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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Endoskopievorrichtung, welche
in der Lage ist, eine dreidimensionale Untersuchung bzw. Darstellung
eines bestimmten Bereiches eines zu untersuchenden Gegenstandes
durchzuführen.
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Es
gibt bislang verschiedene Vorrichtungen, welche ein Endoskop verwenden,
beispielsweise zur Rißuntersuchungg
an Turbinenschaufeln von Strahltriebwerken oder dergleichen.
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Beispielsweise
wird in der Vorrichtung gemäß der
US 4,820,043 einen Gegenstand
mittels eines mit einer Einteilung versehenen transparenten Schirmes
in einem optischen Beobachtungssystem gemessen.
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Bei
der Vorrichtung gemäß der Japanischen Patentanmeldung
KOKAI-Veröffentlichungsnummer 62-161337
A wird der Abstand von einem Gegenstand auf der Grundlage des Zeitintervalls
berechnet, welches von dem Moment an, wo Licht vom distalen Ende
eines Endoskopes abgegeben wird bis zur Reflektion von dem Gegenstand
verstreicht und eine dreidimensionale Untersuchung des Gegenstandes wird
abhängig
von der berechneten Distanz durchgeführt.
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Bei
einer Vorrichtung gemäß der
US 4,980,763 wird die Größe eines
Gegenstandes anhand der Lage eines Schattens in einem Bild gemessen,
wobei der Schatten auf den zu untersuchenden Gegenstand projiziert
wird.
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In
einer Vorrichtung gemäß der
US 4,958,932 sind Vorrichtungen
zum Ändern
der Emissionsrichtung eines konvergierenden Beleuchtungslichtes
vorgesehen, wodurch der Abstand zwischen zwei Punkten auf einem
Gegenstand dadurch gemessen werden kann, daß ein Strahlfleck auf dem zu beobachtendem
Gegenstand mittels des Beleuchtungs lichtes mit einer Markierung
in dem Beobachtungsfeld zur Fluchtung gebracht wird.
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In
den
US 4,737,624 und
US 4,191,468 werden optoelektrische
Distanzmeßvorrichtungen
beschrieben mit einer optischen Meßsonde mit gemeinsamen Optiken
und einem Bereichsfinder-Fiberscope zum Messen der Distanz eines
Punktes im Raum zu einer Referenzebene. Die
US 4,078,864 ;
US 4,271,829 , etc. befassen sich ebenfalls
mit dieser Technik.
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Die
Vorrichtungen nach dem Stand der Technik gemäß obiger Beschreibung haben
jedoch die nachfolgenden Nachteile:
Die Vorrichtung gemäß der
US 4,820,043 , bei der der skalierte
transparente Schirm in dem optischen Beobachtungssystem vorhanden
ist, hat den Nachteil, daß Bilder
auf dem Bildschirm nicht aufgezeichnet werden können. Da diese Vorrichtung
weiterhin notwendige Informationen zur Untersuchung vorab nicht aufzeichnen
kann, können
auch keine aufgezeichneten Bilder zur Untersuchung bei nachträglichen
Bestätigungen
aufgerufen werden.
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Die
Vorrichtung in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 62-161337 A kann
eine kurze Zeit für das
Hin- und Herlaufen von Licht nicht erkennen, wenn die zu messende
Distanz kurz ist.
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Bei
der Vorrichtung gemäß der
US 4,980,763 muß ein spezieller
Mechanismus verwendet werden, um den Schatten des zu untersuchenden
Objektes zu projizieren und die Länge einer Referenzlinie als Bezugspunkt
für die
Messung kann nicht geändert werden,
so daß der
messbare Abstand vom distalen Ende des Endoskopes aus gesehen innerhalb
eines gewissen Bereiches beschränkt
ist. Wenn daher die Länge
der Referenzlinie beschränkt
ist, kann eine befriedigende Meßgenauigkeit
nur im Bereich nahe des distalen Endes des Endoskopes erhalten werden. Die
Vorrichtung gemäß der
US 4,958,932 hat das gleiche
Problem aufgrund der Unveränderbarkeit
der Länge
der Referenzlinie. Auch in der Vorrichtung gemäß der
US 4,271,829 muß das dortige Endoskop mit
einem speziellen Mechanismus zur Abgabe von Lichtstrahlen ausgestattet
sein und die Länge
der Referenzlinie als Bezugspunkt für die Messung kann nicht geändert werden.
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Bei
der Vorrichtung gemäß der
US 4,737,624 wird ein Untersuchungsfehler
durch den Winkel zwischen der Objektoberfläche und der Meßvorrichtung erzeugt,
so daß die
Untersuchung auf solche Objekte oder Gegenstände beschränkt ist, welche ihre Gegenstandsoberflächenwinkel
niemals ändern.
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In
der Vorrichtung gemäß der
US 4,191,468 muß der distale
Endabschnitt des Endoskopes mit Spiegeln ausgestattet werden, so
daß ein
schlanker Untersuchungskopf nicht herstellbar ist. Da die Vorrichtung
gemäß der
US 4,078,864 nicht mit irgendwelchen
Vorrichtungen zur Wiederholung der Untersuchung ausgestattet ist,
können
Untersuchungsergebnisse nicht nachbestätigt werden.
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Die
wesentlichen Nachteile der oben erwähnten bisher bekannten Vorrichtungen
stellen sich somit wie folgt dar:
- 1) da ein
spezieller Mechanismus am distalen Ende der Endoskopievorrichtung
vorgesehen werden muß,
benötigt
die Vorrichtung den Einsatz eines speziellen Endoskopes;
- 2) das distale Ende der Endoskopievorrichtung kann nicht so
schlank wie gewünscht
gemacht werden;
- 3) da die Länge
der Referenzlinie als Bezugspunkt für die Messung festgelegt ist
oder nicht frei geändert
werden kann, kann eine ausreichende oder befriedigende Meßgenauigkeit
manchmal nicht erhalten werden, wenn die Distanz vom distalen Ende
des Endoskopes zu dem zu untersuchenden Gegenstand sich wesentlich ändert; und
- 4.) Bilder und notwendige Untersuchungsdaten können für die nachträgliche Bestätigung der
Untersuchungsergebnisse nicht aufgezeichnet werden.
