DE602004007113T2 - Verfahren und vorrichtung zur überwachung der produktion von sicherheitsglas oder zur steuerung eines behandlungsprozesses - Google Patents

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von Sicherheitsglasproduktion und Steuern eines Behandlungsprozesses mittels Informationen, die eine Charge von Glasscheiben repräsentieren, wobei das Verfahren das Transportieren von flachen Glasscheiben durch wenigstens einen Behandlungsprozess und das Lesen von Informationen, die eine Charge von Glasscheiben repräsentieren, mittels einer Kamera oder von Kameras vor dem Behandlungsprozess umfasst, und das zum Steuern von Produktions- oder Prozessparametern verwendet wird.
• Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Überwachen von Sicherheitsglasproduktion und Steuern eines Behandlungsprozesses mittels Informationen, die eine Charge von Glasscheiben repräsentieren, wobei die Vorrichtung einen Ofen, im Ofen vorhandene Erwärmungseinrichtungen zum Erwärmen von Glasscheiben zum Härten oder Wärmefestigen, einen Beschickungstisch, eine Walzenfördereinrichtung zum Transportieren von Glasscheiben von dem Beschickungstisch in den Ofen, wenigstens eine Kamera über oder unter der Fördereinrichtung zum Lesen von Informationen, die eine Charge von Glasscheiben repräsentieren, wobei die Kamera so gerichtet ist, dass sie das von dem Glas reflektierte Licht direkt oder über einen Spiegel erfasst, und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Strahlungserwärmungsvorrichtungen, die in den Strahlungserwärmungseinrichtungen enthalten sind, umfasst.
• Abhängig von einer vorgegebenen Anwendung enthalten die Informationen, die eine Charge von Glasscheiben repräsentieren, wenigstens eines von dem Folgenden: Form, Größe und Position. Die Charge umfasst eine Vielzahl von Gläsern gleichzeitig, möglicherweise auch nebeneinander.
• Die Erfindung wird in einem Härte- oder Wärmefestigungsprozess von Glasscheiben zum Steuern von Produktion und Erwärmung und auch zur Produktionsüberwachung angewendet.
• Dieser Typ von Verfahren und Vorrichtung, der zum Steuern eines Härteprozesses eingesetzt wird, ist aus der Patentveröffentlichung EP-0 937 687 A2 bekannt. Dort werden die Form- und Beschickungsdaten einer Glas-Charge mittels einer Kamera gelesen, die eine Rückspiegelung von elektromagnetischer Strahlung von Glas erfasst. Das gelesene Chargen-Bild wird zur Lokalisierung von Strahlungserwärmung in dem Härte-Ofen verwendet.
• Die Veröffentlichung WO 02/18980 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen der optischen Qualität von Glasoberfläche mit einer Kamera, in die Licht fokussiert wird, das von der Glasoberfläche reflektiert wird. Es geht hier um die Überwachung, die nach einem Behandlungsprozess durchgeführt wird.
• Die Veröffentlichung WO 91/03434 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Messen der Abmessung von dünnen Lagen von Glasscheiben (sheeted glass Panels), bevor die Glasscheiben in Lagerregale geladen werden. Die Messung wird mittels von Glas reflektiertem Licht und einer Kamera vorgenommen. Dies umfasst nicht die gleichzeitige Überprüfung des gesamten Oberflächenbereichs und der Position von mehreren Glasscheiben, auch werden die Informationen nicht für einen Glasscheiben-Behandlungsprozess verwendet, sondern nur für die Auswahl eines geeigneten Lagerregals für jeweils eine Glasscheibe.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung des oben genannten Typs bereitzustellen, die preislich günstig sind, und die eine hohe Maßgenauigkeit aufweisen, wodurch die Informationen wunschgemäß für die Echtzeit-Steuerung eines Verarbeitungsprozesses und auch für die Produktionsüberwachung verwendet werden können.
