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Verfahren und Vorrichtung zum abschnittsweisen Richten von Werkstücken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum abschnittsweisen Richten von Werkstücken,
insbesondere Stäben, wobei an mehreren vorgegebenen Meßstellen der radiale verzug
abgetastet und an beliebig ausgewählten dieser Meßstellen gerichtet wird, und eine
Vorrichtung zu dessen Durchführung.
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Das abschnittsweise Richten von Werkstücken, insbesondere langen
Stäben,
wird bis jetzt so vorgenommen, daß versucht wird, jeden Abschnitt des Werkstücks
sofort verzugsfrei zu richten, ohne daß Rücksicht auf die übrigen Abschnitte genommen
wird. Ein derartiges Vorgehen hat jedoch oft zur Folge, daß die Verringerung des
Verzugs eines bestimmten Abschnitts auf die zulässige Toleranz eine Erhöhung des
Verzugs in den benachbarten Abschnitten mit sich bringt. Insbesondere kann es dabei
zu einem Überbiegen der benachbarten Abschnitte kommen, so daß im Ergebnis das Werkstück
über die ganze Länge, d. h. über alle Abschnitte, noch einmal gerichtet werden muß.
Ein derartiges Vorgehen ist offensichtlich sehr zeitaufwendig .
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Um ein solches Überbiegen zu vermeiden, hat man bei starkem Verzug
des Werkstücks zunächst ein Grobrichten auf eine größere oder Zwischentoleranz und
anschließend ein Feinrichten auf die Endtoleranz vorgenommen, was aber offensichtlich
ebenfalls zeitraubend ist.
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Ferner haben die zu richtenden Werkstücke häufig keine Zentren, weil
letztere bei der vorhergehenden Bearbeitung des Werkstücks nicht erforderlich oder
bei der Weiterverarbeitung des Werkstücks nach dem Richten sogar unerwünscht sind.
Zum Beispiel kommt das spitzenlose Schleifen von Werkstücken ohne deren Zentrierung
aus, und bei Werkzeugen wie Fließpreßstempeln od. dgl. sind Zentren verständlicherweise
untragbar.
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Selbst wenn Zentren vorhanden sind, kann es sein, daß diese für die
Werkstückaufnahme nicht verwendet werden sollen, wenn nur an den Richtstellen aufgenommen
und gerichtet wird, z. B. bei Kurbelwellen .
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Falls einerseits Zentren vorhanden sind, jedoch diese nicht genau
mittig liegen, andererseits das Werkstück auf eine Toleranz gerichtet werden soll,
die kleiner als die Mittenabweichung der Zentren ist, ist bislang ein Richten nicht
möglich.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein schnelles und genaues Richten von
Werkstücken aller Art ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von je drei
beliebigen Meßstellen der Verzug an den beiden äußeren Meßstellen erfaßt und daraus
ein theoretischer Verzug an der jeweils dazwischen liegenden Meßstelle, die gleichzeitig
die momentane Richtstelle ist, derart ermittelt wird, daß dieser auf einer die beiden
Verzugswerte an den äußeren Meßstellen verbindenden Meßwertgeraden liegt, und daß
an dieser Richtstelle mit einer Zustellung gleich der Differenz zwischen dem dort
erfaßten Verzug und dem theoretisch ermittelten Verzug gerichtet wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es also möglich, Werkstücke
mit mehrfachen Verbiegungen schnell zu richten, indem sukzessiv die Anzahl der Verbiegungen
reduziert wird, d. h. das Richten ohne Verursachung zusätzlicher Verbiegungen bzw.
Knicke vor sich geht.
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Anders ausgedrückt: Durch das erfindungsgemäße Richten wird den einzelnen
Abschnitten des Werkstücks ein ziemlich genauer geradliniger Verlauf verliehen,
so daß dann nur noch die zwischen derartigen
geradlinig gemachten
Abschnitten verbleibenden Verbiegungen bzw. Knicke wegzurichten sind.
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Es ist ferner ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren keine
Zentren bei den zu richtenden Werkstücken voraussetzt, da die Erfassung des Verzugs
nicht relativ zur Mittelachse, sondern zum Außendurchmesser des Werkstücks erfolgt.
