DE3610897A1 - Vorrichtung zur bestimmung der kraefte im bereich der kontaktflaechen zwischen einer brillenfassung und dem kopf eines brillentraegers - Google Patents
Vorrichtung zur bestimmung der kraefte im bereich der kontaktflaechen zwischen einer brillenfassung und dem kopf eines brillentraegersInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei aufgesetzter Brille berührt die Brillenfassung
den Kopf des Brillenträgers an mehreren Stellen, z.B.
im Bereich der Nasenflanken, der Nasenwurzel und der
Ohren. Sobald an einer dieser Berührungsstellen ein
Druck ausgeübt wird, der einen von Brillenträger zu
Brillenträger unterschiedlich hohen Schwellwert über
steigt, können beim Tragen der Brille Komplikationen
auftreten, die das Wohlbefinden des Brillenträgers
erheblich beeinträchtigen.
Auf der Basis dieser Erkenntnis hat man versucht, die
Druckbelastung an den Kontaktflächen zwischen Brillen
fassung und dem Kopf des Brillenträgers aus dem Bril
lengewicht und der Form der Brillenfassung zu berech
nen. Diese Berechnung hat sich jedoch als ungeeignet
erwiesen, da sie von idealisierten Bedingungen aus
gehen muß, die in der Praxis nicht gegeben sind, so
daß die Berechnungsergebnisse die speziellen Bela
stungsverhältnisse für den einzelnen Brillenträger
nicht genau genug wiedergeben. Dabei kommt erschwerend
hinzu, daß bereits diejenigen Eigenspannungen der Bril
lenfassung, die entstehen, wenn die Brille nicht rich
tig sitzt, zu einer derartigen Druckerhöhung an einer
bestimmten neuralgischen Berührungszone zwischen Bril
lenfassung und Kopf führen kann, die der Brillen
träger nach längerem Tragen der Brille als äußerst
unangenehm empfindet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor
richtung zu schaffen, mit der der Sitz einer Brillen
fassung am Kopf des Brillenträgers exakt kontrollier
bar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Patent
anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung schafft in Form des
Kraft-Meßfühlers eine Kraftmeßsonde, die so ausgebil
det ist, daß sie an die Kontaktstellen zwischen Bril
lenfassung und Kopf des Brillenträgers bringbar ist.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß an die
jeweiligen Kontaktflächen bei abgenommener Fassung
die einzelnen Kraft-Meßfühler gebracht werden und
anschließend die Fassung aufgesetzt wird. Eine weite
re Möglichkeit der Anwendung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung besteht darin zwischen Fassung und Kopf
des Brillenträgers einen Kraft-Meßfühler bzw. mehrere
Kraft-Meßfühler einzuführen und dann die Fassung wieder
in die richtige aufgesetzte Lage zu bringen. Mit einer
derartigen Vorrichtung können die beim Tragen der Bril
lenfassung auftretenden Kräfte exakt individuell be
stimmt werden. Es hat sich gezeigt, daß ausreichend
genau arbeitende Kraft-Meßfühler herstellbar sind,
die flach genug ausgebildet sein können, damit bei
eingesetztem Kraft-Meßfühler zwischen Brillenfassung
und Kopf keine spürbare Veränderung der räumlichen
Relativlage zwischen Brillenfassung und Kopf eintritt.
Dies eröffnet die Möglichkeit, mit einer einzigen
Kraftmeßsonde zu arbeiten und diese punktuell und auf
einanderfolgend an die verschiedenen Kontaktstellen
zwischen Brillenfassung und Kopf heranzuführen und
dort die Kräfte zu messen, ohne dadurch die beim na
türlichen Tragen der Brille auftretenden Kräfte in
unzulässig großem Ausmaß zu verfälschen.
Die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 schafft ein
einfaches Meßgerät, das in der Ausgestaltung als Ein
fach-Meßsonde ein handliches Arbeitsgerät für den
Augenarzt oder Optiker zur Überprüfung des Sitzes der
Brillenfassung darstellt.
Um sicherzustellen, daß sich der Kraft-Meßfühler bei
Ankopplung an einen Halter möglichst kräftefrei den
verhältnismäßig komplex gestalteten Auflageflächen
am Kopf des Brillenträgers anpassen bzw. anschmiegen
kann, ist es vorteilhaft, die Vorrichtung gemäß Patent
anspruch 3 weiterzubilden.
Für die Gestaltung des Kraft-Meßfühlers bleibt ein
verhältnismäßig großer Spielraum. Es ist allerdings
zweckmäßig, daß er sehr flach, beispielsweise in der
Größenordnung von bis zu einer Dicke von 0,8 mm baut.
So kann beispielsweise ein Lappenähnliches Gebilde
Anwendung finden, das sich an die Kontaktflächen in
mehreren Richtungen anschmiegt. Eine besonders einfa
che und dennoch ausreichend genau arbeitende Ausge
staltung des Kraft-Meßfühlers ist Gegenstand des Pa
tentanspruchs 4. Um eine definierte Belastungsrich
tung des Kraft-Meßfühlers bereitzustellen, ist es vor
teilhaft, diesen mit einer definierten Meß-Auflage
fläche auszugestalten. Diese Meß-Auflagefläche kann
nicht nur der Lage, sondern auch der Größe nach ge
zielt festgelegt werden, um dadurch die Meßstelle exakt
und reproduzierbar zu definieren und eine Aussage über
die Druckbelastung zu erhalten.
Wie oben bereits erwähnt, sind die Kontaktflächen
zwischen Brillenfassung und Kopf des Brillenträgers
nicht nur unterschiedlich räumlich angeordnet, son
dern darüber hinaus auch von der Geometrie her unter
schiedlich ausgebildet. So sind beispielsweise im Be
reich der Nasenflanken nahezu ebene Auflageflächen
vorhanden, wohingegen im Bereich der Nasenwurzel und
im Bereich des Ohransatzes am Schädel eine Paarung
zwischen zwei Flächen vorliegt, die jeweils in zwei
Ebenen gekrümmt sind. Um auch an diesen Stellen, die
darüber hinaus manchmal schwer zugänglich sind, repro
duzierbare und exakte Messungen vornehmen zu konnen,
ist es vorteilhaft, den Kraft-Meßfühler gemäß Patent
anspruch 6 auszubilden, wenn er an einem Halter ange
bracht ist. Diese Ausbildung kann gleichzeitig dazu
herangezogen werden, das Einführen des Kraft-Meßfühlers
in den Kontaktbereich an der jeweiligen Meßstelle zu
erleichtern.
Meßfühler mit den oben erwähnten Kriterien, hinsichtlich geringer
Bauhöhe und ausreichend großem Auflösungsvermögen zur Messung von
Kräften im Bereich zwischen etwa 1 bis 100 mN kön
nen auf der Basis verschie
dener physikalischer Effekte arbeiten. Eine vorteil
hafte Möglichkeit ist Gegenstand des Patentanspruchs
6. Der mechanische Teil des Druck-Meßfühlers wird hier
bei bevorzugter Weise von einem Tastzungen-Paar ge
bildet, die als Wegaufnehmer im Bereich der zu beurtei
lenden Meßstelle fungieren. Auf diese Weise kann die
Länge, die ohnehin dazu benötigt wird, um am Druck-Meß
fühler eine feine und ggf. schmale Spitze auszubilden,
dazu herangezogen werden, eine geeignete Weg- und/oder
Kraft-Übersetzung bereitzustellen, die dann als Ein
gangsgröße für den elektrisch arbeitenden Meßwert-
Signalumformer herangezogen werden kann.
