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Kennwort: Vermessungsgerät Koordinatenvermessungsgerät Vorliegende
Erfindung bezieht sich auf eine Sonde für ein Koordinatenvermessungsgerät zur Ausmessung
von Werkstücken in einem rechtwinkligen X- und Y -Koordinaten-System.
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Bei derartigen Anlagen kann die Sonde mit einem Wagen zusammenhängen,
der in X- oder Y-Richtung entlang einem Gerüst über dem Werkstück verfahrbar ist,
wobei die Bewegung entlang der anderen Koordinatenachse durch Bewegung eines weiteren
Gerüstes oder des Werkstückes selbst bewirkt wird.
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Eine andere Möglichkeit ist, beide Gerüste und den Wagen unbeweglich
auszuführen und die Bewegung sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung durch Verfahren
des Werkstückes vorzunehmen. Wie auch immer die Anordnung ist, die relative Bewegung
entlang den Achsen wird gewöhnlich durch elektrische Impulse gemessen, die von einem
Meßwertumformer abgeleitet werden, der derart arbeiten kann, daß er auf entsprechende
Bewegungen Muster, die durch optische Gitter eiveugt werden, anspricht.
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Schwierigkeiten entstehen, wenn em derartiges Gerät z@m Ansmessen
der Lage emes zylindrischen, in ein Werkstück gebohrten Loches, verwendet wird,
da der Punkt, dessen Koordinaten ermiuelt werden müssen, das Zentrum des Loches
ist, und da ein derartiger Punkt keine materielle
Existenz aufweist,
ist er nicht unmittelbar vermeßbar. In Fällen, bei denen Bewegungen nicht nennenswert
durch Reing oder Massenträgheit beeinträchtigt werden, ist es bekannt, für diesen
Zweck, eine Sonde mit einer konischen Spitze zu verwenden. Nachdem die Sonde derart
ausgerichtet ist, daß ihre Achse durch die gewünschten Koordinaten des Loches, dessen
Lage ausgeht messen werden soll, festgelegt ist, wird die Sondenspitze in das Loch
niedergebracht mit dem konischen Scheitelpunkt voraus, wobei sie dann durch solche
X- und Y-Bewegungen des Werkstückes bewirkt, wie sie notwendig sind, um die Lochachse
mit derjenigen der Sonde auszurichten; das Ausmaß derartiger Bewegungen zeigt den
Fehler der Lage des Loches an. Ein Nachteil einer derartigen Anordnung ist, daß
sie nur dort verwendet werden kann, wo die Reibung und die Massenträgheit sehr gering
sind, andernfalls das Einführen der Sondenspitze in ein ungenau angebrachtes Loch,
eher die Sonde verbiegt, als daß eine Korrekturbewegung erfolgt.
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Eine weitere Schwierigkeit tritt auf, wenn der zu messende Punkt der
Mit-Kegels en telpunkt eines zylindris chennWerkstück
ist; obwohl dieser Punkt existiert, ist er im allgemeinen nicht zu identifizieren.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für ein Koordinatenvermessungsgerät,eine
neue und zweckdienliche Sonde vorzuschlagen, Spezielle Aufgabe der Erfindung ist
es, eine derartige Konstruktion auf zu zeigen, die es erlaubt, die Mittelpunktkoordinaten
eines Loches oder eines Sackloches in einem Werkstück schnell und auf einfache Weise
zu bestimmen.
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Die Aufgabe wird gemäß vorliegender Erfindung dadurch gelöst, daß
eine Sonde für ein Koordinatenvermessungsgerät folgende Merkmale aufweist: a) eine
um ihre eigene Achse drehbare Welle, die einen radialen Ausleger trägt, b) eine
sich im allgemeinen parallel zu dieser von einem Schlitten getragenen Achse erstreckende
Sonde, wobei der Schlitten dazu dient, den Ausleger aus einer Ausgangslage der Sonde
zu verfahren, c) einen linear arbeitenden Meßwertumformer, um mittels einer
Impuls
zählung das Ausmaß und die Richtung der Sondenbewegung längs des Auslegers bezüglich
der Ausgangslage zu messen, d) Steuervorrichtungen zur Festlegung eines Xrstems
rechtwinkliger X- und Y-Koordinaten in einer Normalebene zu besagter Achse, rnit
dieser Achse als Ursprung und zur Ableitung in bezug auf dieses system von: i) Achsenberührungssignalen,
die jedesmal genau dann zustandekommen, wenn diese Sonde mit einer dieser Koordinatenachsen
während der Rotation des Auslegers zur Deckung kommt, ii) Achsenidentifizierungssignalen,
die gesondert die Identität und das Vorzeichen der jeweils von der Sonde erfaßten
Koordinatenachse angeben, e) Zwei-richtungszähler, die sowohl der X als auch der
Y-Koordinatenachse dieses systems zugeordnet sind und f) eine logische Schaltung,
die durch besagte Signale gesteuert wird, um i) und ii),während die Sonde beim Rotieren
des Auslegers einen Kreis abtastet, die Meßwertimpulse den X- und Y-Zählern zuzuführen,
wenn die jeweiligen Kreisabschnitte dieses Kreises die X- und Y-Koordinatenachse
als Sehne haben, wobei am Ende einer vollen Umdrehung der Welle die Zähler durch
die Zahl und das Vorzeichen ihres Inhalts die entsprechenden Koordinaten des Kreismittelpunktes
bezüglich des gewählten Koordinatensystems angeben.
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In den zugehörigen Zeichnungen zeigt: Fig. 1 eine vereinfachte und
teilweise schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 Diagramme
zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeiu. 3 spiels von Fig. 1,
Fig.
4 einen Querschnitt eines Geräteteils gemäß Fig. l, Fig. 5 einen Schnitt in Höhe
des in Fig 4 gezeigten Teils, Fig. 6 ein schematisches Schaltdiagramm eines Teils
des in Fig. 1 gew zeigten Blockschaltbildes.
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Fig. 7 zeigen die Signalwellenformen, um die Arbeitsweise der in Fig.
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u. 8 6 gezeigten Schaltanordnung zu verdeutlichen, Fig. 9 ein schematisches
Schaltdiagramm einer Hilfseinrichtung, das in Verbindung mit der Schaltung von Fig.
6 Verwendung findet und Fig. 10 ein schematisches Schaltdiagramm einer in Blockform
in Fig. 6 dargestellten Zählerstufe.
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Die Erfindung wird in Verbindung mit einem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
näher beschrieben, in dem eine Sondenkonstruktion für ein Koordinatenvermessungsgerät
eine vertikale Welle 11 aufweist, die zwecks Rotation um die Wellenachse 12 mittels
der Lager 13 in dem Gehäuse 14 gelagert ist und dazu dient, die Welle {mittels der
Lager 13, die deshalb außerdem als Drucklager fungieren) über einem nicht gezeigten
Werkstück abzustützen. Das Gehäuse 14 ist seinerseits auf dem Querschlitten eines
beweglichen Gerüstes befestigt, das der Welle erlaubt, gemäß dem Leitungsnetz von
horizontalen rechtwinkligen Koordinaten verfahren zu werden. Das Leitungsnetz liegt
bezüglich des zu vermessenden Werkstückes fest. Das ermöglicht der Wellenachse 12,
sich genau längs der X- und Y-Koordinaten dieses :tstems in Ausfluchtung mit dem
speziellen Punkt an dem Werkstück auszurichten. Da der Schlitten und das Gerüst
von bereits bekannter Art sein kann, sind sie und das Leitungsnetz von Koordinaten
in der Zeichnung nicht näher dargestellt.
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An ihrem oberen Ende wird die Welle 11 manuell durch einen Knopf 15
um ihre Achse 12 gedreht. An dem unteren Ende der Welle ist ein radialer Ausleger
16 befestigt, der Führungsschienen 17 aufweist, entlang denen auf Kugellagern 18
ein Sondenschlitten 21 in radialer Richtung sich bewegen kann, d. h., gegen die
oder von der Achse 12 der
Welle. Abhängig von dem Schlitten erstreckt
sich die Sonde 22 ihrerseits parallel zu der Achse 12; sie endet in einer Kugelspitze
23. Der Schlitten kann die Sonde in eine Ausgangsposition (durch die unterbrochene
Linie 221 dargestelt) verfahren, in der die eigentliche Meßoberfläche 231 der Spitze,
das ist die Oberfläche, die mit dem Werkstück zur Berührung gebracht wird, mit der
Achse 12 der Welle ausgerichtet ist.
