DE4232606C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer dreidimensionalen Struktur der Innenoberfläche von Negativformen zur Anfertigung von Prothesen für menschliche Gliedmaßen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer dreidimensionalen Struktur der Innenoberfläche von Negativformen zur Anfertigung von Prothesen für mensch­ liche Gliedmaßen, bei denen die Oberfläche nach einem vorbestimmten Schema in einem in den Innenraum der Negativform gelegten Koordinatensystem abgetastet und dem Abtastschema entsprechende Abtastwerte als Steuer­ werte für Bearbeitungsmaschinen für die Endanfertigung der Prothese dienen, wobei die Abtastung der Oberfläche mittels Laserlichts erfolgt und das von der Oberfläche der Negativform reflektierte Laserlicht von einem Lichtempfänger erfaßt wird, sowie eine Vorrichtung, mit der ein derartiges Verfahren ausgeführt werden kann.

Es ist allgemein bekannt, daß die Herstellung von Prothesen für menschliche Gliedmaßen trotz vielfältig­ ster technischer Fortschritte in weiten Bereichen Handarbeit ist, die von speziell ausgebildeten Personen, die in der Regel Orthopädiemechaniker sind, ausgeübt wird. So wird beispielsweise zur Anfertigung einer Prothese bei einer Oberschenkel- oder einer Unterschen­ kelamputation vom verbleibenden Beinstumpf zunächst eine Negativform, beispielsweise aus Gips, hergestellt und von dieser Negativform wiederum eine Positivform, die in der Regel wiederum aus Gips besteht. Anhand der Positiv­ form, die ein in bezug auf ihre äußere Struktur im wesentlichen naturgetreues Abbild des Extremitäten­ stumpfes, an das eine Prothese angepaßt werden soll, darstellt, erfolgte bisher in rein handwerklicher Arbeit entsprechend der vorgegebenen natürlichen Form des Gliedmaßenstumpfes unter Berücksichtigung von Korrek­ turmaßnahmen, die der Orthopädiemechaniker in bezug auf Gewebeteile und Knochenvorsprünge vornimmt, die Anfer­ tigung der Prothese.

Es bedarf keines weiteren Hinweises, daß die bisherige Art der Anfertigung von Prothesen für menschliche Gliedmaßen unter Berücksichtigung der vorangehend aufgeführten Arbeitsschritte und der sich daraus erge­ benden Probleme einer wirklich individuellen Anpassung der Prothese an den Gliedmaßenstumpf schwierig und zeit­ aufwendig ist und in der Regel mit nicht zufrieden­ stellenden Ergebnissen für den Prothesenträger erfolgt. Dabei ist zu bedenken, daß beispielsweise über die Prothese, beispielsweise bei einer Ober- oder Unter­ schenkelamputation des menschlichen Beines, erhebliche Kräfte aufgenommen werden müssen, die wiederum vom Beinstumpf übertragen werden müssen. Unter Berücksich­ tigung des Umstandes, daß der Extremitätenstumpf sehr berührungs- bzw. schmerzempfindlich ist, müssen durch den Prothesenbauer erhebliche Anstrengungen unternommen werden, um die Prothese für den Träger verwendbar zu machen, d. h. diese an der Innenoberfläche derart auszu­ gestalten, daß prothesenbedingte Behinderungen weitge­ hend vermieden werden.

