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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zu einer geometrischen Vermessung langer Strangprofile.
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Zu einer geometrischen Vermessung von Strangprofilen, die beispielsweise roll- oder walzgeformte Strangprofile sein können, sind diverse Verfahren bekannt, mit denen eine Oberfläche des Strangprofils in einem Querschnittsbereich an einer jeweiligen Länge des Strangprofils vermessen werden.
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DE102008036275 (B4 ) bzw.
WO2010015458 (A3 ) offenbart eine Messvorrichtung und ein entsprechendes Verfahren, bei der/dem eine Lichtlinie auf einen Teil des Querschnittsbereichs projiziert wird, das von mindestens zwei Bildaufnahmeelementen, die eine jeweils unterschiedliche Brennweite haben, aufgenommen wird. Durch die zwei Bildaufnahmeelemente, die eine jeweils unterschiedliche Brennweite haben, wird eine Auflösung der Messung oder ein Messbereich vergrößert. Das Strangprofil kann dabei seiner Länge nach durch die Messvorrichtung befördert werden, um so der Länge nach abschnittsweise den jeweiligen Querschnittsbereich zu bestimmen. So kann eine Oberfläche des Strangprofils entlang der Länge des Strangprofils Umfangslinie für Umfangslinie, die jeweils benachbart sind, vermessen werden. Wenn dabei auch eine Durchbiegung oder Verdrehung des Strangprofils bestimmt werden soll, muss eine Verschiebung des Strangprofils durch die Messvorrichtung oder die Verschiebung der Messvorrichtung entlang des Strangprofils sehr präzise in Bezug auf eine Ideallinie des Strangprofils erfolgen, um keine Messfehler durch eine Abweichung der Messvorrichtung zur Ideallinie zu erhalten. Der Fachmann erkennt, dass die Messvorrichtung nicht speziell dafür ausgelegt ist, die Durchbiegung oder den Verzug des Strangprofils quer zur Längsachse zu vermessen.
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Strangprofile können generell eine Länge bis zu 6 Meter oder länger haben. Unter dem Begriff „Verzug“ kann sowohl eine Durchbiegung quer zur Längsachse als auch eine Verwindung oder Verdrehung des Strangprofils um die Längsachse verstanden werden.
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DE102011000304 (B4 ) bzw. WO
2012101166 (A1 ) offenbart eine Messvorrichtung und ein entsprechendes Verfahren, bei der/dem an einer Länge des Strangprofils um dessen Längsachse herum mindestens zwei Laser-Lichtschnittsensoren angeordnet sind, die den jeweiligen Querschnittsbereich aufeinander abgestimmt vermessen, ohne einen jeweiligen benachbarten Laser-Lichtschnittsensor auf einen ersten Laser-Lichtschnittsensor hin kalibriert abstimmen zu brauchen. Auch diese Messvorrichtung ist nicht per se dafür ausgelegt, eine Durchbiegung des Strangprofils quer zur Längsachse besonders genau zu bestimmen.
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Eine Vermessung der Durchbiegung oder eines Verzugs des Strangprofils entlang seiner Längsachse ist mit den bekannten Vorrichtungen und Verfahren immer noch problematisch hinsichtlich einer Genauigkeit der Vermessung.
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Die Aufgabe der Erfindung, um die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen, besteht daher in der Bereitstellung einer Messvorrichtung zu einer geometrischen Vermessung von Strangprofilen mit der insbesondere auch eine Durchbiegung oder ein Verzug des Strangprofils entlang seiner Länge möglichst präzise bestimmt werden kann.
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Die vorstehende Aufgabe wird von einer Messvorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und einem Verfahren gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird eine Messvorrichtung zu einer geometrischen Vermessung von Strangprofilen zur Verfügung gestellt, die Folgendes aufweist:
- a) ein Rahmengerüst, das entlang einer Längsachse ausgebildet ist, um das Strangprofil darin entlang der Längsachse zur Vermessung aufzunehmen, wobei das Rahmengerüst eine damit verbundene Schiene aufweist, die parallel zur Längsachse verläuft;
- b) eine erste Sensoreinheit, die ausgebildet ist, das Strangprofil an einer Längenposition entlang der Längsachse, an der sich die Sensoreinheit befindet, geometrisch zu vermessen und entsprechende geometrische Messdaten auszugeben, wobei die erste Sensoreinheit über einen Schlitten mit der Schiene verbunden und entlang der Schiene verfahrbar ist;
- c) eine zweite Sensoreinheit, die eine Detektor-Einheit und eine damit funktional verbundene Emitter-Einheit aufweist, von denen die Detektor-Einheit oder die Emitter-Einheit mit der ersten Sensoreinheit und die jeweilige andere Einheit mit dem Rahmengerüst verbunden sind, wobei die zweite Sensoreinheit ausgebildet ist, Positions- und Lagedaten der ersten Sensoreinheit in Bezug zu einem Referenzpunkt des Rahmengerüsts zu bestimmen und auszugeben;
- d) eine Mikroprozessoreinheit, die ausgebildet ist, die geometrischen Messdaten vom Strangprofil und die Positions- und Lagedaten der ersten Sensoreinheit zu den geometrischen Oberflächendaten des Strangprofils so miteinander zu verrechnen, dass die geometrischen Oberflächendaten unabhängig von einer Positions- und Lageänderung der ersten Sensoreinheit in einem vorbestimmten Bereich senkrecht zur Längsachse sind, oder die erste Sensoreinheit (3) anhand der Positions- und Lagedaten automatisch aktuatorisch so zu verschieben und/oder zu neigen, dass ein Verzug der Schiene ausgeglichen wird.
