DE202016008273U1 - Device for measuring the width of a metal strip produced by strip rolling - Google Patents

Device for measuring the width of a metal strip produced by strip rolling Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Ermitteln eines ersten gesuchten Abstands (x1) einer ersten Kante eines Metallbands von einer ersten gedachten Messgeraden (g1), die senkrecht zur Breite (b) des Metallbands verläuft mit: wenigstens einer ersten Mikrowelleneinrichtung (S1) von einem ersten Typ und wenigstens zwei davon jeweils in ersten bekannten Abständen (y1, y3) angeordneten ersten Mikrowelleneinrichtungen (E1, E3) von einem zweiten Typ, die zusammen auf der ersten gedachten Messgeraden (g1) angeordnet sind, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist zum: Ermitteln jeweiliger erster Laufzeiten der Mikrowellensignale, die reflektiert von der ersten Kante des Metallbands jeweilige erste Entfernungen (d2 + d1, d2 + d3) zwischen der ersten Mikrowelleneinrichtung (S1) vom ersten Typ und den ersten Mikrowelleneinrichtungen (E1, E3) vom zweiten Typ zurücklegen; Ermitteln der jeweiligen ersten Entfernungen (d2 + d1, d2 + d3) aus den jeweiligen ersten Laufzeiten der Mikrowellensignale; und Ermitteln des ersten gesuchten Abstands (x1) mit Hilfe trigonometrischer Beziehungen zwischen den ersten bekannten Abständen (y1, y3) und den daraus sowie aus den ersten Entfernungen (d2 + d1, d2 + d3) ermittelbaren Abständen (d2, d1, d3) der ersten Mikrowelleneinrichtung (S1) vom ersten Typ bzw. der ersten Mikrowelleneinrichtungen (E1, E3) vom zweiten Typ von der ersten Kante des Metallbands.Apparatus for determining a first searched distance (x1) of a first edge of a metal strip from a first imaginary measurement line (g1) perpendicular to the width (b) of the metal strip, comprising: at least a first microwave device (S1) of a first type and at least two each of which is arranged at first known distances (y1, y3) first microwave devices (E1, E3) of a second type, which are arranged together on the first imaginary measuring line (g1), wherein the device is arranged to: determine respective first transit times of the microwave signals reflecting, reflected from the first edge of the metal strip, respective first distances (d2 + d1, d2 + d3) between the first first type microwave device (S1) and the second type second microwave devices (E1, E3); Determining the respective first distances (d2 + d1, d2 + d3) from the respective first propagation times of the microwave signals; and determining the first sought distance (x1) by means of trigonometric relationships between the first known distances (y1, y3) and the distances (d2, d1, d3) which can be determined therefrom and from the first distances (d2 + d1, d2 + d3) first microwave device (S1) of the first type and the first microwave device (E1, E3) of the second type of the first edge of the metal strip.

Description

Technisches Gebiet:Technical area:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Positionen der Kanten und der Breite eines Metallbandes.The invention relates to a device for determining the positions of the edges and the width of a metal strip.

Stand der Technik:State of the art:

Derartige Einrichtungen sind z. B. aus DE 10 2005 051 053 A1 , DE 41 24 034 A1 , DE 198 39 287 A1 , DE 41 26 921 A1 und DE 34 42 154 A1 bekannt.Such devices are z. B. off DE 10 2005 051 053 A1 . DE 41 24 034 A1 . DE 198 39 287 A1 . DE 41 26 921 A1 and DE 34 42 154 A1 known.

Aus technologischen Gründen sind vorrangig berührungslose und verschleißfreie Vorrichtungen zur Bandbreitenmessung einzusetzen. Sensoren zur Breitenmessung von Metallbändern werden in der laufenden Produktion auch teilweise erhöhten Temperaturen oder intensiverer Staubeinwirkung (ggf. auch metallischer Abrieb) sowie insbesondere hoher Luftfeuchtigkeit und Nebel aus Walzemulsion bzw. -öl ausgesetzt. Dadurch sind optische Messsysteme (wie in z. B. DE 10 2005 051 053 A1 und DE 41 24 034 A1 ), wie Kameras oder Laserscanner zur berührungslosen Messung der Bandbreite störanfällig, damit ungenau, und fallen häufig gänzlich aus.For technological reasons, non-contact and wear-free devices for bandwidth measurement are to be used as a priority. Sensors for measuring the width of metal strips in the current production are also partially exposed to elevated temperatures or intense dust (possibly also metallic abrasion) and in particular high humidity and mist of rolling emulsion or oil. As a result, optical measuring systems (as in, for example, DE 10 2005 051 053 A1 and DE 41 24 034 A1 ), such as cameras or laser scanners for non-contact measurement of bandwidth susceptible to interference, thus inaccurate, and often fail completely.

Im praktischen Betrieb marktüblicher optischer Messsysteme für die Breitenbestimmung von Metallbändern ergeben sich darüber hinaus auch Fehlmessungen infolge von Ebenheitsabweichungen (Welligkeiten) und Schwingungen.In addition, the practical operation of conventional optical measuring systems for determining the width of metal strips also results in incorrect measurements due to flatness deviations (waviness) and vibrations.

Induktive Sensoren (wie in z. B. DE 41 26 921 A1 ) erreichen bei weitem nicht die Genauigkeit im Sub-mm-Bereich, wie sie z. B. zur sicheren Gewährleistung der Auftragsbreite am fertigen Kaltband erforderlich ist. Deshalb werden sie nur zur Erfassung der Abweichung von Bandmitte und Anlagenmitte bei Bandlaufregelungen eingesetzt, da hier eine Genauigkeit im mm-Bereich ausreicht. Dies betrifft in gleicher Weise Messanwendungen für die Bandbreite auf Basis von Ultraschallsensoren (wie in z. B. DE 34 42 154 A1 ).Inductive sensors (as in eg DE 41 26 921 A1 ) do not achieve the accuracy in the sub-mm range by far, as z. B. to ensure the guaranteed order width on the finished cold strip is required. Therefore, they are only used to record the deviation from the center of the belt and the middle of the machine in the case of belt running controls, since accuracy in the mm range is sufficient here. This equally applies to bandwidth measurement applications based on ultrasonic sensors (as in e.g. DE 34 42 154 A1 ).

