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Verfahren zur Kontrolle des Abstandes eines beweglichen Körpers von
einer Geraden und Einrichtung zu dessen Durchführung Das einfachste Verfahren zur
Kontrolle bzw.
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Messung des Abstandes zwischen einem beweglichen Körper und einer
Geraden, die sich auch im Raum verschieben kann, besteht darin, den Abstand zwischen
dem beweglichen Körper in jedem Punkt seiner Bahn und zwei nicht parallelen Ebenen
zu messen, die durch Bearbeitungslineale bzw.-lehren mit höchstmöglicher Genauigkeit
verkörpert sind.
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Die zwei Lineale werden gleichzeitig oder nacheinander aufmontiert,
so daß sie ungefähr parallel zur Bahn des beweglichen Korpers liegen, wobei diese
Bahn in der Praxis oft als annähernd geradlinig angesehen wird.
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Der Abstand wird mittels Vergleichsmessern oder Mikroanzeigern gemessen,
die am beweglichen Körper montiert sind und sich mit diesem verschieben, während
die » Tasten « dieser Vorrichtung sich gegen die Lineale stützen.
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Dieses Verfahren erfordert eine vollkommene Ebenheit der Lineal-bzw.
Lehrenflächen, was niemals der Fall ist.
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Andererseits wird die manchmal unzureichende Exaktheit der Vergleichsmesser
und der Mikroanzeiger noch vermindert, wenn die »Taste« entlang der Oberfläche des
betreffenden Teiles bewegt t wird und diese reibt Um diesen Fehlern auszuweichen,
suchte man Lösungen auf optischem Weg.
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Der gangbarste Weg besteht darin, daß man das Prinzip der Autokollimation
mit Hilfe einer Linse und eines Spiegels anwendet. In diesem Fall werden nicht die
Abstände zwischen einer theoretischen Geraden und einem beweglichen Körper, sondern
die Abweichungen im Winkel gemessen. Demnach muß man zur Übertragung der Abweichungen
im Winkel in eine Funktion für den Abstand erst eine Berechnung durchführen. Andererseits
muß der Ausführende entweder die Linse oder den Spiegel um bekannte Maße verschieben
und darauffolgend Messungen vornehmen. Es ist ihm unmöglich, die Abweichungen zwischen
einer Geraden und dem sich verschiebenden Organ kontinuierlich zu verfolgen.
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Bei einer anderen Vorrichtung wird am beweglichen Körper eine beleuchtete
Marke befestigt.
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Mittels feststehender optischer Vorrichtung wird ein Bild der Marke
in der Nähe dieser Marke erzeugt, und beide werden mit Hilfe des gleichen Mikroskops
betrachtet. Der Abstand zwischen der Marke und seinem Bild variiert in Abhängigkeit
von der Lagenabweichung der Registrierfeder od. dgl. Die Einrichtung ist derart,
daß ß das Bild eine Bewegung ausführt, die der Bewegung'der Marke entgegengesetzt
ist.
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Diese Methode hat den Nachteil, nicht übereinen größeren Längenbereich
verwendet werden zu können und keine kontinuierliche Messung ZUs gestatten, da der
Ausfii'hrende im Okular eines Mikroskops beobachten muß.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahrer zur Kontrolle des Abstandes
zwischen einem beweglichen Sörper und einer Geraden. Durch die Erfindung werden
die oben angeführten Nachteile dadruch beseitigt, daß man die Gerade durch die Achse
eines Bündels praktisch paralleler Strahlen verlörpert, das auf eine für die Intensität
dieses Bündels empfindliche Scheibe bzw. einen Schirm gerichtet wird, daß man dieses
Bündel mittels wenigstens eines Unterbrecherelements periodisch unterbricht, dem
man eine ungedämpfte oszillierende Bewegungaufdrückt,'unddaß man die e von der Scheibe
bzw. dem'Schirm empfangenen optischen Signale in elektrische Signale umwandelt,
die in Augenblicken gesendet werden, die eine Funktion des Verhältnisses der Zeitintervalle
zwischen den Unterbrechungen des Bündels im Verlaufe einer vollständigen Schwingung
des Unterbrecherelements sind.
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Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Durchführung des
Verfahrens. Diese Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Strahlenquelle
aufweist, die an eine optische Vorrichtung anges, chlossen ist, die eim Biiimdel
praktisch'paralleler Strahlen erzeugt, das auf eine photoelektrische Zelle gerichtet
ist. Diese Strahlenquelle und diese Zelle werden von Organen getragen, deren relative
Stellungen zueinander werden sollen. Ein Entierbrecherelement, das eine oszillierende
Schwingung
ausführt, unterbricht das genannte Bündel im Laufe jeder
halben Schwingung. Die von der photoelektrischen Zelle ausgesandten elektrischen
Impulse steuern eine-elektronische Anlage, welche die genannten Impulse in kurze
elektrische Signale umwandelt.
