IT202000004600A1

IT202000004600A1 - Apparecchiatura distributrice di collante e relativo metodo di controllo

Info

Publication number: IT202000004600A1
Application number: IT102020000004600A
Authority: IT
Inventors: Luca Giugni
Original assignee: Intercom S R L
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2021-09-04
Also published as: FR3107844A3; FR3107844B3

Description

APPARECCHIATURA DISTRIBUTRICE DI COLLANTE E RELATIVO METODO DI

CONTROLLO

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda il settore delle apparecchiature per l?applicazione di adesivo, tipicamente a spruzzo, in particolare ma non necessariamente collante ad acqua, impiegate prevalentemente, ma non esclusivamente per la produzione calzaturiera e della pelletteria in genere ma anche nel settore della cartotecnica. Pi? specificamente, essa ha per oggetto un'apparecchiatura distributrice di collante caratterizzata da un inedito sistema di controllo, nonch? il metodo di controllo secondo il quale la macchina ? configurata per operare.

Le apparecchiature sopra citate prevedono mezzi spruzzatori che applicano automaticamente o manualmente il collante sul pezzo da incollare, ad esempio e tipicamente una suola o una tomaia di una calzatura, oppure particolari di borse e piccola pelletteria o ancora sbozzati in cartone. I mezzi spruzzatori sono disposti in corrispondenza di una stazione di spruzzatura, ed operano (in genere supportati da un idoneo sistema di movimentazione automatico) sui pezzi appoggiati su un trasportatore orizzontale, e quindi alimentati uno dopo l?altro alla stazione di spruzzatura.

Una corretta distribuzione del collante sui pezzi in lavorazione rappresenta un obiettivo da raggiungere con la massima accuratezza possibile. Infatti, una quantit? insufficiente e/o non uniforme pu? determinare un?adesione inefficace, con conseguenti difetti di lavorazione, mentre un?erogazione eccessiva, oltre a poter essere a sua volta causa di difetti, determina uno spreco di risorse e quindi affligge i costi di produzione; a quest?ultimo proposito si deve considerare che anche una minima quantit? in eccesso su un singolo pezzo, moltiplicata per i numeri di grossi lotti di produzione pu? dar luogo a perdite tutt?altro che insignificanti.

Nella tecnica nota il dosaggio/taratura dell?apparecchiatura ? di fatto impostato su base empirica e tenendo conto della sensibilit?/esperienza dell?operatore. Tale modalit? di lavoro, oltre ad essere di per s? esposta a imprecisioni, ? ostacolata dal fatto che il collante, in particolare quello a base acquosa che ? utilizzato nella grande maggioranza dei casi, ? molto sensibile al variare delle condizioni ambientali, in particolare temperatura, per cui un dosaggio formulato in determinate condizioni pu? risultare inadeguato qualora le condizioni ambientali cambino alterando la viscosit? del collante. Inoltre, al variare della forma e del materiale dei lotti di pezzi in lavorazione ? necessario ristudiare la taratura, con relative difficolt?, perdite di tempo e sprechi di materiale.

La presente invenzione muove dalla messa a fuoco di questo tale stato di cose, in generale ignorato o sottovalutato nel suo impatto, proponendosi di fornire un?apparecchiatura per l?applicazione di collante e relativo sistema di controllo i quali permettano di ottenere un sensibile miglioramento nella qualit? e accuratezza di applicazione del collante, conseguendo sorprendenti risultati in termini di affidabilit? del risultato, risparmio di tempo, aumento produttivit? e risorse.

Questo ed altri scopi vengono raggiunti dall?apparecchiatura distributrice di collante e relativo metodo di controllo secondo l?invenzione, le cui caratteristiche essenziali sono definite nella prima e decima delle rivendicazioni annesse.

Ulteriori importanti caratteristiche sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti. Le caratteristiche e i vantaggi dell'apparecchiatura distributrice di collante e relativo metodo di controllo secondo la presente invenzione risulteranno pi? chiaramente dalla descrizione che segue di sue forme realizzative fatta a titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento ai disegni annessi in cui:

- la figura 1 ? una vista frontale, schematica e parziale dell?apparecchiatura secondo l?invenzione;

- le figure 2 e 3 sono rispettivamente una vista dall?alto e una vista laterale dell?apparecchiatura, sempre mostrata parzialmente e schematicamente; e - le figure 4a e 4b sono viste ingrandite in sezione longitudinale del solo ugello di erogazione del collante dell?apparecchiatura, rispettivamente in una configurazione di chiusura e in una possibile configurazione di erogazione.