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Das
Dokument
DE 3505564
A1 beschreibt ein Manipulatorsystem für ein Spezialendoskop, wobei
ein Manipulator ein Gehäuse
für das
Endoskop bildet, das einen Befestigungsabschnitt zum Befestigen
an dem Endoskop und einen Halteabschnitt zum Halten des Befestigungsabschnitts
aufweist. Des weiteren ist eine Einrichtung zum Hemmen der Drehung
des Befestigungsabschnitts und eine Bewegungseinrichtung zum linearen
Bewegen des Befestigungsabschnitts gegenüber dem Halteabschnitt vorgesehen.
Weiterhin sind ein Positionssensor, eine Videosignal-Wandlervorrichtung
und eine Messvorrichtung vorgesehen. Gemäß diesem Dokument wird die
lineare Bewegung durch eine Gewindespindel bewirkt, die durch einen
Antriebsmotor angetrieben wird. Der Befestigungsabschnitt wird mittels
einer Kugelführungsbuchse
bewegt.
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Das
Dokument
US 4 078 864 beschreibt
eine optische Beobachtungsröhre,
die ein Okular an einem Ende und ein Beobachtungsprisma an dem anderen
Ende aufweist, und die außerdem
mit einem optischen System dazwischen versehen ist, das einen Fokus
für ein
zu betrachtendes Objekt bereitstellt. Eine Abstandsanzeigescheibe
auf der Röhre ist
durch einen Fokussiermechanismus bewegbar, um den Abstand von dem
optischen Ende der Röhre zu
einem betrachteten Objekt anzugeben. Eine Kamera ist zur Befestigung
an der Röhre
vorgesehen, um ein Bild des betrachteten Objekts aufzunehmen. Die
Röhre ist
entlang ihrer Länge
kalibriert, so dass die Eindringtiefe der Röhre bekannt ist, und ein Rückhalteadapter
wird verwendet, um die Röhre
an ihrer Stelle festzuhalten. Der Rückhalteadapter beinhaltet eine
Kompassrose, die die Position des Beobachtungsprismas angibt. Ein
Ausrichtungsadapter kann ebenfalls verwendet werden, um eine richtige
Ausrichtung der Röhre
innerhalb eines Gehäuses,
mit dem sie verbunden ist, zu gewährleisten. Die Röhre weist
eine Fokusnummeranzeigevorrichtung auf, und das Okular enthält eine
Messvorrichtung, womit der Abstand zwischen beabstandeten Punkten
auf einem Objekt erhalten werden kann.
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Das
Dokument
US 3 856 000 beschreibt
ein Endoskop, das eine Hauptröhre
aufweist, die an ihrem vorderen Ende mit einem Beobachtungsfenster versehen
ist, das sich über
ihre Vorderfläche
bis zu einer Seitenfläche
erstreckt. Ein drehbares Prisma ist in der Röhre zwischen dem Fenster und
einer optischen Linse zur Bildbeobachtung angeordnet, so dass durch
Drehen des Prismas mittels eines Betätigungsdrahtes, der an dem
Basisendabschnitt der Hauptröhre
betätigbar
ist, ein visuelles Feld, das sich von der Vorderfläche zur
Seitenfläche
erstreckt, beobachtet werden kann. Eine Abschattungsplatte ist in der
Röhre angebracht
und mit dem Drehen des Prismas bewegbar, um das Passieren von auf
das optische System eintreffendem Licht durch die Seitenfläche zum
Zeitpunkt der Beobachtung der vorderen Fläche zu blockieren.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Endoskopievorrichtung
für die
dreidimensionale Untersuchung zu schaffen, welche in der Lage ist,
all die oben erwähnten
vier wesentlichen Nachteile gemäß des Standes
der Technik zu beseitigen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
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Bei
der erfindungsgemäßen Endoskopievorrichtung
besteht keine Notwendigkeit, irgendeinen speziellen Mechanismus
am distalten Ende vorzusehen, so daß ein Endoskop üblicher
Bauart für
die Messung verwendet werden kann. Da das distale Ende des Endoskopes
keinen speziellen Mechanismus aufweisen muß, kann weiterhin dieses distale Ende
entsprechend dünn
ausgelegt werden.
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Weiterhin
kann die Länge
einer Referenzlinie für
die dreidimensionale Untersuchung durch lineare Bewegung des Endoskopes
zusammen mit dem Befestigungsabschnitt mittels der Bewegungseinrichtung
geändert
werden. Somit kann eine zufriedenstellende Genauigkeit erhalten
werden, obgleich sich der Abstand vom distalen Ende des Endoskopes
zu dem zu messenden oder untersuchenden Gegenstand erheblich ändert.
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Da
weiterhin Bilder und notwendige Daten für die Untersuchung in der Speichereinrichtung
gespeichert werden können,
kann eine Untersuchung jederzeit durch Wiedergabe der Bilder wiederholt werden,
um irgendwelche Untersuchungsergebnisse nachträglich oder erneut zu bestätigen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere
Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
Zeichnung.