Wenn als Meßwert-Signalumformer ein Dehnungsmeßstreifen
verwendet wird, ist die Ausbildung gemäß Patentanspruch
11 von besonderem Vorteil, da auf diese Weise die de
finierte Biegestelle unabhängig von der Gestaltung
der Tastzungen optimiert werden kann. Ein weiterer
Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß der Meß
wert-Signalumformer an einer Stelle angebracht werden
kann, die sich in verhältnismäßig großer Entfernung
vom eigentlichen Meßpunkt befindet, so daß er vor äus
seren Einflüssen weitestgehend geschützt ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Biegestelle ist
Gegenstand des Patentanspruchs 12.
Wenn der Meßfühler gemäß Patentanspruch 13 ausgebildet
ist, ergibt sich eine einfache und robuste Konstruk
tion. Die fest mit dem Meßfühler-Kopf und dem mit der
Biegestelle ausgestatteten Element verbundene Tast
zunge ist jedoch bei dieser Ausgestaltung nicht als
Weg-Aufnehmerelement heranzuziehen, so daß sich bei
extrem kleinen zu messenden Kräften Meßverfälschungen
dadurch ergeben können, daß der Meßfühler mit dieser
festen Tastzunge mit unterschiedlich großer Kraft auf
die Kontaktfläche gedrückt wird.
Die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 14 ist in der
Lage, derartige Meßverfälschungen zu eliminieren.
Mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 15 gelingt
es, die sehr dünn ausgebildete Tastzunge vor kriti
schen seitlichen Belastungen zu schützen. Zur Verbes
serung dieser Schutzwirkung kann vorgesehen sein, daß
die Außenfläche der beweglichen Tastzunge konvex bzw.
ballig ausgeführt wird, so daß der Meßfühler problemlos
zwischen Brillenfassung und Kopf des Brillenträgers
geschoben werden kann, ohne hierdurch die Meß-Tast
zunge zu beschädigen.
Anstelle der Messung mittels eines Dehnungsmeßstrei
fens kann auch ein Piezoelement Anwendung finden,
das eine der darauf einwirkenden Kraft im wesentlichen propor
tionale Spannung abgibt. Dieses Piezoelement wird im
wesentlichen an derselben Stelle angebracht, wie das
mit der Soll-Biegestelle ausgestattete Element gemäß
der Weiterbildung nach Patentanspruch 11 ff.
Eine ebenfalls vom vorrichtungstechnischen Aufwand
her sehr einfache Weiterbildung ergibt sich dann, wenn
der Kraft-Meßfühler pneumatisch arbeitet. Besonders
vorteilhaft ist bei dieser Variante die Weiterbildung
gemäß Patentanspruch 17. Diese Variante hat den Vor
teil, daß die Meßfühlerspitze in der Ausgestaltung
als geschlossenes Hohlprofil stabiler ausgebildet
sein kann. Bei dieser Variante ist ebenfalls bezüg
lich der Gestaltung der Meßfühler-Spitze ein großer
Freiraum eröffnet, so daß alle Kontaktstellen zwischen
Brillenfassung und Kopf des Brillenträgers optimal
durch geeignete Wahl der Meßfühlerspitze überprüft
werden können. Bei dieser Ausgestaltung kann die Kunst
stoffblase selbst mit ihrem aus dem Meßfühlerkopf
vorstehenden Abschnitt den Meßpunkt definieren. Es
ist jedoch auch möglich, daß dieser Abschnitt der
Kunststoffblase ein gesondertes Element trägt, das
zur Ausbildung des definierten Meßpunkts dient, der
ggf. mit einer vorbestimmten Fläche versehen sein kann.
Wenn die Kunststoffblase gemäß Patentanspruch 18 von
beiden Oberflächen des Meßfühlerkopfs vorsteht, kann
die Meßgenauigkeit der Vorrichtung angehoben werden.
Die Spitze des Meßfühlerkopfs kann auf diese Weise kontrol
liert im Bereich der Kontaktfläche aufgesetzt werden,
indem der vom Arzt bzw. vom Optiker aufgebrachte An
preßdruck ständig überwacht wird.
Wenn der Drucksensor gemäß Patentanspruch 20 ein elek
trisches Signal abgibt, eröffnet sich die Möglichkeit
einer trägheitsarmen und exakten Signalverarbeitung
bzw. -auswertung.
Der Kraftmeßfühler kann auch rein nach dem piezoelek
trischen Prinzip arbeiten. In diesem Falle ergeben
sich bezüglich der Gestaltung des Meßfühlerkopfes
die gleichen Vorteile, wie sie oben im Zusammenhang
mit dem pneumatischen Wegaufnehmer beschrieben worden
sind. Diese Meßmethode hat den Vorteil, daß sich das
Piezo-Kristallelement unter Krafteinwirkung nicht
spürbar bzw. sichtbar verformt. Die Dicke der Meßfüh
lerspitze kann auf diese Weise im Verhältnis zu den
vorstehend beschriebenen Lösungsvarianten um das maxi
male Wegaufnahme-Maß reduziert werden.
Die Verwendung des piezoelektrischen Effekts bei der
Kraftmessung hat darüber hinaus den Vorteil, daß das
Piezoelement verhältnismäßig einfach in der Meßfüh
lerkopf-Spitze fixiert werden kann, da keine spürbaren
Verformungen des Meßwert-Aufnehmers zu berücksichtigen
sind. Insbesondere ist bei dieser Variante mit ein
fachen Maßnahmen dafür zu sorgen, daß der Piezo-Kri
stall sowohl von der einen, der Brillenfassung zuge
wandten Seite, als auch von der anderen, der Kopfober
fläche zugewandten Seite des Meßfühlerkopfs vorsteht.
Dadurch kann der die erfindungsgemäße Vorrichtung hand
habende Arzt bzw. Optiker beim Ansetzen der Druckmeß
sonde zuverlässig kontrollieren, ob er den Meßfühler
ungewollt mit einer zu großen Andruckkraft an die Meß
stelle heranführt.
Mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 24 gelingt
es, die Kraftverhältnisse selbst an den Stellen, an
denen die Kontaktflächen zwischen Brillenfassung und
Kopf des Brillenträgers sehr komplex gestaltet sind,
aussagekräftig zu bestimmen.
Die vorstehend diskutierten Lösungsvarianten haben
sämtlich gemeinsam, daß ein Kraft- bzw. Wegaufnehmer
in einen gehäuseähnlich ausgebildeten Meßfühlerkopf
aufgenommen sind. Um sicherzustellen, daß der Kraft- bzw. Weg
nehmer beim Meßvorgang frei von äußeren Zwangskräften
ist, die beispielsweise vom Halter bzw. der Halterung
eingeleitet werden könnten, ist es vorteilhaft, wenn
zwischen Meßfühlerkopf und Halter bzw. Halterung ein
Gelenk mit vorzugsweise mehreren Freiheitsgraden eingegliedert ist,
so daß sich der Kraft- oder Wegaufnehmer mit seiner Sensibilisie
rungsrichtung normal zu den jeweiligen Kontaktflächen
ausrichten kann.
Bei der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 26 ist die
ser zusätzliche vorrichtungstechnische Aufwand nicht
mehr erforderlich, da bei einer Messung unter Zugrunde
legung dieser physikalischen Effekte als Träger des
Kraftaufnehmers eine flexible Folie, wie z.B. eine
Kunststoffolie, Anwendung finden kann, die die vor
stehend beschriebene Gelenkwirkung zwischen Kraftauf
nehmer und Halter aus sich heraus besitzt. Dabei ist
es besonders vorteilhaft, mit einem Sandwich-Aufbau
der Folie zu arbeiten, wobei die beiden Deckfolien
die Signalgeber zusammen mit den elektrischen Anschlüs
sen tragen. Eine dazwischenliegende Schicht fungiert
als eine sich den Kontaktoberflächen optimal anpassende
Stabilisierungsmatrix, die die räumliche Lagezuordnung
der Signalgeber gerichtet in Abhängigkeit von den auf
die Folie einwirkenden Normalkräften zuläßt und be
stimmt. Dabei kann auch bei dieser Ausgestaltung dafür
Sorge getragen werden, daß der Kraft-Meßfühler nur auf einer
ganz bestimmten und größenmäßig definierten Fläche
zur Erfassung von Kräften sensibilisiert ist, wo
durch reproduzierbar genau der Meßpunkt festlegbar und
die gemessene Kraft in eine Druckgröße umrechenbar ist.
