ES2253608T3 - Dispositivo de microondas para el control de calidad de materiales en forma de cordon. - Google Patents
Dispositivo de microondas para el control de calidad de materiales en forma de cordon.Info
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Abstract
Dispositivo para el control de calidad de materiales en forma de cordón (2) como hilos, mechas, cintas de carda y similares con un dispositivo de medición que presenta un generador de microondas, un resonador de microondas (3) y dispositivos (4) para la determinación del desplazamiento de la frecuencia de resonancia y del ensanchamiento de la curva de resonancia a través del material en forma de cordón (2), y con dispositivos mecánicos (1) para el transporte de los materiales en forma de cordón (2) a través del volumen de medición del resonador de microondas, siendo el campo de microondas en el volumen de medición homogéneo y estando configurado el dispositivo para la medición de la masa por longitud y de la humedad de los materiales en forma de cordón (2) y caracterizado porque el resonador de microondas (3) presenta uno o varios elementos metálicos alargados (7) dispuestos en su eje longitudinal para la concentración del campo de microondas.
Description
Dispositivo de microondas para el control de
calidad de materiales en forma de cordón.
La invención se refiere a un dispositivo para el
control de calidad de materiales en forma de cordón como hilos,
mechas, cintas de carda y similares con un dispositivo de medición
que presenta un generador de microondas, un resonador de microondas
y dispositivos para la determinación del desplazamiento de la
frecuencia de resonancia y del ensanchamiento de la curva de
resonancia a través del material en forma de cordón, y con
dispositivos mecánicos para el transporte de materiales en forma de
cordón a través del volumen de medición del resonador de
microondas.
Para el control de calidad de hilos, mechas y
cintas de carda es necesaria una detección de las oscilaciones de
calidad, especialmente de oscilaciones de masa, es decir, una
comprobación de su homogeneidad. Es preciso registrar errores con
respecto a la variación de masa. Por medio de la frecuencia y la
intensidad de los errores es posible llevar a cabo una valoración
de la calidad del producto a medir. Esta valoración de calidad debe
realizarse preferiblemente, aunque no exclusivamente, con una
estación de medición de laboratorio. La medición debe llevarse a
cabo independientemente de parámetros como la humedad del material,
el color del material, la clase de material (por ejemplo, terreno
de cultivo de algodón).
Se conocen distintos dispositivos para el control
de calidad de materiales en forma de cordón que, sin embargo,
presentan inconvenientes. El grosor, especialmente, de cintas de
carda se puede medir mecánicamente, haciendo pasar la cinta de
carda a través de un par de cilindros de los que al menos uno es
móvil (DE 298 23 928 U1). Por medio de un elemento palpador se
puede determinar la desviación de uno de los cilindros provocada por
la variación del grosor. Este procedimiento puede ser muy útil para
cintas de carda de una anchura constante. Para hilos relativamente
finos no resulta apropiado, dado que las variaciones de grosor en
dirección axial sólo se pueden registrar si, como en el estado de
la técnica, los cilindros están configurados como cilindros de
ranura y resorte.
También se conoce la posibilidad de realizar las
mediciones de la masa con una disposición compuesta de un emisor de
luz y de un receptor de luz (DE 29 12 558 C2). No obstante, aquí
sólo es posible medir propiedades ópticas como consecuencia de
reflejos superficiales que no reproducen la masa o bien la masa por
longitud del material. Se pueden producir adulteraciones, por
ejemplo, en las variaciones del color del cordón a medir. Este
procedimiento del estado de la técnica también está sólo previsto
principalmente para cintas de carda.
Esto también es válido para un procedimiento en
el que se emite sonido a través del material y en el que a partir
de la variación de la amortiguación se deducen las variaciones de
las propiedades del material (DE 32 37 357 C2). Por consiguiente,
no es posible una determinación clara de la masa, dado que la
amortiguación también puede estar influenciada por otras
propiedades como, por ejemplo, la humedad del material. Por otra
parte, este material apenas se puede utilizar para hilos más finos,
dado que no es posible dirigir todo el sonido a través del
hilo.
