DE2515944A1

DE2515944A1 - Verfahren und vorrichtung zum richtungsmessen

Info

Publication number: DE2515944A1
Application number: DE19752515944
Authority: DE
Inventors: Homer Leroy Eaton
Original assignee: Eaton Leonard Corp
Current assignee: Eaton Leonard Technologies Inc
Priority date: 1974-04-18
Filing date: 1975-04-11
Publication date: 1975-10-30
Also published as: US3944798A; DE2515944C2; JPS50147351A

Description

PATENTANWÄLTE

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. DIPL.-INC.

Eaton-Leonard Corp. 9?l^ll I₉₇₅

BB 'P

Verfahren und Vorrichtung zum Richtungsmessen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Richtungsmessen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Obex·- begriff des Anspruchs 4

Die Erfindung betrifft die Lagemessung von Gegenständen und insbesondere die Messung von WinkelbeZiehungen. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können dazu verwendet werden Vektoren zu messen, d.h. es werden dabei die .Richtung und die Lagekoordinate des Vektors oder nur eine der beiden Größen im Bezug auf ein Bezugssystem gemessen.

Instrumente zum Messen der Lage werden im.großen Maße bei Herstellungs-, Zusammenbau- und Uberprüfungsvorgängen durchgeführt. Im allgemeinen werden einer oder mehrere verschiedene Punkte an einem auszumessenden Gegenstand mit einem Messkopf ausgesucht, der im Bezug auf ein Bezugskoordinatensystem bewegbar angeordnet ist. Häufig ist der Messkopf so angeordnet, daß er längs drei Koordinatenachsen verschiebbar ist, wie es beispielsweise aus den US-PSen 5 77¹* 511 und 3 774 312 bekannt ist. Diese Messeinrichtungen haben nur ein begrenztes Anwendungsgebiet, da durch ihre Größe diejenige des zu messenden OqganBbandes bestimmt wird. Mit zunehmender Größe der Messeinrichtung steigt deren Preis. Da es schwierig ist, die Genauigkeit der Lage und Bewegung beim Entlanggehen von freitragenden Trägerelementen aufrechtzuerhalten , sind solche Einrichtungen wegen der notwendigen Stabilität äußerst massiv ausgebildet. Ferner sind oft komplizierte Techniken notwendig, wie z.B. die aufgezwungene

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D-707 SCHWÄBISCH GMÜND GEMEINSAME KONTEN: D-8 MÜNCHEN 70 Telefon: (07171) S6 90 Deut«*.-· BaU; Mündxüi 70/37 3*9 (BLZ 703 700 ί 0) Telefon: (0 89) 77 Ϊ9 H. SCHROETER Telegramme- SduocpM SdhwHbiich Gmiind 02/C«5?5 (BLZ 613 700 Ϊ6) K. LcHMANN Telegramme: Sdirocpat Bodugaee49 Ttiex: 72if Ϊ6Ι p»jdd Fo*t»dwck'«onto MUndwn ^f6794J-?84 Liwjw»ky«f*£e to Telex: 5 2I2 24S ptwe d

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Schwingungsbewegung bei der Messeinrichtung gemäß der US-PS 3 774 512. Die Einrichtung gemäß der US-PS 3 774 311 hat eine sehr kostspielige Trägerstruktur, um die erwünschte Genauigkeit zu erzielen. Außerdem wird mit solchen Einrichtungen nur ein Punkt dadurch gemessen, daß seine Koordinaten bestimmt werden. Infolgedessen sind zwei getrennte und unabhängige Messungen an zwei verschiedenen Punkten notwendig, um die Richtung zu bestimmen. Ferner, wenn die V/inkelbeZiehung einer ebenen Oberfläche gemessen werden soll, wie z.B. zum Bestimmen der Normalen einer Oberfläche,müssen mit den bekannten Messeinrichtungen drei verschiedene Messungen vorgenommen werden, um die Ebene zu definieren.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Richtung einer T,inie, die in Re zug auf einen Gegenstand eine feste WinkelbeZiehung hat, messen zu können. Ferner soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses "-rfahrens dargestellt werden.

Eine Lösung dieser Aufgabe für das Verfahren wird im Anspruch und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens im Anspruch 4 angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer fünfachsigen Messvorrichtung«

Fig. 2 zeigt die geometrischen Größen, um den zu messenden Vektor im Bezug auf ein Bezugskoordinatensystem zu definieren.

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Fig.3 zeigt einen Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig.l.

Fig.4, 5 und 6 zeigen Schnitte längs der Linie 4-4, 5-5 bzw. 6-6 der Fig.3.

Fig.7 zeigt einen Schnitt längs der Linie 7-7 der Fig.l.

Fig.8 ist eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Messkopfes.

Fig.9 zeigt einen Schnitt längs der Linie 9-9 der Fig.8.

Fig.10 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Auslesesteuerung der Winkelmesser.

Fig.11 zeigt ein Blockdiagramm mit weiteren Einzelheiten der Winkelmesserauslese und Berechnung.

Fig.12 zeigt eine fünfachsige Messvorrichtung mit einem optischen Messkopf.

Fig.13 zeigt eine Messvorrichtung mit einem auswechselbarem Messkopf und sechs Achsen.

Fig.14 und I5 zeigen Messköpfe, die besonders zum Richtungsmessen von ebenen Oberflächen geeignet sind.

Fig.16 und 17 zeigen weitere Ausbildungsformen von Messköpfen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung dieses Verfahrens bestimmte Vorrichtung können in vielfältiger Weise zum Messen dort angewendet werden, wo die Richtung und/oder die

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Lage des Vektors bestimmt werden soll. Das Messen eines Vektors kann beim Ausrichten und Anordnen von Bauteilen und Vorrichtungen beim Zusammenbauen eingesetzt werden, um deren richtige Ausrichtung sicherzustellen. Das Messen eines Vektors kann auch dafür verwendet werden, um Herstellungsdaten dadurch zu erhalten, daß Richtungen und Lagekoordinaten eines Musters oder Modells wie z.B. eines gebogenen Musterrohres gemessen werden. Ferner kann das Messen von Richtungen bei der Kontrolle von zusammengesetzten Teilen verwendet werden. Ebenso kann es dazu dienen, Messungen an Teilen verschiedener gerader, gekrümmter und ebener Formen durchzuführen, um diese mit vorgegebenen Maßen einer Zeichnung oder Berechnung zu vergleichen.

Eine wichtige Anwendung der Erfindung, für die ein Prototyp ursprünglich verwendet worden ist, besteht im Messen einer gebogenen Musterröhre, um Messdaten zu erhalten, die anschließend dem Biegen anderer Röhren zugrundegelegt werden, damit diese mit der Musterröhre übereinstimmen.

Gemäß Pig.l ist eine gebogene Musterröhre 10 in einer Halterung oder auf einem Arbeitstisch 12 mit Hilfe von zwei Klammern 14 und 16 fest angeordnet. Diese können entfernt werden, sind jedoch wie z.B. mit einem Saugfuß oder ähnlichem (dieses ist nicht dargestellt) an irgendwelchen erwünschten Stellen auf dem Tisch 12 angeordnet. Auf diese Weise kann die Röhre 10 auf dem Tisch in einer erwünschten Ausrichtung oder Lage befestigt werden. Für viele Zwecke unter anderem für die Kontrolle und Herstellung ist es wünschenswert kennzeichnende Größen der Röhre 10 zu messen. Zu diesen Größen gehören die Längen der

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geraden Abschnitte einer jeden Röhre S₁, S₂, S , S^ und S₁-, der Winkel zwischen aneinander anschließenden geraden Abschnitten, die Gesamtlänge der Röhre von einem Ende zum anderen und die Ebene der Rohrkrümmungen B₁, B₂, B, und B₂,. Diese Größen, nach dem sie für verschiedene ., Rückfederun?;sarten und andere Faktoren korrigiert worden sind, können verwendet werden, die Steuergrößen für eine automatische Rohrbiegemaschine zu liefern, oder sie können in einen Computer eingegeben werden, um die Genauigkeit der hergestellten Vorrichtungen zu überprüfen.

Erfindungsgemäß können die Informationen für diese Berechnungen genau, schnell, einfach und mit einer sehr geringen Möglichkeit, daß ^ohler auftreten,mittels einer fünfachsigen Messvorrichtung gemäß Pig.l erhalten werden. Es ist bekannt, daß die verschiedenen Größen, die in Bezug auf das Musterrohr 10 definiert sind, aufgrund der Werte berechnet werden können, durch die die Richtung eines jeden geraden Rohrstückes S₁, 3 , S , S₂,, S und die Lage der Rohrenden definiert sind. Beispielsweise können, ausgehend von den Werten, durch die Vektoren, die mit den Achsen der verschiedenen geraden Rohrstücke übereinstimmen, bestimmt sind, die Winkel zwischen aufeinanderfolgenden Vektoren und die Ebenen der verschiedenen Rohrkrümmungen aufgrund von trigonometrischen Beziehungen berechnet werden. Die hängen der geraden Rohrstücke und die gesamte Länge des gebogenen Rohres können ebenso aufgrund der gemessenen Richtungen der geraden Abschnitte und der Lage der Rohrenden berechnet werden, wenn dieses notwendig oder wünschenswert erscheint.

Gemäß der beschriebenen Ausführungsform ist jeder der Vektoren, der mit einem entsprechenden geraden Rohrstück Uberehstimmt vollkommen durch eine einzige Messung bestimmt, oder, genauer ausgedrückt, durch einen einzigen Messvorgang, der mit Hilfe der

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dargestellten fünfachsigen Messvorrichtung vorgenommen wird.

