ES2323585T3 - Un sistema automatico de control y vigilancia de la tolerancia del solapamiento en el empalme de telas textiles. - Google Patents
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Abstract
Un sistema automático de vigilancia y de control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela textil, caracterizado porque comprende un subsistema (2) de adquisición de imágenes conectado a medios (3) de soporte para regular la posición de dicho subsistema (2) con relación a dicha tela textil que comprende el mencionado empalme, estando dispuesto dicho subsistema frente a dicha tela textil en ambos extremos de la misma, y conteniendo módulos de iluminación y de visión artificial posicionados adecuadamente para facilitar la adquisición de imágenes de un empalme y de los cordones solapados del mismo, y medios capaces de enviar las imágenes adquiridas por el mencionado subsistema (2) a un ordenador que comprende un programa de control de calidad por ordenador, comprendiendo dicho módulo de iluminación al menos una fuente (7) de luz, una envuelta que obstaculiza la entrada de luz ambiente y una superficie de fondo (10) destinados a crear un contraste adecuado en los extremos de la tela textil, en el que dicha tela textil pasa a través del citado subsistema (2) de adquisición de imágenes de forma que las imágenes obtenidas en ambos extremos citados por dicho subsistema (2) de adquisición de imágenes son enviadas a dicho ordenador, en el que dicho programa de control de calidad por ordenador, en un módulo de análisis morfológico, realiza las operaciones de detección del empalme y, al detectarse dicho empalme, lleva a cabo el recuento del número de cordones que se solapan, comprendiendo dicho programa de control de calidad por ordenador los módulos siguientes: - análisis morfológico de imágenes para la detección del empalme en los extremos de la tela textil, - análisis morfológico de imágenes para la detección y el recuento de hilos o cordones que se solapan en la zona de empalme detectada; - soporte para el proceso de toma de decisión sobre aceptación/rechazo de la tela textil basándose en el número de cordones que se solapan en la zona del empalme; - interconexión con el equipo de producción.
Description
Un sistema automático de control y vigilancia de
la tolerancia del solapamiento en el empalme de telas textiles.
El presente invento está comprendido en el
ámbito del control industrial del proceso de fabricación de
cubiertas de neumático.
La fabricación de cubiertas de neumático es
objeto de un control de calidad muy riguroso y exigente cuyo
objetivo es garantizar las condiciones de seguridad, ya que la
integridad física de las personas depende de su utilización.
En las condiciones de fabricación actuales,
ninguna cubierta de neumático con algún tipo de defecto llega a
comercializarse ya que el control de calidad es exhaustivo, todas
las cubiertas se prueban mediante muestreo en lugar de mediante
estadísticas. Este hecho supone unos costes importantes ya que no
siempre se detectan defectos en las etapas iniciales de
fabricación, generándose desechos significativos de productos
acabados.
Uno de los aspectos que se identifican como
origen de defectos lo constituye el empalme de la tela textil. Un
empalme mal realizado es aquél en el que se solapan un número de
cordones o hilos textiles reducido o excesivo. Un sistema que
cuente este número de hilos permitirá eliminar un número importante
de defectos y contribuirá a una pronunciada reducción de
costes.
El presente invento pretende resolver este
problema merced a un sistema automático de control y de vigilancia
de la tolerancia del solapamiento en el empalme de una tela textil,
que permita la identificación del área de solapamiento y el
recuento de la tela de hilos o de cordones, y la generación de una
señal de control para el resto del equipo de fabricación.
