DE2126774A1

DE2126774A1 - Einrichtung und Verfahren zum Bestimmen der Größe von Verschiebebewegungen unter Verwendung von Interferenz streifen

Info

Publication number: DE2126774A1
Application number: DE19712126774
Authority: DE
Inventors: Richard N. Dayton Ohio Roney (V.StA.). GOId 11-30
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1970-06-02
Filing date: 1971-05-28
Publication date: 1971-12-16
Also published as: GB1353633A; CA945360A

Description

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Einrichtung und Verfahren zum Bestimmen der Größe von Verschiebebewegungen unter Verwendung von Interferenzstreifen

Bei vielen komplizierten und teuren industriellen Einrichtungen wie Werkzeugmaschinen, Ausmeßgeräten, Montageeinrichtungen, Zeichenmaschinen und dergleichen ist es für den wirksamen Einsatz derartiger Einrichtungen notwendig, ein Arbeitswerkzeug wie das Schneidwerkzeug einer Werkzeugmaschine oder die Meßsonde einer Meßeinrichtung schnell zu einer Betriebsstellung hinzuführen und dann das Arbeitswerkzeug vor der Durchführung des entsprechenden Arbeitsvorganges genau einzustellen. Bei Einrichtungen, die die Interferenzstreifentechnik zum Steuern der Größe der mit hoher Geschwindigkeit ablaufenden Bewegungen bzw. der Vorschubbewegungen von miteinander zusammenwirkenden Rastern verwen-

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den, welche eine große Anzahl von Linien / Längeneinheit, "beispielsweise mehr als einige Hundert Linien auf 2,54 cm (1 Zoll) umfassen, muß das den Rastern zugeordnete elektrooptische System sehr genau ausgebildet sein, um sicherzustellen, daß Jeder Interferenzstreifen gezählt wird, was jedoch eine unnötige Kostenverteuerung derartiger Maschinen "bzw. Einrichtungen zur Folge hat. Zusätzlich können die Vorschubbewegung en so schnell ablaufen, daß die elektrooptische Einrichtung nicht folgen kann. Trotzdem kann im Hinblick.auf die Genauigkeit, mit der das Arbeitswerkzeug letztlich eingestellt werden muß, eine große Anzahl von Easterlinien pro Längeneinheit erforderlich sein. Demgemäß tritt bei jeder der gegenwärtigen Maschinen oder Einrichtungen der beschriebenen Bauart das Problem auf, das Arbeitswerkzeug mit einer raschen Vorschubgeschwindigkeit und auf zuverlässige Weise in eine vorbestimmte Stellung zu bewegen und dann das Werkzeug mit niedriger Geschwindigkeit weiter zu schieben, bis )) die ganz genaue Endstellung erreicht ist. Die Einrichtungen und Verfahren, die zum Lösen dieses Problems bisher vorgeschlagen wurden, sind unzulänglich und sehr teuer, da dieselben die Verdoppelung einer großen Anzahl von komplizierten Bauelementen erforderlich machen.

Eine weitere Schwierigkeit, die in diesem Zusammenhang auftritt, besteht darin, daß viele Länder von dem sogenannten

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englischen Maßsystem, das als Grundlängeneinheit das Zoll verwendet, zu dem metrischen Maßsystem auf Zentimeterbasis überwechseln oder diesen Schritt planen. Bei der Durchführung dieser Umwechslung gibt es eine Zwischenperiode, innerhalb der beide Systeme Verwendung finden, was bei den Bedienungspersonen der oben beschriebenen Maschinen oder Einrichtungen Verwirrung stiften kann, und daher ist es wünschenswert, eine einfache Einrichtung und ein einfaches Verfahren zum Bestimmen und gleichzeitigem genauen Anzeigen der Größe von Verschiebebewegungen in unterschiedlichen Meßeinheiten zu schaffen, von denen jede Meßeinheit einem besonderen Meßsystem zugeordnet ist.

Die Erfindung schafft eine verbesserte Einrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen und genauen Anzeigen der Größe von Verschiebebewegungen unter Verwendung von Interferenzstreifenmustern und ermöglicht es, daß die Arbeitswerkzeuge von mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden teueren Werkzeugmaschinen mit hoher Vorschubgeschwindigkeit in eine der Arbeitsstellung benachbarte Stellung bewegt werden und anschließend mit hoher Genauigkeit in die richtige Arbeitsendstellung verschoben werden können. Mit der Erfindung wird gleichzeitig eine verbesserte Einrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen und genauen An-

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zeigen der Größe von Verschiebebewegungen in einer Vielzahl von unterschiedlichen Meßeinheiten geschaffen, von denen jede Meßeinheit einen besonderen Meßsystem zugeordnet ist. Insbesondere wird erfindungsgemäß ein Skalenraster geschaffen, das eine vorbestimmte Breite und mehrere Sätze von Rasterlinien aufweist, die sich vollständig über die Breite des Skalenrasters erstrecken. Die Üasterlinien jedes Satzes sind dabei parallel zu einander und in gleichen gegensei-"tigen Abständen angeordnet. Gleichzeitig ist ein Indexraster vorgesehen, das mehrere Sätze von parallelen Linien darauf aufweist, von denen sich jede linie in jedem Satz vollständig über das Indexraster erstreckt. Diese Linien jedes Satzes sind gleichfalls parallel zueinander und in gegenseitigen gleichen Abständen angeordnet und wirken mit einem zugeordneten Satz auf dem Skalenraster zusammen, um ein besonderes Interferenzmuster zu erzeugen, derart, daß bei einer Relativbewegung zwischen dem Skalenraster und dem Indexraster eine Vielzahl von unterschiedlichen Interferenzmustern gleichzeitig erzeugt wird, von denen jedes unterschiedliche Interferenzmuster einem anderen Satz von Rassterlinien zugeordnet ist, und einzeln zur Bestimmung der Größe der Verschiefcebewegung verwendbar ist.

