ES2247933A1 - Metodo y aparato no destructivo para la medida de la densidad en baldosas ceramicas. - Google Patents
Metodo y aparato no destructivo para la medida de la densidad en baldosas ceramicas.Info
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Abstract
Método y aparato no destructivo para la medida de la densidad en baldosas cerámicas. El método comprende generar un haz de rayos X con una intensidad I{sub,0} conocida y que inciden sobre la pieza cerámica (3) a controlar, detectar la intensidad I de los rayos X que atraviesan la pieza cerámica (3), medir su espesor e y obtener la densidad de la baldosa a partir de I, I{sub,0} y e. Realiza un barrido del haz de rayos X para obtener la densidad de una pluralidad de puntos de la pieza cerámica (3) y genera un mapa de su densidad. También puede obtener el mapa del espesor e de los puntos en los que obtiene la densidad. El aparato incluye medios que posibilitan la realización del procedimiento.
Description
Método y aparato no destructivo para la medida de
la densidad en baldosas cerámicas.
La presente invención tiene por objeto
proporcionar un método y aparato que permite realizar la medida de
la densidad aparente de baldosas cerámicas en tiempo real y todo
ello sin efectuar procesos destructivos, como cortes o similares,
sobre las baldosas. Es otro objeto de la invención el realizar la
medida no destructiva de la densidad aparente de una pluralidad de
puntos de la baldosa, de modo que permite obtener un mapa de la
densidad de dicha baldosa; todo ello para optimizar cualquiera de
los procesos empleados en la fabricación de baldosas, como son los
procesos en los que se emplean prensas hidráulicas para realizar el
prensado de un polvo, extrusión de una masa plástica o moldeo.
La invención se aplica en el sector de la
industria de fabricación de piezas de pavimento y revestimiento
cerámicos.
Cualquiera de los procedimientos de fabricación
de baldosas empleados en el estado actual de la técnica no
garantizan una distribución uniforme de la densidad de la baldosa,
lo que determina una posible causa de defectos que aparecen tras la
cocción, como es la falta de ortogonalidad o la variación de
medidas.
Por ello en la actualidad se realizan medidas de
la densidad aparente de las baldosas para tratar de paliar estos
posibles inconvenientes, para lo que son conocidos diferentes
sistemas, entre los que el más empleado consiste en el análisis de
probetas obtenidas por cortes de la pieza que se examina. Cada una
de las probetas en que se ha dividido la pieza se pesa en una
balanza electrónica, se sumerge en un baño de mercurio, para medir
la fuerza de empuje por el principio de Arquímedes y, finalmente se
determina la densidad como el cociente de masa/volumen. En este
sentido puede citarse la Patente P 9902849 que describe un sistema
que se basa en el empleo de la inmersión de la pieza en mercurio, o
la Patente US 4766964 que describe un dispositivo de medida de la
masa de una pieza y de su volumen, éste último determinado a partir
de la masa desalojada cuando la pieza se introduce en un
recipiente lleno de un material que puede fluir.
Estos sistemas presentan el inconveniente de que
es necesario realizar el corte de la pieza lo que relentiza la
realización de la medida, a parte de que se pierde dicha pieza, y
sobre todo, la toxicidad implícita en la utilización del mercurio
empleado para realizar el baño de inmersión de la pieza
cerámica.
También puede citarse la Patente P 9702478 en la
que se describe un procedimiento y dispositivo basado en el empleo
de ultrasonidos, o la Patente P 8904265 en la que se describe un
procedimiento y equipo que hace uso de la medida de la presión de
prensado para estimar y corregir la densidad, o la Patente US
6492641 que describe un método y aparato basados en la absorción de
radiación y emitida por una fuente radioactiva, que se aplica
especialmente a asfaltos y probetas de geometría cilíndrica.
Estos métodos presentan diferencias
significativas respecto al método y aparato propuestos en la
presente invención, que se basan en principio de funcionamiento
distintos, no aplicabilidad a baldosas cerámicas, no permiten la
obtención de un mapa de densidad y tienen mayor complejidad,
respecto a los documentos de Patentes citados anteriormente.