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Es
zeigt:
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1 eine
schematisch vereinfachte Gesamtansicht einer Endoskopievorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Schnittdarstellung durch ein Endoskop und ein Vorrichtungsgehäuse, welche
die Endoskopievorrichtung von 1 bilden;
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3 eine
Schnittdarstellung entlang III-III in 2;
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4 die
Ansicht von Befestigungsbeinen an dem Vorrichtungsgehäuse;
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5 ein
Blockschaltbild einer Untersuchungsvorrichtung in der Endoskopievorrichtung
von 1;
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6 eine
Schnittdarstellung mit dem Endoskop in einer ersten Position;
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7 eine
vergrößerte Darstellung
eines Ansichtsbereiches, wie er auf einem Bildschirm dargestellt
wird, wenn die Position oder Stellung von 6 eingehalten
wird;
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8 eine
Schnittdarstellung des Endoskopes in einer zweiten Position oder
Stellung;
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9 eine
Ansicht ähnlich
der von 7 mit der Position oder Lage
des Endoskops gemäß 8;
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10 eine
graphische Darstellung zur Erläuterung
der Prinzipien der dreidimensionalen Untersuchung unter Verwendung
der Endoskopievorrichtung von 1;
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11 eine
Darstellung einer Anordnung im distalen Endbereich eines Endoskops
der Endoskopievorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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12 eine
schematische Gesamtansicht des Äußeren einer
Endoskopievorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform;
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13 eine
Schnittdarstellung eines Befestigungsabschnittes der Endoskopievorrichtung
von 12;
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14 eine
Schnittdarstellung eines Zahnstangenabschnittes in der Endoskopievorrichtung von 12;
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15 eine
Schnittdarstellung des distalen Endbereiches eines Endoskops in
einer Endoskopievorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung;
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16 eine
schematische Außenansicht
einer Untersuchungsvorrichtung und Zubehörgeräten oder -teilen, welche die
Endoskopievorrichtung gemäß der dritten
Ausführungsform
bilden;
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17 eine
Blockdarstellung einer Untersuchungsvorrichtung in der Endoskopievorrichtung
gemäß der dritten
Ausführungsform;
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18 eine
schematische Außenansicht
einer Endoskopievorrichtung mit Haltemitteln zum Halten des distalen
Endbereiches des Endoskopes;
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19 eine
Vorderansicht der Vorrichtung gemäß 18; und
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20 eine
Schnittdarstellung einer Abwandlung der Befestigungsvorrichtung
zwischen dem Gehäuse
und dem Endoskop der Endoskopievorrichtung.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben. Die 1 bis 8 zeigen
hierbei eine erste Ausführungsform
der Erfindung.
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1 zeigt
eine Außenansicht
der Endoskopievorrichtung der ersten Ausführungsform. Gemäß 1 weist
die Endoskopievorrichtung ein starres oder steifes Lateralsicht-Endoskop 1 und
ein Vorrichtungsgehäuse 5 auf,
welches entfernbar an einem zu untersuchenden Gegenstand, beispielsweise
einer Flugzeugturbine 6 befestigbar ist.
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Das
Endoskop 1 ist mit einer TV-Kamera 2 zur Umwandlung
eines zu überwachenden
Bildes eines Bereiches der Turbine 6 in ein Videosignal
ausgestattet. Ein Lichtleiter (nicht dargestellt), der sich von
dem Endoskop 1 aus erstreckt läuft durch einen Mehrfachleiter 3 und
ist mit einer Lichtquelleneinheit 4 verbunden. Das Endoskop 1 wird
mittels des Gehäuses 5 mit
einem Zugriffseinlaß 7 der
Turbine 6 verbunden.
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Ein
Signalkabel 8, das sich von dem Gehäuse 5 aus erstreckt,
ist mit einer Untersuchungsvorrichtung 9 verbunden. Die
Vorrichtung 9 ist mit einem Signalkabel 10 von
der Kamera 2, einem Fußschalter 11 und
einem Steuergerät,
beispielsweise einer Maus 12 verbunden. Weiterhin ist die
Vorrichtung 9 mit einem Anzeigeschirm 13 zur Bildbeobachtung versehen.
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2 zeigt
den genaueren Aufbau des Vorrichtungsgehäuses 5.
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Gemäß 2 weist
das Gehäuse 5 ein
zylindrisches Gleitteil 15 und einen Halteabschnitt 14 auf, der
das Teil 15 hält
und an der Turbine 6 befestigbar ist.
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Der
Halteabschnitt 14 umfaßt
eine Befestigungsschraube 40, welche vom Gewinde her mit dem
Einlaß 7 der
Turbine 6 zusammenpaßt.
Das Gehäuse 5 kann
mit der Turbine 6 durch Einschrauben der Schraube 40 in
den Einlaß 7 befestigt
werden. Der Halteabschnitt 14 weist weiterhin eine Durchgangsbohrung 14a auf,
in welche das Gleitteil 15 axial beweglich eingeführt ist.
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Das
Gleitteil 15 besteht aus einem Abschnitt 15a geringen
Durchmessers an der distalen Seite, der in die Durchgangsbohrung 14a des
Halteabschnittes 14 einführbar ist, sowie einen Abschnitt 15b größeren Durchmessers
auf der proximalen Seite. Eine sich axial erstreckende Zahnstange 16 ist
in die äußere Oberfläche des
Abschnittes 15a fest eingebettet. Die Zahnstange 16 ist
in Eingriff mit einem Zahnrad 17 an dem Halteabschnitt 14.
Somit bilden die Zahnstange 16 und das Zahnrad 17 eine
Bewegungseinrichtung zum linearen Bewegen des Gleitteiles 15 (d.h.
eines Befestigungsteils 20, welches nachfolgend noch beschrieben
wird).
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Eine
Skala 18 eines Linearcodierers ist an dem Abschnitt 15a kleinen
Durchmessers des Gleitteiles 15 in axialer Richtung verlaufend
angebracht. Ein Erkennungsabschnitt 19 (Bewegungserkennungseinrichtung)
des Linearcodierers ist an dem Halteabschnitt 14 befestigt
und zwar entsprechend dem Bewegungsbereich der Skala 18.
Das Signalkabel 8, welches mit der Untersuchungsvorrichtung 9 verbindbar
ist, erstreckt sich von dem Erkennungsabschnitt 19 des
Codierers aus.
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Das
zylindrische Befestigungsteil 20 ist drehbar in den Abschnitt 15b großen Durchmessers
des Gleitteiles 15 eingeführt. Ein Stift 22,
der mit dem Abschnitt 15b großen Durchmessers befestigt
ist, ist in Eingriff mit einer Ausnehmung 21, die sich
an der Umfangsoberfläche
des Befestigungsteiles 20 befindet, wodurch das Teil 20 daran
gehindert wird, aus dem Gleitteil 15 herauszurutschen.
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Das
Gleitteil 15, das Befestigungsteil 20 und der
Halteabschnitt 14 sind mit Endoskop-Durchgangsbohrungen 31, 20a und 14b versehen,
durch welches das Endoskop 1 geführt werden kann. Die proximale
Seite des Befestigungsteiles 20 ist als Spannzange oder
-hülse
ausgebildet. Demzufolge kann das Endoskop 1 an dem Teil 20 durch
Aufklemmen eines Halteringes 23 auf die proximale Seite
des Teiles 20 befestigt werden. Wenn das Befestigungsteil 20 gedreht
wird, wobei das Endoskop 1 hieran befestigt ist, dreht
sich das Endoskop 1 zusammen mit dem Teil 20.
