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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen von Saugwalzen, insbesondere zur Verwendung in einer Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Papierbahn oder einer andere Faserstoffbahn
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Saugwalzen sind gelochte Walzen mit Regionen an der Oberfläche, wo ein Unterdruck erzeugt wird, um Wasser zu halten bzw. die Papierbahn umzulenken. Diese Regionen werden „Saugzonen“ benannt. Die Saugzonen einer Saugwalze werden durch Dichtleisten getrennt, die sich unterhalb des Mantels befinden. Zwischen dichtleisten und Walzenmantel bildet sich ein Wasser Schmierfilm, der die Saugzonen abdichtet. Eine spezielle Art von Saugwalzen sind Saugpresswalzen. Diese Saugwalzen bilden zusammen mit einem Gegenelement, meist einer Gegenwalze, einen Pressnip zum Pressen und Entwässern der Faserstoffbahn.
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Derartige Saugwalzen sowie die verstellbaren Dichtleisten und Formatbegrenzer sind beispielsweise in den Schriften
DE 10 2009 000 371 oder
EP2707544 B1 beschrieben.
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Die Lage der Dichtleisten, und damit die Positionierung der Region des Walzenmantels, an der der Unterdruck anliegt, bei Saugpresswalzen zum Beispiel ist extrem wichtig, um die optimale Entwässerung der Papierbahn zu ermöglichen. Durch eine falsche Positionierung des Saugkastens kann der Trockengehalt der Faserstoffbahn 1-2%-Punkte niedriger liegen, als bei optimaler Positionierung, was einen massiven Effizienzverlust der Presse darstellt.
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Die Einstellung des Saugkastens wird heutzutage manuell gemacht während die Maschine läuft und visuell eingeschätzt:
- • Der Saugkasten wird mithilfe von Markierungen (Kennzeichnung zur Lage der Dichtleisten) an der Führerseite gedreht bis die Lage Annährend richtig ist (kein direkter Vergleich zwischen Dichtleiten und Bespannung möglich);
- • Nip Entwässerung Spray nach dem Nip wird identifiziert;
- • Kink der Bespannung wird eingeschätzt;
- • Unterschied in Trockengehalt an der Presse (wenn vorhanden). Wenn die Trennung der Bespannung von der Walze
- ◯ früher stattfindet → Nip Entwässerung Spray ist trotzdem zu sehen, aber Falschluft in der Walze und geringere Trockengehalt sind zu erwarten;
- ◯ später stattfindet → Keine Nip Entwässerung Spray zu sehen und Rückbefeuchtung tritt stärker auf.
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Die Saugzonen sind nicht nur durch Dichtleisten in tangentiale Richtung abgegrenzt, sondern auch in axiale Richtung (Querrichtung zur Papierbahn). Sogenannte Formatbegrenzer sorgen für diese Abgrenzung der Saugzone. Da auf einer Papiermaschine meist verschiedene Papiersortenhergestellt werden, unterscheidet sich die Breite der Papierbahn, z.B. durch unterschiedliches Schrumpfverhalten bei den verschiedenen Produkten ein wenig. Daher müssen für einen optimalen Betrieb der Saugwalze auch die Formatbegrenzer des öfteren verstellt werden.
Für diese Einstellung darf die Saugzone nicht zu eng (vergleich zur Papierbahn) sein, um „Edge flipping“, also ein Abheben oder Umklappen der Papierbahn zu vermeiden. Sie darf allerdings auch nicht breiter als die Papierbahn sein, um Falschluft zu vermeiden, was der Energieverbrauch deutlich erhöht.
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Die herkömmliche Einstellung von Formatbegrenzern wird durch eine Leiste an der Führerseite durchgeführt (Gewindestange, in der Regel mit Bemaßung), die die Tiefe des Formatbegrenzers anzeigt. Dadurch dass diese Anzeige keinen direkten Vergleich zwischen Lage der Papierbahn und Formatbegrenzer ermöglicht, ist die Einstellung von der Erfahrung des Mitarbeiters abhängig. Hierbei achtet der Bediener z.B. auf ein Bahnflattern der Papierbahn, was darauf hindeutet, dass der Formatbegrenzer zu weit in die Papierbahn hinein steht und somit kein Vakuum am Rand mehr ansteht.