Um zumindest teilweise eine dem Originalstumpf des entsprechenden menschlichen Gliedmaßes entsprechende dreidimensionale Oberflächenstruktur der Prothese zu erzeugen, hat man versucht, von einer Negativform, die von dem Gliedmaßenstumpf angefertigt wurde, mittels nach einem vorbestimmten Abtastschema geführte, mit Gleit­ rollen versehene Abtastorgane über die Innenoberfläche einer Negativform zu führen und dabei in einem verhält­ nismäßig großen Raster der Topographie der Innenober­ fläche der Negativform entsprechende Werte abzunehmen, die als Steuerwerte für Bearbeitungseinrichtungen, beispielsweise numerisch gesteuerte Fräsmaschinen, dienten. Diese bekannte Art der Werteermittlung hat jedoch den erheblichen Nachteil, daß sie extrem ungenau ist und derart hergestellte Prothesen in jedem Falle auf langwierige Weise manuell nachbearbeitet werden mußten, um sie tatsächlich tragbar zu machen.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art sind bekannt (DE-Gbm 86 29 505). Bei diesem bekannten Verfahren werden mittels Laufzeitmessung die Meßdaten ermittelt, die dem Abstand eines jeden Meß­ punktes von einer Führungseinrichtung ausgehend ent­ sprechen sollen. Es ist bekannt, daß Entfernungsmes­ sungen durch Ermittlung der Laufzeit von Licht zwischen einem Lichtsender und einem Lichtempfänger nur mit außerordentlich hohem apparativen und verfahrenstechni­ schen Aufwand möglich sind, was zwangsweise mit sehr hohem materiellen Aufwand verbunden ist. Wenn derartige Verfahren und Vorrichtungen, die nach dem Prinzip der Laufzeitmessung von Licht funktionieren, nicht mit allerhöchster Präzision und damit zwangsweise einherge­ hend hohem apparativen Aufwand ausgeführt werden, sind zudem sehr große Fehlermöglichkeiten bezüglich der erwartbaren Meßergebnisse die zwangsläufige Folge. Es bestehen zudem ernsthafte Zweifel an einer tatsächlichen Realisierbarkeit des bekannten Verfahrens und der bekannten Vorrichtung.

Aus der DE-OS 21 13 522 ist ein Verfahren zum Messen eines Oberflächenprofils bekannt, bei dem von einem Lasersender ausgehendes Licht auf die Oberfläche eines dazu beabstandeten Objekts geleitet wird und dort reflektiert wird und auf einer als Empfänger ausgebil­ deten optischen Anordnung fokussiert wird, die aus einer rasterförmigen Fläche aus lichtempfindlichen Elementen besteht. Das Oberflächenprofil des zu bestimmenden Objekts wird dann aus einem Abstrahlwinkel α, unter dem das Lichtsignal aus dem Lichtsender relativ zu einem Lot auf die Oberfläche des Objekts fällt und dem Empfangs­ winkel β des vom Objekt reflektierten Lichts, bezogen wiederum auf das Lot auf die Oberfläche des Objekts, und der Laufzeit des Laserlichts zwischen mit Sender und Empfänger elektronisch berechnet. Auch bei diesem Verfahren findet somit wiederum eine Ermittlung des Abstandes zwischen einem Sendeort und einer zu bestim­ menden Objektoberfläche mittels Laufzeitmessung des Lichts statt. Offensichtlich soll dieses bekannte Verfahren zur Entfernungsmessung zwischen der Erdober­ fläche und kosmischen Satelliten benutzt werden, so daß zulässige Meßfehler in anderen Größenverhältnissen als bei dem erfindungsgemäßen Verfahren toleriert werden können.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem auf sehr genaue Weise die Topographie der Innen­ oberfläche von Negativformen für die Anfertigung von Prothesen erfaßt werden kann, so daß mit diesen Abtast­ werten gesteuerte Bearbeitungseinrichtungen hochgenau entsprechend der Negativform die Innenoberfläche von Prothesen entsprechend der natürlichen Vorgabe des Extremitätenstumpfes anfertigen können, das einfach ausführbar ist und das vorrichtungsseitig zur Ausführung des Verfahrens einen verhältnismäßig geringen appara­ tiven Aufwand benötigt, so daß die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens einfach und kostengünstig herstellbar ist.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß dem Verfahren dadurch, daß das vom als Zeilenkamera ausgebildeten Lichtempfänger erfaßte Laserlicht pro Abtastschritt zeilenartig, ausgehend von einer vorbestimmten Positionsmarke in diesem Koordinatensystem, erfaßt und gespeichert wird.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im wesentlichen darin, daß das Laserlicht derart zur Ermittlung der Struktur der Innenoberfläche der Nega­ tivform eingesetzt wird, daß das von der Oberfläche der Negativform reflektierte Laserlicht von einem Licht­ empfänger zeilenartig erfaßt und gespeichert wird. Die Erfassung zeilenartiger Informationen über die Struktur der Innenoberfläche gestattet einen sehr genauen Auf­ schluß über die Oberflächenstruktur, insbesondere auch der Änderung der Oberflächenstruktur benachbart zum jeweils zuletzt ermittelten Wert, d. h. es sind Abtast­ werte mit hoher Auflösung auf einfache Weise ermittel­ bar. Durch die zeilenartige Speicherung dieser Informa­ tion sind folglich jederzeit Werte für die Berechnung der später erfolgenden Gesamtinnenstruktur und für Steuerungsalgorithmen für nachgeschaltete Fräsmaschinen verfügbar.

