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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Kontrollieren
und/oder Messen der auf eine gleiche Abtastebene projizierten Kontur
eines Bauteiles, insbesondere eines Pressenwerkzeuges.
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Bei
Pressen mit Transfereinrichtungen, durch die in der Presse umzuformende
Werkstücke zwischen
einem Ober- und einem Unterteil eines Pressenwerkzeuges eingelegt
und ausgehoben werden, erfolgt dieses Einlegen und Ausheben während der
Schließ-
und Öffnungsbewegung
der Pressenwerkzeuge. Der Arbeitsablauf einer solchen Presse ist
dann wirtschaftlich optimal ausgelegt, wenn das Einlegen und Ausheben
der zu formenden Werkstücke
bei sich bewegenden Pressenwerkzeugen gegenüber diesen gerade noch keine
Kollision verursacht. Der Grund hierfür besteht darin, dass bei einer solchen
Auslegung eine maximale Betätigungsgeschwindigkeit
der Presse erreicht wird, das heißt, dass die für das Öffnen und
Schließen
der Presse einschließlich
Werkstückwechsel
geringstmögliche Zeitdauer
realisiert wird.
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Bei
dieser Prozessführung
muss allerdings darauf geachtet werden, dass eine Kollision des Werkstückes mit
den Pressen werkzeugen, insbesondere denen, die sich beim Schließen und Öffnen einer
Presse bewegen, beim Werkstückwechsel
absolut sicher ausgeschlossen bleibt, da anderenfalls erhebliche
Beschädigungen
an insbesondere der Werkstück-Transfer-Einrichtung eintreten
können. Bei
großen
Pressen für
beispielsweise Kraftfahrzeugkarosserieteile können durch solche Kollisionen sehr
schnell Schäden
in Höhe
von mindestens 10.000 bis 20.000 Euro erzeugt werden, und zwar insbesondere
durch eine Zerstörung
der Transfereinrichtung.
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Bei
Pressen der vorgenannten Art werden daher für das sich bewegende Pressenwerkzeug, das
in der Regel ein oberes Teil eines Pressenwerkzeuges ist, sogenannte
Freigängigkeitskurven
definiert, und zwar mit Bezug auf das Zu- und Abführen des
in der Presse umzuformenden Werkstückes. Diese Freigängigkeitskurven
werden dabei in der Regel auf einen vorgebbaren Sicherheitsabstand
gegenüber
der Werkzeugkontur definiert. Dies bedeutet, dass bei einem Prozessablauf
einer Presse, bei der die festgelegte Freigängigkeitskurve eingehalten wird,
beim Werkstückwechsel
in allen Bewegungszuständen
noch immer ein geringer Sicherheitsabstand zwischen Werkstück und Werkzeugkontur
verbleibt.
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Bei
neu in Betrieb zu nehmenden Pressen, die für einen schnellen Werkstückwechsel
bestimmt sind, das heißt
einen Werkstückwechsel
während
der Zeitdauer, in dem ein Öffnen
und Schließen
der Pressenwerkzeuge erfolgt, wird zuvor das Einhalten der festgelegten
Freigängigkeitskurven
geprüft.
Erforderlich ist ein solches Prüfen
nach der Erstinbetriebnahme einer Presse bei einem Wechsel des sich
bewegenden Pressenwerkzeuges, das heißt in der Regel des oberen
Pressenwerkzeugbereiches. Pressen mit Transfereinrichtungen, die
vorstehend mit Bezug auf einen schnellen Werkstückwechsel beschrieben sind,
und auf die sich die Erfindung insbesondere be zieht, sind bezüglich ihrer
Prozessführung
beispielsweise in
DE
38 02 480 A1 beschrieben.
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Maßgebend
für das
Einhalten der Freigängigkeitskurven
eines Pressenwerkzeuges ist der Konturenverlauf des sich in der
Presse bewegenden Pressenwerkzeuges in Bewegungsrichtung. Die Kontrolle
eines solchen Konturenverlaufes ist beispielsweise durch das Anlegen
einer Schablone an sich möglich.
Bei großen
Pressenwerkzeugen sind hierzu allerdings entsprechend große Schablonen
erforderlich, die zu jedem unterschiedlichen Pressenwerkzeug entsprechend
angefertigt werden müssen.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, bei insbesondere Pressenwerkzeugen einer Presse
deren Freigängigkeitskurven
möglichst
einfach und insbesondere bei einem sich außerhalb einer Presse befindlichen
Pressenwerkzeug kontrollieren und messen zu können. Die erforderlichen Kontroll-
und Messeinrichtungen sollen klein und damit gut transportabel sein.
