KR20210125900A - 위치 측정용 배열체 - Google Patents

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KR20210125900A
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킬리안 바우어
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덕터 요한네스 하이덴하인 게엠베하
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Abstract

배열체는 지지체(10), 지지체(10) 상에 배치되는 스케일(12) 및 스케일(12)을 지지체(10)에 고정하기 위한 복수의 고정 요소(16)를 포함한다. 스케일(12)은 종방향(X)으로 연장된다. 스케일(12)은 적어도 종방향(X)에서 위치 측정을 하기 위한 측정 눈금(14)을 포함한다. 지지체(10)는 복수의 개별 부분(10.1-10.7)을 포함한다. 고정 요소들(16)은 지지체(10)의 개별 부분들(10.1-10.7) 상에 배치된다.

Description

위치 측정용 배열체{AN ARRANGEMENT FOR POSITION MEASUREMENT}
본 발명은 제1항의 전제부에 따른 배열체에 관한 것이다.
WO 2006/133753 A1호는 지지 몸체, 및 스케일의 양측면에서 스케일을 따라 배치되는 복수의 고정 요소를 포함하는 위치 측정용 배열체를 개시한다. 지지 몸체와 고정 요소들 사이에 각각 하나의 유연 힌지가 배치되고, 유연 힌지는 고정 요소 및 이로 인하여 스케일을 측정 방향(X)에서 편향 가능하게 지지 몸체에 결합시킨다.
공지된 측정 배열체의 단점은, 지지 몸체가 단일 부분으로 구성되어 있다는 것이다. 그 결과 한편으로 지지 몸체 또는 측정 배열체의 제조는 비교적 비용 집약적이다. 다른 한편으로 지지 몸체(또는 측정 배열체)와 본체(예: 기계 베드) 사이에 열적 분리를 구현하는 것이 비교적 복잡해진다. 통상적으로 이를 위해 예컨대 추가적 유연 힌지들의 사용과 같은 구성적 조처들이 필요하기 때문이다. 한편, 열적 분리는 위치 측정의 높은 정확도를 위한 전제이다.
본 발명의 기초를 이루는 과제는 간단하고 비용 효과적인 구성을 포함하여 정확한 위치 측정을 구현하는 위치 측정용 배열체를 제공하는 것이다.
이러한 과제는 본 발명에 따르면 제1항의 특징들을 포함하는 배열체에 의하여 해결된다.
본 발명에 따라 형성되는 배열체는 지지체, 지지체 상에 배치되는 스케일 및 스케일을 지지체에 고정하기 위한 복수의 고정 요소를 포함한다. 스케일은 종방향으로 연장된다. 스케일은 적어도 종방향에서 위치 측정을 위한 측정 눈금을 포함한다. 지지체는 복수의 개별부분을 포함한다. 고정 요소들은 지지체의 개별 부분들 상에 배치된다.
바람직하게는, 지지체의 개별 부분들은 복수의 고정 요소의 일 고정 요소에 배정되거나, 종방향에 대해 수직인 횡방향에서 서로 대향하여 배치되는 고정 요소들로 이루어진 쌍에 각각 배정된다.
지지체의 개별 부분들은 종방향으로 서로 분리되어 배치되는 것이 유리하다.
또한, 지지체의 개별 부분들이 종방향으로 분배되어 배치되고, 예컨대 등거리로 분배되어 배치되는 것이 유리하다.
대안적으로, 지지체의 개별 부분들은 비등거리로 배치될 수 있다. 예컨대 고착점(즉, 스케일의 위치 고정적인 고착 지점)의 근방에서 지지체의 개별 부분들 사이의 거리는 스케일의 자유 양단에서 지지체의 개별 부분들 사이의 거리에 비해 크다.
고정 요소들은 바람직하게는 지지체와 스케일 사이의 (국소적) 열적 분리를 위해 복수의 유연 힌지를 포함한다.
지지체에 대하여 스케일을 위치 고정적으로 고착시키기 위해 글루 비드(glue bead)의 형태를 가지는 고정 요소가 제공될 수 있다.