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Der Schlitten 21 wird außerhalb der Achse 12 durch eine Zugfeder 24,
die aus einer Trommel 25 im freien Ende des Auslegers 16 läuft, angetrieben.
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Zur Verzögerung und allgemein zur Stabilisierung der auswärts gerichteten
Bewegung greift an dem Schlitten in der anderen Richtung eine zweite und schwächere
Feder 26 an, die von einer Trommel 27, die am anderen Ende des Auslegers befestigt
ist, ausgeht. Die Steuerung der Schlittenbewegung enthält daneben einen Fliehkraftregler,
um die Geschwindigkeit zu regulieren, zusammen mit einer Ein: ichtung zur Anspulung
der Feder 26 auf die Trommel 27 und zur Verriegelung der Sonde in der Ausgangsposition.
Da für diesen Zweck ein einfacher Mechanismus leicht gefunden werden kann, ist dieser
nicht gezeigt und bedarf keiner weiteren Beschreibung.
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Um durch Impuls zählung das Ausmaß und die Richtung der Bewegung des
Sondenschlittens längs des radialen Auslegers zu messen, ist ein linearer Meßumformer
vorgesehen. Dieser enthält ein optisches Gitter 31, das mit dem Meßschlitten verbunden
ist und sich mit diesem an einem an dem Ausleger befestigten Vergleichsgitter vorbeibewegt,
Das Gitter 32 ist geringfügig gegenüber dem Gitter 31 gekreuzt, so daß zwischen
den Gittern in bekannter Weise ein optisches Muster entsteht, das sich gegenüber
dem Ausleger, wenn sich der Schlitten längs des Auslegers bewegt, verschiebt. Zur
Verdeutlichung sind die Gitter getrennt dargestellt, während sie in Wirklichkeit
annähernd parallel zueinander sind.
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Ein photozellengesteuerter Schaltkreis, der ganz allgemein durch den
Block 33 dargestellt ist, spricht auf die Bewegung des Musters in der Weise an,
daß über eine Addier-Ausgangsleitung 34 oder eine Subtrahier-Ausgangsleitung 35
ein Impuls für jede konstante Zunahme längs des radialen Auslegers 16 , weg von
der Achse 12, oder gegen diese gerichtete Bewegung des Schlittens 21 erfolgt. Die
derart von dem Gittersystem
gelieferten Impulse werden als Gitterimpulse
ausgebildet, damit sie sich von anderen, von einer später beschriebenen Umschaltvorrichtung
abgeleiteten Impulsen unterscheiden.
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In der Nähe des oberen Endes der Welle 11 sind Vorzichtungen zur Festlegung
eines systems von rechtwinkligen X und Y-Koordinaten in einer Normalebene zu der
Achse 12 vorgesehen, mit dieser Achse als Ursprung 0 (vgl. Fig. 2) , wobei erste
und zweite Rotationsmeßumformer einrichtungen kombiniert in einer optischen Stufe
41 vorgesehen sind.
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Dieses Koordinatensystem bezieht sich auf ein Hilfssystem, um es von
dem konventionellen obenerwähnten Leitungsnetz zu unterscheiden. Die Stufe 41 (fig.
1) enthält einen optisehen Block 42, der mit der drehbaren Welle 11 verbunden ist
und dazu dient, Licht von einer Lampe 43 auf eine Reihe von Photozellen 44 zu reflektieren.
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Um ein Hilfskoordinatensystem festzulegen (und zwar in einer später
erläuterten Weise) , dient die Stufe 41 zur Ableitung bezüglich dieses Systems und
während der Ausleger 16 um den Ursprung 0 dieses systems rotiert von zwei Gruppen
von kodierten Signalen: 1) Achsenberührungssignalen, die von einem ersten rotierenden
Meß" umformer derart abgeleitet werden, daß sie genau jedesmal dann, wenn die Sonde
in Berührung mit einer der Koordinatenachsen kommt, ansprechen und 2) Achsenidentifizierungssignalen,
die von einem zweiten Rotation meßumformer abgeleitet werden, derart, daß sie einzeln
die Identität und das Vorzeichen der jeweiligen Koordinatenachse angeben, wenn diese
von der Sonde berührt werden.
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Diese Signale werden durch die Kette 44 erzeugt und über die Kanäle
45 bzw. 46 gegebene um eine logische Schaltung 47 mittels der Additions-und Subtraktions-Impulse
von der Photozellenstufe 33, nachdem diese durch eine Stufe 48 in ihrer Anzahl halbiert
worden sind, zu steuern, die dann auf die den X- und Y Koordinaten des Hilfssystems
zugeordneten Zweirichtungszählern 51 und 52 gegeben werden. Die Schaltung 47 enthält
Einrichtungen, die gewährleisten, daß wenn Subtraktionsimpulse nachdem ein Zähler
durch 0 gegangen ist (wie später noch beschrieben wird)
empfangen
werden, von dem Zähler addiert werden, und daß das Vorzeichen der in dem Zähler
gehaltenen Zahl in einer Zusatzstufe 511 oder 521 erforderlichenfalls angezeigt
wird.
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Einzelheiten der Stufe 41 und der Schaltung 47 können leicht verstanden
werden, wenn zunächst eine kurze Angabe darüber erfolgt, wie die Anlage, soweit
sie bisher im einzelnen beschrieben worden ist, arbeitet, wobei als Beispiel ihr
Einsatz beim Prüfen der Lage eines zylindrischen Bohrloches in einem Werkstück dienen
soll.
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Das Werkstück wird auf dem Gerät mit dem Loch vertikal in Stellung
ge bracht und das Gerüst und sein Schlitten wird so ausgerichtet, daß die Achse
12 in Ausfluchtung mit der gewünschten Lage der Lochachse, wie sie durch die Koordinaten
des Leitungsnetzes angegeben wird, kommt. Die Sonde 22 wird in ihrer Ausgangsposition
in das Loch abgesenkt, indem sie au 5 dem Loch des Auslegers 16 austritt und so
frei rotieren kann.
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Es soll nun bei diesem Beispiel angenommen werden, daß das Loch wohl
den richtigen Durchmesser hat, jedoch nicht richtig liegt und daß seine Achse nicht
im Ursprung des Hilfskoordinatensystems, wie es sein sollte, sondern irgendwo in
dem Quadrat zwischen der +X und der +Y-Koordinatenachse liegt.
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So liegt die Lochachse (vgl. Fig. 2) etwa in dem Punkt H, der durch
die X- und Y-Koordinaten +X#und +Y des Hilfssystems gekennzeichnet ist. Der Kreis
55 stellt in der Ebene die zylindrische Wandung des Loches dar, das den Punkt H
als Mittelpunkt hat. Die Anlage soll nun die Fehlerkoordinaten X und Y messen und
ihre entsprechenden Vorzeichen angeben.
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Zur leichteren Bezugnahme soll die X-Achse den Kreis 55 bei A(im Negativen)
und B (im Positiven) schneiden, während die Achse den Kreis bei C (im Negativen)
und D (im Positiven) schneidet. Beginnend mit dem Quadranten - x und +y und im Uhrzeigersinn
weitergehend werden die vier Quadranten mit 1 bis IVbezeichnet.
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1 1 Aus der Elementargeometrie ergibt sich x a 2 (OB - OA), y s (OD
- OC)
Mit dem radialen Ausleger 16, angenommen in Quadrant I in
einer Winkelstellung, die durch einen Anschlag gegeben ist, wird die Sondenarretierung
freigegeben. Die Sonde 24, die durch die Feder 26 und den Fliehkraft~ regler gehemmt
wird, strebt sodann längs des Auslegers nach außen, bis ihre Meßoberfläche durch
die Berührung mit der Lochwandung gestoppt wird, etwa bei dem Punkt L des Kreises
55. Nachdem die Zähler auf 0 zurückgestellt worden sind, dreht die Bedienungsperson
den Knopf 15 bis der Ausleger 16 eine vollständige Umdrehung entgegen dem Uhrzeigersinn
ausgeführt hat, mit dem Ergebnis, daß die Sondenspitze, die durch die Feder 24 in
ständiger Berührung mit der Lochwandung gehalten wird, den Kreis 55 von dem Punkt
L durch die Punkte A, C, B und D zurück zu L durchläuft.