EP 1 813 912 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position metallischer Bänder mittels Radar. In vergleichsweise allgemeiner Darstellung beschreibt diese Patentanmeldung Abstandsmessungen an den Kanten von Stahlbändern durch Radar, allerdings ausschließlich zur Mittenpositionierung dieser Stahlbänder bei ihrem Durchlauf durch Glühöfen. Mit der dortigen Lösung kann keine ausreichend exakte Bestimmung im Sub-mm-Bereich der tatsächlichen Breite des durchlaufenden Bandes vorgenommen werden. In einer Ausführung dieser Vorrichtung werden von der Fa. EMG sog. Vivaldi-Sensoren im niedrigen Frequenzbereich (0,8–4 GHz) verwendet. Dadurch ist die Sensorauflösung und damit die Messgenauigkeit begrenzt (praktisch im mm-Bereich). EP 1 813 912 A1 discloses a device for determining the position of metallic bands by means of radar. In a comparatively general description, this patent application describes distance measurements at the edges of steel strips by radar, but only for the center positioning of these steel strips as they pass through annealing furnaces. With the solution there, a sufficiently accurate determination in the sub-mm range of the actual width of the continuous band can not be made. In one embodiment of this device so-called Vivaldi sensors in the low frequency range (0.8-4 GHz) are used by the company EMG. As a result, the sensor resolution and thus the measurement accuracy is limited (practically in the mm range).

Das Ziel der EP 1 813 912 A1 ist, entsprechend ihrer Anwendung für die Bandlaufregelung, nur die Bestimmung der Position der Bandkanten und daraus der Lage der Bandmitte (für deren Bestimmung die exakte Bandbreite allerdings nicht erforderlich ist) relativ zur umgebenden Ausrüstung, die vom Band durchlaufen wird. Der Einfluss von Bandwölbung, Ebenheitsdefekten u. ä. auf die Messgenauigkeit, wie er z. B. auch bei optischen Systemen von Bedeutung ist, wirkt sich zusätzlich auf den Messfehler aus und könnte durch die in der EP 1 813 912 A1 beschriebene Messanordnung nicht kompensiert werden.The goal of EP 1 813 912 A1 is, in accordance with its application for the tape running control, only the determination of the position of the tape edges and from this the position of the tape center (for the determination of the exact bandwidth, however, is not required) relative to the surrounding equipment, which is traversed by the tape. The influence of banding, flatness defects u. Ä. On the measurement accuracy, as z. B. is also important in optical systems, additionally affects the measurement error and could by the in the EP 1 813 912 A1 described measuring arrangement can not be compensated.

Offenbarung der Erfindung:Disclosure of the invention:

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine robuste und vereinfachte Vorrichtung zu schaffen, welche die Erfassung der Bandbreite mit einer Messgenauigkeit und Reproduzierbarkeit im Langzeiteinsatz im Sub-mm-Bereich (vorzugsweise unter 0,1 mm) selbst unter den widrigen Einsatzbedingungen an den Walzanlagen (Dämpfe, Staub/Emulsion in der Atmosphäre, hohe Temperaturen) sicherstellen.The object of the invention is therefore to provide a robust and simplified device which enables the detection of the bandwidth with a measurement accuracy and reproducibility in the long-term use in the sub-mm range (preferably below 0.1 mm) even under the adverse conditions of use of the rolling mills ( Vapors, dust / emulsion in the atmosphere, high temperatures).

Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Schutzansprüche gelöst.The object is achieved with the subject matter of the independent claims.

Grundgedanke der Erfindung ist, die Bandkantenlage bzw. die Bandbreite metallischer Bänder mit zwei oder mehreren Radarsensoren, vorzugsweise Hochfrequenzsensoren im Bereich 30 bis 300 GHz vom Typ FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave, zu ermitteln.The basic idea of the invention is to determine the band edge position or the bandwidth of metallic bands with two or more radar sensors, preferably high-frequency sensors in the range 30 to 300 GHz of the type FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave.

Ein Radarsensor besteht aus einem Oszillator, der Mikrowellen mit der Frequenz zwischen 0,3 und 300 GHz (Mikrowellenstrahlung) erzeugt und mittels einer Antenne aussendet. Ein Empfänger detektiert über eine zweite Antenne die an Objekten in der Umgebung des Radarsensors reflektierte Strahlung. Der Abstand des Radarsensors zu jeweiligen Bandstelle ist proportional zur Laufzeit zwischen gesendeter und empfangener Welle. A radar sensor consists of an oscillator that generates microwaves with the frequency between 0.3 and 300 GHz (microwave radiation) and transmits them by means of an antenna. A receiver detects the radiation reflected by objects in the vicinity of the radar sensor via a second antenna. The distance of the radar sensor to each tape location is proportional to the transit time between transmitted and received wave.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum Ermitteln der Lage beider Bandkanten und daraus der Bandbreite eines Metallbandes ausgestaltet. Beim Metallband kann es um Stahl, Aluminium oder Buntmetall handeln.The device according to the invention is designed to determine the position of both band edges and from there the bandwidth of a metal band. The metal band can be steel, aluminum or non-ferrous metal.

