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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Dicken-
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steuerung beim Beschichten von flachen Gegenständen, vorzugsweise
beim Aufbringen einer Glasurschicht auf keramische Platten, wie Fliesen und Kacheln,
in einer Beschichtungsstation, in der Auftragvorrichtungen für das Beschichtungsmaterial
angebracht sind und durch die die Gegenstande mittels einer Transportvorrichtung
hindurchgeführt werden.
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Beim Beschichten vorgebildeter flacher Gegenstände, beispielsweise
keramischen Platten, war es bisher nur möglich, eine ungefähre Steuerung der Beschichtungsdicke
vorzunehmen. Dazu war es bisher möglich, bei kontinuierlich arbeitenden Auftragvorr,chtungen,
beispielsweise Sprühvorrichtungen, die zeitliche zugeführte Menge an Beschichtungsmaterial
mit der Transportgeschwindigkeit abzustimmen.
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Es sind auch mechanische Einrichtungen zur Steuerung der Beschichtungsdicke,
wie Abstreifer, Rakeleinrichtungen u.dgl. bekannt. Eine ständige Überwachung der
Beschichtungsdicke und ein sofortiges Nachsteuern bei auftretenden Abweichungen
der Beschichtungsdicke waren mit den bekannten Steuerungsmaßnahmen nicht möglich.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Dickensteuerung
der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der eine ständige Überwachung der
Beschichtungsdicke verbunden mit der Möglichkeit praktisch sofort wirksamer Nachsteuerung
bei Abweichungen und mit wesentlich erhöhter Steuerungsgenauigkeit erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor und hinter
der Beschichtungsstation je eine optische Dickenmeßvorrichtung für den unbeschichteten
und den beschichteten Gegenstand angeordnet sind, diese Dickenmeßvorrichtungen an
eine elektronische Meßwertvergleichs-
Vorrichtung zum Ermitteln
der Dickendifferenz angeschlossen sind, welche einen Speicher zum Aufnehmen der
von der vor der Beschichtungsstation angeordneten Dickenmeßvorrichtung kommenden
Meßwerte und eine aufgrund des Abstandes zwischen den beiden Dickenmeßvorrichtungen
und der jeweiligen Transportgeschwindigkeit gesteuerte Verzögerungsvorrichtung zum
Aufgeben der gespeicherten Meßwerte auf eine Meßwertvergleichs-Stufe enthält, und
daß an diese Meßwertvergleichs-Vorrichtung eigentliche Steuereinrichtungen für die
Auftragsvorrichtungen bezüglich abgegebener Auftragsmenge und/oder Steuereinrichtungen
für die Transportvorrichtung bezüglich Transportgeschwindigkeit angeschlossen sind.
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Mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung wird durch eine zweifache
optische, d.h. berührungsfreie Dickenmessung, und zwar einer ersten Dickenmessung
des unbeschichteten Gegenstandes und eine zweite Dickenmessung am beschichteten
Gegenstand die Beschichtungsdicke festgestellt unmittelbar nachdem der Gegenstand
die Beschichtungsstation verlassen hat. Werden bei dieser Überwachung Abweichungen
von der gewünschten Beschichtungsdicke festgestellt, erfolgt unmittelbar entsprechende
Nachsteuerung an den Auftragvorrichtungen und bzw. oder an der Transportvorrichtung.
Die Art der Nachsteuerung ist naturgemäß auf die Art der jeweiligen Auftragvorrichtungen
abgestimmt.
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Sind beispielsweise die Auftragvorrichtungen Spritzgeräte mit Steuereinrichtungen
für die zugeführte bzw. verspritzte Materialmenge, dann kann die erfindungsgemäße
Vorrichtung zum Nachsteuern an diesen Mengensteuerungsvorrichtungen der Spritzgeräte
eingreifen. Man kann in solchem Fall aber auch stattdessen oder zusätzlich eine
Nachsteuerung an der Transportgeschwindigkeit vornehmen, um durch Erhöhung der Transportgeschwindigkeit
die Beschichtungsdicke zu vermindern oder durch Verminderung der Transportgeschwindigkeit
die Beschichtungsdicke zu erhöhen.