Beine 24 und 25 sind schwenkbeweglich an dem Halteabschnitt 14 mittels
Stiften 26 bzw. 27 befestigt.
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3 zeigt
den Aufbau im Eingriffsbereich zwischen der Zahnstange 16 und
dem Zahnrad 17.
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Die
Zahnstange 16 ist in einer Ausnehmung 28 (Dreh-Hemmeinrichtung)
des Halteabschnittes 14 eingesetzt, so daß das Gleitteil 15 in
dem Halteabschnitt 14 nur eine Gleitbewegung ausführen kann, sich
jedoch nicht drehen kann. Weiterhin ist das Zahnrad 17 an
einer Welle 29 befestigt, welche fest mit einem Drehknopf 30 verbunden
ist. Wenn somit der Knopf 30 gedreht wird, dreht sich das
Zahnrad 17, so daß sich
die Zahnstange 16 in axialer Richtung in dem Halteabschnitt 14 bewegt.
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4 zeigt
den Aufbau der Beine 24 und 25 zum Festlegen des
Halteabschnittes 14 an den zu untersuchenden Gegenstand,
beispielsweise der Flugzeugturbine 6.
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Jedes
Bein 24 oder 25 besteht aus einem ersten Schenkel 24a oder 25a der
schwenkbeweglich an dem Halteabschnitt 14 durch den Stift 26 oder 27 gelagert
ist, sowie aus einem zweiten Schenkel 24b bzw. 25b,
der schwenkbeweglich am freien Ende des ersten Schenkels 24a bzw. 25a durch
einen Verbindungsstift 33 bzw. 34 angeordnet ist,
sowie aus einem Kissen 33 bzw. 34, welches am
freien Ende des zweiten Schenkels 24b bzw. 25b mittels
eines Stiftes 35 bzw. 36 gelagert ist. Eine Feder 37 bzw. 38 verläuft zwischen
den ersten und zweiten Schenkeln 24a und 25a bzw. 24b und 25b und
spannt diese beiden Schenkel aufeinander zu.
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5 zeigt
den Aufbau der Untersuchungsvorrichtung 9. Gemäß 5 ist
die Untersuchungsvorrichtung 9 mit einer CPU 51 als
Steuer- und Verarbeitungseinrichtung versehen. Die CPU 51 ist
mit einem ROM 53 (Lesespeicher), einem RAM 54 (Speicher
mit wahlfreiem Zugriff) und einer Festplatte 55 als Speichereinrichtung
mittels eines Busses 52 verbunden. Weiterhin ist der Bus 52 mit
einem Interface 56 für
den Linearcodierer, einem Schalterinterface 57, einem Mausinterface 58,
einem Rahmenspeicher 59 und einem Anzeigespeicher 60 verbunden,
welches Signale von dem Linearcodierer 19, dem Fußschalter 11,
der Maus 12, der Kamera 2 und dem Rahmenspeicher 59 erhalten.
Der Monitor oder Schirm 13 ist mit dem Anzeigespeicher 60 verbunden.
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Nachfolgend
wird die Arbeitsweise der so aufgebauten Endoskopievorrichtung näher erläutert.
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Die
einzelnen Komponenten werden miteinander in der Weise verbunden,
wie in 1 dargestellt. Zunächst wird der Haltering 23 des
Befestigungsteiles 20 des Gehäuses 5 gedreht, um
die Spannzange oder Spannhülse
an der proximalen Seite des Teiles 20 zu lockern und das
Endoskop 1 wird in die Durchgangsbohrung 20a des
Teils 20 eingeführt.
Das Endoskop 1 wird weiter durch die Durchgangsbohrungen 31 und 14b des
Gleitteiles 15 und des Halteabschnittes 14 geführt. Wenn
die distale Seite des Endoskopes 1 vom distalen Ende des
Halteabschnittes 14 um eine bestimmte Länge vorsteht, so daß ein Bereich
des zu untersuchenden Gegenstandes beobachtet werden kann, wird
der Haltering 23 entgegen der vorherigen Drehrichtung gedreht, um
die Spannzange oder Spannhülse
anzuziehen, so daß das
Endoskop 1 in dem Halteteil 20 festgelegt wird.
Nachfolgend wird die Kamera 2 an dem Endoskop 1 angebracht.
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Der
Mehrfachleiter, der von dem Lichtleiter von dem Endoskop 1 her
durchsetzt wird, wird mit der Lichtquelle 4 verbunden.
Weiterhin werden die Signalkabel 10 und 8 von
der Kamera 2 und dem Linearcodierer 19, dem Fußschalter 11 und
der Maus 12 separat mit der Untersuchungsvorrichtung 9 verbunden.
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Dann
wird die Befestigungsschraube 40 des Halteabschnittes 14 mit
dem Einlaß 7 der
Turbine 6 durch Einschrauben verbunden. Sodann werden die Lagen
der oberen und unteren Beine 24 und 25 von der
Lage gemäß der oberen
Hälfte
von 4 in die Lage gemäß der unteren Hälfte von 4 verschwenkt.
Hierdurch wird das Gehäuse 5 in
einen Zustand gebracht, wo die Beine 24 und 25 fest
aufstehen, wie in 1 gezeigt, wobei weiterhin eine
feste Verbindung mit dem Einlaß 7 der
Turbine 6 aufgrund der Schraubverbindung besteht. 6 zeigt
das Innere der Turbine 6 in diesem Zustand.
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Gemäß 6 ist
der Sichtbereich des Endoskopes 1 auf eine Fehlerstelle 72,
beispielsweise einen Riß oder
dergleichen einer Turbinenschaufel 71 gerichtet. Ein endoskopisches
Bild wird auf Monitor 13 dargestellt, wie in 7 gezeigt,
was mittels der Kamera 2 und dem Rahmenspeicher 59 erfolgt.
Die Bilder vom Rahmenspeicher 59 werden auf der Festplatte 55 durch
Betätigung
des Fußschalters 11 aufgezeichnet.