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Gelöst wird
der vorstehende Problemkomplex durch ein gattungsgemäßes Verfahren
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer
zur Durchführung
dieses Verfahrens geeigneten Einrichtung.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die vorgegebene und
einzuhaltende Freigängigkeitskurve
als eine Vorgabekontur in einem Computer zu speichern und anhand
dieser Kontur einen – auf
die zu kontrollierende Kontur eines Pressenwerkzeuges Signale aussendenden – Markierer entlang
des Pressenwerkzeuges zu führen.
Der Markierer kann beispielsweise ein Laserpointer sein, mit dem
Lichtstrahlen auf das zu kontrollierende Bauteil gesendet werden.
Bewegt sich der Laserpointer auf der Kurve, die ihm von der elektronisch
ge speicherten Vorgabekontur vorgegeben wird, darf auf dem Bauteil
keine Lichtreflektion erfolgen, das heißt der Lichtstrahl muss stets
das zu kontrollierende Bauteil bzw. die an diesem zu kontrollierende
Kontur unbeeinflusst passieren. Das bei dem Markierer zur Markierung
eingesetzte Medium kann in einer anderen Form als derjenigen eines
Lichtstrahles vorliegen. Denkbar wäre beispielsweise das geradlinige
Ausspritzen eines Farbmittels, das bei einer Kontur des zu kontrollierenden
Werkstückes,
die innerhalb der vorgegebenen Freigängigkeitskurven verbleibt,
keine Spur an dem Bauteil hinterlassen darf.
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Die
Ausbildung des Markierers und die Art, wie dieser entlang des zu
kontrollierenden Bauteils geführt
wird, kann beliebiger Art sein. Der Markierer hat praktisch zur
Durchführung
der Erfindung die Funktion einer „Maus" bei einem Computer, das heißt es muss
lediglich eine definierte Zuordnung zwischen der Bewegungsposition
des Markierers und dem elektronischen Speicher, in dem die vorgegebenen
Freigängigkeitskurven
abgelegt sind, bestehen.
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Der
Markierer kann beispielsweise Bestandteil einer Abtasteinrichtung
sein, die aus gegeneinander und gegenüber dem zu kontrollierenden
Bauteil beweglichen Hebeln besteht.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung einer solchen Abtasteinrichtung
setzt sich diese aus zwei Hebeln zusammen, und zwar aus einem ersten
und einem zweiten Hebel. Dabei ist der erste Hebel an einer an dem
Bauteil definiert vorgegebenen Position schwenkbar befestigt und
die beiden Hebel sind gegeneinander ebenfalls schwenkbar. Der Markierer befindet
sich an dem freien Ende des zweiten Hebels. Die Befestigungsposition
der Abtasteinrichtung kann grundsätzlich auch außerhalb
des Bauteiles liegen, sofern diese Befestigungsposition eine genau definierte
Lage gegenüber
dem Bauteil einnimmt. Zur Abstimmung der Lage und Ausrichtung der
Abtasteinrichtung mit der elektronisch gespeicherten Vorgabekontur
der zu kontrollierenden Freigängigkeitskurve
befindet sich an dem Bauteil ein Fixierpunkt in beispielsweise der
Form einer durchmesserkleinen Bohrung. Auf diese Bohrung kann der
Signalstrahl des Markierers zur Eichung des Kontroll- und Messsystems
ausgerichtet werden. Liegt die Befestigungsposition für die Abtasteinrichtung
ortsfest dem Bauteil definiert zugeordnet außerhalb des Bauteiles, so kann
auch der Fixierpunkt ortsfest außerhalb des Bauteiles liegen.
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Zur
Bestimmung der Wegekoordinaten des Markierers befinden sich in den
Gelenken der Hebel Drehwinkelgeber, die mit dem elektronischen Speicher
der Vorgabekontur kommunizieren können.
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Die
beiden Hebel, nämlich
der erste und der zweite Hebel können
anstelle über
ein Drehgelenk auch teleskopartig miteinander verbunden sein. In diesem
Falle wird die Zuordnung zwischen erstem und zweitem Hebel durch
einen Linearweggeber bestimmt.