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Für Formatbegrenzer sind aus der Schrift
EP2707544 B1 auch modernere, optische Lösungen bekannt, die die Erkennung von den Formatbegrenzer auf der Papierbahn ermöglichen. Für solche Lösungen benötigt man ein Eingriff in der Walze und die Installation von elektrischen Komponenten, um die Lichtquelle zu generieren. Darüber hinaus ist ein solches System nicht für alle Papier/Filz Kombinationen geeignet. Manche Kombinationen sind so „dick“, dass der Lichtstrahl nicht mehr erkennbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Schwächen des Standes der Technik zu verbessern.
Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung, eine zuverlässige und reproduzierbare Positionierung von Dichtleisten und/oder Formatbegrenzern in Saugwalzen zu ermöglichen.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, dem Bedienpersonal das optimale Einstellen der Saugwalze zu vereinfachen.
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Diese Aufgaben werden vollständig gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 4. Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Einstellen einer Saugwalze, insbesondere für einer Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn vorgeschlagen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bild- und/oderVideoaufnahme vom Äußeren der Walze und Übermittlung der Aufnahme an eine Berechnungseinheit
- - Ermittlung der Ist-Werte der Lage der Dichtleisten und/oder der Formatbegrenzer und/oder anderer nicht sichtbarer Bauteile mittels der Berechnungseinheit durch Bildanalyse der Bild- und/oder Videoaufnahme vom Äußeren der Walze und/oder durch die Erfassung von Werten eingebetteter Sensorik
- - Darstellung der ermittelten Ist-Werte durch Überlagerung der Lage der nicht sichtbaren Komponenten mit der Bild- und/oder Videoaufnahme auf einem Display
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Mit dieser direkten optischen Darstellung von innenliegenden Komponenten, die ansonsten von außen nicht sichtbar sind, ist es dem Bedienpersonal nun sehr einfach möglich, die optimale Einstellung der Walze vorzunehmen.
Zudem sieht bei einem erneuten Durchführen des Verfahrens nach einer Veränderung z.B. der Dichtleistenposition das Bedienpersonal unmittelbar das Resultat der durchgeführten Verstellungen.
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Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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So kann es vorteilhaft sein, wenn das Verfahren zusätzlich die folgenden Schritte umfasst:
- - Bereitstellen von Soll-Werten der Lage der Dichtleiten und/oder der Formatbegrenzer und/oder anderer nicht sichtbarer Bauteile.
- - Vergleich der Ist-Werte und Soll-Werte mittels der Berechnungseinheit.
- - Darstellung des Soll-Ist Vergleiches auf dem Display
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Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Verfahren zusätzlich den Schritt umfasst:
- - Ermitteln von Empfehlungen zum Einstellen der Saugwalze aus dem Soll-Ist Vergleich
- - Anzeige der Empfehlungen auf dem Display.
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Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Einstellen einer Saugwalze insbesondere für einer Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn, umfassend eine Kamera zum Aufnehmen eine Bild-/Videoaufnahmen, eine Berechnungseinheit sowie ein Display, wobei die Kamera mit der Berechnungseinheit derart in Kontakt steht, dass sie Bild- und/oder Videoaufnahmen an die Berechnungseinheit übermitteln kann. Gemäß der Erfindung ist die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem Aspekt der Erfindung auszuführen.
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Die vorgeschlagenen Verfahren umfassen Aspekte der sogenannten Augmented Reality (AR)
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Beim Realitäts-Virtualitäts-Kontinuum (nach Paul Milgram et al., 1994) sind die erweiterte Realität (augmented reality, AR) und erweiterte Virtualität (augmented virtuality) Teil der sogenannten gemischten Realität (mixed reality). Während der Begriff Augmented Virtuality kaum von der Fachwelt benutzt wird, werden Augmented Reality und Mixed Reality, selten auch Enhanced Reality, meist synonym verwendet. Im Gegensatz zur virtuellen Realität, bei welcher der Benutzer komplett in eine virtuelle Welt eintaucht, steht bei der erweiterten Realität die Darstellung zusätzlicher Informationen im Vordergrund. Für die visuelle Modalität führt dies zu wesentlich härteren Anforderungen an die Positionsbestimmung (Tracking) und Kalibrierung.
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Unter einem AR-System (kurz ARS) versteht man das System der technischen Bestandteile, die nötig sind, um eine Augmented-Reality-Anwendung aufzubauen: Kamera, Trackinggeräte, Unterstützungssoftware usw.
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Die Literatur verwendet meist die Definition der erweiterten Realität von Azuma (http://www.cs.unc.edu/-azuma/ARpresence.pdf):
- - Die virtuelle Realität und die Realität sind miteinander kombiniert (teilweise überlagert).
- - Interaktivität in Echtzeit.