Die Messvorrichtung gemäß Pig.l hat eine erste ' erbindung 20, die auf dem Tisch 12 um eine erste Achse A drehbar angeordnet ist. Eine zweite Verbindung 22 ist um eine zweite Achse 5 verschwenkbar mit der ersten Verbindung 20 verbunden, wobei die zweite Achse senkrecht zur Achse A ist. Eine dritte Verbindung 24 ist um eine dritte Achse C verschwenkbar mit der zweiten Verbindung 22 verbunden. In der dritten Verbindung 24 ist eine vierte Verbindung 26 drehbar um eine vierte Achse D angeordnet, wobei diese senkrecht zur Achse C verläuft und mit der Achse der dritten Verbindung 24 zusammenfällt (siehe Fig.J)). An der vierten Verbindung 26 ist eine fünfte Vorbindung 28 angeordnet, die um eine fünfte Achse D, welche senkrecht zur vierten Achse L ist, gedreht werden kann. Die zweite, dritte und fünfte Verbindung kann um nahezu 36Ο⁰ relativ zur anschließenden Verbindung gedreht werden. Die erste Verbindung 22 kann um volle 360⁰ in Bezug auf ihre Abstützung und die vierte Verbindung um volle 360⁰ in Bezug auf die dritte ■ rbindung verdreht werden. Auf diese V/eise kann mit einer relativ kleinen Messeinrichtung ein wesentlich größerer Gegenstand vermessen werden.

An der fünften Verbindung 28 ist ein Messkopf 30 angeordnet, der relativ zu dieser fest ausgerichtet ist. Der Messkopf j50 hat eine V-förmige Nute, die unmittelbar auf Abschnitten des Rohres 10 reitet, wodurch eine vorgegebene Winkelbeziehung zwischen dem Messkopf und der zu messenden Richtung definiert wird. So hat der Messkopf 30, oder genauer, die mit der "?öhre in Eingriff stehende V-förmige Nute eine feste Orientierung in Bezug auf die fünfte Verbindung 28. Wenn die Nute mit der Röhre, deren Richtung gemessen werden soll, in Berührung steht, verläuft sie in einer Richtung, die genau parallel zu der zu bestimmenden Richtung ist. Man kann sagen, daß die V-förmige Nute

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eine Richtungsachse des Messkopfes JO bestimmt. Diese Richtungsachse hat eine vorgegebene Winkelbeziehung zu der zu messenden Richtung, um eine Richtungsmessung ausführen zu können. Um das dargestellte Rohr 10 ganz auszumessen, wird der Messkopf 30 von Hand an fünf aufeinanderfolgende Stellen mit dem "ohr in Berührung gebracht, wobei die V-förmige Nute auf dem Rohr reitet und dieses berührt. Für jeden geraden Abschnitt müssen nur eine ferührung und eine Messung ausgeführt v/erden. Die erste Messung wird dadurch ausgeführt, daß der Messkopf am Ende des geraden Abschnitts S-, aufgesetzt wird. Wenn der Messkopf mit dem Rohr in Berührung gebracht wird, richtet sich automatisch die Richtungsachse des Messkopfs parallel zur Rohrachse aus und die Richtungsmessung ist bereits abgeschlossen. Anschließend wird der Messkopf von dem geraden Abschnitt S, fortbewegt und aufeinanderfolgend mit jedem der Zwischenabschnitte S₂, S, und S^ in Berührung gebracht. Bei der letzten Messung wird eine Berührung mit dem Endabschnitt des letzten geraden Abschnitts Sj- hergestellt, wobei die Richtungs· achse des Messkopfs ausgerichtet wird. Beim Messen der geraden Abschnitte Sp, S^. und Su können die Koordinaten von irgendeinem Punkt auf den geraden Abschnitt gemessen werden, da nur die Richtung der Rohrachse und die Lage eines Punktes auf der Achse von Bedeutung oder für die Rechnungen erforderlich sind. Jedoch müssen beim Messen der geraden Abschnitte S, und S-sowohl die Richtung der Rohrachse als auch die Koordinaten eines Punktes der Achse am Ende des Rohres bestimmt werden. Beim Messen des geraden Abschnitts S₁ wird der Messkopf j50 in seiner Messrichtung angeordnet, wobei die V-förmige Nute auf der Röhre reitet und mit ihr in Berührung steht, wodurch die Nute (und die Richtungsachse des Topfes) genau parallel zur Achse des geraden Abschnittes ausgerichtet wird. Ferner wird eine Endfläche beispielsweise die Fläche 32 des Messkopfes zum

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freien Ende des geraden Absohnitts S, ausgerichtet (in einer Ebene senkrecht zur Achse des geraden Abschnittes ), wenn der gerade Abschnitt S, gemessen wird. Da der Abstand zwischen der Fläche ^2 und der Achse der fünften Verbindung 28 bekannt ist, werden so die Koordinate des Endes des geraden Abschnitts S, gemessen. Ähnliches gilt für die Messung des geraden Abschnitts Sf-, wobei die gegenüberliegende Fläche des Messkopfes j50, d.h. die Fläche, die gemäß Fig.l näher an der ersten Verbindung 20 liegt, mit dem freien Ende des geraden Abschnitts S₁, ausgerichtet wird (in einer Ebene senkrecht zur Achse des geraden Abschnittes S₁-),wodurch die letzte oder fünfte Verbindung 28 in eine Lage gebracht wird, um die Koordinaten des Endes des geraden Abschnittes und die Richtung der Achse dieses Abschnittes zu messen. Mit anderen Worten können die Endflächen des Messkopfes verwendet werden, um die ^Tage eines Punktes (der Schnitt der Rohrachse und der Ebene des Rohrendes) zu bestimmen, der in Bezug auf den Messkopf in fester Beziehung steht.

Um das Rohr auszumessen, ist es so nur notwendig, den Messkopf an fünf aufeinanderfolgenden, verschiedenen Stellen mit dem Rohr in Berührung zu bringen und zu den geraden Abschnitten auszurichten. In jeder Messlage wird der Messwert und genauer die durch die Richtungsachse des Messkopfes bestimmte ""essrichtung (durch eine noch näher zu beschreibende Einrichtung) angegeben und die verschiedenen Winkel der fünf Verbindungen werden ausgelesen, um sie sichtbar zu machen, aufzuzeichnen oder unmittelbar in Realzeit die gemessenen Vektoren auszurechnen.

Bei jeder Messung einer Richtung und/oder Koordinate eines Punktes werden fünf Winkel ausgelesen. Diese Winkel sind die Drehwinkel der verschiedenen Verbindungen um die fünf Achsen A, B, C, D und E. Mit einem ersten Winkelmesswandler wird der Dreh-

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winkel der ersten Verbindung 20 relativ zum Tisch Id bestimmt. Mit einem zweiten Winkelmesswandler wird der Drehwinkel der Verbindung 22 relativ zur Verbindung 20 gemessen. Ein dritter, vierter und fünfter Winkelmesswandler dient zum unabhängigen Messen der I rehung der dritten, vierten und fünften Verbindung, relativ zur zweiten, dritten bzw. vierten Verbindung. Für die Winkelmesswandler kann man irgendeinen der bekannten Wandler verwenden, der eine Winkellage als Eingabe in ein elektrisches Ausgangssignal umwandelt, das entweder schrittweise oder addierend die gemessene Winkelanderung darstellt. Diese elektrischen Signale stellen die verschiedenen Winkel dar und definieren insgesamt zusammen mit den bekannten Längen der verschiedenen Verbindungen sowohl die Richtungswinkel oder Richtungskosinus der Richtungsachse des Messkopfes als auch seine Koordinatenlage, "'ichtungskosinus und Koordinatenlage sind im 3ezug auf ein Bezugskoordinatensystem definiert, dessen X- und Y-Achse in einer Ebene parallel zum Tisch 10 liegen, und dessen Z-Achse senkrecht zur X-Y-Ebene und parallel zur Drehachse A verläuft.

Selbst wenn nur die Sichtung (aber nicht die Lagekoordinaten) gemessen werden soll, kann es notwendig sein, sowohl eine translatorische als auch eine Winkelverschiebung des Messkopfes vorzunehmen, da die zu messenden ,verschiedenen Vektoren nicht alle durch einen einzigen Punkt hindurchgehen. Bei der beschriebenen Einrichtung werden nur Drehbewegungen durchgeführt, um sowohl translatorische als auch Winkelverschiebungen zu erzielen. Zu den Drehbewegungen können jedoch auch NICHT-Drehbewegungen hinzugefügt werden, wenn dieses notwendig oder erwünschenswert ist, um eine größere Flexibilität beim Einstellen des Messkopfes zu erzielen.

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Die mathematischen Beziehungen

Anhand der Fig.2 wird dargestellt, auf welche V/eise durch die fünf Winkel A, B, C, D und E sowohl die Lage als auch die Richtung des Vektors in Bezug auf ein Bezugskoordinatensystem bestimmt wird. Mit A wird der I rehwinke 1 der '. erbindung 20 um die Achse A bezeichnet, mit B der ' rehwinkel der Verbindung 22 um die Achse B usw. . Tn der geometrischen Darstellung der Fig.2 sind die Verbindungen ?0 und 22 durch die entsprechenden Strecken mit den Längen L₁ und L₂ (die Längen der Verbindungen) und die Verbindungen 24 und 26 durch die einzige Strecke mit der Länge L, dargestellt. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die zwei "erbindungen mit der Drehachse C und Verbindung 26,die in der Verbindung 24 um die Achse D drehbar angeordnet ist, gleich groß. Die Verbindung 28, mit der der Meßkopf 30 fest verbunden ist, ist durch die Strecke Lh dargestellt. Der Abstand L₂. in Fig. 2 entspricht nicht der wahren Länge der Verbindung 28, sondern der wirklichen Länge der Verbindung 28 plus dem Abstand von der Mittellinie des zu messenden Rohres. Oder anders ausgedrückt, die Länge L^, ist gleich dem Abstand von der Achse E zu dem Punkt, an dem der Vektor gemessen werden soll.

