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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren von Fehlstellen
in kontinuierlich erzeugtem Float-Glas.
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Aus
der
DE 196 43 017
C1 ist ein Verfahren für die Ermittlung von optischen
Fehlern, insbesondere der Brechkraft, in großflächigen
Scheiben aus einem transparenten Werkstoff wie Glas bekannt, bei dem
mittels des Projizierens eines definierten Musters auf das Glas
und das Abbilden dieses Musters auf eine Kamera das beobachtete
Bild ausgewertet wird. Dies geschieht dadurch, dass eine Hell-Dunkel-Sequenz
des Rastermusters jeweils auf eine Anzahl benachbart angeordneter
Pixel der Kamera abgebildet wird und die Anzahl ein ganzzahliges
Vielfaches der Hell-Dunkel-Sequenz ist. Aufgabe dieser Erfindung
ist es ein Verfahren anzugeben mit dem optische Fehler in wenigstens
einer Dimension einer Scheibe ohne Referenzmuster lokal ermittelt
werden können. Fehlstellen in einem kontinuierlich ablaufenden
Fertigungsprozess von Float-Glas lassen sich hiermit nicht ermitteln.
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In
der
DE 198 13 072
A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung
der optischen Qualität und zur Detektion von Fehlern von
Flachglas, insbesondre von Float-Glas, oder anderen optisch transparenten
Materialien beschrieben. Hierbei betrachtet im Wesentlichen eine
Videokamera durch das Glas eine Beleuchtungseinrichtung, wobei der Fokus
auf dem Glas liegt und die Videokamera Signale in Abhängigkeit
von der Qualität des Glases erzeugt und diese ausgewertet
werden. Mit einem solchen bekannten Verfahren soll die Aufgabe gelöst werden,
ein Verfahren zu schaffen, bei dem keine Totzonen vorhanden sind
und die Stärke der Ablenkung (Brechkraft) und die Größe
des Glasfehlers ermittelt werden können. Außerdem
soll eine Vermessung des Kerns der Fehler im Glas möglich
sein. Gelöst werden soll diese Aufgabe dadurch,
dass
eine Beleuchtungseinrichtung verwendet wird, deren Farbe und/oder
deren Intensität sich von einer Außenkante zur
anderen definiert ändert, ferner,
dass der Betrachtungsfleck
der Videokamera sich im fehlerfreien Zustand des Glases ungefähr
in der Mitte der Beleuchtungsvorrichtung befindet,
dass der
Beleuchtungsvorrichtung zwei Videosignale u
1,
u
2 nach Farbe und/oder Intensität
zugeordnet werden und
dass eine Veränderung der Intensität
der Videosignal u
1, u
2 zur
Beurteilung der Qualität des Glases herangezogen wird.
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Fehlstellen
in einem kontinuierlich ablaufenden Fertigungsprozess von Float-Glas
lassen sich mit diesem Verfahren ebenfalls nicht ermitteln.
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Der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, liegt deshalb die
Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzustellen mit dem während
des laufenden Prozesses der Erzeugung eines Bandes aus flüssigem
Glas, einem so genanten Float-Glas, die Bildung von Fehlstellen,
zum Beispiel in der Form von Einschlüssen, Blasen oder ähnlichen
unerwünschten Erscheinungen, ständig detektiert
und überwacht werden kann.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden
näher beschrieben,
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Es
zeigen dabei im Einzelnen:
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1:
eine perspektivische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße
Vorrichtung,
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2:
eine Vorderansicht der Vorrichtung nach 1,
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3:
eine Sicht von oben auf die Vorrichtung nach 1,
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4;
eine Seitenansicht der Vorrichtung nach 1
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5:
eine perspektivische Darstellung der Leuchtmittel;
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6:
eine Funktionsskizze der Justierung eines Scansensors,
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Die
grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, einerseits
mittels so genannten Scansensoren, z. B. in der Form von Zeilenkameras,
beständig den Fluß des Float-Glasbandes zu überwachen
und andererseits auch die Möglichkeit zu schaffen die einzelnen
Scansensoren, bei einer Reparatur oder einem teilweisen Ausfall,
während dieses beständigen Überwachungsvorganges
nachjustieren oder ersetzen zu können.