Con riferimento a dette figure, secondo quella che ? la configurazione generale di un?apparecchiatura spruzzatrice di collante nota, e di per s? estranea alla presente invenzione, l?apparecchiatura stessa comprende un trasportatore a nastro 1 destinato ad alimentare, avanzando con un proprio segmento superiore orizzontale piano 11 lungo una direzione di avanzamento X, pezzi che devono essere sottoposti ad una operazione di spruzzatura di collante. La spruzzatura ? a carico di mezzi spruzzatori, disposti superiormente, comprendenti in particolare una pistola spruzzatrice 2. Quest?ultima ? supportata in modo scorrevole da una traversa 3 disposta ortogonalmente alla direzione di avanzamento X e quindi atta a guidare il movimento della pistola 2 lungo una direzione trasversale Y che ? in pratica una direzione di corsa di spruzzatura. La pistola ? inoltre sollevabile rispetto alla traversa 3 secondo una direzione verticale Z, o di regolazione.

Come visibile dalle figure 4a e 4b, sezioni prese secondo il piano YZ, un ulteriore parametro operativo ? rappresentato dal sollevamento di uno spillo 21, ad estremit? conica 21a, secondo un asse W parallelo alla direzione verticale Z. Il maggiore o minore sollevamento infatti, oltre a determinare la chiusura (figura 4a) dell?ugello 22 a sede 22a conica regola (parzializza) la sezione di passaggio del collante e quindi a parit? di velocit? la sua portata (a spillo maggiormente sollevato risponde una sezione di passaggio maggiore). Il maggiore sollevamento dell?intera pistola lungo l?asse Z determina invece, a parit? di apertura angolare del getto, che si apre angolarmente con vertice sull?ugello e che ? stabilita in funzione delle caratteristiche geometriche dell?ugello stesso una maggiore estensione, secondo la direzione di avanzamento X, della zona di nastro trasportatore spazzata dal getto. A tale proposito, si deve notare che deviatori 23 si estendono esternamente dall?ugello e sono configurati per produrre un getto relativamente collimato se visto lungo la direzione di avanzamento; in pratica il getto ha una configurazione sostanzialmente planare, in relazione di parallelismo con il piano di lavoro definito dal segmento 11 e dalle direzioni X e Z. Visto invece secondo la direzione trasversale Y, e quindi ortogonalmente al piano XZ, si ha invece come detto un getto che si apre o divarica angolarmente andando dall?alto verso il basso (si veda il getto come esemplificato dall?impronta G in figura 3).

In base a ci?, per ogni passo di moto del nastro e relativa passata di spruzzatura (cio? corsa di movimento della pistola 2 sulla traversa 3), la zona del nastro trasportatore investita dal getto ha la forma di una fascia, contorni esemplificativi della quale sono rappresentati in figura 2, di larghezza Xp (che sostanzialmente corrisponder? al passo del nastro) e estensione Yp (appunto prodotta dal movimento della pistola lungo la direzione trasversale Y ed impostata dall?operatore che prima di dare inizio alla lavorazione seleziona il punto di partenza e di arresto della pistola in base alle circostanze di lavorazione). Passi successivi di moto del nastro consentono dunque di investire progressivamente un?area pi? estesa del nastro stesso, o pi? precisamente del materiale da incollare su di esso trattenuto (in genere per aspirazione), data dall?assommarsi di fasce F consecutive.

Tutto ci? ? come detto riconducibile alla tecnica nota, cos? come un gruppo 4 di alimentazione del collante alla pistola 1, mostrato nella sola figura 1 e comprendente un condotto 41 che attinge il collante da un serbatoio in pressione 42, nonch? tutto il relativo sistema di controllo, ad esempio un?unit? logica programmabile PLC, a parte le specifiche implementazioni di cui si dir? di seguito. In particolare, attraverso il PLC ? possibile controllare i parametri fisici della macchina e cio?: la velocit? v di traslazione della pistola 2 sulla traversa 3; la posizione w dello spillo 21 della pistola 2

Secondo l?invenzione la macchina ? dotata di una nuova architettura di automazione, finalizzata al controllo sull?erogazione della colla per garantire una regolazione automatizzata del quantitativo applicato, la quale prevede un set di sensori per la gestione automatizzata di alcuni parametri caratteristici, e lo sviluppo di un metodo applicato alla programmazione del sistema di gestione automatica, per conferire al sistema di incollaggio stesso caratteristiche di adattivit? al processo in corso e ai parametri impostati dagli operatori. Inoltre, vengono fornite le basi per un sistema di apprendimento di tipo machine learning, cos? da conferire al processo produttivo la capacit? di adattarsi alle condizioni al contorno in un?ottica di apprendimento rinforzato. La logica sviluppata secondo l?invenzione ? dunque in particolare atta a permettere alla macchina di incollaggio di adattarsi alle variabili in ingresso, applicando dei correttivi sulle variabili in uscita, finalizzati ad ottenere un uniforme dosaggio di colla imposto ai materiali lavorati.

