Kind Code:
C1
Inventors:
LANGE, KARL-HEINZ, 4980 BUENDE, DE
Application Number:
DE3914137A
Publication Date:
03/29/1990
Filing Date:
04/28/1989
Assignee:
EYEMETRICS-SYSTEMS AG, CHUR, CH
International Classes:
A61B5/107 (IPC1-7): A61B5/107
Domestic Patent References:
DE3545875A1N/A
Other References:
CH-Z.: Technische Rundschau, 45/88, S. 52,53:
Claims:
1. Parallelführungseinrichtung für einen Ohrtaster, mit einer ersten Parallelogrammführung, die zwei parallel verlaufende erste Lenker, ein vorrichtungsfestes Kopplungs­glied und ein bewegbares Kopplungsglied aufweist, und einer zweiten Parallelogrammführung, die zwei zweite, am beweg­baren Kopplungsglied schwenkbar angelenkte Lenker sowie ein weiteres Kopplungsglied aufweist, an dem der Ohrtaster angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Gelenke (26, 28) der ersten Parallelogrammführung (16) als einach­sige Gelenke ausgebildet sind, daß jeder der zweiten Lenker (32, 34) am beweglichen Kopplungsglied (30) derart angelenkt ist, daß er um zwei zueinander senkrechte Gelenkachsen (c, e; d, f) schwenkbar ist, wobei die einen Gelenkachsen (c, d) der zweiten Lenker miteinander fluchten und die anderen Gelenkachsen (e, f) der zweiten Lenker parallel zueinander verlaufen, und daß der Ohrtaster (8) am weiteren Kopplungs­glied mittels eines einachsigen Gelenks (50, 60, 64) drehbar gelagert ist dessen Gelenkachse (g) im wesentlichen horizontal verläuft.

2. Parallelführungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsebene der ersten Lenker (20, 22) im wesentlichen vertikal verläuft, daß die Bewegungsebene der zweiten Lenker (32, 34) im wesentlichen vertikal verläuft und daß diese Bewegungsebenen im wesent­lichen parallel zueinander oder sich deckend verlaufen.

3. Parallelführungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zweite Lenker (32, 34) am bewegbaren Kopplungsglied (30) mittels eines Kreuzgelenks gelagert ist.

4. Parallelführungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein am bewegbaren Kopplungsglied (30) um eine Achse (c-d) drehbar gelagertes Teil (38), an dem die beiden zweiten Lenker (32, 34) jeweils mittels eines einachsigen Gelenks (44, 46) gelagert sind.

5. Parallelführungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Lenker (32, 34) mit dem weiteren Kopplungsglied (36) jeweils mittels eines Kugelgelenks verbunden sind.

6. Parallelführungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ohrtaster (8) am weiteren Kopplungsglied (36) lösbar mittels einer Verbin­dungsvorrichtung (50, 60, 64) angebracht ist.

7. Parallelführungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das einachsige Gelenk (50, 60, 64) zwischen dem Ohrtaster (8) und dem weiteren Kopplungsglied (36) zugleich die lösbare Verbindungsvorrichtung (50, 60, 64) bildet.

8. Parallelführungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk (50, 60, 64) zwischen dem Ohrtaster (8) und dem weiteren Kopplungsglied (36) eine am weiteren Kopplungsglied angeordnete, kreiszylindrische Scheibe (50), deren Zylinderachse mit der Gelenkachse (g) des Gelenks zwischen dem Ohrtaster und dem weiteren Kopplungsglied zusammenfällt, und eine den Rand der Scheibe lediglich entlang eines Abschnitts ihres Umfangs umgreifende Ringnut (64) am Ohrtaster umfaßt, in der die Scheibe drehbar ist, und daß Sicherungsmittel (54, 62) die Scheibe und die Ringnut in ihrer Eingriffsstellung sichern.

9. Parallelogrammführungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungsmittel eine federbelastete Kugel (54) umfassen, die auf der Gelenkachse (g) angeordnet ist, in der Scheibe (50) oder dem Ohrtaster (8) gehalten ist und in eine Ausnehmung (62) am jeweils anderen Element (Ohrtaster oder Scheibe) eingreift.

10. Parallelführungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenschwerpunkt (S) der bewegbaren Elemente der ersten Parallelogrammführung (16) einschließlich ihres bewegbaren Kopplungsgliedes (30) auf einer Achse (h) angeordnet ist, die senkrecht zur Längsachse eines der ersten Lenker (20, 22) und durch dessen Gelenk am vorrichtungsfesten Kopplungsglied (24) verläuft, wobei der Massenschwerpunkt auf der dem Ohrtaster (8) zugewandten Seite dieses Gelenks liegt.

11. Parallelogrammführungseinrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen an einem der ersten Lenker (20, 22) befestigten Arm (66) und ein auf diesem verschiebbares Gewichtsteil (68) zur Einstellung des Ortes des Massen­schwerpunktes (S).

Description:
Die Erfindung bezieht sich auf eine Parallelführungseinrich­tung für einen Ohrtaster gemäß dem Oberbegriff von Patent­anspruch 1. Eine solche Parallelführungseinrichtung ist bekannt (DE-OS 35 45 875). Die bekannte Parallelführungseinrichtung kommt zur Anwendung bei einer Vorrichtung zum fotogrammetrischen Erfassen des menschlichen Kopfes. Der bekannte Ohrtaster besteht aus einem länglichen, im wesentlichen horizontal verlaufenden Abschnitt sowie einem von diesem länglichen Abschnitt im wesentlichen nach unten verlaufenden, gekrümm­ten Anlageabschnitt, der am Kopf in die Rille zwischen Ohr und Schädel eingelegt wird. Die Parallelführungseinrichtung dient dazu, den Ohrtaster relativ zur Vorrichtung derart vertikal und horizontal parallel zu sich selbst verlagern zu können, daß das vorstehend beschriebene Anlegen des Anlage­abschnitts je nach der individuellen Geometrie des Kopfes und Ohres erfolgen kann. Der Ohrtaster ist mit Marken versehen, die fotogrammetrisch mittels der Vorrichtung erfaßbar sind, so daß aus den so gewonnenen Daten auf die Geometrie des Bereichs hinter dem jeweiligen Ohr bzw. zwischen dem Ohr und dem Schädel geschlossen werden kann. Damit der Ohrtaster beim Anlegen auch um die Längsachse des länglichen Abschnitts gedreht werden kann und auf diese Weise die von Individuum zu Individuum unterschiedliche Innenneigung der Rille zwischen Ohr und Schädel erfaßt werden kann, sind bei der bekannten Parallelführungseinrich­tung die Gelenke der zweiten Parallelogrammführung vorzugs­weise als Kugelgelenke ausgebildet, so daß die zweite Parallelogrammführung etwas verdreht werden kann. Die Ausbildung der Gelenke der ersten Parallelogrammführung ist bei der bekannten Parallelführungseinrichtung beliebig. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Ausbildung der bekann­ten Parallelführungseinrichtung kann es dazu kommen, daß der Ohrtaster und somit die von ihm getragenen Marken nicht nur stets parallel zu sich verlagert werden, sondern in geringem Maße auch gekippt oder geneigt werden. Dies kann die Meßgenauigkeit beeinträchtigen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Parallelführungseinrichtung dahingehend zu verbessern, daß sie den Ohrtaster mit höherer Genauigkeit parallel führt, ohne daß die Möglichkeit verlorengeht, die Innenneigung des Anlageabschnitts des Ohrtasters verändern bzw. einstellen zu können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1. Wesentlich für die Erfindung ist, daß die vier Gelenke der ersten Parallelogrammführung einachsige Gelenke sind, d.h. eine Bewegung um lediglich eine Gelenkachse ermöglichen, daß die Gelenke der zweiten Lenker am bewegbaren Kopplungsglied jeweils zwei in bestimmter Weise verlaufende Gelenkachsen ä und zwar nur zwei Gelenkachsen ä aufweisen und daß für die gewünschte Einstellung der Innenneigung des Ohrtasters, d.h. die gewünschte Drehbarkeit des Ohrtasters ein zusätzliches Gelenk mit in bestimmter Richtung verlaufender Gelenkachse vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist dafür gesorgt, daß die beiden Parallelogrammführungen nicht verdreht werden können und für genaue Parallelführung des weiteren Kopp­lungsgliedes sorgen. Dies bewirkt die genaue Parallelführung des Ohrtasters und der von ihm getragenen Marken. Zugleich ist jedoch die Möglichkeit gewährleistet, den Ohrtaster um eine im wesentlichen horizontal verlaufende Gelenkachse zu drehen und außerdem in einer zweiten, zur ersten horizon­talen Bewegungsrichtung des Ohrtasters senkrechten Horizon­talrichtung verlagern zu können, um eine Anpassungsmöglich­keit an unterschiedliche Kopfbreiten zu bieten, die bei der bekannten Parallelführungseinrichtung durch deren Kugel­gelenke gegeben ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Von besonderem Vorteil sind die Maßnahmen gemäß Patent­anspruch 10. Durch diese ist gewährleistet, daß von der ersten Parallelogrammführung auf die zweite Parallelogramm­führung und somit auf den Ohrtaster eine horizontale Zugkraft ausgeübt wird, die unabhängig von dem Winkel, den die ersten Lenker mit der Senkrechten einschließen, und konstant ist. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum fotogrammetrischen Erfassen des menschlichen Kopfes, bei der die erfindungsgemäße Parallelführungseinrichtung angewendet ist; Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Parallelführungsein­richtung; Fig. 3 einen Horizontalschnitt gemäß A-A in Fig. 2 durch einen Ohrtaster und dessen Verbindungsvorrichtung; und Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Ohrtasters gemäß B-B in Fig. 3. Fig. 1 zeigt schematisch und lediglich durch die Umrisse ihres Gehäuses angedeutet eine Vorrichtung 2 zum fotogramme­trischen Erfassen eines menschlichen Kopfes 4. Diese Vorrichtung 2 sowie ihre Arbeitsweise werden hier nicht erläutert. Ausführlich beschrieben ist sie in der DE-OS 35 45 875. An der Vorrichtung 2 sind zwei Parallelführungseinrichtungen 6 befestigt, von denen lediglich eine in Fig. 1 gezeigt ist. Jede der beiden Parallelführungseinrichtungen 6 dient dazu, einen Ohrtaster 8 derart verlagerbar zu halten und zu führen, daß er in senkrechter Richtung, d.h. senkrecht in der Zeichenebene von Fig. 1, in einer ersten Horizontalrich­tung, d.h. waagerecht in der Zeichenebene von Fig. 1, und außerdem in einer zweiten Horizontalrichtung, nämlich senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1 parallel zu sich selbst verlagert werden kann. Außerdem ist der Ohrtaster 8 um seine eigene Längsachse drehbar, die im wesentlichen horizontal in der Zeichenebene von Fig. 1 verläuft. Der Ohrtaster 8 umfaßt einen länglichen, im wesentlichen waagerechten Abschnitt 10, an dessen freiem, in Fig. 1 rechtem Ende ein Anlageabschnitt 12 angesteckt ist. Der Anlageabschnitt 12 wird in Anlage an der Rille zwischen dem Ohr und dem Schädel des Kopfes 4 auf der Rückseite des Ohres gebracht. Die vorstehend erläuterten, durch die Parallelfüh­rungseinrichtung gegebenen Bewegungsfreiheitsgrade dienen dazu, das Anlegen des Anlageabschnitts 12 des Ohrtasters 8 zu ermöglichen. Der Ohrtaster 8 ist auf seiner Vorderseite mit Marken 14 (siehe Fig. 2) versehen, deren Orte im Raum bei der fotogrammetrischen Erfassung gemessen werden, so daß aus den Orten der Marken 14 auf die dreidimensionale Geometrie des Bereichs hinter dem Ohr geschlossen werden kann. Die Parallelführungseinrichtung 6 umfaßt eine erste Paral­lelogrammführung 16 sowie eine zweite Parallelogrammführung 18. Die erste Parallelogrammführung 16 umfaßt zwei gleich lange, parallel zueinander verlaufende erste Lenker 20 und 22, die an ihren in Fig. 1 oberen Enden jeweils mittels eines einachsigen Gelenkes schwenkbar an einem vorrichtungsfesten Kopplungsglied 24 angelenkt sind. An ihren unteren Enden sind die beiden ersten Lenker jeweils mittels eines einachsigen Gelenks 26 bzw. 28 an einem bewegbaren Kopp­lungsglied 30 schwenkbar angelenkt. Die vier Gelenke der ersten Parallelogrammführung 16 können als Zapfenlager ausgebildet sein. Ihre vier Gelenkachsen, von denen die Gelenkachsen a und b der Gelenke 26 und 28 in Fig. 2 angedeutet sind, verlaufen parallel zueinander. Die Bewe­gungsebene, in der sich die beiden ersten Lenker 20 und 22 bewegen können, verläuft im wesentlichen senkrecht, d.h. in der Zeichenebene von Fig. 1. Da die vier Gelenke der ersten Parallelogrammführung 16 jeweils einachsige Gelenke sind, d.h. Gelenke mit nur einer Gelenkachse, ist die erste Parallelogrammführung 16 verwindungssteif. Die