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Hintergrund der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Techniken zur zerstörungsfreien Prüfung von
Strukturen und insbesondere wirtschaftliche und zeitsparende Techniken
zum Bewegen eines oder mehrerer zerstörungsfreier Sensoren bezüglich des
zu untersuchenden Abschnitts der Struktur.
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Zerstörungsfreies
Prüfen
von Strukturen umfasst eine sorgfältige Untersuchung einer Struktur, ohne
die Struktur zu beschädigen
oder eine wesentliche Zerlegung der Struktur zu benötigen. Zerstörungsfreies
Prüfen
ist bei vielen Anwendungen vorteilhaft, bei denen eine sorgfältige Untersuchung
des Äußeren und/oder
des Inneren einer Struktur benötigt
wird. Zum Beispiel wird in der Flugzeugindustrie üblicherweise
eine zerstörungsfreie
Prüfung
verwendet, um Flugzeugstrukturen auf jede Art innerer oder äußerer Beschädigung der
Struktur zu untersuchen. Metallische Flugzeugstrukturen werden typischerweise
auf Korrosion und/oder Risse in den Strukturen untersucht, insbesondere
in der Nähe
von Befestigungsmitteln. Verbundstrukturen werden typischerweise
auf jede Art von Beschädigung
untersucht, die irgendwo an oder in dem Verbundwerkstoff auftritt.
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Verschiedene
Arten von Sensoren können verwendet
werden, um eine zerstörungsfreie
Prüfung durchzuführen. Ein
oder mehrere Sensoren können über den
zu untersuchenden Abschnitt der Struktur bewegt werden und Daten
bezüglich
der Struktur empfangen. Zum Beispiel können ein Pulsecho-, Durchgangstransmissions-
oder Scherwellen-Sensor verwendet
werden, um Ultraschalldaten, wie etwa eine Dickenmessung, eine Erfassung
von Laminarfehlern und Porosität
und/oder eine Risserfassung in der Struktur zu erhalten. Resonanz-,
Pitch-Catch- oder mechanische Impedanzsensoren können verwendet werden, um Hinweise
auf Hohlräume
oder Porosität,
wie etwa bei Klebverbindungen der Struktur, bereitzustellen. Weiterhin
erzeugen einfache oder doppelte Wirbelstromsensoren in einer Struktur Wirbelströme und erfassen
diese, um Risse und/oder Korrosion insbesondere in metallischen
oder anderen leitfähigen
Strukturen zu identifizieren. Die von den Sensoren aufgenommenen
Daten werden üblicherweise
von einem Verarbeitungselement verarbeitet und die verarbeiteten
Daten können über eine Anzeige
einem Benutzer dargestellt werden.
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In
vielen Fällen
müssen
die Strukturen vor Ort untersucht werden, da es entweder nicht machbar
oder zu teuer und zu zeitaufwändig
ist, die Struktur für
die Untersuchung zu einem abseits liegenden Labor zu transportieren.
Bei regelmäßigen Felduntersuchungen
der Strukturen tasten Techniker die Strukturen typischerweise manuell
mit einem geeigneten Sensor ab. Das manuelle Abtasten besteht im
Allgemeinen aus einem geschulten Techniker, der einen Sensor hält und den
Sensor entlang der Struktur bewegt, um sicherzustellen, dass der
Sensor all die gewünschten
Abschnitte der Struktur prüfen
kann. In vielen Situationen muss der Techniker den Sensor wiederholt
Seite an Seite in eine Richtung bewegen, während er gleichzeitig den Sensor
ungefähr
0,635 cm (ein Viertel Zoll) in eine andere Richtung wendet. Als
Techniker, der neben einer Struktur steht, kann der Techniker den
Sensor wiederholt nach rechts und links und wieder zurück bewegen,
während
er den Sensor ungefähr
0,635 cm (ein Viertel Zoll) zwischen jedem Schritt wendet. Da die
Sensoren darüber
hinaus mit den erfassten Daten üblicherweise
keine Ortsinformationen verbinden, muss der gleiche Techniker, der
die Struktur manuell abtastet, auch die Sensoranzeige beobachten,
während
die Struktur abgetastet wird, um zu bestimmen, wo die Defekte, wenn vorhanden,
in der Struktur lokalisiert sind. Die Qualität der Untersuchung hängt somit
in großem
Ausmaß von
der Leistungsfähigkeit
des Technikers nicht nur bezüglich
der Bewegung des Sensors sondern auch bezüglich der Aufmerksamkeit des
Technikers und der Interpretation der angezeigten Daten ab. Somit ist
das manuelle Abtasten von Strukturen zeitaufwändig, arbeitsintensiv und anfällig für menschliche
Fehler. Darüber
hinaus kann das manuelle Abtasten bei Technikern Müdigkeit
und/oder andere Gesundheitsprobleme, wie etwa wiederholte Bewegungsunordnung
(Repetitive Motion Disorders), hervorrufen.
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Automatisierte
Untersuchungssysteme wurden entwickelt, jedoch können die automatisierten Systeme
manchmal zu teuer und/oder zu massig sein, um für regelmäßige Felduntersuchungen verwendet
zu werden. Zum Beispiel stellt der Mobile Automated Scanner (M.
A. U. S.), der von der Boeing Company entwickelt wurde, in einem
tragbaren Paket eine automatisierte Datenerfassung für Vor-Ort-Untersuchungen
bereit. Eine Art des M. A. U. S. Systems bewegt sich über strategisch
gesteuerte Saugnäpfe
entlang der Struktur, während
ein anderer Typ mit der Hand gehaltene Sensoren beinhaltet und einen
damit verbundenen Schlitten umfasst, der mittels manueller Bewegung
entlang der Struktur bewegt wird. Als solches tastet das M. A. U.