La sensoristica specificamente sviluppata prevede:

- sensore di peso p della colla contenuta nel serbatoio 42, materializzata da una cella di carico 5 al di sotto del serbatoio stesso, oppure flussimetro in grado di misurare direttamente la portata di collante prelevata;

- sensore di temperatura ambiente T in prossimit? del serbatoio;

- sensore di pressione P della colla all?interno del serbatoio (in pressione), oppure dell?aria in ingresso al serbatoio (metodo di rilevazione indiretta della pressione del collante).

I dati rilevati da tali sensori sono considerati dati/variabili di ingresso del sistema di controllo i quali comprendono anche le caratteristiche reologiche del collante (tixotropia e viscosit?) che possono essere rappresentate da una variabile/grandezza combinata ? che ? tuttavia una variabile derivata, cio? non rilevata direttamente ma ricavata da pressione P e temperatura T sulla base di curve o tabelle di corrispondenza pre-caricate nel sistema e caratteristiche di ogni specifico collante utilizzato.

Le variabili in uscita, quelle cio? ?pilotate? dal sistema di controllo sono altres? la velocit? v di traslazione della pistola 2 e la posizione w dello spillo 21.

Un?ulteriore variabile che pu? essere definita di ingresso ? la posizione z in altezza della pistola rispetto al piano di incollaggio, che a sua volta noto l?angolo geometrico di apertura dell?ugello determina come visto la larghezza Xp della fascia/impronta di incollaggio F. Questa viene tuttavia fissata manualmente in funzione soltanto delle caratteristiche dimensionali del materiale da lavorare, e quindi rimane invariata per tutto il lotto in lavorazione. Parimenti dato fisso in ingresso ? l?estensione Yp della fascia F, legata alla corsa della pistola sulla traversa.

Dunque, secondo l?invenzione, il controllo delle operazioni di spruzzatura avviene nella seguente maniera.

Fissata l?altezza della pistola, e cos? stabilite/fissate le variabili Xp e Yp (in questo secondo caso nota la corsa della pistola lungo la traversa) il sistema, ? in possesso dei dati utili a stabilire l?area superficiale dell?impronta B, interessata dal collante in un singolo ciclo di traslazione della pistola, a nastro sottostante fermo.

Rilevata la temperatura T e quindi stabilito il valore reologico effettivo ?, verr? automaticamente impostata, in base a curve di corrispondenza prestabilite, e controllata con l?aiuto del sensore di pressione la pressione P pi? idonea ad assicurare un?erogazione costante di colla. Si imposta quindi, ed infine, un valore atteso Da, in g/m<2>, di densit? superficiale del collante corrispondente a una distribuzione desiderata, e giudicata ottimale in base alle esigenze e caratteristiche del materiale in lavorazione, del collante stesso sulla superficie da incollare.

Si ha a questo punto l?avvio del programma di spruzzatura vero e proprio e caratteristico dell?invenzione. Le variabili v (velocit? della pistola) e w (posizione/apertura dello spillo) vengono inizialmente fissate a valori di partenza che possono essere attinti da precedente addestramento (si veda quanto spiegato pi? oltre) o ? in caso di condizioni operative sostanzialmente inedite - scelte in modo empirico o persino casuale. Viene quindi effettuato un primo passaggio/ciclo di spruzzatura. Il sistema, grazie ad esempio alla cella di carico (o al flussimetro), ? in grado di conoscere esattamente il quantitativo di collante effettivamente consumato, come differenziale ?p tra il peso p1 all?istante in cui ? iniziato il ciclo, e il peso p2 alla fine del medesimo. Dividendo il collante consumato per la superficie su cui si ? distribuito, data da Xp*Yp si otterr? una densit? superficiale effettiva De. Confrontando De con Da si daranno evidentemente tre possibilit?. Se De<Da, vuol dire che il collante distribuito ? inferiore alle attese: il sistema andr? a incrementare la portata intervenendo sulla variabile w (imponendo in pratica un maggiore sollevamento dello spillo) e/o sulla variabile v (diminuendo la velocit?). Se invece De>Da, vuol dire che il collante distribuito ? superiore a quello voluto: il sistema andr? a stabilire misure di decremento della portata intervenendo sulla variabile w (imponendo un minore sollevamento dello spillo) e/o sulla variabile v (aumentando la velocit?). Se infine De=Da il set di valori con cui la macchina opera ? da considerarsi accettato. La lavorazione pu? proseguire con tale set, che verr? salvato come set ottimale in associazione alle specifiche condizioni operative, al materiale in lavorazione e al grado di tenuta che l?incollaggio deve assicurare, andando a costruire un dataset memorizzato dal quale i vari set potranno essere recuperati per batch futuri e successivi in lavorazione.

