骨科植入物的三维光学显微镜

本文讨论如何有效地使用3 d光学显微镜在骨科植入物制造的研发和质量控制阶段。骨科植入物可以广泛的不同:

• 形状,从基本的圆股头复杂的鞍型膝关节假体。
• 大小,从几十厘米到毫米。
• 不锈钢材料,覆盖从羟磷灰石。
• 表面光洁度,从错综复杂变形促进稳定超光滑,减少摩擦。

这些范围的参数,它成为一个具有挑战性的前景控制部分的主要规范,通常需要不同类型的计量仪表设计用于不同的任务。

通常,公差测量量是非常小的关于组件的寿命和功能后成功的外科植入。力量的3 d光学显微镜技术提供了许多优点,如非破坏性和非接触特性;一个大动态范围来确定超光滑和超粗糙表面;不敏感的材料类型;亚博网站下载快速、精确和可重复的区域测量;和自动化的能力来确定一批部件和执行—总结基于用户指定的参数。

力量的3 d光学显微镜的解决方案

整形部分精度极高的规格生产。检测是很重要的部分有缺陷或损坏,或部分,没有产生正确的规范。如果这些部分被检测到,那么他们应该从其他部分通过审查过程中删除。病人健康这背后的主要原因是严格遵守规范的一部分。这是因为植入设备,甚至一个有缺陷的或有缺陷的组件可能会导致可怕的后果。

歧义组件之间的交互和病人的身体可以禁止该设备的功能设计、或将来可能导致严重的并发症,从病人不适,需要额外的手术和治疗,甚至死亡。同样重要的是为设备制造商,以防止缺陷产品的召回的可能性,为这样一个过程带来很大经济负担并导致损失的完整性医疗联谊会。

除了这些重要的下游方面检验部分,一个有缺陷的部分也可以对上游生产过程产生影响。例如,失败的部分原因大于平均表面粗糙度可以指向一个不准确的抛光过程。结果数据可以反馈给优化上游工具,导致更少的原材料浪费和更少的劣质零件制造。这提供了一个直接的投资回报给制造商的例子。

考虑上述原因,重要的是,整形部分彻底检查在一个快速、可重复的、精确的、非破坏性的方式。最多才多艺、精确和可重复的精密表面计量学3 d技术基于白光干涉的光学显微镜。系统建立在这种先进的技术可以有效地描述材料从研究阶段到生产阶段事实上垂直分辨率,在各种各样的行业,如医疗、航空、汽车、电子、数据存储、微机电系亚博网站下载统、太阳能、精密加工、和一般制造业。三维光学显微镜提供了许多好处而不是标准的接触,以笔触为基础的工具仍在广泛使用由于其简单和熟悉。

力量的基本操作的3 d光学显微镜仪器如图1所示。从一个高亮度LED光源发出的入射光分为两束路径——一个导演对样本进行检查和其他从镜子反射。

图1所示。原理的三维显微镜self-calibrating氦氖激光。

这些光束的一部分,然后导向到一个CCD。随后显示是一个高度精确的三维等高线图示例基于不同的表面光学路径旅行的两个原始光束。标准生产检验系统将包括一个激光参考信号,使连续的校准,不管环境的差异。

三维光学显微镜与手写笔的基础技术

多年来,笔轮廓曲线仪的系统选择表面纹理测量在工业。这些崎岖,但简单的仪器记录经历的垂直偏转一个手写笔,因为它是追踪样品的表面。合成线跟踪可以用来验证表面性质如跟踪宽度,高度,和海沟深处。的形式、粗糙度和波纹线也可以报道。

然而,针表面光度仪有一定的缺点。因为它们是contact-based方法,针可以刮伤或损坏样品。它还充当机械过滤器,因为很大笔永远无法查看小于错综复杂的细节在样品表面针的大小。这会导致错误报告参数,如被低估的粗糙度。另一个问题关于笔的方法是定义一个表面的有效性基于线痕迹。为了防止这个问题,大量的商用笔分析器是集成了一个3 d选项,它允许多个并排线扫描获得创建一个三维图像。然而,这个过程可能要花费大量的时间,而不是可行的质量控制批量的零件数量。

相比之下,3 d光学显微镜是一种非接触方法,样本损坏现象得到有效遏制。系统光学控制横向分辨率,在约300海里,是解决相对高于标准针测量。此外,垂直分辨率增强,用通常的3 d显微镜分辨率,几乎一个订单比一个典型的笔工具。本质上是三维测量方法,实现一个完整的480 x640-pixel CCD阵列秒的一小部分。这将是与480年获得平行线扫描通过手写笔表面光度仪,这可能需要几个小时才能完成。

这丰富的3 d数据的可用性,使更有意义的研究,允许表征样品的表面以更强劲的方式比单独的线痕迹。体积测量,测量大一步,和缺陷的发现在一个地区测量的一些例子,可以用三维显微镜,但不是笔系统。研究表面纹理,力量的3 d光学显微镜一直旨在创造和数据库建立的ISO 25178区域参数标准化的评估样品的表面。

图2。三维光学显微镜图像代表的抛光面。下面的图像是一个软件截面举例一行跟踪,被一个手写笔在图像的中心对角线分析器。右边的参数区域粗糙度参数是基于整个图像数据集和符合ISO 25178。