In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung auf jeder Seite des Metallbandes zwei oder mehrere Radarsensoren (inkl. Auswerteeinheiten) auf einer gedachten Messgeraden senkrecht zur Breite des Metallbands auf, die die Position der Bandkanten erfassen. Mit anderen Worten: es werden die Abstände zwischen den Sensoren und der jeweiligen Kante des Metallbandes gemessen. Mit Hilfe dieser Abstände und der bekannten Positionen der Radarsensoren kann die Breite des Metallbandes bestimmt werden.In one embodiment, the device has on each side of the metal strip two or more radar sensors (including evaluation units) on an imaginary measuring straight line perpendicular to the width of the metal strip, which detect the position of the strip edges. In other words, the distances between the sensors and the respective edge of the metal strip are measured. With the help of these distances and the known positions of the radar sensors, the width of the metal strip can be determined.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, Radarsensoren mit getrennter Sende- und Empfangsantenne zu verwenden, um Störungen wie Bandschwingungen/Randwelligkeiten zu ermitteln und zu kompensieren. Mindestens zwei, besser drei Empfangsantennen sowie eine Sendeantenne (kein Antennenarray) sollen eingesetzt werden, wie in 1 dargestellt. Dabei wird die jeweilige Bandkante durch die drei Empfänger erfasst, woraus sich die Abstände d1, d2, und d3 bzw. d4, d5 und d6 ergeben. Im Idealfall, d. h. falls keine Störungen existieren, sind die Abstände d1 und d3 bzw. d4 und d6 gleich, und die für Bestimmung der Bandbreite relevanten Bandkantenpositionen sind d2 und d5. Falls das Band nach unten schwingt (2), lässt sich der für die Bandbreitenbestimmung maßgebliche Abstand x1 (bzw. x2) aus den Signalen der Sender/Empfänger, sowie den trigonometrischen Beziehungen der Sensoranordnung ermitteln. Schwingt das Band nach oben, ergibt sich eine entsprechende Situation, die eine analoge Bestimmung der Bandkantenposition bzw. Bandbreite erlaubt.An advantageous embodiment of the invention provides to use radar sensors with separate transmitting and receiving antenna to detect and compensate for disturbances such as band vibrations / edge ripples. At least two, better three receiving antennas and one transmitting antenna (no antenna array) should be used, as in 1 shown. In this case, the respective band edge is detected by the three receivers, from which the distances d 1 , d 2 , and d 3 or d 4 , d 5 and d 6 result. Ideally, ie if there are no interferences, the distances d 1 and d 3 or d 4 and d 6 are equal, and the band edge positions relevant for determining the bandwidth are d 2 and d 5 . If the tape swings down ( 2 ), the decisive for the bandwidth determination distance x 1 (or x 2 ) from the signals of the transmitter / receiver, and determine the trigonometric relationships of the sensor arrangement. If the band swings upwards, a corresponding situation results which allows an analogous determination of the band edge position or bandwidth.

Auf diese Weise ist es möglich, die Breite eines Metallbandes besonders präzise zu bestimmen.In this way it is possible to determine the width of a metal strip very precisely.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung sind die Empfänger E1 und E3 bzw. E4 und E6 verschiebbar, so dass der Abstand y (2) an die Einbausituation und die Amplitude der auftretenden Bandschwingungen/-welligkeiten angepasst werden kann.In an advantageous embodiment of the arrangement, the receivers E1 and E3 or E4 and E6 are displaceable, so that the distance y ( 2 ) can be adapted to the installation situation and the amplitude of the occurring band vibrations / ripples.

In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung (3) können weitere Sensoren eingesetzt, um einen evtl. auftretenden Querbogen (Cross bow) in der Bandbreitenbestimmung zu kompensieren.In one embodiment of the arrangement according to the invention ( 3 ), additional sensors can be used to compensate for a possibly occurring transverse bow (cross bow) in the bandwidth determination.

Ebenfalls kann es ausreichend sein, weniger Empfänger einzusetzen, wie in 4 abgebildet.It may also be sufficient to use fewer receivers, as in 4 displayed.

Die Bestimmung der Bandkantenposition bzw. Bandbreite mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist mit einer besseren Genauigkeit möglich, weil Dampf und andere Verunreinigungen im Ausbreitungsweg der elektromagnetischen Strahlung im Vergleich zu einer Lichtstrahlung einen geringeren Einfluss haben. Ein Radar-Messsystem ist im Vergleich zu einem optischen Messsystem robuster. Der benötigte Einbauraum ist vergleichsweise gering. Durch die bessere Genauigkeit und Verfügbarkeit der erfindungsgemäßen Bandkantenpositions- bzw. Bandbreitenmessung kann die Produktqualität und Prozessstabilität erhöht und Besäumungsschrott eingespart werden.The determination of the strip edge position or bandwidth with the arrangement according to the invention is possible with a better accuracy, because steam and other impurities in the propagation path of the electromagnetic radiation in comparison to a light radiation have less influence. A radar measuring system is more robust compared to an optical measuring system. The required installation space is comparatively low. Due to the better accuracy and availability of the band edge position or bandwidth measurement according to the invention, the product quality and process stability can be increased and trimming scrap can be saved.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Bestimmung der Bandkantenposition bzw. Bandbreite, 1 1 is a schematic representation of an exemplary embodiment of an arrangement according to the invention for determining the strip edge position or bandwidth;

2 eine schematische Darstellung der Anordnung zur Kompensation von Bandschwingungen/-welligkeiten (hier exemplarisch den Fall, dass das Band nach untern schwingt), 2 a schematic representation of the arrangement for the compensation of band vibrations / ripples (here, by way of example, the case that the band oscillates after lower),

3 eine schematische Darstellung der Anordnung zur Kompensation von Bandschwingungen/-welligkeiten und Querbogen (Cross bow), 3 a schematic representation of the arrangement for the compensation of band vibrations / undulations and cross bow,

4 eine schematische Darstellung der Anordnung mit weniger Empfängern, 4 a schematic representation of the arrangement with fewer receivers,

5 eine schematische Darstellung der trigonometrischen Beziehungen in der Anordnung mit weniger Empfängern, auf deren Basis die Ermittlung der Bandkantenposition erfolgen kann, 5 a schematic representation of the trigonometric relationships in the arrangement with fewer receivers, based on the determination of the band edge position can be done,

6 eine schematische Darstellung der Anordnung zur Ermittlung der Breite eines Metallbands. 6 a schematic representation of the arrangement for determining the width of a metal strip.

1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel mit dem Metallband 1, dessen Bandbreite b zu bestimmen ist, und zwei jeweils in einer Entfernung von der Bandkante installierten Radarsensoren bestehend aus zwei Empfängern E1 (bzw. E4) und E3 (bzw. E6) und einer Sender/Empfänger-Einheit E2 + S1 (bzw. E5 + S2). In der gezeigten idealen Situation (ohne Bandschwingungen/Welligkeiten), sind die Abstände d2 und d5 für die Bestimmung der Bandbreite ausreichend. 1 1 schematically shows an exemplary embodiment with the metal strip 1 whose bandwidth b is to be determined, and two radar sensors each installed at a distance from the strip edge consisting of two receivers E1 (or E4) and E3 (or E6) and one transmitter / receiver Unit E2 + S1 (or E5 + S2). In the ideal situation shown (without band vibrations / ripples), the distances d 2 and d 5 are sufficient for determining the bandwidth.