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1 zeigt
eine perspektivische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße
Vorrichtung. Die Darstellung aus der Vogelperspektive lässt
die brückenartige Gesamtkonzeption erkennen die das fortwährend dem
Schmelzofen entströmende Glasband überspannt.
Dieses ist hier nicht gezeichnet, sondern es sind lediglich die
Laufrollen die das Glasband weiter befördern skizziert.
Auf der linken und der rechten Seite der gezeigten Beobachtungs-
und Wartungsbrücke führen jeweils Treppen auf
einen Beobachtungs- und Wartungssteg. Hier ist lediglich mit 1 ein Teil
der gesamten Schutzverkleidung bezeichnet.
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Die 2 zeigt
eine Vorderansicht der Vorrichtung nach 1. Neben
den aus der 1 bekannten Treppen ist hier
im Schnitt die Wartungsbrücke 10 zu erkennen die
sich auf den Grundrahmen 6 stützt. Eine Bahn aus
Flachglas 7 ist hier auf einer Förderrolle 8 skizziert,
die auf einem Querträger 9 gelagert ist und von
einem Antrieb 5 angetrieben wird. Als oberer Abschluss
des Grundrahmens 6 ist über dem Geländer
der Wartungsbrücke 10 die Befestigungsbrücke 3 für
die Scansensoren 2 im Schnitt zu erkennen. Mit 11 ist
hier die Laufschiene für eine Leuchteinrichtung 17 und
mit 12 die lagemäßige Abstützung
für diese Leuchteinrichtung dargestellt. Auf der linken
Seite der gesamten Vorrichtung ist eine Hebeeinrichtung 13 der
Befestigungsbrücke 3 für die Scansensoren 2 bezeichnet.
Eine entsprechende Hebeeinrichtung 13 befindet sich auch
auf der rechten Seite der Befestigungsbrücke 3.
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Mit
dieser Hebeeinrichtung 13 ist es möglich zur Reparatur
eines oder mehrerer Scansensoren 2 und/oder der zugehörigen
Justiereinrichtung 14 die gesamte Befestigungsbrücke 3 anzuheben
und mittels der jeweiligen einschwenkbaren Target-Einrichtung 16 den
jeweiligen Scansensor 2 ohne die Referenzfläche
eines sonst notwendigen Flachglases 7 zu justieren. Dies
bedingt zwar eine kurzfristige Unterbrechung der Detektion von Fehlstellen,
jedoch kann der Vorgang der Justierung eines Scansensors mittels
der einschwenkbaren Target-Einrichtung 16 gegenüber
dem Stand der Technik so stark verkürzt werden, dass ein
Weiterlaufen des Glasbandes wirtschaftlich sein kann. Denn es kann
aus wirtschaftlicher Sicht der vorübergehende Ausfall der
Möglichkeit der Detektion von Fehlstellen gegenüber
dem früher notwendigen aufwendigen Abbrechen und Einschmelzen
des Glasbandes als tragbar erscheinen.
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Eine
Zusatz-Beleuchtungseinrichtung 4 ist auf der rechten Seite
der Wartungsbrücke 10 im Schnitt dargestellt,
analog zu einer entsprechenden Einrichtung 4 auf der linken
Seite. Diese Einrichtung überspannt die gesamte Breite der
Bahn aus Flachglas, ihr mittlerer Teil ist jedoch in dieser Darstellung nicht
sichtbar. Die Funktion dieser Einrichtung wird später bei
der Erläuterung der 6 beschrieben.