- - Reale und virtuelle Objekte stehen 3-dimensional zueinander in Bezug.
Source: Wikipedia (https://de.wikipedia. org/wiki/Erweiterte Realit%C3%A4t)
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Die Einstellung vom Saugkasten ist zurzeit eine Aufgabe, die auf der Erfahrung des Papiermachers beruht. Bei dieser Einstellung kann man den Trockengehalt vom Papier um 1-2% beeinflussen. Dadurch dass es kein System gibt, das einen direkten Vergleich zwischen Lage der Dichtleiten und Trennung der Bespannung anzeigt, muss der Papiermacher anhand von visuellen Betrachtungen (e.g. Nip Entwässerungsspray) indirekt die richtige Einstellung finden. Bei der Erfindung soll der Papiermacher in der Lage sein, die Lage der Dichtleisten zu erkennen und direkt mit der Position der Bespannung vergleichen können. Dabei wird idealerweise die Lage der Dichtleiste auf den Filz virtuell projiziert, das heißt auf dem Display z.B. einer App angezeigt
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Zusätzlich zur Einstellung vom Saugkasten kann eine Ausführung der Erfindung den Formatbegrenzer der Saugwalze ebenfalls mit Bezug auf die Papierbahn orten. So kann man die Einstellung von dieser Komponente ebenfalls mit dem System durchführen, ohne ein zusätzliches System in der Walze einbringen zu müssen. Besonders vorteilhaft ist das für Kunden, die von einem optischen System wie in
EP2707544 B1 nicht profitieren können, da die Lichtstärke nicht ausreicht.
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Um den Bediener möglichst gut bei den Einstellungen zu unterstützen und das Vorgehen deutlich zu erleichtern ist angedacht, dass die App zusätzlich noch Live Daten vom PLS /QCS zur Verfügung stellen kann, wie z.B. Feuchtegehalt der Papierbahn, Feuchtequerprofil, Presslast, Vakuum, etc. Mit dem direkten Feedback von Live Daten sollte es dem Bediener in Kombination mit der App noch einfacher fallen die richtige Einstellung zu finden.
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Ebenfalls kann vorgesehen sein, Einstellungen zu speichern - z.B. für bestimmte Betriebszustände der Maschine, oder aber auch für jede Walze. Mit diesen „Positionsspeichern kann der Bediener Änderungen vornehmen und findet ohne Probleme die ursprüngliche Position leicht wieder. Insbesondere für Troubleshootings ist dies ein deutlicher Mehrwert‟.
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Hauptfokus der Lösung ist die Identifizierung von Abgrenzungen der Saugzonen einer Saugwalze mittels eines konstruktiven Eingriffs (AR-Projezierung), um sie optimal in die Maschine einzustellen. Als Schnittstelle für den Papiermacher kann ein mobiler Rechner angewendet werden (e.g. Handy, Tablet, AR-Goggles), der durch Bilderkennung bestimmte markante Punkte oder ggf. Markeirungen an der Walze erkennt, die als Input für die Anwendung dienen. Die Lösung ist in 2 Funktionen aufgeteilt.
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Hauptfokus ist die virtuelle Projektion der nicht sichtbaren Bauteile einer Saugwalze auf die Umgebung um somit die genaue und direkte Position bestimmen zu können, ohne diese gedanklich abschätzen zu müssen, bzw. zu extrapolieren (was immer ungenau ist):
- 1. „Suction box positioning“ - Basiert beispielsweise auf Markierungen auf dem Saugkasten. Das AR-Tool projiziert eine Identifikation (z.B. bunte Linien) auf dem Walzenmantel/Bespannung/Papierbahn, sodass man die Region „A“ (Trennung Walze-Bespannung) erkennen kann und der Saugkasten eingestellt werden kann. (Die Projektion ist dabei meist als virtuelle Projektion ausgeführt, also als Darstellung des projizierten Elements auf der Schnittstelle, als dem Handydisplay oder ähnlichem)- Als Unterstützung kann ein „Ampel System“ in der AR-Anwendung implementiert werden, sodass die optimale Einstellung mit der Anwendung bestimmt wird;
- 2. „Edge deckle positioning“ - Basiert üblicherweise auf der Anzeige der Gewindestange des Formatbegrenzers der Walze projiziert die AR-Anwendung eine Identifikation auf dem Walzenmantel/Bespannung/Papierbahn. Mithilfe dieses Werkzeugs kann der Papiermacher dann die Formatberenzer mit bezug auf der Papierbahn intuitiv einstellen.