Schwingt nun das Band nach unten, wie in 2 dargestellt, lässt sich der für die Bandbreitenbestimmung maßgebliche Abstand x1 aus den Signalen der Sender/Empfänger, sowie den trigonometrischen Beziehungen der Sensoranordnung ermitteln. Dazu liefert jeder Empfänger eine Entfernung, die e = c·T·fb/B beträgt, wobei c die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen im Raum, T die Länge des frequenzmodulierten Signals, fb die Zwischenfrequenz und B die Modulationsbandbreite darstellt. Jede Entfernung e1 = d1 + d2 bis e6 = d5 + d6 umfasst die Summe der Abstände vom Sender bis zum Metallband und von dort zurück zum entsprechenden Empfänger. Der Abstand x1 ergibt sich aus der Kombination von trigonometrischen Beziehungen (Pythagoras, Kosinussatz, etc.). Es ist sogar in bestimmten Ausführungen eine dreifach-redundante Bestimmung von x1 möglich.Now swing the tape down, as in 2 1 , the distance x 1 relevant for the determination of the bandwidth can be determined from the signals of the transmitter / receiver and the trigonometric relationships of the sensor arrangement. To this end, each receiver provides a distance which is e = c * T * fb / B, where c represents the propagation velocity of the electromagnetic waves in space, T the length of the frequency modulated signal, fb the intermediate frequency and B the modulation bandwidth. Each distance e 1 = d 1 + d 2 to e 6 = d 5 + d 6 comprises the sum of the distances from the transmitter to the metal band and from there back to the corresponding receiver. The distance x 1 results from the combination of trigonometric relations (Pythagoras, cosine phrase, etc.). Even in certain embodiments, a triple-redundant determination of x 1 is possible.

In 3 ist eine erweiterte Anordnung der Radarsensoren, die dazu dient, zusätzlich zu Bandschwingungen/-welligkeiten einen möglichen Querbogen zu kompensieren. Selbstverständlich kann eine beliebige Anzahl über dem Band verwendet werden, mindestens jedoch ein Sensor (E8 + S4), besser jedoch drei Sensoren (E7 + S3, E8 + S4 und E9 + S5).In 3 is an advanced array of radar sensors that serves to compensate for any possible transverse bow in addition to band vibrations / ripples. Of course, any number can be used above the band, but at least one sensor (E8 + S4), but better three sensors (E7 + S3, E8 + S4 and E9 + S5).

4 zeigt eine Anordnung der Sensoreinheiten mit nur jeweils einem Sender S1 (bzw. S2) und zwei Empfängern E1 und E3 (bzw. E4 und E6). Damit ist auch eine genaue Bestimmung der Bandbreite unter Kompensation der Bandschwingen/-welligkeiten möglich. 4 shows an arrangement of the sensor units with only one transmitter S1 (or S2) and two receivers E1 and E3 (or E4 and E6). Thus, an accurate determination of the bandwidth with compensation of the band oscillations / ripples is possible.

Für eine derartige Anordnung wird anhand von 5 gezeigt wie dabei der Abstand x1 der ersten Kante des Metallbandes von einer ersten gedachten Messgeraden g1, die senkrecht zur Breite b des Metallbands verläuft, bestimmt werden kann.For such an arrangement is based on 5 shown as the distance x 1 of the first edge of the metal strip of a first imaginary measuring straight line g1, which is perpendicular to the width b of the metal strip, can be determined.

5 zeigt einen ersten Mikrowellensender S1 und wenigstens zwei davon jeweils in ersten bekannten Abständen y1, y3 angeordnete erste Mikrowellenempfänger E1, E3, die zusammen auf der ersten gedachten Messgeraden g1 angeordnet sind. 5 shows a first microwave transmitter S1 and at least two of them respectively disposed in the first known distances y 1, y 3 first microwave receivers E1, E3, which are arranged together on the first imaginary straight line g1 measurement.

In einem Schritt können die jeweiligen ersten Laufzeiten der Mikrowellensignale ermittelt werden, die reflektiert von der ersten Kante des Metallbands jeweilige erste Entfernungen e1 = d2 + d1 bzw. e3 = d2 + d3 zwischen dem ersten Mikrowellensender S1 und den ersten Mikrowellenempfängern E1, E3 vom zweiten Typ zurücklegen.In one step, the respective first propagation times of the microwave signals can be determined, which reflect from the first edge of the metal strip respective first distances e 1 = d 2 + d 1 and e 3 = d 2 + d 3 between the first microwave transmitter S1 and the first Return microwave receivers E1, E3 of the second type.

In einem weiteren Schritt können die jeweiligen ersten Entfernungen e1 bzw. e3 aus den jeweiligen ersten Laufzeiten der Mikrowellensignale ermittelt werden.In a further step, the respective first distances e 1 and e 3 can be determined from the respective first transit times of the microwave signals.

In einem weiteren Schritt kann dann der erste gesuchte Abstand x1 der ersten Kante des Metallbands von der Messgeraden g1 mit Hilfe trigonometrischer Beziehungen zwischen den ersten bekannten Abständen y1, y3 und den daraus sowie aus den ersten Entfernungen e1 = d2 + d1 und e3 = d2 + d3 ermittelbaren Abständen d2, d1, d3 des ersten Mikrowellensenders S1 bzw. der ersten Mikrowellenempfänger E1, E3 von der ersten Kante des Metallbands wie folgt ermittelt werden.In a further step, the first sought distance x 1 of the first edge of the metal strip from the measuring line g 1 can then be determined by trigonometric relationships between the first known distances y 1 , y 3 and the first and the first distances e 1 = d 2 + d 1 and e 3 = d 2 + d 3 determinable distances d 2 , d 1 , d 3 of the first microwave transmitter S1 and the first microwave receiver E1, E3 are determined from the first edge of the metal strip as follows.

