CN102170996A - 用于加工长形的工件的机器和方法 - Google Patents

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Abstract

用于加工长形的工件(25)的机器(19)具有用于工件加工的加工装置(21)以及用于相关工件(25)的保持与定心设备(1)。该保持与定心设备(1)包括可控制的保持装置(2)以及定心装置(3)。保持装置(2)的释放状态和定心装置(3)的定心状态是可同时实现的。工件(25)在保持装置(2)的释放状态中且在定心装置(3)同时处于定心状态中的情况下横向于机器纵向轴线(15)被定位在给定位置中并且可沿着机器纵向轴线(15)相对于保持与定心设备(1)运动。一种用于加工长形的工件(25)的方法包括相应的方法步骤。一种加工程序用于运行机器(19)，该加工程序根据一种为此设置的方法建立。一种计算机程序产品用于执行用于建立加工程序的方法。

Description

用于加工长形的工件的机器和方法
技术领域
本发明涉及一种用于加工长形的工件、尤其是金属型材的机器，包括：加工装置，借助该加工装置可加工一个以其纵向方向沿着机器纵向轴线延伸的工件；以及用于工件的保持与定心设备，该保持与定心设备包括可控制的保持装置以及定心装置，
其中，保持装置可转移到保持状态中以及可转移到释放状态中并且在保持状态中将工件在机器纵向轴线的方向上固定在保持与定心设备上以及在释放状态中准许工件相对于保持与定心设备沿着机器纵向轴线运动，以及
其中，工件借助位于定心状态中的定心装置横向于机器纵向轴线被定位在一个给定位置中。
本发明此外涉及一种可通过以上机器执行的、用于加工长形的工件、尤其是金属型材的方法，一种用于运行开头所述的机器的加工程序，一种用于建立这类加工程序的方法以及一种用于执行最后提到的方法的计算机程序产品。
背景技术
开头所述类型的机器和方法在EP 0 705 655 A1中公开。在已知的机器上，沿着一个沿床身延伸的机器纵向轴线设有总共三个用于工件的保持与定心设备。中间的保持与定心设备是固定的，两个位于外部的保持与定心设备可以沿着机器纵向轴线移动。每个保持与定心设备具有一带有四个卡爪的卡盘，这些卡爪彼此在机器纵向轴线上成对地相对置。卡盘的四个卡爪围绕机器纵向轴线以90°相互错开。在卡盘关闭的情况下，穿过相关的保持与定心设备的工件借助这些卡爪不仅在机器纵向轴线的方向上固定而且横向于机器纵向轴线定心。如果卡盘是打开的，那么工件被准许相对于相关的保持与定心设备在机器纵向轴线的方向上执行运动。这时可行的是，使工件相对于保持与定心设备沿着机器纵向轴线补进(加料)。工件的这类补进尤其是需要的，由此能够借助机器的加工装置在一个长度上加工工件，该长度超过加工装置在机器纵向轴线的方向上的最大移动行程长度。在工件的补进之后，之前打开的卡盘又被关闭。工件然后在保持与定心设备上重新在工件纵向轴线的方向上被固定并且横向于机器纵向轴线被定心。仅在工件被定心的情况下可实现高精度的工件加工。
发明内容
本发明的任务是改进现有技术，从而简化工件加工所需的流程。
该任务根据本发明通过权利要求1、9、10、11、12的技术方案解决。
在本发明的情况下设有保持与定心设备，该保持与定心设备的保持装置和定心装置可以相对彼此解耦地被操作。因此，保持装置的释放状态和定心装置的定心状态可同时实现。该发明特征允许：工件在机器纵向轴线的方向上相对于保持与定心设备运动，而不必为此目的取消工件的定心。在相对运动结束之后仅要将保持装置从释放状态转移到保持状态中。消除了工件的重新定心的必要性。因此，工件不顾可能的补进运动保持横向于机器纵向轴线的一次定义的给定位置。这种情况也对可实现的加工精度有正面作用。因此即便在工件的补进运动中也横向于机器纵向轴线得到工件和加工装置的统一的相互配合。