• Diese Aufgabe wird erfüllt durch ein Verfahren, wie oben angegeben, wobei gemäß der Erfindung Licht mit hoher Intensität auf eine Transportebene gerichtet wird, in der sich eine Vielzahl von Glasscheiben zu einem Härte- oder Wärmefestigungsprozess bewegt, und Informationen, die eine Charge repräsentieren, mittels einer Kamera oder von Kameras gelesen werden, die so gerichtet ist bzw. sind, dass sie das von dem Glas reflektierte Licht direkt oder über einen Spiegel erfasst bzw. erfassen, und die Informationen, die eine Charge repräsentieren, in dem Härte- oder Wärmefestigungsprozess verwendet werden, um sowohl Strahlungserwärmung als auch Konvektionserwärmung zu steuern, und die Informationen, welche die Charge repräsentieren, auch verwendet werden, um die Produktion einer Glasverarbeitungsanlage zu überwachen und Daten aufzuzeichnen, die mit dem Produktionsprozess zusammenhängen.
• Eine Vorrichtung, wie oben angegeben, umfasst gemäß der Erfindung auch eine Lichtquelle mit hoher Intensität, welche die Glas-Charge beleuchtet, die in dem Sehfeld der Kamera vorhanden ist, wobei die Kamera mit der Steuereinrichtung zum Steuern sowohl der Strahlungserwärmungsausrüstung als auch der Konvektionserwärmungsausrüstung verbunden ist, die in der Erwärmungseinrichtung für die Glasscheiben enthalten sind, und Mittel zum Überwachen der Produktion der Vorrichtung und zum Aufzeichnen von damit zusammenhängenden Daten auf der Basis der Informationen.
• Eine ausreichende Auflösung kann erzielt werden, indem eine Beleuchtungseinrichtung, die aus einer leistungsstarken Hochfrequenz-Fluoreszenzlampe gebildet wird, und eine Kamera, die aus einer Graustufen-Zeilenkamera mit einer ausreichenden Auflösung gebildet wird, verwendet werden. In durchgeführten Tests lieferte eine Kamera, die 256 Intensitätswerte erfassen konnte, eine Diskrepanz von 30 Intensitätswerten in dem Fall aller Gläser eines flachen Typs (flat-type glasses) und eine Diskrepanz von 10 Intensitätswerten im Fall von Gläsern mit einer unebenen Oberfläche. Dies ist ausreichend für eine zuverlässige Identifizierung der Kante und Glasoberfläche.
• In der früheren Anmeldung FI-20030005 des Anmelders wird die Erfassung von Glas mittels Graustufen-Auflösung und UV-Licht vorgenommen, das zur Sichtbarmachung von Rückständen von Zinn in der Glasoberfläche oder zur Beleuchtung durch eine Glas-Transportebene verwendet wird.
• Ein Vorteil, den die vorliegende Erfindung gegenüber der vorherigen erlangt hat, ist, dass der Einsatz von gefährlichem UV-Licht vermieden wird, oder dass die Verwendung von UV-Licht darauf begrenzt wird, dass es nur als Hilfsbeleuchtung arbeitet, und dass auch solche Gläser erfasst werden, die keine Zinnrückstände aufweisen. Grünes Glas weist zum Beispiel nur sehr kleine Zinnrückstände auf, und Glas-Typen, die durch Pressen hergestellt werden, (typischerweise z.B. geprägtes Glas für Duschkabinenwände) weisen absolut keine Zinnrückstände auf.
• Die Erfindung wird im Folgenden ausführlicher mittels beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugsnahme auf die folgenden begleitenden Zeichnungen beschrieben:
• 1 zeigt in einem schematischen Längsschnitt das stromaufwärts liegende Ende eines Härte-Ofens, das mit einer Vorrichtung ausgestattet ist, die ein Verfahren der Erfindung implementiert, und
• 2 zeigt die Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform in der gleichen Weise wie in 1.