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Die Schaltung 47 wird von der Stufe 41 derart gesteuert, daß wenn
die Sondenspitze in Berührung mit dem Punkt A und der Ausleger 16 in Berührung mit
der X-Achse gelangt, die Gitterimpulse von der Stufe 33, nachdem sie durch die Stufe
47 zahlenmäßig halbiert worden sind, an den X-Zähler 51 gelangen und dort solange
anliegen, solange die Sonde den Kreisbogen A, C, B, der die X-Achse als Sehne hat,
durchläuft. Die Impulse werden unterbrochen sowie die Sondenspitze den Punkt C passiert.
Die algebraische Gesamtsumme der Impulse, die durch die Stufe 33 aufgegeben worden
sind, während dieser Bogen durchlaufen wurde, gibt die Entfernung (OB - OA) an;
da nur die Hälfte der Impulse von dem Zähler aufgenommen wird, gibt der X-Zähler
mit seiner Gesamtsumme den Abstand x an. Wenn der Punkt C erreicht ist und der Ausleger
in Flucht mit der y-Achse kommt, werden auf gleiche Weise die Gitterimpulse von
der Stufe 33, nachdem sie durch die Stufe 48 in der Anzahl halbiert worden sind,
auf deny-Zähler 52 gegeben und liegen dort solange an, wie die Sonde braucht, um
den Bogen CBD, der die y-Achse als Sehne hat, zu durchlaufen. Im-pulse werden in
dem Moment unterbrochen, in dem die Sonde den Punkt D durchläuft. Die Gesamtsumme
in dem y Zähler gibt d am die Entfernung y an.
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Da das Netz radialer Auslenkung der Sonde von der Achse 12 weg nach
außen gerichtet ist, während diese die beiden Bögen A# C# B und CBD durchlaufen,
und da in beiden Fällen die Zählung dann beginnt, wenn der Sondenschlitten näher
an der Achse 12 ist, als er sich am
Ende der Zählung befindet,
wird die Mehrzahl der Impulse, die von der Stufe 33 geliefert werden, auf die Addierleitung
34 gegeben, mit dem Ergebnis, dß jede der Hilfszählerstufen 511 und 521 positives
Vorzeichen zeigen. Es erweist sich, daß ,während die Sonde den Bogen CB durchläuft,
beide Zähler arbeiten. Aber dieser Umstand stellt keine Schwierigkeit dar.
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So gibt die Anzeige der zwei Zähler die Koordinaten des Punktes H
an und damit das Ausmaß und die Richtung der Versetzung der Lochachse aus der gewünschten
Stellung.
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Die richtige Eingabe der Impulse auf die X- und Y-Zähler wird durch
die optische Stufe 41 gewäluleistet, wobei durch die Steuerung über die Schaltung
47 mittels Achsenberührungs- und Achsenidentifizierungs signalen, die über die Kanäle
45 und 46 geliefert werden, dies bewerkstelligt wird.
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Wenn die Lochachse H in einem der anderen Quadranten sich befindet,
ist die Arbeitsweise die nämliche, z. B. bei Quadrant IV (vgl. Fig. 3).
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Der einzige Unterschied besteht in der Netzauswanderung des Sondenschlittens,
da diese gegen die Achse 12 anstelle von ihr weg erfolgt.
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Als Antwort liefert die Stufe 33 die meisten ihrer Ausgangs impulse
über die Subtrahierleitung 35 und der algebraischen Gesamtsumme, die in den Zählern
51 und 52 erscheint, wird korrekterweise ein negatives Vorzeichen durch die Zusatzstufe
gegeben.
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Die richtigen Vorzeichen werden ebenfalls gezeigt, wenn der Punkt
H in einem der anderen beiden Quadranten 1 und III sich befinden sollte. In allen
diesen Fällen enthält einer der Zähler natürlich ein positives Vorzeichen, während
der andere ein negatives enthält.
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Wenn nach Vervollständigung eines entgegengesetzten, dem Uhrzeigersinn
erstellten Rasters, von angenommen einer Seite des Anschlags zu dem Punkt L nach
der anderen Seite des Anschlags ein Gegenraster in entgegengesetzter Richtung gemacht
wird, so sind beide von den Zählern gezeigte Vorzeichen falsch. Der Grund ist, da
in jedem Fall die Zählung von dem Punkt D oder B aus beginnt, die weiter von der
Achse 12 entfernt sind, als der entsprechende Endpunkt C oder A, daß auf diese
Weise
beide Anzeigen fälschlicherweise als negativ gegeben werden, wenn nicht das Gerät
so ausgelegt ist, daß dies korrigiert wird.
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Deshalb sollte möglichst gewährleistet sein, daß ausschließlich im
Gegenuhrzeigersinn Raster erstellt werden, oder daß wenigstens die Richtung durch
etwa einen Pfeil auf dem Knopf 15 angezeigt ist und daß eine Spiral feder oder dergleichen
vorgesehen ist, um den Ausleger 16 in der leerlaufenden Richtung zurückzudrehen,
wobei eine derartige Einrichtung nicht immer ausreichend ist. Z. B. ist hler der
Zeitverlust beim leerlaufenden Zurückdrehen zu erwähnen, wobei dieses dadurch vermieden
werden kann, daß die Möglichkeit besteht, daß der Anschlag bedarfsweise überfahren
werden kann, so daß der Ausleger von der begrenzenden Seite zu der Startseite direkt
bewegt werden kann, wobei eine derartige Vorrichtung unfaliverursachenden Fehloperationen
unterliegen kann. Weiter kann ein Zögern der Bedienungsperson bei der Handhabung
des Knopfes 15 vorkommen, was eine kurzzeitige Bewegung im Uhrzeigersinn ergibt,
unmittelbar nach Überkreuzen einer der Koordinatenachsen dann aber einen quantitativen
Fehler in der Anzeige bedingt Dementsprechend ist das Gerät so ausgelegt, daß es
effektive Raster in nur einer Richtung zu machen erlaubt. Dadurch, daß der Anschlag
beweglich von dem Punkt L in Quandrant 1 zu einem Punkt L in dem Quadrant IV gemacht
wird, ist es leicht einzurichten, daß
die im Gegenuhrzeigersinn erfolgende Abrasterung von L aus wie zuvor beginnt, ohne
daß eine Vorzeichenkorrektur notwendig ist, die im Uhrzeigersinn erfolgende Abrasterung
aber von L1 aus beginnt. Als Ergebnis eines von Punkt L1 aus erfolgenden Starts
beginnt die X-Zählung bei A und endet bei B genau wie in dem entgegen dem Uhrzeigersinn
erfolgenden Fall und bedarf so keiner Vorzeichenkorrektur, während auf der Y-Achse
der Punkt D vor dem Punkt C erreicht wird und so eine Korrektur notwendig wird.
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Eine weitere Aufgabe der Stufe 41 ist es , die Richtigkeit des Vorzeichens
speziell im Falle der Umkehrung der Impulsspeisung des ?-Zählers während einer im
Uhrzeigersinn erfolgenden Rasterung zu gewährleisten, was durch die Steuerung, die
über die Schaltung 47 mittels der über den Kanal 46 gelieferten Achs enid entifizie
rungssignalen erfolgt Eine ausführlicher e Beschreibung der Stufe 47 wird nun in
Verbindung mit Fig0 4 und 5 gegeben.
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Fig. 4 zeigt in vereinfachter Darstellungsform den ersten Rotationsmeßumformer,
der zur Erzeugung der Achsenberührungssignale dient.
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Der optische Block 42 stellt einen Spiegelkubus aus poliertem Stahl
dar, möglicherweise aus rostfreiem Stahl, der auf der Welle 11 befestigt ist.
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Die oberen und unteren horizontalen Kanten sind abgeschrägt, um einen
Teil des zweiten Rotationsmeßumformers zu bilden, von dem die Achsen identifizierungssignale
wie in den folgenden Abschnitten beschrieben abgeleitet werden.
