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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 3. August 2017 eingereichten
Japanischen Anmeldung Nr. 2017-150470 , deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme ausdrücklich in vollem Umfang mit aufgenommen wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohrmessgerät mit einer berührungslosen Sonde.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Um der Notwendigkeit gerecht zu werden, ein Rohr als ein Messobjekt innerhalb kurzer Zeit und mit einem groben Maß an Messgenauigkeit zu messen, wird üblicherweise eine berührungslose Sonde an einer Spitze eines Mehrgelenkmechanismus einer Mehrgelenkarm-Messvorrichtung angebracht (
Japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2015-227816 ).
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Eine Messung mit der vorstehend beschriebenen Mehrgelenkarm-Messvorrichtung wird jedoch von einem Messtechniker manuell durchgeführt, und dadurch resultiert aus dem Arbeitsvorgang durch den Messtechniker ein erheblicher Messfehler. Außerdem ist die Messgenauigkeit der Mehrgelenkarm-Messvorrichtung schlecht, und deshalb kann ein Rohr nicht mit einem hohen Maß an Genauigkeit gemessen werden.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts dieser Umstände stellt die vorliegende Erfindung ein Rohrmessgerät bereit, mit dem ein Rohr mit einem hohen Maß an Genauigkeit gemessen werden kann.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Rohrmessgerät bereitgestellt, das eine Rohrmesssonde umfasst, die eine berührungslose Messung eines Rohres als Messobjekt durchführt; und einen Verschiebemechanismus umfasst, der die Rohrmesssonde in drei zueinander orthogonale Achsenrichtungen relativ zum Rohr relativ verschiebt.
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Das Rohrmessgerät kann ferner so konfiguriert werden, dass es weiterhin einen Speicher umfasst, der ein Teileprogramm speichert, das sich auf Betriebsvorgänge des Verschiebemechanismus während der Messung eines einzelnen Rohres bezieht; und eine Steuerung umfasst, die bewirkt, dass die Messung gemäß dem in dem Speicher gespeicherten Teileprogramm durchgeführt wird, wenn ein Rohr gemessen wird, das eine mit dem einzelnen Rohr identische Form aufweist.
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Die Rohrmesssonde kann ferner dazu konfiguriert werden, zwei Laserlichter so zu emittieren, dass sich die Laserlichter mit dem Rohr schneiden und eine berührungslose Messung des Rohres durchführen.
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Die Rohrmessvorrichtung kann ferner so konfiguriert werden, dass sie weiterhin eine Steuerung umfasst, die die Rohrmesssonde mit dem Verschiebemechanismus so verschiebt, dass die zwei Laserlichter eine Stirnfläche des Rohres kontaktieren.
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Die Rohrmesssonde kann ferner so konfiguriert werden, dass sie zwei Spitzenabschnitte umfasst, die in einer Gabelform geteilt sind, und die zwei Laserlichter zwischen den zwei Spitzenabschnitten emittiert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Rohrmessgerät bereitgestellt werden, das in der Lage ist, ein Rohr mit einem hohen Maß an Genauigkeit zu messen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezugnahme auf die mehreren angeführten Zeichnungen durch nicht einschränkende Beispiele von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben, bei denen gleichartige Bezugsziffern ähnliche Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen darstellen, und wobei:
- 1 eine externe Konfiguration eines Rohrmessgerätes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
- 2 ein Blockdiagramm ist, das eine Konfiguration der Funktionen des Rohrmessgerätes teilweise darstellt;
- 3 ist eine schematische Ansicht ist, die eine Konfiguration einer Messsonde darstellt;
- 4 ist eine schematische Ansicht ist, die von der Messsonde emittierte Laserlichter darstellt; und
- 5 ein Flussdiagramm ist, das einen Prozess darstellt, der beim Messen einer Vielzahl von Rohren mit identischer Form durchgeführt wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die hierin gezeigten Einzelheiten dienen nur als Beispiel und zur anschaulichen Erläuterung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen dazu, die als am hilfreichsten und am leichtesten verständlich angesehene Beschreibung der Prinzipien und konzeptionellen Aspekte der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. In diesem Zusammenhang wird nicht versucht, strukturelle Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ausführlicher darzustellen, als es für das grundlegende Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig ist, wobei die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen den Fachleuten verdeutlicht, wie die Formen der vorliegenden Erfindung in der Praxis ausgeführt werden können.