S. System nicht nur die Struktur ab, sondern verarbeitet auch die
Daten der Struktur und verbindet die Daten mit der genauen Stelle
auf der Struktur, von der die Daten erhalten wurden. Wenn das M.
A. U. S. System auch tragbar ist, schnelle Untersuchungsraten bereitstellt
und jede Art von Sensoren wie die oben erwähnten verwendet, kann es aufgrund
des/der Verarbeitungselemente(s), das/die benötigt wird/werden, um die detaillierten
Daten bezüglich
des abgetasteten Abschnitts der Struktur bereitzustellen, auch groß und etwas
teuer sein. Weiterhin kann das M. A. U. S. System nicht von einer
lokalen Energieversorgung wie etwa Batterien angetrieben werden
und benötigt daher über (ein)
dicke(s) Stromkabel eine Verbindung zu einer entfernt liegenden
Energieversorgung, was die einfache Verwendung des Systems behindert.
Zusätzlich
ist die Version des M. A. U. S. Systems, die Sensoren umfasst, die
mit der Hand gehalten werden, ähnlich
beschränkt
durch die relativ große
Größe der Sensoren,
die mit der Hand gehalten werden, und die damit verbundene Verkabelung.
Als solches kann es nicht durchführbar
sein, das M. A. U. S. System für
routinemäßige Felduntersuchungen
zu verwenden.
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Deshalb
besteht ein Bedarf für
eine tragbare Abtast-Technik, die die Aufgaben, die Techniker durchführen müssen, im
Vergleich mit einer manuellen Abtast-Technik reduziert. Es besteht
auch ein Bedarf für
eine Technik, die geringere Kosten aufweist und leichter zu verwenden
ist als konventionelle automatisierte Abtast-Techniken.
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Die
US-A-4774842 offenbart
eine Vorrichtung zum Durchführen
einer Kombination von automatischer und manueller Bewegung eines
nicht-destruktiven Testsensors (NDT), der in einer Öffnung eines
Bedienelements positioniert ist, umfassend:
einen NDT-Sensor;
ein
Gehäuse
und einen Motor; und
ein Schwenkelement, verbunden mit dem
genannten Bewegungselement derart, dass das Bewegungselement wenigstens
teilweise über
dem genannten Schwenkelement schwenkt;
wobei das genannte Betätigungselement
wenigstens teilweise in dem genannten Gehäuse untergebracht und für eine automatische
Bewegung in einer Richtung geeignet ist,
wobei die Vorrichtung
ferner umfasst ein Nockensystem mit einem Nocken mit einem exzentrischen
Kragen,
wobei der genannte Motor den genannten Nocken rotieren
lässt,
wobei
das genannte Betätigungselement
den genannten Sensor veranlasst, eine hin- und hergehende Bewegung über das
Werkstück
durchzuführen, gesteuert
durch das Nockensystem, und wobei das genannte Bewegungselement
wenigstens zwei im Wesentlichen parallele Arme umfasst, die sich
von einem Teil des Bewegungselements nahe der genannten Öffnung ausgehend
erstrecken, um es zu ermöglichen,
dass der genannte Sensor das Werkstück kontaktiert, während sie
den genannten Sensor in einer im Wesentlichen senkrechten Beziehung
zu der Oberfläche
des Werkstücks
halten, wobei das genannte Gehäuse
so ausgebildet ist, dass es durch einen Bediener ergriffen und manuell
in einer anderen Richtung bewegt werden kann, so dass der genannte Sensor
durch die Kombination von automatischer und manueller Bewegung bewegt
wird.
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Die
FR-A-2772 121 beschreibt
eine Vorrichtung für
ein abseits liegendes Labor. Ein Sensor wird bezüglich der Oberfläche des
Werkstückes
im Wesentlichen in einer normalen Beziehung gehalten.
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Die
US-B1-6339331 beschreibt
ein Untersuchungsgerät,
das einen Nocken verwendet, um einen Wirbelstromtastkopf zu bewegen.
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Die
US-B1-6220099 beschreibt
einen Oberflächenscanner
zum Ausführen
einer zerstörungsfreien
Prüfung
von Oberflächen.
Der Scanner weist zwei flexible Spuren auf, wobei jede mit einer
motorbetriebenen Zuganordnung zusammenpasst, um Ultraschall- und Wirbelstromuntersuchungstastköpfe über eine
Oberfläche
zu bewegen.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die
Vorrichtung zum Bewegen eines Sensors in wenigstens eine Richtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung stellt eine Technik zum Abtasten eines Werkstückes mit
einem Scanner bereit, die kompakter und kostengünstiger ist als die konventionellen
automatisierten Abtast-Techniken. Darüber hinaus ist die von der
vorliegenden Erfindung bereitgestellte Abtast-Technik teilweise
automatisiert, so dass der Anteil der physischen Arbeit, die von
dem abtastenden Techniker ausgeführt
wird, wesentlich reduziert ist. Somit stellt die vorliegende Erfindung
eine kostengünstige
und zeitsparende Abtast-Technik bereit, die in vielen Anwendungen
effizient verwendet werden kann, selbst in regelmäßigen Felduntersuchungen
verschiedener Strukturen.
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In Übereinstimmung
mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung
wie in Anspruch 1 beschrieben bereitgestellt.
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Somit
stellt die Vorrichtung zum Bewegen eines Sensors in wenigstens eine
Richtung entlang der Oberfläche
eine kostengünstige
und effiziente Technik zum Abtasten der Oberfläche einer Struktur mit einem
zerstörungsfreien
Sensor bereit. Insbesondere ist die Abtast-Technik der vorliegenden
Erfindung weniger teuer, kompakter und leichter zu verwenden als
konventionelle automatisierte Abtast-Techniken, während sie
auch weniger zeitaufwändig
und genauer ist und von einem abtastenden Techniker weniger physischen
Aufwand verlangt als konventionelle manuelle Abtast-Techniken.