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Diese Signale werden in-Augenblicken ausgesandt, die eine Funktion
des Verhältnisses der Zeitintervalle zwischen den Unterbrechungen des Bundeis im
Laufe einer vollen Schwingung des Unterbrecherelements sind.
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Die Zeichnung zeigt schematisch, und beispielsweise eine Ausführungsform
einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.
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-Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht,.
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Fig. 2 ein Schema dieser Einrichtung.
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Die dargestellte Einrichtung besteht aus einer Strahlenquelle 1,-die
sich in einem Gehäuse c befindet und an eine optische Vorrichtung 2 angeschlossen
ist.
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Diese Vorrichtung erzeugt ein Bündel praktisch paralleler Strahlen
3. Die Strahlenquelle 1 und die optische Vorrichtung 2 werden von einem festen Träger
4 gehalten, dessen Stellung jedoch entlang der Gleitschienen 5 gewählt und fixiert
werden kann. Die Gleitschienen 5 sind am Tragkorper 6 vorgesehen.
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Das Strahlenbündel 3 istlängseineroptischen Achse 0-0 und parallel
zu den Gleitschienen 5 gefiihrt und trifft eine Scheibe bzw.einen Schirem 7 od.
dgl.
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Diese befindet sich in einer Umhüllung 14 und ist durch einen vertikal
verschiebbaren Träger 8 gehalten. Dieser Träger wird von einem waagerecht im rechten
Winkel zu den Gleitschienen 5 verschiebbaren Gleitschuh 9 getragen. Der Gleitschuh
9 wiederum befindet sich auf einem Schlitten 10, der längs der -Gleitschienen 5
verschiebbar ist.
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Die Verschiebung des Trägers 8 wird durch ein Betäti, gungsorgan
12, die Verschiebung. des Gleitschuhes 9 durch ein Betätigungsorgan 13 bewirkt.
Ein Betätigungsorgan (nicht dargestellt) ist zur Verschiebung des Schlittes 10 vorgesehen.
Die aus einer photoelektrischen Zelle bestehende Scheibe 7 ist gegen--liber der
Intensität der sie treffenden Strahlen empfindlich. Diese phötoelektrische Zelle
wird durch eine Panzerung bzw. Abschirmung 14 geschützt, die mit einer Öffnung 15
für den Durchgang des Strahlenbündels versehen ist.
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Zwei Unterbrecher- bzw. Modulationsorgane V und H, die im rechten
Winkel zueinander angeordnet sind werden durch zwei elastische Lamellen bzw.
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Stäbe 16 und 17 gehalten, deren Enden ajuf einem mit dem Träger 8
verbundenen Teil 18 befestigt sind. tuber einen Phasenschieber E erteilen wechselstromgespeis,
te Elektromagnete'19 und 20 jeder der Lamellen 16 und 17 eine oszillierende Schwingung
gleicher Frequenz, jedoch längs zweier zueinander senkrecht stehender Achsen. Die
oszillierende Schwingung dies einen Elements ist gegeniiber der oszillierenden Schwingung
des anderen Elements um ungefähr 90° phasenverschoben. Diese Elemente V und H schwingen
in zwei parallelen und sehr nahe beisammen liegenden Ebenen, die senkrecht zur optischen
Achse 0-0 stehen.
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Die photoelektrische~Zelle7 ist mit einer elektre nischen VerstäTkerröhre22
verbunden, die durch den Versorgungsblock A gespeist wird. Diese Rohre 22 wird durch
einen Leiter e von dem Ableitverstärker AD gespeist, der vom Blocke versorgt wird'und
mit dem Diskriminator D verbunden ist. Dieser letztere empfängt Stromimpulse rechteckiger
Form, die von einem Generator G ausgesendet werden und sich in Mischstufen M1 und
M2 auf die aus dem Ableitverstärker AD kommenden Zeichen überlagern.
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Der Diskriminator D besteht noch aus zwei Gleichrichtern R1 und R2,
welche die vom Unterbrecherelement V erzeugten Signale in eine Leitung S1 und die
vom Unterbrecherelement H stammenden Signale in eine Leitung S2 dirigieren.