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Falls die Auftragvorrichtungen mit direkt an der Beschichtung angreifenden
Regeleinrichtungen für die Beschichtungsdicke, beispielsweise mit Rakel oder Abstreifern
ausgestattet sind, wird man sich für das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzunehmende
Nach steuern auf einen Eingriff in die vorhandenen Steuereinrichtungen solcher Auftragvorrichtungen
beschränken.
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Durch die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgenommenen Speicherung
der Meßwerte aus der ersten Dickenmeßvorrichtung und die gesteuert verzögerte Aufgabe
auf die Meßwertvergleichs-Stufe, wird erreicht, daß wirklich die von derselben Steile
des Gegenstandes herrührenden Dickenmeßwerte miteinander verglichen werden. Dadurch
werden Dickenschwankungen der zu beschichtenden Gegenstände eliminiert. Dies ist
besonders beim Beschichten von keramischen Platten von Wichtigkeit, da d-ie zulässigen
Dickentoleranzen solcher keramischer Platten im allgemeinen wesentlich größer als
die zulässigen Dickentoleranzen der Glasurschicht sind.
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In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung enthält jede der beiden
Dickenmeßvorrichtungen ein Paar von optischen Abtastvorrichtungen, von welchen die
eine der zu beschichtenden bzw. beschichteten Seite und die andere der gegenüberliegenden
Seite des vorbeigeführten Gegenstandes gegenübergestellt fest angebracht ist. Der
unmittelbare Vergleich der beiden Abtast-Meßwerte ergibt die Plattendicke, wobei
jegliche Einflüsse der die Platten tragenden Unterlage, insbesondere der Transportvorrichtung
eliminiert sind Als besonders vorteilhaft erweist sich eine Ausführungsform, bei
der die optischen Dickenmeßvorrichtungen solche Abtastvorrichtungen enthalten, bei
denen ein fokusierter Infrarot-Lichtstrahl als Lichtpunkt auf die abzutastende
Oberfläche
projiziert und dieser Lichtpunkt mittels einer optischen Einrichtung in einem vorher
bestimmten Winkel schräg zum einfallenden Strahl aufgenommen und auf einen positionsempfindlichen
Fotodetektor abgebildet wird. Eine solche Abtastvorrichtung zeichnet sich durch
gute Abtastgenauigkeit und Unempfindlichkeit gegen Streulicht und sonstige Einflüsse
aus. Die mit derartigen Abtastvorrichtungen vorgenommene optische Triangulationsmessung
umfaßt die festgestellten Werte einer großen Anzahl von innerhalb des projizierten
Lichtpunktes erfolgten Einzelmessungen, wobei die Auswertung dieser Meßwerte in
dem positionsempfindlichen Fotodetektor durch Bildung eines Scheitelwertes des Abtastergebnisses
unmittelbar vorgenommen wird.
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Dadurch werden durch Oberflächenrauhigkeit und kleine Oberflächenfehler
bedingte Dickenschwankungen ausgeglichen.
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In vorteilhafter Weiterbildung und Ergänzung der Erfindung kann eine
Registriervorrichtung an die Meßwertvergleichs-Vorrichtung angeschlossen sein. Hierdurch
lassen sich die in der Meßwertvergleichs-Vorrichtung ermittelten Werte der Beschichtungsdicke
zusätzlich als Überwachungswerte und Chargenwerte auswerten und registrieren.