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Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der
Zeichnung(en)
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Nachdem
somit die Erfindung allgemein beschrieben wurde, wird nun auf die
begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die nicht notwendigerweise
maßstabsgetreu
sind, und in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Bewegen eines Sensors
bezüglich eines
Werkstückes
ist;
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2 eine
Explosionsansicht einer Vorrichtung zum Bewegen eines Sensors bezüglich eines Werkstückes gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Betätigungselementes einer Vorrichtung
zum Bewegen eines Sensors bezüglich
eines Werkstückes
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist; und
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Nocken und eines exzentrischen Kragens
für eine Vorrichtung
zum Bewegen eines Sensors bezüglich eines
Werkstückes
gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegenden Erfindungen werden nun unter Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen ausführlicher
beschrieben, in denen einige, aber nicht alle Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt sind. In der Tat können diese Erfindungen in vielen
verschiedenen Formen ausgeführt
werden und sollten nicht als auf die hier gezeigten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt
werden; vielmehr sind diese Ausführungsformen
so bereitgestellt, dass die Offenbarung die anwendbaren gesetzlichen
Erfordernisse erfüllt.
Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchwegs auf gleiche Elemente.
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Die
Vorrichtung zum Bewegen eines Sensors bezüglich eines Werkstückes gemäß der vorliegenden
Erfindung stellt eine Technik zum Abtasten einer Oberfläche einer
Struktur mit einem Scanner bereit, die kompakter und kostengünstiger
ist als die konventionellen automatisierten Abtast-Techniken. Darüber hinaus
ist die Abtast-Technik, die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellt
wird, teilweise automatisiert, so dass der Anteil an physischer
Arbeit, die von einem Abtast-Techniker ausgeführt werden muss, wesentlichen
reduziert und somit die Genauigkeit der Ergebnisse gegenüber manuellen Techniken
wesentlich verbessert ist. Somit stellt die vorliegende Erfindung
eine kostengünstige
und zeit sparende Abtast-Technik bereit, die in vielen Anwendungen
effizient verwendet werden kann, selbst in regelmäßigen Felduntersuchungen
von verschiedenen Strukturen.
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Die
Vorrichtung zum Bewegen eines Sensors bezüglich eines Werkstückes ist
in 1 gezeigt. Die Vorrichtung 10 umfasst
einen Sensor 12 und ein Betätigungselement 14. 1 ist
eine Ansicht des Bodens der Ausführungsform
der Vorrichtung 10, wobei die Unterseite des Bodens 10 als
der Abschnitt der Vorrichtung definiert ist, der der zu prüfenden Struktur
gegenüber
liegt. So ist der Sensor 12 in unmittelbarer Nähe des Bodens
der Vorrichtung 10 angeordnet, um der zu prüfenden Struktur
gegenüber
zu liegen. 2 stellt eine Explosionsansicht
einer Ausführungsform
der Erfindung dar.
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Der
Sensor 12 kann jede Art von Sensor sein, die dem Fachmann
bekannt ist und die bei der Untersuchung von Strukturen verwendet
wird. Der Sensor 12 ist typischerweise ein zerstörungsfreier Sensor,
so dass der Sensor fähig
ist, eine Struktur zu prüfen,
ohne die Struktur zu zerstören
oder ein Zerlegen der Struktur zu benötigen. Bei der Ausführungsform
der Vorrichtung 10, die in 1 gezeigt
ist, ist der Sensor 12 ein Wirbelstromsensor. Einfache
und doppelte Wirbelstromsensoren sind fähig, Risse und/oder Korrosion
insbesondere in metallischen oder anderen leitfähigen Strukturen zu erfassen.
Andere Beispiele von Sensoren 12 sind Pulsecho-, Durchgangstransmissions-,
Scherwellen-, Resonanz-, Pitch-Catch- und mechanische Impedanzsensoren.
Pulsecho-, Durchgangstransmissions- und Scher-Wellen Sensoren stellen
Ultraschalldaten, wie etwa zur Dickenmessung, Erfassung von Laminarfehlern
und Porosität,
und/oder Risserfassung in der Struktur bereit. Resonanz-, Pitch-Catch-
oder mechanische Impedanzsensoren liefern Hinweise auf Hohlräume oder
Porosität,
wie etwa in Klebeverbindungen der Struktur.
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Der
Sensor 12 steht üblicherweise
in Kommunikation mit einem Verarbeitungselement, um die von dem
Sensor gesammelten Daten zu verarbeiten, und optional mit einer
Anzeige, um die verarbeiteten Daten visuell darzustellen. In vielen
Fällen übertragen
Kommunikationskabel Daten zwischen dem Sensor 12 und dem
Prozesselement und/oder der Anzeige. Bei anderen Ausführungsformen
können die
Daten über
drahtlose Kommunikationen zwischen dem Sensor und dem Verarbeitungselement und/oder
der Anzeige übertragen
werden. Der Sensor 12 kann direkt mit dem Verarbeitungselement und/oder
der Anzeige verbunden sein oder indirekt, wie etwa über ein
Netzwerk. Bei weiteren Ausführungsformen
der Erfindung können
das Verarbeitungselement und/oder die Anzeige in unmittelbarer Nähe des Sensors 12 angeordnet
sein, so dass Fernverbindungen zwischen dem Sensor, dem Verarbeitungselement
und/oder der Anzeige nicht notwendig sind.