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Die Leitung ist mit einem elektronischen Kommutator C1 bekannyter
Type verbunden, welcher einerseits durch einen Versorgungsblodk F und andererseits
durch eine Batterie B gespeist wird. Die Leitung S2 ist mit einem elektronischen
Kommutator C2 verbunden, welcher dem Kommutator C1 genau gleicht und ebenfalls vom
Versorgungsblock F und der Batterie B versorgt wird.
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Schließlich versorgt jeder der Kommutatoren Cl und C2 eine Ablesevorrichtung
L1, L2, die aus einem Gleichstrommeßinstrument mit einer großen mechanischen"oderelektrischenTrägheitbesteht.Diese
Kommutatoren und. diese Meßinstrumente bilden emie Meßvorrichtung M. Die Einrichtung
wird durch ein Wechselstromversorgungsnetz T gespeist.
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Die beschriebene Erfindung arbeitet folgendermaßen : Wenn die Lichtquelle
l durch den Gleichrichter R gespeist wird, so bildet die optische Vorrichtung 2
ein Büntdel praktisch paralleler Strahlen 3, die parallel zu den Gleitschienen 5
und 6 gerichtet sind. Jedes der Unterbrecherelemente V und H, die durch ihre Elektromagnete
19 und20 betätigt werden, führt eine ungedämpfte schwingende Bewegung aus.
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Diese zwei oszillierenden Schwinigungen haben die gleiche Frequenz,
sind d jedoch gegeneinander um etwa 90° phasenverschoben. Auf diese Art wird das
Bündel paralleler Strahlen 3 abwechselnd von dem einen oder dem and eren dieser
Unterbrecher- bzw. Modulationselemente unterbrochen. Daraus folgte, dap der Lichttr
fluß, der von der photoelektrischen Zelle 7 aufgefangen wird, Schwankungen erleidet,
die die optischen Zeichen bilden. Ebenso zeigt. der durch diese Zellen ausgesandte
Strom Schwankungen, die durch die genannten optischen Signale verursacht werden.
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Im Leiter e, der den Elektronenverstärker 22 mit dim Ableitverstärker
AD verbindet, fließt ein Strom, der die im Diagramm 1 dargestellte Form aufweist.
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Dieser Strom zeigt plötzliche Intens. itätsschwankungen v und h, die
von den Unterbrecherelementen V und H entsprechend erzeugt sind.
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Die Symmetrieachsen der oszillierenden Schwingungen diieser Organe
legen durch ihren Schnittpunkt kde optische Achse des Systems fest, während der
Scheibe 7 kein bestimmender Einfluß auf die Festlegung der Achse zukommt. I Wenn
also die-. Gruppe, nämlich die Unterbrecherelemente V und H, sovvie die Zelle 7
auf die Achse 0-0 zentriert ist, so ist das Verhältnis der Zeiten, die zwischen
drei aufeinanderfolgenden Durchgängen des einen oder anderen dieser Elemente V and
H durch das Strahlenbündel 3 verstreichen - Durchgänge, die im Laufe einer vollständigen
Schwingung dieses Elements stattfinden-, der Ehibeit gleich. Diese Durchgänge erfolgen
in regelmäßigen Zeitabstände. n.
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In diesem Fall. folgen die Stromschwankungen p. in gleicher Weise
wie die Stromschwankungen h in regelmäßigen Zeitintervallen aufeinander.
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Dagegen bewirkt eine vertikaleVerschiebung.des Trägers 8 eine Uneinheitlichkeit
bzw. Unsymmetrie, in der Aufeinanderfolgge der Durchgänge des Elements V durch das
Bündel 3, und das Verhältnis der Zeiten, die zwischen drei aufeinanderfolgenden
Durchgängen dieses Elements durch das Bündel im Laufe einer vollständigen oszillierenden
Schwingung verstreichen, ist der Einheit nicht mehr gleich, sondern je nach der
Richtung,
in der der Träger 8 verschoben wird, größer oder kleiner als die Einheit. Dementsprechend
wird auch das Verhältnis der Zeiten,diezwi.schendrei aufeinanderfolgenden Stromschwankungenvergehen,
verschieden groß sein.
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Eine horizontale Verschiebung des Gleitschuhes 9 bewirkt in gleicher
WeiseeineUneinheitlichkeit bzw.
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Unsymmetrie in der Aufeinanderfolge der Durchgänge des Elements H
durch das Bündel 3 und demnach eine Anderung des Verhältni&ses der Zeiten, die
zwischen drei aufeinanderfolgenden Stromschwankungen h verstreichen.