Eine derartige Sandwich-Folie kann selbst bei Integrie
rung der im Patentanspruch 27 genannten Signalgeber ex
trem dünn ausgebildet werden, so daß der Sitz der Brille
durch Einführung der Folie an einer Kontaktstelle zwi
schen Fassung und Kopf des Brillenträgers nicht spürbar
beeinflußt wird.
Wenn die Folie an definierten Stellen Erhebungen zur
Festlegung des Meßpunkts aufweist, kann die Meßstelle
noch genauer festgelegt und das Belastungsprofil über
gewisse größere Kontaktstrecken noch genauer bestimmt
werden.
Die dazwischenliegende Schicht ist vorteilhafterweise
von einer weichen Kunststoff-Einlage gebildet, die
sich unter Belastung zusammendrücken läßt. Dabei genü
gen bei Verwendung der vorstehend erwähnten Signal
geber bereits geringste Verformungen der weichen Kunst
stoffeinlage, um eine ausreichend große Auflösung der
Kraftmessung sicherzustellen. Insbesondere bei Anwen
dung des kapazitiven Prinzips kommt der Meßgenauigkeit
der Vorrichtung die sehr geringe Dicke der Folie ent
gegen, da das Auflösungsvermögen eines kapazitiv arbei
tenden Weg-Meßsystems immer größer wird, je näher die
Kondensatorelemente aneinander rücken.
Bedingt durch die sehr flache Bauweise des Kraft-Meß
fühlers kann die Überprüfung des Sitzes einer Brillen
fassung unter Zuhilfenahme einer Einfachsonde erfol
gen, die sequentiell an die verschiedenen Kontaktbe
reiche zwischen Brillenfassung und Kopf des Brillen
trägers herangeführt wird, wobei die einzelnen Meß
werte entweder in ein Protokoll eingetragen werden
oder in einem Speicher abgespeichert werden. Es ist
jedoch auch möglich, die Überprüfung durchzuführen, in
dem eine Mehrfachsonde gemäß Patentanspruch 31 an die
verschiedenen Kontaktstellen herangebracht wird.
Mit
einer derartigen Mehrfachsonde kann beispielsweise
gleichzeitig der gesamte Kontaktbereich zwischen Fas
sungssteg und Nase auf optimalen Sitz
überprüft werden. Durch die Ausrichtbarkeit der Meß
fühler-Köpfe kann bereits eine Grob-Justierung erfol
gen, um bei einem ggf. vorgesehenen automatischen Vor
schub des Sammelhalters die oben bereits angesprochenen
Zwangskräfte von vornherein auszuschließen.
Ebenso wie die Einfachsonde, bei der der Meßfühler
kopf an einem Handgriff befestigt ist, ist auch bei
der Mehrfachsonde ggf. durch eine Gelenkeinrichtung
dafür Sorge zu tragen, daß sich die einzelnen Meß
fühler zwängungsfrei senkrecht zur Kontaktflächen-Nor
malen zwischen Brillenfassung und Kopf-Auflagefläche
ausrichten. Dies geschieht am besten durch ein räum
liches Gelenk, beispielsweise ein Kardangelenk. Um
den Meßfühler dennoch sicher handhaben zu können, ist
es vorteilhaft, die Gelenkeinrichtung mit Federein
richtungen zumindest dann zu stabilisieren, wenn der
Meßfühler an die Meßstelle herangeführt wird. Die Wei
terbildung gemäß Patentanspruch 34 führt dann zu dem
Vorteil, daß die Federstabilisierung im Zeitpunkt des
Messens den Meßwert nicht mehr verfälschen kann.
Um sich bei sequentieller Untersuchung verschiedener
Abstützpunkte zwischen Brillenfassung und Kopf des
Brillenträgers abschließend ein Gesamtbild vom Sitz
der Brillenfassung machen zu können, ist die Weiter
bildung der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 36 von
besonderem Vorteil. Über die Anzeigevorrichtung sind
sämtliche hintereinander gemessene Belastungswerte
im Zusammenhang sichtbar zu machen, so daß dem Arzt
bzw. Optiker trotz punktueller Messungen ein überge
ordnetes Gesamtbild vom Sitz der Brillenfassung vermit
telt werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand
der übrigen Unteransprüche.
Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen
mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläu
tert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische schema
tische Ansicht einer Brillen
fassung zur Verdeutlichung der
hauptsächlichen kritischen Kon
taktpunkte zwischen Brillen
fassung und Kopf des Brillen
trägers,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht
einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrich
tung zur Bestimmung der Kräfte
im Bereich der Kontaktflächen
zwischen Brillenfassung und
Kopf in der Ausführung als ma
nuell zu handhabende Einfach
sonde,
Fig. 3 eine im vergrößerten Maßstab
gezeigte Schnittansicht des
Meßfühler-Kopfs der Vorrich
tung gemäß Fig. 2, bei einer
Schnittführung entlang der Linie
III-III in Fig. 2,
Fig. 4 eine schematische Teil-Schnitt
ansicht einer weiteren Ausfüh
rungsform der Einfachsonde,
Fig. 5 in einer der Fig. 4 ähnlichen
Ansicht eine weitere Ausfüh
rungsform der Einfachsonde,
Fig. 6 eine im vergrößerten Maßstab
gezeigte perspektivische Ansicht
des vorderen Bereichs der in
Fig. 5 dargestellten Sonde,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch die
Spitze des bei der Ausführungs
form gemäß Fig. 5 und 6 ver
wendeten Meßfühlers,
Fig. 8 in einer der Fig. 5 ähnlichen
Darstellung eine weitere Ausfüh
rungsform der Einfachsonde,
Fig. 9 in einer der Fig. 8 entspre
chenden Ansicht eine der Fig. 2
entsprechenden Ausführungsform
der Einfachsonde, wobei jedoch
Einzelheiten des Wegaufnehmers
gezeigt sind,
Fig. 10 im vergrößerten Maßstab eine
Draufsicht auf einen Dehnungs
meßstreifen, der bei der Aus
führungsform gemäß Fig. 9 Anwen
dung findet,
Fig. 11 eine Seitenansicht des in Fig.