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In einer weiteren vorteilhaften Ergänzung und Weiterbildung der Erfindung
kann eine Alarmvorrichtung mit als Ansprechschwelle festgelegten oder einstellbaren
unteren und oberen Wertgrenzen der Beschichtungsdicke über ein Verzögerungsglied
mit festgelegter oder einstellbarer Zeitverzögerung an die Meßwertvergleichs-Vorrichtung
angeschlossen seino Hierdurch wird im Betriebsablauf einer Beschichtungsvorrichtung
oder Beschichtungsanlage sichergestellt, daß rechtzeitig abgeschaltet oder ein entsprechender
Eingriff vorgenommen wird3 falls die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgenommene
Nachsteuerung nicht ausreicht, um irgendwelche Abweichungen in der Beschichtungsdicke
zu beheben Dieskann notwendig werden,
wenn Defekte in der einen
oder anderen Auftragvorrichtung oder in der Transportvorrichtung auftreten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anahnd der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Schema einer erfindungsgemäß ausgestatteten
Vorrichtung zum Aufbringen einer Glasurschicht auf keramische Platten; Fig. 2 das
Blockschema einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung; Fig. 3 das Schema einer erfindungsgemäß
benutzten optischen Triangulations-Abtastvorrichtung und Fig. 4 das Arbeitsschema
eines in einer optischen Triangulations-Abtastvorrichtung gemäß Figur 3 benutzten
positionsempfindlichen Fotodetektors.
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Im Beispiel der Figur 1 ist eine Beschichtungsstation 10 zum Aufbringen
einer Glasurschicht 11 auf keramische Platten 12, beispielsweise Fliesen oder Kacheln
mit einer Auftragvorrichtung 13 in Form einer Spritzvorrichtung vorgesehen. Die
zu beschichtenden keramischen Platten 12 werden durch eine Transportvorrichtung
14 mit praktisch konstanter Transportgeschwindigkeit durch die Beschichtungsstation
10 und innerhalb dieser durch den Wirkungsbereich der Auftragvorrichtung 13 hindurchbewegt.
Die Antriebsvorrichtung 15 der Transportvorrichtung 14 ist mit ihrer Grundsteuerung
auf eine normale Transportgeschwindigkeit eingestellt, die zusammen mit der von
der Auftragvorrichtung 13 abzugebenden und dementsprechend dieser zuzuführenden
Materialmenge auf die gewünschte Dicke der Glasurschicht 11 berechnet ist.
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Der Auftragvorrichtung 13 ist in ihrer Materialzufuhr 16 eine Dosiervorrichtung
17 vorgeschaltet, die in ihrer Grund steuerung zusammen mit der Grundsteuerung der
Transportgeschwindigkeit auf die gewünschte Dicke der Glasurschicht 11 eingestellt
ist.
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Vor der Beschichtungsstation 10 ist eine optische Dickenmeßvorrichtung
20 angeordnet, die ein Paar von optischen Abtastvorrichtungen 21 und 22 enthält.
Dabei ist die Abtastvorrichtung 21 der zu beschichtenden Seite der keramischen Platten
gegenübergestellt fest angebracht, während die Abtastvorrichtung der gegenüberliegenden
Seite der keramischen Platten 12 gegenübergestellt fest angebracht ist. Aus dem
Abtastergebnis A01 der Abtastvorrichtung 21, dem Abtastergebnis AU1 der Abtastvorrichtung
22 und dem gegenseitigen Abstand A1 der beiden Abtastvorrichtungen 21 und 22 läßt
sich die Dicke S1 der unbeschichteten keramischen Platte 12 berechnen. In entsprechender
Weise ist hinter der Beschichtungsstation 10 die zweite Dickenmeßvorrichtung 30
an der Transportvorrichtung 14 angeordnet und enthält ein Paar von in gegenseitigem
Abstand A2 angeordneten Abtastvorrichtungen 31 und 32, aus deren Abtastergebnissen
A02, AU2 und gegenseitigem Abstand A2 die Gesamtdicke von keramischer Platte und
Beschichtung zu berechnen ist. Beide Dickenmeßvorrichtungen 20 und 30 haben einen
Abstand A3 entlang der Transportvorrichtung 14.
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Die Abtastergebnisse A019 AU1 und A02, AU2 sind Entfernungs werte,
die aus den Meßsignal-Größen an den Abtastvorrichtungen 21 und 22 mittels Eichkurven
ermittelt werden.