La vigilancia continua de empalmes de telas
textiles utilizada en la fabricación de cubiertas de neumático, que
sepan los inventores, no se menciona en patente alguna. La
investigación llevada a cabo permitió identificar algunas patentes
relativas al campo de la fabricación de cubiertas de neumático que
no están relacionadas con la etapa de la fabricación en la que está
comprendido el presente invento: EP 0 869 330 A2 por "Aparato
para probar la profundidad en bandas de rodadura de cubiertas de
neumático", en la que se pretende determinar la profundidad de
la banda de rodadura de la cubierta; US 4 892 609, por
"Alimentador automático de material en máquina para armar
cubiertas de neumático", que está relacionada con la fabricación
y no con el control de calidad; US 5 895 845, por "Método y
calibre para medir la profundidad de la banda de rodadura de una
cubierta de neumático para un vehículo a motor", de alcance
similar al documento EP 0 869 330 A2; US 3 997 783, por "Método
para probar la adherencia entre el compuesto de caucho y la tela de
cordones de una cubierta de neumático", que se refiere al
control de calidad de la adherencia entre la tela de hilos o
cordones y el caucho. JP 59039538, por "Dispositivo de inspección
para disposición de un cordón de acero en una cubierta de
neumático", en la que se pretende detectar anormalidades en la
disposición de los cordones de acero sin acciones erróneas. Como se
trata del análisis de las características de una tela continua, se
llevó a cabo una investigación y, en este campo, se encontraron
algunas patentes pero en ellas no se contemplan los aspectos
relevantes de este invento. Por tanto, las patentes EP 0 366 235
A1, por "Sistemas y métodos de vigilancia"; EP 0 392 693 A2,
por "Detección de textura en línea"; US 5 256 883, por
"Método y sistema para la inspección en el campo de grandes áreas
de una banda en movimiento, particularmente una banda impresa";
EP 0 757 245, por "Aparato para detectar defectos de superficies
rayadas"; NL 9 500 151, por "Método y aparato para inspeccionar
una banda de material en busca de defectos, utilizando el método
para preparar un carrete de almacenamiento en un cambiador de
carretes, y cambiador de carretes provisto de un aparato de esta
clase"; US 4 277 178, por "Sistema de detección de
concentraciones en elementos de banda", se refieren al análisis
de la superficie de capas, la detección de de elementos, fallos,
texturas y no al recuento de elementos, como es el caso del presente
invento. La patente EP 0 329 889 A2, por "Método y aparato para
analizar una banda de material", genera el perfil del grosor de
una capa o similar, pero se diferencia del presente invento en que
éste detecta y cuenta elementos, en telas de hilos o de cordones,
en lugar de detectar, simplemente, la ocurrencia de un grosor
diferente. La patente US 4 842 413, por "Aparato para evaluar la
soldadura en telas de cintura para cubiertas de neumático
radiales" analiza las condiciones de alineación de la superficie
de las telas metálicas para las cubiertas de neumático radiales
pero, una vez más, el análisis no hace referencia al recuento de los
elementos sino a la alineación de las
telas.
telas.
La patente JP 3002511, por "Instrumento de
inspección para el empalme con superposición de material del tipo
de lámina" se refiere al análisis de anormalidades en un empalme.
No tiene nada que ver con el recuento de hilos o cordones ni con la
identificación del área de solapamiento. La patente US 5294973, por
"Método y aparato para determinar la distribución de cordones en
una tela de cuerpo" se refiere a la determinación de las
posiciones de los puntos centrales de cada uno de los cordones.
Trata de la situación y separación de los cordones y no se refiere
al número de ellos en la tela.
En términos de productos comerciales, los
inventores no conocen la existencia de ningún producto que resuelva
el problema que pretende solucionar el presente invento. Bytewise,
una compañía norteamericana, comercializa un producto que hace
posible vigilar y medir el grosor del empalme con solapamiento de
una tela textil en la fabricación de cubiertas de neumático. No
obstante, no cuenta los hilos y la información que proporciona, el
grosor del solapamiento, tiene poco interés, ya que la calidad del
producto depende de la existencia de un número adecuado de cordones
de la tela de cordones y no simplemente del grosor del empalme.
Puede ocurrir lo contrario, cuando el grosor sea adecuado pero el
solapamiento no contenga el número adecuado de hilos, lo cual es
una fuente de defectos del producto final. En estas situaciones, la
información ofrecida por un sistema de esta clase puede ser
incorrecta o errónea.
