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Die Erfindung betrifft einen Neigungsmesser mit
einem luftdichten Behälter,
der ein Behältergehäuse und
eine Deckplatte zum Schließen
des Behältergehäuses enthält, die
an einer ihrer Flächen eine
konkave Fläche
hat, deren Tiefe vom Rand zur Mitte allmählich zunimmt, und mit einer
in dem Behältergehäuse eingeschlossenen
Flüssigkeit,
in der sich eine Luftblase befindet.
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Ein Neigungsmesser, auch als Neigungssensor
bezeichnet, ist im allgemeinen in Vermessungsinstrumenten, Flugzeugen
oder Automobilen vorgesehen, um deren Neigungswinkel zu messen.
Der Neigungsmesser enthält
einen luftdichten Behälter,
der beispielsweise eine Deckplatte in Form einer Kreisscheibe enthält, an der
eine vertiefte Fläche
ausgebildet ist. Der Neigungsmesser enthält weiterhin eine kreisförmige Bodenplatte
und ein zylindrisches Gehäuse.
Das zylindrische Gehäuse
ist an seinem oberen und unteren offenen Ende durch die Deckplatte bzw.
die Bodenplatte verschlossen. Die Position einer Luftblase, die
sich in einer in dem luftdichten Behäl ter eingeschlossenen Flüssigkeit
befindet, wird elektrisch erfaßt.
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Um das Anbringen der Deckplatte und
der Bodenplatte an dem zylindrischen Gehäuse zu erleichtern, sind die
Deckplatte, die Bodenplatte und das zylindrische Gehäuse in der
Draufsicht kreisförmig,
so daß beim
Anbringen die Achse der Deckplatte und der Bodenplatte leicht entlang
der Achse des zylindrischen Gehäuses
hinsichtlich der Konfiguration (äußere Form)
der drei Elemente ausgerichtet werden.
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An einer Fläche der Deckplatte ist eine
Vertiefung vorgesehen, die beispielsweise durch einen Teil einer
sphärischen
Fläche
ausgeformt ist. Die Vertiefung erlaubt es einer Luftblase, die sich
in einer in dem luftdichten Behälter
eingeschlossenen Flüssigkeit
befindet, sich entsprechend der Neigung des Behältergehäuses zu bewegen. Die Vertiefung
ist so konstruiert, daß bei
einer koaxialen Verbindung der Deckplatte mit dem zylindrischen
Gehäuse
die durch den tiefsten Bereich der konkaven Fläche gehende Flächennormale
identisch mit dem Konfigurationszentrum (Konfigurationsachse) der
Deckplatte ist, d.h. der äußere Umgrenzungsrand
der Vertiefung mit dem inneren Begrenzungsrand des zylindrischen Gehäuses zusammenläuft.
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Die Deckplatte kann aus einer Glasgießform hergestellt
sein. Ist dies der Fall, so kann das Konfigurationszentrum der Deckplatte
in Abhängigkeit
der Präzision
der Gußformen
von der durch den tiefsten Bereich der Vertiefung gehenden Flächennormalen abweichen.
Falls die Deckplatte, deren Konfigurationszentrum sich nicht am
tiefsten Punkt der Vertiefung befindet, unter Berücksichtigung
der Konfiguration der Deckplatte und des zylindrischen Gehäuses an
diesem befestigt wird, so kann in dieser Verbindung zwischen der
Deckplatte und dem zylindrischen Gehäuse eine kleine Lücke oder
ein Zwischenraum entstehen. Der äußere Rand
der Deckplatte muß folglich
geschliffen werden, um das Konfigurationszentrum der Deckplatte
mit der durch den tiefsten Punkt der Vertiefung gehenden Flächennormalen
in Übereinstimmung
zu bringen. Dieser Vorgang wird im folgenden als Zentriervorgang
(Schleifvorgang) bezeichnet. Der Zentriervorgang wird durch Schleifen
des Außenrandes
der Deckplatte durchgeführt, während sich
die Deckplatte wie beim Schleifen einer optischen Linse um die durch
den tiefsten Punkt der Vertiefung gehende Normale dreht. Wie bei
einer optischen Linse muß deshalb
vor dem Zentriervorgang das Drehzentrum (Achse) der Deckplatte entlang
der durch den tiefsten Punkt der Vertiefung gehenden Normalen ausgerichtet
werden. Dies wird im folgenden als Ausrichtevorgang bezeichnet.
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Beim Bearbeiten einer optischen Linse
wird der Ausrichtevorgang mit einem Glockenfuttersystem (glockenförmige Einspannvorrichtung)
oder durch eine Mittelpunktserfassung unter Verwendung eines Laserstrahls
ausgeführt.
Das Glockenfuttersystem bezeichnet ein Einspannsystem für eine Linse,
das zylindrische Glockenfutter verwendet, welche die einander abgewandten
Flächen
der Linse beweglich halten. Die relative Gleitbewegung zwischen
der Linse und dem Glockenfutter vollzieht sich entlang einer sphärischen
Fläche,
so daß die
Linse fest in einer stabilen Position gehalten wird, in welcher
der gesamte Umfang eines jeden Endrandes des Glockenfutters mit
den entsprechenden Flächen
der Linse in Kontakt kommt. Das Verfahren zum Erfassen der Achse
mit einem Laserstrahl bezeichnet ein Erfassungsverfahren, bei dem
die Linse, die beispielsweise durch ein Glockenfuttersystem gehalten
wird, mit einem Laserstrahl beleuchtet wird, so daß das Zentrum
(Achse) der Linse über
das Licht erfaßt
werden kann, das durch die Linse tritt oder an dieser reflektiert
wird.
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Das Glockenfuttersystem oder das
Verfahren zum Erfassen des Mittelpunkts mit einem Laserstrahl ist
jedoch nicht zum Ausrichten der Deckplatte geeignet Beim Ausrichten
mittels des Glockenfuttersystems ist es nämlich notwendig, die Deckplatte
relativ zu dem Glockenfutter zu verschieben, während ein derer Endrand des
Glockenfutters in Kontakt mit der Vertiefung der Deckplatte gebracht
wird. Da jedoch die Vertiefung der Deckplatte für gewöhnlich durch eine optisch raube
Fläche
gegeben ist, ist eine glatte Gleitbewegung der Deckplatte nicht
möglich. Ist
darüber
hinaus die Deckplatte durch eine Toroidalfläche gegeben, so ist ein Endrand
des Glockenfutters stets in teilweisem Kontakt mit der Vertiefung
der Deckplatte, so daß keine
glatte Bewegung (Gleitbewegung) der Deckplatte auftritt, welche
Krümmung die
Vertiefung auch haben mag.