Además se conoce la posibilidad de dejar pasar el
material en forma de cordón a través de dos placas de un
condensador (DE-OS 20 41 044). Los procedimientos de
medición capacitivos de este tipo tienen el inconveniente de que
las señales reaccionan de forma muy sensible a las variaciones de la
humedad a causa de la elevada constante dieléctrica del agua. Por
lo tanto, no se puede compensar la influencia de las variaciones de
la humedad. Por esta razón es necesario estabilizar el material
antes de la medición capacitiva a un valor de humedad conocido y
definido con exactitud, lo que puede requerir, sin más, de uno a dos
días también a temperaturas uniformes y demás condiciones
constantes. Por lo tanto, no es posible una medición rápida de la
calidad. En este caso, cuanto más cerca de la producción se examina
el material textil en la estación de prueba, tanto más
perturbadoras resultan las fluctuaciones de la humedad, es decir,
cuando no se puede proporcionar una homogeneidad suficiente del
material. Una reproducción precisa de la calidad del producto actual
libre de fluctuaciones de humedad sólo resulta después de un
almacenamiento respectivamente prolongado bajo las debidas
condiciones. Sin embargo, en este caso las inhomogeneidades de la
humedad en virtud de las estructuras de poros variables como las
que se producen en todos los productos, también establecen un claro
límite a la precisión de medición.
En un procedimiento del tipo citado al principio
(WO-00/12974), se determina la densidad del material
de cordón fibroso, es decir, se mide la masa por unidad de volumen.
Si el volumen del material que se mide varía, esta determinación de
la densidad sólo es posible si se conoce el volumen de la muestra en
el campo de medición. El emplazamiento del volumen de material
medido también debe mantenerse exacto y constante a través del
control de muestras mecánico, dado que se obtienen señales
falsificadas si el cordón de material sale a zonas de intensidades
de microondas más reducidas. Si el volumen de la sección transversal
de la muestra varía, este hecho debe ser registrado para la
medición de la densidad bien mediante una medición de volumen
paralela o bien ser tenido en cuenta mediante un nuevo calibrado.
En muchos casos, la densidad tiene una importancia secundaria si el
material se comprime de todos modos más adelante, es decir, se le
proporciona una densidad más alta. Por consiguiente, la densidad
resulta menos apropiada para el control de calidad.
Se conoce la posibilidad de medir la humedad y la
densidad de materiales en forma de cordón en un resonador
cilíndrico plano, introduciéndose el material a través de un
orificio de paso (EP 0 889 321 A1). Además se ha propuesto utilizar
microondas para la determinación de la masa de cordones en la
industria de hilados (documento WO 03/050530 A2 publicado
posteriormente).
El objetivo de la invención consiste en la
creación de un dispositivo del tipo citado al principio, con el que
se pueda determinar de forma rápida, fiable y mejor la calidad de
materiales en forma de cordón.
La solución de acuerdo con la invención consiste
en que el campo de microondas en el volumen de medición es
homogéneo y el dispositivo está configurado para la medición de la
masa por longitud y de la humedad del material en forma de cordón y
en que el resonador de microondas presenta uno o varios elementos
metálicos dispuestos en su eje longitudinal para la concentración
del campo de microondas.
Por lo tanto, al contrario que en el estado de la
técnica, no se mide la densidad de los materiales en forma de
cordón, sino la masa por longitud. Este valor es fundamental en el
tratamiento posterior para que en las máquinas siguientes se
aporten siempre cantidades de material comparables o conocidas por
unidad de tiempo. La cantidad de material aportada por unidad de
tiempo resulta de la masa determinada por longitud y de la
velocidad de aportación.