지지체의 개별 부분들은 이산 플레이트들로도 지칭될 수 있다.
측정 눈금은 바람직하게는 종방향(즉, X 자유도) 및 횡방향(즉, Y 자유도)에서 위치를 측정하기 위해 역할한다. 대안적으로, 측정 눈금은 (이에 상응하는 스캐닝 유닛들과 연관하여) 6개의 자유도(즉, X, Y, Z, RX, RY, RZ 자유도)에서 위치 측정이 가능해지는 방식으로 형성될 수 있다.
측정 눈금은 예컨대 증분 눈금이다. 대안적으로, 측정 눈금은 예컨대 의사 랜덤 코드(Pseudo Random Code)로 형성되어 절대 눈금일 수 있다.
본 발명에 의하여 스케일의 직선성의 높은 재현성이 얻어진다. 이는 특히, 스케일이 종방향 및 횡방향으로 위치를 측정하기 위한 측정 눈금을 포함할 시 유리하다. 이를 위해 측정 눈금은 제1 측정 방향(주 측정 방향 또는 X 방향)을 따라 주기적으로 배치되는 복수의 눈금 구조물 및 제2 측정 방향(Y 방향)을 따라 주기적으로 배치되는 복수의 눈금 구조물을 포함한다. 제1 측정 방향 및 제2 측정 방향은 서로 수직을 이룬다. 부분 구조물들은 특히 눈금선들을 각각 포함한다.
본 발명의 유리한 형성방식들은 종속항들로부터 추론된다.
본 발명에 따른 배열체의 세부사항들 및 이점들은 첨부 도면들을 참조로 일 실시예에 관한 이하의 설명으로부터 도출된다.
도면은 다음과 같다:
도 1은 본 발명에 따라 지지체, 지지체 상에 배치되는 스케일 및 복수의 고정 요소를 포함하여 형성되는 배열체에 대한 사시도이다;
도 2는 도 1에 따른 배열체에 대한 평면도이다;
도 3a는 제1 고정 요소 및 제2 고정 요소를 포함하는 지지체의 개별 부분에 대한 사시도이다;
도 3b는 도 3a에 따른 지지체의 개별 부분에 대한 평면도이다;
도 4a는 제3 고정 요소 및 제4 고정 요소를 포함하는 지지체의 추가적 개별 부분에 대한 사시도이다; 및
도 4b는 도 4a에 따른 지지체의 추가적 개별 부분에 대한 평면도이다.
동일한 요소 또는 동일한 기능의 요소는 도면들에서 동일한 참조번호로 표시된다.
이하에서 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태가 설명된다. 본 발명에 따라 형성되는 배열체는 지지체(10), 지지체(10) 상에 배치되는 스케일(12) 및 복수의 고정 요소(16)를 포함한다. 스케일(12)은 종방향(주 측정 방향)(X)으로 연장되고 측정 눈금 평면(즉, X/Y 평면)에 배치되는 측정 눈금(14)을 포함한다. 측정 눈금(14)은 광전기적으로 스캐닝 가능한 증분 눈금으로서 종방향(X) 및 추가적으로 이에 대해 수직인 제2 횡방향(Y)에서 높은 정확도로 위치를 측정하기 위해 형성된다. 스케일(12)은 바람직하게는 고려하지 않아도 될 만큼 낮은 열 팽창 계수를 가지는 재료로 구성되고, 특히 0℃ - 50℃의 온도 범위에서 1.5 x 10-6 K-1 미만의 열 팽창 계수(α)를 가지는 재료, 특히 0.1 x 10-6 K-1 미만의 열 팽창 계수를 가지는 재료로 구성된다. 이와 같은 재료는 유리 또는 유리 세라믹(예: Zerodur) 또는 예컨대 인바(invar)와 같은 금속이다.
지지체(10)는 바람직하게는 약 10.5 x 10-6 K-1의 열 팽창 계수를 가지는 강으로 구성된다.
지지체(10)는 플레이트 형상을 갖는 복수의 개별 부분(10.1-10.7)을 포함한다. 스케일(12)은 서로 대향하는 2개의 측표면(18.1, 18.2)을 갖는 직사각형 횡단면을 포함하고, 이러한 측표면들은 종방향(X)에서 각각 연장된다(도 2 참조).
