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Optische Messung von Endoprothesen

| Redakteur: Peter Reinhardt

Hüftgelenkskugeln werden heute häufig noch taktil mittels Rauheits- und Konturenmessgeräten vermessen. Der Vorteil: Neben der Rauheit kann auch die Formabweichung genau bestimmt werden. Aufgrund immer feiner werdender Oberflächen und neuer Werkstoffe suchen inzwischen jedoch viele Hersteller nach zusätzlichen Messlösungen.

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Berührungslose Messung: Schadenanalyse der Oberfläche einer Gelenkkugel mit dem CWM 100 von Mahr.
Berührungslose Messung: Schadenanalyse der Oberfläche einer Gelenkkugel mit dem CWM 100 von Mahr.
(Bild: Mahr)

Taktile Verfahren können Rauheiten von Ra < 10 nm nur noch schwer erfassen. Die optische Messtechnik bietet hier interessante Alternativen. Für die hier beschriebene Anwendung sind die Weißlichtinterferometrie und die konfokale Messung am weitesten verbreitet. Während die konfokale Messung eher grob strukturierte Oberflächen ab etwa 20 nm Profiltiefe und steile Struktursprünge recht gut erfassen kann, ist die Weißlichtinterferometrie für Medizintechnikhersteller die Messmethode der Wahl bei feinen und glatt strukturierten Oberflächen ab 1 nm Profiltiefe.

Weißlichtinterferometrie stellt Flächen plastisch dar

Die Weißlichtinterferometrie hat bei typischen Messflächen von etwa 1,6 mal 1,2 mm oder 0,8 mal 0,6 mm in der direkten Erfassung eine sehr hohe vertikale Auflösung von zirka 0,1 nm. Sollen größere Flächen analysiert werden, können mittels Bildzusammenführung – des so gannten Stitching – die einzelnen Messflächen nahtlos zusammengefügt werden. Die flächenhafte Darstellung ermöglicht neben der Bestimmung der Standard-Oberflächenparameter auch eine plastische Darstellung von beispielsweise stochastischen Oberflächen und gibt Nutzern ganz allgemein einen dreidimensionalen Überblick über die tatsächliche Struktur der Prüflingsoberfläche.

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Keramische Hüftgelenkskugeln fallen ebenfalls in diese Messaufgabenkategorie. Zum einen weisen deren Oberflächen Strukturen im Bereich von wenigen Nanometern auf, zum anderen können die Oberflächen aufgrund der keramischen „Löcher“ bei einer Tastschnittmessung zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen führen – je nachdem, ob ein solches „Loch“ nun gerade erfasst wird oder nicht, variiert das Ergebnis. Die flächenhafte Bestimmung der Oberfläche gibt hier eine wesentlich bessere Aussage über Lage und Anzahl von Poren.

Interpretation des Ra-Werts birgt Fehlerpotenzial

Im Zusammenhang mit der Vermessung von Endoprothesen ist auch auf die unzulängliche Normung (ISO 21534) für die Bestimmung der Oberflächengrößen hinzuweisen. Denn ein Ra-Parameter erlaubt keine Aussage über Ausreißer und ist vor allem bei nicht vollständiger Eliminierung der Form aus dem Rohprofil äußerst kritisch zu betrachten. Die große Anzahl von Flächenparametern nach der noch nicht offiziellen ISO 25178-2 ermöglicht hingegen eine auf den jeweiligen Einzelfall optimierte Auswertung der Oberflächenqualität.

Revisionen und Schadensfälle analysieren

Weitere Anwendungsfälle für die optische Flächenmessung sind die Analyse von Revisionen bzw. Schadenfallanalysen. Hierbei ist es wichtig, die verschlissene Fläche der Implantate zu untersuchen. Denn Abtrag von Material kann bei Patienten zur Partikelkrankkeit führen. Mit den berührungslosen Messverfahren der Mahr-Geräte CWM 100 oder WM 100 können solche Verschleißerscheinungen sehr gut analysiert werden.

Kontakt:

Mahr GmbH

D-37073 Göttingen

www.mahr.de

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