• Flache Glasscheiben, die eine gewünschte Form und Größe aufweisen, werden auf eine aus den Walzen eines Beschickungstisches 1 gebildete Fördereinrichtung 4 gelegt, wodurch eine Glas-Charge in einen Ofen 2 auf eine aus Walzen gebildete Fördereinrichtung 5 darin transportiert wird. Das Erwärmen einer Glas-Charge wird zum Beispiel mittels elektrischer Widerstände 3 vorgenommen, die über und unter der Fördereinrichtung 5 angeordnet sind. Auch andere Typen von bekannten Wärmequellen sind verfügbar. Konvektions-Brenner (convection blowpipes) können als Beispiel dafür angeführt werden. Die Erwärmungselemente 3 können sowohl Strahlungserwärmungsausrüstung als auch Konvektionserwärmungsausrüstung als ein Aggregat umfassen.
• Im Hinblick auf die Erwärmungssteuerung und auch im Hinblick auf andere im Folgenden beschriebene Zwecke ist es von Vorteil, so umfassend wie möglich über Informationen Bescheid zu wissen, die eine Charge repräsentieren, insbesondere eine Chargen-Geschwindigkeit, die Positionen, Formen und Größen von Glasscheiben. Daher ist in der Ausführungsform von 1 zum stromabwärts liegenden Ende eines Beschickungstisches 1 hin eine kurze Strecke der Fördereinrichtung in einem Gehäuse 7 eingeschlossen, das mit Lichtquellen 8 mit hoher Intensität zum Beleuchten einer Glas-Charge von oben her versehen ist. Die Lichtquellen 8 können herkömmliche Hochfrequenz-Fluoreszenzlampen umfassen, die innerhalb des Bereichs von sichtbarem Licht arbeiten. Die Lichtquelle 8 kann auch eine Anordnung von LEDs umfassen, welche die gesamte Breite der Fördereinrichtung abdecken. Dies hat den Vorteil, dass die Länge einer Lichtquelle nicht auf die Länge von verfügbaren Lampen begrenzt ist. Die beleuchteten Glasflächen werden für eine Kamera 6 sichtbar gemacht und unterscheiden sich von ei fern z.B. schwarzen Hintergrund 9. Die Zeilenkamera 6 wird mit ihrem Sehfeld in Übereinstimmung mit einem Spalt zwischen den Walzen 4 des Beschickungstischs 2 fokussiert, und die schwarze Hintergrundfläche 9 liegt hinter diesem Zwischenwalzenspalt unter der Fördereinrichtung. Die Hintergrundfläche 9 ist normalerweise schwarz, kann sich aber auch anderweitig von der reflektierenden Glasfläche unterscheiden. Die Intensität der Lichtquelle 8 kann der Reflektion des Glases entsprechend regulierbar sein oder sich automatisch selbst regulieren.
• Die Zeilenkamera 6 wird in einem relativ zur Senkrechten der Transportebene spitzen Winkel auf eine Transportebene von Glasscheiben gerichtet, der einen geeigneten Reflektionswinkel α bildet. Dieser Winkel α liegt typischerweise innerhalb des Bereichs von 20°–45°, z.B. ungefähr 30°–40°. Die Lichtquelle 8 ist jeweils auf eine Weise positioniert und zielgerichtet, dass das Licht, das von einem Einfallswinkel kommt, der mit dem Reflektionswinkel α übereinstimmt, eine hohe Intensität aufweist. Die Zeilenkamera wird zum Aufnehmen einer leichten Hintergrundlichtstrahlung verwendet, die durch die Glas-Transportebene kommt, wobei eine wesentliche Erhöhung ihrer Intensität als Glas entschlüsselt wird, weil die Kamera 6 dank der Anordnung Licht erfasst, das vom Glas reflektiert wird.