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Das
Betätigungselement 14 trägt den Sensor 12.
Das Betätigungselement 14 definiert
eine Öffnung 16,
um den Sensor 12 aufzunehmen. Die Öffnung 16 ist in den
Ausführungsformen
des Betätigungselementes 14 gezeigt,
die in 1, 2 und 3 dargestellt
sind. Die Öffnung 16 ist
in den dargestellten Ausführungsformen
in der Nähe
eines Endabschnitts des Betätigungselementes 14 gezeigt. Bei
anderen Ausführungsformen
jedoch kann die Öffnung
zum Aufnehmen des Sensors 12 in irgendeinem anderen Abschnitt
des Betätigungselements 14 definiert
sein oder das Betätigungselement
kann den Sensor auf andere Weise tragen. Die Öffnung 16 kann jede
Form haben, solang die Öffnung
genau so groß oder
größer als
der größte Durchmesser
des Sensors ist, der in der Vorrichtung 10 verwendet werden
kann. Das Betätigungselement 14 ist
vorzugsweise aus einem relativ belastbaren und nicht leitfähigen Material
hergestellt, das auch relativ flexibel ist. Beispielhafte Ausführungsformen
des Betätigungselementes 14 können aus
einem Nylonmaterial wie etwa DelrinTM hergestellt
sein, das kommerziell von E. I. Du Pont de Nemours und Company Corporation erhältlich ist.
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Um
einen Sensor 12 in der Öffnung 16 zu
befestigen, kann wenigstens ein Justierelement 18 geeignet
eingestellt werden. Wie in 1 gezeigt,
kann das Justierelement 18 ein mit einem Gewinde versehenes
Element sein, wie etwa eine Schraube, die den Sensor in der Öffnung befestigt,
indem sie über
ein entsprechendes mit einem Gewinde versehenes Loch in die Öffnung gelangt,
das sich durch das Betätigungselement
zu der Öffnung 16 erstreckt.
Zum Beispiel kann der gewünschte
Sensor 12 in der Öffnung 16 angeordnet
sein, dann kann die Schraube justiert werden, bis der Sensor 12 zwischen
dem Betätigungselement 14 und
der Schraube befestigt ist. Bei anderen Ausführungsformen können ein
oder mehrere Justierelemente so angeordnet und/oder so geformt sein,
dass das/die Justierelement(e) den Sensor in der Öffnung befestigt/befestigen,
ohne dass der Sensor 12 das Betätigungselement 14 berührt.
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Das
Betätigungselement 14 kann
auf jede dem Fachmann bekannte Art und Weise angetrieben werden,
um das Betätigungselement
zu veranlassen, sich so zu bewegen, dass der Sensor 12 sich
bezüglich
der zu untersuchenden Oberfläche
in eine Richtung bewegt. Zum Beispiel können sich das Betätigungselement
und somit der Sensor rückwärts und vorwärts in einer
Richtung bewegen, so dass sich der Sensor 12 über wenigstens
einen Abschnitt des gewünschten
zu untersuchenden Bereichs einer Struktur bewegt. Wie es hier verwendet
wird, bezieht sich die Richtung, in der das Betätigungselement den Sensor bewegt,
auf die Richtung, die von der Hin- und Herbewegung des Sensors definiert
wird, und kann eine lineare, eine kreisförmige, eine halbkreisförmige oder
jede andere Art von Bewegung sein. Wenn es auch nicht notwendig
ist, so kann das Betätigungselement 14 sich
entlang einer oder mehrerer Schienen oder dergleichen bewegen, um
die gewünschte
Art der Bewegung von Betätigungselement 14 und
Sensor 12 zu definieren.
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In
den Ausführungsformen
der Vorrichtung 10, die in den 1 und 2 dargestellt
sind, wird das Betätigungselement 14 über einen
Motor 20 in Bewegung gesetzt und die Bewegung des Betätigungselements 14 über ein
Nockensystem 22 gesteuert. Der Motor 20 kann jede
Art von Motor sein, die dem Fachmann bekannt ist. Bei einer Ausführungsform
der Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung ist der Motor 20 ein
Getriebemotor, wie etwa ein Getriebemotor, der kommerziell von Micro
Mo Electronics, Inc., erhältlich
ist, welcher eine Achse, die mit dem Motor verbunden ist, dazu bringt,
sich zu drehen. Die Drehzahl hängt
von dem Übersetzungsverhältnis des
Motors ab. Das Drehmoment des Motors 20 sollte ausreichend
sein, um den Sensor 12 mittels des Betätigungselements 14 über die
gewünschte Oberfläche zu bewegen.
Das Drehmoment des Motors sollte so gewählt werden, dass sichergestellt
ist, dass sich der Sensor 12 über die Oberfläche bewegen
kann, selbst wenn die Oberfläche
uneben und/oder rau ist und selbst wenn die Oberfläche herausstehende
Befestigungsmittel umfasst.
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Energie
für den
Motor 20 kann auf jede dem Fachmann bekannte Art und Weise
bereitgestellt sein. Vorzugsweise wird die Energie dem Motor über eine
lokale Energieversorgung 32, wie etwa Batterien geliefert.
Wenn auch bei alternativen Ausführungsformen
der Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung der Motor 12 über eine
entfernte, stationäre
oder tragbare Energieversorgung angetrieben sein kann, ist eine
lokale Energieversorgung 32 bevorzugt, um die Notwendigkeit
eines Stromkabels zwischen der entfernten Energieversorgung und
dem Motor 20 zu beseitigen. Somit ist das Fehlen von Stromkabeln und
anderen Arten von Kabeln zwischen der Vorrichtung 10 und
anderen Einrichtungen ein Vorteil der vorliegenden Erfindung verglichen
mit bestehenden automatischen Abtast-Systemen zum Abtasten einer Oberfläche mit
einem Sensor, die schwer sind und mehrere Kabel zwischen dem Abtast-System
und einem entfernten Gerät
benötigen.
