骨科植入物的形式可能会大致变化。这些变化可以以尺寸（从毫米到数十厘米），形状（从复杂的鞍形膝盖假体到简单的球形股骨头），材料（从羟基磷灰石到不锈钢）和表面饰面（从神秘的纹理到纹理到纹理，促进稳定性超级平滑以减少摩擦）。
Controlling the critical specifications of a part can become rather challenging when such a wide range of parameters need to be considered. Many different metrology instruments must be involved as they suit different tasks.
Tolerances on measured parameters are also often exceedingly tight with deference to a component’s functionality and longevity after its successful surgical implantation. Advanced optical profilometry provides several advantages for research, development, and quality control for the manufacturing of骨科植入物。
非接触和非破坏性表征，快速准确的面积测量值，广泛的动态范围，以测量非常粗糙和非常光滑的表面，对材料类型的不敏感性以及完全自动化的能力，可以测量一批零件并执行执行pass-fail summaries based on user-specified parameters are some of the benefits offered by Bruker’s white light interferometry (WLI) technique.
对表面纹理和粗糙度计量学的需求
严格规范法规（例如ISO 7206，ASTM F2033，ASTM F2068，ASTM F2791等）下的高表面和体积规格用于精确制造骨科部件。患者健康是该行业严格遵守部分规格的主要原因。如果设备甚至具有一个有缺陷的组件，则可能发生可怕的后果。
If there is any uncertainty over a component’s interaction with the patient’s body, the device may be prohibited from working as designed or can even cause future complications. Such complications can range from patient discomfort to the need for further treatments and surgeries or even death.
Ultimately, a recall of a defective product is something manufacturers strive to avoid, as this typically incurs a loss of reputation among the medical community and the general population and a heavy financial burden.
当前的制造量与高收益期望结合在一起，还导致了对计量过程与生产过程进行深入整合的要求，除了这些关键的“下游”零件检查原因。
例如，可以通过监测平均表面粗糙度来帮助规范偏差或不正确的抛光过程。可以馈回这些信息，以允许上游工具的重新优化，从而导致原材料浪费减少，而生产的不良零件较少。这是制造商投资回报率（ROI）的明显例子。
在上述所有原因下，必须以准确，快速，无损和可复制的方式检查骨科部件。对于骨科工业中的质量控制（QC），粗糙度和表面粗糙度是主要标准。
Bruker的基于WLI的轮廓学：优势
Bruker’s WLI-based 3D optical profilers have provided the industry with unique performance advantages for roughness characterization, on top of delivering the obvious benefits of non-contact profiling that are mandatory for most of the final control in orthopedic manufacturing.
这些系统背后的基本原理是用白光照亮样品/零件表面，该原理直接提供了子纳米垂直计量能力，而与使用物镜的放大率无关。
这种方法可以促进对闪亮或深色表面的有效测量，因为它也免受表面反射率或颜色的影响。
与大多数光学显微镜一样，WLI分析可视化在低放大倍率时几个毫米正方形的整个视野，同时以较高的宏伟速度达到亚微米横向分辨率。如图1所示，通过获得全面测量，可以通过进行全面的测量，减少缺失关键缺陷区域的可能性来确保更相关的统计数据。
图1。Where a few single traces on a hip ball cannot properly identify the pit defect, areal measurement allows automatic defect detection and characterization of its severity. Image Credit: Bruker Nano Surfaces
当结合自动化测量的能力时，这些优点意味着这种类型的WLI剖面是评估粗糙度质量的最佳选择，这是在抛光臀部的最终完成步骤中，平均粗糙度低于10 nm或nm或on一个碳增强的窥视臀部杯。
WLI方法提供了符合Areal粗糙度标准ISO 25178和ISO 7206-2的表面饰面要求的表面地形的高级分辨率映射（请参见图2）。
图2。（顶部，从左到右）原始铸造，初始和最后的终点步骤。（底部）具有相同垂直和水平尺度的相关地形：xy = 1.6*1.2mm²，z = [ - 2μm;+2μm]。图片来源：Bruker Nano表面
高吞吐量和与长期距离目标运作的能力的结合是Bruker光学剖道师对WLI实施的鲜为人知的好处之一。
在单个垂直扫描中捕获的成像阵列和多个数据集链接到高吞吐量。包括在表面上进行自动焦点，测量周期可以与100％检查一样快几秒钟。
最后，与任何其他光学技术相反，这些WLI剖道师将垂直分辨率从客观放大倍率中解脱出来，这些光学技术导致所有目标的最终子纳米垂直分辨率（见图3）。
通过设计超长工作距离（SLWD）的目标，以扩大用户访问弯曲的髋关节杯表面或膝关节侧面的能力，Bruker进一步增强了这一独特的好处。NPFLEX光学分析器的大型旋转功能进一步提出了这一点。
Through Bruker’s unique SLWD objectives and the ±45° large swivel scan head feature of theNPFLEX WLI剖面系统，启用了对复杂零件的多功能访问，而无需损坏垂直分辨率。
图3。通过Bruker的独特SLWD目标以及NPFLEX WLI Profiler System的±45°大型旋转扫描头功能，可以实现对复杂零件的多功能访问，而无需折断垂直分辨率。图片来源：Bruker Nano表面
Quality Control — Automated Hip Cup Inspection
为了为计量稳定提供刚体，通过内置振动隔离，缓解崩溃系统，多个样本固定选项以及超长工作距离目标的精确质量控制，以从难以访问的区域收集数据, Bruker’s NPFLEX and ContourX WLI profilers are specifically designed for production floors.