Para conseguir los objetivos y resolver los
inconvenientes anteriormente indicados, la invención ha
desarrollado un nuevo método y aparato que permite obtener la
densidad aparente de la pieza cerámica, como por ejemplo puede ser
una baldosa, sin que se requiera realizar la destrucción o corte de
la baldosa. La medida se obtiene a partir de la generación de rayos
X.
Para ello el procedimiento de la invención
comprende generar un haz de rayos X con una intensidad conocida el
cual incide sobre la pieza cerámica a controlar atravesando la
misma, y a continuación se detecta la intensidad del haz de rayos X
que atraviesa la pieza cerámica y se mide el espesor de la pieza
cerámica, para obtener la densidad de la pieza cerámica a partir de
la intensidad del haz de rayos X emitido, de la intensidad del haz
de los rayos detectados que atraviesan la pieza cerámica y de su
espesor.
En consecuencia, la densidad de la pieza cerámica
es función de la atenuación que sufre el haz al atravesarla y de
su espesor.
La densidad de la pieza cerámica se obtiene de la
ecuación de Lambert-Beer:
-ln
\frac{I}{I_{0}} = \rho\mu
e
Donde I_{0} es la intensidad conocida
del haz de rayos X que se genera, I es la intensidad de haz
de rayos X que atraviesa la pieza cerámica, \mu es el coeficiente
de absorción de rayos X de la pieza cerámica, \rho la densidad
aparente que se desea calcular y e el espesor de la pieza
cerámica.
Por consiguiente la densidad aparente es:
\rho =
\frac{-ln\frac{I}{I_{0}}}{\mu
e}
El procedimiento de la invención prevé la
realización de un barrido del haz de rayos X de forma que en base a
la descripción realizada anteriormente obtiene la densidad de una
pluralidad de puntos de la pieza cerámica y genera un mapa de la
densidad de dicha pieza cerámica con una resolución de al menos mil
puntos por cada pieza cerámica lo que constituye una gran ventaja
frente a los documentos citados en el apartado anterior en los que
no se pueden realizar más de treinta medidas de la densidad en una
misma pieza cerámica.
El procedimiento de la invención también prevé la
posibilidad de obtener un mapa del espesor de la pieza cerámica,
ya que se requiere realizar la medida de dicho espesor en cada
punto para obtener su densidad.
Una realización de la invención prevé que el
barrido del haz de rayos X realizado para obtener la densidad de
una pluralidad de puntos de la pieza cerámica, se efectúe mediante
el movimiento de la pieza cerámica, y todo ello manteniendo
inalterable la posición de la generación del haz de rayos X, así
como la posición de la recepción de dicho haz de rayos X que
atraviesa el espesor de la pieza cerámica.
En otra realización de la invención se prevé que
el barrido del haz de rayos X para obtener la densidad de una
pluralidad de puntos de la pieza cerámica se efectúe mediante el
movimiento de la posición de la generación del haz de rayos X y
mediante el movimiento simultáneo de la posición de la recepción
del haz de rayos X que atraviesa el espesor de la pieza
cerámica.
Por último el procedimiento de la invención prevé
que al realizarse el barrido del haz de rayos X para obtener la
densidad de una pluralidad de puntos de la pieza cerámica se
realice mediante una pluralidad de puntos de detección del haz de
rayos X que atraviesa el espesor de la pieza cerámica; que se
mantienen en una posición fija, y simultáneamente se realiza la
generación de un barrido del haz de rayos X coincidente con los
puntos de detección.
Además la invención se refiere a un aparato que
funciona según el procedimiento descrito, para lo que éste
comprende medios de generación de un haz de rayos X con una
intensidad conocida para proyectar el haz de rayos X sobre la pieza
cerámica, medios de detección de la intensidad del haz de rayos X
que atraviesa la pieza cerámica, medios de medida del espesor de la
pieza cerámica y medios de procesado que gobiernan el
funcionamiento del aparato y obtienen la densidad de la pieza
cerámica en función de la intensidad del haz del rayos X emitido,
de la intensidad del haz de rayos X detectado y del espesor de la
pieza cerámica.