Grundsätzlich gilt, daß das Laserlicht für den Abtast­ vorgang auf beliebige Weise die gesamte dreidimensionale Struktur der Innenoberfläche der Negativform nach einem vorbestimmten Schema ermitteln kann. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, das Laserlicht für den Ab­ tastvorgang im wesentlichen axial zu einer durch die Negativform verlaufenden gedachten Achse zu verschieben und dabei vorzugsweise kontinuierlich oder schrittweise die Verschiebung erfolgen zu lassen.

Dabei kann das Laserlicht beispielsweise im wesentlichen längs der gesamten Oberfläche von der Eingangsöffnung zu einer Ausgangsöffnung der Negativform spaltenartig verschoben werden, um dabei kontinuierlich oder schritt­ weise Abtastwerte zu ermitteln. Ist eine Spalte im vorbeschriebenen Sinne ermittelt worden, wird das Laserlicht relativ um die Achse um einen geringen Winkelbetrag entsprechend der gewünschten Auflösung gedreht und eine spaltenmäßige Ermittlung der Abtast­ werte erfolgt dann im vorbeschriebenen Sinne in der nächsten Spalte.

Um jedoch das Verfahren einfach auszugestalten, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Negativform für den Abtastvorgang im wesentlichen um eine durch die Nega­ tivform verlaufende gedachte Achse herum zu drehen, d. h. eine zeilenmäßige Ermittlung der Abtastwerte im Sinne eines Vollkreises um die Achse herum durchzuführen. Auch dieses kann vorteilhafterweise kontinuierlich oder aber auch schrittweise erfolgen. Sind die Abtastwerte eines Vollkreises ermittelt worden, kann das Laserlicht entsprechend der gewünschten Auflösung um einen bestimmten Betrag axial zur Achse verschoben werden, wobei nachfolgend wiederum durch kreisförmige Abtastung die nächsten Abtastwerte ermittelt werden.

Als ganz besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, durch eine Überlagerung einer axialen Ver­ schiebung und einer kreisförmigen Bewegung des Laser­ lichts längs der bzw. um die Achse die Abtastwerte zu ermitteln, d. h. längs der Achse der Negativform voll­ führt das Laserlicht zur Ermittlung der Abtastwerte eine spiralförmige Bewegung, so daß fortlaufend von der Eingangsöffnung bis zur Ausgangsöffnung der Negativform die topographische Struktur der Innenoberfläche der Negativform ermittelt werden kann.

Eine Vorrichtung, mit der das vorbeschriebene Verfahren ausgeführt werden könnte, ist vorteilhafterweise dadurch gekennzeichnet, daß zur zeilenmäßigen Erfassung und Speicherung des Laserlichts pro Abtastschritt, ausgehend von vorbestimmbaren Positionsmarken in diesem Koordina­ tensystem, der Lichtempfänger durch eine mit einem Objektiv ausgerüstete Zeilenkamera gebildet wird.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht im wesentlichen darin, daß das Laserlicht ohne aufwendige Fokussierungsmaßnahmen unmittelbar in den Innenraum der Negativform, d. h. in eine unmittelbare Nähe der Innen­ oberfläche gebracht und auf diese gerichtet werden kann, wobei das von der Oberfläche dann reflektierte Laser­ licht auf einfache Weise wiederum auf den Lichtempfän­ ger, der unmittelbar im Innenraum der Negativform angeordnet sein kann, zurückgeführt wird. Der apparative Aufwand dieser Vorrichtung ist somit verhältnismäßig gering, wobei durch mechanische Abtasteinrichtungen zwangsweise in unterschiedlichem Grad verfälschte Ab­ tastwerte durch die erfindungsgemäße Vorrichtung völlig ausgeschlossen werden und somit durch die erfindungsge­ mäße Vorrichtung auf einfache und hochgenaue Weise Abtastwerte mit an sich beliebig hoch einstellbarer bzw. wählbarer Auflösung ermittelt werden können. Die Zeilen­ kamera ist als fertiges Empfängerelement kostengünstig verfügbar und sie liefert an ihrer Ausgangsschnittstelle ohne weiteres einem Rechner oder dergleichen zur Weiter­ bearbeitung verwendbare Signale.