Mit h ist der Abstand zwischen den Punkten 40 und 41 auf der Geraden 20, mit j der Abstand zwischen den Punkten 40 und 42 der gleichen Geraden und mit m der Abstand zwischen den Punkten 42 und 43 bezeichnet, der auf der Achse B liegt. Die Gerade stellt die Verbindung 20 und die Achse A dar. Der Punkt 43 entspricht der Achse B. Die Gerade 24, 26 stellt die Achse D,

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der Punkt 44 die Achse C, der "unkt 45 die Achse E und der Punkt 46. den Schnittpunkt zwischen einer Linie η dar, die senkrecht zur Achse A und durch die Achse C hindurchverläuft, und einer senkrechten zur Geraden n, k, die durch die Achse E hindurchgeht, η entspricht dem Abstand zwischen den Punkten 42 und 46 und k dem Abstand zwischen den Punkten 46 und 44 und r dem Abstand zwischen den Punkten 41 und 45.

Tn Fig.2 sind neben dem Messkopf j50 ein Vektor 7 und ein Punkt 47 dargestellt, dessen Richtung bzw. Koordinaten bestimmt werden sollen. Bei Messungen an dem gebogenen Rohr gemäß Fig.l ist der Vektor V zur Achse des Rohres ausgerichtet und mit dieser in Übereinstimmung gebracht. Alle Messungen werden in dem iezugskoordinatensystem erhalten, das oben beschrieben worden ist und dessen Z-Achse mit der Achse A übereinstimmt und dessen Achsen X und Y senkrecht zueinander und zur Z-Achse sind, und sich in dem Punkt 40 schneiden.

Bei den folgenden Berechnungen werden die Richtungskosinus und Koordinaten eines Punktes auf dem Vektor V zuerst in einem ersten gedrehten Koordinatensystem, daraufhin in einem zweiten gedrehten Koordinatensystem und dann in zwei weiteren, verschobenen Koordinatensystemen berechnet, von denen das letzte Koordinatensystem das Bezugssystem selbst ist.

Es wird ein erstes gedrehtes Koordinatensystem X¹''', Y^tlTt, Z¹"¹ gewählt, in dem Z^fl?! mit der Achse D der fünf achsigen . Messeinrichtung zusammenfällt. Y"" ist parallel zur Achse C und geht durch den Schnittpunkt der Achsen D und E. X" '' steht senkrecht auf Y¹"¹ und Z^M". In diesem Koordinaten-

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system sind Λ- "", /? ^f' · · und f "" die Richtungskosinus oder Richtungswinkel des unbekannten Vektors V und x'^Ifl, y¹'¹' und z^!t!l die Koordinaten des Punktes 47 auf den Vektor V. Es gelten folgende geometrischen Beziehungen:

#"" = cos D sin E
ΜΜ = Si_n D _sin E

COS y^MM = COS E

_x it ι» = L₄ cos E cos D y¹"¹ = L₄ cos E sin D z.¹¹" = -L₄ sin E
F = 180° - (B+C)

wobei F der Winkel zwischen der D-Achse und der Geraden zwischen den Punkten 45 und 46 bedeutet.

Der erste Schritt bei der Transformation besteht darin, daß das Koordinatensystem X¹'", Y^fl!t, Z¹¹" um den Winkel F um die Y^{1 !l}'-Achse gedreht wird,um das zweite gedrehte Koordinatensystem X¹'', Y^t!f, Z¹¹' zu erhalten. Die Richtungskosinus und Koordinaten ^'",^'",y'" und χ'' ', y' ' ', z¹" im Koordinatensystem X¹¹', Y¹'¹, Z¹¹' ergeben sich zu :

(X"' ⁼ 0ί^ηη ^cos F +"J·"" sin F

■ytii __ßiin gin F γ·· Ii _cos ρ

_xin _ _xini cos F + z"^M sin F

ylll - yl I· I

_zni = __xmu sin F + Zi"¹ cos F.

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Nun wird das gedrehte Koordinatensystem X¹¹¹, Y^fl1, Z¹¹¹ um einen Winkel A um die Z¹''-Achse gedreht, um ein erstes verschobenes Koordinatensystem X¹¹, Y'', Z^lf zu erhalten, bei dem die Achsen X'¹, Y¹', Z¹' parallel zu den Achsen X, Y, Z des Bezugskoordinatensystem sind. In diesem dritten gedrehten System wird der Vektor V durch die Richtungskosinus CC", β ^fl,2T^fl und x^M, y¹¹ z" ausgedrückt. (X" = <*·" cos A - ß>" sin A

/" = a^nf sin A+ ^'" cos A

x" = χ¹" cos A -y"» sin A y = x^MI sin A + y"· cos A z" = z^IM.

Nun wird der Ursprung des ersten verschobenen Koordinatensystems X", Y", Z" in der X", Y" Ebene um die Strecke r zu der Z-Achse des Bezugssystems verschoben, um ein zweites verschobenes Koordinatensystem X¹, Y¹, Z¹ zu erhalten , in dem der Ursprung des Systems X¹¹, Y¹¹, Z", die Koordinaten x'_Q und y'_Q hat, wobei x' = r cos A und y' = r sin A sind. Ferner gilt: m = L₂ cos B
n+k = L₂ sin B

k = L₃ sin F

r = η = L₂ sin B - k = L₂ sin B - L₃ sin F

Ferner gilt:

x' = (Lp sin B-L sin F) cos A

y' = (L₂ sin B-L, sin F) sin A

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Die Koordinaten des Punktes 47 in dem verschobenen Koordinaten system X¹, Y¹, Z¹ ergeben sich zu χ' = χ¹¹ + (Lp sin B-L., sin P) cos A₁ y¹ = y" + (L₂ sin B-L₅ sin P) sin A und

₅ z'^M = z".

Schließlich wird der Ursprung des Koordinatensystems X¹, Y', Z¹ längs der übereinstimmenden Z¹ und Z-Achsen um die Strecke h verschoben, um das Bezugskoordinatensystem X, Y, Z, zu erhalten, wobei H=L₁-IH-J = Lj. cos B-L-, cos F.

Die Koordinaten des Punktes 47 im Bezugskoordinatensystem ergeben sich zu: χ = χ '

y = y '

ζ = ζ + L-, - Lp cos B-L, cos P'

Wie bereits erwähnt sind dir Richtungskosinus(£ , Cj, γ, des Vektors V im Bezugssystem X, Y, Z

α- α"

τ· r

Setzt man in obige Gleichungen die Endwerte der Richtungskosinus und der Lagekoordinaten des Punktes 47 ein, so erhält man für sie im Bezugskoordinatensystem X, Y und Z folgende Werte:

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(χ= (cos D sin E cos F + E sin F) cos A - sin D sin E sin A a- sin A (cos D sin E cos F + E sin F) + sin D sin E cos A v= E cos F - cos D sin E sin F
χ = (L. cos E cos D cos F-L^ sin E sin F) cos A

-(L. cos E sin D) cos A + (L_g sin H - I sin F) cos A y = ( L4 cos E cos D cos F - L4 sin E sin F] sin A

+ (L₄ cos E sin D) cos A + (L_ sin B-L sin F) sin A % - -L4 cos E cos D sin F - L^ sin E cos F + Lj -L₀ cos B-L cos F.

Konstruktionsaufbau

Gemäß den Figuren 1-9 wird die erste Verbindung der Messeinrichtung fest durch eine Säule 50 (Fig.7) gehalten, die aufrecht und fest auf dem Tisch 12 angeordnet ist. An ihren Enden sind Kugellager 5I und 52 angeordnet, in denen eine erste Rohrverbindung 5²J- drehbar gelagert ist. Am unteren Ende der Verbindung 54 ist eine Fortsetzung 56 befestigt, an der ein Antriebszahnrad 58 angeordnet ist, welches mit einem angetriebenen Zahnrad 60 eines ersten Winkelmesswandlers 62 kämmt, der an dem Tisch 12 befestigt ist.

Am oberen Ende der drehbaren Verbindung 54 ist eine obere Fortsetzung 64 mit einem fest verbundenen Endteil 66 angeordnet, in dem ein zweiter Winkelmesswandler 68 befestigt ist. Der Wandler 68 hat ein Eingangszahnrad 70, das mit einem Zahnrad 72 kämmt, welches mit einem Drehblock 74 verbunden ist, an dem eine zweite Verbindung 76 fest angeordnet ist. Der Drehblock 74 ist am Endteil 66 um die Achse B drehbar gelagert. Die Einzel-

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heiten dieser Lagerung sind im wesentlichen die gleiche, wie die, die im Zusammenhang mit der Drehverbindung zwischen den Verbindungen 76 und 84 um die Achse C beschrieben worden sind, wie es näher in Fig.3 dargestellt ist.