为了执行根据本发明的方法，在根据本发明的加工机器的数字机器控制装置上执行为此建立的加工程序。该加工程序包括大量控制指令，借助这些控制指令在根据本发明的方法的意义上控制保持装置以及定心装置、尤其是这些装置的驱动器。这些控制指令在根据本发明的用于建立根据本发明的加工程序的方法的范围中产生。具有相应的编码器件的计算机程序产品用于执行根据本发明的用于建立根据本发明的加工程序的方法的步骤。该计算机程序产品形成计算机支持的编程系统的一个重要组成部分，编程系统在它这边让使用者能够生成根据本发明的加工程序的控制指令。
由从属权利要求2至8给出根据独立权利要求的本发明的特殊实施方式。
在根据权利要求2的发明结构方式的情况下尤其是存在以下可能性：工件外圆周上的任意部位对于加工装置都是可接近的。
根据权利要求3，设有至少一个滚动元件作为定心装置的定心元件。，这类定心元件由于其可旋转的支承而允许被定心的工件沿着机器纵向轴线的低摩擦的运动。
在本发明的优选构型中，保持与定心设备的保持装置和定心装置具有共同的保持与定心元件(权利要求4)。这些部件承担双重功能，使得保持与定心设备的构造简单且尤其是紧凑。
权利要求5描述了保持与定心设备的一个特别适宜的结构形式。为了转移到保持状态中，构造为滚动元件的保持与定心元件仅对于围绕其旋转轴线的旋转运动被锁定。如果该运动锁定被取消，那么保持与定心元件允许被定心的工件沿着机器纵向轴线的低摩擦的运动。
权利要求6和7涉及根据本发明的保持与定心设备的紧凑的实施方式。
根据权利要求8，在根据本发明的机器的另一种优选的结构形式中设有两个保持与定心设备，这些保持与定心设备沿着机器纵向轴线相对彼此错开地设置并且可相对彼此运动。在保持与定心设备的相对运动期间两个定心装置位于定心状态中。其中一个保持与定心设备上的保持装置转换到保持状态中，而另一个保持与定心设备的保持装置转换到释放状态中。以这种方式和方法允许借助两个保持与定心设备通过灵活的方式和方法实现工件沿着机器纵向轴线的运动。
附图说明
下面根据举例的示意图详细地阐述本发明，其中示出：
图1：用于单根型材和连续型材的保持与定心设备的第一结构形式，
图2：用于单根型材和连续型材的保持与定心设备的第二结构形式，
图3a：在工件加工的第一阶段中的具有两个根据图1的保持与定心设备的激光加工机，
图3b：根据图3a的保持与定心设备的单独视图，
图4a、4b、5a、5b、6a、6b、7a、7b：在工件加工的另一个阶段中的根据图3a和3b的布置，以及
图8：具有单个根据图1的保持与定心设备的激光加工机。
具体实施方式
根据图1，保持与定心设备1具有一个可控制的保持装置2以及一个同样可控制的定心装置3。保持装置2是一个具有两个构造为卡爪4、5的保持元件的卡盘，这些保持元件可在双箭头6的方向上向着彼此或者远离彼此运动。定心装置3包括一个具有构造为定心滚子8、9的定心元件的定心滚子对7以及一个具有定心滚子11、12形式的定心元件的定心滚子对10。一个由定心滚子8、9限定的定心轴线13垂直于定心滚子11、12的定心轴线14延伸。在定心轴线13的方向上定心滚子8、9可相对于彼此横向进给(zustellbar)。定心滚子11、12能沿着定心轴线14执行相应的横向进给运动。定心装置3的中心处在一个和保持与定心设备1的纵向中心轴线重合的机器纵向轴线15上。所有的定心滚子8、9、11、12可围绕一旋转轴线自由旋转，所述旋转轴线分别垂直于机器纵向轴线15延伸。在图1中举例地表示出定心滚子8的旋转轴线16。
定心滚子对7、定心滚子对10以及具有卡爪4、5的卡爪对沿着机器纵向轴线15相互错开。不仅具有卡爪4、5的保持装置2而且具有定心滚子对7、10的定心装置3都安装在一个在图1中仅示意性示出的圆分度工作台17上并且可借助该圆分度工作台17共同地围绕机器纵向轴线15旋转。圆分度工作台17或者说保持装置2和定心装置3的旋转运动性在图1中通过双箭头18表示出来。代替圆分度工作台17也可想到其它的旋转装置。