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In
der 3 ist eine Sicht von oben auf die Vorrichtung
nach 1 gezeichnet. Neben der bekannten Wartungsbrücke 10 und
einer schon beschriebenen Förderrolle 8 ist hier
die räumliche Zuordnung der Abstützung 12 für
die Leuchteinrichtung 17 besser zu sehen. Aus dieser Lage
sind die Justiereinrichtungen 14 (hier sind 8 Stück
eingezeichnet) für die Scansensoren 2 gut zu erkennen.
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Diese
Justiereinrichtungen 14 können nicht nur mittels
der Hebeinrichtung 13 insgesamt mit den Scansensoren 2 angehoben
und abgesenkt werden, sondern verfügen zusätzlich
jeder für sich über die Möglichkeit sich
in allen 3 Raumkoordinaten unabhängig voneinander bewegen
zu lassen.
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So
ist es einerseits notwendig, dass die Scansensoren 2 sich
in der Richtung der Längsausdehnung der Befestigungsbrücke 3,
hier zum Beispiel als X-Richtung bezeichnet, sowohl in positiver als
auch in negativer X-Richtung bewegen können, um einen lückenlosen
Zusammenschluss der Bilder aller beteiligten Scansensoren 2 über
die gesamte Breite der zu überprüfenden Glasbahn
zu gewährleisten. Das heißt, auf diese Weise kann
steuerungstechnisch sichergestellt werden, dass ein Bild eines Scansensors 2 dort
aufhört, wo das Bild des benachbarten Scansensors 2 anfängt.
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Weiterhin
ist es für die korrekte Ausrichtung jedes einzelnen Scansensors 2 notwendig,
dass sein Mittelpunkt genau auf die Trennlinie zwischen dem linienförmigen
Leuchtmittel 20 (oszillierend) und dem Leuchtmittel 23 (konstante
Beleuchtung) ausgerichtet ist. (5). Hierfür
ist eine Bewegungsmöglichkeit sowohl in positiver als auch
in negativer Y-Richtung notwendig, wobei die Y-Richtung mit der
X-Richtung eine horizontale Ebene bildet und mit der X-Richtung
einen rechten Winkel einschließt.
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Ferner
ist zusätzlich eine Verstellmöglichkeit eines
einzelnen Scansenors 2 in vertikaler Richtung, also der
Z-Achse notwenig für den Fall, dass ein einzelner Scansensor 2 mittels
der später beschriebenen Target-Einrichtung 16 feinjustiert
werden muss.
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Als
besondere Ausgestaltung ist vorgesehen, dass im Falle der Neujustierung
eines einzelnen Scansensors 2 während des laufenden
Betriebs der Float-Glas- Produktion ein lückenloser Prüfbetrieb dadurch
aufrecht erhalten wird, dass jeder Scansensor 2 mit seiner
zugehörigen Justiereinrichtung 14 in nächstmöglicher
Entfernung in der Richtung des Glasflusses eine zugehörige
2. Version seiner selbst aufweist. Diese 2. Version dient dem Zweck
während der Justierung oder des kompletten Austauschs der entsprechenden
1. Version diese funktionsmäßig zu ersetzen. Hierzu
kann es, je nach den räumlichen Verhältnissen,
in einer besonderen Ausgestaltung notwendig werden, bei der 2. Version
die zusätzliche Möglichkeit einer leichten Kippneigung
vorzusehen, um denselben Bereich auf der Trennlinie zwischen den
beiden Leuchtmitteln 20 und 23 abzudecken. Dies
ist bedingt durch die horizontale Versetzung der jeweils 1. Version
und der 2. Version eines Scansensors 2 und seiner zugehörigen
Justiereinrichtung 14.