Además, el aparato de la invención comprende
medios de medida de la densidad de la pieza cerámica en una
pluralidad de puntos, medios de obtención de un mapa de la densidad
de dicha pluralidad de puntos y medios de obtención de un mapa del
espesor.
Los medios de medida de la densidad de la pieza
cerámica en una pluralidad de puntos, que comprendan medios de
generación de un barrido del haz de rayos X que en una realización
de la invención están constituidos por medios de desplazamiento de
los medios de generación del haz de rayos X y simultáneamente de
desplazamiento de los medios de detección de la intensidad del haz
de rayos X que atraviesan el espesor de la pieza cerámica, tanto en
sentido vertical como en sentido horizontal.
Otra realización de la invención prevé que los
medios de generación del barrido del haz de rayos X para realizar
la medida de la densidad de la pieza cerámica en una pluralidad de
puntos estén constituidos por medios de desplazamiento de la pieza
cerámica en sentido vertical y horizontal, manteniéndose
inalterable la posición de los medios de generación del haz de
rayos X y de los medios de detección de la intensidad del haz de
los rayos X que atraviesa el espesor de la pieza cerámica.
Para realizar el barrido del haz de rayos X, la
realización preferente de la invención emplea los medios de
desplazamiento horizontal y vertical de la pieza cerámica comprenden
un chasis en el que está montado un bastidor móvil que se desplaza
verticalmente mediante una correa dentada accionada por un
servomotor gobernado por los medios de procesado, incluyendo además
el bastidor móvil al menos una correa dentada al menos una correa
dentada horizontal en la que apoya la pieza cerámica. En la
realización preferente de la invención se prevén tres correas
dentadas horizontales que son actuadas simultáneamente mediante un
servomotor, que igualmente es gobernado por los medios de
procesado.
Los medios de generación del haz de rayos X están
constituidos por un tubo de generación de rayos X con fuente de
alimentación integrada y controlada por los medios de procesado
para conocer la intensidad de emisión de los rayos X.
Además, la invención prevé que los medios de
generación del barrido del haz de rayos X estén constituidos por un
tubo de generación de rayos X dotado de medios de barrido.
Respecto a los medios de detección de la
intensidad del haz de rayos X que atraviesan la pieza cerámica
comprenden al menos un sensor de rayos X. La invención prevé la
posibilidad de emplear una pluralidad de sensores de rayos X que
están seleccionados entre sensores de medida puntual, lineal,
matricial y combinaciones de los mismos en función de los medios
empleados para realizar el barrido de rayos X.
Los medios de medida del espesor de la pieza
cerámica son telémetros ópticos basados en la generación de rayos
láser de forma que la invención prevé que éstos puedan estar
constituidos mediante generadores de rayos láser puntuales,
lineales, de barrido, y combinación de los mismos, en función de
los medios empleados para efectuar el barrido del haz de rayos X en
la medida de la densidad aparente en un punto o en una pluralidad
de puntos.
Dado que la invención basa la medida en el empleo
de rayos X, el aparato incluye un blindaje para evitar fugas de la
radiación del haz de los rayos X.
El método y aparato descritos tienen la ventaja
de que permiten realizar el análisis de la densidad aparente a una
mayor velocidad en tiempo real permitiendo obtener el mapa de la
densidad aparente y el mapa del espesor con una alta resolución, y
todo ello sin utilizar materiales tóxicos ni destruir la pieza
cerámica sobre la que se realiza la medida.
A continuación para facilitar una mejor
comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante
de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con
carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto
de la invención.
Figura 1. - Muestra un diagrama esquemático de un
posible ejemplo de realización del aparato de la invención.
Figura 2. - Muestra un posible ejemplo de
realización del aparato de la invención para realizar el barrido
del haz de rayos X mediante el movimiento de la pieza cerámica y
así obtener un mapa de la densidad aparente de la misma.
A continuación se realiza una descripción de la
invención basada en las figuras anteriormente comentadas.
