IT201800020017A1 - Metodo e sistema di controllo di un processo produttivo che utilizza uno stampo in una fonderia - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:

“METODO E SISTEMA DI CONTROLLO DI UN PROCESSO PRODUTTIVO CHE UTILIZZA UNO STAMPO IN UNA FONDERIA”

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione è relativa ad un metodo e ad un sistema di controllo di un processo produttivo che utilizza uno stampo in una fonderia. ARTE ANTERIORE

Una stazione per la produzione di pezzi in fonderia, o banco di colata, comprende (almeno) uno stampo apribile al cui interno viene alimentata (per gravità o mediante iniezione) una quantità predeterminata di metallo fuso (che solidificandosi all’interno dello stampo darà origine ad un getto, ovvero ad un pezzo meccanico). Lo scambio termico tra il metallo fuso che si sta solidificando e la superficie interna dello stampo è il fattore che maggiormente incide sulla qualità finale dei pezzi meccanici che vengono realizzati nello stampo stesso. All’interno dello stampo sono normalmente annegati dei dispositivi termoregolatori che vengono pilotati in funzione della temperatura misurata da sensori di temperatura (tipicamente termocoppie) per cercare di mantenere la temperatura delle pareti dello stampo pari ad un valore desiderato ottimale; tuttavia, l’azione dei termoregolatori è relativamente lenta (ovvero per produrre variazioni significative della temperatura superficiale sono necessarie decine di secondi) e non è in grado di compensare efficacemente sbalzi della temperatura superficiale dovuti ad eventi inaspettati (ad esempio, nel caso di colata ad iniezione, o pressocolata, un ritardo di iniezione o una ridotta velocità di iniezione) oppure ad errori nel processo di raffreddamento e lubrificazione (ad esempio una spruzzatura di lubrificante troppo prolungata che raffredda eccessivamente la superficie interna dello stampo oppure una spruzzatura di lubrificante non omogena che non raffredda in modo uniforme le superficie interna dello stampo).

Per cercare di ovviare ai sopra descritti inconvenienti è stato proposto l’utilizzo di termo-camere all’infrarosso che acquisiscono (quando lo stampo è aperto) delle immagini termografiche delle superfici interne dello stampo; normalmente, vengono acquisiste una immagine termografica delle superfici interne dello stampo immediatamente dopo l’estrazione del pezzo meccanico appena realizzato ed una immagine termografica delle superfici interne dello stampo immediatamente prima della chiusura dello stampo (ovvero, nel caso di presso-colata, dopo l’esecuzione della spruzzatura di lubrificante). Le immagini termografiche delle superfici interne dello stampo consentono di monitorare ad ogni colata le temperature delle aree dello stampo di maggior interesse e quindi permettono di determinare se tali temperature sono più o meno prossime alle temperature desiderate. In questo modo, gli operatori possono sapere con ragionevole certezza se il processo di colata è relativamente stabile o se sono intervenuti eventi che non permettono di ottenere le condizioni ottimali di temperatura della superficie interna dello stampo.

Le soluzioni attuali forniscono in tempo reale i valori di temperatura delle aree dello stampo di maggior criticità e le immagini termografiche dell’area complessiva inquadrata dalle termo-camere; nel momento in cui la temperatura di una o più aree monitorate eccede o è inferiore ai livelli prefissati, il sistema di controllo allerta l’operatore della condizione anomala e del necessario intervento per l’analisi della anomalia e per la conseguente correzione dei sistemi di termoregolazione.

In altre parole, sul mercato sono disponibili sistemi di elaborazione termografica per determinare le mappe termiche delle superfici interne dello stampo che possono essere utilizzate per controllare la termoregolazione dello stampo o le modalità di esecuzione del processo di lubrificazione; tuttavia, la maggior parte delle analisi ed elaborazioni delle immagini termografiche vengono demandate a sistemi che eseguono a posteriori l’elaborazione dei dati termici al fine di stabilire modifiche dei parametri di macchina inerenti al processo o al fine di pianificare una manutenzione preventiva di stampi ed organi di macchina.

I sistemi di elaborazione termografica noti applicano dei processi di analisi alle immagini termografiche della superficie interna di uno stampo per ricavare dei parametri o valori di sintesi (ad esempio la temperatura minima/massima/media di limitate porzioni della superficie interna denominate “regioni di interesse”) che vengono poi utilizzati per eseguire la regolazione della temperatura delle pareti dello stampo e/o la regolazione di altri processi agenti sullo stampo (quale, ad esempio, la spruzzatura di lubrificante sulla superficie interna dello stampo prima di iniziare un nuovo processo di colata).

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è di fornire un metodo ed un sistema di controllo di un processo produttivo che utilizza uno stampo in una fonderia, i quali metodo e sistema di controllo permettano di migliorare la qualità media dei pezzi meccanici che vengono prodotti per fusione e, nello stesso tempo, siano di facile ed economica realizzazione.

Secondo la presente invenzione vengono forniti un metodo ed un sistema di controllo di un processo produttivo che utilizza uno stampo in una fonderia, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

Le rivendicazioni descrivono forme di realizzazione della presente invenzione formando parte integrante della presente descrizione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

• la figura 1 è una vista schematica di una stazione per la produzione di pezzi meccanici in una fonderia, o banco di colata, in cui uno stampo è disposto in una configurazione chiusa;

• la figura 2 è una vista schematica della stazione di figura 2 con lo stampo in una configurazione aperta; e

• 0le figure 3-8 sono rispettive viste schematiche di immagini termografiche di una superficie interna dello stampo della figura 2. FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nella figura 1 è rappresentata in modo estremamente schematico e indicata nel suo complesso con il numero 1 una stazione, o banco di colata, per la produzione in una fonderia di pezzi 2 meccanici. Il banco 1 di colata, ad esempio un banco di pressocolata ad alta pressione (“HPDC - High Pressure Die Casting”), permette di realizzare pezzi 2 meccanici in alluminio o altre leghe leggere, quali testate o basamenti per un motore a combustione interna.

