IT201800006604A1 - Macchina ribobinatrice per la produzione di logs di materiale cartaceo. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una macchina ribobinatrice per la produzione di logs di materiale cartaceo.

E’noto che la produzione dei logs di materiale cartaceo, dai quali si ricavano ad esempio i rotoli di carta igienica od i rotoli di carta da cucina, implica l’alimentazione di un nastro di carta, formato da uno o più veli sovrapposti, su un percorso prestabilito lungo il quale si eseguono diverse operazioni prima di procedere alla formazione dei logs, inclusa una preincisione trasversale del nastro per formare linee di pre-taglio che lo suddividono in fogli separabili a strappo. La formazione dei logs implica normalmente l’impiego di tubi di cartone, comunemente detti “anime” sulla cui superficie si distribuisce una predeterminata quantità di colla per consentire l’incollaggio del nastro di carta sulle anime via via introdotte nella macchina che produce i logs, comunemente detta “ribobinatrice” nella quale sono predisposti dei rulli avvolgitori che determinano l’avvolgimento propriamente detto del nastro cartaceo sulle anime. La colla viene distribuita sulle anime quando queste transitano lungo un corrispondente percorso comprendente una tratta terminale comunemente detta “culla” per la sua conformazione concava. La formazione dei logs implica, inoltre, l’impiego di rulli avvolgitori i quali impongono ad ogni anima di ruotare attorno al proprio asse longitudinale così determinando l’avvolgimento del nastro sulla stessa anima. Il processo termina quando un numero prestabilito di fogli risulta avvolto sull’anima, con l’incollaggio di un lembo dell’ultimo foglio su quello sottostante del rotolo così formato (operazione cosiddetta “di incollaggio lembo”). Al raggiungimento del numero prestabilito di fogli avvolti sull'anima, l'ultimo foglio del log in fase di completamento viene separato dal primo foglio del log successivo, ad esempio mediante un getto di aria compressa diretto verso una corrispondente linea di preincisione. A questo punto, il log viene scaricato dalla ribobinatrice. Il brevetto EP1700805 descrive una macchina ribobinatrice che funziona secondo lo schema operativo sopra indicato. I logs così prodotti vengono poi condotti ad un magazzino polmone che rifornisce una o più troncatrici mediante le quali si realizza il taglio trasversale dei logs per l'ottenimento dei rotoli nel formato desiderato.

La presente invenzione riguarda, specificatamente, il controllo del diametro dei logs all’interno delle ribobinatrici e si propone di fornire un sistema di controllo che provvede alla regolazione automatica della velocità dei rulli avvolgitori in funzione del diametro attuale dei logs per compensare i possibili errori dovuti, ad esempio, all’usura superficiale dei rulli avvolgitori e/o alla presenza di detriti sulla superficie dei rulli avvolgitori e/o alle caratteristiche superficiali della carta. In altre parole, la presente invenzione consente di regolare in modo automatico, sulla base del confronto dei dati rilevati dei diametri effettivi con corrispondenti valori prestabiliti, il parametro del cosiddetto “ritorno”, ovvero quel parametro che indica la variazione di velocità tra due rulli avvolgitori, variazione questa che determina l' accrescimento del log in formazione.

A tale risultato si è pervenuti, in conformità della presente invenzione, adottando l'idea di realizzare una ribobinatrice avente le caratteristiche indicate nella rivendicazione 1. Altre caratteristiche della presente invenzione sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Tra i vantaggi offerti dal presente trovato si citano ad esempio i seguenti: il controllo della ribobinatrice è costante nel tempo e non dipende dall’ esperienza degli addetti alla conduzione delle macchine; è possibile utilizzare dispositivi ottici disponibili in commercio; il costo del sistema di controllo è molto ridotto in relazione ai vantaggi offerti.

Questi ed ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione saranno più e meglio compresi da ogni tecnico del ramo grazie alla descrizione che segue ed agli annessi disegni, fomiti a titolo esemplificativo ma da non considerarsi in senso limitativo, nei quali:

■ la Fig.1 rappresenta una schematica vista laterale di una ribobinatrice per la produzione di logs di materiale cartaceo con un log (L) in fase di formazione;

■ la Fig.2 rappresenta un particolare della Fig.1 ;

■ la Figg.3A, 3B, 3C rappresentano in modo schematico un log in formazione visto da un’estremità in differenti configurazioni di avvolgimento;

■ la Fig.4 è uno schema a blocchi semplificato relativo all’unità elettronica programmabile (UE);

■ la Fig.5 è uno schema relativo ad un possibile controllo eseguito in una ribobinatrice in conformità della presente invenzione;

■ le Figg. 6, 7A, 7B e 7C sono grafici che illustrano le modalità di rilevamento del diametro in conformità dell’ invenzione.