Andere Einzelheiten, Verwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung unter

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Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Pig. 1 zeigt eine perspektivische, teilweise weggebrochen dargestellte Ansicht einer Drehbank, bei der die erfindungsgemäße Einrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren angewandt werden,

Pig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Teiles der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Pig. 3 zeigt eine auseinandergezogen dargestellte perspektivische Ansicht der Hauptbauteile der Einrichtung gemäß der Erfindung,

Pig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles eines Indexrasters in Porm eines einzigen Rasters, das anstelle des in Pig» 3 gezeigten Indexrasterpaares Verwendung finden kann,

Pig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles des Indexrasters, das anstelle der beiden in Pig. 3 dargestellten Indexraster verwendet werden kann,

Pig. 6 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Skalen-

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rasters in Form eines durchlässigen Rasters,

Pig· 7 zeigt eine perspektivische Teilansicht von Bauelementen einer anderen Ausführungsform eines durchlässigen Skalenrasters und stellt gleichzeitig die Herstellungsweise eines derartigen Rasters dar, während

ψ Pig· 8 eine perspektivische Teilansicht des gemäß Pig. 7 zusammengesetzten Skalenrasters zeigt.

In Pig. 1 ist die die erfindungsgemäße Einrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren verwendende Drehbank mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Drehbank 10 umfaßt ein Untergestell 11 mit horizontalen Führungsbahnen 12, die einen Reitstock 13 für eine Hin- und Herbewegung auf den Ftihrungsbahnen abstützen. Das Unterteil 1,1 weist ein sich nach oben k erstreckendes Teil 14 auf, das einen auf irgendeine bekannte Weise angetriebenen Spindelkasten 15 trägt'. Die Drehbank 10 weist ferner eine Schlittenanordnung 16 mit einem unteren Teil 17 auf, das in einer geradlinigen Bahn 18 längs der horizontalen Führungsbahnen 12 hin- und herbewegbar ist. Die Anordnung 16 weist ferner sich quer erstreckende horizontale Führungsbahnen 19 auf, die einen oberen Teil 20 der Schlittenanordnung 16 zur Bewegung in einer zu der geradli-

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nigen Bahn 18 im wesentlichen senkrechten Richtung abstützen.

Die Sehlittenanordnung 16 kann entweder auf automatischem Wege oder manuell längs der horizontalen IKihrungsbahnen 12 verschoben werden. Bei dem dargestellten Aueführungsbeispiel wird die Schlittenanordnung durch einen elektrischen Antriebsmechanismus 21 angetrieben, der antriebsmäßig über eine Antriebsspindel 22 mit der Schlittenanordnung 16 verbunden ist, und der Antriebsmechanismus 21 ist dabei so ausgelegt, daß derselbe die Schlittenanordnung entweder zur schnellen Ersteinsteilung dieser Anordnung rasch vorschieben bzw. mit niedriger Geschwindigkeit bewegen kann. Die Schlitteanordnung 16 weist ein Abstützteil 23 auf, die ein Arbeitswerkzeug in Form eines Schneidwerkzeuges 24 trägt, und ein weiterer Ant riebsmechanismus 25 ist vorgesehen, um den oberen Teil 20 der Schlittenanordnung 16 und damit das Werkzeug 24 in einer zu der Bahn, 18 senkrechten Richtung zu bewegen. Der Antriebsmechanismus 25 ist so ausgelegt, daß er den oberen Teil 20 der Schlittenanordnung 16 entweder mit schneller Vorschubgeschwindigkeit oder mit niedriger Geschwindigkeit bewegen kann, wie es im Zusammenhang mit dem Antriebsmecharitomus 21 beschrieben wurde.

Die Drehbank 10 kann mit einer geeigneten Steuereinrichtung für die Antriebsmechanismen 21 und 25 versehen sein, welche

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das genaue Einstellen des Abstützteiles 23 und daher des Schneidwerkzeuges 24- in irgendeine gewünschte Stellung relativ zu einem Werkstück W ermöglicht, welches zwischen den an dem Reitstock 13 bzw. dem Spindelkasten 15 vorgesehenen Achsen 26 und 27 gehalten ist. Eine derartige Steuereinrichtung kann dabei entweder manuell betätigt oder durch eine automatische Programmierung automatisch gesteuert werden, die ein Programmierungsmittel in Form einer Lochkarte, eines gelochten Bandes, eines Magnetbandes oder dergleichen enthalten kann·

Die Drehbank 10 verwendet zwei Interferenzstreifen-Einrichtungen 30 von im wesentlichen gleichen Aufbau. Die eine Einrichtung 30 bestimmt und zeigt genau die Größe und Richtung der Bewegung der gesamten Anordnung 16 längs der horizontalen Pührungsbahnen 12 und daha: längs der Bahn 18 an, die allgemein als X-Achse bezeichnet wird. Die andere Einrichtung 30 erfüllt eine ähnliche Aufgabe in Bezug auf die Bewegung des oberen Teiles 20 der Schlittenanordnung 16 längs der Querbahnen 19 und damit der Bewegung des Schneidwerkzeuges 24 längs einer Achse, die allgemein als die Y-Achse bezeichnet wird, wobei die Bewegung längs dieser Y-Achse senkrecht zu der Bewegung längs der X-Achse verläuft. Die Verschiebebewegungen längs der Y-Achse und der Y-Achse werden an zwei Ableseinstrumenten angezeigt, von denen $e-

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des mit dem Bezugszeichen.32 bezeichnet ist und die an einem Sichtgerät 31 vorgesehen sind, welches an dem sich nach oben erstreckenden Teil 14 angebracht ist.