Il banco 1 di colata comprende uno stampo 3 apribile (ovvero spostabile tra una configurazione chiusa illustrata nella figura 1 ed una configurazione aperta illustrata nella figura 2) ed un dispositivo 4 di alimentazione che è atto ad alimentare all’interno dello stampo 3, attraverso opportune aperture non mostrate per semplicità, una quantità predeterminata di metallo fuso (che solidificandosi all’interno dello stampo 3 darà origine al pezzo 2 meccanico).

Nella forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, lo stampo 3 comprende due parti 5, di cui almeno una è mobile, per aprire e chiudere lo stampo 3 (secondo altre forme di attuazione non illustrate, lo stampo 3 è composto da un maggior numero di parti); in particolare almeno una delle due parti 5 è collegata ad un attuatore (di tipo noto, generalmente idraulico) che è atto a spostare la parte 5 stessa. In altre parole, lo stampo 3 è composto da almeno due parti 5 tra loro accoppiabili (ovvero unibili una all’altra per chiudere lo stampo 3 come illustrato nella figura 1) e separabili (ovvero allontanabili una dall’altra per aprire lo stampo 3 come illustrato nella figura 2).

Secondo quanto illustrato nella figura 2, in ciascuna parte 5 dello stampo è ricavata una cavità 6 che riproduce in negativo la forma del pezzo 2 meccanico ed al cui interno viene alimentato il metallo fuso dal dispositivo 4 di alimentazione. Ciascuna cavità 6 è delimitata da una superficie 7 interna che, in uso, viene a contatto con il metallo fuso che viene alimentato dal dispositivo 4 di alimentazione.

All’interno dello stampo 3, ovvero dentro a ciascuna parte 5 dello stampo 3, sono disposti dei riscaldatori (ad esempio utilizzanti bruciatori a gas) e dei raffreddatori (ad esempio utilizzanti un liquido di raffreddamento in un opportuno circuito) che sono regolabili per portare e mantenere le pareti dello stampo 3 alla temperatura desiderata.

In uso, lo stampo 3 è inizialmente nella configurazione aperta (illustrata nella figura 2) e viene sottoposto ad un ciclo di lubrificazione durante il quale degli ugelli, non mostrati nelle figure, spruzzano all’interno di ciascuna cavità 6 e contro la corrispondente superficie 7 interna una miscela di acqua (avente la funzione di raffreddare la superficie 7 interna) e di un liquido distaccante che favorisce il distacco del pezzo 2 meccanico dalla superficie 7 interna (ovvero contrasta l’adesione del pezzo 2 meccanico alla superficie 7 interna). Una volta terminata la preparazione dello stampo 3, ovvero una volta terminato il ciclo di lubrificazione, lo stampo 3 viene chiuso, ovvero viene spostato dalla configurazione aperta (illustrata nella figura 2) per fargli assumere la configurazione chiusa (illustrata nella figura 1); ovviamente, se previste, eventuali anime (generalmente a perdere e realizzate in sabbia pressata) vengono inserite nello stampo 3 prima di chiudere lo stampo 3 stesso. Nello stampo 3 chiuso, ovvero nella configurazione chiusa (illustrata nella figura 1), viene alimentata una quantità predeterminata di metallo fuso (ovvero avviene la colata del metallo liquido per la realizzazione del pezzo 2 meccanico, o getto di fusione).

Dopo essere stato alimentato nello stampo 3, il metallo fuso viene lasciato raffreddare per un tempo di raffreddamento predeterminato (ad esempio 20-50 secondi) in modo tale che il pezzo 2 meccanico costituito dal metallo fuso possa solidificarsi a sufficienza per potere venire estratto dallo stampo 3 senza danneggiamenti. Terminato il tempo di raffreddamento, lo stampo 3 viene aperto, ovvero viene spostato dalla configurazione chiusa (illustrata nella figura 1) per fargli assumere la configurazione aperta (illustrata nella figura 2), e quindi il pezzo 2 meccanico appena formato viene estratto dallo stampo 3. A questo punto ricomincia il ciclo per realizzare un successivo pezzo 2 meccanico con un nuovo ciclo di lubrificazione.

Secondo quanto illustrato nelle figure 1 e 2, il banco 1 di colata comprende un sistema 8 di controllo provvisto di una unità 9 di elaborazione che sovraintende al funzionamento dell’intero banco 1 di colata ed è preferibilmente (ma non obbligatoriamente) collegata ad una pluralità di sensori di temperatura (ad esempio termocoppie) che sono annegati (inseriti) nelle pareti dello stampo 3. I sensori di temperatura misurano in tempo reale la temperatura all’interno delle pareti dello stampo 3 (in prossimità delle superfici 7 interne a diretto contatto con il metallo fuso) e le misure fornite dai sensori di temperatura vengono utilizzate dal sistema 8 di controllo per pilotare i riscaldatori (ad esempio utilizzanti bruciatori a gas) o i raffreddatori (ad esempio utilizzanti un liquido di raffreddamento) in modo da mantenere la temperatura delle pareti dello stampo 3 all’interno di un intervallo predeterminato.

