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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Zustandes einer Transportbandoberfläche an dem bewegten Transportband mit einem optischen System.
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Transportbandoberflächen unterliegen im Betrieb unterschiedlichen Beanspruchungen wie bspw. einer Abnutzung, Verschmutzung oder auch Beschädigung, die ein regelmäßiges Wartungs- und Pflegeintervall notwendig machen. Dabei werden die entsprechenden Maßnahmen in einem festgelegten Zeitintervall durchgeführt, unabhängig davon, wie der konkrete Oberflächenzustand des Transportbandes ist.
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Um die Wartungs- und Pflegeintervalle an den konkreten Bedarf anzupassen, ist es notwendig, den Oberflächenzustand und deren Veränderung laufend zu erfassen, um auftretende Beanspruchungen zeitnah beheben zu können.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Oberflächenzustandes eines Transportbandes bereitzustellen.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Dabei sind alle beschriebenen Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegen-stand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Polarisationsgrad des von der Oberfläche reflektierten Lichts abhängig von der Art und der Stärke der jeweiligen Beanspruchung ist. Bei der Betrachtung einer Polarisationsebene des von der Oberfläche reflektierten Lichts erscheinen somit beanspruchte, d.h. bspw. abgenutzte oder verschmutzte Bereiche der Oberfläche, kontrastierend zu bspw. unbeanspruchten Oberflächenbereichen. Auch erfolgt zwischen den unterschiedlichen Beanspruchungsarten und der jeweiligen Beanspruchungsintensität eine unterschiedliche Polarisation. Der Polarisierungsgrad des von der Transportbandoberfläche reflektierten Lichts ist somit abhängig von dem Oberflächenzustand des Transportbandes.
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Problematisch bei der zeitlich versetzten Verwendung unterschiedlicher Polarisationsebenen zur Ermittlung des Oberflächenzustandes ist jedoch, dass bei bewegten Oberflächen ein Verzerrungseffekt auftritt, der eine Ermittlung des Oberflächenzustandes am bewegten Transportband stark erschwert oder sogar verhindert. Umso überraschender ist es, das aufgrund der gleichzeitigen Erfassung von mindestens zwei Polarisationsebenen die auftretenden Verzerrungseffekte oder ggf. auch weitere Störungen in den Polarisationsebenen ausgefiltert werden können. D.h., der Oberflächenzustand der Transportbandoberfläche wird in jeder dem optischen System möglichen Polarisationsebene erfasst und vom optischen System aufgearbeitet, bspw. zu Datensätzen umgewandelt und abgespeichert. Bei der Ermittlung filtert das optische System die Verzerrungseffekte oder anderweitige Störungen wie bspw. Reflexionen heraus und ermittelt anhand der gefilterten Daten/Bilder der Polarisationsebenen den Ort der Beanspruchung, die jeweilige Beanspruchungsart und ggf. die Stärke der Beanspruchung am Transportband, d.h. den Oberflächenzustand des jeweiligen Transportbandabschnittes.
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Mit dem Verfahren ist es somit möglich, den Oberflächenzustand des gesamten Transportbandes aufgrund des in den Polarisationsebenen auftretenden Kontrastes zwischen den einzelnen unterschiedlich beanspruchten Transportbandabschnitten zu ermitteln.
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So können Wartungs-, Pflege- oder auch Reparaturmaßnahmen am Transportband durchgeführt werden, sobald mittels des Verfahrens und der Vorrichtung entsprechende vollflächige oder abschnittsweise Veränderungen des Oberflächenzustandes oder von einem Sollwert abweichende Oberflächenzustände des Transportbandes ermittelt wurden.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass das optische System den Oberflächenzustand des Transportbandes berührungslos ermitteln kann.
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Unter Transportbändern werden bspw. auch Transportketten verstanden, d.h. dass sich alle weiteren Ausführungen zu Transportbändern auch auf Transportketten beziehen. Die Transportbänder können insbesondere zum Transport von Getränkebehältern, bspw. Getränkeflaschen oder Dosen aus Kunststoff, Glas oder Metall ausgebildet sein. Die Transportbänder bzw. deren Oberflächen können bspw. aus Metall, Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff bestehen. Insbesondere Transportbänder mit einer Oberfläche aus Kunststoff haben dabei den besonderen Vorteil, dass von ihrer Oberfläche reflektiertes Licht polarisiert wird.