El presente invento está constituido por: un
subsistema de adquisición de imágenes (2) que contiene los módulos
de iluminación, visión artificial y respectivos elementos de
soporte, fijación, acondicionamiento y regulación (3); un programa
computerizado de control de calidad, constituido por un módulo de
análisis morfológico de imágenes para la detección y el
reconocimiento del solapamiento de una tela textil, la detección y
el recuento de hilos o cordones en el área de solapamiento, un
módulo de soporte para el proceso de decisión sobre
aceptación/rechazo de la tela basándose en los parámetros definidos
por el usuario y un módulo para interconexión con equipo de
producción.
El dibujo 1 muestra un ejemplo típico de un
empalme con solapamiento de una tela textil utilizada en la
fabricación de cubiertas de neumático.
El dibujo 2 muestra la configuración del sistema
en un escenario de aplicación típico en la industria de las
cubiertas de neumático.
El dibujo 3 ilustra el subsistema de adquisición
de imágenes.
La fabricación de una cubierta de neumático
tiene lugar en diferentes fases en secuencia: mezclado,
preparación, armado, curado y control de calidad. En la fase de
preparación, los diferentes compuestos de caucho mezclados en la
fase previa de mezclado, son utilizados para la producción de los
componentes de la cubierta de neumático, entre los cuales se
encuentra la tela textil.
Este componente tiene la función de garantizar
la resistencia de la cubierta de neumático merced a la creación de
condiciones para contener el aire introducido, garantizando el
soporte de la carga proyectada. Básicamente, un rollo de tela
textil constituida por cordones (1b) previamente preparados, es
guiada a la calandra que los impregnará con caucho (1c). Esta tela
se corta, después, a 90º con la dirección de los cordones en una
anchura prevista para un cierto tamaño de cubierta de neumático. Los
diversos segmentos de la tela se empalman solapando un cierto
número de cordones que forman, de nuevo, una sola pieza. La tela se
enrolla para uso ulterior.
En el calandrado de tela textil, pueden darse
dos tipos de situaciones que dan lugar a imperfecciones en los
empalmes con solapamiento en la fase de preparación de la tela
textil y que, consiguientemente, son motivo del rechazo de las
cubiertas de neumático en la prueba de control de calidad:
- Caucho en exceso en los extremos de la tela - Siempre que sea necesario, en la máquina para cortar textiles, se elimina el caucho en exceso de los extremos de la tela. Si esta operación no se lleva a cabo de forma correcta, el solapamiento no es perfecto porque en al menos uno de los segmentos, habrá caucho sin cordones.
- Fallo de los cordones - En algunas situaciones, cuando la tela llega a la máquina cortadora de textiles, la tela presenta algunos fallos en los cordones. En esta situación tampoco se obtendrá un solapamiento perfecto.
Si en la máquina cortadora de textiles no se
ajusta correctamente el proceso de empalme con solapamiento, el
resultado pueden ser la obtención de empalmes con una dimensión de
solapamiento excesiva o reducida. En ambos casos, los empalmes
serán el origen de imperfecciones que implicarán el rechazo de la
cubierta de neumático en las pruebas finales del control de
calidad. Una parte considerable de los costes de la producción de
cubiertas de neumático de mala calidad, son consecuencia de estos
empalmes con solapamiento defectuosos de la tela textil.
El presente invento describe un sistema que
permite la identificación de la zona de solapamiento y el recuento
de cordones de la tela con cordones textiles en esa zona, así como
la generación de una señal de control para el resto del equipo de
fabricación. La identificación de la zona de solapamiento y el
recuento de cordones textiles se lleva a cabo en ambos extremos del
empalme con solapamiento.