Para que la masa por longitud se pueda medir con
exactitud está previsto que el campo de medición de microondas sea
fundamentalmente homogéneo por el volumen de muestra. Por
consiguiente, no tiene ninguna importancia si el material sufre
cambios en sus medidas de sección transversal o si se mueve
levemente fuera del centro del campo de medición. En este caso, la
señal de microondas no varía, al contrario que en el procedimiento
del estado de la técnica, incluso aunque el material se comprima a
un factor 10.
Gracias a la configuración especial del campo de
resonador de microondas con resonadores adaptados especialmente a
la geometría del producto, en el dispositivo de acuerdo con la
invención el volumen que alcanzan los materiales en forma de cordón
al pasar por el volumen de medición es completamente irrelevante
para la señal de medición siempre que se muevan dentro de límites
determinados que son válidos para el resonador especial y el
producto especial. Por consiguiente, si el material en forma de
fibra o de cordón es comprimido dentro de estos límites de volumen
de medición al pasar el resonador, la señal de masa generada por el
circuito de valoración permanece constante, a pesar de que la
densidad de cordón varía múltiples veces. Este es también uno de los
motivos por el que en una forma de realización ventajosa está
prevista la conmutación a varios resonadores. Según el volumen
necesario que adopta el material a medir, para la medición de la
masa se utiliza un resonador especial que en la sección transversal
a través de la muestra de material presenta un campo magnético
eléctrico homogéneo, de manera que una variación de la masa en un
punto cualquiera de la sección transversal provoca el aumento
inmediato de la señal de masa. En caso de hilos muy finos cabe la
posibilidad de limitar la homogeneidad transversal necesaria del
campo de medición a una zona de sección transversal muy reducida, de
manera que, en este caso, es posible un enfoque de campo en la zona
de hilo, pudiéndose intensificar un efecto de medición normalmente
muy reducido del hilo fino. La homogeneidad transversal exigida del
campo de medición para la medición de masa también permite, por
consiguiente, una constancia de la señal de masa, incluso si la
muestra a medir se mueve transversalmente a la dirección de cordón
en la zona del campo de medición permitido, aumentando claramente
la precisión de la medición de masa. Dado que el campo de medición
en dirección de cordón está definido por la geometría del
resonador, mediante la determinación de la masa por longitud del
material en forma de cordón se registra toda la masa en la sección
transversal de la muestra, independientemente de su distribución o
posicionamiento en el campo de medición del resonador. En este caso,
mediante el dispositivo de acuerdo con la invención no se registra
el flujo de masa (masa por unidad de tiempo o producto a partir de
masa y velocidad de cordón), sino la masa presente en el campo de
medición independientemente de la velocidad de cordón.
La determinación del desplazamiento de la
frecuencia de resonancia y el aumento de la curva de resonancia no
significa que esta determinación se ejecute de forma real y directa
mediante la reducción paulatina de la curva de resonancia. Esta
determinación también se puede llevar a cabo indirectamente mediante
la medición en unos pocos puntos de la curva de resonancia,
realizándose determinadas suposiciones sobre la forma de esta curva
de resonancia.
La medición se lleva a cabo con microondas,
estando previstos en el resonador elementos para la concentración
del campo de microondas. Con la técnica de microondas se dispone de
un procedimiento exacto para determinar parámetros de calidad,
especialmente la masa independientemente de la humedad (WO
91/12518). La técnica de medición de microondas también permite
trabajar con velocidades muy altas del material en forma de cordón,
dado que no están previstas piezas móviles mecánicamente que deban
reaccionar a variaciones del grosor. Más bien, todo el registro y
la valoración se realizan electrónicamente.