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Konfiguration des Rohrmessgerätes
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Eine Konfiguration einer Rohrmessvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben. 1 stellt eine externe Konfiguration des Rohrmessgerätes 1 gemäß der Ausführungsform dar. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Funktionen des Rohrmessgerätes 1 teilweise darstellt.
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Das Rohrmessgerät 1 ist ein Messgerät, das eine berührungslose Messung eines Rohres durchführt. Das Rohrmessgerät 1 ist ferner ein Koordinatenmessgerät, das in der Lage ist, beispielsweise in drei zueinander orthogonalen Achsenrichtungen (X-, Y- und Z-Achsenrichtung) eine Verschiebung durchzuführen. Wie in 1 dargestellt, umfasst die Rohrmessvorrichtung 1 eine Basis 10, einen Verschiebemechanismus (Verschiebeeinheit) 20, eine Messsonde 40 und eine Steuervorrichtung 70.
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Wie in 1 dargestellt, weist die Basis 10 eine rechteckige Plattenform auf. Die Basis 10 weist eine Ablagefläche 11 auf, auf der ein Werkstück (Messobjekt oder messbares Objekt) abgelegt ist. In der vorliegenden Ausführungsform kann ein Rohr, das als das Werkstück dient, auf der Basis 10 abgelegt werden.
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Eine Führung 12 ist entlang der Y-Achsenrichtung an einem X-Achsenrichtungsende der Basis 10 vorgesehen. Die Führung 12 führt die Verschiebung des Verschiebemechanismus 20 (insbesondere einer Säule 22 des Verschiebemechanismus 20) in der Y-Achsenrichtung.
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Der Verschiebemechanismus 20 verschiebt die Messsonde 40, die am vordersten Ende des Stempels 25 montiert ist, in der X-, Y- und Z-Achsenrichtung. Der Verschiebemechanismus 20 umfasst die Säule 22, einen Träger 23, einen Schlitten 24, einen Stempel 25 und einen Antrieb 30.
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Die Säule 22 steht aufrecht auf der Führung 12. Die Säule 22 kann durch den Antrieb 30 (2) so verschoben werden, dass sie entlang der Führung 12 in der Y-Achsenrichtung verschoben wird.
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Der Träger 23 ist so vorgesehen, dass er sich in der X-Achsenrichtung erstreckt. Ein Längsrichtungsende des Trägers 23 wird von der Säule 22 abgestützt, während das andere Längsrichtungsende des Trägers 23 von einer Stützsäule 26 abgestützt wird. Der Träger 23 verschiebt sich zusammen mit der Säule 22 in der Y-Achsenrichtung.
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Der Schlitten 24 wird vom Träger 23 abgestützt und ist in entlang der Z-Achsenrichtung in Rohrform ausgebildet. Der Schlitten 24 kann durch den Antrieb 30 so verschoben werden, dass er entlang des Trägers 23 in der X-Achsenrichtung verschoben wird.
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Der Stempel 25 wird durch einen Innenraum des Schlittens 24 eingeführt und verschiebt sich zusammen mit dem Schlitten 24 in der X-Achsenrichtung. Der Stempel 25 kann ferner von dem Antrieb 30 so verschoben werden, dass er innerhalb des Schlittens 24 in der Z-Achsenrichtung verschoben wird.
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Der Antrieb 30 ist eine Antriebsquelle, die ein Verschieben der Säule 22, des Schlittens 24 und des Stempels 25 bewirkt. Wie in 2 dargestellt, umfasst der Antrieb 30 einen X-Achsenantrieb 32, einen Y-Achsenantrieb 34 und einen Z-Achsenantrieb 36. Der X-Achsenantrieb 32, der Y-Achsenantrieb 34 und der Z-Achsenantrieb 36 umfassen jeweils einen Antriebsmotor. Der X-Achsenantrieb 32 verschiebt den Schlitten 24 in der X-Achsenrichtung. Der Y-Achsenantrieb 34 verschiebt die Säule 22 in der Y-Achsenrichtung. Der Z-Achsenantrieb 36 verschiebt den Stempel 25 in der Z-Achsenrichtung.
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Die Messsonde 40 ist eine Rohrmesssonde, die eine berührungslose Messung eines Rohres durchführt. Insbesondere führt die Messsonde 40 eine Messung durch, indem sie Laserlicht auf ein Rohr abschießt. Die Messsonde 40 ist ablösbar an dem Stempel 25 montiert. Eine andere Sonde als eine Rohrmesssonde kann ebenfalls als Messsonde 40 an dem Stößel 25 montiert werden.
