IT202000017836A1 - Procedimento e apparecchio per l’analisi in linea di un prodotto composito in una macchina per la produzione di articoli sanitari assorbenti - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE dell?invenzione industriale dal titolo:
"Procedimento e apparecchio per l?analisi in linea di un prodotto composito in una macchina per la produzione di articoli sanitari assorbenti"
TESTO DELLA DESCRIZIONE
Campo dell'invenzione
La presente invenzione si riferisce alla produzione di articoli sanitari assorbenti e riguarda un procedimento e apparecchio per l?analisi in linea di un prodotto composito che avanza in una macchina per la produzione di articoli sanitari assorbenti.
L?analisi dei prodotti compositi pu? avere lo scopo di determinare parametri quali, ad esempio, posizione, concentrazione, densit?, massa, o volume di uno o pi? materiali all?interno del prodotto composito. Il prodotto da analizzare pu? essere un nastro composito continuo oppure un elemento discreto, come ad esempio un nucleo assorbente o un generico semilavorato.
Ad esempio, l?invenzione pu? essere utilizzata per controllare in linea la posizione e la concentrazione di un materiale superassorbente granulare (Super Absorbent Polimer o SAP) presente nei nuclei assorbenti discreti, o in zone distanziate di un nastro composito continuo. Questo specifico esempio ? solo uno dei possibili campi di applicazione dell?invenzione. Si intende infatti che l?invenzione pu? essere utilizzata per il controllo di diversi materiali che compongono un prodotto composito, come ad esempio: fluff di cellulosa, colla, elementi elastici, SAP, materiali in fibra, ecc.
Descrizione della tecnica nota
Nel settore della produzione di articoli sanitari assorbenti c?? molto interesse nel controllo in linea di alcune caratteristiche dei prodotti, come ad esempio la composizione dei nuclei assorbenti, per determinare la qualit? del prodotto e la correttezza dei processi di produzione.
Ad esempio, nei processi che prevedono l'applicazione di materiale superassorbente granulare su un telo fibroso con densit? variabile nella direzione longitudinale del telo ? importante prevedere un sistema di controllo per rilevare la densit? del materiale assorbente granulare applicata sul telo fibroso. Infatti, l'applicazione discreta del materiale assorbente granulare deve essere in fase con il telo fibroso, per assicurare che nel prodotto finito la zona contenente il prodotto assorbente granulare sia effettivamente situata nell'area del nucleo assorbente che ? investita dal flusso di fluidi corporei. Un controllo della densit? di materiale assorbente granulare sul nastro composito permette di correggere in linea la fase delle zone contenenti il materiale assorbente granulare nei casi in cui il dispositivo di erogazione che eroga il materiale superassorbente granulare non sia in una corretta relazione di fase con il telo fibroso.
Sono note macchine per la produzione di articoli sanitari assorbenti contenenti materiale assorbente granulare applicato in modo discreto, comprendenti un dispositivo di rilevazione del materiale assorbente granulare. In una soluzione nota il dispositivo rilevatore comprende un risonatore a microonde affacciato almeno in parte alla successione continua di nuclei assorbenti avanzante lungo una direzione di macchina. Le informazioni fornite dal dispositivo rilevatore sono utilizzate da un'unit? di controllo al fine di mettere in fase il dispositivo erogatore di materiale assorbente granulare con un tamburo di formatura del nastro fibroso qualora la deviazione fra la posizione rilevata del materiale assorbente granulare e la posizione di applicazione desiderata superi un valore di soglia definito.
Il brevetto italiano n. 102017000088859 della stessa Richiedente descrive un procedimento per rilevare la densit? di materiale assorbente granulare contenuta in un telo composito, comprendente: far avanzare un nastro composito in una direzione longitudinale, emettere una radiazione elettromagnetica con una frequenza compresa fra 50 e 3000 GHz verso il nastro composito, ricevere una radiazione elettromagnetica trasmessa attraverso il nastro composito tramite un sensore sensibile a detta radiazione elettromagnetica, e elaborare i segnali forniti da detto sensore per ottenere un'informazione sulla densit? del materiale assorbente granulare contenuta nel nastro composito.