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Gegenüber dem Stand der Technik weist die vorliegende Messvorrichtung den besonderen Vorteil auf, dass die erste Sensoreinheit nicht nur einfach im Rahmengerüst verfahrbar ist, wobei deren jeweilige Position entlang der Längsachse bestimmt wird, sondern dass auch eine Abweichung der ersten Sensoreinheit von einer Ideallinie oder einer idealen präzisen Verschiebung auf einer idealen Schiene bestimmt und zur Bestimmung einer Oberfläche des Strangprofils entlang seiner Längsachse mit berücksichtigt werden. Insbesondere bei langen Rahmengerüsten von beispielsweise 6 m Länge kann es durch ein Eigengewicht zu einem nicht vernachlässigbaren Verzug oder einer Durchbiegung des Rahmengerüsts und der Schiene in Bezug zur Ideallinie oder einem idealen Verlauf kommen. Durch den Verzug des Rahmengerüsts und der Schiene sind die von der ersten Sensoreinheit ausgegebenen geometrischen Messdaten des Strangprofils in Bezug auf den Referenzpunkt fehlerbehaftet und dabei genau um den Verzug oder die Durchbiegung der Schiene fehlerbehaftet. Die erfindungsgemäße Bestimmung der Positions- und Lagedaten der ersten Sensoreinheit in Bezug zum Referenzpunkt des Rahmengerüsts ermöglicht jedoch die Bestimmung der exakten geometrischen Oberflächendaten unabhängig von der Positions- und Lageänderung der ersten Sensoreinheit. Mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung kann das Strangprofil auch entlang seiner Länge exakt vermessen werden. Dadurch braucht das Rahmengerüst nicht besonders verzugs- und verwindungsstabil aufgebaut zu werden, und es brauchen keine besonders temperaturstabilen und teuren Werkstoffe für das Rahmengerüst, die Schiene und den Schlitten verwendet zu werden, indem beispielsweise ein Werkstoff mit einem besonders geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten zu verwenden wäre. Ebenso unkritisch ist ein Aufstellen der gesamten Messvorrichtung, wobei das Rahmengerüst ansonsten auch auf einem speziellen Untergrund aufzustellen und auszurichten wäre. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung vereinfacht das Rahmengerüst und die Aufstellung erheblich, und es geht eine hohe Kostenersparnis damit einher.
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Eine Ausführung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung kann im Wesentlichen auf zweierlei Art geschehen. Entweder kann die Mikroprozessoreinheit ausgebildet sein, die geometrischen Messdaten vom Strangprofil und die Positions- und Lagedaten der ersten Sensoreinheit zu den geometrischen Oberflächendaten des Strangprofils (2) so miteinander zu verrechnen, dass die geometrischen Oberflächendaten unabhängig von einer Positions- und Lageänderung der ersten Sensoreinheit (3) in einem vorbestimmten Bereich senkrecht zur Längsachse sind. Dabei ist gemeint, dass die geometrischen Messdaten und die Positions- und Lagedaten beispielsweise so addiert verrechnet werden, dass auch wenn die erste Sensoreinheit quer zur Längsachse bewegt wird, die geometrischen Messdaten vom Strangprofil dabei unverändert bleiben. Die dafür notwendigen mathematischen Operationen sind dem Fachmann bekannt.
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Andererseits kann die Mikroprozessoreinheit ausgebildet sein, die erste Sensoreinheit anhand der Positions- und Lagedaten quer zur Längsachse automatisch aktuatorisch so zu verschieben und/oder um eine jeweilige Achse zu drehen und/oder zu neigen, dass der Verzug der Schiene ausgeglichen wird. Dabei wird die erste Sensoreinheit bei einem Verfahren entlang einer zur Längsachse parallelen Geraden elektronisch geregelt in der gleichen Ausrichtung und Höhe und im gleichen Abstand zur Längsachse gehalten. In anderen Worten wird die erste Sensoreinheit entlang einer Geraden bewegt, wobei die Schiene dennoch einen Verzug oder eine Durchbiegung aufweisen kann. Alternativ kann die erste Sensoreinheit durch den Schlitten auch entlang einer anderen vorbestimmten Bahnlinie fahren und/oder gedreht werden. Bevorzugt wird auch eine Neigungsänderung der ersten Sensoreinheit detektiert und kompensiert bzw. elektronisch geregelt verhindert. Zur Klarheit wird unter einer aktuatorischen Verschiebung und/oder Neigung und/oder Drehung der ersten Sensoreinheit verstanden, dass die erste Sensoreinheit über mindestens einen Aktuator mit dem Schlitten verbunden ist, wobei der mindestens eine Aktuator von der Mikroprozessoreinheit entsprechend angesteuert wird.
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Ebenso ist es möglich, auch beide Kompensationsverfahren in der Mikroprozessoreinheit implementiert zu haben, wobei beispielsweise die erste Sensoreinheit aktuatorisch weitgehend in der idealen Höhe und im gleiche Abstand zur Längsachse gehalten wird, wobei aber eine noch vorhandene Neigung oder andere Abweichungen von der Ideallage der ersten Sensoreinheit durch eine Verrechnung der geometrischen Messdaten mit den Positions- und Lagedaten kompensiert wird.