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D.h., dass von der unbeanspruchten Transportbandoberfläche reflektierte Lichtstrahlen polarisiert sind, die auf den beanspruchten bspw. verschmutzen Transportbandabschnitt auftreffenden und reflektierten Lichtstrahlen jedoch abhängig von der Art der Beanspruchung, entweder nicht polarisiert sind oder einen andere Polarisationsgrad aufweisen.
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Bei Transportbändern mit einer Oberfläche aus Metall wird das von der Oberfläche reflektierte Licht dagegen nicht polarisiert, wohingegen jedoch Transportbandabschnitte, auf denen eine Verschmutzung oder o.ä. vorliegt, eine Polarisation des von ihrem Abschnitt reflektierten Lichts bewirken können, so dass diese Abschnitte dementsprechend in den Polarisationsebenen wieder kontrastierend erscheinen.
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Bei der Ermittlung des Oberflächenzustandes werden besonders bevorzugt Beschädigungen, Oberflächenspannungen und/oder Verschmutzungen, insbesondere ein Verschmutzungsgrad oder eine Verschmutzungsart erfasst. Diese Beanspruchungen an der Bandoberfläche bewirken alle eine Veränderung des Polarisationsgrades des reflektierten Lichts. So ist insbesondere die Ermittlung von Verschmutzungen besonders gut möglich, da bspw. Flüssigkeiten, Fette oder auch Schmiermittel einen von der Bandoberfläche deutlich abweichenden Polarisationsgrad des Lichts aufweisen, so dass diese besonders exakt in den einzelnen erfassten Polarisationsebenen als Kontrast zur Bandoberfläche erfasst werden können.
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Dabei ist es bspw. auch möglich, Verschmutzungen nach ihrer Art zu erfassen. So erzeugen auf der Bandoberfläche aufliegende Flüssigkeiten oder Flüssigkeitsfilme einen anderen Kontrast in den Polarisationsebenen des Lichts als bspw. Fette, Schmiermittel oder auch metallische Verunreinigungen auf der Bandoberfläche. Insbesondere können das Verfahren und die Vorrichtung zum Ermitteln von auf der Oberfläche vorhandenen Flüssigkeiten genutzt werden. Zudem ist es bspw. möglich, einen Schmiermittelauftrag auf der Transportbandoberfläche sowohl örtlich als auch quantitativ zu ermitteln und eine Schmiermittelauftragsvorrichtung entsprechend anzusteuern.
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Zur Ermittlung des Oberflächenzustandes bei einer bewegten Transportbandoberfläche ist es wie bereits ausgeführt notwendig, mindestens zwei Polarisationsebenen des reflektierten Lichts zu ermitteln. Diese Polarisationsebenen müssen zudem gleichzeitig ermittelt werden, um die Ermittlung des Oberflächenzustandes am bewegten Transportband zu ermöglichen.
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Das optische System kann dementsprechend bspw. aus zwei oder mehreren Kamerasystemen mit jeweils einem Bildsensor und dazugehörigen Polarisationsfilter aufgebaut sein. Beide Kamerasysteme sind bei der Erfassung auf den gleichen Bandabschnitt ausgerichtet. Dabei kann das optische System bspw. das Transportband in der vollen Breite gleichzeitig erfassen. Auch kann das optische System das Transportband bspw. in der Breite nur abschnittsweise erfassen und dementsprechend bspw. nach einem vollständigen Durchlauf des Transportbandes seine Position verändern und einen weiteren Breitenabschnitt erfassen.
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Zur Vereinfachung der Erfassung weist nach einer Weiterbildung der Erfindung das optische System einen einzelnen Bildsensor mit Polarisationsfilter auf, der mindestens zwei oder mehrere Polarisationsebenen gleichzeitig erfasst. Derartige optische Systeme sind bspw. aus der
DE 10 2208 014 334 A1 oder der
DE 20 2012 010 977 U1 bekannt. Ein derartiges System weist den Vorteil auf, dass es insbesondere deutlich kostengünstiger als zwei parallel geschaltete Systeme ist und zudem die Verarbeitung der von dem optischen System erfassten Daten deutlich vereinfacht ist. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Geschwindigkeit, mit der das Transportband am optischen System vorbeiläuft, auf ihrer für die jeweilige Anwendung üblichen Geschwindigkeit beizubehalten.
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Um eine ständige Kontrolle über den Zustand der Oberfläche zu haben, erfasst das optische System die Oberfläche im Betrieb des Transportbandes permanent. Alternativ kann es bspw. auch in bestimmten Zeitintervallen mindestens einmal das Transportband vollständig erfassen und mit den Daten eines vorherigen Erfassungsdurchgang vergleichen, um Veränderungen zu ermitteln.