在图2中示出可作为保持与定心设备1的等价的变换方案使用的第二结构形式的保持与定心设备1a。与根据图1的保持与定心设备1不同，保持装置2a和定心装置3a共同具有保持与定心元件8a、9a、11a、12a。保持与定心元件是滚动元件，在所示的例子情况下是滚子，这些滚动元件任选地可以对于围绕其轴线、例如围绕旋转轴线16a的旋转被锁定或者可以准许这样的旋转。如果滚子8a、9a、11a、12a对于旋转运动被锁定，那么这些滚子承担保持装置2a的功能。与所述的实施方式不同，也可以仅有一部分滚子8a、9a、11a、12a对于旋转运动是可锁定的。
这些滚子8a、9a、11a、12a与它们的旋转运动性无关地限定了一个处在机器纵向轴线15上的中心以及定心轴线13a、14a并且以该方式形成一个定心装置3a。如果这些滚子8a、9a、11a、12a可自由旋转，那么它们在定心状态中也允许在保持与定心设备1a和穿过该保持与定心设备且平行于机器纵向轴线15取向的工件之间的相对运动。
根据图3a至7b设有两个在图1中所示的结构形式的保持与定心设备1作为激光加工机(当前为激光切割机19)的部件。变换地，也可以使用两个保持与定心设备1a。
两个保持与定心设备1安装在激光切割机19的床身20上并且在此可相互独立地沿着机器纵向轴线15平移运动。其中一个保持与定心设备1上的保持装置2和定心装置3可以独立于另一个保持与定心设备1上的保持装置2和定心装置3围绕机器纵向轴线15在双箭头18的方向上旋转。一个构造为激光切割头21的加工装置安装在激光切割机19的悬臂梁22的自由端部上。变换地，作为加工装置尤其也可想到火焰切割(气割)装置和/或等离子切割装置。
通过悬臂梁22沿着床身20的移动，激光切割头21可以沿着平行于x轴延伸的机器纵向轴线15运动。在悬臂梁22上激光切割头21可以在垂直于x轴或者机器纵向轴线15延伸的y轴的方向上移动。此外，激光切割头21可在竖直的z轴的方向上运动并且可围绕y轴以及围绕z轴旋转。
激光切割机19的所有重要的功能被数字地控制。在图3a中草绘出一个CNC控制装置23。在图3a至4b中此外表示出机器侧的固定止挡24。在根据图3a至7b所示的加工例中，激光切割机21被用于以切割方式加工金属型材棒25形式的工件。型材棒25的长度超过激光切割头21在x轴的方向上的最大移动行程长度。
借助CNC控制装置23执行一个用于运行激光切割机19的数字加工程序。该数字加工程序借助一个编程系统建立。用于产生数字加工程序的单个控制指令的计算机程序产品是该编程系统的重要组成部分。
在开始工件加工时，不仅后面的保持与定心设备1(在图中的左侧)的保持装置2而且前面的保持与定心设备1(在图中的右侧)的保持装置2位于释放状态中。这些保持装置2的卡爪4、5相应地占据其缩回的位置。两个保持与定心设备1的定心装置3也是打开的并且相应地是无效的。
在保持与定心设备1的该功能状态下，待加工的型材棒25以一个纵向端部沿着机器纵向轴线15插入到后面的保持与定心设备1中。型材棒25的输送可以机器地、例如借助被驱动的滚道实现，但是也可以用手实现。一旦型材棒的在前的端部与机器侧的固定止挡24取得接触，型材棒25的进给运动结束。由此得到的相互关系在图3a和3b中示出。借助固定止挡24为激光切割机19的CNC控制装置23定义了型材棒25在x方向上的零位。型材棒25在工件加工的过程中从该零位开始运动。
一旦型材棒25以其在前的纵向端部贴靠在固定止挡24上，后面的保持与定心设备1的定心装置3转移到定心状态中。为此目的，这些定心装置3的定心滚子8、9、11、12沿着定心轴线13、14相向地运动。型材棒25由此横向于机器纵向轴线15被定心，即转移到一个给定位置中。在定心装置3的定心状态中，定心滚子8、9、11、12从外部无间隙地且基本上无压力地贴靠在型材棒25的纵向侧上。在型材棒25的定心结束的同时或者紧接着将后面的保持与定心设备1的保持装置2从释放状态转移到保持状态中。为此目的，保持装置2的打开的卡爪4、5相向地运动这么远，直到它们以预紧的方式加载到型材棒25的彼此相对置的侧上。由此将型材棒25在机器纵向轴线15的方向上固定在后面的保持与定心设备1上。