质量控制-自动化臀部杯检验的例子

髋关节置换是最常见的整形手术,结果部分与此相关的外科手术是在大量生产。组件公差对他们的形式,表面光洁度,和物质成分必须严格满足。如此有效的生产臀部杯子需要快速和精确的评估。

一个研发仪器在实验室中利用完全不同于生产地板系统用于质量控制。前有专门的技术人员非常清楚的技术和软件的详细细节。然而,车间将会有许多不同的运营商将利用系统作为一个黑盒。考虑到这方面,必须采用不同的方法对软件和仪器的设计。

在仪器设计、力量提供了新的落地式NPFLEX™和ContourGT^®三维光学显微镜来完成集成内部激光校准,隔振,崎岖的龙门式设计改进事故缓解系统,样品夹具的可能性,和非常长的工作距离目标获取的数据很难访问的地区,如那些在小直径臀部杯。

生产接口,集成到系统中,是独立于标准接口(图3)。它被设计来支持简单编程测量程序,并构建了一个通用的制造流程,运营商的加载组件,仪器标识组件,使预先确定的测量。这是紧随其后的是报告通过/失败结果,促使后续批次显示。只需要操作系统基础知识,和易于使用的功能,如条形码扫描可以实现没有任何困难,以促进keyboard-free测量。

图3。生产接口的一个屏幕快照。左边图像显示了实时视频图像的相机。右边显示的是测量表面,以及输入域操作符ID、零件号和批号

让我们考虑一下这个过程对髋关节杯。臀部杯通常是安装在固定或放置在仪器,确保是正确,测量过程中严格的面向。这是紧随其后的是扫描或进入杯的零件号访问相关的测量程序。仪器外侧髋部杯转移到测量,利用机动x - y样品阶段,随后降低了目标向臀部杯的内表面进入重点。这是紧随其后的是收集和处理3 d数据集,以最优适应范围从数据和应用过滤器根据一个典型的表面纹理测量。最后,粗糙度参数相比,对特定的组件和最终失败或通过。需要不到30秒测量一次扫描条码部分阶段返回部分和失败/传递阶段。这个过程是高效,使它可以处理大量的零件没有延迟下游流程。

研究和开发,设计未来整形组件

如前所述,研究实验室和车间设置涉及不同的使用,不同的用户和不同的标本。在研究实验室,吞吐量和速度并不重要。虽然重复性和精度仍然重要,灵活性是得到更多的重要性。自动测量,标本是已知量常规的形状、材料组成,和明确的测量位置。

分析了研究实验室,新材料在某些属性,使他们更好的表亚博网站下载现比现在的植入材料。测试的性质也可能更加困难相比基本粗糙度检查。例如,它可以建立如何穿在一段时间内,可以涉及测试刚生产的部分,应用加速老化过程,和re-measuring计算的差别。另一个例子可能是符合条件的一个特定的纹理或加工过程,使结构的表面植入给它在体内有益的锚固和持久的刚度。

对于这些类型的评估,标准软件界面和台式ContourGT 3 d光学显微镜研究人员提供所需的所有功能。在高级ContourGT 3 d光学显微镜,高数值孔径干涉的集成目标,和高亮度led为光源的目标简单而容易获得数据从各种各样的材料,无论是反射和平滑,无反射,粗糙,或者高度递送的。亚博网站下载

关于臀部杯的例子,但是从研发的角度来看,髋关节植入物通常经验穿机制。个人植入装置展览一个似壳结构,保持密切接触线的股骨头,班轮,反过来,保持接触是一个髋臼的杯子。

不同组合的陶瓷、金属和塑料可以创建碎片和接触摩擦,从而导致的炎症组织植入物。磨损和随后的炎症会导致要,骨质溶解(骨破坏),和由于ceramic-on-ceramic大声摩擦发出“条纹穿”模式。在这种情况下,重要的是定义相关材料的磨损,磨损速度,因此,提高这些产品的长期稳定性和性能。亚博网站下载这里,三维光学显微镜可用于容易获取这类信息。

图4描述了一个球体由PolyEtherEtherKetone (PEEK)、热塑性塑料,具有良好的机械性能和耐化学性,导致其广泛采用先进的生物材料在医学植入。在这里,它已经演示了如何确定表面磨损测试之前和之后获得更好地理解如何将执行设备作为工作的一部分。

图4。triptic显示PEEK (PolyEtherEtherKetone)球体(左),表面磨损测试(右上角),前和后表面磨损测试(右下角)。体积的图像可以分析材料丢失,其他参数。

结论

NPFLEX和ContourGT 3 d光学显微镜的力量使快,多才多艺,和非接触式表征摩擦学和表面光洁度的广泛应用,对研究实验室和生产地板。这种技术提供的可重复的和精确的测量满足骨科领域的严格要求。相比一行从接触笔轮廓曲线仪跟踪,生成的3 d数据集可以更快的获得,他们也包括更多有效的表面参数的信息。这里介绍的自动化案例突显出3 d光学显微镜的能力提供简单、可再生的、高通量的分析髋关节杯。

研究分析显示一个高度精确的穿计量解决方案定制医疗植入市场。总之,三维光学显微镜提供了一个优越的计量解决方案的完整生命周期骨科植入物,从设计、制造到产品的复制衰老和穿着。

这些信息已经采购,审核并改编自力量提供了纳米材料的表面。亚博网站下载

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