Gemäß Fig. 1 und J5 ist an der zweiten, rohrförmigen Verbindung 76 ein Endteil 78 fest angeordnet, an dem mit Lagern 80 ein Drehblock 82 gelagert ist, an welchem eine dritte, rohrförmige Verbindung 84 um die Achse C drehbar befestigt ist. An dem Drehblock 82 ist ein Zahnrad 86 fest angeordnet, das mit einem Eingangszahnrad 88 eines dritten Winkelmesswandlers 90 (Fig.4) kämmt, der von dem Endteil 78 der zweiten, rohrförmigen Verbindung 76 getragen wird.

Die dritte Verbindung 84 hat einen Endteil 94, an dem ein vierter Winkelmesswandler 96 angeordnet ist, dessen Eingangszahnrad 98 von einem Zahnrad 99 angetrieben wird.

In der dritten Rohrverbindung 84 ist eine vierte Verbindung 100 drehbar um die Achse D, die zur Achse der dritten Verbindung 84 ausgerichter ist, gelagert. Die Verbindung 100 ist koaxial innerhalb der Verbindung 84 angeordnet, wobei

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ihr Endstück 94 durch Lager 102 und 104 gehalten wird. An dem anderen fest mit der Verbindung 100 verbundenen Endstück 106 ist das Zahnrad 99 angeordnet, das den Messwandler 96 antreibt. Ferner ist an dem Endstück 106 ein fünfter Winkelmesswandler 108 befestigt, der ein Antriebszahnrad 110 hat, welches durch ein Zahnrad 112 angetrieben wird. Das Zahnrad 112 ist an einem verschwenkbaren Teil 114 befestigt, der an einer fünften Rohrverbindung 116 angeordnet ist. Der verschwenkbare Teil 114 der Verbindung 116 ist an dem Endteil 106 der vierten Verbindung 100, um die Achse D verschwenkbar in Lagern 118 gehalten.

An der letzten oder fünften Verbindung 116 ist der Messkopf 30 fest angeordnet , dessen äußeres Ende eine V-förmige Nute 120 hat, die reiterartig ,-mit einem Abschnitt des Rohres 10, dessen Richtung gemessen werden soll, in Berührung gebracht werden kann, wie es in Fig.J> dargestellt ist. Der Messkopf 30 hat einen von Hand zu betätigenden Steuerknopf 122, dessen Zweck später beschrieben werden wird. Der Messkopf J>o und die fünfte Verbindung II6 sind sicher,jedoch lösbar mit dem verschwenkbaren Teil 114 mittels einer mit einer mit Gewinde versehenen Hülsenanordnung II5 verbunden.

Gemäß Fig. 8 und 9 hat der Messkopf 30 einen Hauptteil 124, an dem vier gegeneinander isolierte und in Abstand angeordnete elektrische Kontaktelemente 125, 126, I27, 128 vorhanden sind, die Kontaktkanten 125a, 126a, 127a und 128a haben. Die Kontaktkanten sind so ausgestaltet, daß mit der äußeren Oberfläche des metallenen Rohres 10 ein elektrischer Kontakt hergestellt werden kann. Die Flächen 125a - 128a dienen als Ausrichtflächen zur Orientierung des Kopfes in seiner Messrichtung und definieren auch die Richtungsachse des Kopfes. Sie sind so ausgerichtet,

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und angeordnet , daß, wenn alle vier mit der Außenfläche eines Zylinders wie z.B. eines Rohres 10 in Eingriff stehen, die Richtungsachse des Messkopfes eine bekannte WinkelbeZiehung in Bezug auf die Zylinderachse hat. Genauer gesagt, der Kopf ist genau parallel zur Zylinderachse ausgerichtet. Die vier elektrischen Kontaktelemente 125 -128 sind mit einer elektrischen Schaltung verbunden, die in Fig.11 schematisch dargestellt ist. Diese Schaltung wird genauer beschrieben, wenn die Pig.11 behandelt wird. Die Schaltung gibt an, wenn die Messrichtung vorliegt, wobei alle vier Kontaktelemente mit dem Rohr in Eingriff stehen.

Die verschiedenen Winkelmesswandler sind normale Viinkelmesseinrichtungen wie z.B. Drehwandler oder Winkelkoordinatenwandler, die in Abhängigkeit von der Winkeländerung ein elektrisches Ausgangssignal erzeugen. Die von den fünf Winkelmesswandlern 62, 68, 90, 96 und I08 erhaltenen elektrischen Ausgangssignale sind Signale, die die Winkel A, B, C, D und E in den oben beschriebenen Gleichungen darstellen. Die verschiedenen Abstände sind vorgegeben und der Winkel P kann leicht errechnet werden, da er gleich I80 - (B+C) ist, wie es sich aus der geometrischen Darstellung gem. Fig.2 ergibt.

Auf dem Arbeitstisch 12 ist ein Bezugs-oder Eichzylinder I30 (Pig.l) angeordnet, der in Bezug auf das Bezugskoordinatensystem eine feste Lager und Orientierung hat. Wenn der Messkopf mit der Außenfläche des Eichzylinders I30 in Eingriff steht, können die Winkelwerte der verschiedenen Winkelmesswandler Null sein oder einen anderen Bezugswert haben. Die Einrichtungen zum Aufnehmen oder elektronischen Akkumulieren der Winkelwerte der verschiedenen Winkelmesswandler können exakt auf Null gestellt werden oder können auf Null zurückgesetzt werden, wenn der Messkopf die durch den Eichzylinder

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vorgegebene Bezugsausrichtung hat, wie es näher in Zusammenhang mit der Fig.11 beschrieben werden wird.

Auslesebedingungen

Man sieht, daß die elektrischen Ausgangssignale von jedem der fünf Messwandler fortwährend zur Verfügung stehen, wobei deren angezeigte Werte sich ändern, wenn eine Verbindung bewegt wird, an der sich ein Messwandler befindet. Diese Signalwerte können natürlich mittels geeigneter Skalen oder Messinstrumente entweder analog oder digital visuell abgelesen werden, oder sie können auch unmittelbar in analoger oder digitaler Form aufgezeichnet oder aufgezeichnet und später wiedergegeben werden. Ferner können die Signale direkt in einen Rechner wie z.B. einen Analog- oder Digitalcomputer zur Berechnung eingegeben werden. Die erwünschte Berechnung kann entweder von Hand oder durch einen speziellen oder allgemeinen Digital- oder Analogcomputer ausgeführt werden, wobei die von dem Messwandlern abgegebenen Ausgangswinkel A, B, C, D und E gemäß den verschiedenen bereits angegebenen Gleichungen verwendet werden, um die Koordinaten x, y und ζ des Punktes auf dem zu messenden Vektor (wenn die Punktkoordinaten erwünscht werden) und die Richtungskosinus<£, β und Y zu erhalten. Alle diese Werte werden in dem 3ezugskoordinatensystem X, Y und Z berechnet. Wie es bereits erklärt wurde, definieren die gemessene und von den Messwandlern direkt ausgelesenen Winkel A, B, C, D und E zusammen sowohl die Richtung als auch die Lage des Vektors in dem Bezugssystem X, Y, Z, wenn die Längen der festen Verbindungen der gelenkigen Messeinrichtung berücksichtigt werden.

Man braucht nur den Messkopf in einer festen Winkelbeziehung zu einer Geraden auszurichten, die selbst in Bezug auf den zu messenden Gegenstand zu diesem eine feste WinkelbeZiehung hat,

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woraufhin die Ausgangesignale der Winkelmesswandler ausgelesen werden. Nichtsdestotrotz ist es möglich, daß der Messkopf nicht die erwünschte Ausrichtung hat, oder sich noch bewegt, wenn die Winkel ausgelesen werden , insbesondere wenn die gelenkigen Verbindungen von Hand bedient werden. Demgemäß kann eine verbesserte Winkelauslesung erzielt werden, wenn die Winkelauslesung in Übereinstimmung mit einer oder mehreren verschiedenen vorgegebenen Bedingungen mit einer Torschaltung ausgerüstet wird. Eine erste Bedingung besteht darin, daß die gewünschte Messrichtung oder Lage des Messkopfes erreicht worden ist. Als zweite Bedingung sollte die Geschwindigkeit des Messkopfes 0 sein. Da die Messung eine von mehreren schnell durchzuführenden Messungen sein kann, wird sie vorzugsweise dann durchgeführt, wenn sich der Messkopf nicht mehr bewegt.

Obgleich es möglich ist, alle Winkel parallel auszulesen, wird es häufig bevorzugt, die fünf Winkel nacheinander z.3. mit einem Multiplexer auszulesen. Demgemäß ist eine dritte Bedingung, wenn nacheinander die Winkel ausgelesen werden, daß die Geschwindigkeit während einer Zeit 0 ist, die wenigstens dazu ausreicht, einmal die fünf Winkel auszulesen. Man sieht sofort, daß zwei oder mehrere volle Auslesezyklen von jedem der fünf Winkel die Genauigkeit erhöht. In Bezug auf die letzte Bedingung muß während einer ausreichenden Zeit die Geschwindigkeit Null sein und sich der Messkopf in seiner Messausrichtung während einer Zeit befinden, die ausreicht, um wenigstens fünf aufeinanderfolgende Auslesungen der Winkel zu erlauben.

Wenn der Messkopf von Hand in seine Messrichtung und-Lage von einer Bedienungsperson gebracht wird, ist es wünschenswert, daß die Bedienungsperson angeben kann, wann ausgelesen werden soll. Infolgedessen besteht eine vierte Bedingung darin, daß die Bedienungsperson ein Auslesesignal geben kann.