La tela textil (4), tras ser empalmada, se
dispone en una correa transportadora para ser enrollada (S) en
bobinas. Al pasar a través de las aberturas (5a) y (5b) existentes
en el módulo (2) de adquisición de imágenes, se realiza la
adquisición, a una velocidad de 50 cuadros por segundo, de las dos
imágenes obtenidas en ambos extremos del empalme con solapamiento
y, subsiguientemente, se digitalizan y se tratan en tiempo real. El
subsistema (2) de adquisición de imágenes permite la creación de
condiciones de iluminación ambiental y de protección de la
atmósfera exterior que garantizan valores constantes de contraste y
de color en las imágenes recogidas. En la práctica, estas
condiciones se conseguían situando adecuadamente en posición las
fuentes de luz y dotando al subsistema de condiciones para mitigar
la reflexión interna: barreras internas para obstruir el paso de la
luz en forma de tabiques (6) debidamente posicionados y diafragmas
para la intercepción de incandescencia, cubriendo con pintura
oscura mate un material de cortina de cerdas o similar en las
ranuras de circulación de la tela. Este subsistema (2) de
adquisición de imágenes puede estar constituido por módulos (7) de
iluminación, de luz coherente o no coherente, en forma de lámparas
de incandescencia o fluorescentes, LED o láser, u otras. Con
respecto a las características de la luz, ésta puede ser uniforme,
colimada o estructurada, con un haz fijo o de barrido, y su
longitud de onda puede estar en el campo del espectro de luz
visible, infrarrojo o ultravioleta. También, puede ser
estroboscópica, lo que permitiría la sincronización con el proceso
de detección por parte del módulo de visión artificial. También
puede hacerse uso de otras características intrínsecas de la luz,
tales como su polarización. El posicionamiento de las fuentes de luz
con relación a las ranuras de circulación de la tela fue otra
cuestión explorada y utilizada. Esta diversidad pretende mitigar los
problemas relacionados con la reflexión interna de la envuelta del
módulo de adquisición de imágenes, así como facilitar la
identificación de la zona de solapamiento y de los cordones en esa
zona por parte del programa computerizado de control de calidad.
Las cámaras (8) son del tipo de CCD, para color
y están equipadas con un sistema óptico que permite conseguir un
acercamiento óptico adecuado.
El sistema de soporte, fijación y regulación del
módulo (3) de adquisición de imágenes está constituido por un
husillo sinfín controlado por un motor (9) que posiciona las cámaras
(9) en ambos extremos de la tela de manera simétrica.
Las imágenes adquiridas son transmitidas a un
ordenador en el que el programa de control de calidad, del módulo
de análisis morfológico, ejecuta las operaciones de detección del
empalme y, en su presencia, efectúa el recuento del número de
cordones existentes en el solapamiento.
A tal efecto, al analizar el perfil de la tela
textil en la zona del empalme con solapamiento, solamente se
considera la zona del empalme donde existe solapamiento de cordones.
Es decir, en un empalme en el que exista caucho en exceso en los
extremos de la tela, tanto en la parte superior como en la parte
inferior, este espacio de solapamiento no se considerará como un
empalme. Esto significa que un empalme debe considerarse como bueno
o malo dependiendo del número de cordones existentes sólo en la zona
de solapamiento.
De acuerdo con las especificaciones del proceso
de fabricación, la detención del sistema de empalme se asume cuando
el número de cordones está fuera de los límites de tolerancia
preestablecidos, mediante un programa de ordenador que soporta la
decisión de aceptar/rechazar la tela, en comunicación con un
programa de interconexión con el resto del equipo de producción,
conseguido usualmente a través de un controlador lógico
programable, PLC. El programa de control de calidad se
suficientemente versátil para permitir una gran diversidad de
criterios de detención, tanto en empalmes individuales como de
secuencias de fallos de empalmes, con el fin de optimizar el
proceso de control de calidad a la vista del equipo de producción
específico y de su proceso de fabricación.