El aparato de la invención cuenta con un tubo
generador de rayos X 1 que es gobernado mediante un procesador 7
para generar un haz de rayos X 2 con una intensidad I_{0}
conocida que atraviesa el espesor e de una pieza cerámica 3,
que en el ejemplo de realización es una baldosa, de la que se desea
obtener su densidad, de forma que el haz de rayos X 2a que
atraviesa la baldosa 3 es detectado mediante un sensor de rayos X 5
que capta su intensidad I, y mediante un amplificador 6 se
aplica al procesador 7, el cual determina la atenuación que sufre el
haz de rayos X al atravesar el espesor de la baldosa 3, para poder
calcular la densidad de la baldosa 3 tal y como será descrito con
posterioridad.
Además, para determinar la densidad de la
baldosa, el procesador 7 ha de conocer su espesor e, para lo
que la invención prevé unos telémetros láser 8 y 9 cuyas señales
obtenidas se envían al procesador 7.
A partir de estos datos el procesador 7 calcula
la densidad de la pieza cerámica o baldosa 3 en el punto en el que
incide el haz de rayos X 2, a partir de la aplicación de la
ecuación de Lambert-Beer que fue descrita en el
apartado de descripción de la invención, en la que la expresión
-ln\frac{I}{I_{0}} representa la atenuación que sufre el haz de
rayos X al atravesar el espesor e de la pieza cerámica 3.
Para impedir las fugas de la radiación emitida
por el generador de rayos X 1 se prevé un blindaje de seguridad 10
que realiza esta función.
La descripción realizada enseña como efectuar la
medida de la densidad aparente de un punto de la pieza cerámica 3,
pero la invención está especialmente concebida para llevar a cabo
una pluralidad de medidas de la densidad aparente en diferentes
puntos de la pieza cerámica 3, para lo se ha de realizar un barrido
del haz de rayos X que incida sobre diferentes punto de la pieza
cerámica, para lo que la invención realiza el desplazamiento de la
pieza cerámica mediante unas bandas transportadoras 4 que efectúan
el desplazamiento tanto horizontal como vertical de la pieza
cerámica 3, cuyo funcionamiento se explica a continuación con ayuda
de la figura 2.
Para ello la invención comprende un chasis 11 que
está dotado de unas guías 12, en las que se guía el desplazamiento
vertical de un bastidor móvil 13, para lo que éste comprende unos
rodamientos lineales de recirculación de bolas 14 por cuyo interior
discurren las guías 12 que están materializadas mediante barras de
acero cromado.
Para conseguir el desplazamiento vertical del
bastidor móvil 13, éste está unido a una correa dentada 4a que está
anclada al chasis 11 mediante unas poleas 16, la superior de las
cuales es movida por un servomotor 15 que es gobernado por el
procesador 7, de forma que al encontrarse la baldosa 3 ubicada en
el bastidor móvil 13 se produce el desplazamiento vertical de la
misma según un desplazamiento de vaivén.
Para obtenerse el desplazamiento horizontal de la
baldosa 3, el bastidor móvil 13 está dotado de unos ejes
giratorios 17 dotados de rodamientos radiales 18 que atraviesan el
bastidor móvil 13. A su vez los ejes giratorios 17 mueven unas
correas dentadas paralelas 4b y 4c en las que apoya la superficie
de la pieza cerámica 3, y su canto apoya sobre una correa dentada
4d que es movida simultáneamente junto con las correas dentadas 4b
y 4c, para lo que está relacionada con éstas mediante un reenvío
de engranajes de 90º 20 que conecta con los ejes 17, uno de los
cuales está unido a un servomotor 19 que es gobernado por el
procesador 7, de forma que la velocidad lineal de la correa dentada
4d es igual a la velocidad lineal de las correas dentadas 4b y 4c
para conseguir el desplazamiento uniforme según un movimiento de
vaivén a izquierda y derecha gobernado por el procesador 7.