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3 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration der Messsonde 40 darstellt. 4 ist eine schematische Ansicht, die die von der Messsonde 40 emittierten Laserlichter L1 und L2 darstellt. In 3 misst die Messsonde 40 ein vertikal ausgerichtetes Rohr W, wobei jedoch die Messsonde 40 auch in der Lage ist, ein horizontal ausgerichtetes Rohr W zu messen.
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Wie in 3 dargestellt, ist die Messsonde 40 über ein Anbauteil 29 an dem Stempel 25 befestigt. Dies ermöglicht, dass sich die Messsonde 40, zusätzlich zu dem Verschieben in den oben genannten X-, Y- und Z-Achsenrichtungen, drehen kann und dadurch die Messung von Rohren W mit verschiedenen Formen ermöglicht wird.
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Wie in 3 dargestellt umfasst die Messsonde 40 außerdem einen Messabschnitt 41, der zwei Spitzenabschnitte (Spitzenenden) 41a und 41b umfasst, die in einer Gabelkonfiguration geteilt sind, und einen Kupplungsabschnitt 42, der mit dem Anbauteil 29 gekoppelt ist. Der Messabschnitt 41 ist mit optischen Sendern 43a und 43b (2), die Laserlicht emittieren, und optischen Empfängern 44a und 44b (2), die das von den optischen Sendern 43a und 43b emittierte Licht empfangen, versehen. Beispielsweise können die optischen Sender 43a und 43b an dem Spitzenabschnitt 41a und die optischen Empfänger 44a und 44b an dem Spitzenabschnitt 41b vorgesehen werden.
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Wie in 4 dargestellt, führt die Messsonde 40 eine Messung durch, indem sie die beiden Laserlichter L1 und L2 zwischen den Spitzenabschnitten 41a und 41b so abschießt, dass sich die Laserlichter L1 und L2 gegenseitig schneiden. Insbesondere wird das von dem an dem Spitzenabschnitt 41a vorgesehenen optischen Sender 43a emittierte Laserlicht L1 von dem optischen Empfänger 44a empfangen, und das von dem an dem Spitzenabschnitt 41b vorgesehenen optischen Sender 43b emittierte Laserlicht L2 wird von dem optischen Empfänger 44b empfangen. Wenn das Vorhandensein des Rohres W zwischen den Spitzenabschnitten 41a und 41b, wie in 3 dargestellt, das von den optischen Sendern 43a und 43b emittierte Laserlicht blockiert, detektiert die Messsonde 40 das Rohr W.
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Mit Bezug wiederum auf 2 steuert die Steuereinrichtung 70 den gesamten Betrieb der Rohrmessvorrichtung 1. Die Steuervorrichtung 70 umfasst einen Speicher 72 und eine Steuerung 74. Der Speicher 72 umfasst beispielsweise einen ROM (Read Only Memory) und einen RAM (Random Access Memory). Der Speicher 72 speichert von der Steuerung 74 ausgeführten Programme und verschiedene Arten von Daten. Beispielsweise speichert der Speicher 72 die von der Messsonde 40 erhaltenen Messergebnisse.
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Der Speicher 72 speichert ferner ein Teileprogramm, das sich auf die Betriebsvorgänge des Verschiebemechanismus 20 während der Messung eines einzelnen Rohres bezieht. Der Speicher 72 kann beispielsweise ein Teileprogramm speichern, das Information bezüglich einer Verschieberichtung, eines Verschiebebetrags und einer Verschiebestrecke der durch den Antrieb 30 während der Messung des Einzelrohrs in der X-, Y- und Z- Achsenrichtung angetriebenen Messsonde 40 umfasst. Das Teileprogramm kann von der Steuereinrichtung 70 unmittelbar nach der Messung des einzelnen Rohres oder während der Messung des einzelnen Rohres erstellt werden.
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Die Steuerung 74 ist beispielsweise eine CPU (Central Processing Unit). Die Steuerung 74 steuert Betriebsvorgänge des Rohrmessgeräts 1 durch Ausführen eines in dem Speicher 72 gespeicherten Programms. Die Steuerung 74 analysiert eine dreidimensionale Form des Rohres basierend auf den von der Messsonde 40 für das Rohr erfassten Messergebnissen.