Un sistema di controllo in conformità della presente invenzione è applicabile, ad esempio, al controllo del funzionamento di una ribobinatrice (RW) del tipo illustrato in Fig.1 e nel particolare di Fig.2. La ribobinatrice comprende una stazione (W) di avvolgimento della carta con un primo rullo avvolgitore (R1) ed un secondo rullo avvolgitore (R2) atti a delimitare, con le rispettive superfici esterne, una gola (N) attraverso la quale è alimentato un nastro di materiale cartaceo (3) formato da uno o più veli di carta e destinato ad essere avvolto attorno ad un'anima tubolare (4) per formare un log (L). Il nastro (3) è provvisto di una serie di incisioni trasversali che suddividono il nastro stesso in fogli consecutivi e facilitano la separazione dei singoli fogli. Ciascun log (4) è formato da un numero prestabilito di fogli avvolti sull'anima (4). Durante la formazione del log, il diametro di quest’ultimo aumenta fino ad un valore massimo che corrisponde ad una prestabilita lunghezza del nastro (3), ovvero ad un numero prestabilito di fogli. Nella stazione di avvolgimento (W) è predisposto un terzo rullo avvolgitore (R3) che, rispetto alla direzione (F3) di provenienza del nastro (3), è disposto a valle rispetto ai primi due rulli avvolgitori (R1, R2). Inoltre, il secondo rullo avvolgitore (R2) è disposto ad una quota inferiore rispetto al primo (R1). Nell’esempio di realizzazione mostrato nei disegni allegati, gli assi di rotazione del primo rullo (R1), del secondo rullo (R2) e del terzo rullo (R3) sono orizzontali e paralleli tra loro, cioè orientati trasversalmente rispetto alla direzione di provenienza del nastro (3). Il terzo rullo (R3) è collegato ad un attuatore (A3) che permette di movimentarlo da e verso il secondo rullo (R2), cioè, permette di movimentarlo da e verso la predetta gola (N). Ciascuno di detti rulli (R1, R2, R3) ruota attorno al proprio asse essendo collegato ad un rispettivo organo motore (M1, M2, M3). Le anime (4) sono introdotte sequenzialmente nella gola (N) mediante un convogliatore che, nell’esempio mostrato in Fig.1, comprende delle cinghie motorizzate (7) predisposte al di sotto di piastre fisse (40) le quali, insieme alle cinghie (7), obbligano le anime (4) a muoversi rotolando lungo un percorso rettilineo (45). Quest’ultimo si sviluppa tra una sezione di alimentazione delle anime, dove è predisposto un introduttore (RF), ed una culla (30) predisposta al di sotto del primo rullo avvolgitore (R1). In corrispondenza del detto percorso (45) sono predisposti degli ugelli (6) mediante i quali viene applicata colla su ciascuna anima (4) per consentire l’adesione del primo foglio di ciascun nuovo log sull’anima stessa e l’incollaggio dell’ultimo foglio del log sui fogli sottostanti. Il funzionamento di una ribobinatrice del tipo sopra descritto è di per sé noto.

Resta inteso che, ai fini della presente invenzione, il sistema di alimentazione delle anime (4) alla stazione di avvolgimento (W), così come le modalità ed i mezzi di erogazione della colla sulle anime(4), possono essere realizzati in qualsiasi altro modo.

I motori (M1, M2, M3) e l’attuatore (A3) sono controllati da una unità elettronica programmabile (UE) ulteriormente descritta nel seguito.