Wie bereits oben erwähnt sind die Einrichtungen 30, die zum Bestimmen und Anzeigen der Größe der Verschiebebewegungen längs der X-Achse und der Y-Achse im wesentlichen identisch ausgebildet. Daher wird im folgenden nur die die Bewegung längs der X-Achse betreffende Einrichtung 30 mit seinen einzelnen Bauteilen näher beschrieben, wobei jedoch diese Beschreibung dann auch voll auf die die Bewegung längs der Y-Achse betreffende Einrichtung 30 anwendbar ist.

Die Einrichtung 30 umfaßt ein reflektierendes Skalenraster 33, das von einem Schutzgehäuse 34 umschlossen ist, welches mittels mehrerer Schraubbolzen 35 an dem Unterteil befestigt ist. Die Einrichtung 30 weist ferner zwei Leseköpfe 36 und 37 auf, die mit dem Skalenraster 33 zusammenwirken und über leitungen 40 elektrische Signale an das Sichtgerät 31 abgeben. Das Sichtgerät 31 weist elektrische Systeme auf, die die von den leseköpfen 36 und 37 gelieferten Signale in eine geeignete Signalform umwandeln und diese Signale dann an dem Ableseinstrument 32 für die X-Achse anzeigen.

Wie bereits erwähnt ist das Skalenraster 33 reflektierend

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ausgebildet, und außerdem ist eine Indexrastereinrichtung in Form von zwei Indexrastern 42 und 43 vorgesehen, die mit dem Skalenraster 33 zusammenwirken» Die Indexraster 42 und 43 sind gemäß Pig· 3 als Bestandteile der Leseköpfe 36 und 37 vorgesehen.

Das Indexraster 42 weist eine Vielzahl von Rasterlinien auf, die als ausgezogene dunkle Linien 44 dargestellt und parallel und in gleichen gegenseitigen Abständen zueinander angeordnet sind. Der Zwischenraum oder die Fläche zwischen den Linien 44 ist hell und für Licht durchlässig. Die Linien 44 wirken mit einem zugeordneten Satz von Rasterlinien 45 auf dem Skalenraster 33 zusammen, um auf "bekannte Weise ein Lichtinterferenzmuster zu erzeugen, das als Interferenzstreifenmuster bezeichenbar ist.

Die Art und Weise, auf welche ein Interfernzstreifenmuster P erzeugt wird, ist wohl bekannt. Auch sind das Auftreten und die allgemeine Anordnung des Husters in Bezug auf die dieses Muster erzeugenden Rasterlinien bekannt. Demgemäß ist in den Zeichnungen zum Zwecke der Vereinfachung eine detaillierte Darstellung eines solchen Musters nicht angegeben, da dies für das Verständnis der Erfindung nicht notwendig ist.

Die Leseköpfe 36 und 37 weisen anders als die Skalenraster

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weitere, zueinander identische Bauteile auf, deren Zusammenwirken im folgenden kurz unter Bezugnahme auf den in Fig. 2 dargestellten Lesekopf 36 beschrieben wird. Da der Lesekopf 37 mit seinen Bauteilen in einer ähnlichen Weise mit dem Skalenraster 33 wie der Lesekopf 36 zusammenwirkt» wird von einer näheren Beschreibung des Lesekopfes 37 Abstand genommen.

Der Lesekopf 36 weist eine Lichtquelle 50 und eine Sammellinse 51 auf, durch welche Lichtstrahlen in Richtung auf und durch das Indexraster 42 geleitet werden. Das Indexraster 42 ist auf geeignete Weise in dem Lesekopf 36 so abgestützt, daß seine Rasterlinien 44 etwas in Bezug auf die Linien 45 des Skalenrasters 33 im Winkel verschoben sind, so daß durch das Indexraster hindurchlaufende Lichtstrahlen von dem reflektierenden Skalenraster reflektiert werden unu durch die Rasterlinien das oben erwähnte Interferenzstreifenmuster erzeugt wird. Der Lesekopf 36 weist gleichzeitig vier fotoelektrische Einrichtungen 52 auf, die jeden Inteferenzstreifen, wenn er in den Sichtbereich kommt, aufnehmen und über Leitungen 40 ein entsprechendes elektrisches Signal an das in dem Sichtgerät 31 vorgesehene zugeordnete elektrische System übertragen. Die von den fotoelektrischen Einrichtungen 52 abgegebenen elektrischen Signale werden zur Anzeige der Größe der Verschiebebewegung umgewandelt und

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an den Ableseinstrumenten 32 für die X-Achse angezeigt.· Die durch das Zusammenwirken der Rasterlinien auf dem Skalenraster und dem Indexraster erzeugten Interferenzstreifen sind dunkle Streifen, welche leicht durch jeden der fotoelektrischen Fühler 52 aufgenommen werden können.