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Für die Auswertung der Abtastergebnisse ist eine Auswertevorrichtung
40 vorgesehen, deren Blockschema in Figur 2 wiedergegeben ist. Hiernach werden die
aus den Abtastvorrichtungen 21 und 22 kommenden Abtastergebnisse in einer Umrechnungsvorrichtung
41 addiert, und diese Summe wird von dem Abstand A1 abgezogen, um dadurch den Wert
für die Dicke S1 der unbeschichteten Keramikplatte zu
ermitteln.
In analoger Weise wird aus den Abtastergebnissen A02 und AU2 der Abtastvorrichtungen
31 und 32 in einer Umrechnungsvorrichtung 42 der Wert für die Gesamtdicke S2 von
Kermaikplatte und Beschichtung ermittelt.
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Der augenblicklich ermittelte Wert für die Dicke 51 der unbeschichteten
Keramikplatte wird auf einen Speicher Sp gelegt und über eine Verzögerungsvorrichtung
43 auf eine Meßwertvergleichs-Vorrichtung 44 gegeben. Die augenblicklich ermittelten
Werte für die Gesamtdicke S2 von keramischer Platte 12 und Beschichtung 11 werden
dagegen unmittelbar in die Meßwertvergleichs-Vorrichtung 44 eingeführt. Außerdem
wird aus einem Speicher 45 der Sollwert W für die Beschichtungsdicke in die Meßwertvergleichs-Vorrichtung
44 eingeführt. Die Verzögerungsvorrichtung 43 wird gesteuert aufgrund der Werte
für die augenblickliche Vorschubgeschwindigkeit VTR und den gegenseitigen Abstand
A3 der beiden Dickenmeßvorrichtungen 20 und 30.
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Hierdurch führt die Verzögerungsvorrichtung 43 den ermittelten Wert
für die Dicke S1 der unbeschichteten Keramikplatte mit demjenigen ermittelten Wert
für die Gesamtdicke S2 von Keramikplatte 12 und Beschichtung zusammen, der für die
gleiche Keramikplatte und sogar die gleiche Stelle dieser Keramikplatte gilt. In
der Meßwertvergleichs-Vorrichtung 44 wird dann die Differenz dieser beiden Dickenwerte
asG = S2-S1 berechnet und mit dem Sollwert W für die Schichtdicke verglichen.
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Aufgrund eines sich aus diesem Vergleich ergebenden Wertes werden
dann die an die Meßwertvergleichs-Vorrichtung 44 angeschlossene Steuervorrichtung
18 (StA) für die Dosiervorrichtung 17 der Auftragvorrichtung 13 und die Steuervorrichtung
19 (StTR) für die Antriebsvorrichtung 15 der Transportvorrichtung 14 im einen oder
anderen Sinne betätigt. Ist die Dickendifferenz ASG kleiner als der
Sollwert
W für die Beschichtungsdicke, dann erfolgt Betätigung der Steuervorrichtung 18 im
Sinne einer Erhöhung der von der Dosiervorrichtung 17 an die Auftragvorrichtung
13 gegebenen Materialmenge bzw. die Betätigung der Steuervorrichtung 19 im Sinne
einer Verminderung der Transportgeschwindigkeit. Betätigung im entgegengesetzten
Sinne erfolgt dann, wenn die ermittelte Dickendifferenz 4 SG größer als der Sollwert
W ist.
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Ferner ist an die Meßwertvergleichs-Vorrichtung 44 eine Registervorrichtung
46 (R) angeschlossen, die die Dickendifferenzwerte b SG zur ständigen Überwachung
bereithält und außerdem als Chargen-Information auswertbar macht.
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Schließlich ist an die Meßwertvergleichs-Vorrichtung 44 eine Alarmvorrichtung
48 über eine Zeitverzögerungsvorrichtung 47 angeschlossen. Bleibt die Abweichung
des ermittelten Wertes der Dickendifferenz h so vom Sollwert W trotz G Ansprechen
der Steuervorrichtungen 18 und 19 und der angeschlossenen Vorrichtungsteile über
eine an der Zeitverzögerungsvorrichtung 47 eingestellte oder einstellbare Zeitdauer
hinaus bestehen, dann spricht die Alarmvorrichtung 48 an.