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Dies kann in geeigneter Weise in der Form eines von Hand zu betätigenden Druckschalters erfolgen, der von der Bedienungsperson betätigt wird, wenn sich der Messkopf seiner Messlage und- Richtung,nähert. Dieses Auslesesignal sollte betätigt werden, bevor die Messlage und- Richtung eingenommen worden sind, so daß die Auslese zu Beginn des Auftretens aller anderen Bedingungen erfolgt. Dadurch wird die Möglichkeit verhindert, daß der Messkopf zu stark gegen eine federnde oder verformbare Oberfläche gedrückt wird, so daß letztere aus ihrer wahren Lage ausgelenkt wird, bevor das Lesesignal gegeben worden ist.

Bei manchen Gelegenheiten wie z.B. dann, wenn die v.'inkelmesswandler Ausgangssignale abgeben, die Bruchteile einer einzigen Umdrehung darstellen, und andere zusätzliche Einrichtungen verwendet werden, um die Anzahl der vollen Umdrehungen zu messen, kann die Anzahl der vollen Umdrehungen verfälscht werden, wenn die vom Messwandler abgegebenen Signale sich zu schnell ändern. Die Einrichtungen zum Aufzeichnen können bei einer solchen Gelegenheit mit dem äußerst schnellen Drehungen der gelenkigen Verbindungen nicht mitkommen. Daher kann ein Signal immer dann erzeugt werden, wenn die Geschwindigkeit des Messkopfes einen vorgegebenen Wert überschreitet oder genauer, wenn sich die Ausgangssignale eines der Messwandler mit einer Frequenz ändern, die oberhalb einer vorgegebenen maximalen Frequenz liegt. Eine konditonierte Auslesung der Winkel wird durch die in der Fig.10 angegebene Anordnung erreicht, bei der die Ausgangssignale aller Winkelmesswandler A, B, C, D und E durch eine Torschaltung 1^6 zu einer Einrichtung 1^8 gelangen, die zu ihrer Verwendung, Wiedergabe oder Aufzeichnung dient. Die Torschaltung wird über eine Verbindung lj?4 mit dem Ausgang eines UND-Tores 142 gesteuert, so daß die Winkelsignale nur zu der Einrichtung I38 gelangen, wenn von dem UND-Tor 142 ein Freigabesignal erhalten wird. Der Ausgang des

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UND-Tores ist wahr, wenn und nur wenn die vorgegebenen Bedingungen für die Auslese, wie sie bereits beschrieben worden sind,vorliegen. Zu diesen Bedingungen kann gehören, daß die Messbedingung erfüllt ist, zu der gehört, daß die Bedienungsperson ein Auslesesignal abgibt und daß die Messrichtung undlage erreicht worden sind.Ein Geschwindigkeitsfühler 140, der auf die bewegung des Messkopfes anspricht, gibt ein zusätzliches Eingangssignal an das UND-Tor 142 , welches bedeutet, daß der Messkopf sich in der Ruhelage befindet oder eine Geschwindigkeit, Null hat. Infolgedessen erhält man über die Leitung 1^4 nur dann ein Signal, das die Erfüllung der Messbedingungen anzeigt, wenn alle vier Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind, d.h.j daß die Bedienungsperson den Druckschalter betätigt hat, daß der Messkopf aufliegt oder sich in seiner Messrichtung befindet, wobei er sich während eines endlichen ZeitIntervalls in Ruhe befindet.

In Pig.11 ist eine beispielhafte Automatisierung der konditioniert ten Auslese aller fünf Winkel der beschriebenen gelenkigen Messeinrichtung angegeben, wobei die Winkelsausgangssignale in einen Multiplexer eingegeben und digitalisiert werden. Für die Winkelmesswandler können solche bekannter3auart verwendet werden. Bei der vorliegenden Anordnung stellen die Ausgangssignale der Wandler Teile einer vollen Umdrehung des Eingangszahnrades des Wandlers dar. Durch eine weiter unten beschriebene Schaltung werden die Anzahl oder Bruchteile der Umdrehungen abgefühlt und gespeichert. Die Ausgangssignale der Messwandler 62, 68, 90, 96 und I08 werden in einen Multiplexer 146 über die Zuführleitungen I46a-e eingegeben, so daß man am Ausgang I46f des Multiplexers die analogen Ausgangssignale der Messwandler nacheinander erhält. Der Multiplexer schaltet nacheinander Je eines der verschiedenen Eingangssignale auf seinen Ausgang, wobei die Steuerung über die Kanäle 1-5 erfolgt, denen von dem Ausgang eines Modulo-fünf Zählers 148 Signale zugeführt werden.

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Durch passende Auswahl der Übersetzungsverhältnisse der Zahnräder kann die Messauflösung erhöht werden, wobei die Eingangswelle des Messwandlers sich öfters für eine einzige oder den Bruchteil einer Drehung der zugeordneten Verbindung dreht. Beispielsweise wurde ein Übersetzungsverhältnis von 350 : 26 für jeden der Wandler A, B und C und ein Verhältnis von 216: 26 für die Achsen D und E verwendet.

Das Ausgangssignal des Multiplexers wird einem analog/digital-Wandler I50 zugeführt. Im vorliegenden ^aIl wurde ein Drehmelder "Digital-Wandler verwendet, an dessen Ausgang I56 man in digitaler Form (beispielsweise in einem zwölf bit binär Code) jedes der Encoderausgangssignale erhält.

Der Drehmelder/ Digital-Wandler I50 erzeugt in der Leitung ein Ausgangssignal, wenn das Ende eines Umwandlungsvorganges erreicht worden ist, d.h. wenn der Wandler die Umwandlung eines analogen Eingangssignal in ein zwölf bit digitales Ausgangssignal abgeschlossen hat, erhält man auf der Leitung I52 ein Ausgangssignal, welches über ein Verzögerungselement 154 den Zählereingang des Modulo-fünf-Zählers 148 zugeführt wird. Entsprechend zählt der Zähler nach jeder abgeschlossenen Umwandlung um eine Einheit weiter, woraufhin man am Ausgang des Multiplexers den nächsten Winkel für den Eingang der Umwandlung erhält. Durch die Verzögerung zwischen dem Umwandler und dem Zähler wird ermöglicht, daß der Umwandler zwei Umwandlungs ■ zyklen (jeder der fünf Winkel wird zweimal digitalisiert) durchläuft. Auf diese Weise wird ein verfrühtes Umschalten des Multiplexers von einem Eingangskanal auf den nächsten vermieden. Der Ausgang des Drehmelders/Digital-Umwandlers ist über die Leitung I56 mit einem Zwischenspeicher I58 verbunden, der getaktet wird, um das zwölf bit digitale Winkelsignal von dem Umwandler aufzunehmen, wenn es am Ausgang der Verzögerungsschaltung

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auftritt. Dieses wird sowohl als Zählsignal dem Zähler als auch als Steuersignal für den Transfer in den Zwischenspeicher verwendet.

In dem Zwischenspeicher wird jedesmal nur ein digitalisiertes Winkelsignal gespeichert, das über ein Tor 160 zum Speichern in den Akkumulator 162 übergeführt wird, in dem jedes der Winkelsignale A, B, C, D und E in digitaler Form gehalten wird. Das Tor I6o wird in entsprechender Weise durch die Signale der Kanäle 1-5 gesteuert, die an dem Ausgang des modulo-5-Zählers erhalten werden.Diese Signale sind jedoch so verzögert, daß, wenn der Kanal 1 des Multiplexers geöffnet ist und der Winkel A des Messwandlers dem Umwandler zugeführt wird, durch das Tor 160 der Wert des Winkels E aus dem Zwischenspeicher in den Akkumulator übergeführt wird, und daß, wenn der Winkel B von dem Messwandler in den Multiplexer übergeführt wird, aus dem Zwischenspeicher durch das Folgetor der Winkel A aus dem Zwischenspeicher gespeichert wird. Nach dem jeder Winkel umgewandelt und in dem Speicher gespeichert worden ist, wird der Wert des Winkels in den Akkumulator übergeführt, während der nächste Winkel digitalisiert wird.

Im Akkumulator 162 wird die Änderung des zuletzt digitalisierten Wertes eines jeden Winkels, beispielsweise des Winkels A zu dem vorher akkumulierten Gesamtwert des Winkels A addiert. Im Akkumulator ist der um die Differenz zwischen jenem umgewandelten Messwandlerausgangssignal und dem vorhergehenden erhöhten Wert gespeichert, so daß ein sich laufend ändernder Wert eines jeden der digitalisierten Winkel A, B, C, D und E gehalten wird. Differenzschaltungen und Eingänge wie sie weiter unten beschrieben und durch I8o und 182 angedeutet sind, die quantitative Ausgangssignale erzeugen, können in dem Akkumulator 162 vorgesehen sein, um den Winkel "Delta" oder die Differenz zu erhalten.

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die den in dem Akkumulator für jeden digitalisierten Winkelwert gespeicherten Winkelwerten hinzugefügt werden. Die Inhalte ändern sich laufend gemäß der Änderung der Winkelmesswandler, ob nun oder auoh nicht eine der bereits erwähnten Bedingungen aufgetreten ist. Mit anderen Worten, selbst wenn der Messkopf von einer Messteile zur anderen geführt wird, erzeugen die Messwandler Winkelausgangssignale . Im Akkumulator wird der Inhalt geändert, um kontinuierlich die jeweils vorhandenen Winkelwerte gespeichert zu haben.