通过始终确保自我校准并在相同或不同的工厂位置改善profiler到profiler匹配，可选的内部激光校准可以进一步帮助可靠的计量。如果计量学可追溯性是质量标准的一部分，那么当探查器不超出校准时，标记的能力对于医疗零件至关重要。
这些系统还具有专用的生产接口，该界面与标准接口完全分开。
专门为允许轻松编程的测量例程而设计的生产接口是由标准通用生产流构建的：操作员加载零件，仪器通过批次或部分ID识别零件，并进行预先确定的测量结果，Pass-Fail结果是报告了下一批的提示（请参见图4）。
图4。高级生产界面和自动报告生成的示例。图片来源：Bruker Nano表面
可以轻松地实现诸如条形码扫描之类的易用功能，以启用无键盘测量，并且操作员的一部分需要最少的知识。通过通过用户ID输入指定授权操作员，条形码读取还可以帮助设置访问控制。
同时，安全密码锁定标准接口。此代码仅授予对质量工程师的访问权限，以便他们可以构建特定的食谱或运行/访问某些功能（例如，Profiler校准）。
例如，可以轻松制作一个测量髋关节杯凹面表面的过程。通常，髋关节杯将放在固定装置中或安装在仪器上，以确保在测量过程中刚性和正确地定向零件。然后将扫描或输入该杯子的零件数以访问相关的测量例程。
接下来，该仪器使用电动X-Y样品阶段将髋关节杯横向移动到测量点：降低目标朝向嘻哈杯，直到中央内部表面聚焦为止。所有这些都是无需用户干预而执行的。
启用了整个视野地形的自动采集和处理，这意味着从数据中删除最佳拟合球，并根据Areal（ISO 25178）或配置文件（ISO21920，ASME B46）应用过滤。1）粗糙度标准。
最后阶段是将粗糙度参数与该部分的公差进行比较，并且通过或失败。可以使用零件号作为文件名打印或自动保存完整的报告。
从扫描零件条形码到通过或失败确定，单个测量可能需要少于30秒。这是一个有效的过程，允许在不坚持下游过程的情况下测量大量零件。
自动报告生成的一个示例是高级生产界面。
由于直接结果提供了与高端自动化相结合的必要渠道，因此更高级的流程可以通过使用第三方软件提供TCP/IP级命令来将机器人（例如行业4.0）组合起来，以获取和通用。逗号分隔变量（.CSV）文件输出以获取结果。
图5显示了全面的交互通道。Vision64软件启用了多个Bruker WLI剖道师和外部互动之间的配方传输，该互动支持新建食谱的无缝传播的出口和导入功能。通过自动调节，它还通过强度的校准或固定对准来维持可再现的测量条件，这说明了任何XY位置偏移。
图5。外部设备与布鲁克测量系统之间集成的示意图。图片来源：Bruker Nano表面
设计未来的骨科组件：研发
Shop floor and research laboratory settings imply different samples, users, and usages. Within the research laboratory, speed and throughput is not a key requirement. With added importance placed upon flexibility, regardless of settings, repeatability and utmost accuracy are still imperative.