Nei primi due casi, il sistema ripeter? il controllo al passaggio/ciclo di lavorazione successivo, operando analogamente con modalit? correttiva, se richiesta, oppure individuando il set ottimale. Se entro un numero di passaggi prefissato n, ad esempio n=5, il sistema non avr? operato la convergenza sul set ottimale, entrer? in gioco una correzione (incremento) anche sul valore P della pressione. La correzione potr? essere sia automatica sia manuale. In quest?ultimo caso sar? da operarsi dopo la visualizzazione di un messaggio d'avvertimento

In ulteriore dettaglio, secondo un aspetto dell?invenzione, il sistema pu? essere progressivamente istruito a correggere i parametri in uscita, e segnatamente le coppie di valori v e w nella direzione di ottimizzare l?erogazione, con un apprendimento rinforzato di tipo Q-learning il cui algoritmo pu? essere espresso ad esempio da una relazione quale quella sotto riportata, dove il valore di densit? superficiale D pu? essere legato alle variabili da una correlazione matematica del tipo seguente:

D = { f (P, T, ?) * [ k1 (v) * k2 (w)] * k1 (z)] } / Xp*Yp

in cui le variabili gi? menzionate sono correlate tramite rispettive funzioni f e k determinate sperimentalmente. Attraverso la registrazione delle combinazioni delle variabili (set di dati memorizzati) e l?addestramento attraverso Q-learning si conferisce dunque al sistema la capacit? di arrivare sempre pi? rapidamente, e al limite immediatamente, a stabilire, in funzione delle specifiche condizioni operative, quale ? il set di variabili di input che realizza l?erogazione desiderata e ottimale. In pratica, a mano a mano che l?apparecchiatura si trova a lavorare su lotti di materiale diverso e in condizioni diverse, realizza un apprendimento che mette l?apparecchiatura stessa, in ogni situazione operativa che via via si riproduce, nelle condizioni di adattare i propri parametri scegliendo quelli che, in condizioni analoghe o simili, si sono rivelati pi? adeguati a raggiungere o ad avvicinare la convergenza sulla portata desiderata.

Secondo l?invenzione viene dunque fornito un sistema per lavorazioni di incollaggio industriale che, al contrario della tecnica nota, prevede la possibilit? di imputare un quantitativo di colla applicata in gr/m<2 >alla lavorazione senza affidarsi ad un patrimonio di conoscenza pregresso e senza imputazioni e regolazioni esclusivamente manuali. Si propone altres? una soluzione inedita che partendo dall?analisi di dati sui parametri di processo ricavati da sensoristica permetta l?adattabilit? del processo di lavorazione a distinte condizioni al contorno., attraverso l?applicazione di tecniche di machine learning e la formulazione di algoritmi di correlazione di grandezze fisiche incoerenti.