Im Gegenteil dazu ist die Ausführungsform
der Vorrichtung, die eine lokale Energieversorgung umfasst, wesentlich
unabhängiger
und tragbar.
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Bei
der Ausführungsform
der Vorrichtung 10, die in den 1 und 2 dargestellt
ist, treibt der Motor 20 ein Nockensystem an. Eine Ausführungsform
des Nockensystems 22, die einen Nocken 24 und
einen exzentrischen Kragen 26 umfasst, ist in 4 gezeigt.
Der Nocken 24 ist mit dem Motor verbunden und dreht sich,
wenn er von dem Motor angetrieben wird. Zum Beispiel kann der Nocken 24 eine teilweise
halbkreisförmige
Scheibe mit einem Befestigungsstück
an einer Seite sein, wie in 4 gezeigt.
Die halbkreis förmige
Form des Nocken 24 ist bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung
vorteilhaft, insbesondere bei Ausführungsformen, bei denen der
Nocken 24 relativ schnell rotiert, um das Gewicht des Nockens
um den Punkt auszugleichen, an dem der Nocken 24 an dem
Motor 20 befestigt ist, was Vibrationen des Betätigungselements 14 und des
Sensors 12 verhindert. Bei anderen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung kann der Nocken 24 jede geeignete Form aufweisen,
wie etwa kreisförmig,
quadratisch oder dergleichen. Der Nocken 24 kann aus jeder
Art von metallischem oder nichtmetallischem Material sein, das ausreichend
belastbar ist, um der wiederholten Bewegung und den Drücken standzuhalten,
denen der Nocken während des
Betriebs unterworfen ist. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist der Nocken 24 aus Aluminium. Der Motor 20 ist
an dem Nocken 24 über
das Befestigungsstück
in jeder geeigneter Art und Weise befestigt. Zum Beispiel kann das
Befestigungsstück
sicher auf oder in dem Schaft des Motors sitzen, der sich mit einem
Befestigungsmittel dreht, das angepasst ist, um das Befestigungsstück an dem Schaft
des Motors zu befestigen. Alternativ kann das Befestigungsstück an dem
Schaft des Motors mit einer Befestigungsverbindung befestigt sein,
wie etwa einem Klebemittel, Epoxy, Zement oder dergleichen. Unabhängig von
der Art der Befestigung ist das Befestigungsstück mit der Rotationsachse des
von dem Motor angetriebenen Schafts ausgerichtet.
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Der
Kragen 26 kann als Teil des Nocken 24 ausgebildet
oder ein separates Stück
sein, das an dem Nocken 24 befestigt werden kann. Bei der
Ausführungsform
des Nockensystems 22, das in 2 gezeigt
ist, ist der Kragen 26 ein separates Teil, das an dem Nocken 24 in
jeder geeigneten Art und Weise befestigt werden kann. Zum Beispiel
kann der Nocken 24 eine Öffnung zum Aufnehmen und Befestigen
eines Abschnitts des Kragens 26 oder zum Aufnehmen eines
Befestigungsmittels umfassen, um den Kragen 26 an dem Nocken 24 zu
befestigen. Bei anderen Ausführungsformen
kann der Kragen 26 mit einer Befestigungsverbindung wie
etwa einem Klebemittel, Epoxy, Zement oder dergleichen an dem Nocken 24 befestigt
sein. Unabhängig
von der Art und Weise, mit der der Kragen 26 an dem Nocken 24 befestigt
ist, ist der Kragen zu dem Nocken exzentrisch. Somit fluchtet der
Kragen 26 nicht mit der Rotationsachse des Schafts des
Motors, und somit fluchtet er nicht mit dem Befestigungsstück des Nocken 24.
Zusätzlich
kann sich der Kragen 26 auf der Seite des Nocken befinden,
die dem Befestigungsstück
gegenüber
liegt. Der Kragen 26 kann aus jedem geeigneten belastbaren
metallischen oder nichtmetallischen Material sein. Weiterhin kann,
da wie oben beschrieben der Kragen 26 in dem Betätigungselement 14 gleitet, der
Kragen 26 aus einem beschädigungsfreien Material sein.
Zum Beispiel kann der Kragen 26 aus DelrinTM sein,
das kommerziell von E. I. Du Pont de Nemours und Company Corporation
erhältlich
ist.
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Der
Kragen 26 wirkt mit dem Betätigungselement 14 zusammen,
um das Betätigungselement
in der gewünschten
Weise zu bewegen. Als solches kann das Betätigungselement 14 eine
längliche Öffnung 28 definieren,
die sich in einem Abstand von dem Sensor befindet. Der Abstand zwischen
der länglichen Öffnung 28 und
dem Sensor hängt
von dem gewünschten
Bewegungsbereich des Betätigungselementes 14 ab.
Zum Beispiel ist, wenn ein weiter Bewegungsbereich des Betätigungselementes 14 gewünscht ist,
die längliche Öffnung 28 weiter von
dem Sensor entfernt, als wenn ein kleiner Bewegungsbereich gewünscht ist.
Die Größe der länglichen Öffnung 28 ist
groß genug,
um den Kragen 26 aufzunehmen und um es dem Kragen 26 zu
ermöglichen,
sich in dem länglichen
Teil der Öffnung
zu bewegen, wenn der Nocken 24 sich dreht. Zum Beispiel ist
bei einer Ausführungsform
des Betätigungselements 14 die
längliche Öffnung ungefähr 2,2 cm
(siebenachtel Zoll) lang.