Aus der vorangegangenen Beschreibung geht hervor, daß der Antriebsmechanismus 21 die Schlittenanordnung 16 und damit

k die Leseköpfe 36 und 37 verschiebt, wobei sich das Indexraster jedes Lesekopfes längs des Skalenrasters 33 bewegt, was die Erzeugung einer Vielzahl von dunklen Interferenzstreifen zur Folge hat, die sich über das Sichtfeld der fotoelektrischen Einrichtungen 52 bewegen. Jeder Interferenzstreifen erstreckt sich ganz über das Skalenraster und verläuft senkrecht zu den Rasterlinien, und daher sind die FüüLeinrichtungen 52 in entsprechender Weise angeordnet. Zusätzlich verläuft die oben erwähnte Bewegung der dunklen Interferenzstreifen durch das Sichtfeld in einer Richtung,

" die im wesentlichen parallel zu den diese Interferenzstreifen erzeugenden Rasterlinien ist. Die dunklen Interferenzstreifen werden durch die Fülleinrichtungen 52 in der oben beschriebenen Weise aufgenommen und durch das zugeordnete elektrische System in eine der Größe der Gesamtverschiebung' entsprechende Meßgröße gemäß der Gesamtzahl der durch die Bewegung der Schlittenanordnung 16 mittels des Mechanismus

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21 erzeugten Interferenzstreifen umgewandelt.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden vier fotoelektrische PüÜLeinrichtungen zum Aufnehmen der Interferenzstreifen verwendet. Bekannterweise brauchen jedoch nur zwei Fotozellen vorhanden zu sein, um sowohl die Größe als auch die Richtung der Verschiebebewegung beispielsweise eines Skalenrasters gegenüber einem Indexraster oder umgekehrt anzuzeigen. Die Anzeige der Richtung der Verschiebebewegung wird auf bekannte Weise dadurch erreicht, daß eine der fotoelektrischen Einrichtungen gegenüber der anderen Einrichtung lediglich um 90° versetzt angeordnet wird, so daß einer der leseköpfe ein Ausgangssignal in Form einer Sinuswelle erzeugt, während der andere lesekopf ein Ausgangssignal in Form einer Kosinuswelle erzeugt. Diese Sinus-Kosinus -Be Ziehung ermöglicht in bekannter Weise zum Beispiel die Bestimmung der Richtung der Verschiebebewegung eines Indexrasters gegenüber einem Skalenraster. Die in Verbindung mit den fotoelektrischen Einrichtungen vorgesehenen elektrischen Schaltungen verändern die durch diese Einrichtungen aufgenommenen Signale und wandeln dieselben in verwertbare Impulse um, die zur Bestimmung *er Größe der Verschieb&ewegung in einer bestimmten Richtung gezählt werden.

Die Einrichtung 30 dieses Ausführungsbeispieles ist mit wei-

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teren Einzelheiten in Pig. 3 gezeigt und umfaßt das schon oben erwähnte reflektierende Skalenraster 33, welches eine vorbestimmte, mit dem Bezugszeichen 55 "bezeichnete Breite besitzt« Zwei Sätze von zueinander parallelen Rasterlinien sind auf dem Skalenraster vorgesehen, wobei die linien des einen Satzes die oben erwähnten Rasterlinien 45 sind, die als ausgezogene linien dargestellt sind. Zum Zwecke der leichteren Kennzeichnung sind die Linien des anderen Satzes k als gestrichelte Linien 56 gezeigt.

Obwohl die Rasterlinien 56 sowie die anderen Rasterlinien, die auf den nachfolgend beschriebenen verschiedenartigen Skalen- und Indexrastern vorgesehen sind, zur besseren Veranschaulichung gestrichelt gezeigt sind, ist es klar, daß alle diese Rasterlinien in Wirklichkeit durchgehende kontinuierliche Rasterlinien sind.

Die Linien 45 und 56 erstrecken sich über die gesamte Breite 55 des Skalenrasters 33. Wenn man dabei diese Breite vergleichsweise schmal wählt, wird nur eine minimale Menge an Rastermaterial benötigt, das demgemäß einen vergleichsweise schmalen Raum einnimmt, so daß die erfindungsgemäße Einrichtung auf einfache und vergleichsweise billige Weise in bereits vorhandene Maschinen eingebaut werden kann.

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Die Einrichtung 30 weist eine Indexrastereinrichtung in Form der oben erwähnten Indexraster 42 und ,43 mit den Leseköpfen 36 und 37 auf. Zum leichteren Verständnis der Erfindung sind die Indexraster 42 und 43 in der Zeichnung einzeln gezeigt und zwischen dem Skalenraster 33 und den zugeordneten Leseköpfen in Abstand angeordnet dargestellt. Die Indexraster und 43 weisen Sätze von darauf vorgesehenen parallelen Linien auf, wobei die oben erwähnten Linien 44 auf dem Indexraster , 42 vorgesehen sind, während die gestrichelt gezeigten Linien 57 auf dem Indexraster 43 vorgesehen sind. Die Linien 44 und 57 erstrecken sich ganz über die betreffenden Indexraster bfew. 43, die beide entsprechend der Breite 55 des Skalenrasters 33 eine minimale Breite besitzen, damit die Einrichtung 30 in einem gedrängten Raum untergebracht werden kann.

Das Skalenraster 33 weist zwei übereinander liegende Sätze von Rastern auf, von denen einer zum Erzeugen von Meßgrössen in englischen Einheiten und der andere zum Erzeugen von Meßgrößen in metrischen Einheiten dient. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß der Linienabstand, die Breite der verschiedenartigen Linien und die Anordnung solcher Linien, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, für die tatsächliche Anordnung bei einer praktischen Ausführungsform nicht repräsentativ ist. Die Darstellung gemäß Fig. 3 dient lediglich dazu, den Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung

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und des erfindungsgemäßen Verfahrens auf besonders deutliche Weise hervorzuheben. Bei einer tatsächlichen Ausführungsform können beispielsweise die linien 45, die parallel zueinander verlaufen, mit einer Linieneinteilung von 1000 Linien auf 2,54 cm (1 Zoll) vorgesehen sein. In ähnlicher Weise können die Linien 56 mit einer entsprechend dichten Einteilung von 40 Linien auf einem Millimeter vorgesehen sein, was 1016 Linien auf 2,54 cm (1 Zoll) entspricht.