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Ein bevorzugtes Beispiel für den Aufbau der Abtastvorrichtungen 21,
22, 31 und 3l ergibt sich aus den Figuren 3 und 4 wie folgt: Von einer Infrarot-Lichtquelle
51 wird mittels einer optischen Einrichtung, beispielsweise einer Linse 52, ein
fokusierter, d.h. gebündelter Infrarot-Lichtstrahl 53 als nahezu punktförmiger Lichtflgk
a, b auf die Meßgutoberfläche 54, 54' projiziert. Dieser Lichtpunkt a, b wird von
einer zweiten optischen Einrichtung 55 in einer Richtung erfaßt, die in einen Winkel
a , beispielsweise von etwa 20 bis 50° schräg zum einfallenden Infrarot-Lichtstrahl
53 liegt, erfaßt und auf einen positions-
empfindlichen Fotodetektor
56 bei a' bzw. b', beispielsweise in Form eines sich quer über die lichtempfindliche
Oberfläche des Fotodetektors 56 erstreckenden Balkens (Fig. 4) ausgebildet. Wie
Figur 3 zeigt, bestimmen der gegenseitige Abstand B zwischen der den Infrarot-Lichtstrahl
53 bildenden Optik 52 und der aufnehmenden Optik 55 und der Abstand A01 der aufnehmenden
Optik 55 von der Meßgutoberfläche 54 bzw. 54' den jeweiligen Schräglagenwinkel a
und damit die Position des Bildes a' bzw. b' des Lichtpunktes a bzw. b.Dies wird
deutlicher aus Figur 4, in der das Bild a' eines Lichtpunktes in seiner Position
auf dem positionsempfindlichen Fotodetektor schematisch dargestellt ist. Die Position
dieses Bildes a' ist eine direkte Funktion des Abstandes C. Da der Lichtpunkt a
nicht absolut punktförmig ausgebildet werden kann und außerdem die Meßgutoberfläche
eine unvermeidliche Rauhigkeit aufweist, ist das balkenförmige Bild a' des Lichtpunktes
a etwas verbreitert. Jedoch zeigt die in Figur 4 oberhalb des Fotodetektors 56 dargestellte
Leitfähigkeitskurve, daß ein deutlich ausgeprägter Scheitelwert für die Leitfähigkeit
besteht, der als die maßgebliche Positionslinie am Fotodetektor ermittelt werden
kann. Die hierfür erforderlichen Einrichtungen sind bekannt.
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Vorrichtung zur Dickensteuerung beim Beschichten von flachen Gegenständen,
vorzugsweise beim Aufbringen einer Glasurschicht auf keramische Platten = = = =
= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ~ Bezugszeichenl iste 10 Beschichtungsstation
11 Glasurschicht 12 keramische Platten 13 Auftragvorrichtung 14 Transportvorrichtung
15 Antriebsvorrichtung 16 Materialzufuhr 17 Dosiervorrichtung 18 Steuervorrichtung
(StA) 19 Steuervorrichtung (StTR) 20 Dickenmeßvorrichtung 21 Abtastvorrichtungen
22 Abtastvorrichtungen Dickenmeßvorrichtung 31 Abtastvorrichtung 32 Abtastvorrichtung
40 Auswertevorrichtung 41 Umrechnungsvorrichtung 42 Umrechnungsvorrichtung 43 Verzögerungsvorrichtung
44
Meßwertvergleichs-Vorrichtung 45 Speicher 46 Registriervorrichtung 47 Zeitverzögerungsvorrichtung
48 Alarmvorrichtung 51 Infrarot-Lichtquelle 52 Linse 53 Infrarot-Lichtstrahl 54
Meßgutoberfläche 54' Meßgutoberfläche 55 optische Einrichtung 56 Fotodetektor A01
Abtastergebnis AU1 Abtastergebnis A1 Abstand Dicke A2 Abstand AO2 Abastergebnis
AU2 Abtastergebnis A3 Abstand Gesamtdicke Sp Speicher W Sollwert VTR Vorschubgeschwindigkeit
ASG=S2-S1 Dickenwert t 5G Dickendifferenz a, b Lichtfleck