Il principale limite delle soluzioni note sopra descritte consiste nel fatto che i principi fisici su cui esse sono basate non riescono a fornire delle misure con alta risoluzione e ripetibili dei parametri che si desiderano controllare (ad esempio la posizione e la concentrazione di SAP e la quantit? di fluff di cellulosa e/o la distribuzione di entrambi nel nastro composito) alle velocit? con cui vengono realizzati i prodotti sui quali eseguire le misure.
Scopo e sintesi dell'invenzione
La presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire un procedimento e un apparecchio per l?analisi in linea di un prodotto composito che superino i problemi della tecnica nota.
Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto da un procedimento e da un'apparecchiatura aventi le caratteristiche formanti oggetto delle rivendicazioni 1 e 6. Controllare numeri dopo aver rivisto le rivendicazioni.
Le rivendicazioni formano parte integrante dell'insegnamento somministrato in relazione all'invenzione.
La presente invenzione prevede di utilizzare un sensore iperspettrale per acquisire immagini di materiali bersaglio isolati che fanno parte del prodotto composito da analizzare ed identificare la riflettanza dei materiali isolati a varie lunghezze d?onda. Successivamente, si seleziona una lunghezza d?onda determinata per visualizzare i materiali di interesse e si utilizza un sensore ottico a banda stretta, ad esempio un sensore SWIR, per eseguire sulla lunghezza d?onda selezionata un?ispezione ottica in linea a velocit? di processo.
Il principale vantaggio della soluzione proposta ? che permette di separare le risposte spettrali di diversi materiali che compongono il prodotto composito e di separare visivamente con elevata velocit? di elaborazione i materiali miscelati all?interno del prodotto.
La soluzione secondo l?invenzione permette dunque la rilevazione ottica con elevata risoluzione di caratteristiche, parametri e difetti di produzione direttamente in linea ed alla velocit? di processo.
Breve descrizione dei disegni
Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti nel corso della descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui:
- le figure 1a e 1b sono viste schematiche illustranti una stazione di taratura preliminare,
- la figura 2 ? un grafico che illustra la riflettanza spettrale di due diversi materiali,
- la figura 3 ? una vista schematica di un apparecchio di visione che rileva in linea immagini di una successione di prodotti compositi ad una lunghezza d?onda di riferimento, e
- la figura 4 ? una vista schematica che illustra un'immagine di un nastro composito rilevata da un apparecchio di visione secondo la presente invenzione.
Descrizione dettagliata
Nelle figure 1-4 sono illustrate diverse fasi di un procedimento per l?analisi ottica in linea di un prodotto composito indicato con 10 nella figura 3.
Il prodotto composito 10 viene formato in una macchina per la produzione di articoli sanitari assorbenti, indicata schematicamente con 12 nella figura 3, assemblando una pluralit? di materiali diversi fra loro, come ad esempio fluff di cellulosa, materiale superassorbente granulare, teli di tessuto-non-tessuto, elementi elastici, ecc. secondo tecniche di per s? note.
Il prodotto composito 10 pu? essere un nastro composito continuo oppure un prodotto discreto (ad esempio un nucleo assorbente) che fa parte di una schiera continua di prodotti discreti distanziati fra loro lungo una direzione di avanzamento X.
La figura 1 illustra schematicamente una stazione di taratura preliminare 11 comprendente un illuminatore ad ampio spettro 18, ad esempio un illuminatore alogeno, un sensore iperspettrale 20 e una prima unit? di elaborazione 21.