고정 요소들(16)은 지지체(10)에 스케일(12)을 고정하기 위해 역할한다. 고정 요소들(16)은 제1 군의 고정 요소들(16.11 - 16.71) 및 제2 군의 고정 요소들(16.12 - 16.72)을 포함한다. 고정 요소들(16.11 - 16.71 및 16.12 - 16.72)은 서로 대향하는 스케일(12)의 양측 표면(18.1, 18.2)에 배치된다(도 2 참조). 도 1에 도시된 바와 같이, 고정 요소들(16)은 지지체(10)의 개별 부분들(10.1 - 10.7) 상에 배치된다.
도 1에 도시된 배열체는 본체(1)(예: 기계 베드) 상에 배치된다. 배열체를 본체(1)에 고정하기 위해 스크류들(2)이 제공된다. 스크류들(2)은 개별 부분들(10.1 - 10.7)을 관통하여 본체(1) 내에까지 연장된다. 본체(1)는 예컨대 화강암으로 구성된다.
본 발명에 따른 배열체에 의하여 복수 부분으로 구성되는 지지 몸체(즉, 지지체(10))가 구현된다. 복수 부분의 구성은 종래 기술에 따른 단일 부분 구성에 비해, 지지 몸체 및 이로 인하여 배열체의 제조가 비교적 비용 효과적이라는 점에서 유리하다. 또한, 복수 부분의 구성은 지지체(10)와 본체(1) 사이에 열적 분리가 간단한 방식으로 수행될 수 있다는 이점이 있다. 이때 특히 예컨대 추가적 유연 힌지들의 사용과 같은 추가적인 구성적 조처들은 생략될 수 있다.
지지체(10)의 개별 부분들(이산 플레이트들)(10.1-10.7)은 비교적 작고 거의 각 지점에서(즉, 국소적으로 각각의 X 위치에서) 간단히 본체(1)와 함께 이동할 수 있는 것이 유리하다. 이를 통해, 종래 기술과 다르게, 바로 앞에서 언급한 열적 분리가 추가적인 구성적 조처들을 사용하지 않고도 달성된다.
지지체(10)의 개별 부분들(10.1-10.7) 사이에 지지체(10)의 추가 부분들(소위 중간 부분들)(11.1-11.6)이 배치된다. 중간 부분들(11.1-11.6)은 스크류들(4)에 의하여 본체(1)에 고정되고 높이 방향(즉, Z 방향)에서 스케일(12)을 보조하기 위해 역할한다. 이를 위해 중간 부분들(11.1-11.6)은, 높이 방향(Z)에서 중간 위치들, 즉 지지체(10)의 개별 부분들(10.1-10.7) 사이의 위치들에서 부착제를 통하여 스케일(12)을 지지체(10)에서 각각 고정적으로 지지하고 따라서 본체(1)와 고정적으로 연결하기 위해 형성된다. 중간 부분들(11.1-11.6)은 생략될 수도 있다.
도 1과 관련하여 지지체(10)의 개별 부분들(10.1-10.7)은 복수의 고정 요소들(16)의, 횡방향(Y)에서 서로 대향하여 배치되는 고정 요소들(16.11, 16.12-16.71, 16.72)로 이루어진 쌍에 각각 배정된다. 특히 쌍을 이루어 배치되는 고정 요소들(16.11, 16.12-16.71, 16.72)은 이러한 고정 요소들에 각각 배정되는 지지체(10)의 개별 부분들(10.1-10.7) 상에 배치된다.
대안적으로, 지지체(10)의 개별 부분들(10.1-10.7)은 복수의 고정 요소들(16)의 일 고정 요소(예: 고정 요소들(16.11-16.71) 또는 고정 요소들(16.12-16.72))에만 각각 배정될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 지지체(10)의 개별 부분들(10.1-10.7)은 종방향(X)에서 서로 분리되어 배치된다. 또한, 지지체(10)의 개별 부분들(10.1-10.7)은 종방향(X)에서 분배되어 배치되고, 특히 등거리로 분배되어 배치된다. 이때 지지체(10)의 개별 부분들(10.1-10.7) 사이의 거리는 예컨대 각각 100 mm이다.
