ES2947505T3

ES2947505T3 - Método de control y sistema de inyección de fluidos a alta velocidad

Info

Publication number: ES2947505T3
Application number: ES21737679T
Authority: ES
Inventors: Garcia Ismael Vazquez; Collazo José Trigo; Domonte Enrique Paz; Medina Miguel Ramón Diaz-Cacho; Santoro Ricardo Lourido; Betanzos Carlos Perez; Mora Eduardo Alonso
Original assignee: Actega Artistica S A U; Actega Artistica SA
Current assignee: Actega Artistica S A U; Actega Artistica SA
Priority date: 2020-07-01
Filing date: 2021-07-01
Publication date: 2023-08-10
Anticipated expiration: 2041-07-01
Also published as: EP3932647A1; CN115968331A; WO2022003108A1; PL4076899T3; BR112022016852A2; EP4076899B1; EP4076899A1; MX2022012753A; US20230330905A1

Abstract

Un método de control para un sistema de inyección de fluidos a alta velocidad y un sistema configurado para implementar el método de control; un sistema de monitoreo para el sistema configurado para implementar el método de control para controlar la cantidad de fluido inyectado o aplicado a una pluralidad de partes. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método de control y sistema de inyección de fluidos a alta velocidad

Objeto de la invención

La presente invención está dirigida a un método de control para un sistema de inyección de fluidos a alta velocidad y un sistema configurado para implementar el método de control. La invención también presenta un sistema de monitorización para el sistema configurado para implementar el método de control. En particular, la presente invención permite controlar de forma automática, precisa y continua la cantidad de fluido inyectado o aplicado a una pluralidad de piezas.

Antecedentes de la invención

La creciente demanda de productos por parte del mercado y la implantación de procesos más productivos han abierto nuevos campos de mejora de la eficiencia de los procesos en el sector de fabricación de envases. En la actualidad, los procesos productivos con mayor potencial de mejora en este sector son quizá los procesos de aplicación de fluidos sobre componentes de envases, tales como cuerpos y tapas. La mayor parte de los fluidos que se aplican son adhesivos, sellantes o barnices, que consisten en dispersiones en un disolvente orgánico o acuoso del producto sólido que se pretende dejar aplicado sobre una superficie del componente.

En estos procesos, tras aplicar el fluido en estado líquido sobre una superficie del componente, los disolventes se volatilizan y dejan sobre la superficie del componente un producto sólido o extracto seco, que es como se denomina a la parte del fluido que permanece tras eliminar el disolvente. En el caso de los sellantes, por ejemplo, el volumen de extracto seco repercute en el espacio libre que queda en el cierre de un envase: una cantidad excesiva de extracto seco puede impedir un cierre correcto, mientras que una cantidad insuficiente puede producir fugas o la contaminación del contenido del envase. Por lo que el volumen de extracto seco del sellante aplicado se considera un parámetro crítico para garantizar la integridad del cierre del envase.

Para cumplir con unos requisitos dados de volumen de extracto seco es necesario considerar por un lado los parámetros del propio fluido, como la densidad y la proporción de disolvente respecto a producto sólido, pero sobre todo se debe de prestar atención a la cantidad de fluido líquido que se aplica a la superficie de cada pieza o componente.

Para resultar eficientes y rentables, los procesos de aplicación de fluidos, en particular de aplicación de sellantes sobre componentes de envases tales como tapas, se requieren grandes volúmenes de producción y altas capacidades de proceso. Siendo la precisión en la cantidad de fluido aplicado clave para obtener las tapas de acuerdo con las especificaciones.

Por lo general, en estos procesos de aplicación se emplean máquinas estacionarias o máquinas rotativas de inyección de fluido con uno o varios dispositivos de inyección que aplican cantidades de fluido sellante del orden de miligramos sobre una o varias piezas que se desplazan a gran velocidad en la línea de producción.

En las máquinas estacionarias el o los inyectores están fijos, mientras que las tapas se desplazan de forma indexada permaneciendo el tiempo correspondiente en la estación de aplicación para ser tratadas por el inyector. En las máquinas rotativas, los inyectores están montados para girar sobre el eje de rotación de la máquina, de manera que acompañan a las tapas durante el proceso de aplicación. En estas máquinas rotativas, las piezas entran en la maquina por medio de un alimentador que las transporta describiendo un círculo con respecto al eje de la máquina. Cada pieza va siendo tratada por un inyector mientras se mueve, de tal manera que, de manera simultánea, varios inyectores aplican el fluido a sus respectivas piezas.

Tanto en máquinas estacionarias cómo en máquinas rotativas, durante el proceso de aplicación por inyección, hay que diferenciar entre tapas redondas y tapas no redondas o de forma. Con el objetivo de que el fluido aplicado, cómo es el caso de los sellantes, se reparta en todo el perímetro de la tapa o zona de cierre, para tapas redondas, durante el proceso de aplicación la tapa está girando con respecto al eje del inyector, mientras que para tapas no redondas o de forma, es el inyector el que se mueve siguiendo el perímetro de la tapa para depositar el sellante en la zona de cierre. De esta forma se consigue extender el fluido sellante en la zona de cierre de la tapa en una o varias capas dependiendo del número de vueltas que dé la tapa o el inyector durante el proceso de aplicación.

Teniendo en cuenta que estos procesos de aplicación son a alta velocidad, para mantener un ritmo de producción aceptable es muy importante que la velocidad de respuesta de los dispositivos de inyección (o inyectores) sea del orden de milisegundos y que la capacidad del proceso se mantenga con el tiempo ya que las piezas son aplicadas en línea y de forma continua. En los sistemas conocidos la contrapartida de mantener una tasa de producción alta es la imprecisión en la cantidad de fluido que se aplica en cada pieza. De hecho, es un proceso que se puede considerar fuera de control, ya que se obtienen índices de capacidad muy por debajo de los deseados o considerados aceptables para denominar al proceso bajo control.

Durante el proceso de aplicación, existen factores que en la actualidad no se controlan y que hacen variar considerablemente la cantidad de fluido aplicado a lo largo del proceso. Variaciones en la geometría del inyector debidas a desgaste o desajustes, variaciones en la temperatura, variaciones en la viscosidad del fluido aplicado, son algunos de los factores que afectan al caudal de fluido aplicado por el inyector y que hacen variar durante el proceso la cantidad aplicada.

Actualmente, la única herramienta de control extendida en el sector es un método de control manual que requiere pesar aleatoriamente varias muestras de un lote. Este procedimiento se realiza generalmente cada pocas horas, después de que se haya producido la aplicación del fluido sobre un gran número de piezas (se pueden alcanzar tasas de producción de más de 2000 uds./min.), y en el caso de que se detecte alguna desviación sobre la cantidad especificada, se debe desechar el lote, y el operador que realiza el control debe ajustar manualmente los parámetros de producción para corregir la desviación. Además, este método de control es muy dependiente de la experiencia y habilidad de cada operador para pesar las piezas y ajustar los parámetros del proceso.

Por tanto, existe en la industria una necesidad de implementar métodos y sistemas de control de la cantidad de fluido aplicado que sean eficaces y eficientes que se ajusten a las demandas actuales del sector.

El documento WO027074516A1 describe un aparato y método para controlar proporcionalmente el suministro de fluido a moldes apilados.

La solicitud de patente EP3499194A1 se refiere a un sistema de medición de caudal adaptado para medir un caudal de sellante aplicado a una pluralidad de piezas, el sistema de medición de caudal comprende una pluralidad de caudalímetros, cada uno de los cuales está en comunicación fluídica con un inyector de fluido, y la pluralidad de caudalímetros está configurada para generar, procesar y transmitir una señal relacionada con el caudal del fluido inyectado.