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Bei der Messung eines Rohres, das eine Form aufweist, die identisch ist mit derjenigen eines Rohrs, das bei der Erstellung des in dem Speicher 72 gespeicherten Teileprogramms gemessen wird, führt die Steuerung 74 die Rohrmessung automatisch gemäß dem im Speicher 72 gespeicherten Teileprogramm durch. Somit kann die Messung von Rohren mit identischen Formen sowohl schnell als auch mit einem hohen Maß an Genauigkeit durchgeführt werden, was bei der Messung von massenproduzierten Rohren hilfreich ist.
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Darüber hinaus verwendet die Steuerung 74 das Teileprogramm und verschiebt die Messsonde 40 so, dass die beiden Laserlichter L1 und L2 eine Stirnfläche des Rohres kontaktieren (beispielsweise eine in 3 dargestellte Stirnfläche Wl). Normalerweise ist das Laserlicht bei der manuellen Messung einer Stirnfläche eines Rohres mit einer Mehrgelenkarm-Messvorrichtung unsichtbar, und somit hat ein Messtechniker Schwierigkeiten, die Position der Messsonde 40 so einzustellen, dass das Laserlicht auf die Stirnfläche trifft. Wenn im Gegensatz dazu das Rohrmessgerät 1 das Teileprogramm wie in der vorliegenden Ausführungsform verwendet, wird die Position der Stirnfläche W1 des Rohres W leichter festgestellt, und wenn die Koordinaten für den Schnittpunkt der beiden Laserlichter L1 und L2 der Messsonde 40 auf die Stirnfläche W1 eingestellt sind, kann die Stirnfläche W1 des Rohres W sowohl schnell als auch mit einem hohen Maß an Genauigkeit gemessen werden.
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Ausgeführter Prozess beim Messen von Rohren mit identischer Form
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Ein Verfahrensablauf eines Prozesses, der beim Messen einer Vielzahl von Rohren mit identischer Form durchgeführt wird, wird mit Bezug auf 5 beschrieben. Der vorliegende Prozess wird durch die Steuerung 74 der Steuervorrichtung 70 erreicht, die ein im Speicher 72 gespeichertes Programm ausführt.
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5 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess darstellt, der beim Messen einer Vielzahl von Rohren mit identischer Form durchgeführt wird. Bei dem in 5 dargestellten Prozess wird zunächst ein auf der Basis 10 abgelegtes erstes Rohr durch die Messsonde 40 (Schritt S102) gemessen. An dieser Stelle führt der Messtechniker die Rohrmessung durch, indem er den Verschiebemechanismus 20 betätigt, um die Messsonde 40 in geeigneter Weise relativ zu dem Rohr zu verschieben. Wenn die Messung beendet ist, entnimmt der Messtechniker das gemessene Rohr von der Basis 10.
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Als Nächstes erstellt die Steuervorrichtung 70 ein Teileprogramm, das sich auf die Betriebsvorgänge des Verschiebemechanismus 20 während der Messung des ersten Rohres bezieht (Schritt S104). Die Steuervorrichtung 70 erstellt das Teileprogramm unmittelbar nach der Messung des ersten Rohres oder während der Messung des ersten Rohres.
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Nachdem der Messtechniker ein weiteres Rohr (zweites Rohr) mit einer identischen Form wie das erste Rohr auf der Basis 10 abgelegt hat, führt der Messtechniker dann einen Betriebsvorgang derart durch, dass das Rohrmessgerät 1 mit der Messung beginnt. Die Steuervorrichtung 70 führt dann die Messung des zweiten Rohres gemäß dem in dem Speicher 72 (Schritt S106) gespeicherten Teileprogramm durch. An dieser Stelle wird im Gegensatz zu der Messung von Schritt S102 eine Messung durchgeführt, während sich der Verschiebemechanismus 20 gemäß dem Teileprogramm automatisch verschiebt, und somit kann das zweite Rohr mit einem hohen Maß an Genauigkeit in einer kürzeren Messzeit als das erste Rohr gemessen werden.
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Wenn ein weiteres Rohr gemessen werden soll (Schritt S108: Ja), wird der oben beschriebene Prozess von Schritt S106 wiederholt. Mit anderen Worten, im weiteren Verlauf wird die Messung des dritten Rohres ausgeführt, indem bewirkt wird, dass der Verschiebemechanismus 20 automatisch gemäß dem bei der Messung des zweiten Rohres verwendeten Teileprogramm arbeitet. Dementsprechend gilt, dass je größer die Anzahl der zu messenden Rohre ist, desto mehr kann die zur Messung der Rohre benötigte Gesamtmesszeit komprimiert werden. Wenn indessen keine weiteren Rohre zu messen sind (Schritt S108: Nein), endet der Prozess.