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Um den Kontrast in den Polarisationsebenen zwischen dem direkt von der Transportbandoberfläche und dem von dem beanspruchten Transportbandabschnitt reflektierten Licht zu verbessern, ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Oberfläche des Transportbandes mit einem polarisierten Licht bestrahlt wird.
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Polarisiertes Licht hat den Vorteil, dass es in einer Polarisationsebene auf die Oberfläche fällt und von dieser reflektiert wird. Insbesondere bei Transportbändern mit einer Metalloberfläche ist die Verwendung von polarisiertem Licht vorteilhaft, da Metalloberflächen keine Polarisation des auf sie bzw. von ihr reflektierten Lichts bewirkt. Insofern werden bei Transportbändern mit einer Metalloberfläche ausschließlich die reflektierten Lichtstrahlen polarisiert, die von den beanspruchten Transportbandabschnitten reflektiert werden. D.h., dass bspw. die verschmutzten oder beschädigten Abschnitte in den Polarisationsebenen kontrastierend hervorgehoben sind.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass die Ermittlung des Zustandes der Transportbandoberfläche an einem bewegten Transportband erfolgt, d.h. die Erfassung der Polarisationsebenen erfolgt bspw. im normalen Betrieb des Transportbandes. Nach einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Erfassen der Polarisationsebenen bei einer Bandlaufgeschwindigkeit von mindestens 2 m/s, bevorzugt mindestens 2,5 m/s, besonders bevorzugt mindestens 3 m/s und vorzugsweise zwischen 2 m/s bis 5 m/s.
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Um die Erfassung der Transportbandoberfläche zu verbessern, ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das optische System zum Erfassen von hochauflösenden Bildern ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, auch kleinste Beanspruchung, bspw. Mikrorisse oder Änderungen in der Gefügestruktur des Transportbandes bzw. auch geringfügige Verschmutzungen der Transportbandoberfläche, zu ermitteln. Zudem wird die Möglichkeit der Ermittlung, um welche Art von Beanspruchung bspw. auch welche Art von Verschmutzung es sich handelt bzw. in welchem Bereich diese auf der Transportbandoberfläche vorliegt, deutlich verbessert.
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Um den vom optischen System erfassten Zustand der Transportbandoberfläche zu einem späteren Zeitpunkt abrufen zu können, wird der ermittelte Zustand der Transportbandoberfläche besonders bevorzugt von dem optischen System verarbeitet, insbesondere als digitaler Wert dargestellt und abgespeichert. Die Digitalwerte sind für die betreffende Oberfläche des Transportbandes eindeutig und stellen bspw. einen Ausgangswert des Oberflächenzustandes dar, auf dessen Grundlage und über einen Vergleich mit mindestens einem weiteren Erfassungsdurchgang eine Veränderung des Zustandes der Transportbandoberfläche ermittelt werden kann. Insofern ist besonders bevorzugt, dass zur Identifizierung einer Veränderung des Oberflächenzustandes dieser nochmals ermittelt und mit dem zuerst ermittelten und abgespeicherten Oberflächenzustand verglichen wird. So könnte sogar bspw. eine sich über die ganze Oberfläche bspw. gleichmäßige Veränderung des Oberflächenzustandes ermittelt werden.
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Weiter löst die Erfindung die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Ermittlung des Zustandes einer Transportbandoberfläche an einem bewegten Transportband mit einem optischen System, das mindestens zwei Polarisationsebenen des von der Transportbandoberfläche reflektierten Lichts gleichzeitig erfasst und unter Berücksichtigung der erfassten Polarisationsebenen den Oberflächenzustand ermittelt.
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Die erfinderische Vorrichtung ist dazu ausgebildet, unterschiedliche mindestens zwei Polarisationsebenen des reflektierten Lichts zu erfassen und Störungen in den Polarisationsebenen, bspw. durch die Bewegung des Transportbandes hervorgerufene Verzerrungseffekte, auszufiltern. Dies kann derart erfolgen, dass die unterschiedlichen Polarisationsebenen und die dort auftretenden Kontrastunterschiede der sich unterscheidenden Zustände einzelner Oberflächenabschnitte verglichen werden und hierüber eine Ermittlung des Oberflächenzustandes erfolgt, bspw. durch eine Bestimmung der Lage des beanspruchten Bereichs auf der Transportbandoberfläche, der jeweiligen Beanspruchungsart und/oder Beanspruchungsintensität.