Nella stazione di taratura preliminare viene effettuata un?analisi spettrale su almeno due materiali bersaglio 14, 16 di cui si desiderano analizzare determinati parametri, come ad esempio posizione, concentrazione, densit?, massa, o volume all?interno del prodotto composito 10. I due materiali bersaglio 14, 16 formano rispettivi campioni ciascuno dei quali ? costituito di un singolo materiale bersaglio selezionato fra i materiali costituenti il prodotto composito 10. Solo a titolo di esempio, i materiali bersaglio 14, 16 possono essere fluff di cellulosa e materiale superassorbente granulare.
L?analisi spettrale consiste in una misurazione della riflettanza o coefficiente di riflessione dei materiali bersaglio 14, 16 in funzione della lunghezza d?onda della radiazione riflessa.
I campioni di materiali bersaglio 14, 16 vengono illuminati dall?illuminatore ad ampio spettro 18 e la radiazione riflessa dai materiali bersaglio 14, 16 viene rilevata dal sensore iperspettrale 20. Il sensore iperspettrale 20 fornisce all?unit? di elaborazione 21 segnali indicativi del valore della riflettanza (o coefficiente di riflessione) per intervalli di lunghezze d?onda molto stretti e ravvicinati fra loro, che coprono un ampio spettro elettromagnetico compreso, ad esempio, fra 952 e 1710 nm.
L?unit? di elaborazione 21 elabora i segnali ricevuti dal sensore iperspettrale 20 e determina le riflettanze dei materiali bersaglio 14, 16. Il grafico di figura 2 illustra le riflettanze R14, R16 dei materiali bersaglio 14, 16 in funzione della lunghezza d?onda L della radiazione.
L?unit? di elaborazione 21 ? configurata per individuare una lunghezza d?onda di riferimento Lr alla quale la differenza di riflettanza dR fra le riflettanze R14, R16 dei materiali bersaglio 14, 16 ? massima.
La fase di taratura preliminare viene eseguita solo una volta prima che venga avviata la fase operativa descritta nel seguito e viene ripetuta se cambiano i materiali bersaglio.
In una possibile forma di attuazione, la fase di taratura preliminare pu? essere eseguita su tre campioni di materiali bersaglio. In questo caso, l?unit? di elaborazione 21 ? configurata per individuare la lunghezza d?onda Lr alla quale la funzione a variabili multiple (riflettanza spettrale materiale 1, riflettanza spettrale materiale 2, riflettanza spettrale materiale 3) ? massima.
Le variabili multiple possono comprendere le riflettanze o le trasmittanze spettrali dei tre materiali bersaglio. Ad esempio, due materiali bersaglio possono essere fibre di cellulosa e polimero superassorbente e il terzo materiale bersaglio pu? essere un contaminante (ad esempio colla, metalli, plastica). Il controllo dei materiali contaminanti pu? avere lo scopo di verificare che nel prodotto composito essi siano presenti in misura inferiore ad un valore di soglia predeterminato.
Con riferimento alla figura 3, la macchina 12 comprende un apparecchio di visione 22 comprendente un illuminatore 24 disposto per illuminare il prodotto composito 10 mentre questo avanza alla velocit? di processo nella direzione X, un sensore ottico 26 disposto per ricevere la radiazione riflessa dal prodotto composito 10, e una seconda unit? di elaborazione 28 che riceve ed elabora i segnali provenienti dal sensore ottico 26.
Il sensore ottico 26 ? un sensore a banda stretta sensibile unicamente alla radiazione elettromagnetica in uno stretto intervallo di lunghezze d?onda nell?intorno della lunghezza d?onda di riferimento Lr determinata durante la fase di taratura preliminare. Il sensore ottico 26 pu? avere un intervallo di misura di ? 100 nm rispetto alla lunghezza d?onda di riferimento Lr.
Anche l?illuminatore 24 pu? essere un illuminatore a banda stretta disposto per emettere radiazioni elettromagnetiche unicamente nell?intorno della lunghezza d?onda di riferimento Lr. L?illuminatore 24 pu? essere configurato per illuminare il prodotto composito 10 con una lunghezza d?onda specifica con un intervallo di emissione inferiore o uguale rispetto all?intervallo di misura del sensore ottico 26. Ad esempio, l?illuminatore 24 pu? avere un intervallo di emissione di ? 50 nm rispetto alla lunghezza d?onda di riferimento Lr.