现在使固定止挡24在机器纵向轴线15的径向方向上离开保持与定心设备1的运动区域。前面的保持与定心设备1上的保持装置2和定心装置3仍然位于打开状态中(图4a、4b)。
前面的保持与定心设备1从其根据图4a的位置出发沿着机器纵向轴线15向着后面的保持与定心设备1移动。由于这些保持与定心设备1的相对运动，型材棒25的从后面的保持与定心设备1突出的端部进入到前面的保持与定心设备1中并且在那里处在保持装置2的缩回的卡爪4、5之间以及处在同样缩回的定心滚子8、9、11、12之间。现在以对于图3a、3b关于后面的保持与定心设备1所描述的方式将型材棒25在前面的保持与定心设备1上通过操作定心装置3定心以及通过操作保持装置2在机器纵向轴线15的方向上固定。在将型材棒25定心并固定在前面的保持与定心设备1上之后，后面的保持与定心设备1的保持装置2通过打开卡爪4、5而从保持状态转移到释放状态中。后面的保持与定心设备1的定心装置3保持在其定心状态中。在后面的保持与定心设备1上的保持状态2的释放状态下并且在后面的保持与定心设备1上的定心装置3的同时实现的定心状态下，前面的保持与定心设备1从未示出的靠近后面的保持与定心设备1的位置连同固定在其上的型材棒25一起向着其初始位置往回运动。在此型材棒25不仅在后面的保持与定心设备1上而且在前面的保持与定心设备1上定心。
一旦达到根据图5a、5b的运行状态，前面的保持与定心设备1以及保持在其上的型材棒25的沿着机器纵向轴线15的共同的向前运动结束。
现在借助激光切割头21在型材棒25的从前面的保持与定心设备1的正面突出的端部上制造型材切口(Profilanschnitt)。如果为此目的需要激光切割头21和型材棒25沿着机器纵向轴线15相对运动，那么该相对运动可以完全通过激光切割头21的运动或者完全通过型材棒25的运动或者通过激光切割头21和型材棒25的运动的叠加来进行。型材棒25的纵向运动可通过两个保持与定心设备1沿着机器纵向轴线15的同步运动实现。在此，在两个保持与定心设备1中的至少一个上的保持装置2必须转移到保持状态中。变换地存在以下可能性：这些保持与定心设备1中的仅一个与借助激活的保持装置2固定在其上的型材棒25沿着机器纵向轴线15运动，而另一个保持与定心设备1在机器纵向轴线15的方向上保持在其当前位置中。在这种情况下，固定的保持与定心设备1上的保持装置2转换到释放状态中，由此型材棒25能够执行其纵向运动。与所选的运动变换形式无关地，两个保持与定心设备1上的定心装置3处在定心状态中。由此保证了高精度的定位以及在型材棒25执行纵向运动的情况下也保证了型材棒25相对于激光切割头21的高精度的导向。在不利的情况下，例如在相应的型材几何形状的情况下，也可能需要借助这些围绕机器纵向轴线15同步运行的保持与定心设备1使型材棒25旋转以制造型材切口。
最晚在制成型材切口之后将后面的保持与定心设备1上的保持装置2从保持状态转移到释放状态中。接下来可以使前面的保持与定心设备1连同固定在其上的型材棒25远离后面的保持与定心设备1，并且由此可以使型材棒25相对于后面的保持与定心设备1进给。
如果进给运动结束，那么关闭后面的保持与定心设备1上的保持装置2并且前面的保持与定心设备1上的保持装置2从保持状态转移到释放状态中。然后前面的保持与定心设备1带着打开的保持装置2向着后面的保持与定心设备1运动到根据图6a、6b的位置中。现在使前面的保持与定心设备1上的保持装置2转移到保持状态中，然后以与制造型材切口相应的方式对型材棒25的从前面的保持与定心设备1的正面突出的部分长度进行加工。在此也将型材棒25在两个保持与定心设备1上定心以及必要时在其中一个保持与定心设备1上在机器纵向轴线15的方向上导向。
为了完成型材棒25上的整个加工长度，该型材棒在需要的情况下多次以前述的方式和方法借助前面的保持与定心设备1补进。在此，要么前面的保持与定心设备1的保持装置2要么后面的保持与定心设备1的保持装置2转换到保持状态中。两个保持与定心设备1上的定心装置3始终处于定心状态中。