El documento US2019/070762A1 describe sistemas y métodos para autoajustar el control PID de máquinas de moldeo por inyección, con el fin de reducir las oscilaciones en las variables de proceso de un proceso de moldeo por inyección.

La solicitud de patente US2017/168471A1 divulga un controlador remoto para controlar aparatos desviando la señal de realimentación del controlador nativo al controlador remoto. Un controlador remoto puede proporcionarse en cualquier aparato que emplee control de realimentación desde un controlador nativo para añadir funcionalidad al aparato cuando el controlador nativo no es capaz de proporcionar dicha funcionalidad de forma independiente.

El documento US2018/056567A1 describe un sistema de moldeo por inyección con control variable discretamente ajustable para controlar eficazmente su funcionamiento

Descripción de la invención

La presente invención propone una solución a los problemas anteriores mediante un método de control para un sistema de inyección de fluidos según la reivindicación 1, un sistema de inyección de fluidos a alta velocidad según la reivindicación 8 y un sistema de monitorización según la reivindicación 14. En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones preferidas de la invención.

Un primer aspecto inventivo proporciona un método de control para un sistema de inyección de fluidos a alta velocidad, que comprende:

- una pluralidad de inyectores de fluido, comprendiendo cada inyector de fluido un elemento de válvula desplazable entre una primera posición de cierre y una segunda posición de apertura, en donde la segunda posición de apertura de cada elemento de válvula es controlable de forma individual para regular el caudal inyectado por cada inyector de fluido;

- medios de alimentación de fluido configurados para suministrar fluido a presión a la pluralidad de inyectores de fluido;

- una pluralidad de caudalímetros, en donde cada caudalímetro está vinculado a un inyector de fluido, y en donde cada caudalímetro está configurado para medir el caudal de fluido inyectado por el inyector de fluido al cual está vinculado;

- un primer dispositivo de control, configurado para recibir una señal del caudal de cada inyector de fluido y controlar al menos la segunda posición de apertura de cada elemento de válvula;

- un primer lazo de control por cada inyector de fluido con realimentación del caudal inyectado por el inyector de fluido, en donde el primer lazo de control está configurado para controlar el caudal de fluido inyectado actuando sobre el primer dispositivo de control configurado para controlar al menos la segunda posición de apertura de cada elemento de válvula;

en donde el método comprende las etapas de:

- proveer de un modelo dinámico equivalente del sistema de inyección de fluidos a alta velocidad;

- introducir un rango de valores de referencia de caudal;

- iniciar el proceso de inyección de fluido;

- para cada inyector de fluido, medir el valor de caudal inyectado por parte del caudalímetro vinculado a dicho inyector de fluido,

- para cada inyector de fluido, comparar por parte del primer dispositivo de control el valor de caudal medido con el rango de valores de referencia de caudal;

■ si el valor de caudal está fuera del rango de valores de referencia de caudal, modificar la segunda posición de apertura del elemento de válvula del inyector de fluido;

■ si el valor de caudal está dentro del rango de valores de referencia de caudal, no emprender ninguna acción.

A lo largo de este documento se entenderá que cantidad de fluido hace referencia bien a un volumen de fluido aplicado por el sistema de inyección, bien a su masa, estando estas dos magnitudes relacionadas entre sí mediante la densidad del fluido; el caudal debe entenderse como la variación temporal del volumen de fluido aplicado por los inyectores, y preferiblemente será la magnitud controlada por el método; así, el valor del volumen aplicado por un inyector puede calcularse realizando el producto del caudal por el tiempo de inyección.

En el campo técnico de la invención, y por tanto en el contexto de la invención se entenderá que modelo dinámico del sistema es un conjunto de funciones de transferencia, valores y otras entidades similares que permiten modelizar el sistema de inyección de fluido. De forma más concreta, para un sistema de aplicación en particular, y con una configuración de inyector y fluido determinados, el modelo dinámico equivalente se obtiene evaluando la influencia que ejercen sobre el caudal la segunda posición de apertura del elemento de válvula, la presión y la temperatura, evaluando esta influencia de forma combinada para los factores de control. De esta forma se determinan los rangos de valores de referencia o control así como la velocidad en el incremento o decremento de los factores de control para obtener los valores de caudal deseados y poder actuar sobre ellos de la manera más óptima. También se tienen en cuenta para el modelo dinámico equivalente las propiedades del fluido, ya que son necesarias a la hora de traducir el caudal en valores de masa o de volumen de extracto seco, o las magnitudes requeridas en función de cada tipo de aplicación

Así, para cada sistema de aplicación, y configuración de inyector y fluido determinados, se provee al sistema de este modelo dinámico equivalente, ya que para unas especificaciones de producto aplicado deseadas el rango de valores de referencia a aplicar para cada uno de los factores, así como su influencia sobre el caudal, pueden variar.

A la hora de proveer el modelo dinámico equivalente se tienen en cuenta también aspectos o limitaciones técnicas, así como de seguridad y o eficiencia energética, ya que, en la práctica, los rangos de valores de referencia, pueden estar además restringidos técnicamente o por razones de seguridad o eficiencia energética.

Dado que para obtener el valor de volumen del extracto seco habría que esperar a la completa volatilización de los solventes, retrasando de forma inaceptable el proceso de control, la magnitud controlada es preferiblemente el caudal del fluido que inyecta cada inyector; de esta forma se puede medir y controlar de forma instantánea el volumen aplicado y traducir, si es necesario, esta medida de caudal a volumen de producto seco a través de la proporción de disolvente y de la densidad del fluido y de la densidad del extracto seco.

Por fluido se deberá entender una substancia en fase líquida que en una realización es un producto o fluido sellante. En un ejemplo de realización, el producto sellante es aplicado en forma líquida y se suministra a los inyectores de forma presurizada.

En una realización, el sistema de inyección de fluidos es rotativo o estacionario.

En una realización, el sistema de inyección de fluidos a alta velocidad es rotativo y tiene una configuración cilíndrica con una pluralidad de inyectores distribuidos a lo largo de su lateral o periferia.

En una realización, los caudalímetros son caudalímetros de alta precisión, por ejemplo, caudalímetros electromagnéticos. En una realización particular, si más de un inyector de fluido requiere una acción de control, se realiza una sola acción de control por cada ciclo o vuelta del sistema de inyección de fluidos.

Ventajosamente, el control realimentado de caudal permite controlar la cantidad de fluido inyectado de forma continua y más rápida y precisa que los sistemas de control conocidos en el estado de la técnica. En particular, el control individualizado de cada inyector permite corregir con rapidez el caudal inyectado por uno de los inyectores sin tener que detener el proceso de inyección, ni modificar las condiciones de los demás inyectores, obteniendo una mejor velocidad de respuesta y una mayor homogeneidad en la cantidad de fluido aplicada.

En una realización particular, los medios de alimentación de fluido comprenden además medios de regulación de presión configurados para modificar la presión de suministro de fluido,

en donde el sistema inyección de fluidos comprende un segundo dispositivo de control, configurado para recibir una señal de un rango de valores de referencia de la segunda posición de apertura de cada inyector de fluido, y un rango más estrecho y centrado en dicho rango de valores de referencia de la segunda posición de apertura, y para controlar los medios de regulación de presión;

y en donde si el valor de la segunda posición de apertura de al menos un inyector de fluido se encuentra fuera del rango de valores preestablecido, el método comprende además la etapa de:

- modificar la presión de suministro de fluido.