La presente invenzione ? stata fin qui descritta con riferimento a una sua forma di realizzazione preferita. ? da intendersi che possono esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell?ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un?apparecchiatura spruzzatrice di collante comprendente mezzi trasportatori (1) di pezzi su cui distribuire il collante, definenti un piano di lavoro (11) su cui i pezzi sono trasportati in una direzione di avanzamento (X), mezzi spruzzatori del collante verso detto piano di lavoro (11), un serbatoio del collante (42) in comunicazione di fluido con detti mezzo spruzzatori (2), mezzi di controllo programmabili dell?apparecchiatura configurati per controllare uno o pi? parametri operativi di uscita di almeno detti mezzi spruzzatori, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi sensori di consumo del collante contenuto in detto serbatoio, mezzi sensori di temperatura dell?ambiente e mezzi sensori di pressione atti a rilevare direttamente o indirettamente la pressione del collante all?interno del serbatoio, detti mezzi di controllo essendo inoltre configurati per: eseguire un passo di confronto dei dati di consumo effettivo di collante in una sessione di spruzzatura, rilevati da detti mezzi sensori di consumo, con un valore di consumo desiderato predeterminato; eseguire un passo di correzione, in risposta a detto passo di controllo, di detti uno o pi? parametri in uscita di detti mezzi spruzzatori; ripetere iterativamente detti passi di confronto e correzione in rispettive sessioni di spruzzatura successive fino a convergenza del valore di consumo effettivo con il valore di consumo desiderato; e memorizzare set di dati di riferimento comprendenti detti uno o pi? parametri in uscita nella condizione di convergenza correlati almeno ai dati di temperatura e pressione rilevati dai rispettivi mezzi sensori e a detto consumo desiderato, per lo specifico collante utilizzato e per il materiale dei pezzi in trattamento.
2. L?apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi sensori di consumo comprendono sensori (5) di peso del collante contenuto in detto serbatoio (42).
3. L?apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi spruzzatori (2) comprendono una pistola mobile su una guida lineare secondo una direzione di corsa di spruzzatura (Y) parallela a detto piano di lavoro e trasversale a detta direzione di avanzamento (X), dette sessioni di spruzzatura comprendendo rispettive corse di detta pistola lungo detta guida (3).
4. L?apparecchiatura secondo la rivendicazione 3, in cui detti uno o pi? parametri in uscita comprendono una velocit? di detta pistola (2) in detta corsa lungo detta guida (3) e un parametro correlato al grado di apertura di un ugello (22) di erogazione di detta pistola.
5. L?apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, in cui detto parametro correlato al grado di apertura di detto ugello di erogazione (21) ? una posizione di uno spillo (22) di parzializzazione di detto ugello.
6. L?apparecchiatura secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detti mezzi di controllo sono configurati per a mantenere stazionari detti mezzi trasportatori (1, 11) durante ciascuna corsa di detta pistola (2), detti set di dati memorizzati comprendendo un passo di avanzamento dei mezzi trasportatori (1) tra una corsa e la corsa successiva.
7. L?apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, in cui detti mezzi di controllo sono configurati per esprimere il consumo di collante in rapporto a una superficie investita funzione almeno di detto passo di avanzamento e di un valore di distanza di detta pistola (2) da detto piano di lavoro (11).
8. L?apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti set di dati memorizzati comprendono inoltre un parametro reologico del collante derivato dai dati di temperatura e pressione rilevati dai rispettivi mezzi sensori.
9. L?apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di controllo sono configurati per correggere la pressione del collante in caso di mancata convergenza entro un numero prestabilito di iterazioni di detti passi di controllo e correzione.
10. L?apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di controllo sono configurati per costruire, sulla base di detti set di dati memorizzati, istruzioni di controllo dell?erogazione tramite un algoritmo di apprendimento rinforzato di tipo Q-learning.
11. Un metodo di controllo per un?apparecchiatura spruzzatrice di collante, l?apparecchiatura comprendendo mezzi trasportatori (1) di pezzi su cui distribuire il collante, definenti un piano di lavoro su cui i pezzi sono trasportati in una direzione di avanzamento, mezzi spruzzatori del collante verso detti mezzi trasportatori, un serbatoio del collante in comunicazione di fluido con detti mezzo spruzzatori caratterizzato dal fatto di rilevare il consumo del collante prelevato da detto serbatoio, la temperatura ambiente e, direttamente o indirettamente, la pressione del collante all?interno del serbatoio, il metodo prevedendo di: eseguire un passo di confronto dei dati di consumo effettivo di collante in una sessione di spruzzatura, rilevati da detti mezzi sensori di consumo, con un valore di consumo desiderato; eseguire un passo di correzione, in risposta a detto passo di controllo, di detti uno o pi? parametri in uscita di detti mezzi spruzzatori; ripetere iterativamente detti passi di confronto e correzione in rispettive sessioni di spruzzatura successive fino a convergenza del valore di consumo effettivo con il valore di consumo desiderato; e memorizzare set di dati comprendenti detti uno o pi? parametri in uscita nella condizione di convergenza correlati almeno ai dati di temperatura e pressione rilevati dai rispettivi mezzi sensori e a detto consumo desiderato, per lo specifico collante utilizzato e per il materiale dei pezzi in trattamento.