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Darüber hinaus kann das Verfahren
zum Erfassen des Zentrums (Achse) nicht zum Ausrichten der Deckplatte
verwendet werden, da der Laserstrahl nicht durch die als raube Fläche ausgebildete
Vertiefung der Deckplatte treten kann.
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Unter diesen Umständen muß das Ausrichten der Deckplatte
im Stand der Technik durch eine Messung mit dem Auge des Benutzers
durchgeführt werden.
Dies ist zeitaufwendig und arbeitsintensiv.
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Ein Neigungsmesser nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 ist aus der
DE
44 41 548 A1 bekannt. Ferner ist in der
DE-PS 208 505 eine aus einem
Flüssigkeitsbehälter und
einem Deckglas bestehende Dosenlibelle beschrieben, die an der Unterseite
des Deckglases Einstellkreise aufweist. Diese Einstellkreise dienen
jedoch nicht einer dem Zusammenbau des Neigungsmessers vorangehenden
Ausrichtung der Deckplatte, sondern der Neigungsmessung selbst,
die mit dem fertig zusammengebauten Neigungsmesser durchgeführt wird.
Gleiches gilt für die
in der
DE-OS 195 28 69 beschriebene
Meßvorrichtung.
Diese Meßvorrichtung
weist zwar eine Skalenanordnung auf, die jedoch nicht zum Ausrichten einer
Deckplatte dient. In der
US 2
514 492 ist ein Neigungsmesser beschrieben, der eine konische
Linse aufweist, die eine tatsächlich
groß bemessene Luftblase
für den
durch die Linse blickenden Benutzer kleiner erscheinen läßt. Dadurch
wird die Genauigkeit der Neigungsmessung erhöht. Eine der Ausrichtung der
Deckplatte dienende Funktion hat diese Linse nicht. Schließlich wird
auf die CH 359 294 und die
DE
87 02 868 U1 verwiesen, in denen ebenfalls Neigungsmesser
mit Skalenanordnungen beschrieben sind. Auch diese Skalenanordnungen
dienen der Neigungsmessung selbst, nicht jedoch der Ausrichtung
einer Deckplatte.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung,
einen Neigungsmesser anzugeben, bei dem der Zentriervorgang der
Deckplatte leicht ausgeführt
werden kann.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Gegenstände der
unabhängigen
Ansprüche
1 und 9.
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Die Aufgabe wird durch einen Neigungsmesser
gelöst,
bei dem mindestens ein Anzeigeelement vorgesehen ist, das auf einer
durch den tiefsten Punkt der konkaven Fläche gehenden Flächennormalen
angeordnet ist. Die Position des Anzeigeelementes ändert sich
nicht, wenn die Deckplatte um eine durch den tiefsten Punkt der
konkaven Fläche gehende
Flächennormale
gedreht wird.
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Diese Anordnung erlaubt es, den Zentriervorgang
der Deckplatte des luftdichten Gehäuses, der einen Neigungsmesser
darstellt, auf unkomplizierte Weise auszuführen, indem das Anzeigeelement,
das sich auf der durch den tiefsten Punkt der konkaven Fläche gehenden
Flächennormalen
befindet, mit dem Drehzentrum der Deckplatte in Übereinstimmung gebracht wird.
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In einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung sind an der Deckplatte mehrere Anzeigeelemente vorgesehen,
die in radialer Richtung einen gleichen Abstand vom tiefsten Punkt
der konkaven Fläche
haben. Dieser Abstand ändert
sich nicht, wenn die Deckplatte um eine Flächennormale der konkaven Fläche gedreht
wird.
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Auch mit dieser Anordnung kann der
Zentriervorgang des luftdichten Behälters, der einen Neigungsmesser
darstellt, auf einfache Weise durchgeführt werden.
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Die Erfindung wird im folgenden an
Hand der Figuren näher
erläutert.
Darin zeigen:
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1 die
Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
eines Neigungsmessers entlang der Linie I-I in 3,
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2 die
Schnittansicht des Neigungsmessers entlang der Linie II-II in 3,
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3 die
Draufsicht des Neigungsmessers nach 1,
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4a, 4b und 4c die Draufsicht der Deckplatte nach 1, die Schnittansicht entlang
der Linie IVb-IVb in 4a und
die Schnittansicht entlang der Linie IVc-IVc in 4a,
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5 die
Draufsicht der Bodenplatte nach 1,
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6 die
schematische Ansicht einer Zentriereinrichtung der Deckplatte nach 1,
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7a und 7b die schematische Ansicht zweier
unterschiedlicher Positionen eines Anzeigeelements, das an der Deckplatte
nach 1 vorgesehen ist,
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8a 8b und 8c die Draufsicht der Abdeckplatte des
Neigungsmessers als Ausführungsbeispiel,
die Schnittansicht entlang der Linie VIIIb-VIIIb in 8a und die Schnittansicht entlang der
Linie VIIIc-VIIIc
in 8a,
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9a, 9b und 9c die Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Deckplatte, die Schnittansicht entlang der Linie IXb-IXb in 9a und die Schnittansicht
entlang der Linie IXc-IXc in 9a,
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10a und 10b die schematische Ansicht zweier
verschiedener Positionen der Anzeigeelemente, die an der Deckplatte
nach 9a bis 9c vorgesehen sind,
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11a, 11b u. 11c die Draufsicht der Deckplatte des
Neigungsmessers als weiteres Ausführungsbeispiel, die Schnittansicht
entlang der Linie XIb-XIb in 11a und
die Schnittansicht entlang der Linie XIc-XIc in 11a;
und
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12 die
schematische Ansicht einer Zentriereinrichtung der Deckplatte nach 11a bis 11c.