The sample is a known quantity in an automated measurement and has definite measurement locations, a regular shape, and known material composition. Based on a property that allows them to perform better than current implant materials, novel materials may be tested in the research laboratory. The type of testing could also be more complex than simple roughness inspection.
例如，测试可以确定零件随时间的磨损。此过程可能涉及在应用加速衰老过程之前对新制作的部分进行测试，重新测量和量化差异。限定特定的加工或纹理过程，该过程将结构赋予植入物表面以使其具有优势的锚定和长期刚性，这可能是另一个例子。
Bruker’s standard software interface and benchtop ContourX optical profilers offer everything that the researcher needs for these types of evaluations - whether smooth and reflective, rough and non-reflective, or even highly transmissive, the combination of high-brightness LEDs for the light source and high numerical aperture interferometric objectives makes obtaining data from various materials simple and straightforward – another benefit of the latest generation ofContourx Wli。
外部照明与先进的实时信号处理一起，还为研究人员提供了独特的能力，可覆盖高分辨率地形，并具有全焦点强度图像。这可以做到以创建更好的代表数据的可见性或进一步研究反射率和潜在缺陷之间的互相关。揭示斜率和基础细节，相同的设置有助于使用相同的干涉目标通过样品导航。
Bruker的易于使用的界面（VisionXpress™）还为用户提供了对光学剖面的灵活和全面控制（如图6所示）。这在研究人员必须处理广泛的特征技术的研发环境中尤其重要。
图6。（左）VisionXpress界面可实现快速学习曲线和分析的灵活性。（右上，从上到下）无外环照明的实时图像，带有外环照明；最终的3D表示形式，具有全焦点强度图像的覆盖。图片来源：Bruker Nano表面
Finally, it is ensured by Bruker’s unique Universal Scanning Interferometric (USI) mode that the system automatically adapts and selects the best algorithm to ensure accurate results, irrespective of the sample/part surface or operator experience.
通过从研发观点将这些好处应用于髋关节杯示例，可以研究这些植入物特别容易发生的磨损机制。
随着股骨头与衬里紧密接触，每个嘻哈杯植入物组件具有与髋臼杯相连的壳状结构。众所周知，金属，陶瓷和塑料的各种组合会产生碎屑和摩擦，这种碎屑会导致植入物周围组织的炎症。
溶溶（骨骼破坏）和伪肿瘤可能是由磨损和炎症引起的，在少数情况下，可能会发生由于陶瓷陶瓷的“条纹磨损”图案而引起的大声摩擦吱吱作响。
在所有这些情况下，仔细表征所涉及材料的磨损和磨损速率对于改善这些产品的稳定性和长期性能至关重要。欧洲杯足球竞彩Bruker的3D光学轮廓仪用于获得此类信息。
图7中显示了由PEEK（聚醚酮）制成的球体。PEEK是具有机械性能和耐化学性能的热塑性塑料，这导致其在医疗植入中的采用作为晚期生物材料。使用WLI和Bruker的专长仪技术，在穿着测试之前和之后很容易执行，以获得对该材料如何用作工作设备的一部分的宝贵见解。
图7。三轮式显示窥视球（左），磨损测试前的表面（右上）和磨损测试后的表面（右下角）。图像可以分析丢失的材料量以及其他参数。图片来源：Bruker Nano表面
结论
Bruker的NPFLEX和Contourx WLI光学剖面仪提供了摩擦学和表面饰面的多功能，快速，非接触表征。这些概况非常适合生产地板和研究实验室的许多应用。
The accurate and repeatable measurements that this technology provides are ideal when it comes to the stringent needs of the orthopedics industry. Often, it is much quicker to obtain the 3D datasets produced than a single-line trace from a contact stylus profilometer, and the 3D datasets typically contain much more statistically significant data for surface characterization.
讨论的特定自动化证明了这些3D光学介绍者对髋关节杯的简单，高通量，可再现的检查的能力。提供了高度准确的磨损计量解决方案，该解决方案是针对医疗植入物行业量身定制的。
从设计到制造到模拟产品的模拟磨损和衰老，Bruker的3D基于WLI的光学测量学总而言之，为骨科植入物的全生命周期提供了出色的计量解决方案。
该信息已从布鲁克·纳米（Bruker Nano）表面提供的材料中采购，审查和改编。欧洲杯足球竞彩
For more information on this source, please visit布鲁克纳米表面。