Ventajosamente, el control de la presión permite regular la presión de suministro de fluido, bien al conjunto de inyectores o bien de forma individual a cada inyector, y de esta forma modificar de forma conjunta o individual el caudal que inyectan los inyectores de fluido si uno o varios de los elementos de válvula están fuera de un rango de valores de referencia , que en un ejemplo puede ser el rango de valores en el que la respuesta de los inyectores es efectiva y lineal, o cuasi lineal, y además se encuentra dentro del rango de valores de referencia de caudal. Así, si el valor de la segunda posición de apertura es un valor que está fuera del rango de valores de referencia, entonces el método comprende modificar la presión, por lo que, en la práctica, los elementos de válvula nunca llegarán a estar fuera de rango.

En una realización particular, si el valor medio de la segunda posición de apertura de todos los inyectores de fluido se encuentra fuera del rango de valores de referencia más estrecho y centrado, el método comprende además la etapa de:

- modificar la presión de suministro de fluido.

Ventajosamente, modificar la presión de suministro permite regular de forma conjunta o individual el caudal de fluido inyectado por los inyectores en el caso de que el valor medio de sus posiciones de apertura se encuentre por encima o por debajo de un rango, preferiblemente de un rango de valores estrecho centrado en el valor medio del rango de comportamiento lineal o efectivo de los inyectores de fluido; de esta forma se puede mantener el control del elemento de válvula dentro del rango de valores más ventajoso.

El uso de un rango más estrecho y centrado en el rango de valores de referencia de la segunda posición de apertura permite al segundo dispositivo de control un mejor control dado que se dispone de mayor margen de maniobra en ambos sentidos, es decir, tanto para una mayor apertura como una menor apertura.

En una realización particular, los medios de alimentación de fluido comprenden además medios de regulación de temperatura configurados para modificar la temperatura de suministro de fluido, y

en donde el sistema inyección de fluidos comprende un tercer dispositivo de control;

en donde el tercer dispositivo de control está configurado además para recibir una señal de la presión de suministro de fluido, un rango de valores de referencia de la presión de suministro de fluido, y para controlar los medios de regulación de temperatura;

en donde si el valor de la presión de suministro de fluido se encuentra fuera del rango de valores de referencia de la presión, el método comprende además la etapa de:

- modificar la temperatura de suministro de fluido un primer incremento de temperatura.

Ventajosamente, el control de la temperatura permite regular de forma conjunta o individual el caudal de inyección de fluido en el caso de que la presión se encuentre por encima o por debajo del rango de referencia, manteniendo de esta forma el control de presión dentro del rango de valores más ventajoso. Así, si el valor de la presión de suministro es un valor que está fuera del rango de valores de referencia, entonces el método comprende modificar la temperatura, por lo que, en la práctica, la presión de suministro nunca llegará a estar fuera de rango.

En una realización particular, si el valor de la presión de suministro de fluido se encuentra fuera de un segundo rango de valores de referencia, más estrecho que el primer rango de valores de presión, el método comprende además la etapa de:

- modificar la temperatura de suministro de fluido un segundo incremento inferior al primer incremento de temperatura.

En una realización particular el segundo rango de valores de referencia está centrado en un valor distinto al primer rango de valores de referencia.

Ventajosamente, el establecimiento de un rango de valores más estrecho permite realizar acciones de control más precisas para mantener el valor de la presión cerca del valor de referencia.

En una realización particular, el elemento de válvula de los inyectores de fluido es una aguja configurada para desplazarse longitudinalmente bloqueando una boquilla del inyector de fluido,

y en donde el método de control comprende además la etapa de:

- inicializar cada inyector de fluido, mediante las etapas de:

■ desplazar el final de carrera hacia la posición de cierre de la aguja, de modo que la aguja no tenga margen de movimiento,

■ desplazar el final de carrera regulable, en dirección a la posición de apertura hasta que con la aguja abierta empiece la inyección de fluido,

■ desplazar el final de carrera hacia la posición de apertura hasta alcanzar el punto medio del rango de control determinado para la segunda posición de apertura

Ventajosamente, el elemento de válvula en forma de aguja permite regular un rango de caudales de inyección mediante la amplitud del movimiento longitudinal de la aguja dentro de su rango de desplazamiento, o carrera. Este rango de desplazamiento viene fijado por un final de carrera o tope regulable. También ventajosamente, en esta realización el método permite determinar las posiciones extremas de la carrera de la aguja, que se emplean para determinar el rango de valores de posición del final de carrera de la aguja de referencia dónde la aguja presenta una influencia efectiva y lineal o cuasi lineal sobre el caudal inyectado.

En una realización particular, el primer dispositivo de control está configurado además para mantener la posición de apertura dentro del valor medio del rango de valores de referencia de la posición de apertura.

De este modo, estando equidistante de los valores extremos de la posición del elemento de válvula se proporciona una mejor capacidad de control dado que se dispone de margen de maniobra en ambos sentidos, es decir, tanto para una mayor apertura, es decir mayor caudal, como una menor apertura, es decir menos caudal.

En una realización particular, el método comprende el uso de un filtro paso bajo para filtrar la medida de los caudalímetros. En una realización, el filtro paso bajo para filtrar la medida de los caudalímetros es un filtro de media móvil ponderada.

Ventajosamente, la incorporación de un filtro paso bajo, y en particular de un filtro de media móvil ponderada, permite eliminar interferencias de la medida del caudal y mejorar la estabilidad del método de control.

En un segundo aspecto inventivo, la invención proporciona un sistema de inyección de fluidos a alta velocidad configurado para implementar un método de control según el primer aspecto inventivo, que comprende:

- una pluralidad de inyectores de fluido, comprendiendo cada inyector de fluido un elemento de válvula desplazable entre una primera posición de cierre y una segunda posición de apertura, en donde la segunda posición de apertura de cada elemento de válvula puede ser controlada de forma individual para regular el caudal inyectado por cada inyector de fluido;

- un primer dispositivo de control, configurado recibir una señal del caudal de cada inyector de fluido y para controlar al menos la segunda posición de apertura de cada elemento de válvula;

- un primer lazo de control con realimentación del caudal inyectado por cada inyector de fluido, en donde el primer lazo de control está configurado para controlar el caudal de fluido inyectado por el inyector de fluido actuando sobre el primer dispositivo de control configurado para controlar al menos la segunda posición de apertura de cada elemento de válvula.

Ventajosamente, el sistema de inyección de fluidos comprende los elementos necesarios para implementar el método de control del primer aspecto inventivo.

En una realización el sistema de inyección de fluidos (1) es rotativo o estacionario.

En una realización particular, los medios de alimentación de fluido comprenden medios de regulación de presión configurados para modificar la presión de suministro de fluido, en donde el sistema de inyección comprende un segundo dispositivo de control configurado para controlar la presión de suministro de fluido, y en donde el sistema comprende además un segundo lazo de control, en donde el segundo lazo de control está configurado para controlar al menos la presión de suministro de fluido.

Ventajosamente, los medios de regulación de presión transforman una señal de control de presión en una variación física de la presión en los medios de suministro de fluido. En una realización particular, los medios de regulación de presión actúan mediante un estrangulamiento de una válvula, y en otra realización, con la aportación de un fluido comprimido. También ventajosamente, el segundo dispositivo de control permite regular el caudal inyectado regulando un parámetro distinto al parámetro regulado por el primer dispositivo de control.

En un ejemplo de realización, el segundo dispositivo de control está físicamente unido al primer dispositivo de control. En una realización particular, los medios de alimentación de fluido comprenden además medios de regulación de temperatura configurados para modificar la temperatura de suministro de fluido, en donde el sistema de inyección comprende un tercer dispositivo de control configurado para controlar la temperatura del fluido mediante una señal de control de temperatura del fluido, y en donde el sistema comprende además un tercer lazo de control, en donde el tercer lazo de control está configurado para controlar al menos la temperatura del fluido.