Il sistema 8 di controllo comprende una coppia di termo-camere 10 (ovvero di telecamere termografiche) che sono delle particolari telecamere sensibili alla radiazione infrarossa e quindi capaci di ottenere immagini o riprese termografiche; le termo-camere 10 possono essere a fuoco fisso (utilizzate normalmente quando le dimensioni degli stampi 3 sono poco variabili) oppure autofocus (utilizzate normalmente quando nel banco 1 di colata possono essere installati stampi 3 di dimensioni molto diverse). Le termo-camere 10 sono orientate verso le superfici 7 interne delle due parti 5 dello stampo 3 (o meglio delle relative cavità 6) quando lo stampo 3 è aperto (come illustrato nella figura 2), ovvero ciascuna termo-camera 10 inquadra una superficie 7 interna di una parte 5 dello stampo 3 quando lo stampo 3 è aperto (come illustrato nella figura 2). In questo modo, ciascuna termo-camera 10 è atta ad acquisire una immagine termografica di una corrispondente superficie 7 interna (ovvero una immagine in cui ciascun pixel rappresenta una misura della temperatura di una corrispondente area della superficie 7 interna). Secondo alternative forme di attuazione non illustrate, il sistema 8 di controllo comprende un diverso numero di termocamere 10, da un minimo di una unica termo-camera 10 a diverse (tre, quattro, cinque, sei…) termo-camere 10, dove ciascuna termo-camera inquadra una determinata parte 5 dello stampo 3 o area della superficie 7 interna della relativa cavità 6.

La condizione termica delle superfici 7 interne dello stampo 3 è un fattore critico per la qualità dei pezzi 2 meccanici colati; di conseguenza, l’analisi delle immagini termografiche delle superfici 7 interne dello stampo 3 permette di ricavare informazioni sulla qualità del processo produttivo, ovvero sulla qualità dei pezzi 2 meccanici.

Viene di seguito descritta la produzione di un singolo pezzo 2 meccanico utilizzando lo stampo 3 ed utilizzando le immagini termografiche delle superfici 7 interne dello stampo 3 acquisite dalle due termo-camere 10 per determinare la qualità del pezzo 2 meccanico (ovvero la rispondenza del pezzo 2 meccanico alle specifiche desiderate).

Inizialmente lo stampo 3 è aperto (come illustrato nella figura 2), è vuoto, ed è pronto alla realizzazione del pezzo 2 meccanico; immediatamente prima di chiudere lo stampo 3 (ovvero con il minimo anticipo possibile rispetto all’istante di chiusura dello stampo 3), l’unità 9 di elaborazione acquisisce, attraverso le due termo-camere 10, almeno una prima immagine A termografica reale (illustrata schematicamente nella figura 3) di almeno una superficie 7 interna dello stampo 3 che si trova nella configurazione aperta (normalmente le due termo-camere 10 acquisiscono ciascuna una immagine A termografica reale di una corrispondente superficie 7 interna dello stampo 3).

Dopo che l’unità 9 di elaborazione ha acquisito, attraverso le due termo-camere 10, almeno una immagine A termografica reale di almeno una superficie 7 interna dello stampo 3, lo stampo 3 viene chiuso accoppiando tra loro le due parti 5 (come illustrato nella figura 1). A questo punto, il dispositivo 4 di alimentazione alimenta del metallo fuso nello stampo 3 che è disposto nella configurazione chiusa. Al termine di un determinato tempo di raffreddamento, lo stampo 3 viene aperto (come illustrato nella figura 2) ed il pezzo 2 meccanico costituito dalla solidificazione del metallo fuso viene estratto dallo stampo 3. Immediatamente dopo avere estratto il pezzo 2 meccanico dallo stampo 3 (ovvero con il minimo ritardo possibile rispetto all’istante di estrazione del pezzo 2 meccanico dallo stampo 3), l’unità 9 di elaborazione acquisisce, attraverso le due termo-camere 10, almeno una seconda immagine X termografica reale (illustrata schematicamente nella figura 6) di almeno una superficie 7 interna dello stampo 3 che è nella configurazione aperta (normalmente le due termo-camere 10 acquisiscono ciascuna una immagine X termografica reale di una corrispondente superficie 7 interna dello stampo 3).

L’unità 9 di elaborazione confronta almeno parte dell’immagine A termografica reale e/o relativi parametri (ad esempio parametri di sintesi di seguito descritti) ed almeno parte dell’immagine X termografica reale e/o relativi parametri (ad esempio parametri di sintesi di seguito descritti) con rispettive immagini e/o relativi parametri appartenenti a intervalli di accettabilità predeterminati (teoricamente o sperimentalmente). In particolare, secondo una realizzazione preferita, per confrontare l’immagine A termografica reale e/o relativi parametri con immagini e/o relativi parametri appartenenti all’intervallo di accettabilità, l’immagine A termografica reale viene confrontata con una corrispondente immagine B termografica di riferimento facendo un confronto punto per punto in almeno una regione (R1-R3) di interesse; allo stesso modo, per confrontare l’immagine X termografica reale e/o relativi parametri con immagini e/o relativi parametri appartenenti all’intervallo di accettabilità, l’immagine X termografica reale viene confrontata con una corrispondente immagine Y termografica di riferimento facendo un confronto punto per punto in almeno una regione R1-R3 di interesse. In questo caso un intervallo di accettabilità può definire la massima differenza accettabile fra l’immagine A (o X) termografica reale e l’immagine B (o Y) termografica di riferimento. Inoltre, l’unità 9 di elaborazione determina la presenza di una possibile anomalia nel pezzo 2 meccanico se l’immagine A termografica reale è difforme (diversa) dal corrispondente intervallo di accettabilità, ovvero se l’immagine A termografica reale e/o relativi parametri non corrispondono a un’immagine e/o relativi parametri appartenenti al corrispondente intervallo di accettabilità e/o se l’immagine X termografica reale è difforme (diversa) dal corrispondente intervallo di accettabilità, ovvero se l’immagine X termografica reale e/o relativi parametri non corrispondono a un’immagine e/o relativi parametri appartenenti al corrispondente intervallo di accettabilità . Secondo una diversa forma di attuazione, l’unità 9 di elaborazione confronta solo l’immagine A termografica reale e/o relativi parametri con immagini e/o relativi parametri appartenenti al corrispondente intervallo di accettabilità oppure confronta solo l’immagine X termografica reale e/o relativi parametri on immagini e/o relativi parametri appartenenti al corrispondente intervallo di accettabilità.

