompensiert das Gesamtgewicht der Handhabungseinrichtung, so daß diese in momentfreier Weise betätigt werden kann.

Der Schwerpunkt des Gewichts 25 und der Schwerpunkt der gesam-,ten Handhabungseinrichtung bei horizontal gehaltenem drittem Arm 183 sind jeweils in Figur 4 mit G₁ und G₂ bezeichnet. Der Schwerpunkt G. des Gewichts 25 ist derart gewählt, daß eine die Punkte g. und G₂ verbindende Gerade immer durch den Drehpunkt 23a des Arms 22 tritt, das heißt, die Gerade tritt durch einen Punkt auf der Achse des zweiten Arms 182 und in der Ebene der Parallelogrammverbindung, wie dies durch die Strich-doppel-

- 17 -

Q3006A/0920

punktierte Linien in Figur 4 angegeben ist. Dies stellt ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung dar.

Wird der dritte Arm 183 gemäß Figur 4 um einen Winkel B nach unten gedreht, so werden die dritte Gelenkanordnung 203 und die vierte Gelenkanordnung 204 jeweils in Positionen 203' und 204' bewegt, während der Laserstrahlaustrittspunkt, der durch den Pfeil 29 angegeben wird, in die bei 29a eingetragene Position verschoben und der Schwerpunkt G₂ in die Position G„a bewegt wird. Das Parallelogramm 23a, 23b, 23c, 23d

I
wird in das Parallelogramm 23a¹, 23b¹, 23c¹, 23d¹ geändert, wie dies gestrichtelt eingetragen ist und der Schwerpunkt des Gewichts 25 bewegt sich zu einem Punkt G₁ a.

Wie aus der vorausgehenden Beschreibung hervorgeht,-, tritt die Gerade, die den Schwerpunkt G₁ des Gewichts 25 und den Schwerpunkt G>2 ^der gesamten Handhabungseinrichtung verbindet, immer durch den Drehpunkt 23a, unabhängig davon, in welcher Richtung, vertikal oder horizontal, die Handhabungseinrichtung bewegt wird. Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Gegengewichtsvorrichtung eine momentfreie Betätigung der Handhabungseinrichtung.

Die in der beschriebenen Weise aufgebaute Parallelogrammverbindung ist nicht verbiegbar. Das Gewicht 25 ist um einen Winkel geneigt, entsprechend dem Drehwinkel des dritten Arms 183, und die Gerade, die den Schwerpunkt G₁ des Gewichts 25 und den Schwerpunkt G„ der Handhabungseinrichtung verbindet, tritt immer durch den Drehpunkt 23a. Daher ergibt sich aus einfachen geometrischen Überlegungen, daß keine nachteiligen Momentänderungen der Handhabungseinrichtung auftreten können.

Die Art der Aufhängung des Arms 22 und der dritten Gelenkanordnung ist nicht auf die beschriebene Ausfuhrungsform beschränkt. Falls der Aufbau und der Werkstoff des dritten Arms so gewählt werden, daß die Steifigkeit des dritten Arms erhöht und die

03006A/0920 - 18 -

Möglichkeit eines Durchbiegens der Handhabungseinrichtung beträchtlich verringert wird, kann der Arm 22 den dritten Arm 183 in der Nachbarschaft der zweiten Gelenkanordnung 202 halten. Ist der dritte Arm 183 ausreichend starr, so ist es nicht nötig, den Arm 22 zum Halten des dritten Arms 183 zu verwenden. Ist der dritte Arm 183 nicht ausreichend starr, so kann eine Verfahrensweise verwendet werden, bei welcher der Arm 22 zylindrische Form aufweist und den dritten Arm 183 umgibt, und der drehbare Teil der dritten Gelenkanordnung durch den Endabschnitt 22a des Arms 22 gemäß Figur gehalten wird.

Die Erfindung ist schließlich nicht auf eine Anordnung beschränkt, bei welcher der Endabschnitt des Arms 22 den gesamten drehbaren Teil der dritten Gelenkanordnung 203 umgibt und trägt. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf eine Anordnung beschränkt, bei welcher der Arm 22 auf der horizontalen Seite des dritten Arms 183 angeordnet ist; das heißt, er kann auch vertikal unterhalb des dritten Arm 183 liegen.