Zur gleichen Zeit wird ein Positionssignal von dem Linearcodierer 19 der
Untersuchungsvorrichtung 9 durch das Interface 56 zugeführt und
auf der Festplatte 55 aufgezeichnet.
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Nachfolgend
wird der Knopf 30 gedreht, um durch Drehung des Zahnrades 17 das
Gleitteil 15 in axialer Richtung zu bewegen, wodurch das
Endoskop 1 in die Lage gemäß 8 gebracht
wird. 9 zeigt das Endoskopiebild, das zu dieser Zeit
erhalten wird. In diesem Zustand wird der Fußschalter 11 erneut
betätigt,
um das endoskopische Bild auf der Festplatte 55 aufzuzeichnen.
Zur gleichen Zeit wird das Positionssignal von dem Linearcodierer 19 auf der
Festplatte 55 aufgezeichnet. Falls notwendig, werden auch
noch andere Daten aufgezeichnet. Zu Beginn einer Messung nach dem
Beenden der Aufzeichnung wird das zuerst aufgezeichnete Bild (das Bild
von 7) von der Festplatte 55 ausgelesen und auf
dem Monitor 13 dargestellt. Ein zu messender Punkt, z.B.
der Ausgangspunkt der Fehlerstelle 72 wird mittels der
Maus 12 in dem Bild auf dem Monitor 13 festgelegt.
Dieser Punkt ist in 7 mit S1 bezeichnet. Sodann
wird der Endpunkt der Fehlerstelle 72 auf ähnliche
Weise mittels der Maus 12 festgelegt. Dieser Punkt ist
in 7 mit E1 bezeichnet.
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Nachfolgend
wird das andere Bild (9), welches nach der Verschiebung
des Endoskopes 1 erhalten wurde von der Festplatte 55 ausgelesen
und auf dem Monitor 13 dargestellt und die Punkte S2 und
E2 entsprechen den Punkten S1 und E1 werden mittels der Maus 12 festgelegt
(vgl. 9).
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Die
Länge des
Gegenstandes, d.h. der Fehlerstelle 72 im Raum wird auf
der Grundlage der beiden Sätze
von Punkten (S1, E1, S2, E2) berechnet.
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10 stellt
das Prinzip der Festlegung der Länge
des Gegenstandes, d.h. der Fehlerstelle 72 dar. Die Punkte
A und B entsprechen dem Mittelpunkt einer Objektivlinse des Endoskopes 1.
Da zwei Punkte, an welchen das Bild erhalten wurde, bei A und B liegen,
ist eine Parallaxe als Referenz für die Bestimmung gleich einer
Länge L
zwischen den Punkten A und B. Die Länge L wird erhalten durch Berechnung der
Differenz zwischen den Aufzeichnungswerten für den Linearcodierer, welche
bislang auf der Festplatte 55 aufgezeichnet wurden. Wenn
der Abstand von einem Objektpunkt (C···S1, E1, S2, E2) gleich Z
ist, ergeben sich die nachfolgenden drei Gleichungen: Z
= a·tan(θa), Z = b·tan(θb), und a = L + b.
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Hierbei
sind θa
und θb
abhängig
von dem Abstand zwischen dem Objektpunkt C zum Mittelpunkt des Bildes
und der Bilderzeugungsformel für jede
Linse erhaltbar. Da die Parallaxe L als Messreferenzwert bereits
bekannt ist, kann der Abstand Z vom Objektpunkt C aus den obigen
drei Gleichungen erhalten werden.
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Dieses
Verfahren zum Erhalten von dreidimensionalen Koordinaten für den Objektpunkt
C ist beispielsweise in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2-28108
(Jpn. Offenlegung KOKAI Nr. 3-231622), der Japanischen Patentanmeldung
Nr. 5-171786 (Jpn.
Offenlegung KOKAI Nr. 7-27519), der Japanischen Patentanmeldung
Nr. 6-22579 (US-PS 371 979) etc. beschrieben.
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Da
die dreidimensionalen Koordinaten für die Punkte S (S1, S2) und
E (E1, E2) auf diese Weise erhalten werden können, können die Längen der Segmente, welche die
Punkte S und E im Raum untereinander verbinden, bestimmt werden.
Mit anderen Worten, die Länge
der Fehlerstelle 72 auf der Turbinenschaufel 71 kann
gemessen werden.
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Da
die Endoskopievorrichtung gemäß dieser Ausführungsform
die Anwendung irgendwelcher speziellen Mechanismen am distalen Ende
des Endoskopes nicht benötigt,
kann ein Endoskop üblicher Bauart
für die
Messung verwendet werden und das distale Ende des Endoskops kann
im Durchmesser verringert werden.
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Bei
der Endoskopievorrichtung der vorliegenden Erfindung kann weiterhin
die Referenzlänge L
für die
Messung durch Ändern
des Drehwinkels des Knopfes 30 geändert werden. Obgleich der
Abstand vom distalen Ende des Endoskopes 1 zum zu untersuchenden
Gegenstand sich erheblich ändert,
kann trotzdem eine ausreichende Genauigkeit der Messung erhalten
werden.
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Da
die Endoskopievorrichtung der vorliegenden Erfindung Bilder und
notwendige Untersuchungsdaten aufzeichnen und wiedergeben kann, kann
die Untersuchung jederzeit durch Wiedergabe der Bilder wiederholt
werden, um irgendwelche Untersuchungsergebnisse nochmals abzurufen
oder zu bestätigen.
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Die 11 bis 14 zeigen
eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In der ersten Ausführungsform wurde ein steifes
Lateral- oder Seitensicht-Endoskop 1 verwendet. Bei der zweiten
Ausführungsform
wird ein steifes Endoskop 1a mit variablem Sichtfeld verwendet,
so daß die Sichtrichtung
geändert
werden kann.
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11 zeigt
den Aufbau eines distalen Endbereiches 81a dieses Endoskopes 1a.
Der distale Endabschnitt oder Endbereich 81 ist mit einem
Lichtleiter 82 versehen. Das distale Ende des Lichtleiters 82 ist
gebogen, so daß seine
Endfläche
einer Beleuchtungslinse 83 gegenüberliegt. Eine Objektivlinseneinrichtung
besteht aus einer festen Objektivlinse 84 und einer drehbaren
Objektivlinse 85. Hinter der festen Linse 84 ist
eine Bildleiteinrichtung, beispielsweise eine Übertragungslinse 86 angeordnet.