Secondo quanto illustrato nelle figure 3 e 6, nelle immagini A e X termografiche reali vengono individuate le sopra citate regioni R1-R3 di interesse (“ROI – Region Of Interest”) che rappresentano le aree più importanti delle superficie 7 interne dello stampo 3 (ovvero le aree delle superficie 7 interne dello stampo 3 che maggiormente influenzano la realizzazione del pezzo 2 meccanico); l’analisi delle immagini A e X termografiche reali si concentra sulle regioni R1-R3 di interesse, ovvero quanto presente all’interno delle regioni R1-R3 di interesse ha un peso maggiore di quanto presente al di fuori delle regioni R1-R3 di interesse (in alternativa quanto presente al di fuori delle regioni R1-R3 di interesse potrebbe anche venire del tutto ignorato). Ovviamente il numero, la dimensione, la forma e la disposizione delle aree di interesse sono del tutto variabili da caso a caso.

Secondo una possibile forma di attuazione, l’unità 9 di elaborazione determina in almeno alcune aree (ad esempio nelle regioni R1-R3 di interesse) di ciascuna immagine A o X termografica reale dei parametri o valori di sintesi (ad esempio la temperatura minima/massima/media delle regioni R1-R3 di interesse della immagine A o B termografica reale) e confronta tali valori di sintesi ricavati dalla immagine A o X termografica reale con corrispondenti parametri o valori di sintesi appartenenti all’intervallo di accettabilità per stabilire se l’immagine A o X termografica è conforme all’intervallo di accettabilità o difforme dall’intervallo di accettabilità. In altre parole, l’unità 9 di elaborazione calcola dei parametri o valori di sintesi utilizzando l’immagine A o X termografica reale e confronta tali parametri o valori di sintesi con corrispondenti parametri o valori dell’intervallo di accettabilità: ad esempio la temperatura media della regione R1 di interesse deve essere compresa tra 220°C e 230°C, la temperatura massima della regione R2 di interesse deve essere compresa tra 315°C e 342°C, e la temperatura minima della regione R3 di interesse deve essere compresa tra 180°C e 196°C.

Secondo una diversa forma di attuazione, l’unità 9 di elaborazione confronta l’immagine A termografica reale e l’immagine X termografica reale rispettivamente con l’immagine B termografica di riferimento (illustrata schematicamente nella figura 4) e con l’immagine Y termografica di riferimento (illustrata schematicamente nella figura 7) determinando una immagine C termografica differenziale ed una immagine Z termografica differenziale (illustrate schematicamente nelle figure 5 e 8) i cui punti hanno valori pari alle differenze tra i valori dei punti dell’immagine A o X termografica reale ed i valori dei corrispondenti punti dell’immagine B o Y termografica di riferimento. In altre parole, il valore di ciascun punto dell’immagine A o X termografica reale viene sottratto al valore del corrispondente punto dell’immagine B o Y termografica di riferimento per determinare il valore del corrispondente punto della immagine C o Z termografica differenziale. A tale proposito, è importante osservare che il valore di un punto delle immagini A, B, X, Y termografiche indica la temperatura corrispondente a tale punto mentre il valore di un punto delle immagini C e Z termografica differenziale indica la differenza di temperatura corrispondente a tale punto.

In altre parole, l’unità 9 di elaborazione può confrontare una immagine A o X termografica reale con una corrispondente immagine B o Y termografica di riferimento facendo un confronto punto per punto, ovvero confrontando ogni singolo punto della immagine A o X termografica reale con un corrispondente punto della immagine B o Y termografica di riferimento; una termo-camera 10 ad alta definizione attualmente in commercio presenta ad esempio una risoluzione di 640x512 punti (pixels), ovvero è composta da 327.680 punti (ciascuno avente un proprio valore di temperatura ad esempio variabile tra 0 e 255): il confronto di una immagine A o X termografica reale con una corrispondente immagine B o Y termografica di riferimento prevede di confrontare il valore di ciascuno dei 327.680 punti (pixels) della immagine A o X termografica reale con un corrispondente punto (pixel) della immagine B o Y termografica di riferimento.

Successivamente, l’unità 9 di elaborazione determina in almeno alcune aree (ad esempio nelle regioni R1-R3 di interesse) di ciascuna immagine C o Z termografica differenziale dei parametri o valori di sintesi (ad esempio la temperatura minima/massima/media delle regioni R1-R3 di interesse della immagine C o Z termografica differenziale) e confronta tali parametri o valori di sintesi ricavati dalla immagine C o Z termografica differenziale con corrispondenti parametri o valori di sintesi di un intervallo di variabilità per stabilire se la corrispondente immagine A o X termografica è conforme all’intervallo di accettabilità o difforme dall’intervallo di accettabilità.