Folgende fünf Gleichungen können dabei für die fünf unbekannten Abstände x1, z, d1, d2, d3 in der Anordnung nach 5 aufgestellt werden: x1 2 + (y1 + z)2 = d1 2 Gleichung 1 x1 2 + z2 = d2 2 Gleichung 2 x1 2 + (y3 – z)2 = d3 2 Gleichung 3 d1 + d2 = e1 Gleichung 4 d2 + d3 = e3 Gleichung 5 The following five equations can for the five unknown distances x 1 , z, d 1 , d 2 , d 3 in the arrangement according to 5 be set up: x 1 2 + (y 1 + z) 2 = d 1 2 Equation 1 x 1 2 + z 2 = d 2 2 Equation 2 x 1 2 + (y 3 - z) 2 = d 3 2 Equation 3 d 1 + d 2 = e 1 Equation 4 d 2 + d 3 = e 3 Equation 5

Aus Gleichung 1 folgt: x1 2 + y1 2 + 2y1z + z2 – d1 2 = 0 Gleichung 6 From Equation 1 follows: x 1 2 + y 1 2 + 2y 1 z + z 2 - d 1 2 = 0 Equation 6

Aus Gleichung 3 folgt: x1 2 + y3 2 – 2y3z + z2 – d3 2 = 0 Gleichung 7 From equation 3 follows: x 1 2 + y 3 2 - 2y 3 z + z 2 - d 3 2 = 0 Equation 7

Aus Gleichung 2 folgt: x1 2 = d2 2 – z2 Gleichung 8 From equation 2 follows: x 1 2 = d 2 2 - z 2 Equation 8

Wird Gleichung 8 in Gleichung 6 eingesetzt, folgt:

Figure DE202016008273U1_0002
If equation 8 is used in equation 6, it follows:
Figure DE202016008273U1_0002

Wird Gleichung 8 in Gleichung 7 eingesetzt, folgt:

Figure DE202016008273U1_0003
If equation 8 is used in equation 7, it follows:
Figure DE202016008273U1_0003

Aus Gleichung 4 folgt: d1 = e1 – d2 Gleichung 11 From equation 4 follows: d 1 = e 1 -d 2 Equation 11

Aus Gleichung 5 folgt: d3 = e3 – d2 Gleichung 12 From equation 5 follows: d 3 = e 3 - d 2 Equation 12

Wird Gleichung 9 in Gleichung 10 eingesetzt, folgt:

Figure DE202016008273U1_0004
If equation 9 is used in equation 10, it follows:
Figure DE202016008273U1_0004

Werden Gleichung 11 und Gleichung 12 in Gleichung 13 eingesetzt, folgt:

Figure DE202016008273U1_0005
If equation 11 and equation 12 are used in equation 13, it follows that
Figure DE202016008273U1_0005

Durch Gleichung 14 kann d2 berechnet werden. Durch Gleichung 11 und Gleichung 12 können d1 und d3 berechnet werden. Durch Gleichung 9 oder Gleichung 10 kann z berechnet werden. Durch Gleichung 8 kann schließlich der erste gesuchte Abstand x1 berechnet werden. x1 = √d₂² – z² By equation 14, d 2 can be calculated. By equation 11 and equation 12, d 1 and d 3 can be calculated. By equation 9 or equation 10, z can be calculated. Finally, by equation 8, the first searched distance x 1 can be calculated. x 1 = √ d₂² - z²

6 zeigt eine Vorrichtung zum Ermitteln der Breite b eines Metallbandes zwischen einer ersten und einer zweiten Kante des Metallbandes. Die Vorrichtung weist einen ersten Mikrowellensender S1 und wenigstens zwei davon jeweils in ersten bekannten Abständen y1, y3 angeordnete erste Mikrowellenempfängern E1, E3 auf, die zusammen auf einer ersten gedachten Messgeraden g1, die senkrecht zur Breite b des Metallbands verläuft, in einem ersten gesuchten Abstand x1 angeordnet sind. 6 shows a device for determining the width b of a metal strip between a first and a second edge of the metal strip. The apparatus comprises a first microwave transmitter S1 and at least two first microwave receivers E1, E3, each arranged at first known distances y 1 , y 3 , which together lie on a first imaginary measuring line g 1 which is perpendicular to the width b of the metal strip first sought distance x 1 are arranged.

Zudem weist die Vorrichtung einen zweiten Mikrowellensender S2 und wenigstens zwei davon jeweils in zweiten bekannten Abständen y4, y6 angeordnete zweite Mikrowellenempfänger E4, E6 auf, die zusammen auf einer zweiten gedachten Messgeraden g2, die senkrecht zur Breite b des Metallbands verläuft, in einem zweiten gesuchten Abstand x2 angeordnet sind.In addition, the device has a second microwave transmitter S2 and at least two second microwave receivers E4, E6, each arranged at second known distances y 4 , y 6 , which together extend on a second imaginary measuring line g 2 which is perpendicular to the width b of the metal strip a second sought distance x 2 are arranged.

Die Vorrichtung ist konfiguriert zum Ermitteln jeweiliger erster Laufzeiten der Mikrowellensignale, die reflektiert von der ersten Kante des Metallbands jeweilige erste Entfernungen d2 + d1, d2 + d3 zwischen dem ersten Mikrowellensender S1 und den ersten Mikrowellenempfängern E1, E3 zurücklegen. Die Vorrichtung ist ferner konfiguriert zum Ermitteln der jeweiligen ersten Entfernungen d2 + d1, d2 + d3 aus den jeweiligen ersten Laufzeiten der Mikrowellensignale.The apparatus is configured to determine respective first durations of the microwave signals reflected from the first edge of the metal strip by respective first distances d 2 + d 1 , d 2 + d 3 between the first microwave transmitter S1 and the first microwave receivers E1, E3. The device is further configured to determine the respective first distances d 2 + d 1 , d 2 + d 3 from the respective first propagation times of the microwave signals.