Beim Auftreten von vorbestimmten Bedingungen der Messwertauslesung wird der Inhalt des Akkumulators durch eine Torschaltung 166 der Einrichtung I38 zur Verwendung, Wiedergabe oder Aufzeichnung zugeführt. So kann der Ausgang der Torschaltung 166 einer geeigneten Wiedergabeeinrichtung für die Werte des Akkumulatorinhalts zugeführt werden, oder er kann einem Gerät zum Aufzeichnen oder direkt dem Eingang eines Computers zugeführt werden. Ein analoger oder digitaler Computer 168, dem die Werte der Längen L₁, Lp, L_ und L. eingespeichert worden sind, kann zwischen dem Ausgang des Akkumulatortores 166 und der Einrichtung I38 vorgesehen sein, um die Richtungskosinus oC t β $ V und die Lagekoordinaten x, y, ζ gemäß den oben angegebenen Gleichungen zu berechnen.

Das Akkumulatorausgangstor wird von dem Ausgang eines UND-Tores 170 gesteuert, das eine erste Eingangsleitung I72 für das Signal hat, welches angibt, daß die Messbedingung erfüllt ist, und eine zweite Eingangs leitung 17^·* die von dem Ausgang eines UND-Tores I76 kommt, in dem ein Teil der Schaltkreise enthalten ist, der zum Messen der Geschwindigkeit dient.

In Fig.11 ist eine Schaltung für die Kontaktelemente des Messkopfes angegeben. Der beispielhafte Messkopf mit der V-fb'rmigen Nute hat vier im Abstand voneinander und gegeneinander isolierte elektrische Kontakte 125-128, von denen 125, 126 und 127 parallel

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zueinander über Widerstände Rl, R2 und Rj5 an einem Pol einer Spannungsquelle I78 angeschlossen sind. Der Messkopfkontakt 128 ist mit dem anderen Pol der Spannungsquelle I78 über den Druckschalter 122 für das Lesesignal der Bedienungsperson verbunden. Wenn der Druckschalter 122 betätigt wird, um den Kontakt 128 mit der Spannungsquelle zu verbinden, und wenn sich alle Kontakte 125, 126, 127 und 128 mit dem elektrisch leitenden Rohr, dessen Richtung gemessen werden soll, in elektrischem Kontakt befinden, erhält man in der Leitung I72 ein Signal, welches an den ersten Eingang des UND-Tores I70 gelangt. Wenn einer oder mehrere der Kontakte 125, 126 und 127 sich nicht mit dem Rohr in Berührung befinden, ist das Signal in der Leitung 172 nicht ausreichend groß, um das UND-Tor I70 anzusteuern. Ferner, wenn der Druckknopf 122 nicht betätigt worden ist, oder wenn der Kontakt 128 nicht das zu messende Rohr berührt, ist der Schaltkreis nicht geschlossen, so daß kein Eingangssignal an das UND-Tor I70 von diesem gelangt.

Obgleich verschiedene Arten von Null-Geschwindigkeitsmessern verwendet werden können, wie z.B. Geschwindigkeitsfühler oder Beschleunigungsfühler, die unmittelbar an dem Messkopf angeordnet sind, so hat es sich doch als vorteilhaft herausgestellt, die Ruhebedingung des Messkopfes dadurch festzustellen, daß die Änderungsfrequenz der AusgangsSignaIe eines jeden Winkelmesswandlers bestimmt wird. Beispielsweise, wenn das digitalisierte Ausgangesignal des Winkelmesswandlers 62 (Winkel A) sich nicht um mehr als eine Auflösungseinheit von einer Digitalisierung zurnächsten geändert hat (es gibt 12 Auflösungseinheiten bei der 12 bit Digitalisierung), dann kann man davon ausgehen, daß der Messwandler in Ruhe ist und eine Geschwindigkeit Null hat. In gleicher Weise dürfen sich die Ausgangssignale

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eines jeden der anderen Messwandler nicht um mehr als eine Auflösungseinheit geändert haben, woraus sich dann ableiten läßt, daß sich der Messkopf vollkommen in Ruhe befindet, da andere Bewegungen (andere als die Drehungen um die fünf Achsen A, B, C, D und E) des Messkopfes aufgrund der dargestellten Bauweise nicht auftreten können.

Damit man die Winkeländerung einer Digitalisierung mit der nächsten vergleichen kann, geht jeder digitalisierte Winkel, wenn er durch das Folgetor ΙβΟ hindurchgegangen ist, durch eine Verzögerungsschaltung I8o hindurch und gelangt zur kurzzeitigen Speicherung an eine Differenzschaltung 182, die Speicherabschnitte A ,, B ,, C ,, D , und E , hat.

Während des nächsten Zyklus der fünf Umwandlungen durch den Drehmelder/Digital-Umwandler I50 werden die digitalisierten Winkelwerte A , B , C , D und E (wobei A der gemessene Wert ist, der unmittelbar auf den gemessenen Wert A _₁ folgt, usw.) direkt zum Vergleichen mit den vorhergehenden Werten A , ,

B o, C -,,D , und E , der Differenzschaltung zugeführt. Die tl-cL n-i n-i n-i

Signale A_n, B , C-, D und E werden ebenso in die Verzögerungsschaltung 180 eingegeben, um die vorhergehend gespeicherten

Werte A i,B -,,C -,,D ·, und E , zu ersetzen. Wenn der n-1 n-1 n-1 n-1 n-l

Unterschied zwischen dem Wert eines jeden Winkels und dem vorhergehenden Wert kleiner als eine vorgegebene Größe z.B, eine Auflösungseinheit ist, wird ein Freigebesignal über eine der entsprechenden Leitungen I82a-l82e an das UND-Tor I76 gegeben, wodurch ein zweites Freigebesignal an das UND-Tor I70 nur und nur dann gelangt, wenn sich keiner der fünf Winkel um mehr als den vorgegebenen Wert verändert hat.

Da durch die beschriebene Differenzschaltung das UND-Tor nur freigibt, wenn die Unterschiedevon allen fünf Winkel fest-

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gestellt worden sind, entsteht durch diese Anordnung von vornherein eine Verzögerung, die das Lesen aller fünf Winkel sicherstellt. Somit ist keine getrennte Schaltung wie z.B. ein Zähler zum Zählen von fünf oder mehreren Kanalschaltevorgängen des Multiplexers oder des Zählerausgangs notwendig, um sicherzustellen, daß alle fünf Winkel aus den Messwandlern ausgelesen, digitalisiert und in den Akkumulator eingespeichert worden sind. Nichts desto trotz können zusätzliche Verzögerungen und Verzögerungsschaltkreise vorgesehen werden, wenn mehrere Digitalisierungszyklen erwünscht sind, bevor die Akkumulatoren ausgelesen werden.

Wenn es notwendig oder wünschenswert erscheint, kann eine gleiche Differenzschaltung 182 oder ein im wesentlichen ähnlicher Schaltkreis vorgesehen sein, damit ein zweites Geschwindigkeitsausgangssignal erhalten wird, welches anzeigt, daß die Bewegung des Messkopfes zu schnell erfolgt. Ein solches Ausgangssignal wird an Jeder der Leitungen 18^a-18j5e erhalten, wenn die Differenz zwischen einem der Winkel und dem vorhergehenden Wert größer als eine vorgegebene Größe ist. Die Leitungen I83a-e werden den Eingängen eines ODER-Tores 184 zugeführt, so daß, wenn auf irgendeiner dieser Leitungen ein Signal auftritt, das anzeigt, daß sich einer der Winkel zu schnell ändert, ein Ausgangssignal an der Leitung 186 am Ausgang des ODER-Tores 184 erhalten wird, um die Bedienungsperson zu warnen und ihr die Möglichkeit zu geben, den Messkopf in die Eichstellung zurückzuführen (in Berührung mit dem Eichzylinder I30 der Pig.l) und den Akkumulator dadurch zurückzusetzen, daß ein Rücksetzsignal an die Leitung I88 gegeben wird.

Obgleich der Akkumulator in der in Fig.11 dargestellten Anordnung den letzten der durch die Winkelmesswandler erzeugten Winkel speichert, ist es nichtsdestotrotz wünschenswert, von Zeit

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zu Zeit die Akkumulatoren (wobei sich der Messkopf in seiner Eichrichtung und -lage befindet) zurückzusetzen, zumindest nach jeder Messerie, und zwar aus verschiedenen Gründen. Durch eine periodische Eichung wird vermieden, daß sich Fehler aufgrund von zeitlichen Schwankungen oder anderen zufällig auftretenden Größen, die bei der Anordnung auftreten können, aufbauen. Wenn der Messkopf ausgetauscht wird,weil z.B. einer mit verschiedener Größe, Form oder Winkel verwendet wird, ist es notwendig, die Akkumulatoren und die gesamte Anordnung zurückzusetzen, wobei sich der neue Messkopf in der Eichrichtung und -lage, die durch den Eichzylinder 1^0 bestimmt ist, befindet. Ein von Hand zu betätigendes Rücksetzsignal kann auch verwendet werden, um andere Speicherschaltungen und Verarbeitungseinrichtungen im Computer zurückzusetzen, damit mit einer vollkommen neuen Berechnungsserie begonnen werden kann. In gleicher Weise kann ein Zurücksetzen notwendig sein, wenn ein Gegenstand verschiedener Größe oder Form gemessen werden soll.