Grundsätzlich kann die Lichtquelle für das Laserlicht unmittelbar vor Ort im Innenraum der Negativform ange­ ordnet werden. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, das Laserlicht von einer abgesetzt von der Lichtaustrittsöffnung angeordneten Lichtquelle erzeugen zu lassen, d. h. lediglich auf geeignete Weise die Lichtaustrittsöffnung im Innenraum der Negativform anzuordnen, so daß auch ohne Schwierigkeiten Negativ­ formen für Prothesen mit kleinen lateralen Querschnit­ ten, beispielsweise Armprothesen oder Prothesen für kindliche Gliedmaßen, angefertigt werden können.

Bei einer weiteren anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist wenigstens die Lichtaustrittsöffnung an einem stangenförmigen Organ angeordnet, das längs der Achse gesteuert verschiebbar ist. Diese Ausgestaltung gestattet eine einfache Verschiebbarkeit der Lichtaus­ trittsöffnung von einem Ort außerhalb des Innenraums der Negativform aus, wobei diese Ausgestaltung darüber hinaus noch den Vorteil hat, daß die Steuerungseinrich­ tungen, weil abgesetzt anzuordnen, für Reparatur, Wartungs- und Austauschzwecke gut zugänglich sind. Zudem wird die Ausrichtung des Laserstrahls im Innenraum der Negativform nicht behindert, auch nicht bei kompli­ zierten Oberflächenstrukturen von Negativformen.

Zur Ermittlung der Abtastwerte nach einem vorbestimmten Schema kann die Lichtaustrittsöffnung für das Laserlicht selbst bei fest angeordneter Negativform zur spaltenmä­ ßigen bzw. kreisförmig zeilenmäßigen Abtastung der Innenoberfläche gedreht werden.

Bei einer weiteren, noch anderen vorteilhaften Ausge­ staltung der Vorrichtung wird jedoch die Negativform von einer drehbar um die Achse der Negativform antreibbaren Halteeinrichtung aufgenommen, so daß die Lichtaus­ trittsöffnung für das Laserlicht in einer vorbestimmten Position im Innenraum positioniert werden kann und lediglich in Richtung der Achse verfahren zu werden braucht, während beispielsweise die Kreisbewegung des Laserlichts zur Ermittlung der Abtastwerte durch Drehung der Negativform über die Halteeinrichtung erfolgt. Diese Ausgestaltung gestattet eine verhältnismäßig einfache, kostengünstige Realisierbarkeit der Vorrichtung, da keine Maßnahmen getroffen zu werden brauchen, die eine störungsfreie Übertragung des Laserlichts bzw. Übertra­ gung elektrischer Impulse bzw. Steuersignale und dergl. über Schleifringe und dergl. gewährleisten.

Besonders vorteilhaft ist es, in Abhängigkeit der Drehung der Negativform eine vorbestimmte Anzahl von Steuerimpulsen über einen mit der Achse der Halteein­ richtung gekoppelten Drehgeber zu erzeugen, wobei beispielsweise pro erzeugtem Steuerimpuls eine Zeile des durch das Laserlicht hervorgerufenen, im Lichtempfänger erfaßten Bildes erfaßt und gespeichert wird. Auf diese Weise kann auf einfache Art beispielsweise eine einfache Synchronisation zwischen Drehung und der Auslösung einer Bilderfassung erfolgen.

Grundsätzlich ist die Verschiebbarkeit und/oder die Verdrehbarkeit der Vorrichtung bzw. des Laserlichts im Innenraum der Negativform zur Ermittlung der Struktur von deren Innenoberfläche wahlweise einstellbar und/oder steuerbar. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, beispielsweise das Laserlicht längs der Achse um 2 mm bei spiralförmiger Abtastung der Innenoberfläche zu verschieben und dabei pro Vollkreis 158 Abtastwerte zu ermitteln. Es sind aber auch beliebige andere geeignete Verschiebungs- und Verdrehungsgrößen denkbar und ein­ stellbar.