• Die Ausführungsform von 2 unterscheidet sich nur in dem Sinn von der vorhergehenden, dass die Lichtquelle 8 und die Kamera 6 beide unter dem Beschickungstisch 1 angeordnet sind, und die Ausbreitungsrichtung des von der unteren Fläche (und möglicherweise auch von der oberen Fläche) reflektierten Lichts mit einem Spiegel 13 zur Kamera 6 hin abgelenkt wird. Somit kann die Kamera 6 in einer ausreichenden Entfernung relativ zu einem Reflektionspunkt ohne Positionierungsprobleme angeordnet werden. Andererseits sind keine unpraktischen und zu schützenden Strukturen über dem Beschickungstisch 1 vorhanden, nur eine Abschirmung oder ein Hintergrund 14, der eine nichtreflektierende, vorzugsweise schwarze matte Bogenfläche (soffit) ist.
• Wenn sich Glas auf der Fördereinrichtung 4 bewegt, können die Fördereinrichtungsimpulse auf die Zeilenfrequenz der Kamera synchronisiert werden, um Informationen eines dichten Punktmatrix-Typs in Bezug auf einen Bereich bzw. Bereiche mit vorhandenem Glas bereitzustellen.
• Ein allgemeiner Typ von Zeilenkamera umfasst eine Kamera mit einer Auflösung von 2048 Pixeln und einer Leistung zum Unterscheiden von 256 Graustufen. Diese allgemeine und nicht teure einfache Kamera reicht für Zwecke der Erfindung aus. Wenn die Fördereinrichtung eine maximale Breite von 3000 mm aufweist, wird die daraus resultierende Pixelgröße von 1,46 mm mit einer einzigen 2048-Pixel-Kamera erlangt. Wenn ein Wobbeln eines Pixels an beiden Kanten vorhanden ist, beträgt die Genauigkeit 3 mm. Mit drei 2048-Pixel-Kameras beträgt die Pixelgröße 0,488 mm, wodurch die Messgenauigkeit wenigstens 1 mm beträgt. Mit einer einzelnen 8192-Pixel-Kamera ist die Genauigkeit sogar noch besser. In den meisten Fällen können praktische Anforderungen mit nur einer 2048-Pixel-Kamera erfüllt werden, da Glas selbst aus einer Messung identifiziert werden kann, die mit der Genauigkeit von 3 mm durchgeführt wird. Programmatisch ist es möglich, eine Auflösung bereitzustellen, die sogar noch höher als ein Pixel ist.
• Aus der Chargen-Tabelle 1 werden Punktmatrix-Informationen der Größe von z.B. 2048 Pixel × 3277 Pixel (3000 × 4800 mm) erhalten, die angeben, welche Punkte Glas aufweisen und welche nicht.
• Informationen, die eine Charge repräsentieren, werden an eine Steuereinrichtung 10 übergeben, in der die Informationen auf verschiedene Weise verarbeitet werden können. In dieser beispielhaften Ausführungsform werden diese Informationen speziell zum Steuern der Widerstände 3 und anderer Erwärmungseinrichtungen und zum Berechnen von Erwärmungsprofilen verwendet. Zu diesem Zweck ist die Fördereinrichtung in Bahnen eingeteilt, die ein Breite aufweisen, die einem einzelnen Widerstand 3 entsprechen (z. B. 100 mm).
• Die längenweise Berechnung erfolgt, indem die Länge einer Charge gemessen wird und indem geprüft wird, ob eine Charge durchgehend ist oder aus mehreren Längen besteht. Programmatisch wird in der Steuereinheit 10 oder 11 gefolgert, ob verschiedene Bahnen auf Grund diskrepanter Längen unterschiedliche Erwärmungseinwirkungen erfordern. Falls gewünscht, ist es auch möglich, längs verteilte Erwärmungseinrichtungen zu steuern.