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Da das Verhältnis der Zeiten, die zwischen drei aufeinanderfolgenden
Stromschwankungen v verstreichen, der vertikalenVerschiebung'derZeUeproportional
ist, so stellt es demnach ein Maß für diese Verschiebung d, ar. Gleichermaßen ist
das VerhältnisderZeiten,die zwischen drei aufeinanderfolgenden Stromsch, wankungenvergehen,
ein Maßfüreinehorizontale VerschiebungderZelle 7.
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Wie im Schema I der Fig. 2 gezeigt, haben die Stromschwankungen v
und h die Form eines abgerundetenDreiecksoder in Extremfällen eine Kurve nach Art
der Gaußschen Glocke, so daß ihre gegenseitige Stellung schwierig zu definieren
ist. Aus diesem GrundewerdendieseStromschwankungenund mittels eines an sich bekannten
Ableitverstärkers AD (z. B. beschrieben in der deutschen Patentschrift 881 525),
in augenblickliche Stromimpulse v'und h' umgewandelt (Schema II). Die Stromimpulse
v' und h'wefden immer genau im selben Augenblick des Durchganges des Elements v
durch das Bündel 3 bzw. des Durchganges des Elements H durch das Bündel 3 erzeugt.
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Da die Stromimpulse v' die Messung der vertikalen Verschiebungen
der Zelle und die Impulse h'die Messung der horizontalen Verschiebungen gestatten,
ist es notwendig, diese beiden Fouge-n bzw. Reihen augenblicklicher Impulse voneinander
zu trennen.
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Zu diesem Zwecke werden dieImpulsez/und über einen Leiter f in die
zwei Mischstufen M1 und M2 geleitet, von denen jede durch einen Strom i1 bzw. i2
rechteckiger Form gespeist wird (Schema III und IV).
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Die Amplitude dieser rechteckigen Strömeist zumindest gleich groß
wie die Amplitude der Impulse v' und h', die Frequenz dieser Ströme ist gleich der
zweifachen Frequenz der oszillierenden Bewegungen der Elemente V und H. Schließlich
ist der rechteckige Strom, der der Mischstufe Mi zugeführt wird, um 180° gegenüberdemrechteckigen
Strom, der die MischstufeMgversorgt,phasenverschoben.
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Beim Austritt aus den Mischstufen erhält man in den Leiternund,welchedieMischstufenmit
ihren Gleichrichtern 7und-Rgverbinden,rechteckige Ströme il und i2, die mit den
Stromimpulsen v'und h' iiberlagert sind, wie durch die Schemas V und VI dargestellt
wird.
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Nach Amplitudenfilterung am bzw. Angleichung an das obere Niveau
der rechteckigen Stromkurven, und d zwar in der Weise, daB man diese vollständig
unterdrückt, erhält man im Leiter S1 die Impulse v' und im Leiter S2 die Impulse
h' (Schema VII und VIII). Die Impulse v' steuern den Kommutator C1, während die
Impulse h'den Kommutator C2 steuern.
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Diese Elektronenkommutatoren sind an sich bekannt und bereits in
der deutschen Patentschrift 844 076 beschrieben. Jeder Impuls odarbewirkt die Umkehrung
bzw. den Richtungswechsel eines Gleichstromes. Dieser wird'von der BatterieB geliefert
und durchflieBt die Meßinstnumente Li und L2,
die über die Leiter p1, p2 mit den
Kommutatoren verbunden sind (Schema IX und X).
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Durch diegroßeelektrischeodermechanischeTrägheit dieser Instrumente
können die Zeiger t1 und t2 den Richtungsänderungen der Ströme i3, i4, die sie durchfließen,
nicht folgen. Im Gegenteil, jeder der Zeiger nimmt eine Gleichgewichtsstellmrng
ein, die eine Funktion des Verhältnisses der Zeiten des Stromdurchflusses in der
einen und in der anderen Richtung darstellt. Oder da dieses Zeitverhältnis das gleiche
ist wie dasjenige zwischen den Zeiten, die zwischen den aufeinanderoflgenden Stromimpulsen
v' oder h' verstreichen, ist es klar, daß jedes Meßinstrum, ent die Unterschiede
der Zeiten, die zwischen aufeinariderfolgenden Durchgängen des einen und des anderen
Elements V und H durch das Bündel der parallelen Strahlen 3 verstreichen, tatsächlich
anzeigt. Diese Zeitunterschiede sind ein Maß für die Verschiebungen der Zelle7,
die jeder der rechtwinkligen Koo'rddnationsachsen hinsichtlich der opti-schen Achse
0-0 folgen.