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Im
Betrieb kann der Nocken 24 an dem Motor 20 befestigt
sein und der Kragen 26 kann exzentrisch an dem Nocken 24 befestigt
sein. Das Betätigungselement 14 kann
dann geeignet angeordnet sein, so dass sich der Kragen 26 in
der länglichen Öffnung 28 befindet.
Vor oder nach dem Positionieren des Betätigungselements 14 kann
wenigstens ein Sensor 12 in der/den Öffnung(en) 16 befestigt werden,
so dass der/die Sensor(en) 12 der Oberfläche gegenüber liegt/liegen,
wenn die Vorrichtung 10 auf der Oberfläche positioniert ist. Der/die
Sensor(en) 12 berührt/berühren die
Oberfläche.
Wenn der Motor 20 betätigt
wird, dreht sich der Nocken 24 und somit der Kragen 26.
Wenn sich der Kragen 26 dreht, bewegt er sich entlang der
länglichen Öffnung 28 des
Betätigungselements 14,
was wiederum bewirkt, dass sich das Betätigungselement 14 und
wiederum der/die Sensor(en) 12 in eine Richtung bewegen.
Aufgrund der Auslegung der Nockenanordnung kehrt der Kragen eventuell
seine Bewegungsrichtung innerhalb der länglichen Öffnung um, so dass das Betätigungselement
und wiederum der Sensor entsprechend die Richtung umkehren. Zum
Beispiel wird der Sensor in einer hin- und hergehenden Art in einer
Richtung bewegt.
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Der/die
Sensor(en) 12 sollte/sollten fähig sein, sich über unebene
oder relativ raue und/oder profilierte Flächen zu bewegen, während eine
kontinuierliche Berührung
mit der Oberfläche
und die gewünschte
Orientierung zu der Oberfläche
beibehalten wird, wie etwa eine senkrechte Orientierung. Somit umfasst
das Betätigungselement 14 wenigstens zwei
im Wesentlichen parallele Arme 30, die sich von einem Abschnitt
des Betätigungselementes 12 in
unmittelbarer Nähe
der Öffnung 16 erstrecken,
wie in 3 gezeigt. Zum Beispiel können sich die Arme von der Öffnung 16 zu
dem Gelenkteil 34 erstrecken und kleiner als 50% der Länge des
Betätigungselementes 14 sein.
Bei einer besonderen Ausfüh rungsform
des Betätigungselements 14 sind
die parallelen Arme 30 ungefähr 3,8 cm (eineinhalb Zoll)
lang. Die Arme 30 sind vorzugsweise aus einem relativ belastbaren
und nicht leitfähigen
Material hergestellt, das auch relativ flexibel ist. Beispielhafte
Ausführungsformen
des Betätigungselements 14 und/oder
der Arme 30 können
aus Nylon, Kunststoff und/oder einem DelrinTM Material
sein, das kommerziell von E. I. Du Pont de Nemours und Company Corporation
erhältlich
ist.
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Um
die Bewegung des Betätigungselementes 14 zusätzlich zu
steuern, ist ein Gelenkteil 34 an dem Betätigungselement 14 befestigt,
das in 2 gezeigt ist. Das Gelenkteil 34 ist
stationär,
so dass das Betätigungselement 14 wenigstens
teilweise um das Gelenkteil 34 schwenkt. Das Gelenkteil 34 kann an
dem Betätigungselement 14 an
jeder Stelle befestigt sein, um die gewünschte Art der Steuerung über die
Bewegung des Betätigungselementes
bereitzustellen. Zum Beispiel ist, wie in der Ausführungsform der 2 gezeigt,
das Gelenkteil an dem Betätigungselement
mit Abstand von der Öffnung 16,
die den Sensor 12 aufnimmt, befestigt. Somit kann der Abstand
zwischen dem Gelenkteil 34 und dem Sensor 12 von
dem gewünschten
Bewegungsbereich des Sensors 12 abhängen. Je kürzer der Abstand zwischen dem
Gelenkteil 34 und dem Sensor 12 ist, desto kleiner
ist z. B. der Bewegungsbereich des Sensors 12, und je größer der
Abstand zwischen dem Gelenkteil 34 und dem Sensor 12 ist,
desto größer ist
der Bewegungsbereich des Sensors 12.
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Das
Gelenkteil 34 kann in jeder Art und Weise, die dem Fachmann
bekannt ist, an dem Betätigungselement
befestigt sein. Zum Beispiel kann in der Ausführungsform der Vorrichtung 10 der
vorliegenden Erfindung, die in 2 gezeigt
ist, das Gelenkteil 34 eine Schwenkstange 36 und
ein Kugellager 38 umfassen. Die Schwenkstange 36 und
das Kugellager 38 sind so geformt, dass das Kugellager 38 fähig ist,
wenigstens teilweise auf einem Abschnitt der Schwenkstange 36 zu
drehen, während
es gleichzeitig an der Schwenkstange 36 befestigt ist. Die
Schwenkstange 36 ist vorzugsweise aus einem hochfesten
metallischen und/oder nichtmetallischen Material. Zum Beispiel ist
bei einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Schwenkstange 36 aus Stahl.
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Bei
einer Ausführungsform
der Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung weist die
Schwenkstange 36 wenigstens teilweise Nuten in Umfangsrichtung
auf, die fähig
sind, Halteringe aufzunehmen, wie etwa Halteringe, die kommerziell
von W. M. Berg, Inc., Teilenummer Q1-25 erhältlich sind. Ein Kugellager 38 kann
somit von den Halteringen, die verhindern, dass das Kugellager 38 sich
axial entlang der Schwenkstange 36 bewegt, drehbar auf
der Schwenkstange 36 gehalten werden. Zum Beispiel kann
das Kugellager 38 dieser Ausführungsform ein Kugellager sein,
das kommerziell von W. M. Berg, Inc., Teilenummer NRB-47, erhältlich ist.