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Wenn das Skalenraster die angegebene Linienunterteilung besitzt, würde das Indexraster 42 mit 1000 Linien auf 2,54 om (1 Zoll) versehen sein, während das Indexraster 43 1016 Linien auf 2,54 cm (1 Zoll) aufweisen würde. Gleichzeitig sei bemerkt, daß die Linien auf jedem Indexraster gegenüber ihren zugeordneten Linien auf dem Skalenraster dazu schräg verlaufend angeordnet sind. Die Größe der. Schrägstellung der Indexraster und damit der auf denselben vorgesehenen Rasterlinien gegenüber den zugeordneten Linien auf dem Skalenraster ist unterschiedlich und hängt von dem Typ des optischen Systems und der damit verwendeten Bauteile, der Qualität der Materialien, dem gewünschten Interferenzstreifenmuster und der Leistungsfähigkeit des zugeordneten elektronischen Systems ab. '

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden 1000 Linien

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auf 2,54 cm (1 Zoll) verwendet, um eine Meßanzeige in englischen Einheiten zu erhalten. Es ist natürlich klar, daß irgendeine gewünschte Anzahl von Linien pro Längeneinheit Verwendung finden kann, die beispielsweise im Bereich zwischen kleiner als 100 Linien auf 2,54 cm (1. Zoll) bis größer als 2500 Linien auf 2,54 cm (1 Zoll) liegen kann. Die zum Erzeugen entsprechender Meßanzeigen in metrischen Einheiten erforderliche Linienunterteilung würde sich entsprechend der Linieneinteilung ändern, die zur Erzeugung von Meßanzeigen in englischen Einheiten gewählt wurde. Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist das Skalenraster in Form eines reflektierenden Raster dargestellt und kann aus irgendeinem geeigneten metallischen oder nicht-metallischen Material bestehen· Natürlich kann das Skalenraster auch ein lichtdurchlässiges Raster sein, das heißt aus einem lichtdurchlässigen Material bestehen, wobei bei einem derartigen lichtdurchlässigen Skalenraster das Indexraster, die Lichtquelle, die fotoelektrischen Einrichtungen usw. in geeigneter Weise umgeordnet werden, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen, wie sie im Zusammenhang mit der in Pig. 3 dargestellten Einrichtung 30 beschrieben wurden.

In Pig. 3 besteht dLe Indexrastereinrichtung aus zwei Indexrastern 42 und 43β Selbstverständlich kann eine derartige Indexrastereinrichtung aber auch nur ein einziges Raster um-

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fassen, wie es in Fig. 4 unter dem Bezugszeichen 62 dargestellt ist. Das Indexraster 62 weist sich gegenüberliegendeparallele Oberflächen und zwei Sätze von parallelen Linien auf, die auf der Bodenfläche vorgesehen sind. Da diese zwei Sätze von parallelen Linien den parallelen Linien der Indexraster 42 und 43 gleichen, sind diese Linien mit den Bezugszeichen 44A und 47A bezeichnet. Diese Linien wirken jeweils mit den Linien 45 und 56 des Skalenrasters 33 zusammen.

Das Indexraster 62 ist dem Skalenraster 33 derart benachbart abgestützt, daß die Linien 44A und 57A gegenüber den zugeordneten Linien 45 und 56 etwas im Winkel versetzt sind, wodurch Interferenzstreifenmuster in der oben beschriebenen Weise erzeugt werden können. Aufgrund der Kompaktheit des Rasters 62 ist es notwendig, den Aufbau und die Anordnung der fotoelektrischen Fülleinrichtungen 36 und 37 zu ändern, um die Aufnahme von Signalen aus den zugeordneten Sätzen von ψ Linien in wirkungsvoller Weise zu ermöglichen.

Eine weitere Indexrastereinrichtung in Form eines einzigen Inde"xrasters 63 ist in Fig. 5 dargestellt,, Das Indexraster 63 ist ähnlich dem Raster 62 aufgebaut, jedoch so abgeändert, daß es mit seinen gegenüberliegenden Seitenkanten 64 und 65 in ausgerichteter paralleler Lage über die sich gegenüberliegenden Seitenkanten 66 und 67 des Skalenrasters 33 angeordnet werden kann. Zur Erzeugung des gewünschten Interferenzstrei-

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fenmusters sind die auf dem Indexraster 63 vorgesehenen Rasterlinien in einem von 90° abweichenden Winkel zu ihren parallelen Seitenkanten 64 und 65 vorgesehen. Die mit den Skalenrasterlinien 45 zusammenwirkenden Rasterlinien sind dabei mit dem Bezugszeichen 44B bezeichnet worden, während die mit den Rasterlinien 56 zusammenwirkenden Rasterlinien das Bezugszeichen 57B tragen.

Die linien 57B sind gegenüber den Linien 44B in entgegengesetzter Richtung geneigt, wobei die Neigung der Linien 44B und 57B derart ist, daß mit1ä.s jedes Satzes das gewünschte Interferenzstreifenmuster erzeugt wird. Die mit entgegengesetzter Schräglage verlaufenden Linien 44B und 57B stellen für die das Indexraster 63 verwendende Einrichtung eine optimale Kompaktheit im Aufbau sicher. Wie bei der Verwendung des Indexrasters 62 können auch hier die fotoelektrischen Einrichtungen 36 und 37 in geeigneter Weise abgeändert und in Kompaktbauweise vorgesehen sein, derart, daß sie mit den Linien des Indexrasters 63 zusammenwirken können, um auf die übliche Weise die erforderlichen Signale zu erzeugen.