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Die 4 zeigt
eine Seitenansicht der Vorrichtung nach 1. Von oben
beginnend ist hier ein Scansensor 2 mit seiner zugehörigen
Justiereinrichtung 14 im Schnitt dargestellt. Mit 16 ist
eine einschwenkbare Target-Einrichtung 16 bezeichnet, deren
Funktion näher bei der Beschreibung der 6 erläutert
wird. Weiter unten ist die Beleuchtungseinrichtung 17 mit
den zugehörigen Schutzblechen 15, von denen nur
das linke bezeichnet ist, zu erkennen. Der Querträger 19 der
mit dem Grundrahmen 6 verbunden ist, trägt den
Hauptträger 18 der Leuchteinrichtung. Darüber
ist die Laufschiene 11, die in der 2 in der
Längsansicht zu sehen ist, im Querschnitt dargestellt.
Die Laufschiene 11 dient dem Zweck, das Herausziehen der
Leuchteinrichtung 17 während des Betriebs zu Reparaturzwecken
zu ermöglichen und nach erfolgter Reparatur ein schnelles
Einschieben zu gewährleisten. Eine Kühleinrichtung 21 sorgt
für die Kühlung der Leuchteinrichtung 17 und
somit für die Einhaltung der richtigen Betriebstemperatur
der Leuchteinrichtung 17, deren Leuchtmittel 20, 23.
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In
der 5 ist eine perspektivische Darstellung der Leuchtmittel 20, 23 in
vergrößerter Form gezeigt. Die Leuchtmittel sind
entsprechend der Breite des zu beleuchtenden Glasbandes hinsichtlich
ihrer Längsausdehnung zweckmäßigerweise
modulartig zusammengesetzt. Sie bilden gemeinsam gewissermaßen
2 parallel verlaufende Lichtbänder von denen das eine linienförmig
angeordnete, in ihrer Lichtintensität oszillierende, Leuchtmittel 20 aufweist,
das andere linienförmig angeordnete, in ihrer Lichtintensität konstante,
Leuchtmittel 23 aufweist.
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Die
Frequenz der oszillierenden Lichtintensität ist hierbei
bevorzugt gleich der Zeilenfrequenz der Zeilenkamera, bzw. der Frequenz
der Ansteuerung eines Scansensors 2. Bevorzugt ist ferner,
dass diese Frequenzen in einem ganzzahligen Vielfachen zueinander
stehen.
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Der
Betrachtungsmittelpunkt jedes Scansensors, zum Beispiel einer Videokamera,
liegt im Fall eines fehlerfreien Glases im Bereich der Abgrenzungslinie
der Leuchtmittel 20 und der Leuchtmittel 23. Bei einem
auftretenden Glasfehler verschiebt sich dieser Betrachtungsmittelpunkt
infolge Lichtbrechung aus dieser Mittelpunktslage. Dadurch ergeben
sich am Ort des detektierten Glasfehlers unterschiedliche Einflüsse
auf das Ausgangssignal im Bereich des betreffenden Scansensors 2.
Aus der Veränderung zweier aufeinander folgender Signale
eines Scansensors 2 und der zusätzlichen Information
des Fehlerortes, bzw. der Lage im Bereich des betreffenden Scansensors 2,
lässt sich auf eine neue Art und Weise ein resultierendes
Fehlersignal aus dem Vergleich der Messwerte zweier, in Bezug zueinander
stehender, optischer Kanäle gewinnen und einer Schaltungsanordnung
zur Fehlererkennung und zur weiteren Signalverarbeitung zuführen.
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Zur
näheren Erläuterung sind in der 5 die
beiden Flächenstücke A1 und A2 eingezeichnet. Hierbei
ist die größere Fläche A1, die Trennlinie
der beiden Leuchtmittel 20 und 23 überlappend,
beiden Leuchtmitteln zugeordnet, während die Fläche
A2 lediglich dem Bereich des Leuchtmittels 23 mit der konstanten
Lichtintensität zugeordnet ist. Beide Flächen A1
und A2 liefern im Bereich einer pixelmäßigen Erfassung
dieser optischen Kanäle unterschiedliche Messwerte, die,
im Bereich bestimmter Schwellwerte, sichere Rückschlüsse
auf die Art und den Umfang einer erfassten Fehlstelle zulassen.