Las mediciones se pueden llevar a cabo con
frecuencias de 300 MHz a 30 GHz. Sin embargo, las frecuencias entre
1 GHz y 15 GHz han resultado ser especialmente apropiadas.
A fin de permitir mediciones exactas, el material
continuo en forma de cordón debería influir lo más posible en el
campo del resonador. Por consiguiente, el campo del resonador
debería concentrarse en gran medida en la zona que atraviesa el
material en forma de cordón. Mientras que para cintas de carda
anchas son necesarios resonadores relativamente grandes a través de
los cuales debe pasar el material, para hilos más finos o mechas se
utilizan resonadores más pequeños. En este caso, los distintos
resonadores se conectan a través de conmutadores al circuito de
valoración, de manera que siempre está unido al circuito de
valoración aquel resonador a través del cual pasa en ese momento el
material a medir. Por otra parte o adicionalmente, los resonadores
de microondas pueden presentar elementos para la variación de la
configuración del campo de microondas para que en un resonador más
grande por el que pasa un material con medidas más reducidas, la
intensidad de microondas también se pueda concentrar en el
material.
El dispositivo está configurado convenientemente
como estación de medición de laboratorio para que los materiales en
forma de cordón puedan ser comprobados antes del tratamiento.
Además de las ventajas ya mencionadas,
especialmente frente al procedimiento capacitivo, la técnica de
microondas tiene la ventaja de que el dispositivo se puede poner en
funcionamiento directamente después del encendido. Los aparatos de
microondas no necesitan un período de calentamiento como en los
sensibles procedimientos capacitivos.
Con el dispositivo de acuerdo con la invención no
sólo es posible medir la humedad independientemente de la masa.
Especialmente es posible una medición exacta de la masa en la que se
compensa automáticamente la influencia de la humedad, es decir, son
posibles mediciones de masa independientes de la humedad. Esto
último tiene una importancia especial, dado que se demuestra que
una variación de la humedad del material supone sensiblemente una
perturbación de una medición exacta de la masa a causa de la gran
constante dieléctrica del agua. Mediante la compensación automática
del valor de medición de masa de microondas con ayuda del valor de
medición de humedad de microondas se puede eliminar esta fuente de
errores. La masa medida con ayuda del método de microondas
corresponde, por lo tanto, a la masa real del producto. Si se lleva
a cabo adicionalmente un calibrado de humedad sobre la base de uno
de los procedimientos de referencia corrientes (que en su mayor
parte es independiente de la clase dentro del tipo de material), el
procedimiento de microondas también permite la medición de la masa
de material seco o la masa en una humedad objetiva que se puede
definir libremente.
Si aquí se habla de "masa", siempre se
entiende la masa por unidad de longitud.
En una forma de realización ventajosa, el
resonador de microondas presenta dos resonadores \lambda/4
cilíndricos coaxiales que oscilan en fases opuestas, cuyos campos
de microondas se intensifican mediante elementos metálicos
alargados dispuestos en el eje longitudinal, entre los cuales se
hacen pasar los materiales perpendicularmente al eje longitudinal.
También en este caso se obtiene de nuevo un campo de medición muy
homogéneo.
En una forma de realización especialmente
ventajosa está previsto que el resonador de microondas sea un
resonador \lambda/4 cilíndrico coaxial con un elemento metálico
alargado dispuesto en el eje longitudinal que por su cara frontal
con una intensidad eléctrica de campo de microondas máxima, presenta
una abertura fundamentalmente semicircular y, al lado, un orificio
de paso abierto hacia fuera en forma de ranura para los materiales
que limita con el elemento metálico, mientras que el resto de la
cara frontal está cerrado.
En esta forma de realización, el resonador de
microondas también posee una ranura a la que se puede acceder desde
fuera y en la que el campo de microondas es muy homogéneo y en el
que también se puede introducir un hilo continuo sin problemas
desde el lateral.
Gracias a la invención se crea, por consiguiente,
un dispositivo con el que se puede determinar con exactitud la
calidad, especialmente la masa por longitud de material en forma de
cordón como hilos, mechas, cintas de carda y similares. El
dispositivo está configurado especialmente como estación de
laboratorio. En este caso, el dispositivo está configurado para la
valoración de los datos, preferiblemente de manera que se puede
conectar a un ordenador personal.