Die Vorrichtung ist weiter konfiguriert zum Ermitteln des ersten gesuchten Abstands x1 mit Hilfe trigonometrischer Beziehungen zwischen den ersten bekannten Abständen y1, y3 und den daraus sowie aus den ersten Entfernungen e1 = d2 + d1 und e3 = d2 + d3 ermittelbaren Abständen d2, d1, d3 des ersten Mikrowellensenders (S1) bzw. der ersten Mikrowellenempfänger (E1, E3) von der ersten Kante des Metallbands.The apparatus is further configured to determine the first sought distance x 1 using trigonometric relationships between the first known distances y 1 , y 3 and the one therefrom and the first distances e 1 = d 2 + d 1 and e 3 = d 2 + d 3 determinable distances d 2 , d 1 , d 3 of the first microwave transmitter (S1) and the first microwave receiver (E1, E3) from the first edge of the metal strip.

Die Vorrichtung ist konfiguriert zum Ermitteln jeweiliger zweiter Laufzeiten der Mikrowellensignale, die reflektiert von der zweiten Kante des Metallbands jeweilige zweite Entfernungen e4 = d5 + d4 bzw. e6 = d5 + d6 zwischen dem zweiten Mikrowellensender S2 und den zweiten Mikrowellenempfängern E4, E6 zurücklegen. Die Vorrichtung ist ferner konfiguriert zum Ermitteln der jeweiligen ersten Entfernungen e4 bzw. e6 aus den jeweiligen zweiten Laufzeiten der Mikrowellensignale.The apparatus is configured to determine respective second propagation times of the microwave signals reflecting from the second edge of the metal strip respective second distances e 4 = d 5 + d 4 and e 6 = d 5 + d 6 between the second microwave transmitter S2 and the second microwave receivers Travel E4, E6. The device is further configured to determine the respective first distances e 4 and e 6 from the respective second propagation times of the microwave signals.

Die Vorrichtung ist weiter konfiguriert zum Ermitteln des zweiten gesuchten Abstands x2 mit Hilfe trigonometrischer Beziehungen zwischen den zweiten bekannten Abständen y4, y6 und den daraus sowie aus den zweiten Entfernungen e4 = d5 + d4 und e6 = d5 + d6 ermittelbaren Abständen d5, d4, d6 des zweiten Mikrowellensenders S2 bzw. der zweiten Mikrowellenempfänger (E4, E6) von der zweiten Kante des Metallbands.The apparatus is further configured to determine the second sought distance x 2 using trigonometric relationships between the second known distances y 4 , y 6 and the one therefrom and the second distances e 4 = d 5 + d 4 and e 6 = d 5 + d 6 determinable distances d 5 , d 4 , d 6 of the second microwave transmitter S2 and the second microwave receiver (E4, E6) of the second edge of the metal strip.

Weiterhin ist die Vorrichtung konfiguriert zum Ermitteln der Breite b als Differenz aus dem bekannten Abstand d der ersten von der zweiten gedachten Parallelen und dem ersten x1 und dem zweiten x2 gesuchten Abständen, die sich jeweils aus trigonometrischen Beziehungen aus den ersten Abständen d1, d3 sowie den ersten bekannten Abständen y1, y3 beziehungsweise den zweiten Abständen d4, d6 sowie den zweiten bekannten Abständen y4, y6 ergeben.Furthermore, the device is configured to determine the width b as the difference between the known distance d of the first of the second imaginary parallels and the first x 1 and the second x 2 sought distances, which respectively consist of trigonometric relationships from the first distances d 1 , d 3 and the first known distances y 1 , y 3 and the second distances d 4 , d 6 and the second known distances y4, y6.

Schließlich ist die Vorrichtung konfiguriert zum Ermitteln der Breite b des Metallbands als Differenz aus dem bekannten Abstand d der ersten gedachten Messgeraden g1 von der zweiten g2 gedachten Messgeraden g2 und dem ersten gesuchten Abstand x1 sowie dem zweiten gesuchten Abstand x2.Finally, the device is configured to determine the width b of the metal strip as the difference between the known distance d of the first imaginary measuring line g 1 from the second g 2 imaginary measuring line g 2 and the first searched distance x 1 and the second searched distance x 2 .

Dabei können der erste gesuchte Abstand x1 sowie der zweite gesuchte Abstand x2 wie nach 5 ermittelt werden. Wie in 3 können zusätzliche Mikrowellenempfänger E2, E5 bei den Mikrowellensender S1 und S2 vorgesehen werden. Dann lassen sich die Abstände d2 und d5 der Mikrowellensender S1 und S2 von der ersten bzw. zweiten Kante des Metallbands einfacher aus den Laufzeiten zu den Mikrowellenempfängern E2, E5 ermitteln. Daraus folgen auf einfache Weise nach den Gleichungen 11 und 12 die Abstände d1 und d3 und analog die Abstände d4 und d6.In this case, the first searched distance x 1 and the second searched distance x 2 can be as after 5 be determined. As in 3 can add additional microwave receivers E2, E5 at the microwave transmitter S1 and S2 are provided. Then, the distances d 2 and d 5 of the microwave transmitters S1 and S2 from the first and second edges of the metal strip can be more easily determined from the transit times to the microwave receivers E2, E5. This is followed easily by the equations 11 and 12, the distances d 1 and d 3 and, analogously, the distances d 4 and d 6 .

Für die Anordnung in 6 gilt zudem nach dem Kosinussatz d3 2 = d1 2 + (y1 + y3)2 – 2d1(y1 + y3)cosθ1. Ferner gilt sinθ1 = x₁ / d₁. Damit gilt

Figure DE202016008273U1_0006
und entsprechend
Figure DE202016008273U1_0007
und damit
Figure DE202016008273U1_0008
For the arrangement in 6 also applies according to the cosine theorem d 3 2 = d 1 2 + (y 1 + y 3 ) 2 - 2d 1 (y 1 + y 3 ) cosθ 1 . Furthermore, applies sinθ 1 = x₁ / d₁. So that applies
Figure DE202016008273U1_0006
and accordingly
Figure DE202016008273U1_0007
and thus
Figure DE202016008273U1_0008

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Claims (10)