Ventajosamente, los medios de control de la temperatura transforman una señal de control de temperatura en una variación física de la temperatura de fluido en los medios de suministro de fluido.

En un ejemplo de realización, el tercer dispositivo de control está físicamente unido al primer y segundo dispositivo de control.

En un ejemplo de realización los caudalímetros y los dispositivos de control se encuentran en una plataforma separada de la plataforma o soporte que contiene los inyectores. Pudiendo ambas moverse conjuntamente o permanecer estáticas dependiendo de si el sistema de aplicación es rotativo o estacionario.

En un ejemplo de realización uno o varios de los dispositivos de control se encuentran fuera de la plataforma que contiene los caudalímetros y las comunicaciones entre dos o varios de los componentes que comprende el sistema de inyección de fluidos a alta velocidad son inalámbricas.

En una realización particular, el primer dispositivo de control comprende un controlador proporcional, integral y/o derivativo.

Ventajosamente, un controlador PID permite establecer un lazo de control del caudal realimentado, estable y eficiente. En una realización particular, el elemento de válvula de los inyectores de fluido es una aguja configurada para desplazarse longitudinalmente bloqueando una boquilla del inyector de fluido.

Ventajosamente, un elemento de válvula en forma de aguja permite ajustar con gran precisión tanto la apertura como el cierre del inyector de fluidos y modificar el caudal de forma efectiva y en función del desplazamiento que efectúe. En una realización particular, los medios de regulación de presión comprenden una válvula reguladora de presión dispuesta en una entrada o en una salida de los medios de alimentación de fluido.

Ventajosamente, una válvula reguladora de presión permite controlar la presión de suministro de fluido de forma sencilla y efectiva.

En una realización particular, los medios de regulación de temperatura configurados para regular la temperatura del fluido comprenden mangueras calefactadas y/o depósitos termostatizados.

Ventajosamente, las mangueras calefactadas permiten mantener la temperatura del fluido a medida que el fluido pasa a través del conducto; también ventajosamente los depósitos termostatizados permiten mantener la temperatura de fluido en torno a un valor de referencia.

En un tercer aspecto inventivo, la invención proporciona un sistema de monitorización para un sistema de inyección según el segundo aspecto inventivo, que comprende un dispositivo de monitorización en tiempo real configurado para transmitir al menos las magnitudes medidas por el sistema de inyección.

Ventajosamente, el sistema de monitorización permite mostrar a un operador los valores y magnitudes del sistema de control, de forma que el operador pueda recibir información sobre el proceso de inyección de fluidos en cada instante. En una realización particular, el sistema comprende además una pasarela para la transmisión bidireccional entre el dispositivo de monitorización en tiempo real y unos medios de visualización para mostrar los datos transmitidos a un operador, y el encapsulado y desencapsulado de datos transmitidos entre el dispositivo de monitorización en tiempo real y los medios de visualización.

Ventajosamente, la pasarela permite establecer una comunicación bidireccional segura, en particular permite la introducción de valores de referencia por parte de un operador, así como la visualización de los parámetros de ajuste y resultados.

En una realización particular, el dispositivo de monitorización en tiempo real está configurado también para transmitir en bloque los datos registrados por el sistema de inyección.

Ventajosamente, la transmisión del conjunto de valores medidos por el sistema permite utilizar los datos en un análisis posterior por parte de un elemento externo, tal como un computador.

Todas las características y/o las etapas de métodos descritas en esta memoria (incluyendo las reivindicaciones, descripción y dibujos) pueden combinarse en cualquier combinación, exceptuando las combinaciones de tales características mutuamente excluyentes.

Descripción de los dibujos

Estas y otras características y ventajas de la invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción detallada que sigue de una forma preferida de realización, dada únicamente a título de ejemplo ilustrativo y no limitativo, con referencia a las figuras que se acompañan.

Figura 1a En esta figura se muestra una realización del método de control con un lazo de realimentación de caudal. Figura 1b En esta figura se muestra una realización del método de control con control de la presión.

Figura 1c En esta figura se muestra una realización del método de control con control de la temperatura.

Figura 2 En esta figura se ilustra una realización del sistema de inyección rotativo de fluidos a alta velocidad. Figura 3 En esta figura se muestra una realización del sistema de monitorización.

Figura 4 En esta figura se muestra una realización del sistema de inyección estacionario de fluidos a alta velocidad.

Figura 5 En esta figura se muestra una realización del sistema de inyección estacionario de fluidos a alta velocidad con control de presión y temperatura.

Figura 6a En esta figura se muestra otra realización del método de control con un lazo de realimentación de caudal por presión.

Figura 6b En esta figura se muestra una realización del método de control de la figura anterior con control de la temperatura.

Figura 7a En esta figura se ilustra otra realización del sistema de inyección estacionario de fluidos a alta velocidad Figura 7b En esta figura se muestra una realización del sistema de inyección estacionario de fluidos de la figura anterior con control adicional de temperatura.

Figura 8 Esta figura muestra una gráfica de la evolución del caudal en función de la segunda posición de apertura del elemento de válvula para un ejemplo de realización.

Figura 9 En esta figura se muestra la capacidad del proceso de aplicación de fluidos con un sistema tradicional. Figura 10 En esta figura se muestra la capacidad del proceso de aplicación de fluidos con el método y sistema de la realización más simple de la invención.

Exposición detallada de la invención

Método de control de caudal mediante control de segunda posición de apertura del elemento de válvula (V), presión (P) y temperatura (T).

La presente invención provee de un método de control preciso y continuo de la cantidad de fluido inyectado por un sistema (1) de inyección de fluido a alta velocidad, empleando como variable de control el caudal (Q) de fluido inyectado.

En la realización más sencilla de la invención esto se logra mediante un sistema (1) rotativo como el mostrado en la Figura 2, que comprende un dispositivo de control (6), una pluralidad de inyectores de fluido (2) regulables con sus respectivos caudalímetros (5), y unos medios de alimentación de fluido (4), que suministran el fluido a presión, en donde los valores de caudal (Q) medido por los caudalímetros (5) se comparan con un rango de valores de referencia de caudal (Q^a-Q^b) dado, y si el valor de caudal (Q) está fuera del rango de valores de referencia (Q^a-Q^b), el dispositivo de control (6) emite una señal de control a los inyectores de fluido (2) fuera de especificaciones para modificar la posición (V) final de la carrera de la aguja (3), que repercute en el caudal (Q) de fluido inyectado. De esta forma se configura el primer lazo de control (L1).

En la realización mostrada en la figura 2, el sistema de inyección de fluidos (1) rotativo comprende ocho inyectores (2) de fluido con agujas (3) como elementos de válvula para restringir el paso del fluido. En un ejemplo particular, los medios de alimentación de fluido (4) son un depósito presurizado que suministra el fluido a presión

El tipo de inyectores (2) preferido comprende una válvula (3) de aguja que al abrirse deposita el fluido en la zona de aplicación; el cierre del inyector (2) se logra mediante esta aguja (3) que al bajar cierra contra una boquilla con un orificio de pequeño diámetro (normalmente entre 0,4 mm y 2,0 mm). La aguja (3), que normalmente está tapando el orificio de la boquilla, se desplaza (o eleva) cuando es necesario aplicar el fluido por efecto de un actuador, que puede ser por ejemplo una válvula neumática o un solenoide. El inyector recibe una señal de apertura cuando se detecta una pieza en la zona de aplicación, y permanece abierto durante el periodo de tiempo determinado y necesario para asegurar una correcta aplicación del fluido.