Die Übertragungslinse 86 kann
ein von der Objektivlinseneinrichtung erzeugtes Bild einem nicht
dargestellten Okular oder dergleichen zugeführen.
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Zwischen
der festen Linse 84 und der drehbeweglichen Linse 85 ist
ein Prisma 87 angeordnet. Das Prisma 87 kann die
Sichtrichtung ändern.
Die drehbare Objektivlinse 85 und das Prisma 87 sind
auf einem Drehteller 89 mit einer Welle 88 angeordnet. Mit
dem Drehteller 89 ist ein Betätigungsdraht 90 verbunden
und durch Schieben oder Ziehen am Draht 90 kann der Drehteller 89 um
die Welle 88 verschwenkt werden.
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Vorderhalb
des Drehtellers 89 ist eine Glasabdeckung 91 angeordnet.
Der Drehteller 89 ist mit einer Skala 92 eines
Drehcodierers versehen. Ein Erkennungsabschnitt 93 des
Drehcodierers, der am distalen Endbereich 81 angeordnet
ist erkennt den Drehwinkel des Drehtellers 89 aufgrund
der Skala 92 auf dem Drehteller 89.
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12 zeigt
eine Außenansicht
einer Endoskopievorrichtung dieser Ausführungsform. Gemäß 12 ist
ein Gehäuse 5a mit
drei festen Beinen 102 versehen. Der distale Endbereich
einer dieser Beine 102 bildet einen Hakenbereich 103.
Dieser Hakenbereich 103 kann mit einer Leitung 104 und
einem anderen Bauteil der Turbine 6 in Verbindung gebracht werden.
Die Länge
des Hakenbereiches 103 ist einstellbar.
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Eine
Signalleitung 105, welche von dem Drehcodierer 93 des
Endoskopes 1a aus verläuft
ist mit der Untersuchungsvorrichtung 9 verbunden. Bei dieser
Ausführungsform
sind die Untersuchungsvorrichtung 9 und der Monitor 13 separate
Komponenten. Ein nicht dargestelltes Interface, welches ein Signal
von dem Drehcodierer 93 empfängt, ist in der Untersuchungsvorrichtung 9 angeordnet,
wie es bei der ersten Ausführungsform
für den
linearen Codierer 19 der Fall war.
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Gemäß 13 ist
im Gegensatz zur ersten Ausführungsform
der Halteabschnitt 14 des Endoskopgehäuses 5a dieser Ausführungsform
nicht mit dem Einlaß 7 durch
eine Schraubverbindung verbunden, sondern dadurch, daß ein sich
verjüngender
Abschnitt 109 mit dem Einlaß 7 verankert ist.
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14 zeigt
eine Ansicht des Halteabschnittes 14 dieser zweiten Ausführungsform.
Gemäß 14 ist
eine Kegelradverzahnung 114 zwischen einer Welle 29b des
Drehknopfes 30 zur linearen Bewegung des Endoskopes 1a und
einer Welle 29b des Zahnrades 17 vorhanden, so
daß die
Welle 29b des Knopfes 30 sich in die gleiche Richtung
wie die Längsachse
des Endoskopes 1a erstreckt. Andere Elemente der zweiten
Ausführungsform
sind auf gleiche Weise wir ihre entsprechenden Gegenstücke der ersten
Ausführungsform
angeordnet.
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Nachfolgend
wird die Arbeitsweise der Endoskopievorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform
näher erläutert. Zunächst wird
der Hakenbereich 103 des Beines 102 an dem Gehäuse 5a mit
einer geeigneten Röhre
oder Leitung 104 oder dergleichen der Turbine 6 verankert.
Nachfolgend wird die Länge
des Hakenbereiches 103 eingestellt, um das Gehäuse 5a in
eine korrekte Stellung zu bringen.
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Die
zweite Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dahingehend, daß das Signal
von dem Drehcodierer 93 ebenfalls der Untersuchungsvorrichtung 9 zugeführt wird.
Zur Abstandsberechnung werden daher Winkeländerungen von dem Codierer 93 mit
in Betracht gezogen.
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Obgleich
die Länge
der Referenzlinie für
die Messung wie in der ersten Ausführungsform L ist, ergibt sich
eine Referenzlinienlänge
L' für die Messung bei
der zweiten Ausführungsform
durch L' = L·cos(α), wobei α der Neigungswinkel
der Sichtrichtung zur Senkrechten ist. Die Untersuchung wird somit
auf der Grundlage dieser Referenzlinienlänge L' auf gleiche Weise wie in der ersten
Ausführungsform
durchgeführt.
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Gemäß obiger
Beschreibung kann die Endoskopievorrichtung der zweiten Ausführungsform
die gleichen Funktionen und Wirkungsweisen wie in der ersten Ausführungsform
durchführen
und ist weiterhin so ausgelegt, daß das Gehäuse 5a ohne Verwendung
eines Schraubenabschnittes in dem Einlaß 7 festgelegt werden
kann. Somit kann der Innendurchmesser des Teiles des Halteabschnittes 14,
der an der Befestigungsbohrung oder dem Einlaß 7 angebracht wird
(oder der Durchmesser der Endoskopdurchgangsbohrung 14b)
vergrößert werden.
Somit kann das Endoskop bei der zweiten Ausführungsform dicker als dasjenige
bei der ersten Ausführungsform
sein.
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Da
der Knopf 30 zur Bewegung des Endoskopes nicht an der Seite
der Vorrichtung vorgesehen sein muß, wird weniger Platz benötigt und
eine leichtere Bedienung ist möglich.