Dies bringt auch den Vorteil mit sich, daß außermittig zentrierte Werkstücke trotzdem
zwischen den Spitzen gespannt, gemessen und gerichtet werden können.
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Die Erfassung des Verzugs kann jedoch jederzeit auch relativ zur Mittelachse
erfolgen, wenn dies erforderlich sein sollte.
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Die Erfindung wird dadurch weitergebildet, daß nach Richten des Werkstücks
an einer ersten zwischenliegenden Meßstelle auf eine vorgegebene Toleranz das nächste
Richten an einer zu diese um n Meßstellen versetzten anderen zwischenliegenden Meßstelle
erfolgt.
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Die Meß- und Richtstellen können also nach Bedarf beliebig gewählt
werden, um eine Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse zu erzielen.
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Ferner ist es zweckmäßig, daß der an der zwischenliegenden Meßstelle
erfaßte Verzug gleich der halben Differenz zwischen den in den bei einer vollen
Umdrehung des Werkstücks von diesem angenommenen beiden extremen Lagen in bezug
auf das Richtwerkzeug gemessenen Auslenkung der zugehörigen Meßeinrichtung ist;
und daß in der dem Richtwerkzeug zugewandten extremen Lage des Werkstücks an der
zwischenliegenden Meßstelle der Verzug an den beiden äußeren
Meßstellen
dadurch ermittelt wird, daß die Differenz zwischen einerseits der Momentanauslenkung
der zur betreffenden Meßstelle gehörenden Meßeinrichtung und andererseits dem arithmetischen
Mittelwert der beiden extremen Auslenkungen derselben Meßeinrichtung bei einer vollen
Umdrehung des Werkstücks gebildet wird.
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Auf diese Weise können Werkstücke mit Verbiegungen in verschiedenen
Ebenen schnell und genau gerichtet werden.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen an den einzelnen Meßstellen
jeweils über ein eigenes Zahnrad auf einer Zahnstange verschiebbar sind, wobei jedes
Zahnrad mit einem eigenen Winkelcodierer gekoppelt ist, der an Analogrechenstufen
zur Berechnung der Verzugswertgeraden und damit des theoretischen Verzugs angeschlossen
ist.
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Die Vorrichtung kann aber auch so ausgebildet sein, daß die Meßeinrichtungen
an den einzelnen Meßstellen jeweils über eine eigene Kupplung mit einer von einem
Schrittmotor getriebenen gemeirsamen Spindel koppelbar sind, und daß der Schrittmotor
an Analogrechenstufen zur Berechnung der Verzugswertgeraden und damit des theoretischen
Verzugs angeschlossen ist.
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Diese Ausführungen betreffen die Erfassung der Abstände der Meßeinrichtungen
zueinander. Es sind jedoch auch einfachere technische Lösungen möglich, z. B. die
manuelle Eingabe der gemessenen Abstände der einzelnen Meßeinrichtungen in einen
Bedienungsschrank der Vorrichtung.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zum abschnittweisen Richten
von Werkstücken, Fig. 2 a - d die Anwendung dieses Verfahrens bei einem Werkstück
mit fünf Meßstellen und drei Richtstellen, Fig. 3 a - g die Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens bei einem Werkstück mit neun Meßstellen und sieben Richtstellen, Fig.
4 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit einer elektronischen Steuerung, Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Hand-Stelleinrichtung
für die Meßeinrichtung zur Signalgabe für die Ermittlung der Verzugswertgeraden,
und Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Motor-Stelleinrichtung für die Meßeinrichtungen
zur Signalgabe für die Ermittlung der Verzugswertgeraden.
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Fig. 1 zeigt in einer oberen Maximallage S ein Werkstück S max in
Form eines langen Stabs, dessen (übertrieben groß dargestellter) Verzug über seine
Länge an verschiedenen Meßstellen M durch jeweils eine Meßeinrichtung ME erfaßt
wird.
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Fig. 1 läßt ferner erkennen, daß von je drei beliebigen Meßstellen,
hier Mm~1, Mi, Mi+1, der Verzug a bzw. b an den beiden äußeren Meßstellen Mi M Mi
1 erfaßt und daraus ein theoretischer Verzug e an der jeweils dazwischenliegenden
Meßstelle, hier Mi, die gleichzeitig Richtstelle ist - ein Richtwerkzeug R ist schematisch
angedeutet - derart ermittelt wird, daß dieser auf einer die beiden Verzugswerte
a bzw. b an den äußeren Meßstellen Mi 1 Mi 1 verbindenden Meßwertgeraden G liegt,
und daß an dieser Richtstelle bzw.