도 1에 도시된 고정 요소들(16)은 스케일(12)의 제1 측표면(18.1)에 배치되는 제1 고정 요소(16.11) 및 스케일(12)의 제2 측표면(18.2)에 배치되는 제2 고정 요소(16.12)를 포함한다. 제1 고정 요소(16.11) 및 제2 고정 요소(16.12)는 횡방향(Y)에서 서로 대향하여 배치된다. 이하의 실시 방식은 쌍을 이루어 배치되는 고정 요소들(16.21, 16.22-16.71, 16.72)에 대해 유사하게 적용된다(16.41, 16.42 제외).
제1 고정 요소(16.11)는 위치(P1)에서(도 3b 참조) 스케일(12)을 종방향(X)에서 지지체(10)에 대하여 자유이동 가능하게 지지하기 위해 형성된다. 또한, 제1 고정 요소(16.11)는 스케일(12)을 횡방향(Y)에서 지지체(10)에서 고정적으로 지지하기 위해 형성된다. 이를 위해 제1 고정 요소(16.11)는 특히 유연 힌지로 형성된다.
도 3b와 관련하여, 제1 고정 요소(16.11)는 재료 결합 방식의 연결에 의해 스케일(12)의 제1 측표면(18.1)에 고정되는 제1 부분(20.1)을 포함한다. 또한, 제1 고정 요소(16.11)는 제1 고정 요소(16.11)에 배정되는, 지지체(10)의 개별 부분들(10.1-10.7)의 부분(10.1)의 상부 표면(22)에 재료 결합 방식의 연결에 의해 고정되는 제2 부분(20.2)을 포함한다(도 3a 및 도 3b 참조). 재료 결합 방식의 연결은 특히 접착 연결이다.
제2 고정 요소(16.12)는, 스케일(12)을 제1 위치(P1)에서 종방향(X)에서 지지체(10)에 대하여 자유이동 가능하게 지지하기 위해 형성된다. 또한, 제2 고정 요소(16.12)는, 스케일(12)을 횡방향(Y)에서 지지체(10)에서 고정적으로 지지하기 위해 형성된다. 이를 위해 제2 고정 요소(16.12)는 특히 유연 힌지로 형성된다.
제2 고정 요소(16.12)는 제1 고정 요소(16.11)와 유사하게 스케일(12) 및 지지체(10)의 부분(10.1)과 연결된다.
도 3a와 관련하여, 배열체는 지지체(10)에 스케일(12)을 고정하기 위해 제1 부착제(24.1)를 포함한다. 제1 부착제(24.1)는 한편으로 지지체(10)의 부분(10.1)의 상부 표면(22) 상에 배치되고, 다른 한편으로 제1 고정 요소(16.11)와 제2 고정 요소(16.12) 사이에 배치된다. 제1 부착제(24.1)는 스트립 형상으로 형성되고 실질적으로 횡방향(Y)으로 연장된다. 예컨대 제1 부착제(24.1)는 양면 접착 밴드, 특히 전사 접착 밴드의 스트립을 포함한다.
제1 부착제(24.1)는 지지체(10)의 부분들(10.1-10.7) 각각에 적절하게 배치된다(10.4 제외).
도 1에 도시된 고정 요소들(16)은 스케일(12)의 제1 측표면(18.1)에 배치되는 제3 고정 요소(16.41) 및 스케일(12)의 제2 측표면(18.2)에 배치되는 제4 고정 요소(16.42)를 더 포함한다. 제3 고정 요소(16.41) 및 제4 고정 요소(16.42)는 횡방향(Y)에서 서로 대향하여 배치된다. 쌍을 이루어 배치되는 고정 요소들(16.41, 16.42)은 지지체(10)의 부분(10.4)에 배정되거나 이러한 부분 상에 배치된다.