La altura máxima a la que se eleva la aguja (3) al recibir la señal de apertura se modifica mediante el desplazamiento de un tope que limita el movimiento longitudinal de la aguja, de manera que la carrera de la aguja (3) se puede regular. De este modo, la distancia libre entre el extremo de la aguja (3) y la boquilla depende de la longitud de la carrera de la aguja, y en consecuencia la sección efectiva de la boquilla, que regula la cantidad de fluido que se inyecta.

En la práctica, para cada configuración de inyector en la que se puede variar el tipo de aguja y el tipo de boquilla, es necesario determinar el rango de carrera de la aguja donde la influencia de la elevación de aguja es efectiva sobre el caudal de fluido aplicado y en donde la respuesta es lineal o cuasi lineal.

Los mecanismos utilizados para ajustar el final de carrera de la aguja en estos inyectores incluyen topes móviles que se ajustan de forma manual o mediante motores, como por ejemplo mediante motores paso a paso dispuestos dentro de los propios inyectores (2). Los motores permiten el control remoto del ajuste de la elevación máxima de la aguja.

Para muchas configuraciones de aguja - boquilla, la variación de la carrera de la aguja (3) solo tiene influencia en el caudal (Q) inyectado en el rango de 0 a 1,50 mm; más allá de este rango, la elevación de la aguja (3) no influye en la cantidad de fluido aplicado. Lo que en los inyectores más habituales en la industria sería una carrera equivalente a unos diez pasos, dando lugar al rango de [25, 35] dentro del cual el inyector (2) puede ser controlado de forma efectiva.

En la figura 8 se muestra la gráfica de evolución del caudal (Q) en función de la segunda posición de apertura (V) del elemento de válvula (3) para el caso donde el inyector (2) es de aguja y activado por solenoide, siendo el propio solenoide el final de carrera. Este tipo de inyector es el más utilizado en la industria.

En dicha gráfica se puede apreciar que con el final de carrera en parte más inferior no existe caudal (Q=0). A continuación, tras una cierta elevación (Vi) de la aguja todavía sigue sin obtenerse flujo (Q=0), dado que la elevación de la aguja no es suficiente.

Posteriormente, tras superar el punto de elevación Vi empieza a fluir caudal (Q£0), es decir, se trata de la posición de la aguja (V) en la que ya tiene influencia sobre el caudal (Q). En esa zona el flujo, como se aprecia en la figura 8 es aún incierto e inestable.

Aumentando la elevación de la aguja (V), se llega a la zona donde la respuesta es efectiva, es decir, tiene influencia sobre el caudal (Q), y es cuasi lineal. Se comprueba que el rango de caudal Q^a-Q^b, que corresponde a las especificaciones de caudal para el proceso de aplicación en particular, se encuentra dentro de esta zona de respuesta, y se selecciona el rango de valores de referencia V^a-V^bque se corresponde o está dentro de la zona de respuesta Q^a-Q^b.

En un caso particular, dentro del rango de valores de referencia V^a-V^b, se selecciona un rango de valores de referencia más estrecho y centrado V^c-V^d.

A valores de la posición de elevación de la aguja (V) muy altos el caudal (Q) se estabiliza y llega a bajar ya que al ser el propio solenoide el fin de carrera, cuando está muy alejado de la aguja ya no es capaz de ejercer influencia para elevarla. En esta zona el sistema está saturado o no responde.

Así, para valores por debajo de la zona de respuesta efectiva y cuasi lineal el sistema es inestable y por encima el sistema está saturado. Por ese motivo se selecciona dentro de esta zona el rango V^a-V^bcómo rango de valores efectivo de control. La pendiente de la curva comprendida en la zona V^a-V^bdetermina las instrucciones o velocidad que aplicar cuando se actúa sobre la posición de la aguja (V) para obtener una variación deseada en el caudal (Q). Cuando se obtiene el modelo dinámico equivalente se realiza también de la misma forma la evaluación de la influencia de la presión (P) y la temperatura (T) sobre el caudal (Q), con el mismo objetivo, determinar los rangos de valores de referencia, así como las instrucciones de incremento y decremento en estos parámetros de control.

El fluido sellante se suministra a los inyectores por medio de una bomba o de un depósito presurizado (4), de forma que los inyectores (2) reciben un suministro de fluido constante y a una presión superior a la atmosférica.

En general la cantidad de fluido inyectado se puede expresar en forma de caudal (Q) inyectado, siendo función de la velocidad de salida del fluido a la salida de los inyectores (2); la velocidad de salida del fluido depende entre otros factores de:

- Presión de suministro (P): a más presión, más velocidad de salida.

- Sección efectiva y geometría interna de la boquilla: Cuanto mayor sea la sección efectiva del orificio de salida y mayor el volumen interior de la boquilla, mayor será la velocidad.

- Altura de la aguja (V): a mayor elevación de la aguja, o carrera, mayor velocidad.

- Viscosidad del fluido: a menor viscosidad del fluido, mayor velocidad de salida.

Para un proceso de inyección con un tiempo de apertura de inyector fijado, es necesario modificar la velocidad de salida del fluido para regular la cantidad a aplicar. En un proceso bajo control, la viscosidad del fluido y la configuración de la boquilla son parámetros fijos y, por tanto, para ajustar la cantidad de fluido a aplicar, se regula la altura de aguja (V), la presión (P) y la temperatura (T). Una elevación de la presión (P) y/o la altura de la aguja (V) y/o la temperatura (T) aumentarán la cantidad de fluido aplicado, mientras que una reducción de la presión (P) y/o una reducción de la carrera de la aguja (V) y/o la temperatura (T) producirán una disminución del caudal inyectado.

En la práctica, la viscosidad no siempre es fija, ya que la composición del fluido puede variar entre lotes y productos, y, además, la temperatura del fluido (T) afecta a la viscosidad de la gran mayoría de fluidos. Por otro lado, los componentes de los inyectores (2), como la boquilla, pueden sufrir desgaste con el tiempo y afectar a la velocidad de salida del fluido.

En la Figura 1a se muestra un esquema de la realización más sencilla del primer lazo de control (L1) del sistema (1); en esta realización, comprende un primer lazo de control (L1) del caudal inyectado con realimentación del caudal (Q). Este lazo (L1) se implementa por medio de una pluralidad de controladores PID, uno por cada inyector (2) de fluido, y representados como parte del primer dispositivo de control (6).

Cada controlador (6) de la pluralidad de controladores PID se alimenta con una señal del caudal (Q) procedente del correspondiente caudalímetro (5), y esta señal se compara con el rango de valores de referencia de caudal (Q^a-Q^b) dado, y si el valor de caudal (Q) está por debajo del rango de valores de referencia (Q^a-Q^b), el controlador (6) emite una señal para activar el mecanismo del inyector (2) que desplaza el final de carrera de la aguja (3) la distancia necesaria, de forma que aumenta la carrera de la aguja. Para el caso particular en el que el mecanismo del inyector (2) es un motor paso a paso, el controlador (6) emite una señal para activar el motor paso a paso del inyector (2) que desplaza el final de carrera de la aguja (3) la distancia equivalente a un paso del motor,

Por el contrario, si la medida de caudal está por encima del rango de referencia (Q^a-Q^b), el controlador (6) emite una señal para cerrar o aproximar el final de carrera de la aguja (3) a la boquilla del inyector (2) disminuyendo la carrera de la aguja.