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Die virtuelle Projektion nicht sichtbarer Bauteilen auf eine Saugwalze kann mit der Unterstützung eines kompakten Rechners (z.B. Smartphone, Tablet oder AR-Brillen) erfolgen, der über den Zugriff auf einer Kamera und Bildschirm verfügt. Unten werden die detaillierten Zwischenschritte aufgelistet:
- Eine Ausführung gemäß einem Aspekt der Erfindung kann beispielsweise das folgende Verfahren sein:
- 1. Bild-/Videoaufnahme der Walze mit einem Rechner oder Kamera
- • Die Bild/Videoaufnahme erfolgt dabei vom Äußeren der Walze
- • Der Rechner kann z.B. ein Smartphone, ein Tablet oder AR-Brillen sein;
- 2. Ermittlung der Lage der Dichtleiten, Formatbegrenzer und/oder andere nicht sichtbare Bauteile (Ist-Werten)
- • Dieser Schritt kann durch (echtzeit) Bilderkennung (z.B. Erkennung von Marker(n) an der Walze) und/oder eingebettete Sensorik erfolgen (mehr im Abschnitt Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.);
- 3. Eingabe von Referenzwerten und/oder Soll-Werten für die Walze
- • Referenzwerten für die ermittelte Parameter können von einer Datenbank runtergeladen werden (Unterstützung durch ID-Tagging verbessert die Bedienbarkeit der Anwendung) und/oder von dem Nutzer eingepflegt werden;
- 4. Anhand von Ist- und Soll-Werten wird die Lage der nicht sichtbaren Komponenten mit einem idealen Zustand verglichen; dies kann entweder zeitverzögert oder in Echtzeit geschehen.
- 5. Anhand von ermittelten Ist-Werten (Schritt 2) und Referenzwerten (Schritt 3) werden die Bild-/Videoaufnahme mit der Lage der nicht sichtbaren Komponenten überlagert. Eine Darstellung wie in Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden, zu sehen ist, kann dafür angewendet werden. Dies kann wieder entweder zeitverzögert oder in Echtzeit geschehen
- 6. Eine Anzeige mit einem Soll-Ist-Vergleich (z.B. mit Ampelsystem) kann angezeigt werden, um den Nutzer bei der Einstellung des Saugkastens/Formatbegrenzer zu unterstützen;
- 7. (Fakultativ): der Bediener verstellt die Walze (Dichtleiste bzw. Formatbegrenzer); dies kann entweder in Echtzeit geschehen bei gleichzeitiger Beobachtung des AR Bildes und Herantasten an den gewünschten Zustand, oder aber zeitverzögert indem die aktuelle Situation begutachtet wird und daraufhin eine Änderung vorgenommen wird und daraufhin erneut die Situation begutachtet wird.
- 8. (Fakultativ):Schritte 1-6 werden wiederholt;
- 9. (Fakultativ): Schritten 1-8 werden wiederholt, bis der Soll-Ist-Vergleich für den Bediener zufriedenstellend ist.
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Besondere Vorteile der Lösungsansätze:
- - Ein direktes Vergleich zwischen Bespannung und Lage der Dichtleisten ist möglich, was für die Einstellung des Saugkastens neu ist;
- - Kein Eingriff in dem Saugkasten nötig, was die Robustheit der Lösung erhöht und Kosten bei dem Service reduziert; Ebenfalls werden in der Walze keine Systeme verbaut, die ausfallen können.
- - Mit der Implementierung eines „Ampel-Systems“ bei der Anzeige der AR-Anwendung könnte ein Benutzer mit weniger Erfahrung die Einstellungen allein durchführen.
- - Abspeichern von Positionen hilft dem Papiermacher für verschiedene Betriebszustände oder Walzen ideale Positionen schnell einzustellen
- - Live Daten vom PLS oder QCS unterstützen den Bediener bei der Einstellung um die ideale Einstellung zu finden
- - Die Einstellung des Saugkastens als auch der Formatbegrenzer sollte deutlich schneller, einfacher und zuverlässiger funktionieren.
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Weitere mögliche Varianten sind im Folgenden beschrieben. Die verschiedenen Varianten können dabei einzeln oder in Kombination verwendet werden.
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Variante 1 :
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Beide Funktionen der Anwendung werden getrennt betrachtet (Verstellung des Saugkastens und Einstellung des Formatbegrenzers). Die Anzeige besteht aus projizierten bunten Linien, die die Lage von Dichtleisten und/oder Formatbegrenzer darstellt. Die Inputs für die Anwendung erfolgen anhand von Bildverarbeitung - Erkennung von Markierungen an der Walze und Tiefe der Gewindestange des Formatbegrenzers.