제3 고정 요소(16.41)는 스케일(12)을 제1 위치(P1)와 상이한 제2 위치(P2)(도 4b 참조)에서 종방향(X) 및 횡방향(Y)에서 지지체(10)에서 고정적으로 지지하기 위해 형성된다. 제4 고정 요소(16.42)는 스케일(12)을 제2 위치(P2)에서 종방향(X) 및 횡방향(Y)에서 지지체(10)에서 고정적으로 지지하기 위해 형성된다. 예컨대, 제3 고정 요소(16.41) 및 제4 고정 요소(16.42)는 지지체(10)의 부분(10.4)과 스케일(12)을 연결하기 위해 글루 비드, 특히 필렛 용접을 각각 포함한다.
도 4a와 관련하여, 배열체는 스케일(12)을 지지체(10)에 고정하기 위해 제2 부착제(24.2) 및 제3 부착제(24.3)를 더 포함한다. 제2 부착제(24.2) 및 제3 부착제(24.3)는 한편으로 지지체(10)의 부분(10.4)의 상부 표면 상에 배치되고, 다른 한편으로 제3 고정 요소(16.41)와 제4 고정 요소(16.42) 사이에 배치된다. 제2 부착제(24.2) 및 제3 부착제(24.3)는 각각 스트립 형상으로 형성되고 실질적으로 종방향(X)으로 연장된다. 예컨대 제2 부착제(24.2) 및 제3 부착제(24.3)는 양면 접착 밴드, 특히 전사 접착 밴드의 스트립을 각각 포함한다.
제1 내지 제3 부착제(24.1-24.3)는 제1 내지 제4 고정 요소(16.11, 16.12, 16.41, 16.42)에 의한 스케일(12)의 고정을 보조하기 위해 역할한다. 이를 통해 매우 안정적이고 안전한 배열체 구성이 얻어진다.
또한, 제1 내지 제3 부착제(24.1-24.3)는 마찰 영향을 방지하기 위해(또는 소정의 전단력을 생성하기 위해) 지지체(10)로부터 스케일(12)을 분리하기 위해 역할한다.
예컨대 제1 내지 제3 부착제(24.1-24.3)는 10 mm의 폭을 가지는 양면 접착 밴드의 스트립을 각각 포함한다.
전술한 전사 접착 밴드 대신, 펠릿이 혼합된 매우 연성인 접착제 또는 액상 전사 접착제가 사용될 수도 있다.
또한, 대안적으로 제3 및 제4 고정 요소(16.41, 16.42)는 이러한 고정 요소들이 스케일(12)을 제2 위치(P2)에서 종방향(X)에서 고정적으로, 그러나 횡방향(Y)에서 가요적으로(연성) 지지체(10)에서 지지하거나 지지체와 결합시키는 방식으로 형성될 수 있다. 이와 같은 결합은 특히 EP 3 026 389 A1호에 개시되어 있다.
본 발명의 이점은, Y 방향으로 횡력(예: 횡가속)이 있을 시 스케일(12)이 고정 요소들(16)에 의하여 현저한 횡방향 이동 및 스케일 굽힘 없이 본체(1)와 연결된다는 것에 있다. 이는 특히 종방향(X 자유도) 및 횡방향(Y 자유도)에서 위치를 측정하기 위한 측정 눈금(14)에서 유리하다.
본체(1)는 바람직하게는 지지체(10)의 열 팽창 계수보다 낮은 열 팽창 계수를 가지는 재료로 구성된다.