Los valores de desplazamiento (V) de la aguja (2) en pasos, no son absolutos, por eso hay que establecer cuáles son los valores en pasos entre los cuales la aguja (3) permite la salida del fluido y a partir de la cual ya no aumenta el caudal para obtener la banda de control del sistema. Dentro de esta banda de control, el controlador (6) prioriza que siempre que el proceso lo permita, el valor de elevación (V) de las agujas (3) se encuentre en la posición media del rango. De esta forma es menos probable que una acción de control lleve a la aguja (3) al límite del rango de control.

Tanto para lo mostrado en la figura 1a, cómo en cualquiera de las realizaciones descritas, los controladores PID pueden ser dispositivos físicos dispuestos en comunicación con el actuador de los inyectores (2), o pueden ser dispositivos virtuales implementados por uno o más dispositivos de control (6), por ejemplo, mediante un ordenador o un autómata programable que implemente ocho lazos de control con sus respectivas entradas y salidas.

En la Figura 1b se muestra una mejora de la anterior realización del primer lazo de control (L1), en la que el sistema (1) comprende un segundo lazo de control (L2) para regular la presión (P) del sistema (1). En esta realización, el sistema (1) comprende un segundo dispositivo de control (6.1) que se alimenta con el conjunto de valores de la segunda posición de apertura (V) de las agujas (3) de todos los inyectores (2). Si el segundo dispositivo de control (6.1) detecta que uno de los valores de la segunda posición (V) de las agujas (3) está fuera del rango de control de valores de referencia V^a- V^b, el dispositivo de control (6.1) emite una señal de control a los medios de regulación de presión (7) para modificar la presión (P) de suministro de fluido; esta variación tiene como resultado la variación de la velocidad de salida del fluido de los inyectores (2), lo que equivale a modificar el caudal de inyección (Q).

De esta forma se implementa un control del caudal (Q) para los casos en los que la regulación de los inyectores (2) no sea posible.

Otra de las capacidades del segundo lazo de control (L2) es determinar si la media de los valores de la segunda posición de apertura (V) se encuentra fuera de un rango de valores de referencia Ve - V^d, más estrecho centrado en el valor de la posición de apertura (V). Si se cumple esta condición, el segundo dispositivo de control (6.1) emite una señal para modificar la presión (P) de suministro de fluido y forzar una corrección de las posiciones de apertura (V) en el sentido de aproximar la media al valor medio del rango.

El segundo dispositivo de control (6.1) puede implementarse mediante un computador industrial, un autómata programable o un dispositivo análogo. En una realización no mostrada, el dispositivo físico correspondiente al segundo dispositivo de control (6.1) es el mismo que el dispositivo físico en el que se implementa el primer dispositivo de control (6). Por su parte, los medios de regulación de presión (7) son medios convencionales para regular la presión de fluidos, tales como válvulas controladas.

En la Figura 1c se muestra otra realización, en la que se añade un tercer lazo de control (L3) a la realización mostrada en la Figura 1b. En esta realización el sistema (1) incluye un tercer dispositivo de control (6.2) que se alimenta con un valor de la presión de suministro (P). Si la presión de suministro (P) se encuentra fuera de un rango de valores de referencia de presión (P^a- P^b), el tercer dispositivo de control (6.2) emite una señal de control a los medios de regulación de temperatura (9) para modificar la temperatura (T). Una variación en la temperatura (T) afectará a la viscosidad del fluido, cuya velocidad a su vez se verá modificada; de esta forma el tercer lazo de control (L3) permite modificar el caudal (Q) inyectado.

El tercer dispositivo de control (6.2) puede implementarse mediante un computador industrial, un autómata programable o un dispositivo análogo. En una realización no mostrada, el dispositivo físico correspondiente al tercer dispositivo de control (6.2) es el mismo que el dispositivo físico en el que se implementa el primer (6) y segundo dispositivo de control (6.1). Por su parte, los medios de regulación de temperatura (9) son medios convencionales para regular la temperatura, tales como mangueras calefactadas o depósitos termostatizados.

En la Figura 3 se muestra una realización del sistema de monitorización (10). Este sistema de monitorización (10) tiene por objeto registrar datos de funcionamiento del método de control desde el sistema (1) y enviarlos de forma segura a un usuario, de forma que esta información pueda ser procesada posteriormente. Además de presentar en tiempo real información referente a las variables de control, tales como posición (V) de cada aguja (3), presión (P) y temperatura (T) de suministro, alarmas de fallo, etc., el sistema de monitorización (10) permite que el usuario pueda modificar los valores de referencia de cualquiera de las variables o anular manualmente alguno o todos los lazos de control. En este sentido, el sistema de monitorización (10) comprende una pasarela para garantizar una comunicación bidireccional segura.

En la figura 4, a diferencia de la realización mostrada en la figura 2 en la que el sistema de inyección de fluidos (1) era rotativo, el sistema de inyección de fluidos (1) es estacionario. En esta realización el sistema comprende uno o varios inyectores (2) fijos, y son las tapas las que se desplazan de forma indexada permaneciendo el tiempo correspondiente en la estación de aplicación para ser tratadas por el inyector (2). El sistema comprende un primer lazo de control (L1) configurado para controlar el caudal de fluido inyectado actuando sobre el primer dispositivo de control (6) configurado para controlar al menos la segunda posición de apertura (V) de cada elemento de válvula.

En la figura 5 se muestra una realización mejorada de la mostrada en la figura 4, en la que se incluye un segundo lazo de control (L2) configurado para controlar al menos la presión de suministro de fluido y un tercer lazo de control (L3) configurado para controlar la temperatura de suministro de fluido.

Salvo aquellas realizaciones incompatibles o mutuamente excluyentes, todas las características indicadas anteriormente para el sistema de inyección rotativo son de aplicación a este sistema de inyección estacionario.

Método de control de caudal mediante control de presión (P) y temperatura (T).

La invención también provee de un método de control preciso y continuo de la cantidad de fluido inyectado por un sistema (1) de inyección de fluido a alta velocidad, cuando el control del caudal (Q) de fluido inyectado no es posible de forma remota por medio de los inyectores de fluido (2), es decir, cuando no se puede controlar el caudal (Q) por medio del control remoto de la segunda posición de apertura del elemento de válvula (V) de los inyectores de fluido (2).

En la realización más sencilla de la invención esto se logra mediante un sistema (1A) como el mostrado en la Figura 7a, que comprende un dispositivo de control (6.1), una pluralidad de inyectores de fluido (2) no regulables con respectivos caudalímetros (5), y unos medios de alimentación de fluido (4), que suministran el fluido a presión, en donde los valores de caudal (Q) medido por los caudalímetros (5) se comparan con un rango de valores de referencia de caudal (Q^a-Q^b) dado, y si el valor de caudal (Q) está fuera del rango de valores de referencia (Q^a-Q^b), el dispositivo de control (6.1) emite una señal de control a los medios de regulación de presión (7) para modificar la presión de suministro de fluido a los inyectores de fluido (2), que repercute en el caudal (Q) de fluido inyectado. De esta forma se configura el primer lazo de control (L1*).

En la Figura 7b se muestra una mejora de la anterior realización, en la que se añade un segundo lazo de control (L2*) a la realización mostrada en la Figura 6a. En esta realización el sistema (1A) incluye un segundo dispositivo de control (6.2) que se alimenta con un valor de la presión de suministro (P). Si la presión de suministro (P) se encuentra fuera de un rango dado de valores de referencia de la presión (P^a-P^b), el segundo dispositivo de control (6.2) emite una señal de control a los medios de regulación de temperatura (9) para modificar la temperatura (T). Una variación en la temperatura (T) afectará a la viscosidad del fluido, cuya velocidad a su vez se verá modificada; de esta forma el segundo lazo de control (L2*) permite modificar el caudal (Q) inyectado. La configuración de este segundo lazo de control (L2*) se muestra en la figura 7b.