Die in entgegengesetzter Richtung schräg verlaufenden Linien 44B und 57B sind wie dargestellt auf der Bodenfläche des Indexrasters 63 vorgesehen. Es sei jedoch bemerkt, daß ein Mu-

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ster von entgegengesetzt geneigten Linien auch auf dem Skalenraster 33 vorgesehen sein kann, falls dies gewünscht wird. Ferner kann ein derartiges Linienmuster auf einem Skalenraster unabhängig davon vorgesehen sein, ob ein solches Raster reflektierend oder lichtdurchlässig ist.

Das reflektierende Skalenraster 33 ist mit mehreren Sätzen von übereinander liegenden Linien dargestellt, die im vorliegenden Pail durch die beiden Sätze der Linien 45 und 56 umfaßt werden,· und diese Linien sind auf der oben liegenden Fläche der das Skalenraster 33 zwischen sich einschließenden, sich gegenüberliegenden parallelen ebenen Flächen vorgesehen.

Wie oben erwähnt, kann jedoch ein solches Raster auch ein lichtdurchlässiges Raster sein, welches aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt ist und durch vergleichsweise dunkle Linien gekennzeichnet ist, die durch dazwischen liegende helle^ Zwischenräume .getrennt sind. Bei den Ausführungsformen, bei denen das Skalenraster 33 ein lichtdurchlässiges Raster ist, sind das optische System und die dazugehörigen Bauelemente auf geeignete und bekannte Weise entsprechend abgeändert. Außerdem kann es wünschenswert sein, Sätze von parallelen Linien auf den sich gegenüberliegenden ebenen Oberflächen eines solchen Rasters vorzusehen, wie es in Fig. 6 der Zeichnungen gezeigt ist.

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Das in dieser Pig. 6 gezeigte Skalenraster ist mit den Bezugszeichen 33A bezeichnet und kann eirajßatz von linien 45A besitzen, die ähnlich den Linien 45 des Rasters 33 sind und auf der oben liegenden Fläche des Rasters vorgesehen sind. Ausserdem kann das Raster 33A einen weiteren Satz von Linien 56A aufweisen, die ähnlich den Linien 56 des Rasters 33 sind und welche die gegenüberliegende oder Bodenfläche des Rasters trägt. Mit dem Skalenraster 33A kann eine Indexrastereinrichtung in Form von mehreren Indexrastern Verwendung finden, von denen ;jedes Raster einen Satz von parallelen, mit einem besonderen Satz von parallelen Linien des Skalenrasters 33A zusammenwirkenden Linien aufweist. Alternativ dazu kann aber auch eine Indexrastereinrichtung in Form eines einzigen Indexrasters verwendet werden, das entweder dem Indexraster 62 oder dem Indexraster 63 gleichartig ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Skalenrasters, das bei einem lichtdurchlässigen System Verwendung finden kann, ist in den Fig. 7 und 8 der Zeichnungen gezeigt, wobei dieses Raster im zusammengesetzten Zustand im.Mittelabschnitt der Fig. 7 mit gestrichelten" Linien dargestellt und mit dem Bezugszeichen 33B bezeichnet ist. Das Skalenraster 33B umfaßt zwei im wesentlichen gleiche, das Raster festlegende Streifen 70 und _f1, wobei der Streifen 70 einen Satz von parallelen Linien auf seiner Innenfläche trägt, die aufgrund

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dessen, daß sie den Linien 45 des Rasters 33 entsprechen, mit dem Bezugszeichen 45B bezeichnet sind. Der Streifen weist auf seiner Innenfläche einen ähnlichen Satz von parallelen Linien auf, die den Linien 56 des Rasters 33 entsprechen und daher mit dem Bezugszeichen 56B bezeichnet sind.

Die Streifen 70 und 71 können wesentlich dünner als ein gewöhnliches Skalenraster sein, derart, daß die zusammenge- W setzte, mit dem Bezugszeichen 72 bezeichnete Dicke des Rasters 33B zum Beispiel ungefähr gleich der Dicke des Skalenrasters 33A ist. Die Streifen 70 und 71 des Skalenrasters 33B können auf irgendeine geeignete Welse festgelegt sein, und das Raster 33B kann irgendeine gewünschte Anzahl von Rasterlinien-sätzen aufweisen, die auf den jeweiligen Innenflächen vorgesehen sind. Das lichtdurchlässige Raster 33B sieht von außen dem Raster 33A gleichartig aus, was aus Pig» 8 der Zeichnungen hervorgeht.

In den Fig. 6 und 7 sind lichtdurchlässige Raster in Form von Skalenrastern 33A und 33B gezeigt, deren Rasterlinien durcfyeinheitliche Techniken auf den Rastern vorgesehen sind. Es sei an dieser Stelle jedoch bemerkt, daß die Techniken, die zum Erzeugen der Rasterlinien auf den Skalenrastern 33A und 33B Anwendung finden, auch zum Erzeugen von Rasterlinien auf Indexrastern verwendet werden können, die zu den in Fig.

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4 und 5 gezeigten Indexrastern 62 und 63 gleichartig sind.

Bei der "beschriebenen Ausführungsform gemäß der Erfindung weisen die Raster 42 und 43 dunkle Linien und dazwischen ■befindliche nelle Zwischenräume auf, während das Skalenraster 33 dunkle linien 45 und 56 aufweist, wobei zwischen den Linien gleichfalls helle Zwischenräume vorhanden sind. Es ist jedoch klar, daß auch gefärbte Linien erfindungsgemäß verwendet werden können, wobei bei der Verwendung derartiger gefärbter Linien das optische System geeignete Filter, Lichtquellen und dergleichen aufweisen würde, um die jeder besonderen Farbe mit einer bekannten Wellenlänge zugeordneten Interferenzstreifenmuster aufnehmen zu können.