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Vorteile der vorliegenden Ausführungsform
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Das Rohrmessgerät 1 gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform umfasst die Messsonde 40, die eine berührungslose Messung des Rohres durchführt, und den Verschiebemechanismus 20, der die Messsonde 40 in X-, Y- und Z-Achsenrichtung relativ zur Basis 10 verschiebt. Mit anderen Worten, die Rohrmessvorrichtung 1 ist eine Koordinatenmessvorrichtung, die mit einer Rohrmesssonde ausgestattet ist. Im Vergleich zum Messen von Rohren unter Verwendung einer herkömmlichen Mehrgelenkarm-Messvorrichtung kann gemäß der obigen Konfiguration die Messsonde 40 durch den Verschiebemechanismus 20 eines eine hohe Messgenauigkeit aufweisenden Koordinatenmessgerätes verschoben werden, und daher können Messfehler verhindert werden und infolgedessen kann das Rohr mit einem hohen Maß an Genauigkeit gemessen werden. Insbesondere kann bei der Messung einer Vielzahl von Rohren durch Verwenden eines Teileprogramms, das bei der Messung des ersten Rohres erstellt wurde, das zweite Rohr im weiteren Verlauf in kurzer Zeit und mit einem hohen Maß an Genauigkeit gemessen werden.
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In der obigen Beschreibung ist die Messsonde 40 dazu konfiguriert, sich in der X-, Y- und Z-Achsenrichtung relativ zu der Basis 10 zu verschieben, auf der das Rohr abgelegt ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. So kann beispielsweise die Basis 10, auf der das Rohr abgelegt ist, in einer beliebigen der X-, -Y und Z- Achsenrichtungen verschoben werden.
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Darüber hinaus ist in der obigen Beschreibung die Messsonde 40 dazu konfiguriert, die beiden Laserlichter L1 und L2 zu emittieren, um das Rohr zu messen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Messsonde 40 kann beispielsweise stattdessen nur ein Laserlicht emittieren, um das Rohr zu messen.
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Darüber hinaus ist in der obigen Beschreibung das Rohrmessgerät 1 als ein Messgerät konfiguriert, das die Basis 10 aufweist, auf der das Rohr abgelegt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. So kann beispielsweise das Rohrmessgerät 1 stattdessen ein Portal-(Brücken-)Messgerät ohne die Basis 10 sein.
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Die vorliegende Erfindung wird vorstehend durch eine Ausführungsform beschrieben, wobei jedoch der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf den in der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen beschränkt ist und verschiedene Änderungen im Rahmen der Beschreibung möglich sind. Beispielsweise sind die spezifischen Ausführungsformen von getrennten oder integrierten Vorrichtungen nicht auf die oben angegebene Ausführungsform beschränkt, und alle oder ein Teil davon können so konfiguriert werden, dass sie in beliebigen Einheiten funktionell oder physisch getrennt oder integriert sind. Darüber hinaus sind auch neue Ausführungsformen, die durch die beliebige Kombination mehrerer Ausführungsformen erzeugt werden, in dem Umfang der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. Die Vorteile einer neuen Ausführungsform, die durch eine solche Kombination erzeugt wird, umfassen auch die Vorteile der ursprünglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Es wird angemerkt, dass die vorgenannten Beispiele lediglich zum Zwecke der Erläuterung bereitgestellt wurden und in keiner Weise als Einschränkung der vorliegenden Erfindung auszulegen sind. Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Worte, die hierin verwendet wurden, vielmehr Worte der Beschreibung und Erläuterung und nicht Worte der Beschränkung sind. Änderungen können im Rahmen des Geltungsbereichs der beigefügten Patentansprüche in der jeweils gültigen Fassung vorgenommen werden, ohne vom Umfang und Grundgedanken der vorliegenden Erfindung in ihren Aspekten abzuweichen. Obwohl die vorliegende Erfindung hierin mit Bezug auf bestimmte Strukturen, Materialien und Ausführungsformen beschrieben wurde, soll sich die vorliegende Erfindung nicht auf die hierin offenbarten Einzelheiten beschränken; vielmehr erstreckt sich die vorliegende Erfindung auf alle funktional gleichwertigen Strukturen, Methoden und Verwendungen, wie sie im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche liegen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Abänderungen und Modifikationen möglich sein, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2017150470 A [0001]
- JP 2015227816 [0003]