Quando una immagine A o X termografica reale viene confrontata con una corrispondente immagine B o Y termografica di riferimento per determinare una immagine C o Z termografica differenziale, l’intervallo di accettabilità rappresenta sostanzialmente un insieme di valori che si discostano di una quantità accettabile dal valore zero, indicando il valore zero l’identità fra il valore di un punto dell’immagine A o X termografica reale e quello del corrispondente punto dell’immagine B o Y termografica di riferimento. Una immagine A o X termografica reale corrisponde (ovvero è sufficientemente simile) ad una immagine B o Y termografica di riferimento se l’immagine C o Z termografica differenziale è ovunque (e particolarmente nelle regioni R1-R3 di interesse) sufficientemente prossima allo zero.

L’unità 9 di elaborazione verifica che una immagine A o X termografica reale corrisponda (ovvero sia sufficientemente simile) ad una immagine B o Y termografica di riferimento calcolando una immagine C o Z termografica differenziale e verificando che i valori della immagine C o Z termografica differenziale siano prossimi allo zero: ad esempio la temperatura differenziale media della regione R1 di interesse deve essere compresa tra -10°C e 8°C, la temperatura differenziale massima della regione R2 di interesse deve essere compresa tra -19°C e 21°C, e la temperatura differenziale minima della regione R3 di interesse deve essere compresa tra -1°C e 1°C.

Secondo una possibile forma di attuazione, l’unità 9 di elaborazione potrebbe utilizzare insieme (per avere un controllo ridondante) le due modalità sopra descritte di verifica della conformità di una immagine A o X termografica al corrispondente intervallo di accettabilità.

Secondo una preferita forma di attuazione, l’unità 9 di elaborazione memorizza l’immagine A termografica reale e/o l’immagine X termografica reale e/o relativi parametri e/o anomalie eventualmente riscontrate in un report di produzione (tipicamente in forma digitale) del pezzo 2 meccanico, ovvero in una scheda (digitale) che contiene la storia della produzione del pezzo 2 meccanico; se nel futuro il pezzo 2 meccanico dovesse mostrare dei difetti potrebbe essere possibile correlare i difetti a deviazioni di temperatura indesiderate avvenute durante la fusione del pezzo 2 meccanico stesso.

Se l’immagine A termografica reale è significativamente difforme (diversa) dal corrispondente intervallo di accettabilità e/o se l’immagine X termografica reale è significativamente difforme (diversa) dal corrispondente intervallo di accettabilità, allora l’unità 9 di elaborazione può decidere di isolare il pezzo 2 meccanico per un successivo ulteriore controllo di qualità (ovvero una verifica della assenza di difetti nel pezzo 2 meccanico) oppure può anche decidere di scartare direttamente il pezzo 2 meccanico. Generalmente, l’unità 9 di elaborazione scarta direttamente il pezzo 2 meccanico se una differenza tra l’immagine A termografica reale ed il corrispondente intervallo di accettabilità è superiore ad almeno una prima soglia e/o se una differenza tra l’immagine X termografica reale ed il corrispondente intervallo di accettabilità è superiore ad almeno una seconda soglia. In altre parole, se l’immagine A termografica reale è significativamente difforme (ma non troppo difforme) dal corrispondente intervallo di accettabilità e/o se l’immagine X termografica reale è significativamente difforme (ma non troppo difforme) dal corrispondente intervallo di accettabilità, allora l’unità 9 di elaborazione decide generalmente di richiedere un ulteriore controllo di qualità del pezzo 2 meccanico; invece, se l’immagine A termografica reale è molto (troppo) difforme dal corrispondente intervallo di accettabilità e/o se l’immagine X termografica reale è molto (troppo) difforme dal corrispondente intervallo di accettabilità, allora l’unità 9 di elaborazione decide generalmente di scartare il pezzo 2 meccanico.

Gli esiti delle verifiche circa il fatto che almeno parte di una prima immagine A termografica reale e/o relativi parametri corrispondano o meno a immagini e/o relativi parametri appartenenti ad un corrispondente, primo intervallo di accettabilità e al fatto che almeno parte della seconda immagine (X) termografica reale e/o relativi parametri corrispondano o meno a immagini e/o relativi parametri appartenenti ad un corrispondente, secondo intervallo di accettabilità possono essere correlati fra loro e/o combinati con altre verifiche di difformità delle immagini A o X termografiche reali per determinare la presenza di possibili anomalie nei pezzi meccanici. Ad esempio, la seconda soglia relativa ad una seconda immagine X termografica reale può essere definita o automaticamente variata come conseguenza dell’esito della verifica circa la difformità rilevata di una prima immagine A termografica reale rispetto al corrispondente intervallo di variabilità; o in generale l’unità di elaborazione 9 può analizzare le eventuali difformità fra la prima A e la seconda X immagini termografiche reali e relativi intervalli di accettabilità per determinare possibili anomalie nel pezzo 2 meccanico non singolarmente ma insieme, in modo coordinato. In altre parole, la determinazione di possibili anomalie nel pezzo 2 meccanico e la conseguente decisione di scartare tale pezzo 2 meccanico sono fatte non sulla base dei singoli confronti fra ciascuna delle prima A e seconda X immagini termografiche reali con i corrispondenti intervalli di accettabilità, ma sulla base di una analisi coordinata.

Secondo una possibile forma di attuazione, una immagine A o X termografica reale viene considerata difforme da una immagine B o Y termografica di riferimento se in almeno una regione la media dei valori dei punti della corrispondente immagine C o Z termografica differenziale è superiore ad una terza soglia.