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So ist die Vorrichtung insbesondere dazu ausgebildet, die unterschiedlichen Arten von Verschmutzungen, bspw. abschnittsweise vorliegende Flüssigkeiten wie Wasser oder auch ganze Feuchtigkeitsfilme aufgrund der Kontrastunterschiede in den Polarisationsebenen, zu ermitteln. Auch ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, bspw. eine Schmiermittelverteilung über die Bandoberfläche zu ermitteln und festzustellen, ob Bereiche mit zu wenig Schmiermittel bzw. zu hohem Schmiermittelauftrag vorliegen. Dementsprechend kann die Vorrichtung bspw. mit weiteren Steuerungseinheiten gekoppelt sein, die z.B. den Schmiermittelauftrag auf dem Band steuern oder auch unterschiedliche Wartungs-, Pflege- oder Reparaturmaßnahmen am Band durchführen.
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Die zu untersuchenden Transportbänder können grundsätzlich jeglicher Art sein, sind jedoch insbesondere Transportbänder zum Transport von Getränkebehältern, die mindestens eine Oberfläche aus einem Kunststoff, einem Metall oder einem Verbundwerkstoff aufweisen. Ausdrücklich eingeschlossen von den Transportbändern sind auch Transportketten, die bspw. für vergleichbare Zwecke benutzt werden können.
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Ein besonderer Vorteil der Vorrichtung ist, dass diese universal für verschiedene Arten von Transportbändern eingesetzt werden kann und nicht individuell auf ein einzelnes Transportband abgestimmt sein muss. So ist es bspw. möglich, die erfinderische Vorrichtung entweder fest an einem Transportband für eine dauerhafte Überwachung des Transportbandes einzusetzen, es kann sich jedoch auch um eine mobile Einheit handeln, die zur phasenweisen Überwachungen des Oberflächenzustandes eines Transportbandes eingesetzt wird. Ein weiterer besonderer Vorteil der Vorrichtung ist, dass diese keinen direkten Kontakt zwischen dem optischen System und dem Transportband ausbildet, sondern eine berührungslose Überwachung des Transportbandes ermöglicht.
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Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung der entsprechenden Vorrichtung darstellen. Analog sind Aspekte, die im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, auch als eine Beschreibung eines entsprechenden Verfahrensschrittes oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt:
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1: in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Ermittlung des Zustandes einer Transportbandoberfläche.
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1 zeigt schematisch ein Transportband 1 zum Transport von Getränkebehältern, hier zum Transport von Getränkeflaschen 2. Das Transportband 1 ist als Transportkette ausgebildet, wobei jedes Kettenglied (hier nicht dargestellt) eine Transportbandoberfläche 3 aus Kunststoff aufweist.
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Weiter zeigt die 1 ein optisches System 4 mit einer Polarisationskamera 5, die einen Bildsensor (hier nicht dargestellt) mit einem Polarisationsfilter (hier nicht dargestellt) aufweist, der vier Polarisationsebenen gleichzeitig erfasst. Die Polarisationskamera 5 ist mit einer Datenspeicher- und Auswerteinheit 6 verbunden, die dazu ausgebildet ist, die von der Polarisationskamera 5 erfassten Polarisationsebenen aufzunehmen, zu verarbeiten und als Datensatz abzuspeichern. Zudem ist eine Beleuchtungseinheit 7 angeordnet, die den von der Polarisationskamera 5 erfassten Bereich der Transportbandoberfläche 3 mit polarisiertem Licht gleichmäßig ausstrahlt, so dass die Polarisationskamera 5 das von der Beleuchtungseinheit 7 polarisierte und von der Transportbandoberfläche 2 reflektierte Licht 8 erfasst. Dabei kann generell abhängig von der Inspektionsaufgabe ein Licht (8) zur Bestrahlung eingesetzt werden, dass das hinsichtlich Lichtart und -intensität jeweils bestimmt werden muss und insb. veränderlich ist. Die wesentlichen Parameter sind dabei Wellenlängen und/oder Polaritätsebenen, welche ggf. zeitlich veränderbar eingesetzt werden.
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Des Weiteren ist eine Umlenkungseinheit 9 angeordnet, die die Getränkeflaschen 2 vor der Transportbandrückführung und vor dem Erfassungsbereich 10 der Transportbandoberfläche 3 durch das optische System 4 auf ein weiteres zweites Transportband (hier nicht dargestellt) lenkt.