In un possibile esempio, se i materiali bersaglio sono fluff di cellulosa e polimero superassorbente granulare, la lunghezza d?onda di riferimento Lr alla quale la differenza di riflettanza fra i materiali bersaglio ? massima ? compresa tra 900 nm e 1500 nm, che ? compresa nel campo infrarosso a lunghezza d'onda corta (Short-Wavelength Infrared ? SWIR). Alcune prove sperimentali hanno evidenziato che possono esserci una o pi? lunghezze d?onda di riferimento Lr alle quali la differenza di riflettanza tra i materiali bersaglio ? massima. Ad esempio, alcune prove sperimentali hanno evidenziato una prima lunghezza d?onda di riferimento compresa tra 900 nm e 1200 nm, e una seconda lunghezza d?onda di riferimento tra 1300 nm e 1500 nm. Prendendo ad esempio la seconda lunghezza d?onda di riferimento si pu? dunque selezionare un illuminatore avente un intervallo di emissione di 1400 nm - 1500 nm. Alcune forme realizzative, prevedono che il sensore ottico 26 sia un array lineare di sensori SWIR abbinata ad un filtro passa banda centrato sulla stessa lunghezza d?onda di riferimento.
Diversamente dall?analisi iperspettrale ad ampio spettro, l?analisi ottica centrata su uno stretto intervallo di lunghezze d?onda ha tempi di acquisizione e di elaborazione molto rapidi che sono coerenti con le velocit? di avanzamento del prodotto composito nella macchina di processo (dell?ordine di 100 - 800 m/1?). In commercio esistono telecamere a scansione lineare SWIR con frequenza di acquisizione dell?ordine di 30 KHz, che sono in grado di acquisire ed elaborare le immagini del prodotto composito alle normali velocit? di processo dei prodotti nelle macchine per la produzione di articoli sanitari assorbenti.
Nella fase operativa, l?analisi ottica del prodotto composito 10 centrata sulla lunghezza d?onda di riferimento Lr alla quale la differenza di riflettanza fra i materiali bersaglio 14, 16 ? massima permette di ottimizzare la risoluzione delle immagini nei confronti dei materiali bersaglio 14, 16.
All?uscita dell?unit? di elaborazione 28 si possono dunque ottenere immagini ad alta risoluzione che esaltano i materiali bersaglio 14, 16. La figura 4 mostra schematicamente un?immagine del prodotto composito 10 elaborata dall?unit? di elaborazione 28, nella quale sono evidenziati i due materiali bersaglio 14, 16.
L?elaborazione di queste immagini permette di ottenere parametri caratteristici dei materiali bersaglio 14, 16 all?interno del prodotto composito 10, come ad esempio posizione, concentrazione, massa, volume, ecc.
Ad esempio, se il materiale bersaglio ? un polimero superassorbente (SAP) si pu? calcolare la massa del SAP in un primo modo che prevede di eseguire una taratura che associa una specifica quantit? di SAP ad un segnale rilevato dal sensore ottico 26, oppure in un secondo modo in cui conoscendo la densit? del SAP e misurando la percentuale di volume occupato dal SAP che viene identificata dal valore di riflettanza ? possibile stimare con elevata precisione la massa del SAP.
La soluzione secondo l?invenzione permette di separare le risposte spettrali di diversi materiali che fanno parte del prodotto composito. Questo permette di evidenziare visivamente con elevata risoluzione e velocit? di elaborazione i materiali miscelati all?interno del prodotto composito. La soluzione secondo l?invenzione permette dunque la rilevazione ottica di caratteristiche, parametri e difetti di produzione direttamente in linea ed alla velocit? di processo.