10 gezeigten Dehnungsmeßstrei
fens,
Fig. 12 einen Längsschnitt durch die
Spitze des Meßfühlers der Aus
führungsform gemäß Fig. 9, bei
abgenommenem Meßfühler-Kopf-Gehäuse,
Fig. 13 eine Draufsicht der Meßfühler-
Spitze gemäß Fig. 12,
Fig. 14 eine Schnittansicht des Meßfüh
ler-Kopfes für die Ausführungs
form gemäß Fig. 9,
Fig. 15 eine schematische Darstellung
einer Gelenkeinrichtung zwi
schen Meßfühler-Kopf und Halter,
Fig. 16 eine Ansicht des in Fig. 15
gezeigten Meßfühler-Ausschnitts
von oben,
Fig. 17 eine Ansicht einer Meßfühler-
Spitze, die zur Messung der
Kontaktfläche zwischen Brillen
fassung und Kopf im Bereich
des Ohransatzes Anwendung fin
det,
Fig. 18 eine im vergrößerten Maßstab
gezeigte Ansicht der Einzelheit
XVIII in Fig. 17,
Fig. 19 eine perspektivische Ansicht
einer weiteren Ausführungsform
des Meßfühlers mit einer abge
wandelten Gestaltung der Meß
fühler-Spitze,
Fig. 20 in einer der Fig. 20 entspre
chenden Ansicht eine schemati
sierte Darstellung einer weite
ren Ausführungsform des Meß
fühlers,
Fig. 21 einen Längsschnitt durch eine
weitere Ausführungsform des
Meßfühlers,
Fig. 22 und 23 perspektivische Ansichten von
Brillenfassungsteilen zur Ver
deutlichung der Möglichkeiten
der Sitzüberprüfung mittels
der erfindungsgemäßen Druck
meßsonde,
Fig. 24 eine schematische Darstellung
einer Mehrfachsonde,
Fig. 25 eine perspektivische Ansicht
der Gesamtvorrichtung zur Be
stimmung der Kontaktkräfte zwi
schen Brillenfassung und Kopf
des Brillenträgers, und
Fig. 26 ein Blockschaltbild zur Ver
deutlichung der Meßsignalver
arbeitung in der Vorrichtung.
In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Brillen
fassung bezeichnet, die eine Brücke 2, zwei Stege 3,
zwei Backen 4 und zwei Bügel 5 aufweist. Die schwar
zen Pukte A kennzeichnen schematisch die für den Trage
komfort der Brille entscheidenden Kontaktflächen zwi
schen der Brillenfassung 1 und dem nicht näher darge
stellten Kopf des Brillenträgers. Mit A 1 sind die Kon
taktflächen im Bereich der Nasenflanken, mit A2 die
Kontaktfläche im Bereich des Nasensattels, mit A3 die
Kontaktbereiche zwischen Bügel 5 und dem oberen Bereich
des Ohransatzes und mit A4 diejenigen Kontaktstellen
bezeichnet, die sich hinter dem Ohr in der sogenannten
Kulle des Ohransatzes befinden.
Bei richtigem Sitz der Brillenfassung am Kopf sind
die Kontaktkräfte im Bereich der Kontaktflächen A so
gehalten, daß die Kräfteverteilung einigermaßen sym
metrisch vorliegt, d.h. keine Kontaktkraft-Spitzen
an irgendeiner Kontaktfläche auftreten. Zur Überprü
fung eines exakten Sitzes der Brille dient die im
folgenden anhand der Fig. 2 bis 25 näher zu beschrei
bende Vorrichtung, mit der die Kräfte im Bereich der
Kontaktflächen zwischen der Brillenfassung 1 und dem
Kopf des Brillenträgers exakt und reproduzierbar ge
messen werden können.
Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung stellt eine Meß
sonde 8 dar, die im wesentlichen aus drei Teilen be
steht. Ein griffelartiger Halter 10 trägt an seinem
vorderen Ende einen Druck- bzw. Kraft-Meßfühler 12,
der zumindest im Bereich der Spitze platten- bzw.
blattförmig ausgebildet ist, damit er mit seiner Meß
fühlerspitze 14 an den jeweiligen Kontaktflächen A
angeordnet werden kann, ohne hierdurch am Sitz der
Brillenfassung, d.h. an der räumlichen Lagezuordnung
zwischen Brillenfassung und Kopf des Brillenträgers
etwas zu ändern. Zu diesem Zweck ist die Meßfühler
spitze 14 extrem flach ausgebildet, was beispielsweise
aus der Schnittdarstellung gemäß Fig. 3 hervorgeht.
Die Höhe H 14 liegt etwa in der Größenordnung von 0,6
bis 0,8 mm, so daß beispielsweise durch Unterschie
ben des Meßfühlers 12 unter die Brillenfassung keine
spürbare Beeinträchtigung der Abstützungsverhältnisse
an den anderen Kontaktflächen hervorgerufen wird.
Die Meßfühlerspitze 14 der Ausführungsform gemäß Fig.
2 ist zungenartig ausgebildet, um mit dem Meßfühler
alle entscheidenden Kontaktflächen A zwischen Brillen
fassung und Kopf des Brillenträgers erreichen zu kön
nen. Um die Verschiebbarkeit des Meßfühlers 12 zwischen
Hautoberfläche und Brillenfassung zu erleichtern, sind
die Bestandteile der Meßfühler-Spitze abgerundet, so
daß kein Verkanten oder Verhaken der Meßfühlerspitze
auftreten kann. Der dritte Teil der Meßsonde 8 wird
von einem Signal-Umformer mit zugehöriger Signal-Ver
arbeitungseinrichtung gebildet, von der in Fig. 2 le
diglich die elektrischen Anschlüsse 16 erkennbar sind.
Über den Signal-Umformer erfolgt die Umwandlung eines
der Kraft im Kontaktflächenbereich A entsprechenden
Signals in ein elektrisches Signal, das dann - wie
später noch näher zu erläutern sein wird - in geeig
neter Weise verarbeitet wird. Diese Umwandlung erfolgt
bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 3 dadurch,
daß ein der Kraft proportionaler Weg direkt abgegrif
fen wird und dieser Weg dann ggf. über eine Überset
zung in ein dazu proportionales elektrisches Signal
umgewandelt wird. Der maximale Meßweg ist in Fig. 3
mit WM bezeichnet, der in der Größenordnung von 0,1 mm
liegt. Der Aufbau eines derartigen Kraft-Meßfühlers
soll später anhand der Fig. 9 ff. im einzelnen erläu
tert werden. Es ist jedoch hervorzuheben, daß die
Durchführung der Messung nicht auf dieses elektrome
chanische Prinzip beschränkt ist. Vielmehr ist es mög
lich, den Kraft-Meßfühler 12 auf der Basis weiterer
physikalischer Effekte zu betreiben, was nachfolgend
anhand der Ausführungsformen gemäß Fig. 4 bis 8 erläu
tert werden soll.
Fig. 4 zeigt eine Meßsonde 20, die ebenso wie die Meß
sonde 8 als Einfach-Meßsonde ausgebildet ist und eben
falls einen Halter 22 und einen eigentlichen Kraft-
Meßfühler 24 besitzt. Mit der Bezugsnummer 26 ist ein
Anschlußkabel bezeichnet, das zu einer nicht näher
dargestellten Signalverarbeitungseinrichtung führt.
Bei dieser Ausführungsform trägt der Halter 22 einen
in Form eines Hohlgehäuses ausgeführten Meßfühler-Kopf
28, der einen hinteren Abschnitt 30 und einen Spitzen
abschnitt 32 aufweist, der im wesentlichen so dimen
sioniert ist, wie die Meßfühlerspitze gemäß Fig. 2
und 3. Im Spitzenabschnitt 32 des Meßfühlers ist eine Aus
nehmung 34 mit bevorzugterweise genau festgelegter
Geometrie vorgesehen, durch die hindurch sich die Aus
nehmung 34 ausfüllend eine Kunststoffblase 36 er
streckt, die mit Druckgas gefüllt und an einem Druck
sensor 38 angeschlossen ist. Über eine Druckleitung
40 erfolgt eine automatische Druckregulierung in der
Kunststoffblase. Die Meßsonde 20 funktioniert derart,
daß die Druckdifferenz, die bei der Belastung der Blase
36 durch die Meßkraft F M entsteht, im Gasdrucksensor
38 gemessen, dort in ein elektrisches Signal umgewan
delt und schließlich elektrisch ausgewertet wird.