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Grundsätzlich muss
die Abtasteinrichtung derart aufgebaut und mit Wegsensoren ausgerüstet sein,
dass die erforderlichen Wegpositionen des Markierers in der Abtastebene
erfassbar sind. In diesem Sinne kann die Abtasteinrichtung erfindungsgemäß in beliebiger
Form ausgebildet sein. Eine Abtastvorrichtung mit gegeneinander
relativ bewegbaren Hebeln ist daher lediglich ein mögliches,
vorteilhaftes Ausführungsbeispiel.
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Die
Abtasteinrichtung kann insbesondere über den Markierer von Hand
betätigt
werden, und zwar derart, dass das Markie rungssignal entlang der elektronisch
gespeicherte Vorgabekontur geführt wird.
Diese Bewegung kann selbstverständlich
auch über
Stellmotoren innerhalb der Abtasteinrichtung erfolgen, die von den
elektronisch gespeicherten Daten der Vorgabekontur gesteuert werden.
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Das
Kontroll- und Messsystem ist erfindungsgemäß insbesondere derart ausgelegt,
dass bei Konturen des Bauteiles, die außerhalb der Vorgabekontur ermittelt
werden, der Abstand von der Vorgabekontur maßgetreu feststellbar ist.
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Die
elektronisch gespeicherte Vorgabekurve kann auf einem üblichen
Computer-Bildschirm angezeigt werden. Während eines Mess- und Kontrollvorganges
erscheint die Lage des Markierers bzw. die Ausrichtung des von ihm
ausgesandten Markierungssignals sichtbar in der Form beispielsweise
eines Punktes oder Kreuzes, auf dem die Vorgabekurve wiedergebenden
Bildschirm. Dadurch ist es möglich,
den Markierer beispielsweise von Hand auf der Vorgabekurve zu führen. Ragt
eine Bauteilkontur über
die Vorgabekontur hinaus, so kann mit dem Markierungssignal die
herausragende Bauteilkonturstelle erfasst und das herausragende
Maß auf
dem Bildschirm direkt abgelesen werden. Die Ablesbarkeit auf dem
Bildschirm setzt voraus, dass das Abweichungsmaß elektronisch erfasst ist,
so dass dieses Abweichungsmaß elektronisch
gespeichert vorliegt und damit auf jegliche Weise ausgegeben und angezeigt
werden kann. Dies bedeutet insbesondere, dass eine schriftliche
Angabe der Maßabweichung
ohne weiteres möglich
ist.
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Zum
Stand der Technik bei einer berührungslosen,
elektronischen Erfassung von Raumgeometrien bei Bauteilen wird der
Vollständigkeit
halber auf die
DE
101 30 937 C1 verwiesen. Dort wird ein solches elektronisches,
unter anderem einen Laserstrahl verwendendes Messverfahren bei der
Herstellung ge bogener Rohre eingesetzt, um die Rohre mit der gewünschten
Biegung bereits bei der Herstellung maßgenau herstellen zu können.
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Vorteilhafte,
nachstehend noch näher
erläuterte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
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In
dieser zeigen:
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1 eine
an einem Bauteil angesetzte Abtasteinrichtung in einer ersten Ausführungsform,
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2 eine
zweite Ausführungsform
einer solchen Abtasteinrichtung.
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In
der Zeichnung ist von dem Bauteil, das hier speziell ein Pressenwerkzeugoberteil 1 sein
soll, lediglich die zu kontrollierende Außenkontur strichpunktiert angedeutet.
Diese Außenkontur
liegt in einer zu der Bewegungsrichtung des Pressenwerkzeugoberteiles 1 parallelen
Ebene. In dieser Ebene liegen die eingangs erläuterten Freigängigkeitskurven 2', 2''; 3', 3''.
Dabei leiten sich die Freigängigkeitskurven 2', 2'' von dem Zuführen des in dem Pressenwerkzeug
umzuformenden Werkstückes
und die Freigängigkeitskurven 3', 3'' von dem Ausheben des in dem Pressenwerkzeug
umgeformten Werkstückes
ab. Es werden jeweils zwei parallel zueinander verlaufende Freigängigkeitskurven 2, 3 festgelegt. Dabei
ist jeweils eine dieser Freigängigkeitskurven, nämlich jeweils
die Kurve mit dem einen Strichindex diejenigen Kurve, bei denen
bei einem Werkstückwechsel
innerhalb der Presse während
sich bewegender Pressenwerkzeugteile mit diesen Teilen gerade noch
keine Kollision erfolgt. Die Kurven 2, 3 mit einem
Zweistrichindex stellen Sicherheitskurven dar, bei denen einen Sicherheitsabstand
berücksichtigt ist.