在型材棒25的加工过程中，型材棒的后端部进入激光切割头21的工作区域中。如果型材棒25的后端部已经离开后面的保持与定心设备1，那么型材棒25仅仍被固定在前面的保持与定心设备1上(图7a，7b)。在保持装置2关闭并且定心装置3同时关闭的情况下，前面的保持与定心设备1现在连同型材棒25一起沿着机器纵向轴线15移动到一个位置中，在该位置中激光切割头21布置在前面的保持与定心设备1的指向后面的保持与定心设备1的一侧。在那里激光切割头21执行型材棒25的端部加工。型材棒25的端部加工相应地执行型材切口的制造。
最后在前面的保持与定心设备1上使保持装置2转移到释放状态中并且使定心装置3转移到非功能状态中。经加工的型材棒25现在可以机械地、例如通过电动机驱动的卸料输送带抛出，或者用手抛出。
与前面详细说明的例子情况不同，其中一个保持与定心设备1可以在机器纵向轴线15的方向上位置固定地安装。与描述的加工流程不同的流程也是可行的。
同样可想到仅使用一个唯一的在图1中或者在图2中所示结构形式的保持与定心设备1。
在图8中示出了一个这样的激光切割机19a。保持与定心设备1可沿着机器纵向轴线15移动。在图8中用附图标记26标示一个附加于保持与定心设备1设置的工件保持设备，该工件保持设备在其结构方式上不同于保持与定心设备1并且也不同于保持与定心设备1a。

Claims (12)

1.用于加工长形的工件(25)、尤其是金属型材的机器，包括：加工装置(21)，借助该加工装置可加工一个以其纵向方向沿着机器纵向轴线(15)延伸的工件(25)；以及用于工件(25)的保持与定心设备(1，1a)，该保持与定心设备包括可控制的保持装置(2，2a)以及定心装置(3，3a)，
其中，
保持装置(2，2a)可转移到保持状态中以及可转移到释放状态中并且在保持状态中将工件(25)在机器纵向轴线(15)的方向上固定在保持与定心设备(1，1a)上以及在释放状态中准许工件(25)相对于保持与定心设备(1，1a)沿着机器纵向轴线(15)运动，以及
工件(25)借助位于定心状态中的定心装置(3，3a)横向于机器纵向轴线(15)被定位在一个给定位置中，
其特征在于，
保持装置(2，2a)的释放状态和定心装置(3，3a)的定心状态是可同时实现的，工件(25)在保持装置(2，2a)的释放状态中且在定心装置(3，3a)同时处于定心状态中的情况下可沿着机器纵向轴线(15)相对于保持与定心设备(1，1a)运动并且横向于机器纵向轴线(15)被定位在给定位置中。
2.根据权利要求1的机器，其特征在于，保持装置(2，2a)和定心装置(3，3a)可共同地围绕机器纵向轴线(15)旋转。
3.根据以上权利要求之一的机器，其特征在于，定心装置(3，3a)具有滚动元件形式的定心元件(8，9，11，12；8a，9a，11a，12a)，该定心元件可围绕横向于机器纵向轴线(15)延伸的旋转轴线(16，16a)旋转地被支承，该定心元件在定心装置(3，3a)的定心状态中贴靠在工件纵向侧上并且将工件(25)横向于机器纵向轴线(15)定位在给定位置中。
4.根据以上权利要求之一的机器，其特征在于，保持装置(2a)和定心装置(3a)具有共同的保持与定心元件(8a，9a，11a，12a)，该保持与定心元件在定心装置(3a)的定心状态中贴靠在工件纵向侧上并且将工件(25)横向于机器纵向轴线(15)定位在给定位置中，该保持与定心元件可转移到与保持装置(2a)的保持状态相应的保持状态中以及可转移到与保持装置(2a)的释放状态相应的释放状态中，其中，该保持与定心元件(8a，9a，11a，12a)在保持状态中将工件(25)在机器纵向轴线(15)的方向上固定在保持与定心设备(1a)上以及在释放状态中准许工件(25)相对于保持与定心设备(1a)沿着机器纵向轴线(15)运动。