Secondo una possibile forma di attuazione, le immagini B e Y termografiche di riferimento sono immagini termografiche di riferimento predeterminate ottenute mediante una simulazione del processo di produzione (o realizzazione) di un pezzo 2 meccanico, ovvero costruite utilizzando dei modelli matematici del processo di produzione (o realizzazione) di un pezzo meccanico. Secondo una alternativa forma di attuazione, le immagini B e Y termografiche di riferimento sono ancora immagini termografiche di riferimento predeterminate, ma vengono ottenute acquisendo delle immagini termografiche reali di un processo di produzione ottimale (ovvero un processo avvenuto in condizioni ideali che si è dimostrato capace di produrre pezzi 2 meccanici sostanzialmente privi di difetti); generalmente vengono acquisite una pluralità di immagini termografiche reali dalle quali viene calcolata una media per ottenere le immagini B e Y termografiche di riferimento. E’ anche possibile combinare le due metodologie ricavando le immagini B e Y termografiche di riferimento da immagini termografiche reali di un processo di colata ottimale e quindi correggendo (migliorando) in un secondo momento le immagini B e Y termografiche di riferimento sulla base di simulazioni del processo di colata; in alternativa, le immagini B e Y termografiche di riferimento vengono ottenute mediante una simulazione del processo di colata ed in un secondo momento le immagini B e Y termografiche di riferimento vengono corrette (migliorate) sulla base di immagini termografiche reali di un processo di colata ottimale.

L’immagine C o Z termografica differenziale può venire visualizzata in uno schermo per essere visionata da un operatore del banco 1 di colata e può venire utilizzata dall’unità 9 di controllo per eseguire la regolazione della temperatura delle pareti dello stampo 3 e/o la regolazione di altri processi agenti sullo stampo 3 (quale, ad esempio, la lubrificazione delle superfici 7 interne dello stampo 3 prima di iniziare un nuovo processo di colata). In particolare, l’unità 9 di elaborazione può applicare dei processi di analisi all’immagine C o Z termografica differenziale per ricavare dei parametri di sintesi (ad esempio la differenza di temperatura minima/massima/media di limitate porzioni delle superfici 7 interne, ovvero delle regioni R1-R3 di interesse) che vengono poi utilizzati per eseguire la regolazione della temperatura delle pareti dello stampo 3 e/o la regolazione di altri processi agenti sullo stampo 3 (quale, ad esempio, la lubrificazione delle superfici 7 interne dello stampo 3 prima di iniziare un nuovo processo di colata).

Quanto sopra descritto permette di controllare in modo indiretto la qualità del pezzi 2 meccanici ottenuti nel processo di fusione per isolare i pezzi 2 meccanici realizzati in condizioni non ottimali della temperatura delle superfici 7 interne dello stampo 3. Questo nuovo metodo di controllo della qualità dei pezzi 2 meccanici non esclude un controllo finale dei pezzi 2 meccanici realizzato a campionamento o a tappeto tramite i metodi classici di verifica: visivo, raggi x, dimensionale, della tenuta a pressione sui lotti prodotti; questo nuovo metodo di controllo della qualità dei pezzi 2 meccanici permette di isolare immediatamente i pezzi 2 meccanici realizzati in condizioni non ottimali, in particolar modo in presenza di anomalie nella temperatura superficiale dello stampo 3.

In altre parole, se l’immagine A termografica reale è conforme al corrispondente intervallo di accettabilità allora l’unità 9 di elaborazione assume (con ragionevole certezza) che la precedente operazione di lubrificazione e la termoregolazione della temperatura delle pareti dello stampo 3 hanno consentito il corretto raffreddamento delle superfici 7 interne dello stampo 3; in altre parole, l’unità 9 di elaborazione ha la conferma (con ragionevole certezza) che il processo di produzione del pezzo 2 meccanico è sotto controllo e che non ci sono condizioni anomale o di allerta. Analogamente, se l’immagine X termografica reale è conforme al corrispondente intervallo di accettabilità allora l’unità 9 di elaborazione assume (con ragionevole certezza) che la produzione del pezzo 2 meccanico è avvenuta in condizioni ottimali; in altre parole, l’unità 9 di elaborazione ha la conferma (con ragionevole certezza) che il processo di produzione del pezzo 2 meccanico è avvenuto sotto controllo, in assenza di condizioni anomale o di allerta.

La presenza di condizioni anomale della temperatura superficiale dello stampo 3 (ovvero della temperatura delle superfici 7 interne dello stampo 3) in una delle due fasi di controllo (immediatamente prima di chiudere lo stampo 3 ed immediatamente dopo avere estratto il pezzo 2 meccanico dallo stampo 3) determina l’estrazione di un pezzo 2 meccanico pressofuso da segregare per ulteriori indagini e una richiesta di verifica dei parametri di termoregolazione del banco. Le condizioni di allerta rilevate possono rimanere attive per almeno un ciclo successivo anche se la temperatura delle superfici 7 interne dello stampo 3 precedente alla chiusura dello stampo 3 risulta essere entro i parametri prefissati; lo stato di allerta consente di contrassegnare, se necessario, uno o più pezzi 2 meccanici prodotti con un processo appena uscito da condizioni di instabilità.

Il sopra descritto metodo di controllo della qualità e della reportistica dei pezzi 2 meccanici presso-colati è utilizzabile su presse ad alta e bassa pressione, in quanto si basa sull’associazione della qualità di un pezzo 2 meccanico ai valori accettabili della mappa termica delle superfici 7 interne dello stampo 3 o parti di esso nelle fasi più appropriate del processo. Il sopra descritto metodo di controllo della qualità e della reportistica dei pezzi 2 meccanici è utilizzabile anche nella produzione di pezzi 2 meccanici colati per gravità; in questo caso la mappa termica delle superfici 7 interne dello stampo 3 può venire rilevata automaticamente a fine riscaldamento dello stampo 3, prima della colata e/o dopo l’estrazione del pezzo 2 meccanico dallo stampo 3.