Abänderungen

Der Messkopf 30 mit seiner V-förmigen Nute 120 ist insbesondere dazu geeignet, daß er winkelmäßig gegenüber der Eichrichtung verändert werden kann, bis er eine Messrichtung einnimmt, die genau parallel zur Achse eines zu messenden, geraden Rohrabschnittes ist. Man sieht ohne weiteres, daß Messköpfe verschiedene] Arten und Formen statt des Messkopfes 30 verwendet werden können, un die Richtungsachse des Messkopfes in eine Richtung zu bringen, die in fester Beziehung zu einem anderen Gegenstand als dem mit einer zylindrischen Form steht . Beispielsweise, wie es in Fig.12 dargestellt ist, kann eine optische Ausrichtung des Messkopfes verwendet werden. Die gleichen mit Gelenken angeordneten Verbindungen 2Q,22, 24, 26 und 28 mit ihren Winkelmesswandlern können verwendet werden, wobei diese gemäß den Fig.1-7

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ausgestaltet und angeordnet sind. Statt des Messkopfes 30, der an der fünften Verbindung 28 befestigt ist, ist ein optischer Messkopf 200 vorgesehen. Ein solcher Messkopf kann verschieden ausgestaltet sein, beispielsweise als Autokollimator. Bei einem Autokollimator ist ein elektrisch-optisches System vorhanden, bei dem ein Lichtstrahl 202 auf eine reflektierende Oberfläche 204 auf trifft und das von der Oberfläche 204 zurückgeworfene Licht empfängt. Der Autokollimator wird verwendet, um die Richtung einer normalen auf der Oberfläche 204 zu messen. Bei diesen Anwendungen kann die Oberfläche 204 einen Spiegel haben, der an einem Navigationsinstrument wie z.B. an dem stabilen Fuß eines Trägheitsnavigators 206 befestigt ist. Solche Navigatoren müssen mit äußerster Genauigkeit in Bezug auf bekannte Richtungen auf der Erdoberfläche oder in Bezug auf die Fixsterne ausgerichtet sein, bevor sie verwendet werden. Der von dem Autokollimator ausgehende Lichtstrahl wird von der Oberfläche, dessen normalen Richtung gemessen werden soll, reflektiert und vom Autokollimator wieder empfangen. Wenn der reflektierte und der ursprüngliche Strahl zusammenfallen, ist die optische Achse des Autokollimators (d.h. die Richtungsachse dieses Messkopfes) genau normal zur reflektierenden Oberfläche. Infolgedessen hat letztere eine bekannte WinkelbeZiehung in Bezug auf die Richtungsachse des Autokollimators.

Erfindungsgemäß wird der Autokollimator angeordnet, um einen eichbaren Messkopf der Messeinrichtung zu schaffen. Dieser kann ohne weiteres winkelmäßig um jede der fünf Drehachsen der Messeinrichtung gedreht werden, bis seine optische Achse oder Richtungsachse zu einer normalen der reflektierenden Oberfläche 204 genau ausgerichtet ist. Bei manchen Autokollimatoren wird die Abweichung zwischen der Autokollimatorachse und der Richtung

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der Normalen der zu beobachtenden Oberfläche ausgelesen.In einem solchen Fall'ist die Abweichung mit der Richtung der optischen Achse des Autokollimators kombiniert, die durch die Winkel A, B, C, D und E, die von den verschiedenen Winkelmesswandlern der Messeinrichtung erhalten werden, definiert ist.Obgleich die Lagekoordinaten eines Punktes an dem Autokollimator gemessen werden können, wie es oben im Zusammenhang mit dem Messen der Lagekoordinaten eines Punktes des zu messenden Vektors beschrieben worden ist, werden solche Koordinatenwerte nun nur zum Messei der Ausrichtung erforderlich.

Selbst wenn keine Lagemessungen durchgeführt werden, ist es trotzdem notwendig, den Messkopf zu verschieben, da sich alle zu .-".essenden Richtungen nicht in einem einzigen Punkt schneiden, so daß die Richtungsachse des Messkopfes sowohl gedreht als auch verschoben werden muß. Die beschriebene, gelenkige Einrichtung ermöglicht sowohl eine Verschiebung als auch eine Drehung des Messkopfes nur durch Drehbewegungen, obgleich zusätzliche Verschiebungsoder Rotationsfreiheitsgrade vorgesehen sein können.

Eine andere und etwas einfachere optische Ausrichtung ist in Pig.12 dargestellt. Sie hat ein Paar optischer Visiereinrichtungen 208 und 210, wie z.B. bekannte Gewehrvisiere oder Fadenkreuze, die an dem Messkopf 200 befestigt sind, um eine optische oder Richtungsachse zu definieren. Wenn man diese Visiereinrichtung 208, 210 verwendet, wird der Messkopf so ausgerichtet, daß die Sichtgerade durch die Visiere 208 und 210 hindurchgeht und genau zu einer Geraden ausgerichtet ist, wie z.B. einer Kante 212, die mit dem zu messenden Gegenstand oder einem Teil derselben in fester Beziehung steht.

Die in der Fig.12 dargestellten optischen Messeinrichtungen zum Ausrichten sind nur beispielhaft. Solche Messeinrichtungen müssen

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nur an der letzten Verbindung 28 der beschriebenen, fünfachslgen Messeinrichtung befestigt werden und daraufhin in eine lage gebracht werden, in der sie in 'tezug auf eine zu messende Richtung ausgerichtet sind. Nachdem eine solche Messrichtung erzielt worden ist, kann durch eine automatische Einrichtung oder durch eine von einer Bedienungsperson von Hand zu bedienende Einrichtung ein Signal erzeugt werden, daß die Messrichtung erzielt worden ist, so daß die fünf Winkel in der bereits beschriebenen Weise ausgelesen werden können.

In der Fig.13 ist eine andere Ausführungsform eines Berührungsmesskopfes dargestellt, der an einer Abstützung 12 über Gelenk verbindungen 20, 22, 24, 26 und 214 befestigt ist. Im. vorliegenden Fall ist die Verbindung 214 um 90° abgebogen, damit der Messkopf andere Richtungen haben kann, die mit der geraden fünften Verbindung 28 gemäß Fig.l nicht so gut zu erreichen sind, Der in Fig.13 dargestellte Messkopf kann identisch mit dem in den Fig. 8 und 9 dargestellten sein, mit der Ausnahme, daß seine Richtungsachse (die V-förmige Nute) in Bezug auf die Achsen der Messeinrichtung anders orientiert ist.

Obgleich der zu messende Vektor i/ollkommen durch die V/inkeldrehung mit den fünf dargestellten Rotationsfreiheitsgraden um die Achsen A, B, C, D und E definiert ist, sieht man ohne weiteres, daß sechs oder mehr Freiheitsgrade auch verwendet werden können, wobei die den Vektor definierenden Gleichungen entsprechend den sechs oder mehr Winkeln angepaßt werden müssen.

Beispielsweise kann der Messkopf statt einer letzten Verbindungsachse 28 befestigt zu sein, um eine Achse an der Verbindung verschwenkt werden, die parallel, senkrecht oder unter einem anderen Winkel in Bezug auf die Akte E verläuft. Zum Auslesen

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des Winkels bei der Drehung um die sechste Achse muß ein Winkelmessgeber vorhanden sein. Auch könnte, wie es in Fig.lj? dargestellt ist, die Anordnung so ausgestaltet sein, daß eine sechste Drehachse vorhanden ist, die mit der Achse der zweiten Verbindung 22 zusammenfällt. Dann besteht die Verbindung 22 aus zwei Teilen 22a und 22b, die im wesentlichen genau so wie die zwei Verbindungen 24 und 26 und ihre entsprechenden Teile 84 und 100 gemäß Fig.jj ausgestaltet sind. Die Verbindung 22b ist drehbar in Bezug auf die Verbindung 22a und in ihr gelagert, wobei sie sich um die Achse der letzteren drehen kann. Ein Messgeber 216 ist vorgesehen, um die Drehung um die letzte Achse der Verbindung 22b relativ zur Verbindung 22a auslesen zu können. Man sieht, daß die sechste Achse oder weitere Achsen an verschiedenen Stellen der dargestellten Messeinrichtung vorgesehen und angeordnet sein können. Selbst wenn nur fünf Achsen verwendet werden, müssen diese nicht so zueinander ausgerichtet sein, wie es dargestellt worden ist. Die fünf Achsen können relativ zueinander verschiedene WinkelbeZiehungen haben. Eine wesentliche Eigenschaft der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Ausrichtung des Messkopfes vollkommen durch die Drehwinkel um die verschiedenen Drehachsen bestimmt ist.

Der in Fig.12 dargestellte Messkopf, der mit Strahlungsenergie arbeitet, ermöglicht das Messen einer Richtung, ohne daß der Gegenstand, dessen Richtung gemessen werden soll, berührt werden muß. Das Messen einer normalen in Bezug auf eine ebene Fläche kann in einfacher Weise durch eine einzige Messung erfolgen. Wenn die Normale einer solchen Oberfläche durch die Koordinatenlage von drei oder mehreren verschiedenen Punkten bestimmt wird, wie es bei der Verwendung von bekannten Messeinrichtungen der Fall ist, müssen drei getrennte und unabhängige Messungen vorgenommen werden. Bei der erfindungsgemäßen Messeinrichtung genügt

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eine einzige Messung. Es müssen nicht drei verschiedene Einstellungen oder drei verschiedene Berührungen auf der Oberfläche vorgenommen werden.