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Diese
Freigängigkeitskurven 2', 2''; 3', 3'' sind
elektronisch gespeichert über
einen üblichen Computer
auf einem Computerbildschirm 4 darstellbar. Auf dem in
der Zeichnung wiedergegebenen Computerbildschirm 4 sind
diese Kurven entsprechend sichtbar gezeichnet.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 1 umfasst eine Abtasteinrichtung 5 einen
ersten Hebel 6 sowie einen zweiten Hebel 7. Die
beiden Hebel 6, 7 sind in der Abtastebene gegeneinander
schwenkbar gelagert. An seinem von der Drehlagerung gegenüber dem
zweiten Hebel 7 entfernten Ende ist der erste Hebel 6 an
einer definiert an dem Pressenwerkzeugoberteil 1 vorgesehenen
Befestigungsposition 8 schwenkbar in der Abtastebene gelagert.
In den Drehgelenken, in denen der erste Hebel 6 mit einerseits
dem Pressenwerkzeugoberteil 1 und andererseits mit dem
zweiten Hebel 7 verbunden ist, sind jeweils Drehwinkelgeber 9, 9' vorgesehen,
die ihre Messwerte an den mit dem Computerbildschirm 4 verbindbaren
Datenspeicher übermitteln
können.
Mit Hilfe dieser Drehwinkelgeber 9, 9' sind die in
der Abtastebene liegenden Bewegungskoordinaten eines mit dem freien
Ende des zweiten Hebels 7 verbundenen Markierers 10 erfassbar.
Der Markierer 10 kann beispielsweise als ein Laserpointer
ausgebildet sein, von dem aus ein Laserstrahl 11 als Markierungsstrahl senkrecht
zu der Abtastebene ausgestrahlt wird.
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An
dem Pressenwerkzeugoberteil ist in einer definierten Lage gegenüber der
Befestigungsposition 8 der Abtasteinrichtung 5 ein
Fixierpunkt 12 in der Form einer durchmesserkleinen Bohrung
vorgesehen. Dieser Fixierpunkt 12 dient dazu, bei Beginn
eines Mess- und Kontrollvorganges den Raumbezug der Abtasteinrichtung 5 gegenüber den
gespeicherten Freigängigkeitskurven 2, 3 als
Vorgabekonturen festzulegen.
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Diese
Freigängigkeitskurven 2', 2''; 3', 3'' sind
elektronisch gespeichert über
einen üblichen Computer
auf einem Computerbildschirm 4 darstellbar. Auf dem in
der Zeichnung wiedergegebenen Computerbildschirm 4 sind
diese Kurven entsprechend sichtbar gezeichnet.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 1 umfasst eine Abtasteinrichtung 5 einen
ersten Hebel 6 sowie einen zweiten Hebel 7. Die
beiden Hebel 6, 7 sind in der Abtastebene gegeneinander
schwenkbar gelagert. An seinem von der Drehlagerung gegenüber dem
zweiten Hebel 7 entfernten Ende ist der erste Hebel 6 an
einer definiert an dem Pressenwerkzeugoberteil 1 vorgesehenen
Befestigungsposition 8 schwenkbar in der Abtastebene gelagert.
In den Drehgelenken, in denen der erste Hebel 6 mit einerseits
dem Pressenwerkzeugoberteil 1 und andererseits mit dem
zweiten Hebel 7 verbunden ist, sind jeweils Drehwinkelgeber 9, 9' vorgesehen,
die ihre Messwerte an den mit dem Computerbildschirm 4 verbindbaren
Datenspeicher übermitteln
können.
Mit Hilfe dieser Drehwinkelgeber 9, 9' sind die in
der Abtastebene liegenden Bewegungskoordinaten eines mit dem freien
Ende des zweiten Hebels 7 verbundenen Markierers 10 erfassbar.
Der Markierer 10 kann beispielsweise als ein Laserpointer
ausgebildet sein, von dem aus ein Laserstrahl 11 als Markierungsstrahl senkrecht
zu der Abtastebene ausgestrahlt wird.
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An
dem Pressenwerkzeugoberteil ist in einer definierten Lage gegenüber der
Befestigungsposition 8 der Abtasteinrichtung 5 ein
Fixierpunkt 12 in der Form einer durchmesserkleinen Bohrung
vorgesehen. Dieser Fixierpunkt 12 dient dazu, bei Beginn
eines Mess- und Kontrollvorganges den Raumbezug der Abtasteinrichtung 5 gegenüber den
gespeicherten Freigängigkeitskurven 2, 3 als
Vorgabekonturen festzulegen.
