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Eine bekannte Messvorrichtung umfasst einen Roboterarm, an welchem ein Ultraschallmesskopf montiert ist. Der Ultraschallmesskopf kann mittels des Roboterarms an definierte Positionen herangefahren werden, um an der definierten Position eine Messung mittels des Ultraschallmesskopfs auszuführen.
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Ein Nachteil der bekannten Messvorrichtung ist, dass eine zu messende Position zunächst zu definieren ist. Das heißt, dass das zu messende Werkstück zunächst mit einem weiteren Messmittel vermessen werden muss, damit der Roboterarm den Ultraschallmesskopf so an die zu vermessende Position heranbewegen kann, dass eine Ultraschallmessung durchführbar ist. Messungen mit der Messvorrichtung sind somit zum einen vergleichsweise zeitintensiv und zum anderen auch vergleichsweise unsicher und kostenintensiv, da der Ultraschallmesskopf ggf. zu weit weg oder zu nah an die zu messende Oberfläche bewegt wird. Außerdem ist es bei den bekannten Messvorrichtungen vergleichsweise aufwändig die erzeugten Ultraschall-Messwerte mit der Positionskoordinate der Messung in Übereinstimmung zu bringen.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Messeinheit bereitzustellen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine verbesserte Ultraschallmesseinheit bereitzustellen, mittels welcher eine insbesondere automatische Ultraschallmessung vergleichsweise schnell, sicher und präzise durchführbar ist. Beispielsweise ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Temperarturmesseinheit bereitzustellen, mittels welcher eine insbesondere automatische Temperaturmessung vergleichsweise schnell, sicher und präzise durchführbar ist.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung genannt.
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Die Erfindung geht von einer Messeinheit aus, insbesondere von einer Ultraschallmesseinheit oder von einer Temperaturmesseinheit, wobei die Messeinheit ein Messinstrument und eine Kontrolleinheit aufweist, wobei das Messinstrument dazu ausgebildet ist, ein Messobjekt zu vermessen, wobei das Messinstrument ausgebildet ist, an eine Maschine anordenbar zu sein. Vorteilhafterweise ist das Messinstrument als ein Ultraschallmesskopf oder als ein Ultraschallmesstaster vorhanden. Beispielsweise ist das Messinstrument dazu ausgebildet, mittels Ultraschallwellen ein Messobjekt zu vermessen. Bevorzugterweise ist das Messinstrument als ein Thermometer vorhanden. Zum Beispiel ist das Messinstrument als ein optisches Thermometer ausgebildet.
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Die Maschine ist vorteilhafterweise als eine Werkzeugmaschine oder als eine Messmaschine ausgebildet. Die Maschine ist beispielsweise als ein CNC-Bearbeitungszentrum vorhanden. Zum Beispiel ist die Werkzeugmaschine als ein Dreh- und/oder Fräszentrum ausgebildet. Vorteilhafterweise umfasst die Werkzeugmaschine mehrere zueinander bewegbare Maschinenachsen. Beispielsweise ist die Werkzeugmaschine als ein 3-Achs- oder als eine 5-Achs-Werkzeugmaschine ausgebildet. Beispielsweise ist die Messmaschine als eine Koordinatenmessmaschine ausgebildet.
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Der Kern der Erfindung liegt darin, dass die Kontrolleinheit eine Schnittstelle aufweist, um die Kontrolleinheit insbesondere unmittelbar mit einer Steuereinheit der Maschine zu verbinden, wobei die Kontrolleinheit mit dem Messinstrument gekoppelt ist, wobei die Kontrolleinheit ein Messwert aus einem Messsignal des Messinstruments vom Messinstrument empfängt, wobei die Kontrolleinheit dazu ausgebildet ist, den Messwert mittels der Schnittstelle an die Steuereinheit der Maschine zu übermitteln. Hierdurch kann die Maschine eine Auswertung der Messwerte durchführen. Insbesondere ist hierdurch eine Zuordnung von Maschinenkoordinaten und Messwert vereinfacht.
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Die Steuereinheit der Maschine ist beispielsweise als eine numerische Steuerung, z.B. als eine CNC (computerized numerical control) ausgebildet.
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Vorteilhafterweise erzeugt das Messinstrument bei einer Messung eines Messobjekts ein oder mehrere Messsignale. Beispielsweise ist der Messwert eine aus dem Messsignal ermittelte Schichtdicke oder Materialdicke des durch die Messung vermessenen Messobjekts. Denkbar ist auch, dass der Messwert als ein Temperaturwert des durch die Messung vermessenen Messobjekts vorhanden ist.