E’ importante sottolineare che la lubrificazione mediante spruzzatura è generalmente utilizzata solo nella pressocolata ad alta pressione, ovvero non è generalmente utilizzata nella pressocolata a bassa pressione e nella colata per gravità (in cui la superficie 7 interna dello stampo può venire riscaldata a fiamma prima di chiudere lo stampo 3).

Per riassumere quanto sopra descritto nel caso di pressocolata ad alta pressione, vengono acquisite sia la prima immagine A termografica reale immediatamente prima di chiudere lo stampo 3, sia la seconda immagine X termografica reale immediatamente dopo l’estrazione del pezzo 2 meccanico dallo stampo 3, e quindi viene eseguito un trattamento termico di raffreddamento e lubrificazione della superficie 7 interna dello stampo 3 dopo l’acquisizione della seconda immagine X termografica reale. In questo caso l’unità 9 di elaborazione verifica che (almeno nelle regioni R1-R3 di interesse) i valori della prima immagine A termografica reale siano conformi al corrispondente intervallo di accettabilità (utilizzando o meno l’immagine C termografica differenziale) e che (almeno nelle regioni R1-R3 di interesse) i valori della seconda immagine X termografica reale siano conformi al corrispondente intervallo di accettabilità (utilizzando o meno l’immagine Z termografica differenziale).

Nel caso di pressocolata a bassa pressione, può venire acquisita solo l’immagine A termografica reale immediatamente prima di chiudere lo stampo 3 oppure solo l’immagine X termografica reale immediatamente dopo l’estrazione del pezzo 2 meccanico dallo stampo 3 qualora, come generalmente avviene, non venga eseguito alcun trattamento termico di raffreddamento o riscaldamento della superficie 7 interna dello stampo 3. In questo caso l’unità 9 di elaborazione verifica che (almeno nelle regioni R1-R3 di interesse) i valori della immagine A o X termografica reale siano conformi al corrispondente intervallo di accettabilità (utilizzando o meno l’immagine C o Z termografica differenziale).

Nel caso di colata in gravità, possono essere acquisite sia l’immagine A termografica reale immediatamente prima di chiudere lo stampo 3, sia l’immagine X termografica reale immediatamente dopo l’estrazione del pezzo 2 meccanico dallo stampo 3 e quindi viene eseguito un trattamento termico di riscaldamento (mediante fiamme libere) della superficie 7 interna dello stampo 3 dopo l’acquisizione della immagine X termografica reale. In questo caso l’unità 9 di elaborazione verifica che (almeno nelle regioni R1-R3 di interesse) i valori della immagine A termografica reale siano conformi al corrispondente intervallo di accettabilità (utilizzando o meno l’immagine C termografica differenziale) e che (almeno nelle regioni R1-R3 di interesse) i valori della immagine X termografica reale siano conformi al corrispondente intervallo di accettabilità (utilizzando o meno l’immagine Z termografica differenziale).

Una immagine termografica differenziale (ovvero una immagine termografica che rappresenta la differenza tra due immagini termografiche di partenza) può venire utilizzata in modo automatico dall’unità 9 di elaborazione (che ricava dalla immagine termografica differenziale almeno il valore di un parametro di controllo) o in modo manuale da un operatore (che sulla base dell’immagine visualizzata può decidere se e come intervenire) per controllare il processo produttivo.

Oltre ai confronti citati in precedenza fra una immagine A o X termografica reale e una immagine B o Y termografica di riferimento (utilizzando o meno l’immagine C termografica differenziale), ovvero fra l’immagine A o X termografica reale e/o relativi parametri e immagini e/o relativi parametri appartenenti a corrispondenti intervalli di accettabilità un metodo secondo l’invenzione può prevedere di confrontare una immagine A termografica reale con una differente immagine X termografica reale immediatamente precedente per valutare l’efficacia del trattamento termico di riscaldamento o raffreddamento della superficie 7 interna dello stampo 3. In altre parole, in questo caso l’immagine termografica di riferimento è una differente immagine termografica reale A o X della superficie 7 interna dello stampo 3 acquisita in precedenza.

Un altro possibile confronto che rappresenta una fase di un metodo secondo la presente invenzione, ad esempio per ricavare una immagine termografica differenziale, è quello fra una immagine A o X termografica reale e una differente immagine A o X termografica reale di un ciclo precedente (più o meno lontano nel tempo), ad esempio acquisita dopo l’esecuzione di un trattamento termico precedente, per verificare l’eventuale presenza di derive temporali (ovvero per verificare se la superficie 7 interna dello stampo 3 si sta lentamente riscaldando o raffreddando).

Le forme di attuazione qui descritte si possono combinare tra loro senza uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione.

Il metodo di controllo sopra descritto presenta numerosi vantaggi. In primo luogo, il metodo di controllo sopra descritto permette di migliorare la qualità media dei pezzi 2 meccanici che vengono prodotti per fusione: la maggior parte dei difetti nella pressocolata, come sfogliature, porosità, ritiri e depositi è causata o può essere in relazione con una non perfetta distribuzione della temperatura nelle superfici 7 interne dello stampo 3 ed il metodo di controllo sopra descritto permette di garantire che durante la produzione di ciascun pezzo 2 meccanico la distribuzione della temperatura nelle superfici 7 interne dello stampo 3 (prima della fusione, ovvero immediatamente prima di chiudere lo stampo 3, e dopo la fusione, ovvero immediatamente dopo avere estratto il pezzo 2 meccanico dallo stampo 3) sia stata sufficientemente simile a quella ottimale.