En base a la descripción realizada se comprende
fácilmente que manteniendo el tubo 1, el sensor 5 y los telémetros
ópticos 8 y 9 fijos en el chasis 11, se puede realizar el barrido
de haces de rayos X sobre la totalidad de la pieza cerámica 3, par
lo que el procesador 7 gobierna la generación de rayos X al
realizar el desplazamiento de la baldosa sobre los diferentes
puntos y obtenga un mapa de la densidad aparente y del espesor de la
baldosa 3, con una alta resolución, de varios miles de medidas a lo
largo y ancho de toda la pieza cerámica 3.
Tal y como ya fue expresado en el apartado de
descripción de la invención, también cabe la posibilidad de que se
mantenga la baldosa 3 estática y desplazando los elementos de
medida, o mantener estáticas todas las partes: la pieza cerámica 3,
los sensores 5 y el tubo generador de rayos X 1, realizando un
barrido de la baldosa 3, para ello únicamente hay que instalar
sensores 5 de medida puntual, lineal o matricial sin que ello
modifique la esencia de la invención para realizar la medida de la
densidad aparente a partir de la atenuación y espesor tomando como
base técnicas radiológicas y de telemetría óptica.
Claims (18)
1. Método no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, caracterizado porque
comprende:
- Generar un haz de rayos X con una intensidad
I_{0} conocida que inciden sobre la pieza cerámica (3) a
controlar;
- detectar la intensidad I de los rayos
que atraviesan la pieza cerámica (3);
- medir el espesor de la pieza cerámica (3);
- obtener la densidad aparente de la pieza
cerámica (3) a parir de la intensidad I del haz de rayos X
emitido, de la intensidad I del haz de rayos X detectado y
del espesor e de la pieza cerámica (3).
2. Método no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, según reivindicación 1,
caracterizado porque la densidad aparente de la pieza
cerámica (3) es el logaritmo neperiano cambiado es signo del
cociente de la intensidad I_{0} del haz de rayos X
incidente sobre la pieza y la intensidad I del haz de rayos
X que atraviesa la pieza cerámica (3), todo ello dividido por el
producto del espesor e de la pieza cerámica (3) por el
coeficiente de absorción del haz de rayos X \mu de la pieza
cerámica (3).
3. Método no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, según reivindicación 1,
caracterizado porque comprende realizar un barrido del haz
de rayos X, obtener la densidad aparente de una pluralidad de
puntos de la pieza cerámica (3) y generar un mapa seleccionado entre
un mapa de la densidad aparente de dicha pieza cerámica (3), un
mapa del espesor de dicha pieza cerámica (3) y combinación de los
mismos.
4. Método no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, según reivindicación 3,
caracterizado porque la resolución del mapa de la densidad
aparente y en su caso del espesor es de al menos mil puntos por
cada pieza cerámica (3).
5. Método no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, según reivindicación 3,
caracterizado porque el barrido del haz de rayos X se
efectúa mediante el desplazamiento vertical y horizontal de la pieza
cerámica (3), manteniendo en una posición fija la generación del
haz de rayos X, así como la posición de la recepción de dicho haz
de rayos X que atraviesa el espesor de la pieza cerámica (3).
6. Método no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, según reivindicación 3,
caracterizado porque el barrido del haz de rayos X se
efectúa mediante el movimiento de la posición de la generación del
haz de rayos X y mediante el movimiento simultáneo de la posición
de la recepción del haz de rayos X que atraviesa el espesor
e de la pieza cerámica (3).
7. Método no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, según reivindicación 3,
caracterizado porque el barrido del haz de rayos X se
realiza mediante una pluralidad de puntos de detección del haz de
rayos X que atraviesan el espesor e de la pieza cerámica
(3), los cuales se mantienen en una posición fija, y
simultáneamente se realiza la generación de un barrido del haz de
rayos X coincidente con los puntos de detección.
8. Aparato no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, caracterizado porque
comprende medios (1) de generación de un haz de rayos X con una
intensidad I_{0} conocida que proyecta el haz sobre la
pieza cerámica (3), medios de detección de la intensidad I
del haz de rayos X que atraviesa la pieza cerámica (3), medios de
medida de espesor e de la pieza cerámica (3) y medios de
procesado (7) que gobiernan el funcionamiento del aparato y
obtienen la densidad de la pieza cerámica (3) en función de la
intensidad I_{0} del haz de rayos X emitido, de la
intensidad I del haz de rayos X detectado y del espesor
e de la pieza cerámica (3).