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Die Mikroprozessoreinheit kann innerhalb des Rahmengerüsts aber auch außerhalb angeordnet sein. Die Mikroprozessoreinheit kann auch verteilt sein und mehrere Unter-Mikroprozessoreinheiten aufweisen. Beispielsweise kann ein Teil von Prozessen der Mikroprozessoreinheit in der ersten oder zweiten Sensoreinheit durch eine erste Unter-Mikroprozessoreinheiten bearbeitet werden und ein weiterer Teil der Prozesse der Mikroprozessoreinheit in einer zweiten Unter-Mikroprozessoreinheiten beispielsweise in einem externen PC bearbeitet werden. Eine solche Aufteilung der Prozesse wird als Stand der Technik angesehen.
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Hervorzuheben ist dabei auch, dass die erfindungsgemäße Messvorrichtung repetitive Kalibrierungen hinsichtlich auch eines temperaturbedingten Verzugs des Rahmengerüsts überflüssig macht, wodurch Zeit und Fehlbedienungen vermieden werden können.
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Zur Klarheit sei bemerkt, dass unter dem Begriff verfahrbar auch verschiebbar und unter verschiebbar auch verfahrbar verstanden werden kann, d.h., dass die erste Sensoreinheit auf dem Schlitten sowohl manuell verschoben als auch aktuatorisch gesteuert verfahren werden kann.
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Bevorzugt basiert die erste Sensoreinheit auf einem Laser-Lichtschnitt-Messverfahren, das ein Oberflächenprofil zumindest eines Teils eines Querschnitts des Strangprofils in den geometrischen Messdaten abbildet. Dabei kann die erste Sensoreinheit einen oder mehrere Lichtschnittsensoren aufweisen. Bevorzugt wird durch die erste Sensoreinheit an einer vorbestimmten Länge X im Rahmengerüst der gesamte Querschnitt oder aber auch nur ein Teil davon als die geometrischen Messdaten bestimmt. Bevorzugt wird durch eine Aneinanderreihung der geometrischen Messdaten entlang der Längsachse X ein 3D-Bild des Strangprofils bestimmt.
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Bevorzugt ist die erste Sensoreinheit ausgebildet eine Oberfläche des Strangprofils zu vermessen. Dabei kann die Oberfläche von der ersten Sensoreinheit sowohl punktförmig oder linienartig entlang der Längsachse als auch quer oder in einem anderen Winkel zur Längsachse bestimmt werden. Bevorzugt basiert die erste Sensoreinheit auf einer Muster- oder Streifenprojektion auf das Strangprofil und umfasst beispielsweise eine Stereo-Bildverarbeitung oder Photogrammmetrie. Bevorzugt basiert die erste Sensoreinheit auf einem Triangulations-oder Lichtschnittverfahren und/oder einem anderen Oberflächenmessverfahren aus dem Stand der Technik. Es ist auch denkbar, dass die erste Sensoreinheit einen taktilen Sensor aufweist.
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Bevorzugt weist die Schiene eine oder mehrere parallele Schienenabschnitte auf, auf denen der Schlitten mit der ersten Sensoreinheit verfahren wird.
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Bevorzugt ist die Emitter-Einheit eine Laser-Licht-Einheit, die in Richtung der Detektoreinheit, die bevorzugt eine Kameraeinheit ist, mindestens einen ersten Laserstrahl ausstrahlt. Bevorzugt ist die Laser-Licht-Einheit dabei ausgebildet, ein Kreuz oder eine Lichtpunktmatrix oder einfach nur zwei parallele oder nicht-parallele Laserstrahlen auszusenden. Alternativ bevorzugt ist die Emitter-Einheit ein Referenzkörper, der Licht in Richtung der Kameraeinheit ausstrahlt, wobei das Licht ein reflektiertes und/oder selbst erzeugtes Licht sein kann. Der Referenzkörper kann auch eine oder mehrere Punktlichtquellen, beispielsweise von LEDs erzeugt, aufweisen. Es versteht sich, dass das Licht der Emitter-Einheit zumindest teilweise in einem Detektionsbereich der Detektor-Einheit liegen muss. Die Kameraeinheit kann dabei beispielsweise einen oder mehrere CCD Sensoren oder andere lichtempfindliche Sensoren wie beispielsweise Fotodioden aufweisen. Es ist auch denkbar, dass die Kameraeinheit nur vier lichtempfindliche Sensoren umfasst, wobei der Schlitten immer so geregelt angesteuert wird, dass ein Laser-Lichtstrahl beispielsweise immer mittig darin detektiert wird. Es versteht sich, dass die Kameraeinheit auch Staubfilter und/oder Lichtfilter aufweisen kann, die auch gegenüber dem Laser-Lichtstrahl geneigt sein können, um unerwünschte Reflektionen zu vermeiden.
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Bevorzugt werden durch die zweite Sensoreinheit alle Positions- und Lagedaten der ersten Sensoreinheit 3 erzeugt, eine Bestimmung der Längskoordinate in X-Richtung kann aber auch durch einen anderen Linear-Sensor bestimmt werden.
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Bevorzugt kann der Referenzkörper auch ein gespannter Draht sein, dessen Durchbiegung bekannt ist und entlang dem die erste Sensoreinheit verfahren wird. Dabei kann der Draht von der Detektor-Einheit beispielsweise optisch oder elektrisch detektiert werden.
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Bevorzugt wird die erste Sensoreinheit bei einer Verschiebung entlang der Längsachse zu einem oder mehreren Laserstrahlen, die parallel zur Längsachse verlaufen, automatisch aktuatorisch immer so ausgerichtet, dass die Sensoreinheit einen gleichen Abstand zu dem Laserstrahl oder den Laserstrahlen behält, somit wäre keine Korrektur der geometrischen Daten quer zur Längsachse mehr nötig. Alternativ zu dem oder den Laserstrahlen könnte auch der Draht mit vorbestimmter Durchbiegung verwendet werden, wobei die automatische aktuatorische Ausrichtung oder Lagekorrektur der ersten Sensoreinheit quer zur Längsachse die vorbestimmte Durchbiegung berücksichtigt und ausgleicht, so dass die Sensoreinheit einem imaginären Laserstrahl anstelle des Drahtes mit der Durchbiegung folgt.