Bei der vorausgehend beschriebenen Ausführungsform ist das Gewicht 25 über der Parallelogrammverbindung angeordnet, jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt; das heißt, das Gewicht 25 kann an jedem geeigneten Punkt der Parallelogrammverbindung befestigt sein, falls nur die Handhabungseinrichtung in der vorausgehend beschriebenen Weise momentfrei betätigt werden kann. Wird jedoch das Gewicht 25 am oberen Ende des vertikalen Arms 3 6 befestigt, und der Arm 22 an der horizontalen Seite des dritten Arms der vorausgehend beschriebenen Ausführungsform angebracht, so ist es möglich, den ersten Arm 181 kurz zu machen, wodurch sich eine Verringerung der Höhe

_ ι ο _

Q30064/0920

.'Sa. 302S932

der Lasermesseranordnung ergibt. Dies stellt einen besonderen Vorteil der Erfindung dar.

Die erfindungsgemäß ausgeführte Gegengewichtsvorrichtung für eine Lasermesseranordnung hat somit folgende Vorteile und Merkmale:

(1) Sie gestattet eine momentfreie Betätigung der Handhabungseinrichtung, ungeachtet ihres verhältnismäßig einfachen Aufbaues.

(2) Eine Haltevorrichtung ist vorgesehen, die ein Durchbiegen der Handhabungseinrichtung und insbesondere ein Durchbiegen des horizontalen Arms beseitigt.

(3) Da das Gesamtgewicht der Lasermesseranordnung erfindungsgemäß verringert ist,- kann der Operateur arbeiten, ohne daß die Gefahr der Berührung einer überkopf ' angeordneten · Lampe oder dergleichen besteht.

(4) Es werden am Halteabschnitt der Handhabungseinrichtung keine unnötigen vorstehenden Bauelemente verwendet, so daß demzufolge das Aussehen der Handhabungseinrichtung einfach wird, ferner besteht keine Möglichkeit, das Schneidinstrument durch Anstoßen an einem derartigen vorstehenden Bauteil zu verrücken.

.Die erfindungsgemäße Gegengewichtsvorrichtung kann nicht nur mit der vorausgehend beschriebenen Lasermesseranordnung verwendet werden, sondern mit jeder Handhabungseinrichtung mit dem gleichen allgemeinen Aufbau.

Zusammenfassend wird durch die Erfindung eine Gegengewichtsvorrichtung für eine Lasermesseranordnung geschaffen, die eine Handhabungseinrichtung enthält, bei welcher die Gesamthöhe der Ausgleichsanordnung ziemlich gering ist und alle Momente der Handhabungseinrichtung bei allen Betätigungsstellungen derselben

- 20 -

030064/0920

- 2€Γ-

3026332

■&.

sich ausgleichen. Ein Basis-Tragarm 21 ist drehbar um einen ersten kurzen hohlen Arm angeordnet, wobei sich ein zweiter hohler Arm durch nach oben erstreckende Abschnitte des Basis-Tragarms erstreckt, der an seinen zwei Enden über Gelenkanordnungen mit dem oberen Ende des ersten hohlen Arms mit einem dritten hohlen Arm verbunden ist. Eine Parallelogrammverbindungsanordnung besteht aus den senkrechten Elementen des Basis-Tragarms, des ersten und zweiten im wesentlichen parallelen Trag-

arn\s und eines dritten, im wesentlichen vertikalen Tragarms, auf dem ein Gegengewicht befestigt ist. Ein Ende des ersten Tragarms ist schwenkbar zwischen senkrechten Elementen des Basis-Supportarms 21 befestigt, während das entsprechende Ende des zweiten Tragarms schwenkbar um den zweiten hohlen Arm zwischen den senkrechten Elementen angeordnet ist.

Q30064/0920

Claims

PATENTANWÄLTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1970) . Dl PL-I N G. W.EiTLE · D R. RER. NAT. K. HOFFMANN . Dl PL.-ING. W. LEHN

Dl PL.-ING. K. FD CHSLE · 0 R. RE R. N AT. E. H AN S E N ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) · D-8000 MO N CH EN 81 · TELEFON (089) 9Π087 . TELEX 05-29619 (PATH E)

Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Tokyc / Japan

Gegengewichtsvorrichtung für eine Lasermesseranordnung

Patentansprüche:

1 .j Gegengewichtsvorrichtung für eine Lasenaesseranordnung ~mit einer Handhabungseinrichtung, gekennzeichnet durch einen Basis-Supportarm (21), der um einen ersten Arm (181) der Handhabungseinrichtung zusammen mit einem zweiten Arm (182) der Handhabungseinrichtung drehbar ist, der sich durch den Basis-Supportarm erstreckt und von diesem für eine mühelose Drehung gehalten wird, eine Parallelogramm - Verbindungsanord-