Del mismo modo todas las características indicadas en las realizaciones anteriores para el método de control de caudal mediante control de segunda posición de apertura del elemento de válvula (V), presión (P) y temperatura (T) son de aplicación al presente método de control de caudal mediante control de presión (P) y temperatura (T), salvo aquellas realizaciones incompatibles o mutuamente excluyentes.

Resultados de datos experimentales - Método de control para control a alta velocidad de caudal mediante control de la segunda posición de apertura del elemento de válvula (V) y presión (P).

Los resultados de datos experimentales explicados a continuación y mostrados en las figuras 9 y 10 corresponden a la realización de la invención mediante un sistema (1) rotativo como el mostrado en la figura 5 sin el control de la temperatura, es decir, solo mediante control de la segunda posición de apertura del elemento de válvula (V) y la presión (P). La figura 1b muestra los lazos de control de esta realización del sistema (1).

Las pruebas se llevaron a cabo en un equipo de aplicación de sellante basado en agua para cápsulas de envasado de metal. El equipo de aplicación es una máquina de tipo rotativa con 8 inyectores de fluido regulables (pistolas de aplicación) que aplica sellante basado en agua a 2100 cápsulas por minuto, siendo el tiempo de aplicación por cápsula de 50 ms.

La especificación de peso en seco del sellante basado en agua aplicado es 19 mg en el límite inferior y 29 mg en el límite superior.

Como se muestra en la figura 5 y 1b, el equipo de aplicación comprende un dispositivo de control (6), ocho inyectores de fluido (2) regulables con sus respectivos caudalímetros (5), y un depósito presurizado (4) que suministra el fluido a presión (sellante basado en agua), en donde los valores de caudal (Q) medido por los caudalímetros (5) se comparan con un rango de valores de referencia de caudal (Q^a-Q^b) dado, y si el valor de caudal (Q) está fuera del rango de valores de referencia (Q^a-Q^b), el dispositivo de control (6) emite una señal de control a los inyectores de fluido (2) fuera de especificaciones para modificar la posición (V) final de la carrera de la aguja (3), que repercute en el caudal (Q) del fluido inyectado. De esta forma se configura el primer lazo de control (L1).

Además del primer lazo de control (L1), esta realización del sistema (1) comprende un segundo lazo de control (L2) para regular la presión (P) del sistema (1). En esta realización, el sistema (1) comprende un segundo dispositivo de control (6.1) que se alimenta con el conjunto de valores de la segunda posición de apertura (V) de las agujas (3) de todos los inyectores (2). Si el segundo dispositivo de control (6.1) detecta que uno de los valores de la segunda posición (V) de las agujas (3) está fuera del rango de control de valores de referencia V^a- V^b, el dispositivo de control (6.1) emite una señal de control a los medios de regulación de presión (7) para modificar la presión (P) de suministro de fluido; esta variación tiene como resultado la variación de la velocidad de salida del fluido de los inyectores (2), lo que equivale a modificar el caudal de inyección (Q).

Con esta realización, de esta forma se implementa un control del caudal (Q) para los casos en los que la regulación de los inyectores (2), es decir, la regulación de la posición (V) final de la carrera de la aguja (3), no sea posible.

Los resultados muestran el análisis de capacidad del proceso de aplicación a alta velocidad con el control tradicional frente al proceso de aplicación que usa la realización detallada anteriormente del método de control y el sistema de la presente invención.

En las figuras 9 y 10, se usan los siguientes parámetros:

■ LSL= Límite de especificación inferior (especificación de peso en seco del sellante basado en agua aplicado) ■ USL= Límite de especificación superior (especificación de peso en seco del sellante basado en agua aplicado) ■ N muestras = Número de muestras

■ PPM= Defectos en partes por millón

■ Pp, PμL, PpU, Ppk y Cμm = Índices de capacidad de proceso global

■ Cp, CμL, CpU y Cpk = Índices de capacidad de proceso potencial.

Más específicamente:

- Cp o Pp = (USL - LSL)/6*Desviación Estándar ^ >1 significa: El proceso es más estrecho que los límites establecidos

- CPU o PPU = (USL - Objetivo)/ 3*Desviación Estándar ^ <1 significa: El límite superior se supera - CPL o PPL = (Objetivo - LSL)/ 3*Desviación Estándar ^ <1 significa: El límite inferior se supera

- Cpk o Ppk = mín{CPU,CPL} ^ <1 significa: El proceso sobrepasa al menos uno de los límites

Además, siguiendo los estándares de la industria Seis Sigma (del inglés, Six Sigma) (Seis Sigma proviene de la estadística, específicamente del campo del control de calidad estadístico, que evalúa la capacidad de proceso):

- Ppk < 1 Proceso fuera de control, no centrado y fuera de las especificaciones

- PpK > 2 Proceso de clase mundial con calidad Seis Sigma.

Por tanto, la figura 9 muestra el análisis de capacidad del proceso de aplicación a alta velocidad con el control tradicional y la figura 10 muestra el análisis de capacidad del proceso de aplicación a alta velocidad usando el método de control y el sistema de la realización mencionada.

Como se muestra en la figura 9, el índice de capacidad a largo plazo Ppk para el proceso de aplicación es 0,72. Este índice Ppk indica que el proceso está fuera de control dando como resultado una alta tasa de partes defectuosas (fuera de especificación) con un valor de PPM de 23412,20, lo que significa que, por cada millón de cápsulas aplicadas, más de 23000 cápsulas son defectuosas.

Sin embargo, como puede verse en la figura 10, aplicando el método de control y el sistema de la realización mencionada anteriormente de la presente invención, es posible mejorar considerablemente la capacidad del proceso de aplicación reduciendo en gran medida la variabilidad de pesos aplicados (fluidos), aumentando el Ppk a 3,28, y disminuyendo la tasa de partes defectuosas a 0.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método de control para controlar la cantidad de luido aplicado en una superficie de componente de envase por un sistema de inyección de fluidos a alta velocidad (1), el sistema de inyección (1) comprendiendo:

- una pluralidad de inyectores de fluido (2) configurados para aplicar un fluido en una superficie de componente de envase, comprendiendo cada inyector de fluido (2) un elemento de válvula (3) desplazable entre una primera posición de cierre y una segunda posición de apertura (V), en donde la segunda posición de apertura (V) de cada elemento de válvula (3) es controlable de forma individual para regular el caudal (Q) inyectado por cada inyector de fluido (2);

- medios de alimentación de fluido (4) configurados para suministrar fluido a presión a la pluralidad de inyectores de fluido (2);

- una pluralidad de caudalímetros (5), en donde cada caudalímetro (5) está vinculado a un inyector de fluido (2), y en donde cada caudalímetro (5) está configurado para medir el caudal (Q) de fluido inyectado por el inyector de fluido (2) al cual está vinculado;

- un primer dispositivo de control (6), configurado para recibir una señal del caudal (Q) de cada inyector de fluido (2) y controlar al menos la segunda posición de apertura (V) de cada elemento de válvula (3);

- un primer lazo de control (L1) por cada inyector de fluido (2) con realimentación del caudal (Q) inyectado por el inyector de fluido (2), en donde el primer lazo de control (L1) está configurado para controlar el caudal (Q) de fluido inyectado actuando sobre el primer dispositivo de control (6) configurado para controlar al menos la segunda posición de apertura (V) de cada elemento de válvula (3);

en donde el método comprende las etapas de:

- proveer de un modelo dinámico equivalente del sistema de inyección de fluidos a alta velocidad (1);

- introducir un rango de valores de referencia de caudal (Q^a- Q^b);

- iniciar el proceso de inyección de fluido;

- para cada inyector de fluido (2), medir el valor de caudal (Q) inyectado por parte del caudalímetro (5) vinculado a dicho inyector de fluido (2),

- para cada inyector de fluido (2), comparar por parte del primer dispositivo de control (6) el valor de caudal (Q) medido con el rango de valores de referencia de caudal (Q^a- Q^b);

■ si el valor de caudal (Q) está fuera del rango de valores de referencia de caudal (Q^a- Q^b), modificar la segunda posición de apertura (V) del elemento de válvula (3) del inyector de fluido (2);

■ si el valor de caudal (Q) está dentro del rango de valores de referencia de caudal (Q^a-Q ^b), no emprender ninguna acción.