In conformità della presente invenzione, può essere impiegato, ad esempio, un sistema ottico di visione comprendente una fotocamera (5) disposta ed agente in modo da poter riprendere una estremità del log in formazione. L’immagine di ciascun log (L) rilevata dalla fotocamera (5) corrisponde pertanto ad una figura bidimensionale il cui bordo è rilevato mediante analisi di discontinuità dell’intensità luminosa eseguita utilizzando algoritmi cosiddetti di “edgedetection” di per sé noti. Tali algoritmi si basano sul principio secondo il quale il bordo di una immagine può essere considerato come il confine tra due regioni dissimili ed essenzialmente il contorno di un oggetto corrisponde ad un brusco cambiamento nei livelli di intensità luminosa. Prove sperimentali sono state condotte dalla richiedente utilizzando una fotocamera OMRON modello FHSM 02 con controller OMRON FH L 550. La fotocamera (5) è collegata ad una unità elettronica programmabile (UE) che riceve i segnali prodotti dalla stessa fotocamera. Quest’ultima fornisce all’ unità programmabile (UE) il diametro del log. In questo esempio, il detto controller (50) è programmato per calcolare l’equazione di una circonferenza passante per tre punti (H) del bordo (EL) rilevato come detto in precedenza e per calcolarne il diametro. In pratica, l’individuazione dei tre punti (H) disposti sulla circonferenza esterna del log in formazione determina l’ottenimento del valore del corrispondente diametro.

La fotocamera (5) è azionata dall’unità (UE) per un numero prestabilito di volte in un intervallo di tempo prestabilito per ricavare corrispondenti valori relativi al diametro del log in formazione. In altre parole, la foto camera (5) segue una pluralità di rilevamenti durante la formazione del log (L), con una distribuzione di tali rilevamenti nel tempo che può non essere costante. Infatti, è stato verificato che una rilevazione ottimale per l’intera formazione del log può essere determinata effettuando una parte considerevole di rilevamenti nella parte iniziale della formazione del log; ad esempio, gli inventori ritengono che sia più efficace eseguire circa il 70% delle rilevazioni nella parte inziale dell’avvolgimento, corrispondente a sostanzialmente il 30% dell’intero avvolgimento e la rimanente parte delle rilevazioni (circa il 30%) nel restante 70% dell’avvolgimento.

In pratica, durante la formazione del log (L) la fotocamera (5) esegue una serie di rilevamenti che determinano una corrispondente serie di valori del diametro effettivo (DE) del log in formazione. L’unità di elaborazione (UE), che può comprendere un sistema di controllo PLC (contrassegnato dal blocco PL in Fig.4), confronta i valori ottenuti dai rilevamenti (DE) con i corrispondenti valori prestabili (DT) che il log dovrebbe assumere in corrispondenza delle relative fasi di avvolgimento. In pratica, il sistema confronta la successione dei valori degli effettivi diametri rilevati (DE) con la corrispondente successione dei diametri teorici di riferimento (DT).

L’elaborazione dei dati viene utilizzata per la regolazione automatica del cosiddetto “ritorno” citato in precedenza, ovvero per stabilire in modo automatico come debba essere variata la velocità del rullo inferiore (R2) rispetto alla velocità del rullo superiore (RI), entrambi i motori (M1, M2) dei rulli (R1, R2) essendo controllati e comandati dalla detta unità di elaborazione (UE).

In pratica, durante la fase di accrescimento del log (L), ovvero nel corso della sua formazione in corrispondenza dei rulli della stazione di avvolgimento (W), la fotocamera (5) effettua una successione di scatti ad istanti prestabiliti. Per ciascuna foto (ovvero per ciascun rilevamento dei tre punti H indicati nei disegni) viene determinato, come precedentemente descritto, il valore del diametro effettivo (DE) e tale valore viene confrontato, per ciascuna rilevazione, con un corrispondente valore di riferimento o diametro teorico (DT) che è memorizzato dall’unità di elaborazione (UE) ovvero dalla relativa unità di controllo (PL). L’unità di elaborazione (UE), sulla base del confronto tra i diametri effettivi (DE) ed i corrispondenti diametri teorici (DT), determina, per ciasuna rilevazione e ciascun confronto, l’errore relativo al diametro nel tempo, ovvero nel corso dell’ avvolgimento del log. In Fig. 6 sono rappresentate due curve che mostrano qualitativamente un possibile andamento del diametro nel tempo relativamente al valore effettivo (DE) ed al valore teorico (DT) prestabilito. In questo esempio, si ipotizza che l’errore diminuisce progressivamente nel corso dell ’ avvolgimento .