Um einen präzisen Ablauf der Erfassung der Abtastwerte der Negativform gewährleisten zu können, ist es schließ­ lich vorteilhaft, die Steuerung, Erfassung, Auswertung und Aufbereitung der für die möglicherweise angeschlos­ sene Bearbeitungseinrichtung zu liefernden Werte bzw. Signale rechnergestützt erfolgen zu lassen. Durch die Flexibilität, die dabei ein Softwareprogramm bietet, ist es möglich, die Steuerung, die Auswertung und auch die gewünschte Auflösung variabel zu gestalten, wobei auch die Darstellung der ermittelten Werte anhand einer Anzeige auf einem Bildschirm, ggf. auch auf einem Drucker, sinnvoll und hilfreich ist, um Eingriffsmög­ lichkeiten aufgrund von außen vorzunehmender Korrekturen der anzufertigenden Prothese auf der Grundlage der Innenoberfläche der Negativform gewährleisten zu können.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nach­ folgenden schematischen Zeichnungen anhand eines Aus­ führungsbeispieles eingehend beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 in der Seitenansicht eine Negativform, die auf einer drehbaren Halteeinrichtung befestigt ist, wobei in den Innenraum der Negativform ein stangenförmiges Organ hineinragt, aus dem aus einer Lichtaustrittsöffnung Laserlicht austritt und das von der Innenoberfläche reflektierte Laserlicht auf einen auf dem stangenförmigen Organ angeordneten Lichtempfänger in Form einer Zeilenkamera auftrifft, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines beispielhaften Aufbaus der Vorrichtung, mit der das Verfahren ausführbar ist.

Eine Negativform 11, die beispielsweise aus Gips auf bekannte Weise von einem Extremitätenstumpf menschlicher Gliedmaßen hergestellt worden ist, ist in Fig. 1 darge­ stellt und dient der Anfertigung einer Prothese. Die Negativform 11 weist eine Innenoberfläche 12 auf, deren topographische Struktur mit der Vorrichtung 10 ermittelt werden soll. Dabei wird die Negativform 11 auf einer Halteeinrichtung 22 befestigt, die in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt ist. In den Innenraum 110 der Negativform 11 wird ein stangenförmiges Organ 30 einge­ führt, das an seinem bezogen auf die Darstellung von Fig. 1 vertikal unteren Ende eine Lichtaustrittsöffnung 11 aufweist.

Die Halteeinrichtung 22 ist entsprechend dem Pfeil 27 um eine Achse 16, die eine gedachte Achse durch die Nega­ tivform 11 darstellt, drehbar, wobei das stangenförmige Organ 30 axial zur Achse 16 in Richtung des Pfeiles 26 hin und her bewegbar ist. Aus der Lichtaustrittsöffnung 17 tritt von einer Lichtquelle 20 herrührendes Laser­ licht 15 aus, wird an der Innenoberfläche 12 der Nega­ tivform 11 reflektiert und trifft als reflektiertes Laserlicht 18 wiederum auf einen Lichtempfänger 21. Der Lichtempfänger 21, der aus einer mit einem Objektiv ausgerüsteten Zeilenkamera besteht ist oberhalb der Lichtaustrittsöffnung 17 auf dem stangenförmigen Organ 30 angeordnet.

Die in fig. 2 in Form eines Blockschaltbildes gezeigte beispielhafte Gesamtkonfiguration der Vorrichtung 10 umfaßt die um die Achse 16 drehbare Halteeinrichtung 22 sowie das stangenförmige Organ 30, aus dem Laserlicht 15 auf vorbeschriebene Weise austritt und bei der das reflektierte Laserlicht 18 auf ebenfalls vorbeschriebene Weise auf den Lichtempfänger 21 auftrifft. Das stangen­ förmige Organ 30 ist auf geeignete Weise zur Führung des Laserlichts 15 mit der auf an sich bekannte Weise ausgebildeten Lichtquelle 20 verbunden.

Mittels eines Softwareprogrammes kann so beispielsweise festgelegt werden, daß eine vorbestimmte Positionsmarke in einem Koordinatensystem, beispielsweise dargestellt durch am linken Bildrand eines Bildschirmes 24 eines Rechners 23, auf den Mittelpunkt der Drehachse 16 ausge­ richtet ist. In Abhängigkeit der sich bei der Drehung der Halteeinrichtung 22 ändernden Topographie der Innenoberfläche 12 der Negativform 11 ändert sich der zeilenförmig erfaßte und gespeicherte Abtastwert 13 vom linken Bildrand, d. h. je weiter sich der Reflexions­ punkt von der Achse 16 befindet, um so weiter entfernt er sich optisch auf dem Bildschirm 24 des Rechners 23, anzeigt als Abtastwert 13 bzw. Punkt. Ein mit der Halteeinrichtung 22 verbundener Drehgeber 19 liefert bei der Drehung der Halteeinrichtung 22 um die Achse 16 pro Umdrehung eine vorbestimmte Zahl von Steuerimpulsen, beispielsweise 158 Steuerimpulse, die über hier nicht dargestellte Mittel, beispielsweise eine Gabellicht­ schranke, erfaßt werden. Diese Steuerimpulse werden auf den Lichtempfänger 21 gegeben, so daß, um bei diesem Beispiel zu bleiben, ein Bild 158 Abtastwerte 13 bzw. Zeilen erfaßt, das gespeichert und auf dem Bildschirm dargestellt wird.