2. El método de control para un sistema de inyección de fluidos (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de inyección fluidos (1) es rotativo o estacionario.

3. El método de control para un sistema de inyección de fluidos (1) según la reivindicación 2,

en donde los medios de alimentación de fluido (4) comprenden además medios de regulación de presión (7) configurados para modificar la presión (P) de suministro de fluido,

en donde el sistema de inyección de fluidos (1) comprende un segundo dispositivo de control (6.1), configurado para recibir una señal de un rango de valores de referencia de la segunda posición de apertura (V^a- V^b) de cada inyector de fluido (2), y un rango más estrecho y centrado (Vc - Vd) en dicho rango de valores de referencia de la segunda posición de apertura (V^a- V^b), y para controlar los medios de regulación de presión (7);

y en donde si el valor de la segunda posición de apertura (V) de al menos un inyector de fluido (2) se encuentra fuera del rango de valores de referencia de la segunda posición de apertura (V^a-V ^b), el método comprende además la etapa de:

- modificar la presión (P) de suministro de fluido.

4. El método de control para un sistema de inyección de fluidos (1) según la reivindicación anterior, en donde si el valor promedio de la segunda posición de apertura (V) de todos los inyectores de fluido (2) se encuentra fuera del rango de valores de referencia más estrecho y centrado (Vc - Vd), el método comprende además la etapa de:

- modificar la presión (P) de suministro de fluido.

5. El método de control para un sistema de inyección de fluidos (1) según cualquiera de las reivindicaciones 3-4,

en donde los medios de alimentación de fluido (4) comprenden además medios de regulación de temperatura (9) configurados para modificar la temperatura (T) de suministro de fluido, y

en donde el sistema inyección de fluidos (1) comprende un tercer dispositivo de control (6.2);

en donde el tercer dispositivo de control (6.2) está configurado además para recibir una señal de la presión (P) de suministro de fluido, un rango de valores de referencia de la presión (P^a- P^b) de suministro de fluido, y para controlar los medios de regulación de temperatura (9);

en donde si el valor de la presión (P) de suministro de fluido se encuentra fuera del rango de valores de referencia de la presión (P_A- P_B), el método comprende además la etapa de:

- modificar la temperatura (T) de suministro de fluido un primer incremento de temperatura (T).

6. El método de control para un sistema de inyección de fluidos (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el elemento de válvula (3) de los inyectores de fluido (2) es una aguja configurada para desplazarse longitudinalmente bloqueando una boquilla del inyector de fluido (2), y en donde la segunda posición de apertura (V) del elemento de válvula (3) está determinada por un final de carrera regulable, y en donde el método de control comprende además la etapa de:

- inicializar cada inyector de fluido (2), mediante las etapas de:

■ desplazar el final de carrera hacia la posición de cierre de la aguja, de modo que la aguja no tenga margen de movimiento,

■ desplazar el final de carrera regulable, en dirección a la posición de apertura hasta que con la aguja abierta empiece la inyección de fluido (Q ≠ 0),

■ desplazar el final de carrera hacia la posición de apertura hasta alcanzar el punto medio del rango de control determinado para la segunda posición de apertura (V).

7. El método de control para un sistema de inyección de fluidos (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende el uso de un filtro paso bajo para filtrar la medida de los caudalímetros (5).

8. Un sistema de inyección de fluidos a alta velocidad (1) configurado para implementar un método para controlar la cantidad de fluido aplicado en una superficie de componente de envase según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, que comprende:

- una pluralidad de inyectores de fluido (2) configurados para aplicar fluidos en una superficie de componente de envase, comprendiendo cada inyector de fluido (2) un elemento de válvula (3) desplazable entre una primera posición de cierre y una segunda posición de apertura (V), en donde la segunda posición de apertura (V) de cada elemento de válvula (3) puede ser controlada de forma individual para regular el caudal (Q) inyectado por cada inyector de fluido (2);

- un primer lazo de control (L1) con realimentación del caudal (Q) inyectado por cada inyector de fluido (2), en donde el primer lazo de control (L1) está configurado para controlar el caudal (Q) de fluido inyectado por el inyector de fluido (2) actuando sobre el primer dispositivo de control (6) configurado para controlar al menos la segunda posición de apertura (V) de cada elemento de válvula (3).

9. El sistema de inyección de fluidos a alta velocidad (1) según la reivindicación 8, caracterizado porque el sistema de inyección de fluidos (1) es rotativo o estacionario.

10. El sistema de inyección de fluidos a alta velocidad (1) según la reivindicación anterior, en donde los medios de alimentación de fluido (4) comprenden medios de regulación de presión (7) configurados para modificar la presión (P) de suministro de fluido, en donde el sistema de inyección (1) comprende un segundo dispositivo de control (6.1) configurado para controlar la presión (P) de suministro de fluido, y en donde el sistema (1) comprende además un segundo lazo de control (L2), en donde el segundo lazo de control (L2) está configurado para controlar al menos la presión (P) de suministro de fluido.

11. El sistema de inyección de fluidos a alta velocidad (1) según cualquiera de las reivindicaciones 8-10, en donde los medios de alimentación de fluido (4) comprenden además medios de regulación de temperatura (9) configurados para modificar la temperatura (T) de suministro de fluido, en donde el sistema de inyección (1) comprende un tercer dispositivo de control (6.2) configurado para controlar la temperatura (T) del fluido mediante una señal de control de temperatura (T) del fluido, y en donde el sistema (1) comprende además un tercer lazo de control (L3), en donde el tercer lazo de control (L3) está configurado para controlar al menos la temperatura (T) del fluido.

12. El sistema de inyección de fluidos a alta velocidad (1) según cualquiera de las reivindicaciones 8-11, en donde el primer dispositivo de control (6) comprende un controlador proporcional, integral y/o derivativo.

13. El sistema de inyección de fluidos a alta velocidad (1) según cualquiera de las reivindicaciones 8-12, en donde el elemento de válvula (3) de los inyectores de fluido (2) es una aguja configurada para desplazarse longitudinalmente bloqueando una boquilla del inyector de fluido (2).

14. Un sistema de monitorización (10) para un sistema de inyección (1) según cualquiera de las reivindicaciones 6-13, que comprende un dispositivo de monitorización en tiempo real configurado para transmitir al menos las magnitudes medidas por el sistema de inyección (1).

15. El sistema de monitorización (10) según la reivindicación anterior, que comprende además una pasarela para la transmisión bidireccional entre el dispositivo de monitorización en tiempo real y unos medios de visualización para mostrar los datos transmitidos a un operador, y el encapsulado y desencapsulado de datos transmitidos entre el dispositivo de monitorización en tiempo real y los medios de visualización.