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Die Schnittstelle ist vorteilhafterweise als eine serielle Schnittstelle ausgebildet. Vorteilhafterweise basiert die Kommunikation zwischen der Kontrolleinheit und der Maschine auf einem synchronen, seriellen Protokoll. Denkbar ist auch, dass die Schnittstelle als eine Standard-Schnittstelle, z.B. als ein Standard Datenbus, ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Schnittstelle als ein Feldbus, z.B. als eine Profinet-Schnittstelle, als eine EnDat-Schnittstelle oder als eine Ethernet-Schnittstelle vorhanden. Beispielsweise ist die Schnittstelle als ein SPI (Serial Peripheral Interface) ausgebildet. Außerdem ist es von Vorteil, dass die Schnittstelle eine Signalleitung zur seriellen Datenkommunikation mit der Maschine besitzt. Die Schnittstelle ist beispielsweise als eine serielle und/oder parallele Schnittstelle ausgebildet. Vorteilhafterweise ist die Schnittstelle in der Form einer USB-Schnittstelle oder in der Form einer Firewire-Schnittstelle vorhanden.
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Von Vorteil erweist sich auch, dass die Schnittstelle eine drahtgebundene Schnittstelle ist. Hierdurch ist ein vergleichsweise sicherer Übertragungsweg realisiert. Ebenfalls erweist es sich von Vorteil, dass die Schnittstelle eine Signalleitung für eine Stromversorgung der Steuerungseinheit und eine Signalleitung für eine Messwertübertragung aufweist.
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Bevorzugterweise umfasst die Messeinheit neben dem Messinstrument eine Sende- und Empfangseinheit, wobei die Sende- und Empfangseinheit dazu ausgebildet ist, vom Messinstrument erzeugte Messwerte zu empfangen und zu verarbeiten. Denkbar ist, dass die Sende- und Empfangseinheit die Schnittstelle aufweist. Vorstellbar ist auch, dass die Kontrolleinheit Bestandteil der Sende- und Empfangseinheit ist. Beispielsweise ist die Sende- und Empfangseinheit mit dem Messinstrument über eine Funkverbindung und/oder über eine optische Verbindung gekoppelt.
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Beispielsweise kommunizieren die Kontrolleinheit und/oder die Sende- und Empfangseinheit mit dem Messinstrument über einen drahtlosen Kommunikationskanal. Beispielsweise kommunizieren die Kontrolleinheit und/oder die Sende- und Empfangseinheit mit dem Messinstrument mittels optischer Signale und/oder mittels Funksignalen. Die optischen Signale sind beispielsweise Infrarotsignale. Die Funksignale sind beispielsweise Bluetooth-Signale.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Sende- und Empfangseinheit und das Messinstrument mittels einer Funkverbindung miteinander kommunizieren. Bevorzugterweise kommunizieren die Kontrolleinheit und/oder die Sende- und Empfangseinheit und das Messinstrument mittels einer WLAN-Schnittstelle, einer Bluetooth-Schnittstelle und/oder einer Mobilfunkschnittstelle. Die Mobilfunkschnittstelle ist beispielsweise als eine LTE-Schnittstelle vorhanden.
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Beispielsweise kommunizieren die Steuereinheit der Maschine und die Messeinheit, insbesondere die Kontrolleinheit über einen drahtlosen Kommunikationskanal. Denkbar ist beispielsweise, dass das Messinstrument die Kontrolleinheit umfasst. Beispielsweise kommunizieren die Steuereinheit der Maschine und die Kontrolleinheit mittels optischer Signale und/oder mittels Funksignalen. Die optischen Signale sind beispielsweise Infrarotsignale. Die Funksignale sind beispielsweise Bluetooth-Signale. Weiter wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit der Maschine und die Kontrolleinheit mittels einer Funkverbindung miteinander kommunizieren. Bevorzugterweise kommunizieren die Steuereinheit der Maschine und die Messeinheit mittels einer WLAN-Schnittstelle, einer Bluetooth-Schnittstelle und/oder einer Mobilfunkschnittstelle. Die Mobilfunkschnittstelle ist beispielsweise als eine LTE-Schnittstelle vorhanden.