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Ausführungsbeispiel 1
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Mechanischer
Aufbau des Neigungsmessers
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Wie in den 1 bis 3 zu
sehen ist, besteht ein Neigungsmesser aus einem luftdichten Behälter A,
einer Halterung 7, in welcher der Behälter A gehalten wird, einem
Deckel 8, der die Halterung 7 abschließt und den
luftdichten Behälter
A gegen die Halterung 7 drückt, und einer Abdeckung 9,
welche die Halterung 7 und den Deckel 8 abdeckt.
Diese Elemente werden im folgenden diskutiert.
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Luftdichter
Behälter
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Der luftdichte Behälter A besteht
aus einem zylindrischen Gehäuse 2,
einer Deckplatte (obere Endplatte) 3 und einer Bodenplatte 1,
die an dem oberen bzw. dem unteren Ende des zylindrischen Gehäuses 2 befestigt
sind. Das zylindrische Gehäuse 2,
die Deckplatte 3 und die Bodenplatte 1 sind aus einem
hochisolierenden Material, z.B. Bleiglas hergestellt und sind mit
einem Haftmittel, z.B. einer Glaspaste in zähflüssiger Form geklebt.
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Wie in den 4a bis 4c zu
sehen ist, besteht die Deckplatte 3 aus einer transparenten
Scheibe, die mit einer ebenen oberen Fläche 3a und einer unteren
Fläche 3b versehen
ist. In dem Zentralbereich der unteren Fläche 3b befindet sich
eine Vertiefung (konkave Fläche) 3c,
deren Tiefe ausgehend vom Randbereich in Richtung des Zentrums allmählich anwächst. Der äußere Rand
der Deckplatte 3 gibt in der Draufsicht einen Kreis an,
dessen Durchmesser beispielsweise 22 mm beträgt.
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Die Vertiefung (konkave Fläche) 3c der Deckplatte 3 ist
durch eine Toroidalfläche
mit unterschiedlicher Krümmung
in Richtung x, in welcher der Neigungswinkel erfaßt wird,
und in Richtung y senkrecht zur Erfassungsrichtung x gegeben. Die
Krümmung
in Erfassungsrichtung x ist vergleichsweise klein, um die Genauigkeit
in der Erfassung des Neigungswinkels zu erhöhen, wie in 4c gezeigt ist. Die Krümmung in
Richtung y ist größer als
die Krümmung
in Richtung x, um zu verhindern, daß die Luftblase B an der inneren
Fläche
des zylindrischen Gehäuses 2 haftet,
falls der Befestigungswinkel in Richtung senkrecht zur Erfassungsrichtung
x etwas von einem vorgegebenen Wert abweicht, wie in 4b gezeigt ist. Beispielsweise
betragen die Krümmungen
in Richtung x und y 300 mm bzw. 60 mm.
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Das Krümmungszentrum in Richtung x
ist identisch mit dem Krümmungszentrum
in Richtung y, das sich am tiefsten Punkt der Vertiefung 3c befindet. Die
durch den tiefsten Punkt der Vertiefung 3c verlaufende
Flächennormale
ist identisch dem Konfigurationszentrum der Deckplatte 3.
Der äußere Umgrenzungsrand
der Vertiefung 3c ist durch einen Kreis mit einem Radius
von beispielsweise 6,3 mm gegeben. Der Mittelpunkt des Kreises befindet
sich auf der durch den tiefsten Punkt der Vertiefung 3c gehenden Flächennormalen.
Der durch den äußeren Umgrenzungsrand
der Vertiefung 3c gegebene Kreis ist konzentrisch zu dem
Kreis angeordnet, der durch den äußeren Rand
der Deckplatte 3 gegeben ist, wie aus 4a ersichtlich ist. Zwischen der Vertiefung 3c und
der unteren Fläche 3b befindet
sich in Richtung x und y ein stufiger Bereich, wie in den 4b oder 4c zu sehen ist. Eine Tangentialebene
an dem tiefsten Punkt der Vertiefung 3c ist parallel zur
unteren Fläche 3b der
Deckplatte 3. An dem tiefsten Bereich der Vertiefung 3c befindet
sich ein Anzeigeelement 30 in Form eines zylindrischen
Vorsprungs, der sich in Richtung des Inneren des luftdichten Behälters A erstreckt.
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Die Deckplatte 3 ist aus
einer Glasgießform unter
Verwendung eines Glasvorformlings hergestellt, dessen innere Fläche beispielsweise
mit einem #1000-Schleifmittel oder ähnlichem geschliffen worden
ist, damit sie eine rauhe Oberfläche
mit ge eigneter Rauhigkeit hat. Der Vorsprung (Anzeigeelement) 30 wird
einstöckig
mit der Glasgießform
ausgebildet. So sind sowohl die untere Fläche 3b der Deckplatte 3 als
auch die konkave Fläche
(Vertiefung) 3c als rauhe Flächen ausgebildet. An der Vertiefung 3c sind eine
erste und zweite obere Elektrode 4 und 5 vorgesehen,
die aus einer Dünnschicht
aus Platin hergestellt sind. Die erste und zweite obere Elektrode 4 und 5 ist
spiegelsymmetrisch bezüglich
der Geraden angeordnet, die durch den tiefsten Punkt der Vertiefung 3c und
senkrecht zur Zeichenebene (1)
verläuft,
d.h. spiegelsymmetrisch zu der Geraden, die sich in 4a in Richtung y erstreckt. Die erste
und zweite Elektrode 4 und 5 sind in einem vorgegebenen Abstand
zueinander angeordnet. Sie erstrecken sich über die gesamte konkave Fläche 3c mit
Ausnahme des Bereichs, der sich zwischen der ersten und zweiten
oberen Elektrode 4 und 5 befindet. An den äußeren Randbereichen
der ersten und zweiten oberen Elektrode 4 und 5 befinden
sich sektorförmige
Vorsprünge 4a und 5a,
die außerhalb
der Vertiefung 3c angeordnet sind und an der unteren Fläche 3b der Deckplatte 3 anliegen.
Die erste und zweite obere Elektrode 4 und 5 einschließlich der
Vorsprünge 4a und 5a werden
durch Aufbringen einer Dünnschicht aus
Platin auf die untere Fläche 3b der
Deckplatte 3 einschließlich
der Vertiefung 3c mittels Hochfrequenzzerstäubung ausgebildet.
