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Ein Einblick in den Aufbau von Seilzugsensoren. Das Messseil ist präzise auf eine Trommel gewickelt.
Familie der Seilzugsensoren mit Messbereichen zwischen 50 mm und 50 m in verschiedenen Ausführungen.
Der Asssistenzroboter Soloassist unterstütz den Arzt bei minimal-invasiven Operationen.
Mit der nicht führenden Hand steuert der Arzt die Bewegungen des Systems millimetergenau mit Seilzugsensoren Wire-Sensor.
Durch die integrierten Seilzugsensoren wird eine präzise Winkelmessung an den Gelenken des Systems möglich.
Der Soloassist wird an die Operationsliege geklemmt. Die Sensoren befinden sich unterhalb der Liege, sodass Sie keinen Einfluss auf Röntgenbilder haben.

Bei minimal-invasiven Operationen arbeitet der Chirurg üblicherweise mit zwei Werkzeugen: Einem Halteinstrument und einem Schneidewerkzeug. Er führt beide durch kleine Schnitte in der Bauchdecke in den Körper ein, um zum Beispiel die Gallenblase zu entfernen. Anders als bei einer offenen OP sieht der Arzt sein Operationsfeld nicht, er muss mit dem Kamerabild auf einem Referenzmonitor arbeiten. Das Bild stammt von einem Endoskop, das ein zweiter Chirurg hält.

Die Aufgabenteilung Arbeiten/Sehen erfordert viel Kommunikation und führt leicht zu Missverständnissen. Außerdem ist langes, statisches Halten keine leichte Aufgabe: das Bild wird instabil und wackelig. Vor allem kleinere Krankenhäuser haben zudem zu wenig Chirurgen, um einen nur zum Halten abzustellen. Die Firma Aktormed aus Barbing bei Regensburg hat daher den Soloassist entwickelt: Das Endoskop wird in diesen Assistenzroboter eingespannt und von einem Chirurgen allein per Joystick bewegt.

Der Soloassist kann das Endoskop 360° um den Einstichpunkt drehen und bis zu 90° schwenken. Der Chirurg sieht damit den kompletten Bauchraum. Der Einsatz ist neben der Visceralchirurgie im Bauchraum auch in der Urologie und Gynäkologie möglich. Technisch gesehen ist der Soloassist ein hydraulisch angetriebener Knickarmroboter. Gesteuert wird die Mechanik durch eine doppelt ausgelegte Elektronik: Ein PC berechnet die notwendigen Bewegungen und eine zweite Elektronik sorgt für Sicherheit.

Digitale Maßbänder

Drei Seilzugsensoren vom Typ Wire-Sensor MK30 von Micro-Epsilon messen die Bewegungen des Soloassist: sie erfassen die Winkeländerung der Achsen. Die aktive Kameraführung muss Röntgenbilder möglichst schattenfrei darstellen; Drehgeber oder Potentiometer scheiden daher aus. Die Seilzugsensoren haben die nötige Größe und Genauigkeit und sie lassen sich problemlos einbauen und justieren. Lediglich das Seil steckt im Arm des Roboters, die Sensoren befinden sich unterhalb der Liege und stören dadurch keine Röntgenbilder.

Seilzugsensoren funktionieren wie ein Maßband, das die Weg- oder Abstandsinformation als elektrisches Signal ausgibt. Sie bestehen aus Gehäuse, Feder, Trommel, Messseil und einem Winkelmesser als Sensorelement. Das Messseil wird am gemessenen Bauteil befestigt und bei einer Bewegung von der Trommel auf- oder abgewickelt. Ein Winkelsensor erfasst diese rotatorische Bewegung. Verringert sich der Messabstand, dann wickelt die Triebfeder das Messseil wieder auf die Trommel. Dank der Seilspannung ist bei waagrechter Montage der Seildurchhang minimal und beeinflusst das Messergebnis kaum.

Als Sensorelement eignen sich im Prinzip alle am Markt erhältlichen Winkelsensoren mit passender Größe. Entsprechend vielfältig sind die möglichen Ausgangssignale, angefangen von Analogsignalen (etwa potentiometrisch, 4…20 mA und 0…10 V) über inkrementelle Signale (wie TTL) bis zu Feldbussen (CAN-Open, Profibus). In medizintechnischen Anwendungen kommen typischerweise Mehrwendel-Draht- oder -Hybridpotentiometer zum Einsatz. Diese erfüllen für viele Anwendungen die geforderten Leistungsdaten zum günstigsten Preis. Beide Typen unterscheiden sich durch die Lebensdauer. Drahtpotentiometer begrenzen die Lebensdauer von Seilzugsensoren auf etwa 200.000 Zyklen, während sie mit Hybridpotentiometern bis zu 1 Million Zyklen erreichen.

Wer höhere Anforderungen an Lebensdauer oder Genauigkeit stellt, etwa für CT-Tische, nutzt besser Sensorelemente auf Encoder-Basis. Die erreichen eine Linearität bis ±0,01 % des Messbereichs und eine deutlich höhere Standzeit. Zudem sind Wegaufnehmer dadurch per digitaler Schnittstellen ansteuerbar.

Kunststoffgehäuse

Micro-Epsilon setzt in der Medizintechnik, im Gegensatz zu den in der Industrie üblichen Metallgehäusen, seit Jahren auf gespritzte Kunststoffgehäuse. Dies garantiert neben der kleinstmöglichen Baugröße auch niedrige Kosten bei hohen Stückzahlen. Die sowieso kompakten Sensoren schrumpfen so noch weiter.

Durch die Kombination unterschiedlicher Sensorelemente und Messbereiche mit vielen Gehäusevarianten kann Micro-Epsilon für praktisch jede OEM-Applikation einen optimal passenden Seilzugsensor bereitstellen.