Claims (19)
1. Un sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil, caracterizado porque comprende un subsistema (2) de
adquisición de imágenes conectado a medios (3) de soporte para
regular la posición de dicho subsistema (2) con relación a dicha
tela textil que comprende el mencionado empalme, estando dispuesto
dicho subsistema frente a dicha tela textil en ambos extremos de la
misma, y conteniendo módulos de iluminación y de visión artificial
posicionados adecuadamente para facilitar la adquisición de
imágenes de un empalme y de los cordones solapados del mismo, y
medios capaces de enviar las imágenes adquiridas por el mencionado
subsistema (2) a un ordenador que comprende un programa de control
de calidad por ordenador, comprendiendo dicho módulo de iluminación
al menos una fuente (7) de luz, una envuelta que obstaculiza la
entrada de luz ambiente y una superficie de fondo (10) destinados a
crear un contraste adecuado en los extremos de la tela textil, en
el que dicha tela textil pasa a través del citado subsistema (2) de
adquisición de imágenes de forma que las imágenes obtenidas en ambos
extremos citados por dicho subsistema (2) de adquisición de
imágenes son enviadas a dicho ordenador, en el que dicho programa de
control de calidad por ordenador, en un módulo de análisis
morfológico, realiza las operaciones de detección del empalme y, al
detectarse dicho empalme, lleva a cabo el recuento del número de
cordones que se solapan, comprendiendo dicho programa de control de
calidad por ordenador los módulos siguientes:
- -
- análisis morfológico de imágenes para la detección del empalme en los extremos de la tela textil,
- -
- análisis morfológico de imágenes para la detección y el recuento de hilos o cordones que se solapan en la zona de empalme detectada;
- -
- soporte para el proceso de toma de decisión sobre aceptación/rechazo de la tela textil basándose en el número de cordones que se solapan en la zona del empalme;
- -
- interconexión con el equipo de producción.
2. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado
porque dicho módulo de iluminación comprende una fuente de luz o de
radiación uniforme.
3. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado
porque dicha luz o radiación comprende un haz fijo o de barrido.
4. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado
porque dicha luz o radiación está colimada.
5. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado
porque dicha luz o radiación está estructurada.
6. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado
porque dicha luz o radiación es visible, infrarroja o
ultravioleta.
7. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado
porque dicha luz o radiación es estroboscópica.
8. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado
porque dicha luz o radiación está polarizada.
9. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado
porque dicho módulo de iluminación comprende lámparas del grupo que
consiste en lámparas de incandescencia, lámparas fluorescentes,
lámparas halógenas, láseres de estado sólido, láseres gaseosos
diodos láser o diodos fotoemisores (LED).
10. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado
porque dicha envuelta que obstaculiza la entrada de luz ambiente
comprende un conjunto de tabiques (6) posicionados debidamente para
disminuir la reflexión de la luz perdida en las paredes de la
mencionada envuelta.
11. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado
porque dicha envuelta que obstaculiza la entrada de la luz ambiente
comprende diafragmas para la intercepción de la incandescencia.
12. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado
porque dicho subsistema (2) de adquisición de imágenes comprende
ranuras (5a, 5b) para circulación de la tela.
13. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado
porque dicha envuelta que obstaculiza la entrada de la luz ambiente
comprende, en dichas ranuras (5a, 5b) para circulación de la tela,
una barrera contra la luz externa en forma de cortina constituida
por barras con cerdas.
14. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado
porque dicho módulo de visión artificial comprende una o más
cámaras (8) de video, del tipo de CCD, que funcionan en sincronismo
con la luz estroboscópica.
15. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado
porque dicha superficie de fondo (10) está inclinada en un ángulo
apropiado, dependiente del campo visual de la citada cámara (8),
para disminuir la retro-reflexión de dicha
superficie de fondo sobre dicha cámara.
16. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado
porque dichos medios (3) de soporte del citado subsistema (2) de
adquisición de imágenes, comprende un husillo sinfín (9) activado
por motor, controlado por un operador o automáticamente.
17. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado
porque dicho programa de control de calidad comprende un módulo de
decisión para la aceptación/rechazo de la tela.
18. El sistema automático de vigilancia y de
control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una tela
textil de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado
porque dicho programa de control de calidad comprende un módulo de
interconexión con el resto del equipo de producción, que permite la
interconexión con un controlador lógico programable, PLC.
19. Uso del sistema automático de vigilancia y
de control de la tolerancia de solapamiento en el empalme de una
tela textil de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 18, en la
industria de fabricación de cubiertas de neumático.
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