030064/0920

nung (22, 26, 36) mit vier Eckpunkten,die einen ersten Punkt auf der Achse des zweiten Arms (182) aufweist, sowie einen Verbindungspunkt auf einer durch den ersten Punkt hindurchtretenden Vertikalen, der als Verbindungsschwenkpunkt mit dem Basis-Supportarm dient und zwei Verbindungspunkte, die an gegenüber liegenden Seiten, bezogen auf die genannte Achse,eines dritten Arms (183) der Handhabungseinrichtung liegen, wobei die Paralielogramm-Verbindungsanordnung in einer vertikalen Ebene veränderlich ist, ein mit der Parallelogramm-Verbindungsanordnung verbundenes Gegengewicht (25), welches an einer Stelle auf einer verlängerten Linie befestigt ist, die den ersten Punkt mit dem Schwerpunkt der gesamten Handhabungseinrichtung verbindet und die eine Masse zur Kompensation des Drehmoments der Handhabungseinrichtung aufweist, sowie einen Arm zur Halterung einer dritten Gelenkanordnung (203) der Handhabungseinrichtung, der einstückig mit der Parallelogramm-Verbindungsanordnung ausgeführt ist, um das Drehmoment der Handhabungseinrichtung bei deren Betätigung auszugleichen und die Steuerbarkeit derselben zu verbessern.
2. Gegengewichtsvorrichtung für eine Lasermesseranordnung mit einer Handhabungseinrichtung, gekennzeichnet durch einen ersten, zweiten und dritten hohlen Arm, wobei der erste hohle Arm (181) sich von einem Laser-Kopfteil (16) nach oben erstreckt, während der zweite hohle Arm (182) horizontal verläuft und mit dem ersten hohlen Arm durch eine erste Gelenkanordnung verbunden ist, und der dritte hohle Arm (183) mit dem zweiten hohlen Arm durch eine zweite Gelenkanordnung verbunden ist, durch einen Basis-Supportarm (21)_fder drehbar am Laser-Kopf teil (16) befestigt ist und ein erstes und zweites?nach oben gerichtetes flaches Element aufweist, wobei die flachen Elemente parallel zueinander verlaufen und der zweite hohle

030064/0920

Arm (182) sich durch diese Elemente senkrecht zu deren Ebenen erstreckt, einen ersten und zweiten schwenkbar angeordneten Tragarm (183, 22),die parallel zueinander liegen, wobei der erste Tragarm (183) im wesentlichen oberhalb des zweiten Tragarms (22) angeordnet ist, der erste Tragarm ein erstes Ende aufweist, das mit dem Basis-Supportarm (21) zwischen den nach oben gerichteten Elementen in einer Position über den zweiten hohlen Arm (182) schwenkbar verbunden ist, und der zweite Tragarm (22) ein erstes Ende aufweist, das schwenkbar um den zweiten hohlen Arm befestigt ist, wobei ein dritter Tragarm (36) schwenkbar mit den beiden Enden des ersten und zweiten Tragarms verbunden ist und sich im wesentlichen in senkrechter Richtung erstreckt, und ferner ein Gegengewicht am oberen Ende dieses dritten Tragarms angebracht ist, dessen Masse zum Gewichtsausgleich der Handhabungseinrichtung dient.
3. Gegengewichtsvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine dritte Gelenkanordnung, die mit einem äußeren Ende des dritten hohlen Arms (183) verbunden ist_f wobei der zweite Tragarm (182) einen Abschnitt aufweist, der sich vom Basis-Supportarm (21) nach vorne erstreckt und derart angeschlossen ist, um das äußere Ende des dritten hohlen Arms und die dritte Gelenkanordnung zu halten.
4. Gegengewichtsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der nach vorne erstrekkende Abschnitt des zweiten Tragarms (182) seitlich des dritten hohlen Anns (183) befindet.

030064/0920
5. Gegengewichtsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der sich nach vorne erstrekkende Abschnitt des zweiten Tragarms (182) vertikal versetzt gegenüber dem dritten hohlen Arm (183) angeordnet ist.
6. Gegengewichtsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2-5, gekennzeichnet durch eine Lageranordnung, mittels welcher der Basis-Supportarm (21) drehbar um den ersten hohlen Arm (181) gehalten wird.

03006A/0920