• Die seitliche Berechnung für erforderliche Erwärmung wird unter einer Sichtprüfung vorgenommen, welche Erwärmungseinrichtungen (welche Bahnen) unter sich Glas auf weisen, und welche Erwärmungseinrichtungen kein Glas unter sich aufweisen. Notwendige Erwärmungseinwirkungen werden mit einer gewünschten Gleichung berechnet, um ein gewünschtes quergerichtetes (crosswise) Erwärmungsprofil zu erstellen. Dies ermöglicht eine Reaktion praktisch in Echtzeit auf eine Erwärmungsanforderung, wodurch ein besserer Temperaturausgleich für den Ofen bereitgestellt wird.
• Die Erfindung kann auch zur Identifizierung von zerbrochenen Gläsern und für die Unterscheidung von Gläsern verwendet werden, die für verschiedene Kunden bestimmt sind. Ein Bild der Lade-Fördereinrichtung 1, 4 wird der Bedienperson mit einem Monitor 12, der in der Nähe einer Entlade-Fördereinrichtung platziert ist, angezeigt, die sehen kann, ob Glas an einer Stelle fehlt. Falls gewünscht, kann die Entlade-Fördereinrichtung auch mit ihrem eigenen Kamerasystem ausgestattet werden, und damit kann die Beobachtung von fehlendem Glas automatisiert werden.
• Wenn eine Kenntnis von der Größe und Form eines Glasstücks vorhanden ist, kann das Glas identifiziert werden, und es können Etiketten für die Bedienperson am Entlade-Ende zum Anbringen auf Gläsern gedruckt werden (Kunden- und Glas-Informationen). Gläser für mehrere Kunden können in ein und derselben Charge ohne Gefahr einer Verwechslung der Gläser durchgeleitet werden. Eine weitere vorstellbare Anwendung ist solcherart, dass die Bedienperson am Lade-Ende und die Bedienperson am Entlade-Ende das gleiche Bild einer Charge sehen können, und die Bedienperson am Lade-Ende das Bild mit einem Markierungsstift markiert, mit dem angegeben wird, welche Gläser in einer bestimmten Kundenlieferung enthalten sind.
• Die Identifizierung von Gläsern kann mit einem Strichcode verbunden werden, der eine Verfolgung dessen, wann und mit welchen Prozesswerten ein Glasstück den Prozess durchlaufen hat, selbst daran anschließend ermöglicht. Dies stellt nützliche Rückmeldungs-Informationen zum Überwachen der Produktion oder Prüfen der Prozess-Steuerparameter bereit.
• Ein Strichcode, der mit jeder Glasscheibe verbunden ist, bildet eine ID-Kennung, die in einer Datenbank zusammen mit Informationen gespeichert wird, die sich auf einen Produktionsprozess beziehen. Somit ist es anschließend möglich, die Informationen und Prozessparameter zu prüfen, die an dem Produktionsprozess von einzelnen Gläsern beteiligt waren.

Claims (10)

1. Verfahren zum Überwachen von Sicherheitsglasproduktion und zum Steuern eines Behandlungsprozesses anhand von Informationen, die eine Charge von Glasscheiben repräsentieren, wobei das Verfahren Transportieren flacher Glasscheiben durch wenigstens einen Behandlungsprozess und Lesen von Informationen, die eine Charge von Glasscheiben repräsentieren und beim Steuern von Produktions- oder Prozessparametern verwendet werden, vor dem Behandlungsprozess mittels einer Kamera oder Kameras (6) umfasst, wobei Licht hoher Intensität auf eine Transportebene gerichtet wird, in der sich eine Vielzahl von Glasscheiben auf einen Härt- oder Wärmefestigungsprozess zu bewegen, und Informationen, die eine Charge repräsentieren, mittels der Kamera bzw. Kameras (6) gelesen werden, die so ausgerichtet ist/sind, dass sie direkt oder über einen Spiegel das von dem Glas reflektierte Licht erfasst/erfassen, die Informationen, die eine Charge repräsentieren, bei dem Härt- oder Wärmefestigungsprozess verwendet werden, um sowohl Strahlungserwärmung als auch Konvektionserwärmung zu steuern, und die Informationen, die die Charge repräsentieren, auch zum Überwachen der Produktion einer