Vorrichtung zum Ermitteln eines ersten gesuchten Abstands (x1) einer ersten Kante eines Metallbands von einer ersten gedachten Messgeraden (g1), die senkrecht zur Breite (b) des Metallbands verläuft mit: wenigstens einer ersten Mikrowelleneinrichtung (S1) von einem ersten Typ und wenigstens zwei davon jeweils in ersten bekannten Abständen (y1, y3) angeordneten ersten Mikrowelleneinrichtungen (E1, E3) von einem zweiten Typ, die zusammen auf der ersten gedachten Messgeraden (g1) angeordnet sind, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist zum: Ermitteln jeweiliger erster Laufzeiten der Mikrowellensignale, die reflektiert von der ersten Kante des Metallbands jeweilige erste Entfernungen (d2 + d1, d2 + d3) zwischen der ersten Mikrowelleneinrichtung (S1) vom ersten Typ und den ersten Mikrowelleneinrichtungen (E1, E3) vom zweiten Typ zurücklegen; Ermitteln der jeweiligen ersten Entfernungen (d2 + d1, d2 + d3) aus den jeweiligen ersten Laufzeiten der Mikrowellensignale; und Ermitteln des ersten gesuchten Abstands (x1) mit Hilfe trigonometrischer Beziehungen zwischen den ersten bekannten Abständen (y1, y3) und den daraus sowie aus den ersten Entfernungen (d2 + d1, d2 + d3) ermittelbaren Abständen (d2, d1, d3) der ersten Mikrowelleneinrichtung (S1) vom ersten Typ bzw. der ersten Mikrowelleneinrichtungen (E1, E3) vom zweiten Typ von der ersten Kante des Metallbands.Apparatus for determining a first searched distance (x 1 ) of a first edge of a metal strip from a first imaginary measurement line (g 1 ) perpendicular to the width (b) of the metal strip, comprising: at least one first microwave device (S1) of a first type; at least two first microwave devices (E1, E3) of a second type arranged respectively at first known distances (y 1 , y 3 ), which are arranged together on the first imaginary measuring line (g 1 ), the device being arranged to: determine respective first propagation times of the microwave signals reflecting from the first edge of the metal strip respective first distances (d 2 + d 1 , d 2 + d 3 ) between the first first type microwave device (S1) and the first microwave devices (E1, E3) second type back; Determining the respective first distances (d 2 + d 1 , d 2 + d 3 ) from the respective first propagation times of the microwave signals; and determining the first sought distance (x 1 ) by means of trigonometric relationships between the first known distances (y 1 , y 3 ) and the distances that can be determined therefrom and from the first distances (d 2 + d 1 , d 2 + d 3 ) ( d 2 , d 1 , d 3 ) of the first microwave device (S1) of the first type and the first microwave devices (E1, E3) of the second type of the first edge of the metal strip. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine erste Mikrowelleneinrichtung (S1) vom ersten Typ wenigstens einen Mikrowellensender und die wenigstens zwei ersten Mikrowelleneinrichtungen (E1, E3) vom zweiten Typ wenigstens zwei Mikrowellenempfänger umfassen.The apparatus of claim 1, wherein the at least one first microwave device (S1) of the first type comprises at least one microwave transmitter and the at least two first microwave devices (E1, E3) of the second type comprise at least two microwave receivers. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine erste Mikrowelleneinrichtung (S1) vom ersten Typ wenigstens einen Mikrowellenempfänger und die wenigstens zwei ersten Mikrowelleneinrichtungen (E1, E3) vom zweiten Typ wenigstens zwei Mikrowellensender umfassen.The apparatus of claim 1, wherein the at least one first microwave device (S1) of the first type comprises at least one microwave receiver and the at least two first microwave devices (E1, E3) of the second type comprise at least two microwave transmitters. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Ermitteln der Breite (b) des Metallbandes basierend auf einem zweiten gesuchten Abstand (x2) einer zweiten Kante des Metallbands von einer zweiten gedachten Messgeraden (g2), die senkrecht zur Breite (b) des Metallbands verläuft, mit ferner: wenigstens einer zweiten Mikrowelleneinrichtung (S2) vom ersten Typ und wenigstens zwei davon jeweils in zweiten bekannten Abständen (y4, y6) angeordneten zweiten Mikrowelleneinrichtungen (E4, E6) von einem zweiten Typ, die zusammen auf der zweiten gedachten Messgeraden (g2) angeordnet sind, wobei die Vorrichtung ferner eingerichtet ist zum: Ermitteln jeweiliger zweiter Laufzeiten der Mikrowellensignale, die reflektiert von der zweiten Kante des Metallbands jeweilige zweite Entfernungen (d5 + d4, d5 + d6) zwischen der zweiten Mikrowelleneinrichtung (S2) vom ersten Typ und den zweiten Mikrowelleneinrichtungen (E4, E6) vom zweiten Typ zurücklegen; Ermitteln der jeweiligen zweiten Entfernungen (d5 + d4, d5 + d6) aus den jeweiligen zweiten Laufzeiten der Mikrowellensignale; und Ermitteln des zweiten Abstands (x2) mit Hilfe trigonometrischer Beziehungen zwischen den zweiten bekannten Abständen (y4, y6) und den daraus sowie aus den zweiten Entfernungen (d5 + d4, d5 + d6) ermittelbaren Abständen (d5, d4, d6) der zweiten Mikrowelleneinrichtung (S2) vom ersten Typ bzw. der zweiten Mikrowelleneinrichtungen (E4, E6) vom zweiten Typ von der zweiten Kante des Metallbands; und Ermitteln der Breite (b) als Differenz aus dem bekannten Abstand (d) der ersten (g1) von der zweiten (g2) gedachten Messgeraden und dem ersten (x1) und dem zweiten (x2) gesuchten Abständen.Device according to one of claims 1 to 3 for determining the width (b) of the metal strip based on a second searched distance (x 2 ) of a second edge of the metal strip from a second imaginary measuring line (g 2 ) perpendicular to the width (b) of the Metal bands extends, further comprising: at least one second microwave device (S2) of the first type and at least two of them in second known distances (y 4 , y 6 ) arranged second microwave devices (E4, E6) of a second type, which together on the second imaginary measuring straight lines (g 2 ) are arranged, wherein the device is further adapted to: determine respective second propagation times of the microwave signals reflecting from the second edge of the metal strip respective second distances (d 5 + d 4 , d 5 + d 6 ) between the second microwave device (S2) of the first type and the second microwave devices (E4, E6) of the second type; Determining the respective second distances (d 5 + d 4 , d 5 + d 6 ) from the respective second propagation times of the microwave signals; and determining the second distance (x 2) using trigonometric relationships between the second known distances (y 4, y 6) and the thereof, and from the second distance (d 5 + d 4, d 5 + d 6) determinable intervals (d 5 , d 4 , d 6 ) of the second microwave device (S2) of the first type and the second microwave devices (E4, E6) of the second type of the second edge of the metal strip; and determining the width (b) as a difference from the known distance (d) of the first (g 1 ) from the second (g 2 ) imaginary measuring line and the first (x 1 ) and the second (x 2 ) sought distances. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die wenigstens eine erste Mikrowelleneinrichtung (S1) vom ersten Typ wenigstens einen Mikrowellensender und die wenigstens zwei ersten Mikrowelleneinrichtungen (E1, E3) vom zweiten Typ wenigstens zwei Mikrowellenempfänger umfassen.Apparatus according to claim 4, wherein the at least one first microwave device (S1) of the first type comprises at least one microwave transmitter and the at least two first microwave devices (E1, E3) of the second type comprise at least two microwave receivers. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die wenigstens eine erste Mikrowelleneinrichtung (S1) vom ersten Typ wenigstens einen Mikrowellenempfänger und die wenigstens zwei ersten Mikrowelleneinrichtungen (E1, E3) vom zweiten Typ wenigstens zwei Mikrowellensender umfassen.Apparatus according to claim 4, wherein the at least one first microwave device (S1) of the first type comprises at least one microwave receiver and the at least two first microwave devices (E1, E3) of the second type comprise at least two microwave transmitters. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die ersten und zweiten Mikrowelleneinrichtungen (S1, S2) vom ersten Typ jeweils eine zusätzliche erste und zweite Mikrowelleneinrichtung (E2, E5) vom zweiten Typ aufweisen, um zusätzlich deren jeweilige erste und zweite Abstände (d2, d5) von der ersten beziehungsweise zweite Kante auf Basis der Laufzeiten der Mikrowellensignale zu ermitteln, die reflektiert von ersten beziehungsweise zweite Kante des Metallbands jeweilige erste und zweite Entfernungen (e2, e5) zwischen den ersten und zweiten Mikrowelleneinrichtungen (S1, S2) vom ersten Typ und den zusätzlichen ersten und zweiten Mikrowelleneinrichtung (E2, E5) vom zweiten Typ zurücklegen.An apparatus according to claim 4, wherein the first and second microwave devices (S1, S2) of the first type each have an additional first and second microwave device (E2, E5) of the second type to additionally define their respective first and second distances (d 2 , d 5 ) of the first and second edges, respectively, based on the propagation times of the microwave signals reflecting first and second edges (e 2 , e 5 ) of the first and second microwave devices (S1, S2) from the first and second edges of the metal strip, respectively Type and the additional first and second microwave device (E2, E5) of the second type. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die ersten und zweiten Mikrowelleneinrichtungen (S1, S2) vom ersten Typ sowie die zusätzlichen ersten und zweiten Mikrowelleneinrichtungen (E2, E5) vom zweiten Typ auf einer quer zum Metallband verlaufenden gedachten Mittelgeraden durch das Metallband angeordnet sind. Apparatus according to claim 7, wherein the first and second microwave devices (S1, S2) of the first type and the additional first and second microwave devices (E2, E5) of the second type are arranged on a transversal to the metal band imaginary middle straight through the metal strip. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die ersten (y1, y3) und zweiten (y4, y6) bekannten Abstände der ersten Mikrowelleneinrichtungen (E1, E3) vom zweiten Typ von der ersten Mikrowelleneinrichtung (S1) vom ersten Typ beziehungsweise der zweiten Mikrowelleneinrichtungen (E4, E6) vom zweiten Typ von der zweiten Mikrowelleneinrichtung (S2) vom ersten Typ alle gleich groß sind (y = y1 = y3 = y4 = y6), wodurch im Falle, dass d1 = d3 und d4 = d6 ermittelt wird, vereinfacht x1 und x2 zu x1 = d2 und x2 = d5 ermittelt werden kann.Device according to one of claims 4 to 8, wherein the first (y 1 , y 3 ) and second (y 4 , y 6 ) known distances of the first microwave devices (E1, E3) of the second type of the first microwave device (S1) from the first Type and the second microwave devices (E4, E6) of the second type of the second microwave device (S2) of the first type are all the same size (y = y 1 = y 3 = y 4 = y 6 ), whereby in the case that d 1 = d 3 and d 4 = d 6 is determined, simplifies x 1 and x 2 to x 1 = d 2 and x 2 = d 5 can be determined. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit ferner wenigstens einem, vorzugsweise drei, weiteren Mikrowellensender(n) (S3, S4, S5), die jeweils zusammen mit wenigstens einem, vorzugsweise drei, weiteren Mikrowellenempfänger(n) (E7, E8, E9) auf einer gedachten Parallelen zur Breite (b) des Metallbands über diesem angeordnet sind, um über die Ermittlung des Abstands, vorzugsweise der jeweiligen Abstände (d7, d8, d9), des, vorzugsweise der, dritten Mikrowellenempfänger(s)(n) (E7, E8, E9) vom Metallband einen möglichen Querbogen des Metallbandes beim Ermitteln der Breite (b) des Metallbandes zu kompensieren.Device according to one of the preceding claims, further comprising at least one, preferably three, further microwave transmitter (s) (S3, S4, S5), each together with at least one, preferably three, further microwave receiver (s) (E7, E8, E9) an imaginary parallel to the width (b) of the metal strip are arranged above this in order to determine the distance, preferably the respective distances (d 7 , d 8 , d 9 ), preferably, the third microwave receiver (s) (s) (E7, E8, E9) of the metal strip to compensate for a possible transverse arc of the metal strip when determining the width (b) of the metal strip.
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