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Alternativ bevorzugt ist der Referenzkörper ein am Rahmengerüst oder am Strangprofil befestigter Referenzkörper, der eine nicht-kreisrunde Form hat, so dass sich auch eine Neigungsänderung zwischen der Emitter- und der Detektor-Einheit bestimmen lässt. Bevorzugt hat der Referenzkörper eine exakt vorbestimmte Form, so dass sich sowohl ein Abstand als auch die Neigungsänderung zwischen der Emitter- und der Detektor-Einheit bestimmen lassen.
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Bevorzugt wird der Schlitten in Richtung zum Strangprofil, also in einer Ebene, die senkrecht zur Längsachs des Strangprofils ist, automatisch geregelt so angesteuert, dass die erste Sensoreinheit auf dem Schlitten immer auf der Ideallinie parallel zur Längsachse des Strangprofils verläuft. Dabei wird die Durchbiegung der Schiene ausgeglichen.
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Bevorzugt sendet die Emitter-Einheit mindestens zwei Laserstahlen aus, die von der Detektor-Einheit empfangen und von der Detektor-Einheit oder der Mikroprozessoreinheit so ausgewertet werden, dass sowohl ein Abstand zur Längsachse als auch eine Verdrehung der ersten Sensoreinheit um die Längsachse oder eine dazu parallele Achse bestimmt und als zumindest ein Teil der Positions- und Lagedaten ausgegeben wird. Bevorzugt wird dabei jeweils ein Abstand in vertikaler z-Richtung und/oder in horizontaler y-Richtung und/oder in Längsrichtung x (siehe 1) bestimmt. Ebenso kann dabei auch eine Neigungsänderung der ersten Sensoreinheit zu einer horizontalen Ebene in x-y-Richtung oder zur dazu senkrechten vertikalen Richtung bestimmt werden, siehe 2.
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Bevorzugt sendet die Emitter-Einheit zwei Laserstrahlen aus, die nicht parallel zueinander sind, wobei bei einer Detektion der zwei Laserstrahlen in der Detektor-Einheit ein Abstand der detektierten Laserstrahlen und daraus eine horizontale Verschiebung der Detektor-Einheit zur Emitter-Einheit bestimmt werden kann. Durch die zwei Laserstrahlen lässt sich also sowohl eine Durchbiegung in vertikaler und horizontaler Richtung als auch eine Neigungsänderung zur vertikalen Achse bestimmen, siehe 2 und 3.
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Bevorzugt sind der erste Laserstrahl und der zweite Laserstrahl antiparallel, so dass mit der zweiten Sensoreinheit auch die Position entlang der Längsachse x bestimmbar ist.
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Bevorzugt ist das Rahmengerüst ausgebildet, das Strangprofil im Rahmengerüst fixiert zu halten.
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Bevorzugt weist der Schlitten einen ersten Schlitten und einen zweiten Schlitten auf, die miteinander gekoppelt sind, wobei der erste Schlitten parallel entlang der Schiene verfahrbar ist, und der zweite Schlitten in Bezug zum ersten Schlitten winkelig und bevorzugt rechtwinklig zu einer Schienenlängsachse verfahrbar ist. Dadurch ist die erste Sensoreinheit in einer zur Längsachse parallelen Ebene in einem flächigen Bereich verfahrbar und/oder um eine jeweilige Achse drehbar.
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Bevorzugt weist der Schlitten den ersten Schlitten, den zweiten Schlitten und einen dritten Schlitten auf, die miteinander gekoppelt sind, wobei der erste Schlitten parallel entlang der Schiene verfahrbar ist, der zweite Schlitten in Bezug zum ersten Schlitten winkelig und bevorzugt rechtwinklig zur Schienenlängsachse verfahrbar ist, und der dritte Schlitten in Bezug zum zweiten Schlitten so verfahrbar ist, dass die erste Sensoreinheit in Bezug zu einem Punkt auf der Längsachse in allen drei Raumrichtungen verfahrbar und/oder um die jeweilige Achse drehbar ist.
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Bevorzugt ist der Schlitten durch Aktuatoren so ausgebildet, dass die erste Sensoreinheit darauf in Bezug zur Schiene bevorzugt in zwei oder drei Raumrichtungen verschoben werden kann und bevorzugt auch um eine erste und/oder eine zweite und/oder eine dritte Achse gedreht oder geneigt werden kann. Beispielsweise kann die erste, zweite oder dritte Achse eine zur Längsachse parallele horizontale Achse X sein, wie in 1 dargestellt. Beispielsweise kann die erste, zweite oder dritte Achse eine zur Längsachse senkrechte vertikale Achse Z sein, wie in 1 dargestellt. Bevorzugt weist der Schlitten einen oder mehrere Aktuatoren auf, der/die von der Mikroprozessoreinheit angesteuert werden.
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Bevorzugt wird die erste Sensoreinheit durch den Schlitten in Bezug zur Längsachse so verfahren und/oder gedreht, dass die erste Sensoreinheit dadurch möglichst genaue und hochauflösende geometrischen Messdaten erzeugt.