La invención se describe a continuación por medio
de formas de realización ventajosas haciendo referencia a los
dibujos adjuntos. Las figuras muestran en una representación
esquemática:
Fig. 1 la estructura fundamental del
dispositivo de acuerdo con la invención;
Fig. 2 un resonador de acuerdo con
la invención;
Fig. 3 la intensidad del campo de
microondas como función del emplazamiento en el resonador de la
figura 2;
Fig. 4 en una vista en perspectiva,
otra forma de realización de un resonador de acuerdo con la
invención;
Fig. 5 en la sección longitudinal,
el resonador de la figura 4;
Fig. 6 el desarrollo de la
intensidad eléctrica de campo del campo de microondas en el
resonador de las figuras 4 y 5;
Figs. 7 y 8 representaciones gráficas de la
intensidad de campo de microondas como función del emplazamiento del
resonador de las figuras 4 a 6;
Fig. 9 una disposición para la
medición de distintos tamaños de materiales en forma de cordón;
Fig. 10 otra disposición para la
medición de distintos tamaños de materiales en forma de cordón.
La figura 1 muestra la estructura fundamental del
dispositivo de acuerdo con la invención. Por medio de guías de
cordón que están representadas con el número 1, el material 2 en
forma de cordón se guía a través de un resonador de microondas 3
que está conectado a un sistema electrónico de medición 4. Mediante
el sistema electrónico de medición se aplican microondas en la
cavidad 3. La radiación de microondas desenclavada de la cavidad es
detectada. En este caso se determina tanto el desplazamiento de la
frecuencia de resonancia, como también el aumento de la curva de
resonancia mediante el material en forma de cordón 2
introducido.
En la primera forma de realización de la
invención de la figura 2, el resonador se compone de dos resonadores
\lambda/4 coaxiales que oscilan en fases opuestas. Este resonador
es lo suficientemente sensible para medir la masa de hilos finos.
Ésta se basa en la concentración del campo en una zona 8 a través de
la cual se guía el producto a medir 2. Esta concentración se
consigue con ayuda de elementos metálicos alargados 7. En la figura
3 se muestra la curva de campo de este resonador.
En las figuras 4 a 6 se muestra otro resonador de
la invención que tiene la ventaja de que el cordón de material 2
puede ser un cordón continuo que se introduce en una ranura de
medición. El resonador es un resonador \lambda/4 coaxial. Esto
significa que la intensidad de campo en el fondo del resonador es
cero y que aumenta de forma continua hacia el borde superior del
resonador. La altura del resonador corresponde a una cuarta parte de
la longitud de onda. Con este resonador también se puede medir la
masa de hilos finos, lo que se debe a la concentración del campo en
la zona 8 a través de la cual se guía el producto a medir. La
concentración de campo se provoca con ayuda de un elemento metálico
7 en forma de varilla que se encuentra en el eje longitudinal del
resonador, en acción combinada con la superficie frontal metálica.
El resonador es fundamentalmente cilíndrico, estando la superficie
frontal en la que la intensidad de campo de microondas tiene un
máximo, fundamental y metálicamente semiabierta y metálicamente
semicerrada. La ranura para la recepción del material en forma de
cordón 2 se encuentra de forma ligeramente excéntrica junto al
elemento en forma de varilla 7. El trazado de las líneas eléctricas
de campo está representado en la figura 6, significando una densidad
más alta de líneas de campo, una mayor intensidad eléctrica de
campo. En las figuras 7 y 8 está dibujada la intensidad del campo
de microondas en dirección del eje longitudinal del resonador y en
dirección del producto a medir 2.