Glasverarbeitungsanlage und zum Aufzeichnen von mit einem Produktionsprozess zusammenhängenden Daten genutzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen mittels wenigstens einer Zeilenkamera (6) gelesen werden, die verwendet wird, um Hintergrundlichtstrahlung niedriger Intensität zu empfangen, die über die Glastransportebene auftrifft, wobei eine wesentliche Zunahme ihrer Intensität, wenn Licht durch Glas reflektiert wird, als Glas entschlüsselt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen mittels einer oder mehrerer Zeilenkameras (6) gelesen werden, die durch einen Spalt zwischen Walzen (4) einen Hintergrund (9, 14) erfassen kann/können, der schwarz ist oder sich anderweitig von der reflektierenden Glasoberfläche unterscheidet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass Licht auf die Bodenfläche einer Glasscheibe gerichtet wird, wobei das davon reflektierte Licht mit einem Spiegel (13) zu einer Zeilenkamera (6) reflektiert wird, die unterhalb der Transportebene angeordnet ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen, die eine Charge repräsentieren, beim Steuern einer Erwärmungseinrichtung (3, 11) genutzt werden, so dass Regulierung einer Erwärmungswirkung in einer Längs- und/oder Querrichtung des Ofens in Echtzeit durchgeführt wird, wenn das Glas an einem jeweiligen Erwärmungspunkt ankommt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen, die eine Charge repräsentieren, zum Identifizieren von Glasscheiben genutzt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen, die eine Charge repräsentieren, zum Erfassen von bei dem Prozess gebrochenen Glasscheiben genutzt werden.
8. Vorrichtung zum Überwachen von Sicherheitsglasproduktion und zum Steuern eines Behandlungsprozesses mittels Informationen, die eine Charge von Glasscheiben repräsentieren, wobei die Vorrichtung einen Ofen (2), Erwärmungseinrichtungen (3), die in dem Ofen zum Erwärmen von Glasscheiben zum Härten oder Wärmefestigen vorhanden sind, einen Beschickungstisch (1), eine Walzenfördereinrichtung (4, 5) zum Befördern von Glasscheiben von dem Beschickungstisch (1) in den Ofen (2) und wenigstens eine Kamera (6) oberhalb oder unterhalb der Fördereinrichtung (4, 5) zum Lesen von Information umfasst, die eine Charge von Glasscheiben repräsentieren, wobei die Kamera (6) so gerichtet ist, dass sie direkt oder über einen Spiegel (13) das von dem Glas reflektierte Licht erfasst, wobei die Vorrichtung eine Quelle (8) von Licht hoher Intensität umfasst, die die Glascharge beleuchtet, die innerhalb des Sehfeldes der Kamera (6) vorhanden ist, die Kamera (6) mit einer Steuervorrichtung (10) zum Steuern sowohl der Strahlungserwärmungseinrichtung als auch der Konvektionserwärmungseinrichtung verbunden ist, die in den Erwärmungseinrichtungen (3, 11) für Glasscheiben enthalten sind, und auch eine Einrichtung (12) zum Überwachen der Produktion der Vorrichtung und zum Aufzeichnen von damit zusammenhängenden Daten auf Basis der Informationen umfasst.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, die eine Fördereinrichtung umfasst, die mit Walzen (4) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sehfeld einer Zeilenkamera (6) auf einen Spalt zwischen den Walzen (4) fokussiert ist, und dass oberhalb oder unterhalb dieses Zwischenwalzenspalts eine Hintergrundfläche (9, 14) vorhanden ist, die im Wesentlichen schwarz ist oder sich anderweitig von der reflektierenden Glasfläche unterscheidet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lichtquelle (8) und die Kamera (6) beide unterhalb des Beschickungstisches (1) befinden und dass die Ausbreitungsrichtung von Licht, das von der unteren Fläche reflektiert wird, mit dem Spiegel (13) in Richtung der Kamera (6) abgelenkt wird.