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Entsprechend wird auch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung der geometrischen Oberflächendaten des Strangprofils im Rahmengerüst durch die im Rahmengerüst verfahrbare erste Sensoreinheit vorgestellt, das folgende Schritte umfasst:
- a) Positionieren des Strangprofils entlang der Längsachse im Rahmengerüst, entlang der die geometrischen Oberflächendaten bestimmt werden sollen;
- b) Verfahren der erste Sensoreinheit entlang der Längsachse und dabei Erzeugen von geometrischen Messdaten vom Strangprofil;
- c) Beim Verfahren der ersten Sensoreinheit entlang der Längsachse: Bestimmen der Positions- und Lagedaten der ersten Sensoreinheit in Bezug zum Referenzpunkt des Rahmengerüsts durch die zweite Sensoreinheit;
- d) Automatisches Verrechnen der geometrischen Messdaten vom Strangprofil und der Positions- und Lagedaten der ersten Sensoreinheit in Bezug zum Referenzpunkt, zur Erzeugung der geometrischen Oberflächendaten des Strangprofils, so dass die geometrischen Oberflächendaten von der Positions- und Lageänderung der ersten Sensoreinheit in einem vorbestimmten Bereich senkrecht zur Längsachse unabhängig sind, oder
in Abhängigkeit der Positions- und Lagedaten elektronisch geregeltes aktuatorisches Verschieben und/oder Neigen der ersten Sensoreinheit (3) quer zur Längsachse, so dass ein Verzug der Schiene (1a) ausgeglichen wird.
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Zur Klarheit sei angemerkt, dass die automatische Verrechnung zur Korrektur der geometrischen Messdaten beispielsweise so erfolgen kann, dass von der zweiten Sensoreinheit bestimmte Abweichungen in jeweiligen Koordinatenrichtungen von den geometrischen Messdaten wiederum abgezogen werden. So wird beispielsweise bei einer Absenkung der Schiene und somit der ersten Sensoreinheit durch die erste Sensoreinheit ein zusätzlicher, fälschlicher Abstand der geometrischen Messdaten nach oben zum Strangprofil hin gemessen, wobei diese Absenkung danach beim automatischen Verrechnen wieder vom gemessenen Abstand abgezogen wird.
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Alternativ oder zusätzlich kann die erste Sensoreinheit entlang der Längsachse so verfahren und dabei quer zur Längsachse automatisch aktuatorisch bewegt werden, dass Unebenheiten oder ein Verzug der Schiene 1a ausgeglichen werden. In anderen Worten, wenn die Schiene 1a an einer Position um einen Betrag abgesenkt ist, wird die erste Sensoreinheit 3 an dieser Position aktuatorisch um diesen Betrag angehoben.
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Die unter Merkmal (d) genannten Verfahrensalternativen zum Ausgleich des Verzugs der Schiene 1a sind auch zusammen kombinierbar. Es versteht sich für den Fachmann, dass der Verfahrensschritt unter Merkmal (d) von einer Mikroprozessoreinheit ausgeführt wird.
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Bevorzugt wird die Bestimmung der Positions- und Lagedaten der ersten Sensoreinheit, wie oben erwähnt, in Bezug zum Referenzpunkt durch die zweite Sensoreinheit eines Systems aus der Detektor-Einheit und der Emitter-Einheit vorgenommen, wobei entweder die Detektor-Einheit oder die Emitter-Einheit mit der ersten Sensoreinheit und die jeweils andere Einheit mit dem Rahmengerüst verbunden werden, um die Positions- und Lagedaten der ersten Sensoreinheit in Bezug zum Referenzpunkt zu bestimmen.
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Zur Klarheit sei angemerkt, dass der Referenzpunkt sowohl beispielsweise als der Referenzkörper, die Emitter- oder Detektor-Einheit am Rahmengerüst vorbestimmt sein kann, als auch sich außerhalb des Rahmengerüsts befinden kann. Beispielsweise kann der Referenzpunkt auch ein rechnerischer Punkt im Raum sein, auf den sich die Detektor- und Emitter-Einheit mit einem Offset bezieht.
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Es sei auch bemerkt, dass die Messvorrichtung auch eine dritte Sensoreinheit aufweisen kann, die bevorzugt gleich oder ähnlich wie die zweite Sensoreinheiten aufgebaut ist und die beispielsweise in Richtung der Längsachse des Strangprofils parallel und neben der zweiten Sensoreinheit angeordnet ist, so dass die Emitter-Einheit der ersten Sensoreinheit mit einer zweiten Detektor-Einheit der dritten Sensoreinheit nebeneinander zusammen montiert sind und die Detektoreinheit der ersten Sensoreinheit mit einer zweiten Emitter-Einheit der dritten Sensoreinheit nebeneinander zusammen montiert sind. Auf diese Weise lässt sich auch eine durch die Durchbiegung der Schiene verursachte Neigung der ersten Sensoreinheit um eine horizontale und zur Längsachse senkrechte Achse bestimmen. Eine weitere Lagebestimmung der ersten Sensoreinheit in Bezug zum Referenzpunkt ist ebenso möglich, deren Positions- und Lagedaten dann zur Korrektur der geometrischen Messdaten der ersten Sensoreinheit durch die Mikroprozessoreinheit bevorzugt auch berücksichtigt werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung sind in nachfolgenden Zeichnungen und in einer detaillierten Beschreibung dargestellt, sie sollen aber die vorliegende Erfindung nicht ausschließlich darauf begrenzen.