Grundsätzlich wird somit nach jedem ermittelten Abtast­ wert 43 die Halteeinrichtung 22 um die Achse 16 in Richtung des Pfeiles (27) um ein vorgegebenes Winkelmaß gedreht und entsprechend der gewünschten Vorgaben ein weiterer Abtastwert 13 ermittelt und wiederum gespei­ chert. Die Drehung der Halteeinrichtung 22 in Richtung des Pfeiles 27 kann sowohl kontinuierlich als auch schrittweise erfolgen, wobei in vorbestimmten Zeitab­ ständen dabei der Lichtempfänger 21 bzw. die Zeilen­ kamera 31 veranlaßt wird, entsprechend der momentanen Stellung der Lichtaustrittsöffnung 17 einen entspre­ chenden Abtastwert 13, d. h. eine Zeile zu erfassen und zu speichern.

Ist entsprechend einer Vollkreisbewegung der Halteein­ richtung 22 eine vorgegeben große Abtastwertemenge ermittelt und gespeichert worden, kann das stangen­ förmige Organ über eine Steuerungseinrichtung 28 in Richtung des Pfeiles 26 verschoben werden, worauf dann wiederum eine Ermittlung aller Abtastwerte 13 auf der jetzt mit dem Laserlicht 15 beaufschlagten Innenober­ fläche 12 ermittelt wird. Die Drehung der Halteein­ richtung 22 erfolgt dabei ebenfalls über eine Steue­ rungseinrichtung 29. Die Steuerungseinrichtungen 28 und 29 können derart betrieben werden, daß eine Überlagerung der Bewegung des stangenförmigen Organs 30 und der Halteeinrichtung 22 erfolgt, so daß eine spiralförmige Abtastung der Innenoberfläche 12 von der oberen Öffnung 32 zur unteren Öffnung 33 der Negativform erfolgt, beispielsweise mit einer Steigung von 2 mm pro Umdre­ hung. Dabei werden fortwährend, entsprechend der gewünschten Auflösung, Abtastwerte 13 ermittelt und gespeichert.

Durch einen Rechner 23 können, softwareunterstützt, über eine Tastatur der gesamte Vorgang der Ermittlung der Abtastwerte 13 gesteuert werden, und zwar die Verschie­ bungsschritte des stangenförmigen Organs 30 längs der Richtung des Pfeiles 26, die Geschwindigkeit der Drehung der Halteeinrichtung 22 längs des Pfeiles 27 sowie die Folge der Ermittlung der Abtastwerte 13 pro Zeit. Durch die Vorrichtung 10 wird beim bestimmungsgemäßen Betrieb somit bei einer Auswertung der vom Lichtempfänger 21 Zeile für Zeile erhaltenen Abtastwerte 13 der Radius (Entfernung zum linken Bildrand bei der Darstellung auf dem Bildschirm 24), die Zeilennummer (entsprechend dem Winkel in (360/158)) und die Steigung (2 mm pro Umdre­ hung) geliefert, wobei sich aus diesen Parametern ein dreidimensionaler Körper entsprechend der Topographie der Innenoberfläche der Negativform 11 errechnen läßt.

Auch die Aufbereitung der Abtastwerte 13 in Signale 130, die unmittelbar eine Bearbeitungseinrichtung 14 steuern, beispielsweise eine Kopierfräsmaschine, mit der, quasi im on-line-Betrieb, eine Prothese entsprechend der ermittelten Abtastwerte der Negativform hergestellt wird, kann durch den gleichen Rechner 23 erfolgen.

Dabei ist es auch möglich, zunächst alle Abtastwerte 13 einer Negativform 11 zu speichern und auf einem Bild­ schirm 24 und/oder ggf. auf einem Drucker darzustellen, so daß, wiederum softwareunterstützt, unmittelbar Korrekturen in bezug auf die Topographie der Innenober­ fläche 12 der Negativform für die spätere Anfertigung der Prothese vorgenommen werden können, um beispiels­ weise Knochenvorsprüngen, Sehnen bzw. bestimmten Weichteilstrukturen des Extremitätenstumpfes, an den die Prothese angepaßt werden soll, Rechnung tragen zu können, bevor die Prothese dann mit der Bearbeitungs­ einrichtung 14 endgültig hergestellt wird.