Bei anderen Ausführungsformen
kann das Kugellager 38 drehbar in jeder dem Fachmann bekannten
Art und Weise an der Schwenkstange 36 gehalten werden,
wie etwa mit jedem anderen zwischen dem Kugellager 38 und der
Schwenkstange 36 zusammenwirkenden Mittel.
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Weiterhin
kann das Betätigungselement 14 das
Kugellager 38 aufnehmen. Wie in der Ausführungsform
des Betätigungselements 14 von 3 gezeigt,
kann das Betätigungselement 14 eine
Aufnahme 40 umfassen, um das Kugellager 38 aufzunehmen.
Das Kugellager 38 kann auf jede dem Fachmann bekannte Art
und Weise in der Aufnahme 40 befestigt sein, etwa durch
Reibung oder durch eine Klebeverbindung, ein Befestigungsmittel
oder dergleichen. Die Schwenkstange 36 kann sich somit durch
das Kugellager und die Aufnahme 40 auf die der Aufnahme 40 gegenüberliegende
Seite des Betätigungselements 14 erstrecken,
wo die Schwenkstange 36 befestigt werden kann. Bei anderen
Ausführungsformen
der Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung kann sich
die Schwenkstange nicht vollständig
durch die Aufnahme 40 und/oder das Betätigungselement 14 erstrecken.
Unabhängig
von dem Erstreckungsgrad der Schwenkstange 36 durch den Aufnahme
und/oder das Betätigungselement 14 kann
das Betätigungselement 14 in
Verbindung mit dem Kugellager 38 wenigstens teilweise um
die Schwenkstange 36 rotieren.
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Abhängig vom
Gewicht des Sensors 12, der an dem Betätigungselement 14 befestigt
ist, kann das Betätigungselement 14 in
Gleichgewicht gehalten werden, um sicherzustellen, dass sich das
Betätigungselement
und somit der Sensor 12 gleichmäßig über die Oberfläche bewegen.
Zum Beispiel kann bei Ausführungsformen
der Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung, die ein
Gelenkteil 34 umfassen, um welches das Betätigungselement 14 schwenkt,
das Gewicht des Sensors 12, das sich auf einer Seite des Gelenkteils 34 befindet,
das Betätigungselement 14 veranlassen,
zu wackeln oder andere Arten unerwünschter Bewegung auszuführen, wenn
das Betätigungselement 14 in
Bewegung ist. Um die unerwünschte
Bewegung des Betätigungselementes 14 wie
oben beschrieben zu verhindern, kann ein Gewicht 42 auf
der Seite des Betätigungselementes 14 angebracht
werden, die sich bezüglich
des Schwenkpunktes gegenüber
dem Sensor 12 befindet, wie in der Ausführungsform der 2 gezeigt.
Wenn auch das Gewicht 42 in 2 mit einer
zylindrischen Form gezeigt ist, kann es jede geeignete Form annehmen, die
das Gewicht und den Ausgleich des Gewichtes bereitstellt, der benötigt wird,
um den Sensor 12 bezüglich
des Betätigungselementes 14 auszubalancieren.
Weiterhin kann das Gewicht 42 an dem Betätigungselement 14 in
jeder dem Fachmann bekannten Art und Weise befestigt sein, wie etwa
mit jeder Art von Befestigungsmittel. Bei Ausführungsformen, in denen der/die
Sensor(en) 12 entfernt und durch andere Sensoren mit unterschiedlichen
Größen und Gewichten
ersetzt werden können,
kann das Gewicht 42 entsprechend entfernt und ersetzt werden,
um das geeignete Gegengewicht bereitzustellen. Bei alternativen
Ausführungsformen
der Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung kann die
unerwünschte
Bewegung des Betätigungselementes 14 aufgrund
des Gewichts des Sensors 12 auf jede andere dem Fachmann
bekannte Art und Weise verhindert werden. Zum Beispiel kann, wenn
das Betätigungselement 14 nicht
flexibel sein muss, um dem Sensor einen kontinuierlichen Kontakt
mit der Oberfläche
zu erlauben, wenn er sich bezüglich
der Oberfläche
bewegt, das Betätigungselement 14 dann
mit einem relativ hochfesten Material verstärkt sein oder aus einem relativ hochfesten
Material sein, das die unerwünschte
Bewegung des Betätigungselementes
aufgrund des Gewichts des Sensors verhindert.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, sind die Einzelteile
der Vorrichtung 10 wenigstens teilweise in einem Gehäuse 44 enthalten.
Um die verschiedenen Einzelteile der Vorrichtung 10 in
einem Gehäuse
zu halten, kann ein Träger 46 in
dem Gehäuse 44 befestigt
sein. Der Träger 46 kann
in jeder geeigneten Art und Weise an dem Gehäuse 44 befestigt sein,
wie etwa mit Verbindern 48, Klebeverbindung oder dergleichen.
Bei anderen Ausführungsformen
des Gehäuses 44 kann
der Träger 46 als
Teil des Gehäuses 44 ausgebildet
sein. Der Träger 46 kann
die Einzelteile der Vorrichtung 10 in jeder Art und Weise
halten, so dass die Einzelteile in der notwendigen Arbeitsbeziehung
zueinander stehen und so die Einzelteile wie gewünscht bezüglich einer Oberfläche positioniert werden
können.