본 발명은 광전기적 스캐닝 원칙에 한정되지 않는다. 또한, 측정 눈금(14)은 특히 자기적 또는 유도적으로 스캐닝 가능하게 형성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 지지체(10);
    지지체(10) 상에 배치되는 스케일(12)로서, 상기 스케일(12)은 종방향(X)으로 연장되고, 상기 스케일(12)은 적어도 종방향(X)에서 위치를 측정하기 위한 측정 눈금(14)을 포함하는 것인, 스케일(12); 및
    상기 스케일(12)을 상기 지지체(10)에 고정하기 위한 복수의 고정 요소(16)를 포함하는 배열체에 있어서,
    상기 지지체(10)는 복수의 개별 부분(10.1-10.7)을 포함하고, 상기 고정 요소들(16)은 상기 지지체(10)의 상기 개별 부분들(10.1-10.7) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    배열체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지체(10)의 상기 개별 부분들(10.1-10.7)은 상기 복수의 고정 요소(16)의 일 고정 요소에 또는 상기 종방향(X)에 대해 수직인 횡방향(Y)으로 서로 대향하여 배치되는 고정 요소들(16.11, 16.12-16.71, 16.72)로 이루어진 쌍에 각각 배정되는 것인,
    배열체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지체(10)의 상기 개별 부분들(10.1-10.7)은 종방향(X)에서 서로 분리되어 배치되는 것인,
    배열체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지체(10)의 상기 개별 부분들(10.1-10.7)은 종방향(X)에서 분배되어 배치되고, 특히 등거리로 분배되어 배치되는 것인,
    배열체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 요소들(16)은 종방향(X)에서 연장되는 상기 스케일(12)의 제1 측표면(18.1)에 배치되는 적어도 하나의 제1 고정 요소(16.11)를 포함하는 것인,
    배열체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 고정 요소(16.11)는 상기 스케일(12)을 제1 위치(P1)에서 종방향(X)에서 상기 지지체(10)에 대하여 자유 이동 가능하게 지지하기 위해 형성되는 것인,
    배열체.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1 고정 요소(16.11)는 상기 스케일(12)을 상기 종방향(X)에 대해 수직인 횡방향(Y)으로 상기 지지체(10)에서 고정적으로 지지하기 위해 형성되는 것인,
    배열체.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 고정 요소(16.11)는 재료 결합 방식의 연결에 의하여 상기 스케일(12)의 상기 제1 측표면(18.1)에 고정되는 제1 부분(20.1)을 포함하는 것인,
    배열체.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 고정 요소(16.11)는 제2 부분(20.2)을 포함하고, 상기 제2 부분(20.2)은 재료 결합 방식의 연결에 의하여 상기 지지체(10)의 상기 개별 부분들(10.1-10.7)의 부분(10.1)의 상부 표면(22)에 고정되는 것인,
    배열체.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 재료 결합 방식의 연결은 접착 연결인 것인,
    배열체.
  11. 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 요소들(16)은 종방향(X)에서 연장되는 상기 스케일(12)의 제2 측표면(18.2)에 배치되는 제2 고정 요소(16.12)를 포함하고, 상기 제1 고정 요소(16.11) 및 상기 제2 고정 요소(16.12)는 상기 종방향(X)에 대해 수직인 횡방향(Y)으로 서로 대향하여 배치되는 것인,
    배열체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 고정 요소(16.11) 및 상기 제2 고정 요소(16.12)는 각각 유연 힌지를 포함하는 것인,
    배열체.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 배열체는 상기 스케일(12)을 상기 지지체(10)에 고정하기 위한 적어도 하나의 제1 부착제(24.1)를 포함하고, 상기 제1 부착제(24.1)는 상기 제1 고정 요소(16.11) 및 상기 제2 고정 요소(16.12)에 배정되는 상기 지지체(10)의 상기 개별 부분들(10.1-10.7)의 부분(10.1)의 상부 표면(22) 상에 그리고 상기 제1 고정 요소(16.11)와 상기 제2 고정 요소(16.12) 사이에 배치되는 것인,
    배열체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 부착제(24.1)는 스트립 형상으로 형성되고 실질적으로 상기 종방향(X)에 대해 수직인 횡방향(Y)으로 연장되는 것인,
    배열체.
  15. 제6항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 요소들(16)은 상기 스케일(12)의 상기 제1 측표면(18.1)에 배치되는 적어도 하나의 제3 고정 요소(16.41)를 포함하고, 상기 제3 고정 요소(16.41)는 상기 스케일(12)을 상기 제1 위치(P1)와 상이한 제2 위치(P2)에서 종방향(X) 및 상기 종방향(X)에 대해 수직인 횡방향(Y)으로 상기 지지체(10)에서 고정적으로 지지하기 위해 형성되는 것인,
    배열체.
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