Abweichend von der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform
kann auch eine weitere Ausnehmung für die Kunststoff
blase 36 auf der der Kontaktfläche A zugewandten Seite
des Meßfühler-Kopfs 28 vorgesehen sein, so daß von
der Kunststoffblase 36 ausschließlich die Normalkräfte
erfaßt werden, die durch die Abstützung der Brillen
fassung am Körper 42 hervorgerufen werden. Eine mehr
oder weniger große Anfangs-Andruckkraft, mit der der
Meßfühler-Kopf 28 von der Bedienungsperson der Meß
sonde gegen die Oberfläche des Körpers 42 gedrückt
wird, kann dabei das Meßergebnis nicht mehr verfäl
schen. Dies ist insbesondere deshalb von Bedeutung,
weil sich die zu messenden Kräfte in der Größenordnung
von 1 bis 100 mN bewegen.
In den Fig. 5 bis 7 ist eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Die Meß
sonde gemäß Fig. 5 ist mit 50 bezeichnet und sie be
sitzt wiederum einen Halter 52, der als Griff ausge
bildet sein kann. Ferner ist ein Meßfühler-Kopf 54
vorgesehen, der im Vergleich zu den vorstehend be
schriebenen Ausführungsformen etwas vereinfacht ausge
bildet ist. Der Meßfühler-Kopf 54 trägt eine folien
artige Meßzunge 56, die als flexibler Meßlappen ausgebil
det sein kann, der sich der Kontaktfläche A zwischen
Körper 42 und nicht dargestellter Brillenfassung an
schmiegen kann. Im vorderen Bereich der Meßzunge 56
ist eine definierte Erhebung 58 vorgesehen, die be
vorzugterweise eine definierte Fläche vorbestimmten
Flächeninhalts besitzt. Unterhalb dieser Fläche 58
sind Signalumformer in Form von Spulen-, Kondensator
platten- bzw. Hall-Elementen-Paaren vorgesehen, die
in einen elektrischen Schaltkreis derart eingegliedert
sind, daß bei Veränderung des Abstandes der Signal
umformer zueinander ein dem entsprechendes Signal
erzeugt wird. Dies soll im folgenden näher anhand
eines kapazitiv arbeitenden Signalumformers verdeut
licht werden. Dieser Signalumformer weist gemäß Fig.
6 und 7 zwei Kondensatorplatten 60 und 62 auf, die
bei unbelasteter Meßzunge 56 in einem Abstand A U zu
einander stehen. Die Kondensatorplatten sind jeweils
in einer Randschicht 64 bzw. 66 eingebettet, in der
auch die Stromversorgung für die Kondensatorplatten
vorgesehen ist. Zwischen den Randschichten 64 und 66
ist eine Zwischenschicht 68 vorgesehen, die aus wei
chem Kunststoff besteht, der sich unter Belastung
zusammendrücken läßt. Wenn somit die Meßkraft F M auf
die Meßzunge im Bereich der Kondensatorplatten 60 und
62 einwirkt, verringert sich der Abstand zwischen den
Kondensatorplatten, wodurch der Schaltkreis, in dem
die Kondensatorplatten integriert sind, ein der Kraft
entsprechendes Signal erzeugt, das schließlich ausge
wertet wird. In gleicher Weise arbeitet eine derartige
Meßsonde dann, wenn anstatt der Kondensatorplatten
Spulenelemente bzw. Hall-Elemente verwendet werden.
Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform liegt
darin, daß die Meßzunge 56 im Kontaktflächenbereich
A durch die Biegeweichheit der Folie
kräftefrei eingelegt werden kann, so daß durch die
Handhabung der Meßsonde 50 keine Verfälschungen des
Meßergebnisses hervorgerufen werden können.
Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung ist in
Fig. 8 gezeigt. Diese Meßsonde ist mit dem Bezugszeichen
70 gekennzeichnet und sie arbeitet nach dem Prinzip
des Piezoeffektes. Bei dieser Ausführungsform trägt
ein Halter 71 einen dem Meßfühlerkopf gemäß Fig. 4
im wesentlichen entsprechenden Meßfühlerkopf 72, in
dessen Spitzenabschnitt 74 ein Piezoelement 76 ange
ordnet ist, das über eine Leitung 78 und ein Anschluß
kabel 80 an eine nicht gezeigte Auswerteschaltung ange
schlossen ist. Das Piezoelement 76 erstreckt sich durch
eine nicht näher bezeichnete Ausnehmung im Spitzen
abschnitt 74, so daß es von der Meßkraft F M bevorzug
terweise auf einer definierten Meßoberfläche belastet
wird. Durch die mechanische Belastung des Piezoele
ments 76 wird eine der Belastung nach einer bestimmten
Gesetzmäßigkeit folgende Spannung erzeugt, die dann
verstärkt und ausgewertet werden kann.
Auch bei dieser Ausführungsform kann es vorteilhaft
sein, eine weitere Ausnehmung im Spitzenabschnitt 74
auf der der Kontaktfläche A zugewandten Seite für das
Piezoelement 76 vorzusehen, um Meßwertverfälschungen
zu minimieren.
Anhand der Fig. 9 bis 14 soll im folgenden die nach
dem elektromechanischen Signal-Umformprinzip arbei
tende Meßsonde 8 beschrieben werden, die schematisch
bereits in Fig. 2 gezeigt ist. Aus diesem Grunde sind
für entsprechende Teile die Bezugsziffern gemäß Fig.
2 verwendet worden. Bei dieser Ausführungsform bildet
das Kernstück des Kraft-Meßfühlers 12 ein Paar von
Meßzungen 82 und 84, die in den Fig. 12 und 13 im ein
zelnen dargestellt sind. Die Meßzungen 82 und 84 er
strecken sich im wesentlichen parallel zueinander von
einem Meßfühlerkopf-Gehäuse 86 weg parallel zur Achse
des Halters 10. Beide Meßzungen sind winkelförmig aus
gebildet und stehen mit ihren Winkelabschnitten 88
bzw. 90 in festem Kontakt mit Schenkeln 92 bzw. 94
eines Signalumform-Elements 96, das im einzelnen in
Fig. 12 gezeigt ist. Zu diesem Zweck sind Befestigungs
schrauben 98 bzw. 100 vorgesehen. Die Schenkel 92 und
94 werden von einem jochartigen Steg 102 überbrückt,
der als definierte Biegestelle fungiert. Der jochför
mige Steg 102 trägt einen Dehnungsmeßstreifen 104,
der in den Fig. 10 und 11 dargestellt ist. Der Deh
nungsmeßstreifen kann entweder aufgeklebt oder auch
aufgedampft sein und er ist über elektrische Leitungen
106 an eine elektrische Auswerteschaltung angeschlos
sen.
Man erkennt aus der Darstellung gemäß Fig. 9, daß bei
Beaufschlagung der oberen Meßzunge 84 durch die Meß
kraft F M das Signal-Umformelement 96 einer durch die
winkelförmige Gestaltung der Meßzungen übersetzten
Biegebeanspruchung unterworfen wird, die im Bereich
des jochartigen Steges 102 eine Zugkraft hervorruft,
die vom Dehnungsmeßstreifen 104 abgegriffen wird.
Zur Bereitstellung eines definierten Kraftangriffs
punktes weist die obere Meßzunge 84 im Bereich ihres
auskragenden Endes eine vorstehende Fläche 108 auf,
die in Anlagekontakt mit dem entsprechenden Abschnitt
der Brillenfassung gebracht werden soll. Da die Dicke
der Meßzunge 84 lediglich im Bereich zwischen 0,2 und
0,5 mm liegt, bildet die untere Meßzunge 82 - wie aus
Fig. 13 deutlicher hervorgeht - eine Einfassung für
die obere Meßzunge 84. Zu diesem Zweck weist die untere
Meßzunge 82 eine Ausnehmung 110 auf, die der Kontur
der oberen Meßzunge 84 angepaßt ist, so daß letztere
von einem um die Meßzunge 84 herumlaufenden Einfas
sungssteg vor unkontrollierten Belastungen geschützt
ist.