Zu diesem Zweck wird eine Maske vorgegebener Form verwendet, die den
Bereich der Bodenfläche 3b bedeckt,
an dem die erste und zweite obere Elektrode 4 und 5 einschließlich der
Vorsprünge 4a und 5a nicht
ausgebildet werden sollen. Beim Zusammenbau des luftdichten Behälters A
werden Bleidrähte
C an die äußeren Bereiche
der sektorförmige
Vorsprünge 4a und 5a der
ersten bzw. zweiten oberen Elektrode 4 und 5 angelötet, die
sich außerhalb
des zylindrischen Gehäuses 2 befinden.
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Die Bodenplatte 1 ist aus
einer transparenten Platte in Form einer Scheibe hergestellt, wie
aus 5 ersichtlich ist.
Die obere Fläche 1a und
die untere Fläche 1b der
Bodenplatte 1 sind parallel zueinander angeordnet. Die
obere Fläche 1a der
Bodenplatte 1 besteht aus einer rauben Fläche mit
einer geeigneten Rauhigkeit, die durch Schleifen der Fläche beispielsweise
mit einem Schleifmittel (annähernd #1000)
erzeugt wird. Die obere Fläche 1a der
Bodenplatte 1 stellt eine Bodenfläche des luftdichten Behälters A
dar, wenn dieser zusammengebaut ist.
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Eine untere Elektrode 6 ist
an der oberen Fläche 1a der
Bodenplatte 1 vorgesehen. Die untere Elektrode 6 hat
die Form eines Kreises, dessen Durchmesser größer als der Außendurchmesser
des zylindrischen Gehäuses 2 ist,
aber etwas kleiner als der Außendurchmesser
der oberen Fläche 1a.
Die untere Elektrode 6 ist aus einer Dünnschicht aus Platin hergestellt,
die durch Aufbringen von Platin auf die obere Fläche 1a durch Hochfrequenzzerstäubung erzeugt
wird. Während
der Hochfrequenzzerstäubung ist
der Bereich der oberen Fläche 1a,
der nicht der Elektrode 6 entspricht, durch eine Maske
bedeckt, ebenso wie bei der Herstellung der oberen Elektroden 4 und 5.
Beim Zusammenbau des luftdichten Behälters A werden Bleidrähte (nicht
dargestellt) an den Umfangsbereich der unteren Elektrode 6 gelötet, der sich
aus dem zylindrischen Gehäuse 2 heraus
erstreckt.
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Das zylindrische Gehäuse 2 ist
aus einem Glasrohr einheitlicher Dicke hergestellt. Der Außen- und
der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses 2 betragen beispielsweise
15 mm bzw. 12,6 mm. Das obere und das untere Ende des zylindrischen Gehäuses 2 sind
entlang Ebenen geschnitten, die senkrecht zur Längsachse des zylindrischen
Gehäuses 2 verlaufen,
und mit der unteren Fläche 3b der Deckplatte
und der oberen Fläche 1a der
Bodenplatte 1 verbunden. Da in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses 2 und der Durchmesser
des äußeren Umgrenzungsrandes
der Vertiefung 3c der Deckplatte gleich 12,6 mm sind, geht
die Innenfläche
des zylindrischen Gehäuses 2 kontinuierlich
in den äußeren Rand
der Vertiefung 3c über
(gestufter Bereich zwischen der unteren Fläche 3b und der Vertiefung 3c).
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Eine elektrolytische Lösung D,
die eine geeignete Menge an Luft enthält, welche wiederum eine Luftblase
B erzeugt, ist in dem luftdichten Behälter A eingeschlossen. Das
Elektrolyt D ist beispielsweise eine Lösung aus Methylalkohol, in
der Kaliumjodid gelöst
ist. Die Luftblase B ist im Zentrum der Vertiefung 3c angeordnet,
solange sich der tiefste Punkt der Vertiefung 3c an der
höchsten
Position in Richtung der Schwerkraft befindet, d.h. die untere Fläche 3b der
Deckplatte 3 liegt in einer horizontalen Ebene. Ist die
Deckplatte 3 in Richtung y in 4a geneigt, so befindet sich die Luftblase
B in dem Raum zwischen der ersten und der zweiten oberen Elektrode 4 und 5,
vorausgesetzt, die Deckplatte 3 ist nicht in Richtung x
geneigt.
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Halterung
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Die Halterung 7 ist aus
einer Aluminiumlegierung hergestellt, die in einer vorgegebenen
Form geschnitten ist. Wie in 3 gezeigt,
ist die Halterung 7, die aus einem Block hergestellt ist,
dessen Form in der Draufsicht im wesentlichen rechteckig ist, an
zwei seiner benachbarten Ecken deutlich und an den Ecken leicht
abgeschrägt.
Die Halterung 7 besteht aus einer Bodenplatte 7e und
drei aufrecht stehenden Halteelementen 7a, deren Querschnitt
sektorförmig
ist und die voneinander gleichwinklig beabstandet sind. Zwischen
den benachbarten Halteelementen 7a befinden sich Erhebungen 7f.
Die Halteelemente 7a, die Erhebungen 7f und die
Bodenplatte 7e begrenzen einen im wesentlichen zylindrischen
Hohlbereich 7d mit einem geschlossenen unteren Ende. Die
zylindrische Randfläche
des Hohlbereichs 7d ist durch einen imaginären Kreis
begrenzt, auf dem die inneren Randflächen der drei Halteelemente 7a gleichwinklig
beabstandet sind. Die äußeren und
inneren Randflächen
der drei Halteelemente 7a sind durch Teile von Zylinderflächen mit
einer Mittelachse L gegeben. An den inneren Randflächen der
Halteelemente 7a befindet sich jeweils ein Anlageflansch 7c,
der sich in Richtung des Zentrums des Hohl bereiches 7d erstreckt.
Die Anlageflansche 7c liegen in einer Ebene senkrecht zur
Mittelachse L. Die oberen Endbereiche der äußeren Randflächen der
Halteelemente 7a sind in ihrem Durchmesser etwas verkleinert.
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Der Innendurchmesser der Anlageflansche 7c ist
kleiner als der Außendurchmesser
der Deckplatte 3 und größer als
der Außendurchmesser
der Bodenplatte 1. Die Entfernung zwischen den oberen Stirnflächen der
Anlageflansche 7c und der Bodenplatte 7e ist größer als
die Entfernung zwischen der unteren Fläche 3b der Deckplatte 3 und
der unteren Fläche 1b der
Bodenplatte 1. Die oberen Stirnflächen der Halteelemente 7a liegen
in derselben Ebene senkrecht zur Mittelachse L und sind mit Gewindebohrungen 7b versehen,
die sich parallel zur Mittelachse L erstrecken.