Weiterhin kann die Verwendung des Endoskopes 1a mit variablen
Sichtfeld die Beobachtung eines interessierenden Bereiches leichter
als in der ersten Ausführungsform
machen.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird der Schwenkwinkel des Prismas 87 im distalen Endbereich 81 des
Endoskopes 1a (oder der Drehwinkel des Drehtellers 89)
mittels des Codierers 93 erfaßt. Alternativ hierzu können Einrichtungen
zur Überwachung
der Bewegung des Drahtes 90 vorgesehen sein, sa daß der Drehwinkel
des Prismas 87 bzw. des Drehtellers 89 von der
erkannten Drahtbewegung her erhalten werden kann. In diesem Fall
ist die Erkennungseinrichtung am distalen Endabschnitt des Endoskopes 1a oder
in einem Steuerabschnitt am proximalen Ende des Endoskopes 1a,
insbesondere im Nahbereich der Steuerhebel am Steuerabschnitt angeordnet.
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Endoskope
mit variablen Gesichtsfeld sind beispielsweise in den Japanischen
Gebrauchsmusterveröffentlichungen
KOKOKU Nr. 30-8794, 47-30235, 51-43665, 52-1758, 49-32484, der Japanischen
Offenlegung KOKOKU, Nr. 55-38134, den US-Patentanmeldungen Nr. 4,697,557; 3,856,000 und
3,262,364 und der Deutschen Patentanmeldung Nr. 1,244,440 beschrieben.
Bei diesen Endoskopen wird die Referenzlinienlänge, welche ein Referenzwert
für die
Messung ist, geändert,
wenn die Beobachtungsrichtung geändert
wird, so daß es
notwendig ist, den Grad der Änderung
der Beobachtungsrichtung zu erkennen. Im Falle der zweiten Ausführungsform
ist daher der Drehcodierer 93 notwendigerweise vorgesehen,
der als Erkennungsvorrichtung für
die Beobachtungsrichtung dient.
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Bei
einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gemäß nachfolgender
Beschreibung wird eine Endoskopievorrichtung geschaffen, bei der Änderungen
der Sicht- oder
Beobachtungsrichtung bei der Untersuchung ihren entsprechenden Niederschlag
finden, ohne das irgendwelche Mittel zur Erkennung der Sichtrichtung
verwendet werden.
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Die 15 bis 17 zeigen
diese dritte Ausführungsform.
Die Endoskopievorrichtung gemäß der dritten
Ausführungsform
verwendet wie diejenige der zweiten Ausführungsform ein Endoskop 1b mit
variablem Gesichtsfeld. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich
jedoch von der zweiten Ausführungsform
dahingehend, daß der
Drehcodierer 93 zur Erkennung der Beobachtungsrichtung fehlt.
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15 zeigt
eine Ansicht des distalen Endbereiches 121 des Endoskops 1b.
Gemäß 15 ist der
distale Endbereich 121 mit einer transparenten Abdeckung 122 versehen.
Ein Bildleiter 124 und Objektivlinsen 125 sind
in einem distalen Endgehäuse 123 angeordnet,
welches den distalen Endbereich 121 bildet.
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Vorderhalb
der Objektivlinsen 125 ist ein Prisma 126 an einem
Drehteller 127 gehalten. Der Drehteller 127 kann
um eine Welle 128 drehen, welche im distalen Endbereich 121 befestigt
ist. Der Drehteller 127 ist mit einem Befestigungsabschnitt 129 versehen,
der wiederum mit einem Betätigungsdraht 130 verbunden
ist. Eine Druckfeder 132 ist in einer Bohrung in der Basis
des Drehtellers 127 angeordnet und trägt eine Kugel 131.
Die Kugel 131 wird von der Feder 132 nach außen vorgespannt,
so daß sie
fortlaufend auf ein Kugelaufnahmeteil 133 gedrückt wird,
welches an dem Bereich des distalen Endbereiches 121 angeordnet
ist, der dem Drehteller 127 gegenüberliegt. Die äußere Oberfläche des
Aufnahmeteiles 133 ist mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen 133a versehen
(im dargestellten Ausführungsbeispiel
drei Stück),
welche die Kugel 131 aufnehmen können.
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Gemäß 16 ist
ein Schaltergehäuse 134 mit
der Untersuchungsvorrichtung 9 verbunden. Das Schaltergehäuse 134 weist
vier Schalter auf und kann daher vier Arten von Signalen an die
Vorrichtung 9 liefern. Wie in 17 gezeigt,
ist die Untersuchungsvorrichtung 9 auf gleiche Weise wie
in der ersten Ausführungsform
aufgebaut, mit der Ausnahme, daß noch
ein Interface 136 zur Aufnahme der Signale vom Schaltergehäuse 134 vorhanden
ist.
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Nachfolgend
wird die Arbeitsweise der Endoskopievorrichtung dieser Ausführungsform
näher erläutert.
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Wenn
der Betätigungsdraht 130 durch Schwenken
beispielsweise eines Hebels am Steuerabschnitt der proximalen Seite
des Endoskopes 1b geschoben oder gezogen wird, dreht sich
der Drehteller 127 um die Welle 128, so daß die Kugel 131 in eine
der Ausnehmungen 133a des Aufnahmeteiles 133 gedrückt wird
und somit der Drehteller 127 lagefixiert ist. Wenn der
Betätigungsdraht 130 weiter
betätigt
wird, wobei der Druck der Feder 132 überwunden wird, dreht sich
der Drehteller 127 weiter, so daß die Kugel 131 in
eine der anderen Ausnehmungen 133a fällt. Somit kann der Drehteller 127 nur
in denjenigen Stellungen fixiert werden, in denen die Kugel 131 in
einer der Ausnehmungen 133a ist, so daß der Drehwinkel des Prismas 126 in
bestimmte Intervalle unterteilt ist. Beispielsweise ist in 15 der
Drehwinkel des Prismas 126 in drei einzelne Stellungen unterteilt.
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Bei
der Endoskopievorrichtung gemäß dieser
Ausführungsform
kann somit das Prisma 126 für die Beobachtungsrichtungsänderung
in bestimmte Drehwinkel gesetzt werden, indem die Kugel 131 in einer
der Ausnehmungen 133a zu liegen kommt, so daß die Beobachtungs-
oder Sichtrichtung des Endoskopes 1b problemlos ohne einen
Drehcodierer erkannt werden kann.