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Die beschriebene Einrichtung gestattet demnach, Verschiebungen festzustellen
und genau zu messen, die ein bewegli, cher Teil einer Geraden gegenüber ausführen
kann, wenn dieser bewegliche Teil sichentläng dieser Geraden verschiebt. Diese neueKontrollvorrichtung
gestattet, eine Anzahl von Kontrollen schnell auszuführen, was bisher schwierigwarundeinelangwierige
Prozedur erforderte.
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Es ist möglich,dieobenbeschriebeneMeßvorrichtungMdurchjedeanderebekannteMeßvorrichtung
zu ersetzen. So könnte z. B. die Meßvorrichtung zwei Lichtquellen umfassen, von
denen jedie durch eine der Impulsfolgen?/und//versorgtwird.DieseLichtquellen emittierenLichtblitze,diezweitstroboskopische
Vorrichtungen beleuchten, welche die Zeitunterschiede zwischenden aufeinanderfolgenden
Blitzen sichtbar machen.EinederartigeMeßvorrichtungist z. B. in der deutschen Patentschrift
876 161 beschrieben.
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Die Meßvorrichtung könnte auch aus zwei Kathodenstrahloszillographenbestehen,diedurchdie
Stromimpulse ?/und//gespeistwerden.EinsolcherOszillograph ist schon in der deutschen
Patentschrift 843 902 beschrieben.
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Es versteht sich von selbst, daß die Einrichtung auch nur aus einem
einzigen Unterbrecher-bzw.
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Modulationselement, z. B. dem Element V, bestehen kann. In diesem
Falle könnte die Kontrollvorrichtumg nur vertikale Abweichungen von der 0-0-Achse
anzeigen.
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In einer solchen Einrichtung kann der Diskriminator D weggelassen
werden, und die vom Ableitverstärker AD ausgesandten Stromimpulse v'können die Meßvorrichtungdirektsteuern,dieindiesem
Falle nur eine einzige Ablesevorrichtung aufweist.
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SchließlichkanndieMeßvorrichtuagSteuerungsmotorenumfassen,diedenTräger
8 sowie den Gleitschuh 9 betntigen und die bestrebt sind, die Zelle 7 in die optische
Achse zurückzubringen, sobald sich die kleinste Abweichung ergibt. In diesem letzterenFalle
kanndiebeschriebeneEinrichtung auf solchen Mas, chinen verwendet werden, deren Teile
geradlinige Bewegungen ausführen müssen.
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Das Strahlenbüindel 3 kann einen Querschnitt jeder gewünschten Form
haben (kreisförmig,rechteckig, kreuzformiglusw..) und in j'idem Falle den jeweiligen
Bedingungen angepaßt werden.
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Die Strahlenquelle 1 mit der damit verbundenen optischen Vorrichtung
2 einerseits und die photoelektrische Zelle anderseits, bilden die zwei Hauptbestandteile
einer photoelektrischen Visiervorrichtung. Daraus
folgt, daß die
Positionendieserbeiden.Hauptbestandteile ohne weiteres vertauscht werden können.
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Die photoelektrische Zelle kann fest montiert sein, während d'ieStrahlenquelle
samt ihrer optischen Vorrichtung von dem beweglichen Teil getragen werden kann.
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PATENTANSPRt) CEXE : 1. Verfahren zum Kontrollieren des Abstandes
eines beweglichen Korpers von einer Geraden, dadurch gekennzeichnet, daß man die
Gerade durch die Achse eines Biindels (3) praktischparalleler Strahlen verkörpert,
das auf eine gegenüber der Intensität dieses Strahlenbündels empfindliche Scheibe
bzw. einen Schirm (7), gerichtet ist, daß man dieses Bündel mittels wenigstens eines
Unterbrecher-bzw. Modulationselements (Tl, H) unterbricht, welches man ineineregelmäßigeperiodische
Bewegung versetzt, und daß man die von der Scheibe bzw. dem Schirmempfangenenoptischen
Signale als eine Funktion der Mittellage des Unterbrecherelements in bezug auf die
Achse des Stra'hlenbündeLs in elektrische Signale umwandelt, die in Augenblicken
als eine Funktion des Verhältnisses der Zeitintervalle zwischen den Unterbrechungen
des Bündels im Verlaufe einer vollständigen Periiode der Bewegung des Unterbrecherelements
emittiert werden, und daß man die genannten Impulse auf eine Meßeinrichtung (M)
einwirken läßt, welche die Zeitunterschiede zwischen den Unterbrechungen des Bündels
im Verlaufe einer vollen Periode der Bewegung des Unterbrecherelements als Ausmaß
der relativen Verschiebung zwischen dem beweglichen Teil-undder Geraden anzeigt.