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dazwischenliegenden Meßstelle M. das Richten mittels des Richtwerkzeugs
R mit einer Zustellung erfolgt, deren Größe mindestens gleich der Differenz (f -
e) zwischen dem dort erfaßten Verzug f und dem theoretisch ermittelten Verzug e
ist. Am Anfang des Richtens, wenn der erfaßte Verlief ziemlich groß ist, kann die
Zustellung ein Mehrfaches der Differenz (f - e) betragen, gegen Ende des Richtens
dagegen, wenn der erfaßte Verzug f nur noch klein ist, wird die Zustellung normalerweise
nur noch etwas größer als die Differenz (f - e) sein.
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Zweckmäßigerweise wird an der dazwischenliegenden Meßstelle M. der
"erfaßte Verzug f" gleich der halben Differenz zwischen den in den bei einer vollen
Umdrehung des Werkstücks von diesem in bezug auf das Richtwerkzeug R angenommenen
beiden extremen Lagen S und S gemessenen Auslenkungen E bzw. E der max - min - -
max,i min,i zugehörigen Meßeinrichtung ME. gewählt.
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Vorteilhafterweise wird dabei in der dem Richtwerkzeug R zugewandten
extremen Làge S des Werkstücks an der zwischenliemax genden Meßstelle M. der Verzug
an den beiden äußeren Meßstellen
Mi 1 Mi 1 ermittelt durch Bildung
der Differenz zwischen einerseits der Momentanauslenkung Ei 1 bzw. E. 1 der zur
betreffenden Meßstelle Mi 1 bzw. M. 1 gehörenden Meßeinrichtung MEi 1 bzw.
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MEi +1 und andererseits dem arithmetischen Mittelwert der beiden extremen
Auslenkungen derselben Meßeinrichtung bei einer vollen Umdrehung des Werkstücks.
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Auf diese Weise können auch Werkstücke mit Verbiegungen in verschiedenen
Ebenen schnell und genau gerichtet werden; in einem solchen Fall sind nämlich die
Momentanauslenkungen Ei 1 bzw. Ei+1 der Meßeinrichtungen ME. bzw. Met i +1, also
die Auslenkungen an den beiden äußeren Meßstellen, wenn die Meßeinrichtung ME. an
der mittleren Meßstelle M. ihre maximale Auslenkung Emax, i zeigt, d. h.
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insoweit die dem Richtwerkzeug R zugewandte extreme Lage S demax finiert,
ungleich den bei einer vollen Umdrehung des Werkstücks an den beiden äußeren Meßstellen
Mi 1 bzw. Mi 1 tatsächlich von den zugehörigen Meßeinrichtungen erfahrenenrBimalen
Auslenkungen. Die Übereinstimmung ist nur dann gegeben, wenn die Verbiegungen in
ein und derselben Ebene liegen.
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Fig. 2 veranschaulicht die Anwendung des in Fig. 1 erläuterten erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Gerade-Richten bei einem Werkstück mit fünf Meßstellen M1 - M5 und
drei Richtstellen bzw. Richtwerkzeugen R1 - R3.
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Im einzelnen zeigen die Teilfiguren 2a - d die aufeinanderfolgenden
Verfahrensschritte, also das aufeinanderfolgende Richten des Werkstücks S' mit den
Richtwerkzeugen R1, R3 und R2 sowie den erreichten
Endzustand (Fig.
2 d), wenn die Restkrümmung des Werkstücks innerhalb der vorgegebenen Toleranz liegt.
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Dabei bezeichnen f1-e1, f e3 und f2 e2 die jeweiligen Zustellungen
der Richtwerkzeuge zum abschnittsweisen Geradebiegen (e und f haben dieselbe Bedeutung
wie in Fig. 1), G1, G2 und G3 die jeweiligen Verzugswertgeraden ähnlich G in Fig.
1.