Die Befestigung der in den Fig. 12 und 13 gezeigten
Montageeinheit aus Meßzungen 82 und 84 und Signal-Um
form-Element 96 am Meßfühlerkopf-Gehäuse 86 geht im
einzelnen aus Fig. 14 hervor. Hier ist mit strichpunk
tierten Linien diese Einheit dargestellt. Über ein
Paar von schematisch angedeuteten Schrauben 114 und
116, sowie über ein Schraubenpaar 118 erfolgt eine
fest Einspannung des Winkelabschnitts 88 im hinteren
unteren Teil des Gehäuses 86, das mit einer Aufnahme
öffnung 120 für den Funktionseingriff mit dem Halter
10 ausgestattet ist.
Die in den Fig. 9 bis 14 gezeigte Meßsonde 8 gibt dann
exakt die Kontaktkräfte zwischen Brillenfassung und
Körper 42 des Brillenträgers wieder, wenn das Gehäuse
86 des Meßfühlerkopfs frei von denjenigen Kräften
gehalten ist, die über den Haltergriff auf die Kontakt
fläche A aufgebracht werden. Um derartige äußere Kräfte
kleinzuhalten, die das Meßergebnis verfälschen könnten,
wird vorteilhafterweise zwischen Halter und Meßfühler
kopf-Gehäuse eine Gelenkeinrichtung mit mehreren Dre
hungs-Freiheitsgraden zwischengeschaltet. Ein Ausfüh
rungsbeispiel einer derartigen Gelenkeinrichtung ist
in den Fig. 15 und 16 gezeigt. Sie umfaßt ein erstes
Drehgelenk 122 und ein zweites Drehgelenk 124. Das
erste Drehgelenk 122 besitzt eine Gelenkachse 126,
die senkrecht auf der vertikalen Symmetrieebene 128
der Meßsonde steht. Die Gelenkachse 130 des zweiten
Drehgelenks 124 fällt mit der Achse des Halters 10
zusammen. Der Halter weist zur Ausbildung des Dreh
gelenks 124 eine Führungsbohrung 132 auf, in die ein
Gelenk-Zwischenelement 134 eingreift. Das der Bohrung
132 abgewandte Ende dieses Zwischenelements 134 bildet
die erste Hälfte 136 des als Scharnier ausgebildeten
ersten Drehgelenks 122 aus. Die zweite Hälfte 138 des
Scharniers wird von einem Ende eines Anschlußzapfens
140 des Gehäuses 86 gebildet. Das Scharnier wird durch
eine Spiralfeder 142 stabilisiert. Diese Drehbewegung
des Zapfengelenks 124 wird durch einen Anschlag- und
Führungsstift 144 begrenzt, der in einer Kulisse 146
eines Führungsansatzes 148 des Halters 10 gleiten kann.
Die Gelenkeinrichtungen 122 und 124 werden von einem
Faltenbalg 150 abgedeckt, um die beweglichen Teile
vor äußeren Einflüssen zu schützen.
Unter Zuhilfenahme dieser Gelenke 122, 124 kann der
Halter 10 manuell nahezu frei von irgendwelchen Zwangs
kräften an jede Stelle der zu untersuchenden Kontakt
flächen A herangeführt werden, wobei sich die Spitze des
Meßfühlers an den Untergrund gut anschmiegt. Zur Ver
besserung des Meßergebnisses kann eine zusätzliche
Einrichtung vorgesehen werden, die beim Meßvorgang
selbst dafür sorgt, daß die Federstabilisierung des
Gelenks 122 unter dessen Entarretierung außer Funktion
gesetzt wird.
Vorstehend wurden Meßsonden beschrieben, die zumin
dest auf einer Seite eine ebene Auflagefläche aufwei
sen. Durch die zungenförmige Gestaltung eignet sich
diese Formgebung selbst dafür, Kontaktkräfte in mehr
fach gekrümmten Oberflächenbereichen zu messen. In
den Fig. 17 bis 20 sind weitere Ausführungsbeispiele
von Meßfühlern gezeigt, die sich insbesondere zur Mes
sung der Kontaktkräfte an komplex gekrümmten Auflage
flächen eignen. In Fig. 17 ist mit der Bezugsziffer
152 eine Meßfühlerspitze bezeichnet, die wiederum zwei
Meßzungen 154 und 156 zur elektromechanischen Signal
umwandlung aufweist. Die Meßfühlerspitze 152 ist so
ausgebildet, daß sie sich insbesondere zur Messung
der Kontaktkräfte zwischen Brillenfassung und dem Kopf
des Brillenträgers im Bereich 158 des Ohransatzes am
Schädel des Brillenträgers eignet. Zu diesem Zweck
sind die äußeren Enden der Meßzungen 154 und 156 gebo
gen, so daß sie sich von der Form her der Kulle 160
des Ohres 162 anschmiegen. Die bewegliche Meßzunge
156 weist wiederum eine Erhebung 164 auf, an der die
Meßkraft F M eingeleitet werden soll. Man erkennt aus
der Darstellung, daß bei Einleitung dieser Meßkraft
eine Relativverschiebung zwischen den Meßzungen 154
und 156 erfolgt, die dann mittels eines Signal-Umform-
Elements in ein der Kraft entsprechendes elektrisches
Signal umgewandelt werden kann.
In Fig. 19 ist eine weitere Variante der Gestaltung
des Spitzenabschnitts der Meßzungen gezeigt. Die Meß
zungen sind mit den Bezugszeichen 164 und 166 bezeich
net. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt nicht nur eine
Anpassung der Meßzungengestaltung an die Formgebung
des Ohransatzes in einer Ebene senkrecht zur Ohran
satz-Linie, sondern darüber hinaus in einer Ebene,
in der der Ohransatz selbst liegt. Der Spitzenabschnitt
der Meßzunge 164 erhält somit die Gestalt einer Teil-
Torusfläche, wobei auch bei dieser Ausgestaltung die
Möglichkeit eröffnet ist, die bewegliche Meßzunge 166
mit einem Einfassungssteg 168 zu umgeben.
Die Ausgestaltung der Meßfühler-Spitze gemäß Fig. 17
bis 19 ist auch für all diejenigen
Fälle möglich, in denen keine relativ zueinander be
weglichen Meßzungen verwendet werden, sondern bei denen
sich ein Gehäuse des Meßfühlerkopfs bis in den Spit
zenbereich der Meßsonde fortsetzt. Dies ist schema
tisch in Fig. 20 gezeigt. Mit der Bezugsziffer
170 ist generell ein Meßfühlerkopf bezeichnet, der
eine Spitze 172 trägt, die der Oberflächengestaltung
des Kopfabschnitts angepaßt ist, an dem die Messung
des Brillensitzes vorgenommen werden soll. In diesem
Spitzenabschnitt 172 ist ein Kraftaufnehmer 174, bei
spielsweise in Form eines Piezoelements oder einer
Kunststoffblase angeordnet, der über eine nicht darge
stellte Anschlußleitung mit einem Signalumformer 176
gekoppelt ist.
Um an allen Kontaktflächen A in optimaler Weise die
Kontaktkräfte messen zu können, kann ein Sortiment
von Meßfühler-Zungen oder Meßfühler-Spitzenabschnitten
mit unterschiedlicher Formgebung hergestellt und dem
Arzt bzw. Optiker zur Verfügung gestellt, damit dieser
einen Halter mit verschiedenen Meßfühlerspitzen be
stücken kann.