Insbesondere liegt es völlig im Bereich der Erfindung, beispielsweise rote Linien 44 auf dem Indexraster 42 und entsprechende rote Linien 45 auf dem Skalenraster vorzusehen. In ähnlicher Weise können bei dem Indexraster 43 grüne Linien 57 verwendet werden, und die Linien 56 auf dem Skalenraster 33 würden in entsprechender Weise grün sein. Diese Technik erlaubt die Erzeugung scharfer Signale und die Erfassung der Interferenzstreifen von einem Liniensatz ohne Störung durch den anderen Liniensatz, womit optimale Ergebnisse sichergestellt werden.

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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden die Inte*· ferenzeinricktungen 30 in Verbindung mit einer Drehbank beschrieben. Es ist natürlich selbstverständlich, daß diese Einrichtungen auch bei irgendeiner anderen Maschine wie eine Werkzeugmaschine, ein Ausmeßgerät, eine Montageinrichtung, eine automatische Zeichenmaschine, eine automatische Montage einrichtung und dergl. anwendbar sind, wenn es notwendig ist, ein Arbeitswerkzeug in einer vorbestimmten Weise zum Durchführen eines besonderen Arbeitsvorganges genau einzustellen.

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Claims

Patentansprüche

/i.\ Einrichtung zum Bestimmen der Größe von Verschiebebewegungen unter Verwendung von Interferenzstreifenmustern, gekennzeichne t durch ein Skalenraster (33), mehrere Sätze (45, 56) von parallelen Rasterlinien auf dem

" Skalenraster, eine Indexrastereinrichtung (42, 43) mit mehreren Sätzen (44, 57) von parallelen Rasterlinien auf der Indexrastereinrichtung, wo "bei jeder Satz von parallelen Linien auf der Indexrastereinrichtung mit einem zugeordneten Satz von linien auf dem Skalenraster derart zusammenwirkt, daß ein besonderes Interferenzstreifenmuster erzeugt wird, und eine Einrichtung zum Abstützen und Bewegen des Skalenrasters (33) und der Indexrastereinrichtung (42, 43) relativ zueinander, um gleichzeitig mehrere unterschiedliche Inteeferenzstreifenmuster zu erzeugen, von denen jedes unabhängig von den anderen einzeln verwendbar ist.

2« Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Indexrastereinrichtung mehrere Indexraster (42, 43) aufweist, deren Anzahl der Zahl der Sätze von Linien auf dem Skalenraster 33 entspricht, wobei jedes Indexraster ein Satz von parallelen Linien (44, 57) trägt, die mit einem zugeordneten Satz von parallelen Linien

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auf dem Skalenraster (33) zusammenwirken.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Indexrastereinrichtung ein einziges Indexraster (62, 63) mit mehreren Sätzen von parallelen Linien aufweist, von denen jeder Satz mit einem zugeordneten Satz von linien auf dem Skalenraster 03) zusammenwirkt.

4* Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Sätze von parallelen Linien auf jedem der Easter zwei Sätze von Linien (44B, 57B) umfassen, von denen ein Satz auf dem einen Raster in einer Richtung und der andere Satz auf dem gleichen Raster in der entgegengesetzten Richtung geneigt verläuft, und daß die einzelnen Linien der zwei Sätze auf dem anderen Raster (33) parallel zueinander angeordnet sind.

^ 5. Einrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet , daß das eine Raster das Indexraster (63) und das andere Raster das Skalenraster (33) ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η ζ e i c h ne t , daß mindestens eines (33A) der Raster mindestens einen Satz (45A) von parallelen Linien aufweist, der auf einer Oberfläche des Rasters vorgesehen ist, sowie

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mindestens einen weiteren Satz (56$ von Linien auf der gegenüberliegenden Oberfläche. .

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet j daß jedes der Easter sich gegenüberliegende .ebene, parallele Oberflächen aufweist, und daß das Skalenraster (33) auf einer seiner parallelen Oberflächen mindestens einen Satz von parallelen Linien und auf der anderen parallelen Oberfläche mindestens einen zweiten Satz von parallelen linien trägt.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Skalenraster (33) ein lichtdurchlässiges Raster ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet ,' daß das Skalenraster durch zwei lichtdurchlässige Rasterelemente (70, 71) gebildet ist, von denen jedes auf einer ursprünglich dem Licht ausgesetzten Oberfläche mindestens einen Satz von parallelen Linien (45B, 56B) trägt und die ursprünglich dem Licht ausgesetzten Oberflächen einander zugewandt sind und fest aneinander liegen.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Skalenraster (33) ein reflek-

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tierendes Raster ist.

11. Einrichtung nach Ansprüchen 1 - 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Skalenraster (33) eine vorbestimmte Breite "besitzt und sich der erste und zweite Satz (451 56) von parallelen Linien auf dem Skalenraster über dessen gesamte Breite erstreckt, wobei zwischen den * Linien des ersten Satzes erste Zwischenräume und zwischen den Linien des zweiten Satzes zweite Zwischenräume vorhanden sind, daß sich der erste undzweite Satz (44» 57) von parallelen Rasterlinien auf der Indexrastereinrichtung (42, 43) gleichfalls über die gesamte Breite dieser Indexrastereinrichtung erstreckt, wobei der erste Satz (44) von parallelen Linien zur Erzeugung eines ersten Interferenzstreifenmusters mit dem ersten Satz (45) auf dem Skalenraster (33) und der zweite Satz (57) von parallelen Linien auf der Indexrastereinrichtung zur Erzeugung eines zweiten Inte»· ^ ferenzstreifenmusters mit dem zweiten Satz (56) auf dem Skalenraster (33) zusammenwirken, und daß eine Einrichtung zum Abstützen und Bewegen des Skalenrasters und der Indexrastereinriehtung relativ zueinander vorgesehen ist, um gleichzeitig sich wiederholende Interferenzstreifen zu erzeugen, von denen jeder unabhängig einzeln verwendbar ist.