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Wie in 3 zu
sehen, ist die Halterung 7 mit einem rechtwinkligen Befestigungsstück 10 versehen,
das vom Seitenrand der Halterung 7 zwischen den leicht
abgeschrägten
Ecken herausragt. Das Befestigungsstück 10 ist im mittleren
Bereich im rechten Winkel nach unten, d.h. in Richtung der Schwerkraft gebogen,
wie in 2 gezeigt ist.
Das Vorderende (untere Ende) des Befestigungsstückes 10 ist mit zwei
Durchgangsbohrungen 10a versehen, in die Sicherungsbolzen 11 eingesetzt
sind, um den Neigungsmesser an einem zu vermessenden Objekt zu befestigen,
wie aus 1 hervorgeht.
Der Innendurchmesser der Durchgangsbohrungen 10a ist größer als
der Außendurchmesser
der Sicherungsbolzen 11, so daß der Neigungsmesser in der
Zeichenebene (1) gegenüber dem
zu vermessenden Objekt gedreht werden kann, um den Neigungswinkel des
Neigungsmessers einzustellen, wenn dieser an dem Objekt befestigt
wird.
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Deckel Der Deckel 8 ist
aus einer Scheibe aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Die
Scheibe ist so geschnitten, daß ihr Durchmesser
so groß ist,
daß die äußeren Randflächen der
oberen Enden der drei Halteelemente 7a durch einen Kreis
umschrieben werden, der durch den äußeren Rand der Scheibe gegeben
ist. Der auf die Halteelemente 7a gelegte Deckel 8 ist
mit Senklöchern 8c entsprechend
den Gewindebohrungen 7b der Halteelemente 7a versehen.
Werden Schrauben 13 mit flachen Köpfen in die Gewindebohrungen 7b geschraubt,
so können
auf diese Weise die Schraubenköpfe
eingesetzt und an den Senklöchern 8c zur
Auflage gebracht werden. Der Deckel 8 ist an seiner unteren
Fläche
mit einer Ringnut 8a versehen, deren Durchmesser etwas
kleiner als der Außendurchmesser
der Deckplatte 3 ist und deren Mittelpunkt auf der Mittelachse
L angeordnet ist. Ein O-Ring 12 ist in die Ringnut 8a eingepaßt und wird
gegen die Deckplatte 3 gedrückt. An dem Deckel 8 befindet
sich eine zentrale Öffnung 8b,
durch die die Luftblase B innerhalb des luftdichten Behälters A
von außen
zu sehen ist.
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Abdeckung
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Die Abdeckung 9 ist aus
einer Aluminiumlegierung hergestellt, die aus einem mit einem Boden versehenen
Zylinder geschnitten wird, dessen eines Ende geschlossen ist. Die
Abdeckung 9 ist ohne Spiel an den äußeren Randflächen der
unteren Endbereiche der Halteelemente 7a eingepaßt. Die
Abdeckung 9 verhindert, daß der luftdichte Behälter A zerbrochen
wird und fremdes Material eindringt. Die Abdeckung 9 dient
deshalb als staubdichte Komponente. An dem Endrand der Abdeckung 9 befinden
sich Aussparungen 9a, durch die sich die Bleidrähte C, die
mit den Elektroden 4, 5, 6 verbunden
sind, hindurchgeführt
sind, um mit einem externen Schaltkreis (nicht dargestellt) zum
Erfassen des Neigungswinkels verbunden zu werden.
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Herstellen der
Deckplatte
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Wie schon erwähnt, ist die Deckplatte 3 aus einer
Bleiglasform hergestellt. Die Vertiefung 3c und der Vorsprung (Anzeigeelement) 30 sind
einstöckig geformt.
Nach Vollenden des Formens weicht das Konfigurationszentrum der
Deckplatte 3 im allgemeinen von der durch den tiefsten
Punkt der konkaven Fläche
(Vertiefung) 3c gehenden Flächennormalen ab. Der Zentriervorgang
wird ausgeführt,
um diese Abweichung zu beseitigen. Wie oben erwähnt, wird der Ausrichtevorgang
vor dem Zentriervorgang ausgeführt,
damit das Drehzentrum der Deckplatte 3 mit der Flächennormalen
zusammenfällt,
die am tiefsten Punkt senkrecht zur Vertiefung 3c steht.
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In 6 ist
eine Zentriereinrichtung schematisch dargestellt. In 6 ist ein zylindrisches
Glockenfutter 70 an seinem Basisende mit einer Spindel (nicht
dargestellt) verbunden, so daß es
um deren Längsachse
rotieren kann. Das Innere des Glockenfutters 70 ist mit
einer Vakuumsaugeinrichtung (nicht dargestellt) verbunden, so daß die obere
Fläche 3a der
Deckplatte 3 durch das Vakuum an das Vorderende des Glockenfutters 70 gesaugt
werden kann. Ein Ausrichteteleskop 72 ist gegenüber dem
vorderen Ende des Glockenfutters 70 angeordnet. Die Achse eines
Objektivs des Teleskops 72 ist entlang der Mittelachse
(Drehachse) des Glockenfutters 70 ausgerichtet. Ein Schleifrad 74 zum
Schleifen des äußeren Randes
der Deckplatte 3 hat eine Umfangsfläche parallel zur Mittelachse
des Glockenfutters 70 und ist in Richtung senkrecht zur
Mittelachse des Glockenfutters 70 beweglich. Das Schleifrad 74 kann
auf die Deckplatte 3 zu oder von dieser wegbewegt werden.
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Beim Ausrichtevorgang mittels der
Einrichtung betätigt
der Bediener die Vakuumsaugeinrichtung, um die obere Fläche 3a der
Deckplatte 3 durch das Vakuum auf das Vorderende des Glockenfutters 70 zu
saugen. Daraufhin dreht die Spindel, mit der das Glockenfutter 70 verbunden
ist, die Deckplatte 3 zusammen mit dem Glockenfutter 70.