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Für den ersten Meßumformer werden ausschließlich die vertikalen reflektierenden
Oberflächen 61 benötigt. Da ihre Höhe, das ist ihre Ausdehnung in Richtung parallel
zu der Achse 12 nicht gleich ihrer Breite zu sein braucht, ist eine streng kubische
Gestalt für den Block 42 nicht erforderlich. Die Hauptforderung an den Block ist,
daß er im Grundriß quadratisch ist. Jede Oberfläche reflektiert nacheinander, wenn
der Block sich zusammen mit der Welle 11 dreht, das Licht von der Lampe 43, nachdem
es durch die Linse 62 fokussiert worden ist, gegen zwei Zellen p und q der Photozellenkette
44. Diese beiden Zellen sind dicht nebeneinander befestigt, längs des Bogens , der
durch den reflektierten Strahl, wenn der Block rotiert, überstrichen wird. Entsprechend
erzeugen sie einen gleichen Ausgang, nur dann, wenn der Strahl auf einen Punkt in
der Mitte zwischen ihnen ausgerichtet ist. Da sich der Strahl durch den Mittelpunkt
bewegt, verändern sich die Ausgänge entgegengesetzt zueinander, indem er bei der
einen Zelle anwächst, während er bei der anderen Zelle abnimmt, jeweils in Übereinstimmung
mit der Rotationsrichtung, wie es weiter unten in Verbindung mit den Wellenformen
von Fig. 7 und 8 beschrieben wird.
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Durch eine derartige Gleichwertigkeit und entgegengesetzte Anderung
ihrer Ausgänge identifizieren die Zellen unmittelbarfi die Achsen, wenn der Ausleger
16 eine der Koordinatenachsen kreuzt, indem der Ausgang über den Kanal 45 auf die
Schaltung 47 gegeben wird.
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Die gemeinsame Antwort der Zellen p und q zeigt lediglich an, daß
eine Koordinatenachse berührt worden ist. Sie gibt aber weder die spezielle Achse
noch deren Vorzeichen an. Deshalb ist eine weitere Identifizierung durch einen zweiten
Meßumformer vorgesehen, der zwei weitere Zellen r und s (vgl. Fig, 5) enthält,die
in einer vertikalen Ebene getrennt voneinander angeordnet sind, und zwar eine oberhalb
und eine unterhalb des MLttelpunktes
der Zellen p und q, gegen
die das fokussierte Licht von der Lampe 43 durch die abgeschrägten Kanten des Blockes
reflektiert wird.
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Somit ist die Lampe 43 beiden Meßumformern gemeinsam. Wie aus Fig.
5 zu ersehen, gibt es zwei Gruppen von abgeschrägten Kanten 63 und 64, wobei eine
Gruppe oberhalb und die andere unterhalb der vertikalen Reflexionsfläche 61 liegt.
Jeder der vier Kanten der Gruppe 63 hat den einen oder den anderen von zwei Neigungswinkeln.
Dadurch ist die Neigung jeder der zwei Kanten 65 derart, daß das Licht auf die Zelle
r geleitet wird, wenn diese entsprechende Kante angestrahlt wird, während die Neigung
jeder der Kanten 66 derart ist, daß das Licht von der Zelle weggerichtet wird.
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Entsprechend wird in der Gruppe 64 das Licht durch die Kanten 65 auf
die Zelle s gerichtet, während die Kanten 661 das Licht wegleiten. Wie in Fig. 5
dargestellt, reflektiert eine Kante 65 der oberen Gruppe 63 Licht auf die Zelle
r, während eine Kante 661 der unteren Gruppe 64, das Licht von der Zelle s wegleitet.
Eine Gruppe von Kanten ist gegenüber der anderen versetzt angeordnet, so daß jede
Fläche des Kubus, wenn sie beleuchtet wird, durch eine zwei-Bit-Binärkode-Kombination
als Antworten der Zellen r und s identifiziert wird, wie diese über den Kanal 46
an die Schaltung 47 gegeben wird, entsprechend der Reihenfolge der Zellen, wenn
der Block sich entgegen dem Uhrzeigersinn dreht(wie in Fig. 4 gezeigt).
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i) beide Zellen; ii) Zelle r, aber nicht Zelle s; iii) Zelle s, aber
nicht Zelle r, iv) keine der Zellen.
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Auf diese Weise legt die Stufe 41 zusätzlich zu den Berührung und
Identifizierungskod esignalen das Hilfskoordinatensy s tem fest, wobei die orthogonalen
Achsen durch die exakte quadratische Form des Blocks 42 in der Ebene festgelegt
werden und die Orientierung der Achsen durch die Winkelstellung der Zellen p und
q in Verbindung mit der Lampe 43 und den Linsen 62 zu der Achse 12 im Hinblick auf
das Gehäuse 14, sowie den Vorzeichen der Koordinatenachsen, die durch Achsenidentifizierungsantworten
der Zellen r und s gegeben sind.
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Die oben angegebenen Kombinationen i) bis iv) können zur Identifizierung
jeder der vier Kombinationen von Koordinatenachsen verwendet werden.
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Im vorliegenden Fall zeigen sie die Berührung der Punkte A, C, B und
D durch die Sonde an.
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Am oberen Ende der Welle 11 ist ein Anschlag 67 (vgl. Fig. 5) vorgesehen,
der mit dem Gehäuse 14 verbunden ist, und in den Weg des sich radial zu der Welle
erstreckenden Bolzen 68 ragt. Wie später noch beschrieben wird, läßt sich der Anschlag
in geringem Maße gegenüber der Achse 12 in einem Schlitz 671 verschieben.
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Für die Stufe 47 können die unterschiedlichsten logischen Schaltungen
Verwendung finden. Eine herkömmliche Anordnung wird in Fig. 6 angezeigt, in der
den Einzelteilen, die bereits beschrieben worden sind, ihre vorgenannten Bezugsziffern
gegeben werden. Die Achsenberührungssignale auf Kanal 45 von den Zellen p und q
werden von der Stufe 44 über Leitungen zu einem sogenannten richtungsansprechenden
Unternetzwerk 71 gegeben, das dazu bestimmt ist, die Richtung der Rotation des radialen
Auslegers 16 anzuzeigen. Das Unternetzwerk enthält eine bistabile Stufe 72, zu deren
Vor- und Rückschalteingängen die Leitungen p und q führen. Die Gegenphasenausgänge
von der Stufe werden über Übertragstore 73 auf die Schalteingänge einer weiteren
bistabilen Stufe 74 gegeben. Die Ausgänge von der Stufe 74 werden über Leitungen
75 und 76 zur Steuerung der Umkehrstufe 77 in die Leitungen von der Halbierungsstufe
48 zu dem Y-Zähler 52 eingegeben.
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Die Schaltung 71 enthält ebenfalls Stufen 81 und 82,mittels derer
die entsprechenden Gegenphasenausgänge von der bistabilen Stufe 72 differenziert
werden, bevor sie an einen der Eingänge von mit zwei Eingängen versehenen Und-Toren
83 und 84 gegeben werden, zu deren anderen Eingängen Verbindungen der Leitungen
75 und 76 bestehen. Die Verbindung zu der Differenzierstufe 81 erfolgt von dem Ausgang
der Stufe 72, der in die positive Richtung geht, wenn die Stufe zurückgeschaltet
ist. Die Verbindung zu der Stufe 82 erfolgt von dem anderen Ausgang. Die Ausgänge
von diesen Toren werden über die Leitungen 85 und 86 an das Schaltunternetzwerk
91 gelegt zur Steuerung der Lieferung der Gitterimpulse von der Stufe 68 zu denX-
undY-Zählern.
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Anhand der nachfolgenden Beschreibung wird die Arbeitsweise dieser
Schaltung klarer, der Ausgang über jede der Leitungen 85 und 86 nimmt die Form einer
Folge von scharf definierten Schaltimpulsen an, eine für jede Berührung der Sonde
mit einer Koordinatenachse und daher fünf pro vollständigem Raster , deren Erscheinen
allein in der Leitung 85 oder allein in der Leitung 86 davon abhängt, ob die Abrasterung
im Uhr- oder im Gegenuhrzeigersinn erfolgt.