En la forma de realización de la figura 9 están
previstos simultáneamente varios resonadores 3 representados aquí
sólo esquemáticamente, que están previstos para material fino
(izquierda) y material grueso (derecha). Cada uno de estos
resonadores de microondas está conectado a un sistema electrónico de
microondas propio, haciéndose funcionar el resonador más pequeño
con frecuencias de microondas más altas que el resonador más
grande. En este caso, la forma constructiva de los resonadores puede
ser la misma para todos los resonadores. No obstante, los tamaños
de los resonadores dependen de la frecuencia de trabajo. En la gama
de frecuencias más alta se usan resonadores más pequeños que están
capacitados para medir un producto con una masa muy reducida. Por
el contrario, para cintas de carda más gruesas se emplean
resonadores más grandes con una frecuencia más baja.
Este es también el caso en la forma de
realización de la figura 10, en la que ventajosamente sólo está
previsto un sistema electrónico de microondas 4 que se conecta
respectivamente con un conmutador 6 al resonador de microondas 3, a
través del cual está pasando el material 2 en forma de cordón. En
este caso solamente es necesario un sistema electrónico de
microondas en combinación con un conmutador que acciona los
distintos resonadores. En caso de medidas menores de 2 a 3 GHz se
pueden utilizar resonadores cilíndricos para la medición de cintas
ricas en masa. Para hilos muy finos, a pesar de la longitud de onda
relativamente grande, es necesario concentrar el campo en el
resonador en un espacio lo menor posible, a fin de garantizar la
sensibilidad suficiente de los resonadores.
Para permitir una medición exacta, el campo de
microondas del resonador 3 no debería, en el caso de hilos finos,
concentrarse fundamentalmente en el material en forma de cordón 2.
Esto ocurre en la forma de realización de la figura 9 por medio de
resonadores de distinto tamaño con frecuencias de resonancia muy
diversas. En la forma de realización de la figura 10 se miden todas
las masas de cinta en la misma gama de frecuencias. Esto sucede
mediante la concentración de campo con ayuda de estructuras internas
de los resonadores. También es posible disponer unos junto a otros
varios resonadores iguales que funcionan con las mismas frecuencias,
a fin de medir varios cordones al mismo tiempo.
Claims (6)
1. Dispositivo para el control de calidad de
materiales en forma de cordón (2) como hilos, mechas, cintas de
carda y similares con un dispositivo de medición que presenta un
generador de microondas, un resonador de microondas (3) y
dispositivos (4) para la determinación del desplazamiento de la
frecuencia de resonancia y del ensanchamiento de la curva de
resonancia a través del material en forma de cordón (2), y con
dispositivos mecánicos (1) para el transporte de los materiales en
forma de cordón (2) a través del volumen de medición del resonador
de microondas, siendo el campo de microondas en el volumen de
medición homogéneo y estando configurado el dispositivo para la
medición de la masa por longitud y de la humedad de los materiales
en forma de cordón (2) y caracterizado porque el resonador de
microondas (3) presenta uno o varios elementos metálicos alargados
(7) dispuestos en su eje longitudinal para la concentración del
campo de microondas.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el resonador de microondas (3) presenta
dos resonadores \lambda/4 cilíndricos coaxiales que oscilan en
fases opuestas, cuyos campos de microondas se intensifican mediante
elementos metálicos alargados (7) dispuestos en el eje longitudinal,
entre los cuales se hacen pasar los materiales perpendicularmente al
eje longitudinal.
3. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el resonador de microondas (3) es un
resonador \lambda/4 cilíndrico coaxial con un elemento metálico
alargado (7) dispuesto en el eje longitudinal y que por su cara
frontal con una intensidad eléctrica de campo de microondas máxima
presenta una abertura fundamentalmente semicircular y al lado un
orificio de paso (8) en forma de ranura abierto hacia fuera para los
materiales (2) que limita con el elemento metálico (7), mientras que
el resto de la cara frontal está cerrado.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 3, caracterizado porque se puede hacer funcionar con
frecuencias de 300 MHz a 30 GHz, especialmente de 1 GHz a 15
GHz.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizado porque está configurado como estación de
medición de laboratorio
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizado porque presenta varios resonadores (3)
que se pueden conectar a través de conmutadores (6) al circuito de
valoración (4).
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