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Es zeigen
- 1 eine perspektivische Skizze einer bevorzugten Ausführungsform einer Messvorrichtung zu einer geometrischen Vermessung eines Strangprofils, die ein Rahmengerüst, einen Schlitten auf einer Schiene und einen Messkopf als eine erste Sensoreinheit umfasst, wobei eine Detektoreinheit mit der ersten Sensoreinheit und eine Emitter-Einheit mit dem Rahmengerüst verbunden sind und die Detektor-Einheit mit der Emitter-Einheit optisch in Verbindung steht; zudem ist im Rahmengerüst das Strangprofil und neben dem Rahmengerüst eine Mikroprozessoreinheit angeordnet;
- 2 einen skizzierten Detektionsbereich der Detektoreinheit, die bevorzugt eine Kameraeinheit ist, worin eine vertikale Richtung und eine Vertikalachse der ersten Sensoreinheit eingezeichnet sind, die einen Winkel zueinander aufweisen;
- 3 eine skizierte Anordnung der bevorzugten Emitter-Einheit, die zwei Laserstrahlen zur Detektor-Einheit hin aussendet, wobei die Laserstrahlen zueinander nicht parallel sind; und
- 4 eine perspektivische Skizze einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Messvorrichtung zur geometrischen Vermessung des Strangprofils.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Messvorrichtung zu einer geometrischen Vermessung von Strangprofilen 2 dargestellt. Dabei soll das Strangprofil 2 bevorzugt entlang seiner Längsachse und auf Abweichungen von der Längsachse vermessen werden. Dazu wird das Strangprofil 2 bevorzugt in einem Rahmengerüst 1 der Messvorrichtung gehalten, wobei ein Messkopf mit einer ersten Sensoreinheit 3 entlang dem Strangprofil 2 verfahren wird und die erste Sensoreinheit 3 dabei geometrische Messdaten von einer Oberfläche des Strangprofils liefert. Alternativ könnte das Strangprofil 2 auch durch den Messkopf verfahren werden, wobei aber meist viel größere Massen bewegt und gelagert werden müssten. Das Verfahren des Messkopfes mit der ersten Sensoreinheit 3 gegenüber dem Strangprofil 2 erfordert eine sehr präzise Führung im Rahmengerüst 1. Bei langen Strangprofilen 2 und entsprechenden Rahmengerüsten 1, die beispielsweise bis zu 6 Meter oder sogar länger sein können, tritt meist auch schon durch ein Eigengewicht des Rahmengerüsts 1 ein Verzug auf, der eine Durchbiegung und/oder eine Verwindung sein kann. Durch den Verzug des Rahmengerüsts 1 und von Schienen 1a darin, die den Messkopf mit der ersten Sensoreinheit 3, die auf einem Schlitten 7 montiert sind, führen, kommt es zu Abweichungen eines realen Verfahrwegs der ersten Sensoreinheit 3 in Bezug zu einem idealen Verfahrweg. In 1 ist die Schiene 1a in Bezug zu einer gestrichelt gezeichneten Ideallinie 1b der Schiene 1a ohne Durchbiegung beispielsweise etwas nach unten durchgebogen dargestellt, wobei die erste Sensoreinheit fehlerbehaftete geometrische Messdaten vom Strangprofil 2 liefert.
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Grundsätzlich umfasst die erfindungsgemäße Messvorrichtung zur geometrischen Vermessung von Strangprofilen 2 Folgendes:
- a) das Rahmengerüst 1, das entlang der Längsachse ausgebildet ist, um darin das Strangprofil 2 entlang der Längsachse zur Vermessung aufzunehmen, wobei das Rahmengerüst 1 die damit verbundene Schiene 1a aufweist, die parallel zur Längsachse verläuft;
- b) die erste Sensoreinheit 3, die ausgebildet ist, das Strangprofil 2 an einer Längenposition entlang der Längsachse, an der sich die Sensoreinheit 3 befindet, geometrisch zu vermessen und die entsprechenden geometrischen Messdaten auszugeben, wobei die erste Sensoreinheit 3 über den Schlitten 7 mit der Schiene 1a verbunden und entlang der Schiene 1a verfahrbar ist;
- c) eine zweite Sensoreinheit, die eine Detektor-Einheit 4 und eine damit funktional verbundene Emitter-Einheit 5 aufweist, von denen die Detektor-Einheit 4 oder die Emitter-Einheit 5 mit der ersten Sensoreinheit 3 und die jeweilige andere Einheit mit dem Rahmengerüst 1 verbunden sind, wobei die zweite Sensoreinheit ausgebildet ist, Positions- und Lagedaten der ersten Sensoreinheit 3 in Bezug zu einem Referenzpunkt des Rahmengerüsts 1 zu bestimmen und auszugeben;
- d) eine Mikroprozessoreinheit 6, die die geometrischen Messdaten vom Strangprofil 2 und die Positions- und Lagedaten der ersten Sensoreinheit 3 zu daraus resultierenden geometrischen Oberflächendaten des Strangprofils 2 so miteinander verrechnet, dass die geometrischen Oberflächendaten unabhängig von einer Positions- und Lageänderung der ersten Sensoreinheit 3 in einem vorbestimmten Bereich senkrecht zur Längsachse sind, und/oder wobei die Mikroprozessoreinheit 6 die erste Sensoreinheit (3) in Abhängigkeit der Positions- und Lagedaten quer zur Längsachse automatisch aktuatorisch so verschiebt und/oder dreht und/oder neigt, dass der Verzug der Schiene 1a ausgeglichen wird.