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Das kennzeichnendste Merkmal der Schaltung 91 ist die Kette von sechs
Toren 92 bis 97, von denen die Tore 92, 94 und 96 vier Eingänge aufweisen, wahrend
die Tore 93, 95 und 97 nur drei haben. Ansprechend auf a) die Schaltimpulse, die
von der Schaltung 71 über die eine oder die andere der Leitungen 85 und 86 empfangen
werden, b) die Achsenidentifizierungssignale, die in Kanal 46 von den Zellen r und
s über die so bezeichneten Leitungen empfangen werden und c) ein Rückstellsteuersignal,
das von einer bistabilen Stufe 98 über eine Leitung 99 tdie nur dann, wenn sich
die Stufe in ihrer Rückstellstellung befindet, erregt ist) empfangen wird, wobei
diese Tore als eine logische Schaltung arbeiten, um die geeigneten Schaltbedingungen
aufzustellen.
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Um die Beschreibung dieses Teils der Schaltung zu vereinfachen, werden
die von den Zellen r und s empfangenen Signale mit R und S bezeichnet, denen der
Buchstabe N dwas 'Nichf' bedeutet) vorgesetzt ist, wenn das Signal an ein Tor in
Sperrichtung gegeben wird.
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Die Tore 92 und 93 steuern die Anlegung der Gitterimpulse an den X-Zähler.
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Jedes Tor empfängt an einem Eingang ein Signal, das von einer der
Leitungen 85 und 86 stammt, entsprechend der Kombination des OR-Tores 101, und ein
Signal s an dem anderen Eingang. Der dritte Eingang zu dem Tor 92 ist ein Signal
R und der dritte Eingang zu dem Tor 93 ist ein Signal NR.
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Die Leitung 99 legt den vierten Eingang an das Tor 92. Solange auf
diese Weise die Stufe 98 rückgestellt ist, sind diese beiden Tore als Antwort auf
die obenerwähnten Kodebedingungen i) bzw. ii) durchgeschaltet und legen so durch
Schaltimpulse die Periode fest, wann die Gitterimpulse an den X-Zähler gelangen.
Die Ausgangsleitungen von diesen Toren werden entsprechend mit As und B bezeichnet,
um anzudeuten, daß die betreffenden Tore geöffnet sind, als Antwort auf die Berührung
der Punkte A und B durch die Sonde , entsprechend ihrem Raster {vgl. Fig. 2).
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Die Ausgänge von den Toren 92 und 93 werden auf die Vor- und Rückstelleingänge
einer bistabilen Stufe 102 gegeben, deren Ausgänge auf die Vor- und Rückstelleingänge
einer weiteren derartigen Stufe 103 gegeben werden, und zwar in diesem Falle über
ein mit zwei Eingängen versehenes Und-Tor 104 oder 105. An jedem der beiden anderen
Eingänge dieser Tore werden in Sperrichtung die durch die Stufe 84 halbierten Gitterimpulse
gegeben und durch ein Oder-Tor 106 kombiniert. Wie später noch ausführlicher beschrieben
wird, ist diese Verdoppelung der bistabilen Stufen mit einer Gitterimpulssteu erung
zusammengeschaltet, um Fehloperationen zu verhindern bezüglich eines Gitterimpulses,
der im Augenblick des Schaltens eines X-Zählers in dem Schaltkreis ankommt. Der
Ausgang von der Stufe 103 steuert ein Übertragungstor 107 in den Verbindungsleitungen
von Stufe 48 zu dem X-Zähler.
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Die logischen Steueranordnungen zur Schaltung der Gitterimpulse auf
denY-Zähler werden durch die Tatsache etwas komplizierter, daß während die Sonde
mit der X-Achse die Punkte A und B in der jeweiligen Reihenfolge der Rotationsrichtungen
erreicht, bei dem Y-Zähler die entsprechende Reihenfolge der Punkte C und D von
der Richtung abhängt, wobei der Punkt C vor Punkt D erreicht wird bei einem im Gegenuhrzeigersinn
erfolgenden Raster, dagegen D vor C bei einem im Uhrzeigersinn erfolgenden Raster.
Aus diesem Grunde ist es, wie bereits erwähnt, erforderlich,die Gitterimpulsspeisung
des Y-Zählers für eine im Uhrzeigersinn erfolgende Rasterung umzukehren, um die
Korrekturen der Vorzeichen sicherzustellen, was durch die Stufe 77 unter Steuerung
der Stufe 74 erfolgt.
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Weiter ist notwendig, bei einer im Uhrzeigersinn erfolgenden Rasterung,
die Zählung bei D zu beginnen gegenüber vorher bei C; aus diesem Grunde werden zwei
Torpaare benötigt, anstelle des einen Paares 92 und 93, das für die X-Achse benötigt
wird, wobei das geeignete Paar durch ein die Richtung der Rasterung angebendes Signal
auf der Leitung 85 oder 86 in Aktion gesetzt wird.
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Um auf eine entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgende Rasterung anzusprechen,
sind deshalb die Tore 94 und 95 vorgesehen.
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Jedes weist einen Eingang der Leitung 85 auf. Zwei weitere Eingänge
des Tores 94 bilden die Signale R und NS, die die Bedingung ii) darstellen und
ein
viertes Tor wird durch die Leitung 99 versorgt. Die verbleibenden zwei Eingänge
zu dem Tor 95 sind Signale NR und NS, die die Bedingung iv) wiedergeben.
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Andererseits weist für die im Uhrzeigersinn erfoigende Rasterung das
Tor 96 Eingänge von der Leitung 86 und der Leitung 99 zusammen mit den Signalen
NR und NS auf, während das Tor 97 die Signale R und NiS und einen Eingang von der
Leitung 86 anliegen hat.
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Die Ausgänge von den Toren 94 und 96, die die Berührung der Punkte
C (im Gegenuhrzeigersinn) und D (im Uhrzeigersinn,' durch die Sonde anzeigen und
damit jedesmal den Start einer Y-Zählung veranlassen, sind gemeinsam mit dem Einstelleingang
einer bistabilen Stufe 111 verbunden.
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Mit dem Rückstelleingang sind die Ausgänge von den Zellen 95 (D, Gegenuhrzeigersinn)
und 97 (C, Uhrzeigersinn) über einen gemeinsamen Punkt 112 und eine Diode 113 verbunden.
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Von dem gemeinsamen Ausgangspunkt 112 wird ein Signal zur Schaltung
der Stufe 98 in ihren Einstellzustand abgeleitet Die Verbindungen von der Stufe
111 zu einem Übertragungstor 114 in den Leitungen zu dem Y-Zähler entsprechen genau
denen von Stufe 102 zu dem Tor 107. Auf diese Weise werden die Ausgänge von der
Stufe 111 an eine andere bistabile Stufe 115 über Und-Tore 116 und 117, die von
einem Oder-Tor 106 gesteuert werden, gelegt.
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Zu Rückstellzwecken können (nicht gezeigte} elektrische Kontakte mit
dem Anschlag 67 und dem damit zusammenwirkenden Bolzen 68 verbund den sein (vgl.
Fig. 5), so daß eine Leitung 119 solange erregt ist, wie der Anschlag berührt wird.
Diese Leitung wird mit dem Steuerpunkt des Tores 73 verbunden, so daß das Tor nur
solange geöffnet ist, wie die Leitung erregt ist; des weiteren ist sie mit den Rückstellpunkten
jeder der fünf bistabilen Stufen in der Schaltung 91 verbunden. Die entsprechend
gepolte Diode 113 liegt in der Verbindung zwischen dem gemeinsamen Punkt 112 und
dem Rückstelleingang zu Stufe 111, um ein Rückstellsignal auf die Leitung 119 von
der Eingriffsstufe 98 über den Punkt 112 und so eine unerwünschte Umschaltung der
Stufe 98 in ihren Einstellzustand zu verhindern.
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Der Anschlag 67 ist in Form eines in einem passenden Schlitz 671 frei
gleitbaren Zapfens ausgebildet, der auf der Achse 2 zwischen den Endstellungen,
die durch de Punkte L und L1 (vgl. Fig. 2) wiedergegeben werden, zentriert ist.
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Die Arbeitsweise des Gerätes, soweit es die Rotation in nur einer
Richtung zuläßt, ist folgende: Es wird mit dem Punkt, in dem die Sonde in das Loch
abgesenkt und die X und Y-Zähler zurückgestellt worden sind, begonnen.
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Die Bedienungsperson dreht den Knopf 15 in einer Richtung etwa im
Uhrzeigersinn bis der radiale Bolzen 68 auf den Anschlagzapfen 67 stößt. Eine weitere
Drehung in derselben Richtung führt den Zapfen an das im Uhrzeigersinn gelegene
Ende seines frei zu durchlaufenden Bogens und bringt auf diese Weise die Sonde zu
dem Punkt L (vgl. Fig. 2>, falls sich der Zapfen dort nicht schon bereits befindet.