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Die
Kühleinrichtung 21 wirkt auf die Unterseite der
beiden Lichtbänder. Eine Abdeckung 22, die gleichzeitig
als Lichtdiffusor wirkt, bildet den Abschluss der Lichtbänder
gegenüber der Unterseite des zu prüfenden Glasbandes.
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Als
besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung kann eine 2. Version der oben beschriebenen Leuchtmittel 20 und 23 vorgesehen
sein, die von der Lage her (parallel zur 1. Version) mit der oben
beschriebenen 2. Version der Justiereinrichtung 14, und
dem jeweiligen zugehörigen Scansensor 2, korrespondieren.
Diese zusätzliche Anordnung gewährleistet im Falle
der Reparatur oder des gesamten Austauschs einer Leuchtmitteleinheit, oder
Teilen davon, mittels eines automatischen Umschaltvorgangs auf diese
2. Version den ungestörten Betrieb der gesamten erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Die oben erwähnte zusätzliche Kippvorrichtung an
jeder Justiereinrichtung 14 für den jeweiligen Scansensor 2 ist
in diesem Fall nicht notwendig, da die 2. Version einer Justiereinrichtung 14 direkt über der
Mittellinie der 2. Version der Leuchtmittel 20 bzw. 23 angeordnet
ist. Die jeweils 2. Version, sei es nun der Justiereinrichtung 14 oder
der Leuchtmittel 20 bzw. 23 sind stromauf der
1. Version angeordnet um sich nähernde Fehlerstellen im
Vorfeld zu detektieren und einer weiteren Auswertung zuzuführen.
Es versteht sich von selbst, dass diese 2. Versionen ebenfalls entsprechende,
zusätzliche einschwenkbare, Target-Einrichtungen 16 aufweisen
müssen.
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Die 6 zeigt
eine Funktionsskizze der Justierung eines Scansensors. Über
der oben beschriebenen Leuchteinrichtung 17 läuft
das zu prüfende Glasband auf den skizzierten Rollen. Wird
die Neu-Justierung oder die Nach-Justierung eines Scansensors 2 notwendig,
wird mittels der Justiereinrichtung 14 der entsprechende
Scansensor 2 ein Stück angehoben und gleichzeitig
wird eine Target-Einrichtung 16 in den Strahlengang der
Beleuchtungseinrichtung 17 eingeschwenkt.
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Diese
Target-Einrichtung 16 weist feste Markierungen in der Form
von einfachen Linien und/oder gekreuzten Linien bestimmter Dicke
und/oder Farbe auf, mittels derer sich der jeweilige Sensor 2 automatisch
nach einem festgelegten Programm in eine gewünschte Soll-Position
ausrichten kann.
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Der
entsprechende Scansensor 2 wird hierbei soweit angehoben
wie dem Abstand der Target-Einrichtung 16 vom Glasband
entspricht. Die Justiereinrichtung 14 justiert in der Folge
den betreffenden Scansensor 2 entsprechend den optischen Vorgaben
der Target-Einrichtung in seiner horizontalen Ausrichtung. Nach
erfolgter Justierung des Scansensors schwenkt die Traget-Einrichtung 16 wieder zurück
und der Scansensor senkt sich wieder auf seine vorbestimmte Arbeitshöhe über
der Glasplatte 7 ab.
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Die
Zusatz-Beleuchtungseinrichtung 4 weist zusätzliche
Beleuchtungsmittel auf wie zum Beispiel LED, UV-Strahler, Quarzlampen,
Xenon-Strahler oder Helium-Strahler, die zusätzliche Möglichkeiten zur
Ermittlung von unerwünschten Glaseigenschaften bieten.
Diese richten sich nach der Art des Glases und den speziellen Anforderungen
an die erzeugte Glasmischung und somit den jeweils zu detektierenden
Glas-Parametern, bzw. Glasfehlern.