Der Bediener blickt durch das Ausrichteteleskop 72 auf
die untere Fläche 3b der
rotierenden Deckplatte 3, um den Zustand des Vorsprungs
(Anzeigeelement) 30 zu beobachten. Alternativ kann eine
Vi deokamera oder ähnliches
anstelle des Ausrichteteleskops 72 verwendet werden. Bei
dieser Alternative wird der Vorsprung 30 auf einer Anzeige,
die mit der Videokamera verbunden ist, angezeigt, so daß der Bediener
den Zustand des Vorsprungs 30 durch die Anzeige beobachten kann.
Anstelle des Ausrichtteleskops 72 kann ebenso ein Mikroskop
verwendet werden.
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Beobachtet man, daß sich der
Vorsprung (Anzeigeelement) 30 der Deckplatte 3 auf
einem Kreis bewegt, so weicht das Drehzentrum R der Deckplatte 3 von
der Geraden ab, die an dem tiefsten Punkt der konkaven Fläche 3c senkrecht
zu derselben steht, wie in 7 angezeigt
ist. Ergibt die Beobachtung, daß der
Vorsprung (Anzeigeelement) 30 der Deckplatte 3 im
wesentlichen als ein Punkt gesehen wird, d.h. daß er sich nicht auf einem Kreis
bewegt, so liegt das Drehzentrum R der Deckplatte 3 auf
der Flächennormalen,
die an dem tiefsten Punkt der konkaven Fläche 3c senkrecht zu
derselben steht, wie in 7b gezeigt
ist. In diesem Fall ist der Ausrichtevorgang beendet. Bewegt sich
der Vorsprung (Anzeigeelement) 30 der Deckplatte 3 auf
einem Kreis, so beendet der Bediener die Rotation der Spindel und
schlägt
mit einem Werkzeug, z.B. einem Hammer etc., auf die Deckplatte 3,
um die Position der Deckplatte 3 einzustellen. Das Einstellen
der Position der Deckplatte 3 wird so lange wiederholt,
bis die Beobachtung ergibt, daß der
Vorsprung 30 der rotierenden Deckplatte 3 im wesentlichen
als ein Punkt gesehen wird.
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Ist der Ausrichtevorgang vollendet,
so bewegt der Bediener das Schleifrad 74, um dieses mit der
rotierenden Deckplatte 3 in Kontakt zu bringen, und damit
die äußere Randfläche der
Deckplatte 3 zu schleifen. Der Schleifvorgang ist beendet,
sobald die gesamte äußere Randfläche der
Deckplatte 3 durch das Schleifrad 74 geschliffen
ist, so daß die
Entfernung zwischen dem Zentrum R der Deckplatte 3 und der
gesamten äußeren Randfläche identisch
wird. Nach Vollenden des Schleifvorganges ist das Konfigurationszentrum
der Deckplatte 3 identisch mit der Geraden, die an dem
tiefsten Punkt der konkaven Flä che 3c senkrecht
auf derselben steht. Der Zentriervorgang ist damit beendet, und
die Deckplatte 3 ist eingestellt.
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Herstellen des
Neigungsmessers
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Um den Neigungsmesser herzustellen,
werden das zylindrische Gehäuse 2 und
die Bodenplatte 1 wie eingangs erwähnt präpariert. Die Halterung 7, der
Deckel 8 und die Abdeckung 9 werden angefertigt,
indem ein Aluminiumlegierungsblock in vorgegebene Formen geschnitten
wird.
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Die oberen Elektroden 4 und 5 werden
an der inneren Fläche
der Vertiefung 3c der Deckplatte 3 ausgebildet,
und die untere Elektrode 6 wird an der oberen Fläche 1a der
Bodenplatte 1 erzeugt, wie zuvor erläutert wurde.
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Die obere Fläche 1a der Bodenplatte 1 und die
untere Fläche 3b der
Deckplatte 3 werden koaxial mit der unteren Endfläche bzw.
der oberen Endfläche des
zylindrischen Gehäuses 2 mit
einem aus einer Glaspaste hergestellten Haftmittel in zähflüssiger Form
verklebt. Sobald die Deckplatte 3, das zylindrische Gehäuse 2 und
die Bodenplatte 1 bezüglich
ihrer Konfiguration miteinander übereinstimmen,
kann die axiale Ausrichtung dieser Elemente festgesetzt werden,
da der Ausrichtevorgang für
die Deckplatte 3 vollendet ist. Folglich ist die Gerade,
die am tiefsten Punkt (Mittelpunkt) der konkaven Fläche 3c senkrecht
zu derselben steht, in der Verlängerung
der Mittelachse des zylindrischen Gehäuses 2 angeordnet. Daraufhin
wird die elektrolytische Lösung
D in das zylindrische Gehäuse 2 durch
eine Einlaßöffnung (nicht dargestellt)
eingebracht, die in der Seitenwand des zylindrischen Gehäuses 2 ausgebildet
ist. Die Einlaßöffnung wird
heiß verklebt,
während
eine geeignete Menge an Luft in dem zylindrischen Gehäuse 2 verbleibt.
Die Bleidrähte
C werden an ihrem einen Ende an die Elektroden 4, 5 und 6 angelötet. Auf
diese Weise erhält
man den luftdichten Behälter
A. Aufgrund der Grenzflächenspannung
zwischen der inneren Fläche
der Vertiefung 3c und der elektrolytischen Lösung D bildet
sich die Luftblase B aus.
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Daraufhin wird der luftdichte Behälter A in dem
durch die Halteelemente 7a begrenzten Hohlbereich der Halterung 7 plaziert.
Die Deckplatte 3 des luftdichten Behälters A wird folglich auf den
Anlageflanschen 7c stabil gehalten, so daß das zylindrische Gehäuse 2 und
die Bodenplatte 1 in dem Hohlbereich der Halterung 7 aufgehängt angeordnet
sind. Wenn sich die Mittelachse L der Halterung 7 in vertikaler Richtung
erstreckt, ist deshalb der tiefste Bereich der Vertiefung 3c an
der höchsten
Stelle in dem luftdichten Behälter
A angeordnet, da die untere Fläche 3b der
Deckplatte 3 in einer Ebene liegt, die parallel zur Tangentialebene
an die konkave Fläche 3c an
deren tiefsten Punkt ausgerichtet ist. Deshalb wird die Luftblase
B zum tiefsten Bereich der Vertiefung 3c bewegt.