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Auch wird vorgeschlagen, dass die Kontrolleinheit eine einzige Schnittstelle aufweist. Beispielsweise umfasst die Kontrolleinheit eine einzige Schnittstelle, um die Kontrolleinheit mit der Steuereinheit der Maschine zu verbinden. Hierdurch ist die Messeinheit vergleichsweise kostengünstig herstellbar. Ebenfalls ist hierdurch eine Kommunikation mit der Maschine vereinfacht.
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Ebenfalls erweist es sich von Vorteil, dass die Kontrolleinheit zwei zueinander verschiedene Schnittstellen aufweist, wobei die Kontrolleinheit über jede der beiden Schnittstellen mit der Steuereinheit der Maschine verbindbar ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass vergleichsweise schnell zu übertragende Informationen, wie z.B. ein Triggersignal zur Steuerung einer Bewegung einer Maschinenachse, vergleichsweise schnell von der Maschine zur Messeinheit und umgekehrt übertragbar sind.
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Bevorzugterweise umfasst die Messeinheit zwei Schnittstellen, wobei über eine erste Schnittstelle die Messeinheit das Triggersignal an die Steuereinheit der Maschine übermittelt und über eine zweite Schnittstelle die Messeinheit Maschinenkoordinaten von der Maschine ausliest. Vorteilhafterweise sind die beiden Schnittstellen physisch getrennt voneinander vorhanden. Beispielsweise sind die beiden Schnittstellen voneinander verschieden ausgebildet. Beispielsweise umfasst die Kontrolleinheit die erste und die zweite Schnittstelle. Denkbar ist auch, dass die Sende- und Empfangseinheit oder das Messinstrument die erste Schnittstelle aufweist. Beispielsweise ist die erste Schnittstelle als eine proprietäre Schnittstelle ausgebildet. Die erste Schnittstelle ist beispielsweise ausgebildet, eine serielle Datenübertragung zu ermöglichen.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Kontrolleinheit den Messwert über die Schnittstelle als ein digitales Datensignal an die Maschine übermittelt.
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Außerdem ist es von Vorteil, dass die Messeinheit eine Tasteinheit aufweist, welche am Messinstrument vorhanden ist, sodass die Messeinheit, bei Berührung einer Oberfläche eines Messobjekt durch das Messinstrument ein Triggersignal auslöst, wobei die Kontrolleinheit dazu ausgebildet ist, das Triggersignal über eine Schnittstelle an die Steuereinheit der Maschine zu senden. Vorteilhafterweise ist mittels der Tasteinheit ein Antastereignis zwischen dem Messinstrument und einer zu messenden Oberfläche des Messobjekts detektierbar. Beispielsweise ist die Kontrolleinheit dazu ausgebildet, das Triggersignal an die Maschine, an welcher das Messinstrument anordenbar ist, weiterzuleiten, sodass eine Achsbewegung der Maschine und damit eine Bewegung des Messinstruments anhaltbar ist.
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Beispielsweise ist die Tasteinheit als ein berührender, insbesondere taktil arbeitender Messsensor ausgebildet. Vorteilhafterweise umfasst die Tasteinheit ein Schaltorgan. Das Schaltorgan ist beispielsweise als ein kapazitiver, optischer oder induktiver Sensor, insbesondere Taster oder Schalter ausgebildet. Beispielsweise umfasst die Tasteinheit einen Weg- und/oder Kraftsensor.
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Zum Beispiel ist das Messinstrument dazu ausgebildet, eine Auslenkgröße eines Tastelements der Tasteinheit und/oder einer Kraft des Tastelements der Tasteinheit zu ermitteln. Denkbar ist, dass die Tasteinheit einen Abstand zwischen einer Referenzfläche des Messinstruments und einer zu messenden Oberfläche detektiert oder ermittelt und nach unterschreiten eines definierten Abstandswerts ein Triggersignal ausgibt, und damit das Antastereignis detektiert.
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Von Vorteil ist auch, dass die Kontrolleinheit dazu ausgebildet ist, dass Triggersignal und den Messwert über die gleiche Schnittstelle an die Steuereinheit der Maschine zu übermitteln, wobei sowohl das Triggersignal, als auch der Messwert als ein digitales Datensignal übermittelt werden. Hierdurch ist vorteilhafterweise eine Kommunikation zwischen Messeinheit und Maschine vereinheitlicht.