9. Aparato no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, según reivindicación 8,
caracterizado porque comprende medios de obtención de la
densidad de la pieza cerámica en una pluralidad de puntos, y medios
seleccionados entre medios de obtención de un mapa de la densidad
de dicha pluralidad de puntos de la pieza cerámica (3), medios de
obtención de un mapa del espesor de la pieza cerámica (3)en
dicha pluralidad de puntos y combinación de los mismos.
10. Aparato no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, según reivindicación 9,
caracterizado porque los medios de obtención de la densidad
de la pieza cerámica en una pluralidad de puntos comprenden medios
de generación de un barrido del haz de rayos X.
11. Aparato no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, según reivindicación 11,
caracterizado porque los medios de generación de un barrido,
del haz de rayos X comprenden medios de desplazamiento de la pieza
cerámica en sentido vertical y horizontal, y medios que mantienen
inalterable la posición de los medios de generación del haz de
rayos X y de los medios de detección del haz de los rayos X que
atraviesan el espesor de la pieza cerámica (3).
12. Aparato no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, según reivindicación 11,
caracterizado porque los medios de desplazamiento
horizontal y vertical de la pieza cerámica comprenden un chasis
(11) en el que está montado un bastidor móvil (13) que se desplazan
verticalmente mediante una correa dentada (4) accionada por un
servomotor (15) gobernado por los medios de procesado (7);
incluyendo además el bastidor móvil (13) al menos una correa
dentada horizontal (4b-4d) en la que apoya la pieza
cerámica (3), siendo dicha al menos correa dentada horizontal se
accionada mediante un servomotor (19) que es gobernado por los
medios de procesado (7).
13. Aparato no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, según reivindicación 12,
caracterizado porque se prevén tres correas dentadas
horizontales (4b-4d) en el bastidor móvil (13) para
apoyar la pieza cerámica (3), y que son actuadas simultáneamente
por el servomotor (19).
14. Aparato no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, según reivindicación 11,
caracterizado porque los medios de generación de un barrido
del haz de rayos X comprenden medios de desplazamiento de los
medios de generación del haz de rayos X y simultáneamente de
desplazamiento de los medios de detección de la intensidad del haz
de rayos X que atraviesan el espesor de la pieza cerámica tanto en
sentido vertical como en sentido horizontal.
15. Aparato no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, según reivindicación 10,
caracterizado porque los medios de generación del barrido
del haz de rayos X están constituidos por un tubo (1) de generación
de rayos X dotado de medios de barrido.
16. Aparato no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque los medios de detección de la
intensidad I del haz de rayos X que atraviesan la pieza
cerámica (3) comprenden al menos un sensor de rayos X (5) y
selectivamente una pluralidad de sensores de rayos X que están
seleccionados entre sensores de medida puntual, lineal, matricial y
combinaciones de los mismos.
17. Aparato no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, según reivindicación 10,
caracterizado porque los medios de medida de espesor
e de la pieza cerámica (3) son telémetros ópticos (8, 9)
basados en la generación de rayos láser, que están seleccionados
entre generadores de rayos láser puntuales, lineales, de barrido y
combinación de los mismos.
18. Aparato no destructivo para la medida de la
densidad en baldosas cerámicas, según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque comprende un blindaje (10) para evitar
fugas de la radiación de los haces de los rayos X.
Priority Applications (2)
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| ES200401732A ES2247933B1 (es) | 2004-07-15 | 2004-07-15 | Metodo y aparato no destructivo para la medida de la densidad en baldosas ceramicas. |
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|---|---|---|---|---|
| ES2439421A1 (es) * | 2012-07-19 | 2014-01-22 | José Luis NOVO RODRÍGUEZ | Método y sistema de medición de densidad para piezas cerámicas |
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|---|---|
| WO2006018463A1 (es) | 2006-02-23 |
| ES2247933B1 (es) | 2007-05-16 |
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