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Der luftdichte Behälter A wird
so gedreht, daß die
Richtung, entlang derer die oberen Elektroden 4 und 5 nebeneinander
liegen, d.h. die Richtung, in der die Krümmung der Vertiefung 3c am
kleinsten ist, identisch mit der Erfassungsrichtung ist, in der
der Neigungswinkel erfaßt
wird. In 1 wird der
luftdichte Behälter
A so gedreht, daß die
oberen Elektroden 4 und 5 in horizontaler Richtung
nebeneinander liegen. Wird die Winkelposition der Deckplatte 3 relativ
zu der Halterung 7 eingestellt, so sind die Vorsprünge 4a und 5a der
oberen Elektroden 4 und 5 in Bereichen angeordnet,
die durch die angrenzenden Halteelemente 7a begrenzt sind,
so daß die
oberen Elektroden 4 und 5 von der Halterung 7 isoliert
werden können.
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Daraufhin wird der O-Ring 12 in
die Ringnut 8a des Deckels 8 eingepaßt, und
die Halterung 7 wird mit dem Deckel 8 abgedeckt.
Die Senklöcher 8c des Deckels 8 werden
mit den Gewindebohrungen 7b der Halteelemente 7a in Übereinstimmung
gebracht, und daraufhin werden die Schrauben 13 mit ihren
flachen Köpfen
durch die Senklöcher 8c in
die Gewindebohrungen
7b geschraubt. Werden die Schrauben 13 bis zum äußersten
befestigt, so wird der O-Ring elastisch deformiert und ganz gegen
die obere Fläche 3a der
Deckplatte 3 gedrückt,
um somit unabhängig
vom Neigungswinkel der oberen Fläche 3a der
Deckplatte 3 diese auf die Anlageflansche 7c der
Halterung 7 zu pressen. Folglich wird der luftdichte Behälter A in
der oben erläuterten
Stellung fest mit der Halterung 7 verbunden. Der Neigungsmesser
ist somit aufgebaut.
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Da bei dem eben erläuterten
Ausführungsbeispiel
die Deckplatte 3 mit einem Anzeigeelement (Vorsprung) 30 versehen
ist, kann der Zentriervorgang leicht und schnell durchgeführt werden.
Die Deckplatte 3 kann somit mit hoher Effizienz und weniger
Arbeitsaufwand hergestellt werden, so daß sich eine erhöhte Produktivität pro Zeiteinheit
für den
Neigungsmesser ergibt.
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Obgleich sich der Vorsprung (Anzeigeelement) 30 bei
dem erläuterten
Ausführungsbeispiel
an der konkaven Fläche 3c der
Deckplatte 3 befindet, und sich entlang der Geraden, die
am tiefsten Punkt der konkaven Fläche 3c senkrecht auf
derselben steht, in das Innere des luftdichten Behälters A
erstreckt, kann ein Vorsprung vorgesehen werden, der ausgehend von
der oberen Fläche 3a der
Deckplatte 3 entlang der Geraden hervortritt, die an dem
tiefsten Punkt der konkaven Fläche 3c senkrecht
auf derselben steht, wie in den 8a bis 8c dargestellt ist. In dieser
alternativen Ausführungsform
wird die untere oder konkave Fläche 3c der
Deckplatte 3 während des
Ausrichtevorgangs durch das Vakuum an das Glockenfutter 70 angesaugt.
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Alternativ können drei Anzeigeelemente (Vorsprünge) vorgesehen
sein, die gleichwinklig voneinander beabstandet sind, und die in
radialer Richtung in einem gleichen Abstand vom tiefsten Punkt der
Vertiefung 3c der Deckplatte 3 beabstandet sind und
sich an der oberen Fläche 3a der
Deckplatte 3 befinden, wie in den 9a bis 9c dargestellt
ist. Wird bei die sem alternativen Ausführungsbeispiel beobachtet,
daß sich
die Vorsprünge 30 auf
verschiedenen konzentrischen Kreisen bewegen, so ist der Ausrichtevorgang
nicht beendet, wie in 10a gezeigt
ist. Ergibt jedoch die Beobachtung, daß sich die Vorsprünge 30 auf
einem identischen Kreis bewegen, so ist der Ausrichtevorgang abgeschlossen,
wie in 10b dargestellt
ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
ist es möglich,
die Vorsprünge 30 an der
unteren Fläche 3b der
Deckplatte 3 vorzusehen.
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Ferner ist es möglich, zwei Anzeigeelemente (Vorsprünge) 30 an
der konkaven Fläche 3c oder
der oberen Fläche 3a der
Deckplatte 3 vorzusehen. Die zwei Vorsprünge 30 sind
von dem tiefsten Punkt der Vertiefung in gleichem Abstand in Richtung
y senkrecht zur Erfassungsrichtung entfernt, in welcher der Neigungswinkel
erfaßt
wird. Darüber
hinaus können die
in den 4a bis 4c, 8a bis 8c und 9a bis 9c dargestellten Vorsprünge durch
eine Vertiefung oder Vertiefungen ersetzt werden.
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Ausführungsbeispiel 2
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Im folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung erläutert.
In den 11a bis 11c ist die Deckplatte 3 mit
einem Anzeigeelement 31 auf der Geraden versehen, die an
dem tiefsten Punkt der konkaven Fläche 3c senkrecht zu
derselben steht. Das Anzeigeelement 31 besteht aus einer
ebenen Fläche,
die an dem tiefsten Bereich der Vertiefung (konkave Fläche) 3c ausgebildet
ist.
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Um das Anzeigeelement 31 auszubilden,
ist das Formwerkzeug (nicht dargestellt), das zum Formen der Deckplatte 3 geeignet
ist, einstöckig
mit einem äußerst kleinen
Vorsprung (nicht dargestellt) versehen, der dem tiefsten Bereich
der Vertiefung 3c entspricht. Wenn die Glasvorform geformt
wird, um die Deckplatte 3 auszubilden, wird folglich der
flache Bereich (Anzeigeelement) 31 durch den äußerst kleinen
Vorsprung des Formwerkzeuges, das einen höheren Druck auf die Glasvorform
ausübt,
einstöckig an
dem tiefsten Bereich der Vertiefung 3c ausgebildet. Ein
Laserstrahl kann das flache Anzeigeelement 31 durchdringen,
während
er das in den anderen Bereichen der konkaven Fläche 3c nicht kann.