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Eine vorteilhafte Modifikation der Messeinheit ist, dass die Kontrolleinheit dazu ausgebildet ist, dass Triggersignal und den Messwert über zwei verschiedene Schnittstellen an die Steuereinheit der Maschine zu übermitteln, wobei die Kontrolleinheit den Messwert als ein digitales Datensignal übermittelt und das Triggersignal als ein analoges Datensignal. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Triggersignal in einer vergleichsweise kurzen Zeitspanne nach Auslösen des Signals an die Maschinen übermittelbar ist und beispielsweise nicht zunächst eine Übertragung eines vergleichsweise langen Messwerts abgewartet werden muss.
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Außerdem ist es von Vorteil, dass die Kontrolleinheit dazu ausgebildet ist, dass Triggersignal und den Messwert über zwei verschiedene Schnittstelle an die Steuereinheit der Maschine zu übermitteln, wobei sowohl das Triggersignal, als auch der Messwert als ein digitales Datensignal übermittelt werden. Hierdurch kann beispielsweise sicher gestellt werden, dass die übertragenen Daten vollständig übertragen werden, beispielsweise durch einen Einsatz eines Prüfverfahrens.
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Von Vorteil ist außerdem, dass das digitale Datensignal, mittels welchem der Messwert übermittelt wird, eine Zeichenlänge von 8 Bit bis 40 Bit aufweist. Vorteilhafterweise umfasst das digitale Datensignal, mittels welchem der Messwert übermittelt wird, eine Zeichenlänge von genau 32 Bit, insbesondere genau 40 Bit.
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Ebenfalls wird vorgeschlagen, dass das digitale Datensignal, mittels welchem der Messwert übermittelt wird, neben dem Messwert einen Prüfwert umfasst. Hierdurch ist ein Fehler bei der Übertragung des digitalen Datensignal erkennbar. Beispielsweise umfasst das digitale Datensignal 32 Bit an Messwertdaten und 8 Bit an Prüfwertdaten.
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Vorteilhafterweise ist die Messeinheit als eine Ultraschallmesseinheit und/oder als eine Temperaturmesseinheit vorhanden.
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Eine vorteilhafte Variante der Erfindung ist eine Maschine, insbesondere Werkzeugmaschine und/oder Messmaschine, mit einer Messeinheit nach einer der vorangegangen genannten Ausführungen.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Mehrere Ausführungsbeispiele werden anhand der nachstehenden schematischen Zeichnungen unter Angabe von weiteren Einzelheiten und Vorteilen näher erläutert:
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- 1 eine schematische Darstellung einer Maschine mit einer Messeinheit nach einer ersten Ausführungsvariante und
- 2 eine schematische Darstellung einer Maschine mit einer Messeinheit nach einer zweiten Ausführungsvariante.
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1 zeigt in einer ersten Ausführungsvariante eine Maschine 1 mit einer schematisch dargestellten Umhausung 2, einem Maschinentisch 3, einer Bewegungsachse 4 und einer Steuereinheit 5. Die Maschine 1 umfasst beispielsweise ein Speichermodul 6, welches z.B. an der Steuereinheit 5 vorhanden ist. Auf dem Maschinentisch 3 ist beispielhaft ein Messobjekt 7 angeordnet.
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An der Maschine 1 ist vorteilhafterweise eine Messeinheit 8 angeordnet. Die Messeinheit 8 umfasst ein Messinstrument 9, eine erste Schnittstelle 10, eine zweite Schnittstelle 11 und beispielsweise eine dritte Schnittstelle 12. Weiter umfasst die Messeinheit 8 beispielsweise eine Sende- und Empfangseinheit 13. Die Sende- und Empfangseinheit 13 weist beispielsweise eine Kontrolleinheit 14 mit einem Steuerungsmodul 15 auf. Die Messeinheit 8 kann des Weiteren eine Speichereinheit 16 und einen Zeitgeber 17 umfassen.
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In der Ausführungsvariante gemäß 1 ist das Messinstrument 9 beispielhaft über die Schnittstellen 10, 11 mittels einer Signalleitung 18 mit der Sende- und Empfangseinheit 13 gekoppelt. Die Signalleitung 18 ist beispielsweise als eine kabellose Signalleitung vorhanden. Die Signalleitung 18 ist beispielsweise als eine Funkverbindung oder ein Funkkanal ausgebildet. Denkbar ist auch, dass die Signalleitung 18 als eine optische Verbindung, z.B. als ein optischer Leitungskanal ausgebildet ist. Außerdem ist die Sende- und Empfangseinheit 13 mittels der Schnittstelle 12 mit der Maschine 1, insbesondere der Steuereinheit 5 der Maschine 1 über eine weitere Signalleitung 19 verbunden. Beispielsweise ist das Messinstrument 9 als ein Ultraschallmesskopf und/oder als ein Thermometer ausgebildet.