Bezugszeichenliste

10

Vorrichtung

11

Negativform

110

Innenraum

12

Innenoberfläche

13

Abtastwert

130

Signal

14

Bearbeitungseinrichtung

15

Laserlicht

16

Achse

17

Lichtaustrittsöffnung

18

reflektiertes Laserlicht

19

Drehgeber

20

Lichtquelle

21

Lichtempfänger

22

Halteeinrichtung

23

Rechner

24

Bildschirm

25

Tastatur

26

Pfeil

27

Pfeil

28

Steuerungseinrichtung

29

Steuerungseinrichtung

30

stangenförmiges Organ

32

Öffnung

33

Öffnung

Claims (12)

1. Verfahren zur Ermittlung einer dreidimensionalen Struktur der Innenoberfläche von Negativformen zur Anfertigung von Prothesen für menschliche Gliedmaßen, bei denen die Oberfläche nach einem vorbestimmten Schema in einem in den Innenraum der Negativform gelegten Koordinatensystem abgetastet und dem Abtastschema entsprechende Abtastwerte als Steuerwerte für Bearbei­ tungseinrichtungen für die Endanfertigung der Prothese dienen, wobei die Abtastung der Oberfläche mittels Laserlichts erfolgt und das von der Oberfläche der Negativform reflektierte Laserlicht von einem Lichtemp­ fänger erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das vom als Zeilenkamera ausgebildeten Lichtempfänger erfaßte Laserlicht pro Abtastschritt zeilenartig, ausgehend von einer vorbestimmten Positionsmarke in diesem Koordina­ tensystem, erfaßt und gespeichert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht für den Abtastvorgang im wesentlichen axial zu einer durch die Negativform verlaufenden gedachten Achse verschoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung kontinuierlich oder schrittweise erfolgt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Negativform für den Abtastvorgang im wesentlichen um eine durch die Negativform verlaufenden gedachte Achse herum gedreht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung kontinuierlich oder schrittweise erfolgt.

6. Vorrichtung zur Ermittlung einer dreidimensionalen Struktur der Innenoberfläche von Negativformen zur Anfertigung von Prothesen für menschliche Gliedmaßen, bei dem die Oberfläche nach einem vorbestimmten Schema in einem in den Innenraum der Negativform gelegten Koordinatensystem abgetastet und dem Abtastschema entsprechend ermittelte Abtastwerte als Steuerwerte für Bearbeitungseinrichtungen für die Endfertigung der Prothese dienen, wobei das Laserlicht, das im wesent­ lichen radial zu einer durch die Negativform verlaufen­ den Achse aus einer Lichtaustrittsöffnung austritt, auf die Oberfläche der Negativform gerichtet wird und von dort als reflektiertes Laserlicht auf einen Lichtemp­ fänger gelangt, der das Laserlicht erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zur zeilenartigen Erfassung und Speicherung des Laserlichts (18) pro Abtastschritt, ausgehend von vorbestimmbaren Positionsmarken in diesem Koordinatensystem, der Lichtempfänger (21) durch eine mit einem Objektiv ausgerüstete Zeilenkamera gebildet wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß, das Laserlicht (15) von einer abgesetzt von der Lichtaustrittsöffnung (17) angeordneten Lichtquelle (20) erzeugt wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Lichtaustrittsöffnung (17) an einem stangenförmigen Organ (21) angeordnet ist, das längs der Achse (16) gesteuert verschiebbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Negativform (11) von einer drehbar um die Achse (16) der Negativform (11) antreibbaren Halteeinrichtung (22) aufnehmbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit der Drehung der Negativform (11) eine vorbestimmte Anzahl von Steuerungsimpulsen über einen mit der Achse, (16) der Halteeinrichtung (22) gekoppelten Drehgeber (19) erzeugbar ist, wobei pro erzeugtem Steuerimpuls eine Zeile des durch das Laser­ licht (18) hervorgerufenen, im Lichtempfänger (21) erfaßten Abtastwertes (13) erfaßbar und speicherbar wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebbarkeit und/oder die Verdrehbarkeit wahlweise einstellbar und/oder steuerbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung rechnergestützt erfolgt.