Gli schemi delle Figg.3A-C rappresentano tre possibili situazioni di rilevamento degli errori in tre diversi istanti. In Fig. 3A il diametro rilevato in base alla posizione dei punti (H) è più piccolo di quello teorico (circonferenza in linea tratteggiata); in Fig.3B il diametro rilevato è maggiore di quello teorico; in Fig. 3C il diametro rilevato coincide con quello teorico. Nei disegni il riferimento (CL) indica il centro del log.

In Fig. 5 il riferimento (ED) rappresenta la differenza tra i due diametri suddetti (DT, DE). Le Figg. 7A, 7B e 7C rappresentano tre possibili andamenti degli errori (e1, e2, ..., en) di diametro rilevati in una successione di istanti (tl, t2, ..., tn), dove in ciascun istante di rilevazione l’errore è dato dalla differenza tra il diametro rilevato (DE) ed il diametro teorico (DT) e la retta (r) è una retta la cui equazione è determinata dall’unità (UE) applicando, ad esempio, il metodo dei minimi quadrati agli insieme dei valori (e1, e2, ..., en). In ogni caso viene stabilita una correlazione di tipo lineare tra i detti valori (e1, e2, ..., en) atta ad indicare l’andamento temporale degli errori (e1, e2, ..., en), correlazione che permette di stabilire se gli errori stessi diminuiscono, aumentano o restano costanti nel tempo come schematicamente nelle Figg. 7A, 7B e 7C.

Gli istanti in cui vengono eseguite le rilevazioni nei grafici delle Figg. 7A, 7B e 7C sono stati rappresentati equidistanziati per semplificare il disegno ma, come detto in precedenza, preferibilmente la maggior parte delle rilevazioni viene eseguita nella parte iniziale dell ’ avvolgimento .

Il predetto andamento è rappresentato dalla pendenza (a) della retta (r) rispetto all’asse dei tempi.

In pratica, se gli errori (e1, e2, ..., en) tendono a diminuire, la retta ha una pendenza (a) negativa, come schematicamente illustrato in Fig. 7A.

Se gli errori (e1, e2, …, en) tendono ad aumentare, la retta ha una pendenza (a) positiva, come schematicamente illustrato in Fig. 7B.

Infine, se gli errori (e1, e2, …, en) sono di valore sostanzialmente costante, la retta ha una pendenza (a) sostanzialmente nulla, come schematicamente illustrato in Fig. 7C.

In funzione della pendenza (a) della retta (r) l’unità di elaborazione (UE) può determinare una corrispondente correzione del ritorno.

Ad esempio, per valori di (a) minori di zero (come in Fig. 7A) l’unità di elaborazione (UE) esegue il cosiddetto incremento del ritorno, cioè determina una diminuzione della velocità di rotazione del rullo (R2) rispetto al rullo (R1).

Per valori di (a) maggiori di zero (come in Fig. 7B) l’unità di elaborazione (UE) esegue la dimunizione del ritorno, cioè determina un aumento della velocità di rotazione del rullo (R2) rispetto al rullo (R1).

Per valori di (a) sostanzialmente pari zero (come in Fig. 7C), ad esempio per valori compresi tra -0,1 e 0,1, l’unità di elaborazione (UE) non esegue alcuna correzione.

Il predetto valore (a) rappresenta, più in generale, un parametro correlato all’andamento nel tempo dei valori (e1, e2, …, en) che formano la detta successione di differenze.

In conformità dell’esempio precedentemente descritto in cui (a) è la penenza della retta (r), l’unità di elaborazione (UE) modifica la velocità relativa di detti primo e secondo rullo (R1, R2) quando tale parametro è esterno ad un intervallo prestabilito di valori che contiene lo zero. L’eventuale correzione viene comandata dopo il completamento del ciclo di avvolgimento del log e quindi interesserà i log successivi.

L’unità di elaborazione (UE) può essere provvista di mezzi di visualizzazione tramite i quali rappresentare, ad esempio, i valori dei diametri effettivi rilevati, i valori degli errori rispetto a valori teorici di riferimento, l’andamento degli errori nel tempo, le eventuali variazioni determinate nella velocità del rullo inferiore rispetto a quello superiore. La stessa unità di elaborazione (UE) può comprendere mezzi di segnalazione atti ad allertare gli operatori in occasione di un rilevazione di costanza nel tempo della rilevazione di un errore che determina un valore di (a) pari a zero.