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Bei
der Ausführung
nach 2 ist zwischen dem ersten und zweiten Hebel 6, 7 anstelle
eines Drehgelenkes eine Teleskopverbindung 13 vorgesehen.
Die Relativverschiebung innerhalb der Teleskopverbindung 13 erfasst
einen Linearweggeber 14.
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Das
erfindungsgemäße Kontroll-
und Messsystem funktioniert wie folgt.
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Bei
einem zu kontrollierenden Bauteil, nämlich beispielsweise einem
Pressenwerkzeugoberteil 1, sind für die Abtasteinrichtung 5 eine
Befestigungsposition 8 sowie ein Fixierpunkt 12 bereits
bei der Herstellung des betreffenden Bauteiles vorgesehen. Um eine
Kontrollmessung durchzuführen,
ist es lediglich erforderlich, die Abtasteinrichtung an der Befestigungsposition 8 zu
befestigen und einen Computer mit einem Computerbildschirm 4 bereitzustellen, auf
dessen Bildschirm die in dem Computer gespeicherten Freigängigkeitskurven 2', 2''; 3'; 3'' für eine die
Kontrollmessung durchführende
Person sichtbar erscheinen. Durch eine Eichung der Abtasteinrichtung 5,
die durch ein Ausrichten eines Signalstrahles 11 des Markierers 10 in
dem als eine Bohrung ausgeführten
Fixpunkt 12 erfolgt, ist der erforderliche Raumbezug zwischen
Abtasteinrichtung und Konturvorgabekurven in der Form der Freigängigkeitskurven 2', 2''; 3'; 3'' auf
dem Computerbildschirm 4 erzeugt.
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Bei
einer Ausbildung des Markierers 10 mit einem Handgriff
kann jetzt von einer Kontrollperson der Markierer 10 entlang
den auf dem Computerbildschirm 4 dargestellten Freigängigkeitskurven 2', 2''; 3'; 3'' und
damit entlang der Kontur des Presswerkzeugoberteiles 1 geführt werden.
Dabei erfolgt das Führen
des Markierers 10 in der Regel auf den jeweiligen Sicherheitskurven,
das heißt
den Freigängigkeitskurven 2'' und 3''.
Unten rechts in der 1 ist erkennbar, wie die zu kontrollierende
Kontur des Pressenwerkzeugoberteils 1 über die Sicherheits-Freigängigkeitskurve 3'' hinausragt. In einem solchen Fall
ist es möglich,
den Signalstrahl 11 des Markierers 10 auf diese
hineinragende Kontur zu richten, um damit auf den Computerbildschirm 4 die Maßabweichung
direkt erkennen zu können.
Da wegen der kleinen Größe der Kurven
in der Darstellung in 1 eine lediglich gering in die
Sicherheitskurve hineinragende Bauteilkontur schlecht erkennbar
wäre, ist
dort durch einen Punkt 15 beispielsweise eine Bauteilkonturstelle
eingezeichnet, die weit außerhalb der
tatsächlichen
Kollisions-Freigängigkeitskurve 3', 3'' liegt.
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Ein
großer
Vorteil des erfindungsgemäßen Mess-
und Kontrollverfahrens besteht darin, universell einsetzbare, äußerst klein
bauende Messeinrichtungen einsetzen zu können. Dabei können übliche Personal
Computer eingesetzt werden, bei denen die Freigängigkeitskurven einfach in
bei solchen Computern üblichen
Formen einprogrammiert werden können.
Für einen
Einsatz der erfindungsgemäßen Kontroll-
und Messeinrichtung an verschiedenen Orten ist es daher lediglich
erforderlich, die Abtasteinrichtung an die Messorte zu transportieren.
Lediglich für den
Fall, dass an dem betreffenden Messort kein Computer mit Bildschirm
ohne weiteres verfügbar
ist, muss auch zusätzlich
noch ein Personal-Computer mitgenommen werden. Die Abtasteinrichtung
selbst nimmt in zusammengelegtem Transportzustand nur äußerst geringen
Raum ein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Mess- und Kontrollsystem
für beliebig
zu kontrollierende Bauteilkonturen anpassungsfrei eingesetzt werden.
Für jedes
zu kontrollierende Bauteil müssen
lediglich die zu kontrollierenden Freigängigkeitskurven in einem Datenspeicher individuell
abgelegt werden.