Die sich daraus ergebende Schließung des zugehörigen Kontaktes erregt die Leitung
119 und öffnet so das Tor 37 (wobei die Stufe 72 mit der Stufe 74 verbunden wird)
und stellt eine der bistabilen Stufen in der Schaltung 91 zurück. Dieses Rückstellsignal
veranlaßt, indem es auf die Stufe 98 gegeben wird, daß ein Alarmsignal über die
Leitung 99 zu den Toren 92, 94 und 96 gegeben wird.
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Der Punkt L ist bezüglich der X-Achse so gelegen, daß falls die Welle
gedreht worden ist, um die Sonde zu diesem Punkt zu bringen (wie bereits beschrieben),
die Zelle p so viel mehr bestrahlt wird als die Zelle q, so daß es dem Signal P
möglich ist, die Stufe 72 in ihren Einstellzustand zu schalten, der über das offene
Tor 73 andie Stufe 74 gelegt wird. Mit der Stufe 74 im Einstellzustand ist deren
Ausgangsleitung 75 erregt, während die andere Leitung 76 dies nicht ist. Eine derartige
Erregung bringt die Rückstellætufe 77 in den Zustand, in dem die Addier- und Sibtrahierausgänge
von Stufe 48 mit den positiven und negativen Eingängen des Zählers verbunden sind.
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Nachdem auf diese Weise die Sonde in ihre Startstellung gedreht worden
ist, dreht die Bedienungsperson den Knopf 15 über eine vollständige Umdrehung in
Gegenuhrzeigerrichtung.
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In dem Augenblick, in dem die Rückstellkontakte unterbrochen werden,
da
der Bolzen 68 den Zapfen 67 verläßt, wird die Leitung 119 erregt,
wodurch das Tor 73 geschlossen wird und auf diese Weise Stufe 74 von Stufe 72 trennt,
bis die Kontakte wieder miteinander in Berührung kommen. Danach verbleibt die Stufe
74 für den Rest der Abrasterung in einem Zustand, in dem sie die Gegenuhrzeigerrichtung
der Avbrasterung durch Erregung der Leitung 75 gegenüber der Leitung 76 darstellt.
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Während die Abrasterung im Gegenuhrzeigersinn erfolgt, sind die Tore
94 und 95 betriebsbereit. Wenn der Punkt D durchlaufen ist, stellt deshalb das sich
daraus ergebende durch das Tor 95 gelieferte Signal nicht nur die Stufen 111 und
115 zurück, wodurch das Übertragungstor 1x4 geschlossen wird, sondern es wird ebenso
die Schaltstufe 98 in ihren Einstellzustand geschaltet. Die Wirkung dieses letzten
Vorgangs bewirkt, daß das Alarmsignal von den Toren 92, 94 und 96 abgestellt wird
und so die logische Schaltung auf weitere Schaltimpulse nicht mehr anspricht.
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Am Ende der Abrasterung kommt der Bolzen 68 von der anderen Seite
her in Kontakt mit dem Zapfen 67 und drückt diesen an das in Gegenuhrzeigersinn
liegende Ende seines Schlitzes und bringt dabei die Sonde in die Stellung L1. Die
sich daraus ergebende Schließung der Kontakte öffnet das Tor 73, um dadurch die
Steuerung der Stufe 74 durch die Stufe 72 wieder herzustellen und stellt die Stufe
98 und solche der anderen bistabilen Stufen der Schaltung 91, die noch aus anderen
Gründen in ihrem Einstellzustand waren, zurück.
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Die Bewegung der Sonde von dem Punkt L zu dem Punkt L macht eine fünfte
Überkreuzung einer achse notwendig > des Achse A, Dies dient dazu, die logische
Schaltung. gegenüber dem sich ergebenden unerwünschten fünften Schaltimpuls passiv
zu machen, da die Stufe 98 das Alarmsignal von den Toren 92, 94 und 96 abgeschaltet
hat, wie bereits beschrieben, indems ie von dem Tor 95 durch die vier Impulse, die
den Punkt B darstellen, umgeschaltet worden ist.
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Die nächste Abrasterung, die z. B. zur Prüfung der ersten Ablesung
dient, soll in Uhrzeigerrichtung erfolgen, wobei die Sonde von dem Punkt L1 zu dem
Punkt L gebracht wird. Dieses Mal ist das Signal Q bei Beginn der Abrasterung das
stärkere und veranlaßt dadurch die Stufen 72 und 74, ihre Rückstelleinstellung einzunehmen
und durch stärkere Erregung der
Leitung 76 gegenüber der Leitung
75 die Richtung festzulegen. Bei dieser Richtung muß die Gitterimpulsspeisung des
Y-Zählers umgekehrt werden, was durch die Stufe 77 in Erwiderung des neuen Zustandes
der Schaltungen 75 und 76 geschieht. Ebenso wird bei dieser Richtung die Stufe 98
durch die vier Schaltimpulse von dem Tor 97, die nun den Punkt C darstellen, auf
Einstellen geschaltet.
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Die Einzelheiten, wie die Unterschaltwerke 71 und 9l ansprechen, können
am besten durch Heranziehen der Wellenformen von Fig. 7 und 8 erläutert werden,
die in einer etwas perspektivischen Winkelskala, die sich aus den in Uhrzeiger-
und Gegenuhrzeigerrichtung erfolgenden Abrasterungen ergebenden Zustände zeigen.
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Bei einem im Gegenuhrzeigersinn erfolgenden Raster (vgl. Fig. 7>
weisen die Signale P und Q von den Zellen p und q die zyklischen Wellenformen a)
und b> auf. Die durch A, B, C und D bezeichneten Winkelpunkte geben die Momente
an, in denen der Lichtstrahl sich zwischen den Zellen befindet und auf diese Weise
eine der Koordinatenachsen bezeichnet. Die relative Phase der Signale P und Q ist
derart, daß sie die Richtung der Rotation angeben. Bei der vorliegenden Gegenuhrzeigerrichtung
eilt die Welle a) der Welle b) voraus, weil bei einem Gegenuhrzeigerumlauf der reflektierte
Lichtstrahl die Zelle p geringfügig vor der Zelle q erreicht (vgl. Fig. 4). Kurz
hinter Punkt L wird Punkt A durchlaufelXund kurz danach der Punkt b1 für den bei
dieser Abrasterungsrichtung ein Anschlag fehlt. Am Ende der Abrasterung wird der
Anschlag bei Punkt L wieder erreicht und der Anschlag wird über den Punkt A (die
fünfte Überkreuzung) zu dem Punkt L1 am anderen Ende des bogenförmigen Schlitzes
gebracht.
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Bei jedem Raster ergibt sich somit, daß jedes Signal fünf Impulse
pl bzw. Q1 aufweist, eines für jede der vier Seiten des optischen Blockes 61 mit
der den Punkt A darstellenden Seite als dem unerwünschten Impuls noch einmal.
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Die entsprechenden Ausgänge von der bistabilen Stufe 72 werden bei
c) und d) gezeigt. Da im Punkt L das Signal P (Welle ar die größere Amplitude aufweist,
ist die Stufe 72 durch sie in den Einstellzustand geschaltet, wie bereits erwähnt.
Die Stufe wird in der Folge zurückgestellt, wenn ihre Eingänge an dem Überkreuzungspunkt
der Wellen a> und b) gleich sind. Das erfolgt im Punkt A, wo sich der Strahl
in der Mitte zwischen den Zellen p und q befindet. Danach wird die Stufe durch die
Vorderkante
jedes Impulses P 1 an dem sich ergebenden Überkreuzungs punkt eingestellt und rückgestellt.
Infolge der schrägen Kanten der Impulse P1 sind die entsprechenden Kanten der Wellen
c) und d) unscharf, während demgegenüber die nachfolgenden Kanten, die an den Überkreuzungspunkten
erscheinen, scharf sind.
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Falls eine Unsymmetrie in den elektrischen Eigenschaften der Zellen
oder in der Asusleuchtung bestehen sollte, kann die Stufe 72 irgendwo zwischen das
Ende des Impulses Q1 und vor den Beginn des nächsten Impulses P1 gelegt werden.