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Auf
diese Weise kann eine dreidimensionale Untersuchung zu jeder Zeit
wiederholt werden, indem nur die Beobachtungsrichtung des Endoskopes 1b bzw.
der Drehwinkel des Prismas 126 vorab in der Untersuchungsvorrichtung 9 gespeichert
werden, indem einer der Schalter am Schaltergehäuse 134 während der
Bildaufzeichnung auf der Festplatte 55 gedrückt wird.
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Bei
der soeben beschriebenen Ausführungsform
wird eine Art Rastervorrichtung mit der Kugel 131 verwendet,
um den Drehwinkel des Prismas 126 bzw. des Drehtellers 127 in
bestimmten Positionen festzulegen. Es versteht sich, daß für diesen
Zweck auch andere Anordnungen möglich
sind, beispielsweise Rastervorrichtungen mit Magneten, eine Kombination
einer Blattfeder mit einem Vorsprung und Rastbohrungen, einer Rastervorrichtung
seitens des Betätigungsdrahtes 130 usw.
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Die 18 und 19 zeigen
ein Beispiel, wie der Halteabschnitt 14 mit einem Befestigungsteil zum
Festlegen eines Endoskopes ausgestattet ist. Gemäß 18 ist
ein Videoendoskop 1c mit einer CCD in das Gehäuse 5b eingeführt und
hier befestigt. Das Endoskop 1c und das Gehäuse 5b sind
wie ihre entsprechenden Gegenstücke
in der ersten Ausführungsform
ausgelegt. Zwei Steuerwellen 163 und 164 (nur
die Welle 164 ist dargestellt) verlaufen drehbeweglich
durch den Halteabschnitt 14. Die Wellen 163 und 164 sind
beide im wesentlichen symmetrisch bezüglich der Mittenachse des Halteabschnittes 14 angeordnet
(vgl. 19). Parallel zu dem Endoskop 1c verlaufend
erstrecken sich die Wellen 163 und 164 durch den
Halteabschnitt 14, so daß ihre jeweiligen distalen
Endabschnitte vom distalen Ende des Abschnittes 14 vorstehen.
Schaufeln oder Klingen 160 und 161 sind an den
distalen Enden der Steuerwelle 163 und 164, welche
vom distalen Ende des Halteabschnittes 14 vorstehen, ausgebildet.
Die proximalen Bereiche der Wellen 163 und 164 sind
um ungefähr
90° gebogen
und bilden Steuerhebel 157 und 158.
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Ein
Steuerabschnitt 151 des Endoskops 1c ist mit einem
Steuerknopf 171 versehen. Eine (nicht dargestellte) Untersuchungsvorrichtung
kann durch Betätigung
des Steuerknopfes 171 in Betrieb gesetzt werden. Somit
hat der Steuerknopf 171 die gleiche Funktion wie der Fußschalter 11 in
der ersten Ausführungsform.
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Das
Endoskop 1c ist wie ein übliches Endoskop mit der Lichtquelle 4 und
einer Kamera-Steuereinheit 170 verbunden. Die entsprechenden
Ausgänge
dieser Einheiten sind mit der Untersuchungsvorrichtung 9 verbunden.
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Bei
dieser Anordnung kann der distale Endbereich 150 des Endoskops 1c durch
Drehen der Steuerhebel 157 und 158 zum Verschwenken
der Klingen 160 und 161 in die Richtungen der
Pfeile in 19 festgelegt werden, so daß der distale
Endbereich 150 zwischen den Klingen 160 und 161 gehalten
ist. Hierdurch kann verhindert werden, daß der distale Endbereich 150 des
Endoskops 1c sich unerwartet bewegt und hierdurch die Meßgenauigkeit
abnimmt.
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Obgleich
die Spannzange oder Spannhülse verwendet
wird, in jeder der beschriebenen Ausführungsformen das Endoskop festzulegen,
kann das Endoskop mittels einer Schraube festgeklemmt werden. 20 zeigt
diese Anordnung. Wie in 20 gezeigt,
ist das Endoskop 1 mit dem Befestigungsteil 20 durch
Einschrauben einer Befestigungsschraube 142 in das Teil 20 festgelegt,
wobei das distale Ende der Schraube 142 auf der äußeren Umfangsoberfläche des
Endoskopes 1 aufsitzt.
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Obgleich
in den beschriebenen Ausführungsformen
ein steifes oder starres Endoskop verwendet wurde, kann es durch
ein flexibles Endoskop, ein sogenanntes Fiberscope, ein Video-Endoskop mit
einer CCD oder dergleichen ersetzt werden.
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Obgleich
weiterhin ein Linearcodierer als Erkennungsvorrichtung für die Bewegung
des Endoskops verwendet wurde, kann dieser durch einen Drehcodierer
zur Erkennung der Drehung einer Welle oder dergleichen ersetzt werden.
In jeder der dargestellten Ausführungsformen
ist das Gleitteil 15 so ausgelegt, daß es in jeder gewünschten
Position angehalten werden kann. Alternativ hierzu kann das Gleitteil 15 mit
einem Raster-Stoppmechanismus versehen werden, der ähnlich wie
in der dritten Ausführungsform
aufgebaut sein kann, so daß das
Bauteil 15 in einer Mehrzahl von festgelegten Positionen durch
Rastung angehalten werden kann. In diesem Falle ist das Schaltergehäuse so ausgelegt,
daß es die
Untersuchungsvorrichtung 9 mit der Position des angehaltenen
Gleitteiles 15 versorgen kann. Weiterhin kann alternativ
eine Maus, eine Tastatur oder ein sonstiges Dateneingabegerät verwendet
werden, um die Position des Gleitteiles 15 in einem Bild
festzusetzen.
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Bei
der ersten Ausführungsform
wurde der Fußschalter
als Schalter für
die Speicherung von Bildern verwendet. Es versteht sich, daß die Daten
auch durch Drücken
eines Knopfes am Endoskop gespeichert werden können.
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Die
Maus zur Festlegung der Position der Fehlerstelle 72 in
dem Bild kann durch eine Tastatur, einen Lichtgriffel, einen berührungsempfindlichen Bildschirm,
einen sogenannten Trackball oder dergleichen ersetzt werden. Anstelle
der Darstellung von Bildern nacheinander können auch interessierende Bereiche
von beiden Bildern gleichzeitig nebeneinander dargestellt werden.