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In einer Modifikation der Ausführungsform gemäß 1 ist es vorstellbar, dass eine weitere Schnittstelle 20 an der Sende- und Empfangseinheit 13 vorhanden ist, wobei die Sende- und Empfangseinheit 13 mittels der Schnittstelle 20 über eine weitere Signalleitung 21 mit der Maschine 1 verbunden sein kann. Denkbar ist weiter, dass eine der beiden Schnittstellen 12, 20 als eine Standardschnittstelle ausgebildet ist, z.B. als eine USB- oder Netzwerkschnittstelle. Weiter ist es vorstellbar, dass die andere der beiden Schnittstellen 12, 20 als eine proprietäre Schnittstelle ausgebildet ist. Vorteilhaft ist, dass die Kontrolleinheit 14 über die proprietäre Schnittstelle 12, 20 mit der Maschine 1 mittels einer seriellen Datenübertragung kommunizieren kann. In dieser Modifikation ist es vorstellbar, dass die Kontrolleinheit 14 dazu ausgebildet ist, einen Messwert über die Standardschnittstelle an die Maschine 1 zu übermitteln und ein Triggersignal über die proprietäre Schnittstelle.
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2 zeigt in einer weiteren Ausführungsvariante eine Maschine 22 mit einer schematisch dargestellten Umhausung 23, einem Maschinentisch 24, einer Bewegungsachse 25 und einer Steuereinheit 26. Die Maschine 22 umfasst beispielsweise ein Speichermodul 27, welches z.B. an der Steuereinheit 26 vorhanden ist. Auf dem Maschinentisch 24 ist beispielhaft ein Messobjekt 28 angeordnet.
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An der Maschine 22 ist vorteilhafterweise eine Messeinheit 29 angeordnet vorhanden. Die Messeinheit 29 umfasst ein Messinstrument 30, eine Schnittstelle 31 und eine Kontrolleinheit 32. Die Kontrolleinheit 32 weist beispielsweise ein Steuerungsmodul 34 auf. Die Messeinheit 29 kann des Weiteren eine Speichereinheit 35 und einen Zeitgeber 36 umfassen.
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In der Ausführungsvariante gemäß 1 bilden die Komponenten der Messeinheit 29 eine kompakte Einheit. Die kompakte Einheit ist bspw. in einem einzigen Gehäuse an der Bewegungsachse 25 der Maschine 22 anordenbar ausgebildet.
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Beispielsweise ist die Messeinheit 29 mittels einer Signalleitung 33 über die Schnittstelle 31 mit der Steuereinheit 26 der Maschine 22 verbunden.
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In einer vorteilhaften Modifikation der Ausführungsform gemäß 2 ist es vorstellbar, dass die Messeinheit 29 eine weitere Schnittstelle (nicht abgebildet) aufweist, um die Messeinheit 22 mit der Maschine 22 zu verbinden. Beispielsweise wie oben beschreiben gemäß der Ausführungsform nach 1.
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Weiter ist es denkbar, dass die Messeinheit 29 eine Tasteinheit 37 umfasst. Vorstellbar ist auch, dass die Ausführungsform gemäß 1 eine derartige Tasteinheit aufweist (nicht abgebildet.)
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Maschine
- 2
- Umhausung
- 3
- Maschinentisch
- 4
- Bewegungsachse
- 5
- Steuereinheit
- 6
- Speichermodul
- 7
- Messobjekt
- 8
- Messeinheit
- 9
- Messinstrument
- 10
- Schnittstelle
- 11
- Schnittstelle
- 12
- Schnittstelle
- 13
- Sende- und Empfangseinheit
- 14
- Kontrolleinheit
- 15
- Steuerungsmodul
- 16
- Speichereinheit
- 17
- Zeitgeber
- 18
- Signalleitung
- 19
- Signalleitung
- 20
- Schnittstelle
- 21
- Signalleitung
- 22
- Maschine
- 23
- Umhausung
- 24
- Maschinentisch
- 25
- Bewegungsachse
- 26
- Steuereinheit
- 27
- Speichermodul
- 28
- Messobjekt
- 29
- Messeinheit
- 30
- Messinstrument
- 31
- Schnittstelle
- 32
- Kontrolleinheit
- 33
- Signalleitung
- 34
- Steuerungsmodul
- 35
- Speichereinheit
- 36
- Zeitgeber
- 37
- Tasteinheit