zweite Parallelogrammführung 18 umfaßt zwei gleich lange, parallel zueinander verlaufende zweite Lenker 32 und 34. Diese zweiten Lenker 32 und 34 sind an ihren einen Enden schwenkbar am bewegbaren Kopplungsglied 30 angelenkt und an ihren anderen Enden gelenkig mit einem weiteren Kopplungs­glied 36 verbunden. Die gelenkige Verbindung zwischen den zweiten Lenkern 32 und 34 und dem als im wesentlichen dreieckige Platte ausgebilde­ten bewegbaren Kopplungsglied 30 andererseits ist auf folgende Weise ausgebildet. Am Kopplungsglied 30 ist ein Teil 38 in Form eines länglichen Rahmens mit Hilfe eines oberen Zapfenlagers 40 und eines unteren Zapfenlagers 42 drehbar gelagert. Die Gelenkachsen c und d der Zapfenlager 40 und 42 fluchten miteinander und verlaufen parallel zur Bewegungsebene der ersten Lenker 20 und 22. Die einen Enden der zweiten Lenker 32 und 34 verlaufen durch die Öffnung des rahmenförmigen Teils 38 und sind an diesem jeweils mittels eines einachsigen Gelenks 44 bzw. 46, das als Zapfenlager ausgebildet ist, schwenkbar gelagert. Die Gelenkachsen e und f der Gelenke 44 und 46 verlaufen parallel zueinander und senkrecht zu den Gelenkachsen c und d. Auf diese Weise sind die beiden zweiten Lenker 32 und 34 am bewegbaren Kopplungs­glied 30 jeweils um zwei Gelenkachsen ä und nur um zwei Gelenkachsen ä schwenkbar, nämlich einerseits die Gelenk­achsen e und f und andererseits die dazu senkrechten, miteinander fluchtenden Gelenkachsen c und d. Die beiden zweiten Lenker 32 und 34 können sich auf diese Weise in einer senkrechten Bewegungsebene bewegen, wobei diese Bewegungsebene der zweiten Lenker im wesentlichen parallel zur Bewegungsebene der ersten Lenker 20 und 22 verläuft, jedoch wegen der Drehbarkeit um die Gelenkachsen c und d relativ zur Bewegungsebene der ersten Lenker 20 und 22 aus der Parallellage heraus verschwenkbar ist. In sich ist die zweite Parallelogrammführung 18 wegen der beschriebenen Anlenkung am bewegbaren Kopplungsglied 30 gegen Verdrehen bzw. Verdrillen steif. Die nicht näher dargestellten Gelenke zwischen den in den Fig. 1 und 2 rechten Enden der zweiten Lenker 32 und 34 einerseits und dem weiteren Kopplungsglied 36 andererseits sind als Kugelgelenke ausgebildet. Von diesen ist lediglich eine Kugel 48 des unteren Kugelgelenks in Fig. 3 erkennbar. Das weitere Kopplungsglied 36 hat die Form eines weit geöffneten "V" und ist mit einer kreiszylindrischen Scheibe 50 versehen, deren Zylinderachse g mit der Längsachse des Ohrtasters 8 zusammenfällt und im wesentlichen horizontal in der Zeichenebene von Fig. 1 verläuft. Die Stirnseite der Scheibe 50 ist dem beweglichen Kopplungsglied 30 zugewandt und weist somit weg vom Anlageabschnitt 12. Entlang der Achse g ist im weiteren Kopplungsglied 36 eine Bohrung 52 ausgebildet, in der eine federbelastete Kugel 54 sitzt, die über die Stirnseite der Scheibe 50 nach links (in Fig. 3) vorsteht und entgegen der Federbelastung nach rechts in Fig. 3 gedrückt werden kann. Die kreiszylindrische Scheibe 50 befindet sich ungefähr an der Basis des "V" und steht von der durch die Schenkel 56 und 58 des weiteren Kopplungs­gliedes 36 gebildeten Ebene in Richtung zum bewegbaren Kopplungsglied 30 vor. Am vorderen, in Fig. 3 linken Ende des Ohrtasters 8 ist eine zur Scheibe 50 parallele und konzentrische Scheibe 60 angeformt. Diese Scheibe trägt auf ihrer Vorderseite die Marken 14. Auf ihrer Rückseite ist die Scheibe 60 mit einer Ausnehmung 62 versehen, in die die Kugel 54 einrasten kann. Auf der Rückseite der Scheibe 60 ist am Ohrtaster 8 eine Ringnut 64 ausgebildet, in die der Rand der Scheibe 50 eingesetzt ist, so daß er von der Ringnut 64 umgriffen wird. Allerdings erstreckt sich die Ringnut 64 nur über einen Abschnitt des Umfangs der Scheibe 50, und zwar vorzugsweise von etwas weniger als 180°, wie Fig. 4 erkennen läßt. Der längliche, waagerechte Abschnitt 10 des Ohrtasters 8 verläuft von der Scheibe 60 aus nach hinten, d.h. nach rechts in Fig. 3, wobei er zwischen den beiden Schenkeln 56 und 58 hindurch verläuft. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Ausbildung ist der Ohrtaster 8 lösbar mit dem weiteren Kopplungsglied 56 verbunden. Er kann von rechts in Fig. 2 bzw. von unten in Fig. 3 auf das weitere Kopplungsglied 36 geschoben werden. Dabei tritt der Rand der Scheibe 50 in di,Å04451DEC103914137 DE900712 e Ringnut 64 ein, während gleichzeitig die Kugel 54 in die Ausnehmung 62 einrastet. Die Scheibe 50 und die Ringnut 64 bilden zusammen ein einachsiges Gelenk mit der Gelenkachse g, um die der Ohrtaster 8 relativ zum weiteren Kopplungsglied 36 drehbar ist. Der längliche Abschnitt 10 hat im Bereich zwischen den beiden Schenkeln 56 und 58 eine solche Abmessung, daß die vorstehend genannte Drehung im erforderlichen Bereich möglich ist, bevor der Abschnitt 10 gegen den Schenkel 56 oder den Schenkel 56 stößt. Diejenigen Elemente, die das Gelenk zwischen dem Ohrtaster 8 und dem weiteren Kopplungs­glied 36 bilden, nämlich die Scheibe 50 und die Ringnut 64, bilden zugleich eine Verbindungsvorrichtung zwischen dem Ohrtaster 8 und dem weiteren Kopplungsglied 36, wobei diese Verbindung lösbar gesichert ist durch Sicherungsmittel, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Kugel 54 und die Ausnehmung 62 gebildet sind. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Geometrie des weiteren Kopplungsgliedes 36 ist dafür gesorgt, daß der Ohrtaster 8 zur Innenseite, d.h. nach links in Fig. 2, von der Parallelführungsvorrichtung vorsteht, so daß letztere das Anlegen des Ohrtasters 8 an den Kopf 4 nicht behindert und die Marken 14 von vorn, d.h. von links in Fig. 1, unbehindert sichtbar sind. An einem der ersten Lenker, und zwar beim dargestellten Ausführungsbeispiel am ersten Lenker 22, ist ein Arm 66 befestigt, an dem quer zur Längsachse des ersten Lenkers 22 verschiebbar ein Gewichtsteil 68 befestigt ist. Ferner ist am ersten Lenker 22 ein Gegengewicht 70 befestigt. Das Gegengewicht 70 und das Gewichtsteil 68 dienen dazu, den Massenschwerpunkt der bewegbaren Elemente der ersten Paral­lelogrammführung 16 einschließlich des bewegbaren Kopplungs­gliedes 30 derart festzulegen, daß die Gewichtskraft der ersten Parallelogrammführung 16 ein Moment um das obere Gelenk des ersten Lenkers 22 bewirkt, das seinen Größtwert hat, wenn die beiden ersten Lenker 20 und 22 senkrecht nach unten verlaufen. Dies heißt mit anderen Worten, daß durch das verschiebbare Gewichtsteil 68 und das Gegengewicht 70 der genannte Schwerpunkt S an eine Stelle gebracht wird, die auf einer Achse h liegt, die senkrecht zur Längsachse des ersten Lenkers 22 verläuft und durch dessen oberes Gelenk am vorrichtungsfesten Kopplungsglied 24 verläuft. Der Ort des Schwerpunktes S auf der letztbeschriebenen Achse h kann durch Verschieben des Gewichtsteils 68 verändert werden. Auf jeden Fall liegt er jedoch auf der dem Ohrtaster 8 zugewandten Seite des oberen Gelenks des ersten Lenkers 22. Durch diese Lage des Schwerpunktes S ist dafür gesorgt, daß die erste Parallelogrammführung 16 aufgrund ihres Gewichtes eine horizontale Zugkraft auf die zweite Parallelogrammfüh­rung 18 und somit den Ohrtaster 8 ausübt, die davon unabhängig ist, wie weit die beiden ersten Lenker 20 und 22 aus ihrer senkrechten Lage ausgelenkt sind. Dies heißt mit anderen Worten, daß diese horizontale Zugkraft konstant ist und in ihrer Größe durch die Lage des Schwerpunktes S auf der Achse h bestimmt ist. Dies ist insofern vorteilhaft, als dadurch für annähernd konstante Anlagekraft des Anlage­abschnitts 12 des Ohrtasters 8 am Ohr gesorgt ist, und zwar unabhängig davon, wie weit der Ohrtaster 8 aus der Vorrichtung 2 herausgezogen ist. Dadurch erübrigen sich aufwendige Federanordnungen zum gleichen Zweck.