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Fig. 2 läßt gut erkennen, wie durch das erfindungsgemäße Richten
zunächst den einzelnen Abschnitten des Werkstücks ein ziemlich genauer geradliniger
Verlauf verliehen wird, so daß dann nur noch die zwischen derartigen geradlinig
gemachten Abschnitten verbleibenden Verbiegungen bzw. Knicke wegzurichten sind,
um insgesamt einen geradlinigen Verlauf des Werkstücks zu erzielen. Es ist jedoch
auch denkbar, daß auf diese Weise das Werkstück in eine sonst gewünschte Form gerichtet
wird, die vom geradlinigen Verlauf abweicht.
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Fig. 3 zeigt dann die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Gerade-Richten eines Werkstücks bei insgesamt neun Meßstellen und sieben Richtstellen.
Fig. 3 ist ohne weitere Erläuterung aus sich heraus verständlich, da dieselben Symbole
für Werkstück, Meßstellen, Meßeinrichtungen, Prüfwerkzeuge und Meßwertgeraden wie
in Fig. 1 und 2 verwendet worden sind. Dabei sind die für den jeweiligen Richtabschnitt
gemäß Fig. 3 a - g jeweils benutzten drei Meß- und Richtstellen durch Pfeile in
kleinen Kreisen angedeutet.
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Gemäß Fig. 4 hat ein Richtstempel RS mehrere Richtw erkzeuge R 1
R2 und R3, die wahlweise auf ein drehbares Werkstück S einwirken
können,
dessen Verzug von Meßeinrichtungen ME1 - ME5 erfaßt wird.
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Eine Baugruppe 10 steuert die Auswahl der Meßstellen-Tripel im Sinn
von Fig. 1 und damit die Reihenfolge der Betätigung der z. B.
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hydraulisch angetriebenen Richtwerkzeuge, ferner in Verbindung damit
das Ein- und Ausfahren von (nicht gezeigten) an sich bekannten Richtunterlagen.
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Während ein (nicht gezeigter) Antrieb das Werkstück S dreht, werden
von den durch die Baugruppe 10 ausgewählten Meßstellen die Auslenkungen der betreffenden
Meßeinrichtungen in zugehörige Speicher 11i, 11i 1 und 11i 1 weitergeleitet, die
auf diese Weise minimale und maximale Auslenkung an der zugehörigen Meßstelle speichern.
An jedem Speicher ist ein Mittelwertbildner 12i, 12im1 bzw.
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12i 1 angeschlossen, der aus der maximalen und minimalen Auslenkung
jeder Meßstelle einen arithmetischen Mittelwert bildet, der seinerseits in einen
zugehörigen Subtrahierer 13i X 13im1 bzw. 13i 1 eingespeist wird, dessen anderer
Eingang mit der Momentanauslenkung der zugehörigen Meßstelle beaufschlagt wird.
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Die Subtrahierer 13im1 und 13 i 1 sind mit ihrem Ausgang an einen
Vergleicher 14 angeschlossen, dem ein Rechner 15 und ein Addierer 16 nachgeschaltet
sind. Mit einem anderen Eingang vom Addierer 16 ist auch der Ausgang des Subtrahierers
13i 1 unmittelbar verbunden. Die drei Stufen 14 - 16 errechnen den theoretischen
Verzug an der mittleren Meßstelle, bestimmen also den der mittleren Meßstelle zugeordneten
Punkt auf der Verzugswertgeraden,
deren beide Endpunkte durch die
Ausgangssignale der Subtrahierer 13im1 und 13. festgelegt sind (vgl. auch obige
Erläuterung). Dieser theoretische Verzugswert am Ausgang des Glieds 16 wird in einem
Vergleicher 17 mit dem Momentanverzug an der mittleren Meßstelle verglichen, wenn
das Werkstück sich in seiner zum Richtstempel an der mittleren Meßstelle zugewandten
extremen Lage befindet (S in Fig. 1), was durch eine Koinzidenzschaltung 18 gewährleimax
stet wird, die das Ausgangssignal vom Subtrahierer 13. nur dann durchläßt, wenn
an der mittleren Meßstelle die Krümmung des Werkstücks maximal zum zugehörigen Richtwerkzeug
hin ausgerichtet ist, was ein Signalgeber 19 anzeigt, der folgendermaßen arbeitet:
Das Signal vom Ausgang "max" des Speichers lii und das Signal entsprechend der Momentanauslenkung
an der mittleren Meßstelle Mi werden im Signalgeber 19 verglichen.