Dies beeinflußt jedoch nicht die Arbeitsweise, da es ausschließlich die anderen
Kanten dieser Impulse sind, die genau durch die Überkreuzungen dieser Impulse festgelegt
sind, und von denen Gebrauch gemacht wird.
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Die Ausgänge von der Stufe 74 vervielfältigen diejenigen der Stufe
72 bei Beginn der Abrasterung und verbleiben in diesem Zustand für den Rest davon,
da das Tor 73 die Stufe 74 von den nachfolgenden Umkehrungen der Stufe 72 trennt
(vgl. die Wellen i und f) Die Antworten der Differenzierstufen 81 und 82 auf die
Ausgänge von der Stufe 72 werden bei g) und h) gezeigt. Da die Verbindung zu der
Stufe 81 von dem Ausgang der Stufe 72, die positiv auf Rückstellung geht, erfolgt,
weist die Welle g) einen scharfen positivgehenden Impuls V, der sich mit jedem überkreuzungspunkt
der Wellen a) und b) deckt, sowie einen unscharfen negativ gehenden Impuls W, der
sich ungefähr mit der jeweils gen unscharfen Führungskante der Welle a) deckt. Die
Welle h) weist entsprechende Impulse V und W auf, die sich aber in entgegengesetztem
Sinn mit diesen Impulsen der Welle g) decken.
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Als Schaltimpulse sind die scharfen Impulse Vheranzuziehen, um die
Anlegung der Gitterimpulse an den Zähler-zu steuern, und die unscharfen Impulse
W sind zu unterdrücken, damit die Richtungssignale auf den Leitungen 75 und 76 die
Ausgänge von den Stufen 81 und 82 in die Leitung gen 85 und 86 einiylblenden. Die
Kombination am Eingang zu Tor 82 der Wellen er und g) lassen die Impulse V der Welle
g in die Leitung 85 durch (vgl. Welle e) , während die Welle f) jeden Impuls am
Erreichen der Leitung 86 (Welle j) hindert.
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Die Welle kl und 1) zeigt die Antwort der Zellen r und s, die wenn
diese
beleuchtet werden, genau dem Fall entsprechen, daß der Strahl
in die Mitte zwischen die Zellen p und q fällt.
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Die Welle m) zeigt den besonderen Impuls VA, der über das Tor 92 an
den Punkt A gelangt (und durch den Kodezustand R und S wiedergegeben wird. Der Impuls
stellt die Stufe 102 ein, die dann wiederum die Stufe 103 einstellt
daß kein Gitterimpuls an dem Blocktor 104 vorliegt. Dadurch, daß die Stufe 103 in
ihren Einstellzustand geschaltet ist, öffnet sie das Übertragungstor 107 und veranlaßt
auf diese Weise die X- Zählung.
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Falls ein Gitterimpuls vorliegt, würde er lediglich die Umschaltung
der Stufe 103 solange verzögern, bis der Gitterimpuls endet und dadurch die obenerwähnte
Möglichkeit einer Fehloperation verhindert, was auf dem Beginn der Zählung in der
Mitte der Gitterimpulse beruht.
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Der anschließende Impuls VB beim Punkt D (NR und S) veranlaßt, daß
die Stufe 102 zurückgeschaltet wird und mit ihr die Stufe 103 (mit einer geringen
Verzögerung, wenn ein Gitterimpuls das Tor 105 blockiert), um das Tor 107 zu schließen
und so die Zählung anzuhalten.
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In gleicher Weise zeigt die Welle n) die Impulse VC und VD, die die
Y-Zählung zwischen den Punkten C lR und NS) und D-(NR und NS) bestimmt.
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Jeder Impuls VC wirkt in gleicher Weise auf die Impulse VA, indem
die Stufen 111 und 115 in der Weise geschaltet werden, daß sie das Tor 114 öffnen
und auf diese Weise dieY-Zählung veranlassen; der rachfolgende Impuls VD stoppt
die Zählung, indem er diese Stufen zur ückstellt und so das Tor 114 schließt, jedesmal
mit einer kurzen Verzögerung, wenn das Tor 116 oder 117 durch einen Gitterimpuls
blockiert ist. Wenn der Punkt L nahe am Ende der Abrasterung erreicht wird, veranlaßt
die Wiederschließung der Kontakte zwischen dem Bolzen 68 und dem Anschlag die Anlegung
des Rückstellsignals über die Leitung 119. Da an diesem Punkt die vier bistabilen
Stufen in dem Unternetzwerk 91 bereits in ihrem Rückstellzustand sein sollten, besteht
die Hauptwirkung des Signals in der Wiederöffnung des Tores 73 (sowie in der Erlaubnis
für die Stufe 74, den nächsten Zustand der Stufe 72 anzunehmen und die Stufe 98
zurückzustellen.
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Die Bedingungen für eine im Uhrzeigersinn erfolgende Abrasterung können
leicht
durch Verfolgung der Wellenformen von Fig. 7 von rechts nach links ermittelt werden,
beginnend von dem Punkt L1 aus. Die Kurven sind in Fig. 8 nochmals gezeigt, und
zwar so, daß sie von links nach rechts gelesen werden können. Bei dieser Rotationsrichtung
, wiederum durch die relative Phase der zyklischen Signale P und Q dargestellt,
wobei dieses Mal Q P vorauseilt, werden die vier Aochsenpunkte in der Reihenfolge
A, D, B, C gegenüber A, C, B, D wie in Fig. 7 erreicht.
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Weiter wird die Stufe 72 an jedem Überkreuzungspunkt eingestellt und
durch die unscharfe Hinterkante des nächsten Impulses P oder die unscharfe Vorderflanke
des Impulses Q rückgestellt. Bei erregter Leitung 76 wird dieses Mal das Tor 84
alarriert, um die scharfen positivgehenden Impulse der Welle (h), wie bei Welle
(j) gezeigt, weiterzuleiten. Auf diese Weise sieht die Welle (n) genauso aus, wie
in Fig. 7, wobei ihre Impulse V nun in der Reihenfolge D, C, gegenüber C, D (wie
in Fig. 7) erscheinen uni durch die Tore 96 und 97 anstelle der Tore 94 und 95 weitergeleitet
werden. Auf diese Weise wird jedeY-Zählung nun durch einen Impuls VD gestartet und
durch einen Impuls VC angehalten.
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Wenn es erforderlich ist, daß der durch das Aschsenloch eingenommene
Quadrant angezeigt wird, kann die in Fig. 9 gezeigte Hilfseinrichtung hinzugenommen
werden. Sie besteht'in einer Quadrantenanzeige 121, die in vier Kästen aufgeteilt
ist, die die entsprechenden Quadranten darstellen. Die Frontplatte jedes Kastens
ist in Form einer durchschieinenden Scheibe, die eine Anzeige aufweist, ausgebildet
, um den jeweiligen Quadranten durch eine nichtgezeigte, hinter der Platte liegende
Lampe zu beleuchten. Die Lampe in dem Kasten, die den Quadranten 1 anzeigen soll
dvgl. Fig. 2) ist in den Asusgangskreis eines mit zwei Eingängen versehenen Und-Tores
122 eingeschaltet. An diese sind als Eingänge eine Verbindung von dem X-Zähler 51
gelegt, die erregt ist, wenn der Inhalt des Zählers negativ ist, sowie eine Verbindung
von dem Y-Zähler, die erregt ist, wenn dessen Inhalt positiv ist. Entsprechende
Anordnungen zur Steuerung der anderen Lampen über die Tore 123 und 125 sind vorgesehen.
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Falls als X- und Y-Zähler einfache Zähler, die Impulse über Addier-und
Subtrahiereingangswege empfangen, und die beim Durchgang durch 0 in die Subtraktionsrichtung
komplementäre Werte anzeigen, z. B. 999,
998 usw. ohne Vorzeichenangabe,
verwendet werden sollen, kann die Schaltung von Fig. 10 verwendet werden, die es
dem Zähler ermöglicht, die gemäß der Erfindung erforderliche Information zu lifern.
Der X Zähler 51 wird als Beispiel genommen.