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12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Indexrastereinrichtung zwei Indexraster (4-2, 43) umfaßt, von denen das eine Indexraster (42) den ersten Satz (44) von parallelen Linien und das zweite Indexraster (43) den zweiten Satz (57) von parallelen Rasterlinien trägt.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten Sätze (45, 44) von auf dem Skalenraster (33) und dem Indexraster (42) vorgesehenen Linien von einer Farbe mit einer bestimmten bekannten Wellenlänge sind, während, die zweiten Sätze (56, 57) von auf dem Skalenraster (33) und dem Indexraster (42) vorgesehenen Linien von dazu unterschiedlicher Färbung mit

• einer unterschiedlichen Wellenlänge sind, wobei die Linien der einen Farbe und das zugeordnete optische System interferenzstreifen unter minimaler Störung durch diejenigen Interferenzstreifen erzeugen, die mittels der Linien der anderen Farbe und ihres zugeordneten optischen Systems hervorgebracht werden. -

14· Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Indexraster (42» 43) mit dem darauf befindlichen Satz von Hasterlinien ein besonderes zu-

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geordnetes elektrooptisch^ System besitzt.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß jedes-^elektro-optische System mehrere fotoelektrische Einrichtungen (52) aufweist, von denen jede fotoelektrische Einrichtung ein im wesentlichen sinusförmiges elektrisches Ausgangssignal erzeugt und mindestens zwei dieser fotoelektrischen Einrichtungen in "bekannter Phasenlage angeordnet sind, derart, daß die Richtung der Bewegung der Indexraster (42, 43) relativ zu dem Skalenraster (33) bestimmbar ist.

16. Verfahren zum gleichzeitigen Bestimmen und genauen Anzeigen der Größe von Verschiebebewegungen in verschiedenen Meßeinheiten, von denen jede einem unterschiedlichen Maßsystem zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet j daß mehrere Sätze von parallelen Rasterlinien über ein Skalenraster verteilt werden, wobei die Linien jedes Satzes parallel zueinander verlaufen, daß eine entsprechende Anzahl von Sätzen von parallelen Rasterlinien über eine Indeirastereinrichtung verteilt wird, wobei die Linien jedes Satzes auf der Indexrastereinrichtung gleichfalls parallel zueinander verlaufen, daß eine optische Einrichtung dem Skalenraster und der Indexrastereinrichtung

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zugeordnet wird, derart, daß jeder Satz von Linien auf der Indexrastereinrichtung mit einem zugeordneten Satz von Linien auf dem Skalenraster zusammenwirkt, um ein spezielles Interferenzstreifenmuster zu erzeugen, und daß das Skalenraster relativ zu der Indexrastereinrichtung bewegt wird, um die gleichzeitige Erzeugung mehrerer unterschiedlicher Typen von Interferenzstreifenmustern zu bewirken, von denen jeder Mustertyp von einem besonderen Satz von Linien erzeugt wird und einzeln verwendbar ist, um die Größe der Verschiebung in Einheiten eines bestimmten Meßsystems anzugeben.

17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß das Vorsehen der Sätze τοη parallelen Rasterlinien auf der Indexrastereinrichtung das Vorsehen von entsprechenden Linien auf mehreren die Indexrastereinrichtung bildenden Indexrastern umfaßt, wobei jedes Indexraster einen Satz von parallelen Linien trägt, die mit einem zugeordneten Satz auf dem Skalenraster zusammenwirken.

18, Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Satz von parallelen Rasterlinien auf dem Skalenraster mit vergleichsweise großen Zwischenräumen sich über die gesamte Rasterbreite erstreckend vorgesehen werden, daß ein zweiter Satz von parallelen Rasterlinien mit verhältnismäßig schmalen Zwischen-

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räumen auf dem'gleichen Skalenraster sich über dessen gesamte Breite erstreckend vorgesehen werden, daß ein erster Satz von parallelen Rasterlinien mit den verhältnismäßig breiten Zwischenräumen auf einem ersten Indexraster sich über dessen gesamte Breite erstreckend vorgesehen wird und ein zweiter Satz von parallelen Rasterlinien mit den verhältnismäßig schmalen Zwischenräumen auf einem zweiten Indexraster sich über dessen gesamte Breite erstreckend ange-" ordnet wird, daß eine optische Einrichtung dem Skalenraster und den Indexrastern zugeordnet wird derart, daß der erste Satz von Linien auf dem ersten Indexraster zur Erzeugung eines besonderen Interferenzstreifens mit einem breiten Wiederholungsmuster mit dem ersten Satz von Linien auf dem Skalenraster und der zweite Satz von Linien auf dem zweiten Indexraster zur Erzeugung eines Interferenzstreifens mit einem schmalen Wiederholungsmuster mit dem zweiten Satz von Linien auf dem Skalenraster zusammenwirken, und daß das Ska- k lenraster und die beiden Indexraster relativ zueinander schnell bewegt werden, wobei der erste Satz von Linien auf dem Skalenraster und der erste Satz von Linien auf dem ersten Indexraster verwendet werden, um die rasche Yerschiebebewegung der G-röße nach zu bestimmen und anzuzeigen, und daß schließlich das Skalenraster und die Indexraster langsam relativ zueinander bewegt werden und dabei der zweite

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Satz von Linien auf dem Skalenraster und der zweite Satz von Linien auf dem zweiten Indexraster zum Bestimmen und Anzeigen dieser langsam vor sich gehenden Verschiebebewegung Verwendung finden.

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