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Der Ausrichtevorgang der Deckplatte 3 wird in
dem zweiten Ausführungsbeispiel
auf dieselbe Art durchgeführt,
wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Alternativ
kann der Ausrichtevorgang wie folgt ausgeführt werden.
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In einer Zentriereinrichtung nach 12 ist das Glockenfutter 70 identisch
mit dem Glockenfutter 70 nach 6. In dem Glockenfutter 70 ist
ein Laserstrahlempfänger 81 auf
der Mittelachse (Drehachse) vorgesehen. Ein Laserstrahlemitter 80 ist
gegenüber dem
Laserstrahlempfänger 81 angeordnet.
Der Laserstrahlemitter 80 ist derart angeordnet, daß die optische
Achse H des von dem Laserstrahlemitter 80 ausgesendeten
Laserstrahls im wesentlichen identisch mit der Achse ist, um die
das Glockenfutter 70 rotiert, d.h. mit dem Zentrum der
Drehung der Deckplatte 3, die durch das Vakuum mit dem
Glockenfutter verbunden ist. Der Laserstrahlempfänger 81 ist an eine
Alarmeinrichtung (nicht dargestellt) angeschlossen, die Alarm gibt,
sobald der Laserstrahlempfänger 81 den
Laserstrahl empfängt.
Das Schleifrad 74 ist wie in der Anordnung nach 6 angeordnet. Die Alarmeinrichtung
kann durch eine Anzeigeeinrichtung, die bei einem Empfang des Laserstrahls
durch den Laserstrahlempfänger 81 entsprechende
Informationen anzeigt, ersetzt werden.
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In dem Ausrichtevorgang verbindet
der Bediener mittels der Vakuumsaugeinrichtung das obere Ende 3a der
Deckplatte 3 mit dem Vorderende des Glockenfutters 70.
Daraufhin betätigt
der Bediener den Laserstrahlemitter 80, so daß dieser
einen Laserstrahl zu dem Laserstrahlempfänger 81 sendet. Weicht
das Drehzentrum der Deckplatte 3 von der Geraden ab, die
an dem tiefsten Punkt der konkaven Fläche 3c senkrecht auf
derselben steht, d.h. ist das Ausrichten noch nicht vollendet, so
trifft der Laserstrahl auf den rauhen Oberflächenbereich der konkaven Fläche 3c und
tritt nicht durch die Deckplatte 3. Folglich erreicht der
Laserstrahl nicht den Laserstrahlempfänger 81.
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Ist das Drehzentrum der Deckplatte 3 identisch
mit der Geraden, die an der tiefsten Stelle der konkaven Fläche 3c senkrecht
auf derselben steht, d.h. ist das Ausrichten vollendet, so tritt
der Laserstrahl an dem Anzeigeelement 31 durch die Deckplatte 3 und
wird von dem Laserstrahlempfänger 81 empfangen.
Folglich klingelt die Alarmeinrichtung, um den Empfang des Laserstrahls
durch den Laserstrahlempfänger 81 anzuzeigen,
d.h. der Ausrichtevorgang ist beendet. Der Bediener wiederholt die
Einstellung der Position der Deckplatte 3, indem er auf dieselbe
mit einem Hammer 73 schlägt, bis die Alarmeinrichtung
klingelt, nachdem der Laserstrahlemitter veranlaßt wurde, den Laserstrahl auszusenden.
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Ist der Ausrichtevorgang vollendet,
so beendet der Bediener den Betrieb des Laserstrahlemitters 81,
damit kein Laserstrahl mehr ausgesendet wird. Daraufhin dreht der
Bediener die mit dem Glockenfutter 70 verbundene Spindel
(nicht dargestellt), um die Deckplatte 3 zusammen mit dem
Glockenfutter 70 zu drehen. Ist der Ausrichtevorgang vollendet,
so bewegt der Bediener das Schleifrad 74, um es in Kontakt
mit der rotierenden Deckplatte 3 zu bringen, so daß die äußere Randfläche der
Deckplatte 3 geschliffen wird. Der Schleifvorgang endet,
sobald die gesamte äußere Randfläche der
Deckplatte 3 durch das Schleifrad 74 geschliffen
wird. Nach Vollenden des Schleifvorganges ist das Konfigurationszentrum
der Deckplatte 3 identisch mit der Geraden, die an dem tiefsten
Punkt der Vertiefung senkrecht auf der konkaven Fläche 3c steht.
Somit ist der Zentriervorgang beendet.
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Der Aufbau und der Vorgang des Zusammenbaus
des Neigungsmessers sind identisch mit denen des ersten Ausführungsbei- spiels, so daß auf eine
nochmalige Erläuterung
an dieser Stelle verzichtet wird. Der technische Vorteil des zweiten
Ausführungsbeispiels
ist im wesentlichen derselbe wie der des ersten Ausführungsbeispiels.
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Falls die untere Fläche 3b der
Deckplatte 3 in ihrer Gesamtheit durch eine rauhe Oberfläche gebildet
wird, können
die Anzeigeelemente aus drei ebenen Flächenbereichen bestehen, die
an der rauhen unteren Fläche 3b ausgebildet
sind. In dieser modifizierten Anordnung sind die ebenen Flächenbereiche gleichwinklig
voneinander beabstandet und haben einen gleichen Abstand von dem
Zentrum der Vertiefung 3c der Deckplatte 3 wie
das Anzeigeelement 30 in dem Ausführungsbeispiel, das in den 9a bis 9c gezeigt
ist. In dem Glockenfutter 70 der Zentriereinrichtung des
ersten Ausführungsbeispiels
ist eine divergierende Lichtquelle vorgesehen, so daß die rotierende
Deckplatte 3 durch ein Ausrichteteleskop 72 gesehen
werden kann, das sich gegenüber
dem Vorderende des Glockenfutters 70 befindet, um den Ausrichtevorgang
durchzuführen.
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Da durch die vorliegende Erfindung über den Drehzustand
des Anzeigeelements ermittelt werden kann, ob die Zentrierung der
Deckplatte vollendet ist oder nicht, kann der Zentriervorgang der
Deckplatte leicht und schnell ausgeführt werden.