In Fig. 21 ist schematisch eine weitere Ausführungs
form eines Kraft-Meßfühlers gezeigt, bei dem die Um
wandlung der Eingangsgröße wiederum auf elektromecha
nischem Wege in ein der Meßkraft F M zugeordnetes
Ausgangssignal erfolgt. Bei dieser Ausführungsform
sind wiederum zwei Meßzungen 180 und 182 vorgesehen,
die als Wegaufnehmer fungieren. Abweichend von der
Ausführungsform gemäß den Fig. 2, 3 und 9 bis 14 sind
beide Meßzungen 180 und 182 beweglich in einem Meß
fühlerkopf 184 gelagert. Hierzu ist eine gemeinsame
Achse 186 vorgesehen, um die die Meßzungen 180 und
182 verschwenkbar sind. Jede Meßzunge ist als zweiar
miger Hebel ausgebildet. Die dem auskragenden Ende
entgegengesetzten Hebelabschnitte 188 und 190 sind
fest mit einem Signal-Umform-Element 192 gekoppelt,
das bei Belastung der Meßzungen 180, 182 durch die
Meßkraft F M unter Zug gesetzt wird. Das Signal-Umform
element 192 kann wiederum einen Dehnungsmeßstreifen
tragen oder aber als Piezoelement ausgebildet sein.
Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß
selbst dann, wenn die oben beschriebene Gelenkeinrich
tung zwischen Meßfühlerkopf und Halter nicht vorge
sehen ist, ausschließlich die Normalkraft im Bereich
der Kontaktflächen A erfaßt und gemessen wird.
In den Fig. 22 und 23 wird gezeigt, wie eine Einfach-
Meßsonde der Reihe nach Messungen an verschiedenen
Kontaktflächen vornimmt. Um die Zahl der zeitlich aufeinan
derfolgenden Meßvorgänge bei der Überprüfung des Sitzes der Brillen
fassung zu reduzieren, dient die in Fig. 24 dargestellte Weiter
bildung der Vorrichtung. Diese mit der Bezugsnummer
200 bezeichnete Meßsonde ist als Mehrfach-Meßsonde
ausgebildet. Auf einem Träger 202, der auf einem
bewegbaren Schlitten 204 sitzen kann, ist ein
Mehrfach-Meßkopf 206 montiert, der eine Vielzahl von
Druck-Meßfühlern 208 bis 212 trägt, die identisch wie
die vorstehend beschriebenen Druck- bzw. Kraft-Meßfühler ausge
bildet sein können. Die Kraft-Meßfühler 208 bis 212
sind vorzugsweise über Gelenke 214 bis 218 an zuge
ordnete Meßfühler-Köpfe 220 bis 224 angeschlossen,
die vorzugsweise grob bezüglich des Mehrfach-Meßkopfs
6 ausrichtbar sind. Mit dieser Vorrichtung gelingt
es, an mehreren Kontaktflächen A gleich
zeitig die Kraft- bzw. Druckmessung vorzunehmen, was
insbesondere im Bereich der Brillenbrücke 2 von beson
derem Vorteil ist.
Fig. 25 zeigt eine Meßanlage, bestehend aus
der Druckmeßsonde 8 und einem bevorzugterweise trag
baren Meßgerät 220, das neben der oben bereits erwähn
ten Auswerteschaltung für das vom Meßfühler erzeugte
Signal einen Bildschirm 222 aufweist, mit der die Ein
zelmessungen übersichtlich in der Gesamtheit darge
stellt werden können.
Die Meßanlage kann in zwei Betriebsarten betrieben
werden, und zwar im Meß- und im Eichbetrieb. In Fig.
26 sind Bauteile der Meßanlage gemäß Fig.
25 anhand eines Blockschaltbildes dargestellt, das den
Signalfluß der Meßsignale veranschaulicht. Man erkennt
aus dieser Darstellung, daß das bei 230 in die Vor
richtung gegebene Meßsignal über einen Meßverstärker
232 unter Zuhilfenahme eines Oszillators 234 auf einen
Operationsverstärker 236 gegeben wird. Es erfolgt eine
Signalaufbereitung mit Hilfe eines A/D-Wandlers 238
zur Umformung der analogen Meßspannung in ein digi
tales Signal. Man erkennt ferner ein Bildverarbeitungs
system bestehend aus einem Bildschirmcontroller 240 mit
Zeichengenerator und einer Einheit 242 für das Timing
der Vertikal- und Horizontal-Synchronisationssignale
für den Bildschirm 222. Die Steuerung der Bildverar
beitung und des Bildschirmmonitors erfolgt über einen
Mikroprozessor 244 der auch die Steuerung eines D/A-Wandlers
246 zur Umwandlung der digitalen Meßwerte in die analoge Korrek
turspannung für eine automatische Nullabgleichung übernimmt. Die
Meßanlage besitzt somit ein Regelteil zur automatischen Nachei
chung der Meßfühler während des Betriebs. Ein Netzteil 252 über
nimmt die Versorgung der Einheiten mit geeigneter Betriebsspannung.
Mit der Bezugsziffer 248 ist ein Startlogikblock ge
kennzeichnet, der die Signalverarbeitung auslöst. Die
ser Startlogikblock wird von einem Taster 250 ange
steuert, der sich bevorzugterweise am Halter 8 berin
det, wie dies in den Figuren dargestellt ist.
Wie in den Fig. 8 und 9 schematisch angedeutet, kann
die Meßfühlerspitze mit einem Kunststoffhäubchen 75
bzw. 85 abgedeckt werden, um die empfindlichen Teile
der Meßsonde vor äußeren Einwirkungen abzuschirmen.
In Abwandlung der vorstehend beschriebenen Ausführungs
beispiele kann die Vorrichtung auch so ausgebildet
sein, daß ein oder mehrere Kraft-Meßfühler als geson
derte Elemente an den infragekommenden Kontaktstellen
zwischen Brillenfassung und Kopf des Brillenträgers
angebracht und über elektrische Anschlüsse mit einer
Signal-Auswerteschaltung verbunden werden. Wenn die
Anschlüsse hergestellt sind, wird die Brillenfassung
aufgesetzt, wonach die einzelnen Kräfte an den betref
fenden Kontaktstellen nacheinander bzw. gleichzeitig
bestimmt und abgerufen werden können.
In weiterer Abwandlung der gezeigten Ausführungsformen
ist es auch möglich, die Gelenkeinrichtung zusätzlich
zu den Gelenken mit rotatorischen Freiheitsgraden auch
mit Gelenken mit translatorischen Freiheitsgraden zu
versehen, um eine optimale Anschmiegung des Meßfühlers
frei von Zwangskräften zu erzielen.
Die Erfindung schafft somit eine Vorrichtung zur Über
prüfung des einwandfreien Sitzes einer Brillenfassung
am Kopf des Brillenträgers. Die Vorrichtung weist zu
mindest einen platten- bzw. blattförmigen Kraft- bzw.
Druck-Meßfühler auf, der an einem Halter angeordnet
und an die jeweiligen Kontaktflächen zwischen Fassung
und Kopf bringbar ist. Mit der Vorrichtung gelingt
es, die tatsächlich an den einzelnen Kontaktstellen
auftretenden Kräfte und Drücke exakt und reproduzier
bar zu bestimmen, indem beispielsweise die Fassung
geringfügig angehoben, der Meßfühler an die betref
fende Kontaktstelle herangeführt und die Fassung wieder
auf- bzw. abgesetzt wird. Aufgrund der geringen Bau
höhe des Kraft-Meßfühlers können nacheinander die ein
zelnen Kontaktbereiche zwischen Fassung und Kopf über
prüft werden, ohne dadurch an der beim Tragen der Brille
vorliegenden räumlichen Lagezuordnung zwischen Fas
sung und Kopf etwas zu ändern.