Zum Beispiel zeigen 1 und 2 den Träger 46,
der den Motor 20 und die Schwenkstange 36 hält. Somit
ist der Träger 46 geformt,
um den Motor 20 und die Schwenkstange 36 aufzunehmen.
Der Motor 20 und die Schwenkstange 36 können in
jeder dem Fachmann bekannten Art und Weise in dem Träger gehalten
werden, etwa durch Reibung, durch Verbinder, durch Klebeverbindung
oder dergleichen. Das Nockensystem 22 ist auch in dem Gehäuse 24 untergebracht,
da es wie oben beschrieben an dem Motor 20 befestigt ist.
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Das
Betätigungselement 14 wird
auch wenigstens teilweise in dem Gehäuse 44 gehalten, etwa mit
einer Klammer 50. Die Klammer 50 kann auch an dem
Gehäuse 44 in
geeigneter Weise befestigt sein, wie etwa mit Verbindern 48,
Klebeverbindung oder dergleichen. Bei anderen Ausführungsformen
des Gehäuses 44 kann
die Klammer 50 als Teil des Gehäuses 44 ausgebildet
sein. Die Klammer 50 hält
das Betätigungsmittel
in jeder dem Fachmann bekannten Art und Weise. Wie zum Beispiel
in 1 und 2 gezeigt, wird die Schwenkstange 36,
die sich durch das Kugellager 38 und die Aufnahme 40 erstreckt, von
der Klammer 50 gehalten, die wiederum das Betätigungselement 14 hält. Wie
gezeigt, kann sich ein Abschnitt des Betätigungselements 14 einschließlich des
Ab schnitts, der den Sensor trägt, über das
Gehäuse
hinaus erstrecken. Da der Abschnitt des Gehäuses, der der zu prüfenden Oberfläche gegenüberliegt,
im Allgemeinen offen ist, können
das Betätigungselement
und der Sensor, wenn gewünscht,
in dem Gehäuse
angeordnet werden. Das Gehäuse 44 ist
so ausgelegt, dass es von dem Bediener ergriffen werden kann, z.
B. ist das Gehäuse
typischerweise 2,2 cm (1,9 Zoll) breit, 7,5 cm (2,95 Zoll) hoch
und 10,2 cm (4 Zoll) lang. Zusätzlich
ist das Gehäuse
so ausgelegt, dass es die Hin- und Herbewegung des Sensors nicht
beschränkt.
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Das
Gehäuse 44 kann
auf der von dem Sensor 12 zu prüfenden Oberfläche angeordnet
werden, so dass der zu erfassende Abschnitt des Sensors 12 der
Oberfläche
in der gewünschten
Positionsbeziehung gegenüber
liegt, wie etwa in Kontakt mit der Oberfläche oder in einer beabstandeten
Beziehung zu der Oberfläche.
Das Betätigungselement 14 kann dann
aktiviert werden, etwa durch Aktivieren des Motors 20,
der die Bewegung des Betätigungselements 14 und
somit die Bewegung des Sensors 12 steuert. Der Sensor 12 bewegt
sich in einer Richtung über
die Oberfläche.
Das Gehäuse 44 kann
dann manuell entlang der Oberfläche
in eine gewünschte
Richtung bewegt werden. Um die Bewegung des Gehäuses 44 entlang der
Oberfläche
zu vereinfachen, ist das Gehäuse 44 vorzugsweise
aus einem nicht leitfähigen und
beschädigungsfreien
Material wie etwa Nylon, Kunststoff und/oder einem DelrinTM Material, das kommerziell von E. I. Du
Pont de Nemours und Company Corporation erhältlich ist. Somit beschädigt das Gehäuse 44 nicht
die Oberfläche,
wenn es sich entlang der Oberfläche
bewegt. Das Gehäuse 44 kann auch
Füße 52 aufweisen,
die sich entlang der Ecken des Gehäuses 44 befinden.
Die Füße 52 sind
vorzugsweise aus einem nicht leitfähigen und beschädigungsfreien
Material, wie etwa Nylon, Kunststoff und/oder einem DelrinTM Material, um die Oberfläche zu schützen, da
die Füße 52 entlang
der Oberfläche gleiten.
Die Füße 52 vereinfachen
auch die Bewegung des Gehäuses 44 entlang
der Oberfläche,
da die Füße leichter über die
Oberfläche
manövriert
werden können
als die Ecken des Gehäuses 44 und
da die Füße 52 einen
Durchgang für
Gegenstände
bereitstellen, die aus der Oberfläche herausragen, wie etwa Befestigungsmittel.
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Somit
stellt die Vorrichtung 10 zum Bewegen eines Sensors in
wenigstens einer Richtung eine schnellere, exaktere und leichtere
Technik zum Abtasten einer Oberfläche mit einem Sensor bereit
als das manuelle Verfahren. Als solches sind die Abtast-Techniker
einer körperlichen
Ermüdung
nicht ausgesetzt, die eine Begleiterscheinung des manuellen Verfahrens
ist, und das Objekt mit der Oberfläche, die abzutasten ist, bleibt
nicht für
die relativ lange Zeit, die benötigt
wird, um ein manuelles Abtasten durchzuführen, außer Betrieb. Weiterhin ist
die Vorrichtung 10 zum Bewegen eines Sensors in wenigstens
einer Richtung gemäß der vorliegenden
Erfindung weniger teuer, weniger schwer und leichter zu verwenden
als konventionelle automatisierte Abtast-Techniken. Da die Vorrichtung 10 keine
wesentlichen Verarbeitungsgeräte
oder Kabel zu entfernten Einrichtungen benötigt, ist sie leichter zu manövrieren
und leichter in einer Feldumgebung zu verwenden, wobei sie zusätzlich weniger
teuer ist als komplizierte automatisierte Abtast-Systeme.