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Variante 2:
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Außer der Bilderkennung als Input für die Anwendung kann das Gerät (e.g. Handy, Tablet, AR-Goggles) sich auf installierte Sensorik an der Walze stützen. Beispiele:
- - „Suction box positioning“
- ◯ Erkennung des relatives Winkels des Saugkastens zur Montageposition durch die Nutzung z.B. von einem Encoder;
- ◯ Erkennung des absolutes Winkels des Saugkastens durch die Nutzung z.B. von einem Beschleunigunssensor;
- - „Edge deckle positioning“ - Erkennung der Lage von den Formatbegrenzer mittels eines eingebautes Encoders auf der Gewindestange.
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Variante 3:
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Der Nutzer soll die Möglichkeit haben, die Projektion von Dichtleisten bzw. Formatbegrenzer durch die AR-Anwendung zu sehen. Statt der Darstellung einfacher Positionslinien wir in 4 sind auch alternative Darstllungenmöglich, wie z.B.
- - Projektion einer Fläche auf dem Saugkasten, die die gesamte Saugzone darstellt, zusammen mit den Formatbegrenzern und Dichtleisten, welche die Saugzone begrenzen;
- - Projektion eines CAD-Modells des Saugkastens, um alle inneren Komponenten zu sehen und ein direktes Vergleich zu ermöglichen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Figuren weiter erläutert. Die Erfindung ist dabei nicht auf diese Ausführungen beschränkt.
- 1 zeigt eine mögliche Darstellung der ermittelten Ist-Werte
- 2a, 2b, 2c zeigen alternative Darstellungen der ermittelten Ist-Werte.
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1 zeigt eine Berechnungseinheit 2 mit einem Display 3, wie sie zur Verwendung in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Der Berechnungseinheit 2 wird dabei eine Bild- oder Videoaufnahme der Saugwalze 1 übermittelt. Die Berechnungseinheit 2 kann dann durch Bildanalyse der Bild- und/oder Videoaufnahme vom Äußeren der Walze und/oder durch die Erfassung von Werten eingebetteter Sensorik die Lage nicht sichtbarer innerer Einbauten wie z.B. Dichtleisten oder Formatbegrenzern ermitteln. So kann beispielsweise die Gewindestange zum Verstellen der Formatbegrenzer, die in der Regel mit Bemaßung aufweist, auf dem Bild erkannt und ausgewertet werden, was die Ermittlung der Position dieser Formatbegrenzer erlaubt. Ähnlich können optische Markierungen am Deckel der Walze vorgesehen sein, aus denen mittels Bildanalyse die Position dieser Dichtleisten bestimmbar ist.
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Ferner ist es möglich, dass die Berechnungseinheit mit einer weiteren Datenbank verbunden ist, aus der Informationen zu der betreffenden Saugwalze hinterlegt sind. Eine Identifizierung der Saugwalze kann beispielsweise über einen ID Tag geschehen. Dieser kann entweder direkt optisch aus der Bild- oder Videoaufnahme erkennbar sein. Alternativ oder zusätzlich kann aber auch ein anderer Tag, z.B. ein RFID Tag verwendet werden. Generell ist es dann von Vorteil, dann dieser Tag auch direkt von dem Berechnungseinheit, z.B. einem Mobiltelefon oder Tabletcomputer ausgelesen werden kann.
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In 1 ist exemplarisch skizziert, wie auf dem Display 3 der Berechungseinheit 2 die Position von zwei Dichtleisten als gestrichelte Linie der Bild- oder Videoaufnahme der Saugwalze 1 überlagert sind.
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2a, 2b und 2c zeigen alternative Darstellungen der Einbauten auf dem Bild der Saugwalze. So können wie in 2a Dichtleisten und Formatbegrenzer gleichzeitig angezeigt werden. 2b zeigt exemplarisch die besaugte Fläche an, die durch Dichtleisten und Formatbegrenzer gebildet wird.
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2c soll andeuten, dass auch noch weitergehende Informationen auf dem Displai 3 dargestellt werden können. In diesem sind es Daten aus dem CAD System, die relevante Details des inneren Aufbaus der Saugwalze dem Bild der Walze überlagern. Prinzipiell kann hier eine Vielzahl von Informationen, die dem Bedienpersonal die Einstellung erleichtern an spezifischen Stellen angezeigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009000371 [0003]
- EP 2707544 B1 [0003, 0008, 0022]