Claims (37)
1. Vorrichtung zur Bestimmung der Kräfte im Bereich
der Kontaktflächen zwischen einer Brillenfassung und
dem Kopf eines Brillenträgers, gekennzeichnet durch
zumindest einen platten- bzw. blattförmigen Kraft-Meß
fühler (12; 24; 72), der an die jeweiligen Kontakt
flächen (A) zwischen Fassung (1) und Kopf bringbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Kraft-Meßfühler (12; 24; 72) an einem
Halter (10; 22; 52; 71) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Kraft-Meßfühler über ein Gelenk (122,
124; 214; 216; 218) mit vorzugsweise mehreren Frei
heitsgraden am Halter (10; 22; 52; 72; 220; 222; 224)
befestigt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Kraft-Meßfühler einen zungenar
tig ausgebildeten Spitzenfortsatz (14) hat, mit dem
er zwischen Brillenfassung und Kopf schiebbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kraft-Meßfühler (12;
24; 56; 72; 84; 156; 170; 182) eine definierte Meß-
Auflagefläche (36; 58; 76; 108; 164; 174) hat.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kraft-Meßfühler (164,
166; 170, 172) an seinem auskragenden Ende eine der
Kopfoberfläche im Kontaktbereich (A) zur Brillenfas
sung (1) angepaßte Formgebung hat.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kraft-Meßfühler elek
tromechanisch arbeitet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß der Kraft-Meßfühler zwei an einem Meßfühler
kopf (86) befestigte, im wesentlichen parallel zuein
ander angeordnete Tastzungen (82, 84; 154, 156; 164,
166; 184, 180) aufweist, deren Relativverschiebung
zueinander mittels eines elektrischen Meßwert-Signal
umformers (104; 192) meßbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Tastzungen mit ihren der Meß
stelle (A) abgewandten Enden (88, 90; 188, 190) in
Funktionskontakt mit einem Meßwert-Signalumformer
stehen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich
net, daß die Tastzungen (180, 182) auf ein im Meßfüh
lerkopf (184) angeordnetes Piezokristallelement (192)
einwirken.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich
net, daß die Tastzungen (82, 84) auf ein im Meßfühler
kopf (86) angeordnetes Signalumformelement (96) wir
ken das mit einer definierten Biegestelle (102) ver
sehen ist, auf der ein Dehnungsmeßstreifen (104) auf
gebracht, vorzugsweise aufgedampft ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Signalumformelement von einem U-för
migen Bügel (96) gebildet ist, mit dessen dickeren
Schenkeln (92, 94) die beiden Tastzungen (82, 84) ver
bunden sind und dessen dünnerer Verbindungssteg (102)
die Biegestelle ausbildet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß eine der Tastzungen zusammen mit
dem Signalumformelement (96) fest mit dem Meßfühler
kopf (86) verbunden ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Tastzungen (180, 182)
derart mit dem Meßwert-Signalumformer (192) verbunden
sind, daß die Belastungen der beiden Tastzungen am
Signalumformer addiert werden.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die fest mit dem Meßfühlerkopf (86) ver
bundene Tastzunge (82) eine von einem umlaufenden Rand
steg (112) begrenzte Aufnahme-Ausnehmung (110) für
die andere, bewegliche Tastzunge (84) aufweist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kraft-Meßfühler (24)
pneumatisch arbeitet.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Kraft-Meßfühler einen zungenartig
auskragenden hohlen Meßfühlerkopf (28) hat, in dessen
Spitze (32) eine mit Druckgas gefüllte Kunststoffblase
(36) aufgenommen ist, die zur Festlegung des Meßpunkts
(A) aus der Spitze vorsteht und mit einem ebenfalls
im Meßfühlerkopf (24) aufgenommenen Drucksensor (38)
gekoppelt ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kunststoffblase (36) von beiden Ober
flächen der zungenartigen Spitze (32) des Meßfühler
kopfs vorsteht.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die Spitze (32) des Meßfühlerkopfs
(24) zumindest eine Ausnehmung (34) zur Ausbildung
einer definierten vorstehenden Meßfläche der Kunst
stoffblase (36) aufweist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (38) ein
elektrisches Signal abgibt.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kraft-Meßfühler (70)
piezoelektrisch arbeitet.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Kraft-Meßfühler einen zungenartig
auskragenden hohlen Meßfühlerkopf (72) hat, in dessen
Spitze (74) ein Piezoelement (76) gehalten ist, das
an eine Spannungs-Auswerteschaltung angeschlossen ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Piezoelement (76) auf beiden Seiten
des Meßfühlerkopfs (72) durch entsprechend geformte
Ausnehmungen vorsteht.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch
gekennzeichnet, daß das Piezoelement der Formgebung
der Meßspitze entsprechend ausgebildet ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Kunststoffhaube (75;
85) zur Abdeckung zumindest der Meßfühlerspitze vorge
sehen ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kraft-Meßfühler (50)
induktiv, kapazitiv oder nach dem Hall-Effekt arbeitet.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet
durch einen Meßfühlerkopf (54), der eine vorzugsweise
mehrschichtige Meßzunge (56) trägt, in deren äußeren
Schichten (64, 66) Paare von Signalgebern in Form von
an eine elektrische Auswerteschaltung angeschlossenen
Spulen-, Kondensator- bzw. Hall-Elementen zueinander
fluchtend angeordnet sind, deren gegenseitiger Abstand
unter Krafteinwirkung durch Verformung zumindest einer
dazwischenliegenden Schicht (68) veränderbar ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Meßzunge (56) aus drei Schichten
aufgebaut ist, die jeweils aus Kunststoff bestehen.
29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch
gekennzeichnet, daß die Signalgeber zusammen mit den
elektrischen Anschlüssen in die äußeren Schichten (64,
66) eingelassen sind, von denen zumindest eine vor
zugsweise eine Erhebung ( 58) zur Ausbildung einer de
finierten Meßfläche zur Einleitung der Meßkraft (F M)
aufweist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29,
dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den äußeren
Schichten liegende Schicht (68) von einer weichen
Kunststoff-Einlage gebildet ist.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kraft-Meßfühler
(208 bis 212) vorgesehen sind, die an einem vorzugs
weise antreibbaren Sammelhalter (202) mit vorzugsweise
ausrichtbaren Meßfühlerköpfen (220 bis 224) befestigt
sind.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 31,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Meßfühlerkopf (86;
28; 72; 54; 208 bis 212) eine Gelenkeinrichtung (122;
214, 216, 218) an den Halter (10, 22, 52; 71; 202)
angeschlossen ist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Gelenkeinrichtung (122) zumindest
um eine Bewegungsachse (126) federstabilisiert ist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Federstabilisierung unter Entarre
tierung der Gelenkeinrichtung für den Meßvorgang auf
hebbar ist.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des Meßfühlers
eine Dicke unter 0,75 mm hat.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 35,
gekennzeichnet durch eine mit einer Signalauswerte
schaltung verbundenen Speichervorrichtung zur Abspei
cherung verschiedener nacheinander oder gleichzeitig
gemessener Meßwerte und durch eine Anzeigevorrichtung
(222) zur gleichzeitigen Darstellung aller abgespei
cherten Meßwerte.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 36,
gekennzeichnet durch einen Taster (250), der am Halter
(10; 22; 52; 72; 202) angebracht ist und mit dem eine
Meßsignal-Verarbeitungseinrichtung in verschiedene
Betriebsarten steuerbar ist.
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ID=6297673
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