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In
einer besonderen Ausgestaltung kann auch eine zusätzliche
Einrichtung zur Messung der Glasdicke, zum Beispiel mittels Laser
oder Ultraschall, jedem Scansensor 2 lagemäßig
zugeordnet, vorgesehen sein. Mit einer solchen Einrichtung kann zusätzlich
während des Fertigungsprozesses die Dicke des produzierten
Glasbandes, aufgelöst in Querrichtung und Längsrichtung,
detektiert und aufgezeichnet werden. Diese Messwerte können
der Überwachung des Fertigungsprozesses des Float-Glasbandes
dienen.
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In
einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann zusätzlich
vorgesehen sein, dass gleichzeitig mit der Detektion von Fehlstellen
im Float-Glas eine Vorrichtung zur Messung und Überwachung
von Spannungen im Glasband vorgesehen ist. Hierzu wird ein Verfahren
vorgeschlagen bei dem polarisiertes Licht in das Glasband geschickt
wird, wobei auftretende Spannungen eine Doppelbrechung bewirken,
und der austretende Lichtstrahl analysiert wird, um die durch die
Doppelbrechung verursachten Änderungen und somit die auftretenden
Spannungen zu bestimmen. Die Ermittlung dieser Spannungen erfolgt
durch kontinuierliches Überstreichen der Breite des Glasbandes,
der Registrierung der besagten Änderungen in der Art der
Doppelbrechung und die gleichzeitige Messung der Temperatur an der
betreffenden, jeweils überstrichenen, Stelle. Aus den gemessenen Änderungen
der Doppelbrechung und der zugehörigen gemessenen Temperatur
an der jeweiligen Messstelle kann die permanente Spannung an der
betreffenden Messstelle und in summa somit der gesamten Breite des
Glasbandes ermittelt werden. Die fortlaufenden Messungen dieser
Spannungsverläufe in der Breite des Glasbandes liefern
wichtige Hinweise auf Spannungen im Float-Glasband in Längsrichtung,
die ein hohes Gefährdungspotenzial für die gesamte
Fertigung darstellen. Der dem eingestrahlten polarisierten Lichtbündel
ausgesetzte Bereich weist hierbei vorzugsweise einen Durchmesser von
weniger als 20 mm auf. Die Temperaturmessung kann zum Beispiel mit
einem optischen Pyrometer erfolgen. Die Steuerung der komplexen
Bewegungsvorgänge und die Signalverarbeitung der verwendeten
Sensoren erfordert eine spezielle Steuerung
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- 1
- Verkleidung
- 2
- Scansensoren
(Zeilenkameras)
- 3
- Befestigungsbrücke
für die Scansensoren
- 4
- Zusatz-Beleuchtungseinrichtung
- 5
- Antrieb
der Förderrollen
- 6
- Grundrahmen
- 7
- Flachglas
- 8
- Förderrolle
- 9
- Querträger
für die Vördervorrichtung
- 10
- Wartungsbrücke
- 11
- Laufschiene
für die Leuchteinrichtung
- 12
- Abstützung
der Leuchteinrichtung
- 13
- Hebeeinrichtung
der Befestigungsbrücke für die Scansensoren
- 14
- Justiereinrichtung
der Scansensoren
- 15
- Schutzblech
des Leuchtschachts der Leuchteinrichtung
- 16
- einschwenkbare
Target-Einrichtung
- 17
- Leuchteinrichtung
- 18
- Hauptträger
der Leuchteinrichtung
- 19
- Querträger
- 20
- Leuchtmittel
(oszillierend)
- 21
- Kühleinrichtung
- 22
- Licht-Diffusor
und Abdeckung
- 23
- Leuchtmittel
(konstant)
- 24
- Flächenstück
A1
- 25
- Flächenstück
A2
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19643017
C1 [0002]
- - DE 19813072 A1 [0003]