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Indem die Mikroprozessoreinheit 6 die geometrischen Messdaten vom Strangprofil 2 und die Positions- und Lagedaten der ersten Sensoreinheit 3 zu den geometrischen Oberflächendaten des Strangprofils 2 so miteinander verrechnet, dass die geometrischen Oberflächendaten unabhängig von einer Positions- und Lageänderung der ersten Sensoreinheit 3 in einem vorbestimmten Bereich senkrecht zur Längsachse sind, werden trotz der Positions- und Lageänderung der ersten Sensoreinheit korrekte geometrische Oberflächendaten des Strangprofils 2 erzeugt.
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Indem die Mikroprozessoreinheit 6 bevorzugt alternativ oder zusätzlich die erste Sensoreinheit 3 anhand der Positions- und Lagedaten quer zur Längsachse automatisch, das heißt geregelt, aktuatorisch so verschiebt, dass der Verzug der Schiene 1a ausgeglichen wird, bleibt die erste Sensoreinheit (3) bevorzugt an einer Idealposition und liefert entsprechend korrekte geometrische Messdaten des Strangprofils 2. Die Messvorrichtung könnte generell so ausgebildet sein, dass ein erstes Teilsystem die erste Sensoreinheit 3 immer so ausrichtet, dass die erste Sensoreinheit 3 parallel zur Längsachse auf einer idealen Bahn verfahren wird, wobei ein zweites Teilsystem eine Verfahrposition entlang der Längsachse mit den geometrischen Messdaten der ersten Sensoreinheit 3 verbindet, um daraus die geometrischen Oberflächendaten des Strangprofils zu bestimmen.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Detektor-Einheit 4 mit der ersten Sensoreinheit 3 gekoppelt und die Emitter-Einheit 5 mit dem Rahmengerüst 1 gekoppelt, wobei eine Kopplung der Emitter-Einheit 5 mit der ersten Sensoreinheit 3 und eine Kopplung der Detektor-Einheit 4 mit dem Rahmengerüst 1 ebenso denkbar ist, siehe 4.
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In der bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schlitten 7 einen ersten Schlitten 7a, der auf der Schiene 1a verfahren werden kann, und einen zweiten Schlitten 7b, der gegenüber dem ersten Schlitten 7a verfahren werden kann, und der die erste Sensoreinheit 3 trägt. Dadurch kann die erste Sensoreinheit 3 in zwei kartesischen Koordinatenachsen X verfahren werden. Bevorzugt umfasst der Schlitten 7 noch einen dritten Schlitten, der in Bezug zum zweiten Schlitten in der Höhe in einer dritten kartesischen Koordinatenachse verfahrbar ist, um die erste Sensoreinheit 3 auch in einer Höhe in einer vertikalen Richtung Z verstellen zu können. Dabei braucht insbesondere der zweite und dritte Schlitten nicht zwangsläufig wie ein Schlitten ausgebildet sein, sondern es ist damit eine Verstelleinheit gemeint, welche die ersten Sensoreinheit 3 mit dem ersten Schlitten 7a so verbindet, dass die erste Sensoreinheit 3 in zwei weiteren Richtungen in Bezug zur Längsachse des Strangprofils 2 verfahren oder eingestellt werden kann.
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Bevorzugt kann die erste Sensoreinheit 3 generell stets so zum Strangprofil 2 hin verfahren werden, dass die erste Sensoreinheit 3 immer in einem Messbereich mit einer möglichst guten oder vorbestimmt minimalen Auflösung und/oder einer möglichst guten oder vorbestimmt minimalen Genauigkeit arbeitet.
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In 2 ist ein Messbereich der Detektor-Einheit 4 dargestellt, deren Vertikalachse 5d, die bevorzugt mit einer Vertikalachse der ersten Sensoreinheit zusammenfällt, gegenüber der vertikalen Richtung Z geneigt ist. Eine solche Neigung kann beispielsweise zustande kommen, wenn eine von zwei parallelen Schienen 1a etwas höher ist oder die andere sich etwas mehr durchbiegt als die erste Schiene 1a. Im Messbereich der Detektor-Einheit 4 sind als Punkte zwei auftreffende Laserstrahlen des ersten Laserstrahls 5a und des zweiten Laserstrahls 5b dargestellt.
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In 3 soll anschaulich dargestellt werden, dass wenn der erste Laserstrahl 5a winkelig zum zweiten Laserstrahl 5b ausgesendet wird, sich aus einem Abstand zwischen den auf dem Messbereich der Detektor-Einheit 4 auftreffenden Laserstrahlen 5a, 5b ein zweiter Abstand der Detektor-Einheit 4 von der Emitter-Einheit 5 berechnen lässt.
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In 4 ist eine etwas andere bevorzugt Ausführungsform der Messvorrichtung auch in einer etwas anderen Perspektive dargestellt.
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Zur Klarheit werden unter den Merkmalen „oben“ und „unten „relative Ortsangaben in senkrechter Richtung verstanden, so wie in den Figuren dargestellt. Der Begriff „anhand“ bedeutet „in Abhängigkeit von“. Zur Klarheit wird unter dem Begriff „Durchbiegung“ auch ein mechanischer „Verzug“ verstanden und umgekehrt. Zur Klarheit wird unter den „geometrischen Oberflächendaten“ die Daten verstanden, die eine geometrische Oberfläche des Strangprofils beschreiben. Je nach Auflösung können dabei auch Rauhigkeitswerte enthalten sein. Zur Klarheit, wird die erste Sensoreinheit 3 bevorzugt anhand der Positions- und Lagedaten automatisch aktuatorisch gegenüber dem Schlitten 1a so verschoben und/oder geneigt, wobei die Verschiebung und /oder Neigung durch mindestens einen Aktuator so eingestellt wird, dass ein Verzug der Schiene dadurch ausgeglichen oder kompensiert wird; d.h. die Positions- und Lagedaten bleiben an einer Position entlang der Längsachse so gut wie möglich gleich, ungeachtet eines Verzugs der Schiene 1a, der kompensiert wird. Zur Klarheit kann unter einem Drehen auch ein Neigen um eine jeweilige Dreh- oder Neigeachse verstanden werden, und umgekehrt.