5.根据以上权利要求之一的机器，其特征在于，作为保持与定心元件(8a，9a，11a，12a)设有滚动元件，该滚动元件可围绕横向于机器纵向轴线(15)延伸的旋转轴线(16，16a)旋转地被支承，该滚动元件在定心装置(3a)的定心状态中贴靠在工件纵向侧上并且将工件(25)横向于机器纵向轴线(15)定位在给定位置中，并且该滚动元件在保持状态中对于围绕其旋转轴线(16a)的旋转运动被锁定以及在释放状态中被准许围绕其旋转轴线(16a)旋转运动。
6.根据以上权利要求之一的机器，其特征在于，定心装置(3，3a)具有两对定心元件(8，9，11，12，8a，9a，11a，12a)，每个定心元件对的定心元件(8，9，11，12，8a，9a，11a，12a)横向于机器纵向轴线(15)彼此相对置并且限定了横向于机器纵向轴线(15)延伸的定心轴线(13，14，13a，14a)，其中，这些定心元件对沿着机器纵向轴线(15)相对彼此错开，这些被定心元件对限定的定心轴线(13，14，13a，14a)在垂直于机器纵向轴线(15)设置的投影平面上的投影中以一个角度、优选以一个直角相对彼此延伸。
7.根据以上权利要求之一的机器，其特征在于，定心装置(3，3a)具有一对定心元件(8，9，11，12，8a，9a，11a，12a)并且保持装置(2，2a)具有一对保持元件(4，5，8a，9a，11a，12a)，其中，定心元件对的定心元件(8，9，11，12，8a，9a，11a，12a)以及保持元件对的保持元件(4，5，8a，9a，11a，12a)分别横向于机器纵向轴线(15)彼此相对置，并且定心元件对和保持元件对沿着机器纵向轴线(15)相对彼此错开。
8.根据以上权利要求之一的机器，其特征在于，设有两个用于工件(15)的、沿着机器纵向轴线(15)相对彼此错开地设置的保持与定心设备(1，1a)，这些保持与定心设备可沿着机器纵向轴线(15)相对彼此运动，在其中一个保持与定心设备(1，1a)上保持装置(2，2a)位于保持状态中并且定心装置(3，3a)位于定心状态中，而同时在另一个保持与定心设备(1，1a)上保持装置(2，2a)位于释放状态中并且定心装置(3，3a)位于定心状态中。
9.用于加工长形的工件(25)、尤其是金属型材的方法，其中，
借助加工装置(21)加工一个以其纵向方向沿着机器纵向轴线(15)延伸的工件，
用于工件(25)的保持与定心设备(1，1a)的可控制的保持装置(2，2a)被转移到保持状态中以及被转移到释放状态中并且在保持状态中将工件(25)在机器纵向轴线(15)的方向上固定在保持与定心设备(1，1a)上以及在释放状态中准许工件(25)相对于保持与定心设备(1，1a)沿着机器纵向轴线(15)运动，以及
借助保持与定心设备(1，1a)的位于定心状态中的定心装置(3，3a)将工件(25)横向于机器纵向轴线(15)定位在一个给定位置中，
其特征在于，
同时实现保持装置(2，2a)的释放状态和定心装置(3，3a)的定心状态，工件(25)在保持装置(2，2a)的释放状态中且在定心装置(3，3a)同时处于定心状态中的情况下沿着机器纵向轴线(15)相对于保持与定心设备(1，1a)运动并且横向于机器纵向轴线(15)定位在给定位置中。
10.用于运行根据权利要求1至8之一的机器(19)的加工程序，其特征在于，设有用于保持装置(2，2a)和用于定心装置(3，3a)的控制指令，这些控制指令导致：当该加工程序在机器(19)的数字控制装置(23)上运行时，根据权利要求9的方法被执行。
11.用于建立根据权利要求10的加工程序的方法，其特征在于，产生用于保持装置(2，2a)和用于定心装置(3，3a)的控制指令，这些控制指令导致：当该加工程序在机器(19)的数字控制装置(23)上运行时，根据权利要求9的方法被执行。
12.具有编码器件的计算机程序产品，当该计算机程序产品在数据处理设备上运行时，这些编码器件适合用于执行根据权利要求11的方法的所有步骤。
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