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Bei der Durchführung des Verfahrens werden auf dem Transportband 1 Getränkeflaschen 2 in Transportrichtung (durch Pfeile gekennzeichnet) des Transportbandes 1 befördert. Die Geschwindigkeit des Transportbandes 1 beträgt dabei 2,5 m/s. Mit dem Erreichen der Umlenkeinheit 9 werden die Getränkeflaschen 2 von dem Transportband 1 auf ein weiteres Transportband gelenkt.
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Nach dem Abführen der Getränkebehälter läuft das Transportband 1 in den Erfassungsbereich 10 des optischen Systems 4 ein. Der Erfassungsbereich 10 umfasst die gesamte Breite des Transportbandes 1 und wird von einer Beleuchtungseinheit 7 in der vorliegenden Aufführungsversion beispielsweise mit einem polarisierten Licht 8 gleichmäßig ausgeleuchtet, dabei ist die Wahl des Lichts bzw. der Wellenlängen von der jeweiligen Inspektionsaufgabe abhängig. Das polarisierte Licht 8 trifft auf die Transportbandoberfläche 3 aus Kunststoff. Der Kunststoff in der Transportbandoberfläche 3 hat die Wirkung, dass er mit der Reflektion des Lichts 8 an seiner Oberfläche die Polarisationsebene des Lichts verändert. Die von der Transportbandoberfläche 3 reflektierten Lichtstrahlen werden anschließend von der Polarisationskamera 5 in vier verschiedenen Polarisationsebenen erfasst. Dabei erfährt die Polarisationsebene der an den Verschmutzungen reflektierten Lichtstrahlen gegenüber den Lichtstrahlen, die direkt von der Transportbandoberfläche 3 reflektiert werden, eine andere Veränderung der Polarisationsebene, so dass die Bereiche des Transportbandes 1, in denen Verschmutzungen 11 vorliegen, in den von der Polarisationskamera 5 erfassten Polarisationsebenen kontrastierend sichtbar sind.
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Die von der Polarisationskamera 5 erfassten vier Polarisationsebenen werden an die Datenspeicher- und Auswerteinheit 6 weitergeleitet und als Daten abgespeichert. Dabei ermittelt die Datenspeicher- und Auswerteinheit 6 bspw. in welchen Bereichen der Transportbandoberfläche 3 welche Art von Beanspruchung und ggf. in welcher Intensität (Verschmutzungen etc.) vorliegt, d.h., wie der Oberflächenzustand ist. Aufgrund dessen, dass das Transportband laufend von dem optischen System 4 überwacht wird, erfolgt mit jedem Durchgang des Transportbandes 1 durch den Erfassungsbereich 10 eine Erfassung der verschmutzten/beanspruchten Bereiche der Transportbandoberfläche 3. Mittels eines Datenvergleichs, der bspw. durch die Datenspeicher- und Auswerteinheit 6 durchgeführt wird, kann dabei die Veränderung der Transportbandoberfläche 3, d.h. eine Veränderung des Oberflächenzustandes, ermittelt werden. Sobald die Transportbandoberfläche 3 bspw. einen in der Datenspeicher- und Auswerteinheit 6 hinterlegten Sollwert überschreitet oder eine festgelegte maximale Veränderung erreicht ist, kann ein Wartungs- und Pflege- bzw. Reparaturintervall für das Transportband 1 gestartet werden.
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Nach der Behebung der Beanspruchung auf der Transportoberfläche 3, ggf. bspw. auch bei jedem Maschinenstart, wird das Transportband 1 erneut durch den Erfassungsbereich 10 des optischen Systems 4 geführt, der Zustand der Transportbandoberfläche 3 wird im gereinigten, reparierten Zustand/Startzustand erfasst und als Datensatz abgespeichert. Im weiteren Verlauf kann die Beurteilung des Oberflächenzustandes der Transportbandoberfläche 3 anhand der nach dem Warte- und Reparaturintervall bzw. der im Startzustand erfolgten Aufnahme des Zustandes der Oberfläche erfolgen.
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Auf diese Weise ist es besonders einfach möglich, Reparatur-, Pflege- und Wartungsintervalle bedarfsgerecht an den realen Zustand des Transportbandes 1 anzupassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Transportband
- 2
- Getränkeflaschen
- 3
- Transportbandoberfläche
- 4
- optisches System
- 5
- Polarisationskamera
- 6
- Datenspeicher- und Auswerteinheit
- 7
- Beleuchtungseinheit
- 8
- Lichtstrahl
- 9
- Umlenkungseinheit
- 10
- Erfassungsbereich
- 11
- Verschmutzungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102208014334 A1 [0018]
- DE 202012010977 U1 [0018]