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Sobald im Signalgeber 19 die Differenz der Eingangssignale Null ist,
d. h. die Momentanauslenkung an der mittleren Meßstelle Mi gleich der maximalen
Auslenkung (vom Speicher lli) ist, wird das die Größe der Hubverstellung angebende
Ausgangssignal des Subtrahierers 17 in eine Hubverstellungseinrichtung 21 eingespeist,
die ein elektrohydraulisches Getriebe 20 zur Betätigung des jeweiligen Richtwerkzeugs
um die gewünschte Zustellung ansteuert. Zur Hubverstellung wird dabei der vom Subtrahierer
17 eingegebenen Größe entsprechend in der Hubverstellungseinrichtung 21 die nächste
Hubgröße vorgewählt.
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Das Ausgangssignal vom Vergleicher 13i 1 entspricht dem Verzugswert
a an der einen äußeren Meßstelle Mi 1in Fig. 1; und das
Ausgangssignal
vom Vergleicher 13i 1 dem Verzugs wert b an der anderen äußeren Meßstelle Mi 1 in
Fig. 1. Im Vergleicher 14 wird dann die Differenz der Verzugswerte a und b gebildet.
Diese Differenz wird im Rechner 15 entsprechend der Neigung der Geraden G am Ort
der Meßeinrichtung ME. auf die mittlere Meßstelle M. um-1 1 gerechnet. Zu diesem
Zwischenwert wird im Addierer 16 der Verzugswert b addiert, so daß am Ausgang des
Addierers 16 ein dem theoretischen Verzug e (vgl. Fig. 1) entsprechendes Signal
entsteht.
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Im Subtrahierer 17 wird nun die Differenz von f (vgl. Fig. 1) und
e ermittelt, die der zu richtende Betrag ist.
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Der mittleren Meßstelle Mi ist immer der (in Fig. 4) obere Ausgang
der Baugruppe 10 zugeordnet. Die Verbindung der Baugruppen und und14, 15 und 16
erfolgt über den Subtrahierer 17.
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Unmittelbar hinter dem Subtrahierer 17 ist ein (nicht gezeigter)
Toleranz-Vergleicher geschaltet, der das Ausgangssignal des Subtrahierers 17 mit
einem vorgegebenen Toleranzsignal vergleicht und ggf.
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ein Zustellen des Richtstempels RS bzw. des Richtwerkzeugs Ri verhindert
und sofort zurück zur Baugruppe 10 schaltet.
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Anschließend erfolgt in ähnlicher Weise das Richten an der nächsten
Richtstelle usw., bis das Werkstück insgesamt auf die vorgegebene Toleranz geradegerichtet
worden ist.
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Die gegenseitige Lage der Meßstellen, die für die Ermittlung des
theoretischen Verzugswerts anhand der Verzugswertgeraden notwendig ist, kann beispielsweise
folgendermaßen in die Baugruppen 15 bzw. 16 eingegeben werden:
Zum
Beispiel erfolgt die Verstellung der Lage der Meßeinrichtungen von Hand, (vgl. Fig.
5) indem die Meßeinrichtungen ME mit einem Tasthebel T entlang einer Zahnstange
Z verschiebbar und dort mittels einer eigenen Klemmschraube K feststellbar sind,
in die ein Zahnrad ZR eingreift, das mit einem Winkelcodierer WC gekoppelt ist,
der entsprechende elektrische Signale über die Lage der zugehörigen Meßeinrichtung
und damit Meßstelle für das jeweilige Meßstellen-Tripel an die Baugruppen 15 und
16 abgibt.
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Erfolgt die Verstellung der Meßeinrichtungen ME über eine von einem
Schrittmotor SM angetriebene Spindel Sp, wobei jeder Meßeinrichtung ME eine gesondert
betätigbare Kupplung K mit der Spindel Sp zugeordnet ist (vgl. Fig. 6), so können
die Schrittmotor-Signale in die Baugruppen 15 bzw. 16 ebenfalls automatisch eingespeist
werden, um dort sofort die geänderte Lage der Meßeinrichtungen ME für das jeweilige
Meßstellen-Tripel bei der Berechnung der Verzugswertgeraden und damit auch des theoretischen
Verzugs an der jeweils mittleren Meßstelle zu berücksichtigen.