In den Fig. 14 und 15 ist ein anderer Kesskopf dargestellt, der insbesondere zum Messen der Normalenrichtung _Z\x einer Oberfläche geeignet ist, wobei die Oberfläche berührt wird. Dieser Messkopf ist zusammen mit der fünften Verbindung, die hier mit 220 bezeichnet ist, dargestellt. Die fünfte Verbindung 220 gemäß Fig.14 hat einen festen, hohlen, rohrförmigen Teil 222 , an dem ein verschwenkbarer Teil 224 fest verbunden ist, der eine analoge Funktion und ähnliche geometrische Ausgestaltung wie der verschwenkbare Teil 114 gemäß Fig.3 hat. Der verschwenkbare Teil 224 kann an dem Endteil ΙΟβ der vierten Verbindung in der in der Fig_t,3 dargestellten Weise gelagert sein. An dem verschwenkbaren Teil 224 ist ein Antriebszahnrad (dieses ist in Fig.14 nicht dargestellt) ähnlich dem Zahnrad 112 für den Messwandler angeordnet, um den Winkel E auslesen zu können. Ein abgeknickter Drehzapfen 2^0 wird von Lagern 226 und22? in dem rohrförmigen Teil 222 gehalten und hat eine fest an ihm angeordnete Berührungsplatte 232. Aus der Außenfläche 234 der Kontaktplatte 232 steten drei Kontaktzapfen 236^ 238, und etwas hervor, die zusammen eine Ebene definieren, welche in Bezug auf den Messkopf 23O ausgerichtet ist. Die Richtungsachse des Messkopfes ist eine normale zu dieser Ebene. Wenn es notwendig oder wünschenswert erseheint, können die drei Kontalctstifte 236, 238 und 240 elektrisch mit oiuem Druckschalter für eine Bedienungsperson verbunden ssin_fl der- Teil eines Schaltkreises identisch dem der Fig.11 in Bezug auf die Kontaktelemente 126, 127 und 128 ist. Bei einem solchen Schaltkreis fehlt lediglich einer der Kontakte und zwar der Kontakt 125. Der Schaltkreis ist

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so aufgebaut , daß man nur ein Signal an seinem Auskreis erhält wenn die Messbedingungen erfüllt sind, d.h. dann und nur dann wenn alle drei Kontaktstifte 236, 238 und 240 mit der elektrisch leitenden ebenen Oberfläche, deren Richtung gemessen werden soll, in Berührung stehen.

Man sieht, daß, wenn Berührungsmessungen auf nicht elektrisch leitenden Oberflächen durchgeführt werden sollen, andere Anordnungen mit Berührungsfühlern verwendet werden können, oder daß das Erreichen der Messlage einfach durch Beobachtung der Bedienungsperson festgestellt wird. Eine wirkliche -erührung des ebenen Messkopfes 232-240 muß nicht unbedingt erreicht werden, da es nur notwendig ist, den Messkopf in eine Winkellage zu bringen, in der seine Orientierungsebene (die beispielsweise durch die Elemente 236, 238 und 240 definiert ist) parallel zu der zu messenden Oberfläche verläuft. Eine solche Parallelität liegt vor, wenn zwei Oberflächen einen gleichen Abstand haben und wobei das Ausmessen des Abstandes zwischen dem Messkopf und der zu messenden Oberfläche an drei Raumpunkten anzeigt, daß eine solche Parallelität vorliegt. Die Dreipunktberührung ist nichts anderes, als ein besonderer Pail von drei Abstandsmessungen.

Wenn die Koordinatenlage eines Punktes mit dem Messkopf gemäß Fig. 14 und I5 bestimmt werden soll, wird der Messkopf so ausgerichtet, daß eine seiner Kanten (oder eines der Kontaktelemente 236, 238, 240), die zur Oberfläche 234 normal verläuft, sich an dem zu messenden Punkt befindet, wodurch die Koordinatenlage eines Punktes an dem Messkopf bestimmt ist.

Man sieht ohne weiteres, daß Messköpfe anderer Art, Form und Größe verwendet werden können, um das Erreichen einer Messrichtung durch Berühren zwischen dem Messkopf und dem Gegenstand

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zu bestimmen. Beispielsweise kann der Messkopf gemäß Pig.16 eine zylindrische Oberfläche haben oder ein Stab 250 sein, der fest mit der Endverbindung 28 verbunden ist. Diese Ausgestaltung erleichtert das Ausrichten des Messkopfes zu einer konkaven Oberfläche, einer Nute oder einer Vertiefung in einem Gegenstand.

In Fig. 17 ist ein anderer Messkopf dargestellt, der zum Ausrichten zu zylindrischen Oberflächen geeignet ist. Dieser Messkopf 252 hat eine längliche, konkave, zylindrische Oberfläche, die an der Endverbindung 28 befestigt ist. Die verschiedenen Messköpfe können verschiedene Arten von Kontaktelementen haben, um anzuzeigen, daß die Messrichtung eingestellt worden ist. Die Kontaktelemente (und auch die entsprechenden Schaltkreise) können im wesentlichen identisch zu jenen sein, die im Zusammenhang mit dem Messkopf J>0 beschrieben worden sind.

Bei verschiedenen Anwendungen und insbesondere dort, wo ein Messkopf von der in den Fig. 14 und I5 dargestellten Art verwendet wird, um die Richtung einer normalen einer Fläche zu messen, kann es nicht erforderlich sein, die Bewegung des Messkopfes zu unterbrechen, um die Winkel auszulesen. So kann es ausreichen, die normale Richtung irgendwo innerhalb eines vorgegebenen Bereiches einer Oberfläche zu messen, so daß die Bedingung der NULL-Geschwindigkeit der Akkumulatorauslese nicht notwendig ist und sich der Messkopf irgendwo innerhalb des ausgewählten Bereiches bewegen kann, wobei er stets seine Messausrichtung hat, wenn eine Auslesung erfolgt.

Es wurden Verfahren und Einrichtungen zum unmittelbaren Messen eines Vektors beschrieben, wobei die Messung einfach und schnell erfolgt. Es wird hierbei eine relativ kleine und leichte Ein-

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richtung verwendet, die ermöglicht, daß Messungen an Gegenständen verschiedener Form und Größen ausgeführt werden können. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist äußerst anpassungsfähig und hat ein so geringes Gewicht, daß man eine tragbare Messeinrichtung erhält.

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Claims

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1.!Verfahren zum Messen einer Richtung einer Kurve, dadurch — gekennzeichnet, daß ein Messkopf durch Rotation um mehrere Drehachsen aus einer Bezugsrichtung verschoben wird, bis er eine Messlage einnimmt, die gegenüber der zu messenden Richtung eine vorgegebene Winkellage hat und in der die Messung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Messkopf in eine Messlage verschoben wird, die gegenüber einem in fester Beziehung zu einem Gegenstand stehenden Vektor eine vorgegebene Richtung und Raumlage hat.-

3. Verfahreinach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorhanden sind, die auf die Verschiebung des Messkopfes ansprechen.

4. Vorrichtung zum Messen einer Richtung einer Kurve mit einer Stütze und einem Messkopf, dadurch gekennze lehnet daß der Messkopf (jJO) in eine Messrichtung ausrichtbar ist, die in Bezug auf eine zu messende Richtung eine feste Winkelbeziehung hat, wobei der Messkopf (j50) über mehrere, miteinander verschwenkbar verbundene Verbindungen (20, 22 ₉ 26, 28) bewegbar an der Stütze (12) angeordnet ist, und daß Einrichtungen

(62, 68? 90, 96, loS) zum Messen der Winkelbesiehungen zwischen aufeinanderfolgenden Verbindungen vorhanden sind, durch die Messwerte erhalten werden^, die die zu messende Richtung definieren.

5. Vorrichtung nach AnspruGh 4, dadurch gekennzeichnet* daß durch eine Eim-ichfeung ein konditioniertes Signal

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in Abhängigkeit von dem sich Nähern der Richtungsachse des Messkopfes (^O) in eine Winkellage erzeugbar ist, die in einer bekannten Winkelbeziehung relativ zu der zu messenden Richtung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichn et. daß an dem Messkopf (JO) Kontaktelemente (125a, 126a, 127a, 128a) vorhanden sind, durch die die Richtungsachse und Orientierung des Messkopfes definierbar sind, wobei die Kontaktelemente mit dem Gegenstand in Eingriff bringbar sind, der in einer bekannten Winkelbeziehung relativ zur zu mesrenden Richtung steht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennze ichn e t , daß der Messkopf (j50) eine optische Ausrichteinrichtung (200, 206; 208, 210) hat, durch die die Richtungsachse und Orientierung des Messkopfes definierbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ausrichten mehrere Kontaktelemente (125a,. 126a, 127a, 128a) am Messkopf (30) hat, und daß durch eine Einrichtung (122) ein konditioniertes Signal über das Erreichen der Messlage beim Eingriff von wenigstens einer Gruppe dieser Kontaktelemente mit einem Gegenstand erzeugbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Einrichtung das Auslesen der Winkelbeziehungen bei Erreichen der Messlage des Messkopfes (30) erzeugbar ist.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Auslesen bei im wesentlichen stillstehenden Messkopf (30) erfolgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß das Auslesen die Aufrechterhaltung der Messlage des Messkopfes (30) während eines vorgegebenen Zeitraumes erfordert.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch g ekennzeichnet, daß zum Ausrichten des Messkopfes (30) dieser eine Einrichtung hat, die mit Strahlungsenergie arbeitet.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch g e ■ kennzeichnet, daß durch eine Einrichtung (I30) eine Bezugsrichtung zu der Stütze (12) erzeugbar ist, und daß eine Einrichtung vorhanden ist, durch die der Inhalt eines Akkumulators zurücksetzbar ist, wenn sich der Messkopf (30) in einer Lage befindet, die in einer festen WinkelbeZiehung zu der Bezugsrichtung steht.

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