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Zur Klarheit sei auch angemerkt, dass unbestimmte Artikel in Verbindung mit einem Gegenstand oder Zahlenangaben, wie beispielsweise „ein“ Gegenstand den Gegenstand nicht zahlenmäßig auf genau einen Gegenstand begrenzt, sondern, dass damit gemeint ist, dass mindestens „ein“ Gegenstand damit gemeint ist. Dies gilt für alle unbestimmten Artikel wie beispielsweise „ein“, „eine“ usw.
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Es versteht sich, dass wenn ein Element als „auf“ einem anderen Element angebracht, damit „verbunden“, „gekoppelt“ oder „in Kontakt“ zu sein bezeichnet wird, das Element sich dann direkt auf dem anderen Element befinden, damit verbunden oder gekoppelt sein kann, oder dass außerdem dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können, die entweder nur dazwischen liegen oder das Element mit dem anderen Element verbinden oder koppeln oder in Kontakt halten. Wenn hingegen ein Element als „direkt auf“ einem anderen Element, damit „direkt verbunden“, „direkt gekoppelt“ oder „direkt in Kontakt“ bezeichnet wird, ist zu verstehen, dass keine dazwischen liegenden Elemente vorhanden sind.
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Obwohl die Ausdrücke „erstes“, „zweites“ usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche und/oder Abschnitte zu bezeichnen, sind diese Elemente, Komponenten, Bereiche und/oder Abschnitte nicht durch diese Ausdrücke beschränkt. Die Ausdrücke werden nur verwendet, um ein Element eine Komponente, einen Bereich oder Abschnitt von einem anderen Element einer anderen Komponente, einem anderen Bereich oder Abschnitt zu unterscheiden. Daher kann ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich oder Abschnitt, die unten behandelt sind, als zweites Element, zweite Komponente, zweiter Bereich oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Ausführungsformen der Erfindung sind hierin mit Bezug auf Querschnittsansichten beschrieben, die schematische Darstellungen von Ausführungsformen der Erfindung sind. Daher kann sich die tatsächliche Dicke der Komponenten davon unterscheiden, und Abweichungen von den Formen in den Darstellungen, zum Beispiel aufgrund von Herstellungsverfahren und/oder Toleranzen sind zu erwarten. Ausführungsformen der Erfindung sind nicht als auf die speziellen Formen der hierin dargestellten Bereiche beschränkt zu verstehen, sondern sollen Abweichungen der Formen einschließen, die zum Beispiel aus der Art der Herstellung resultieren. Ein Bereich der als quadratisch oder rechteckig dargestellt oder bezeichnet ist, hat typischerweise auch gerundete oder gekrümmte Merkmale aufgrund normaler Herstellungstoleranzen. Daher sind die in den Figuren dargestellten Bereiche schematischer Art, und ihre Formen dienen nicht dazu die genaue Form eines Bereichs einer Vorrichtung darzustellen oder den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.
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Relationsausdrücke, wie zum Beispiel „inneres“, „äußeres“, „oberes“, „über“, „unter“ und unterhalb und ähnliche Ausdrücke können verwendet werden, um eine Beziehung einer Schicht oder eines anderen Bereichs mit einer anderen Schicht oder einem anderen Bereich zu bezeichnen. Es versteht sich, dass diese Ausdrücke verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung zusätzlich zu der Ausrichtung umfassen sollen, die in den Figuren dargestellt ist.
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Zum Begriff „umfassen“ sei zur Klarheit gesagt, dass wenn ein erster Vorrichtungsteil einen zweiten Vorrichtungsteil umfasst, dies bedeutet, dass der erste Vorrichtungsteil den zweiten Vorrichtungsteil „aufweist“ und nicht notwendigerweise anordnungsmäßig umschließt, wenn es sich nicht beispielsweise um eine Beschreibung einer lagemäßigen und formenmäßigen Anordnung handelt; das Gleiche gilt für ein Verfahren, das einen oder mehrere Verfahrensschritte umfassen kann.
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Weitere mögliche Ausbildungsformen sind in den folgenden Ansprüchen beschrieben. Insbesondere können auch die verschiedenen Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, soweit sie sich nicht technisch ausschließen.
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Die In den Ansprüchen genannten Bezugszeichen dienen nur der besseren Verständlichkeit und beschränken die Ansprüche in keiner Weise auf die in den Figuren dargestellten Formen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rahmengerüst
- 1a
- Schiene
- 1b
- Ideallinie der Schiene
- 2
- Strangprofil
- 3
- erste Sensoreinheit
- 4
- Detektor-Einheit
- 5
- Emitter-Einheit
- 5a
- erster Laserstrahl
- 5b
- zweiter Laserstrahl
- 5c
- vertikale Richtung z
- 5d
- Vertikalachse
- 6
- Mikroprozessoreinheit
- 7
- Schlitten
- 7a
- erster Schlitten
- 7b
- zweiter Schlitten
- X, Y
- horizontale kartesische Koordinatenachsen
- Z
- vertikale kartesische Koordinatenachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008036275 B4 [0003]
- WO 2010015458 A3 [0003]
- DE 102011000304 B4 [0005]
- WO 2012101166 A1 [0005]