L’utilizzo delle immagini C e X (o anche altre) termografiche differenziali permette di evidenziare meglio eventuali differenze (anche non immediatamente apparenti) tra le corrispondenti immagini termografiche di partenza e quindi permette di rendere più efficace e più efficiente il controllo del processo di produzione dei pezzi 2 meccanici per fusione.

Inoltre, il metodo di controllo sopra descritto non comporta alcun allungamento dei tempi ciclo, in quanto l’acquisizione delle immagini A e X termografiche reali avviene in modo del tutto automatico in frazioni di secondo.

Infine, l’implementazione del metodo di controllo sopra descritto non comporta in molti casi alcun aggravio di costo in quanto le termo-camere 10 sono già normalmente previste nel banco 1 di colata, ad esempio per controllare il processo di lubrificazione, e quindi non è necessario aggiungere alcun hardware addizionale.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1) Metodo di controllo di un processo produttivo che utilizza uno stampo (3) in una fonderia; il metodo di controllo comprende le fasi di: alimentare del metallo fuso nello stampo (3); estrarre dallo stampo (3), al termine di un tempo di raffreddamento, un pezzo (2) meccanico costituito dalla solidificazione del metallo fuso; e acquisire almeno una immagine (A, X) termografica reale di una superficie (7) interna dello stampo (3); il metodo di controllo è caratterizzato dal fatto di comprendere le ulteriori fasi di: determinare una immagine (C, Z) termografica differenziale i cui punti hanno valori pari alle differenze tra i valori dei punti della immagine (A, X) termografica reale ed i valori dei corrispondenti punti di una immagine (A, X, B, Y) termografica di riferimento; e controllare almeno una parte del processo produttivo utilizzando l’immagine (C, Z) termografica differenziale.
2. 2) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui lo stampo (3) è composto da almeno due parti (5) tra loro accoppiabili e separabili, il metodo comprendendo le ulteriori fasi di chiudere lo stampo (3) per fargli assumere una configurazione chiusa nella quale il metallo fuso è alimentato nello stampo (3), e aprire lo stampo (3) per fargli assumere una configurazione aperta nella quale il pezzo (2) meccanico è estratto dallo stampo (3).
3. 3) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 2, nel quale detta immagine (A, X) termografica reale è acquisita immediatamente prima di chiudere lo stampo (3).
4. 4) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 2 o la rivendicazione 3, nel quale detta immagine (A, X) termografica reale è acquisita immediatamente dopo aver aperto lo stampo (3).
5. 5) Metodo di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente l’ulteriore fase di visualizzare l’immagine (C, Z) termografica differenziale in uno schermo.
6. 6) Metodo di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente l’ulteriore fase di utilizzare l’immagine (C, Z) termografica differenziale per eseguire una regolazione della temperatura di pareti dello stampo (3).
7. 7) Metodo di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente l’ulteriore fase di utilizzare l’immagine (C, Z) termografica differenziale per eseguire una regolazione di processi agenti sullo stampo (3).
8. 8) Metodo di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente l’ulteriore fase di applicare dei processi di analisi all’immagine (C, Z) termografica differenziale per ricavare dei parametri di sintesi.
9. 9) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 8, in cui i parametri di sintesi vengono utilizzati per una regolazione della temperatura di pareti dello stampo (3) e/o per una regolazione di altri processi agenti sullo stampo (3).
10. 10) Metodo di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’immagine termografica di riferimento è una immagine (B, Y) termografica di riferimento predeterminata ottenuta mediante una simulazione del processo di produzione del pezzo (2) meccanico.
11. 11) Metodo di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui l’immagine termografica di riferimento è una immagine (B, Y) termografica di riferimento predeterminata ottenuta acquisendo delle immagini termografiche reali di un processo di produzione che si è dimostrato produrre pezzi (2) meccanici sostanzialmente privi di difetti.
12. 12) Metodo di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui l’immagine termografica di riferimento è una differente immagine (A, X) termografica reale della superficie (7) interna dello stampo (3) acquisita in precedenza.
13. 13) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 12, in cui la immagine (A) termografica reale viene acquisita dopo l’esecuzione di un trattamento termico della superficie (7) interna dello stampo (3) e la differente immagine (X) termografica reale viene acquisita prima dell’esecuzione del trattamento termico della superficie (7) interna dello stampo (3).
14. 14) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 12, in cui la differente immagine (X) termografica reale è acquisita prima dell’esecuzione di un trattamento termico precedente.
15. 15) Sistema (8) di controllo di uno stampo (3) in una fonderia; in cui lo stampo (3) è composto da almeno due parti (5) tra loro accoppiabili e separabili e presenta una superficie (7) interna; in cui è previsto un dispositivo (4) di alimentazione per alimentare del metallo fuso nello stampo (3) quando lo stampo (3) è in una configurazione chiusa; e in cui il sistema (8) di controllo comprende almeno una termo-camera (10) che è atta ad acquisire almeno una immagine (A, X) termografica reale di una superficie (7) interna dello stampo (3) quando lo stampo (3) è in una configurazione aperta; il sistema (8) di controllo è caratterizzato dal fatto di comprendere una unità (9) di elaborazione che è atta a: determinare una immagine (C, Z) termografica differenziale i cui punti hanno valori pari alle differenze tra i valori dei punti della immagine (A, X) termografica reale ed i valori dei corrispondenti punti di una immagine (A, X, B, Y) termografica di riferimento; e controllare almeno una parte del processo produttivo utilizzando l’immagine (C, Z) termografica differenziale.