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Die addiert und Subtrahierleitungen 131 und 132, die von der Stufe
48 über das Übertragungstor 107 (Fig. 6) kommen, werden über mit zwei Eingängen
versehene Und-Tore 133 und 134 an die Addier- und Subtrahierwege 135 und 136 des
anliegenden Zählers 127 gegeben. Die Leitungen 131 und 132 sind gleichfalls über
zwei weitere Und-Tore 141 und 142 mit den Wegen 136 bzw. 135 über Kreuz verbunden.
Der zweite Eingang zu den Toren 133 und 134 erfolgt von dem Einstellausgang einer
bistabilen Stufe 143, deren Rückstellausgang die zweiten Eingänge zu den Toren 141
und 142 liefert. Die Stufe erregt die eine oder die andere re der Ausgangsleitungen
145 oder 146 in Abhängigkeit davon, welche von ihnen in ihrem Einstell- oder Rückstellzustand
ist.
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Die Leitungen 131 und 132 sind mit den Einstell- und Rückstelleingängen
der Stufe 143 über mit zwei Eingängen versehene Und-Tore 147 und 148 verbunden.
Um die zweiten Eingänge zu diesen Toren zu liefern, wird dem Zähler 137 eine einfache
logische Schaltung 151 zugeordnet, um an beide dieser Eingänge über eine Leitung
152 ein Alarmsignal zu liefern, aber nur dann, wenn der Zähler auf 0 steht. Die
Schaltung 152 kann in Form eines Viel-Eingang Nand-Tores (nicht gezeigt) ausgebildet
sein mit einer Eingangsverbindung von jeder Ziffernstufe, derart, daß nur dann ein
Ausgang erfolgt, wenn jede Stufe die Ziffer 0 enthält.
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Wenn im Betrieb der Zähler auf 0 steht und deshalb die Tore 147 und
148 alarmiert sind, ist der nächste Impuls ein Addierimpuls, der über die Leitung
131 empfangen wird, wobei dadurch das Tor 147 geöffnet und die Stufe 143 in ihren
Einstellzustand geschaltet wird, wenn sie sich nicht bereits schon in diesem Zustand
befindet. Mit der auf diese Weise erregten Leitung 145 werden die Tore 133 und 134
alarmiert, so daß die Leitungen 131 und 132 tatsächlich mit den Addier- und Subtrahierwegen
135 bzw. 136 verbunden sind. Solange der Zähler nicht auf 0 zurückgeht, werden die
nachfolgenden über die Leitung 131 empfangenen Impulse bei der Zählung addiert und
solche, die über die Leitung 132 empfangen werden, subtrahiert, während die erregte
Leitung 145 bewirkt,
daß das positive Vorzeichen in der Hilfsstufe
511 erscheint.
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Wenn dagegen der nächste Impuls, der ankommt, wenn der Zähler auf
O steht, ein Subtrahierimpuls ist, und über die Leitung 132 empfangen wird, ist
es das Tor 148, das leitend wird, um die Stufe 143 in ihren Rückstellzustand zu
schalten und die Ausgangsleitung 146 anstelle der Leitung 145 zu erregen. Mit den
nun alarmierten Toren 141 und 142 werden die Leitungen 131 und 132 tatsächlich mit
den Wegen 136 und 135 über Kreuz verbunden , so daß jeder Addierimpuls, der über
die Leitung 131 ankommt, auf den Subtrahiereingangsweg 136 durchgeschaltet wird.
Auf diese Weise werden Subtrahierimpulse addiert und Addierimpulse subtrahiert,
während die Leitung 136 die Stufe 511 veranlaßt, ein negatives Vorzeichen zu zeigen.
In gleicher Weise können Vorrichtungen für die Zählung der Impulse vorgesehen werden.
Dort wo eine Quadrantenanzeige 121 (Fig. 9} vorgesehen ist, werden deren Kette von
Toren 122 bis 125 durch die Leitungen 145 und 146 gesteuert und die entsprechenden
Leitungen an den Y-Zähler gelegt.
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Durch geeignete Modifizierung der logischen Steuerung der Impulsanlegungen
an die X- und Y-Zähler können die anderen Quadranten zur Ingangsetzung und zur Beendigung
der Abrasterungen verwendet werden. Wenn dann der Schlitz für den Anschlag so erweitert
wird, daß der Punkt L1 in den Quadranten 111 kommt und dadurch die Notwendigkeit
der Korrektur der Y-Zählung bei einem im Uhrzeigersinn erfov genden Raster vermieden
wird, kann die Schaltung von Fig. 6 durch Weglassung der Tore 96 und 97 und der
Umkehrungsstufe 77 vereinfacht werden. Eine derartige Anordnung würde jedoch den
Nachteil haben, daß die Bedienungsperson für jede Abrasterung eine zusätzliche Drehung
ausführen müßte. Darüber hinaus wäre es für den Ablauf und die Exaktheit der Maschine
nahezu unerheblich, welcher Quadrant als Endpunkt verwendet wird, so daß kein Vorteil
in der Verwendung einer anderen als der in Verbindung mit Fig. 6 beschriebenen Anordnung
liegen würde.
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Verschiedene andere Einzelheiten der Ausrüstung können im Rahmen der
Erfindung modifiziert werden. Wenn z. B. die Rückstellkontakte am Anschlag mit ausreichender
Genauigkeit arbeiten, um die Rückstellbedingung, nachdem die fünfte Achse gekreuzt
worden ist, zu erfüllen; können die Stufe 98 und die vier Eingänge von ihr zu den
Toren 92, 94
und 96 weggelassen werden. Wenn andererseits die Stufe
98 vorgesehen ist, können die Rückstellkontakte weggelassen werden und die Rückstellung
durch Hand betätigt werden, durch angenommen einen Druckknopfschalter, der, wenn
er durch die Bedienungsperson als Vorbereitung zu einer Abraste rung betätigt wird,
die Erregung der Leitung 119 veranlaßt.
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Anstelle des Zapfens 67 (vgl. Fig. 5) der in einem Schlitz 671 beweglich
ist, kann ein feststehender vorgesehen werden und der erforderliche Freiheitsgrad-
zwischen den Punkten L und L1 dadurch gewährleistet werden, daß der Bolzen 68 zwischen
zwei an der Welle 11 angebrachten Anschlägen beweglich ist.
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Bei der Beschreibung des Gerätes gemäß Fig. 1 war vorausgesetzt worden,
daß die Gitter 31 und 32 von normalem Abstand sind und auf diese Weise für jedes
vorherbestimmte Anwachsen einer zurückgelegten Strecke einen Impuls liefern. Bei
Verwendung von Gittern mit doppeltem Abstand kann deshalb auf die Halbierungsstufe
46 verzichtet werden.
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Es ist nicht entscheidend, daß ein optisches Gittersystem für den
linearen Bewegungsmeßwertumformer verwendet wird. Es kann als Alternative ebenso
ein anderer geeigneter Aufbau zur Ableitung von Impulsen in Erwiderung auf eine
geradlinige Bewegung verwendet werden.
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Die Erfindung ist ebenso verwendbar, wenn sowohl der Schlitten als
auch das Gerüst feststehen und die Bewegungen in der X- und Y-Richtung durch Verfahren
des Werkstückes bewerkstelligt werden.
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Falls das Gerät zur Vermessung des Achsenmittelpunktes eines zylindrischen
Kegels Verwendung finden soll, besteht die einzige notwendige Modifikation in der
Umstellung der Spannungen der Federn 24 und 26 in der Weise, daß ihre gemeinsame
resultierende Spannung,die Sonde radial nach innen gegen die Achse 12 zieht. Nachdem
sie in Berührung mit der zylindrischen Oberfläche des Kegels gebracht worden ist,
halten die Federn die Sondenspitze
während einer Zirkularabrasterung ständig in Kontakt mit dieser Oberfläche. Da ;
jetzt die der Fläche 231 gegenüberliegende Fläche der Sondenspitze 23 ist, die die
augenblickliche Meßoberfläche darstellt, muß eine entsprechende Verschiebung der
Aus- -gangsstellung
vorgesehen werden. Im übrigen entspricht die
Arbeitsweise des Gerätes der bereits beschriebenen.
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Ebenso kann das Gerät zur Messung linearer Ausdehnungen eines Werkstückes
verwendet werden, indem die Sondenspitze nacheinander in Berührung mit der Oberfläche
des Wrkstückes, dessen Ausdehnung bestimmt werden soll, gebracht und die Differenzen
der einzelnen Fehlerablesungen notiert werden.