In pratica i particolari di esecuzione possono comunque variare in modo equivalente per ciò che attiene ai singoli elementi descritti e illustrati e alla loro disposizione reciproca senza per questo uscire dall'ambito dell'idea di soluzione adottata e perciò restando nei limiti della tutela conferita dal presente brevetto.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1) Ribobinatrice per la produzione di logs di materiale cartaceo, comprendente una stazione (W) di avvolgimento della carta con un primo rullo avvolgitore (R1) ed un secondo rullo avvolgitore (R2) atti a delimitare, con le rispettive superfici esterne, una gola (N) attraverso la quale è alimentato un nastro di materiale cartaceo (3) formato da uno o più veli di carta e destinato ad essere avvolto in detta stazione di avvolgimento (W) per formare un log (L), e con un terzo rullo avvolgitore (R3) il quale, rispetto ad una direzione (F3) di provenienza del nastro (3), è disposto a valle rispetto ai primi due rulli avvolgitori (R1, R2), in cui il secondo rullo avvolgitore (R2) è disposto ad una quota inferiore rispetto al primo (R1), in cui gli assi di rotazione del primo rullo (R1), del secondo rullo (R2) e del terzo rullo (R3) sono orizzontali e paralleli tra loro, cioè sono orientati trasversalmente rispetto alla direzione di provenienza del nastro (3), in cui il terzo rullo (R3) è collegato ad un attuatore (A3) che permette di movimentarlo ciclicamente da e verso la predetta gola (N) cosicché la posizione del terzo rullo avvolgitore (R3) varia rispetto agli altri due rulli avvolgitori (R1, R2) durante la formazione dei logs, ed in cui ciascuno di detti rulli avvolgitori (R1, R2, R3) ruota attorno al proprio asse essendo collegato ad un corrispondente motore elettrico (M1, M2, M3), caratterizzata dal fatto che comprende un sistema di rilevazione con mezzi ottici (5, 50) atti a rilevare, in una successione di istanti di rilevazione prestabiliti, una successione di diametri (DE) assunti in tali istanti da un log (L) in formazione nella stazione di avvolgimento (W) ed una unità elettronica programmabile (UE) collegata ai detti motori elettrici (M1, M2, M3) nonché ai detti mezzi ottici (5, 50), dal fatto che l’unità (UE) è programmata per confrontare i diametri rilevati (DE) dai mezzi ottici (5, 50) con una successione di corrispondenti diametri di valore prestabilito (DT) e per calcolare una successione di differenze (e1, e2, …, en) tra tali valori (DE, DT), dal fatto che la detta unità di elaborazione (UE) determina un parametro (a) correlato all’andamento nel tempo dei valori (e1, e2, …, en) che formano la detta successione di differenze, e dal fatto che la detta unità di elaborazione (UE) in base al valore di detto parametro (a) modifica la velocità relativa di detti primo e secondo rullo (R1, R2).
2. 2) Ribobinatrice secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto parametro (a) è la pendenza di una retta (r) di correlazione dei valori di detta successione di differenze (e1, e2, …, en) rispetto al tempo.
3. 3) Ribobinatrice secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che l’unità di elaborazione (UE) mofica la velocità relativa di detti primo e secondo rullo (R1, R2) quando il valore di detta pendenza è esterno ad un intervallo di valori prestabilito, all’interno del quale intervallo è contenuto il valore nullo.
4. 4) Ribobinatrice secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che dal fatto che ciascun diametro (DE) della successione di diametri rilevati dai mezzi ottici (5, 50) è determinato dal sistema di rilevazione (5, 50) previa rilevazione di tre punti (H) di una successione di immagini del bordo (EL) di una estremità del log (L) rilevate dai detti mezzi ottici (5, 50) nella detta successione di istanti di rilevazione.
5. 5) Ribobinatrice secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l’unità di elaborazione (UE) è provvista di mezzi di visualizzazione tramite i quali rappresentare uno o più dei seguenti: i valori dei diametri effettivi rilevati, i valori degli errori rispetto a valori teorici di riferimento, l’andamento degli errori nel tempo, le eventuali variazioni determinate nella velocità del rullo inferiore rispetto a quello superiore.
6. 6) Ribobinatrice secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che è provvista di un dispositivo (7) di alimentazione di anime (4) per la formazioe di log, dispositivo (7) atto ad introdurre sequenzialmente le anime (4) nella detta gola (N).