In particolare, l?utilizzo di un sensore ottico a banda stretta focalizzato sulla lunghezza d?onda alla quale la differenza di riflettanza fra due o pi? materiali bersaglio ? massima permette di aumentare la risoluzione di analisi e la velocit? di acquisizione e di elaborazione delle immagini.
Nel momento in cui fossero disponibili sensori iperspettrali con velocit? di acquisizione e di elaborazione compatibili con le velocit? di processo delle macchine per la produzione di articoli sanitari assorbenti, l?apparecchio di visione 22 potrebbe impiegare un sensore iperspettrale al posto del sensore ottico a banda stretta 26 per effettuare l?analisi ottica su un pi? ampio spettro di lunghezze d?onda.
Nella descrizione che precede si ? fatto riferimento alla misura della radiazione elettromagnetica riflessa (riflettanza). Nel caso in cui il prodotto composito ? sottile, pu? essere effettuata la misura sulla radiazione elettromagnetica trasmessa attraverso il prodotto (trasmittanza) mantenendo inalterate tutte le altre caratteristiche del procedimento.
Pertanto, nella fase di taratura preliminare si determina la riflettanza o la trasmittanza spettrale di ciascuno dei materiali bersaglio e si determina la lunghezza d?onda di riferimento alla quale la differenza fra le riflettanze o le trasmittanze spettrali dei materiali bersaglio ? massima e nella fase operativa si riceve una radiazione elettromagnetica riflessa da, o trasmessa attraverso, detto prodotto composito.
Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione cos? come definito dalle rivendicazioni che seguono.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI
1. Procedimento per l?analisi in linea di un prodotto composito (10), comprendente una fase preliminare e una fase operativa,
in cui detta fase preliminare comprende:
- effettuare un?analisi spettrale di almeno due campioni di materiali bersaglio (14, 16) che fanno parte di detto prodotto composito (10),
- determinare dati di riflettanza o di trasmittanza spettrale (R14, R16) di ciascuno di detti materiali bersaglio (14, 16),
- individuare una lunghezza d?onda di riferimento (Lr) alla quale la differenza (dR) fra le riflettanze o trasmittanze spettrali (R14, R16) di detti almeno due materiali bersaglio (14, 16) ? massima;
e in cui detta fase operativa comprende:
- far avanzare detto prodotto composito (10) in una direzione di avanzamento (X) in una macchina (12) per la produzione di prodotti sanitari assorbenti,
- illuminare detto prodotto composito (10) con una radiazione elettromagnetica includente detta lunghezza d?onda di riferimento (Lr),
- ricevere una radiazione elettromagnetica riflessa da, o trasmessa attraverso, detto prodotto composito (10) mediante un sensore ottico (26) sensibile a detta lunghezza d?onda di riferimento (Lr),
- elaborare i segnali forniti da detto sensore ottico (26) e ottenere informazioni su parametri caratteristici di detti almeno due materiali bersaglio (14, 16) contenuti nel prodotto composito (10).
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il prodotto composito (10) avanza ad una velocit? compresa tra 100 e 800 m/1?.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui in cui detta fase preliminare viene eseguita solo una volta prima che venga avviata la fase operativa.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detto sensore ottico (26) ha un intervallo di rilevazione di ? 100 nm nell?intorno di detta lunghezza d?onda di riferimento (Lr).
5. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 4, in cui detto sensore ottico (26) ha un intervallo di rilevazione compreso tra 900 nm e 1500 nm.
6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, in cui detto sensore ottico (26) ? un sensore iperspettrale.
7. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui in detta fase preliminare viene effettuata un?analisi spettrale di tre campioni di materiali bersaglio e si individua una lunghezza d?onda (Lr) alla quale una funzione a variabili multiple ? massima, in cui dette variabili multiple comprendono le riflettanze o le trasmittanze spettrali di detti tre materiali bersaglio.
8. Apparecchiatura per l?analisi in linea di un prodotto composito (10), comprendente:
- una stazione di taratura preliminare (11) configurata effettuare un?analisi spettrale di almeno due campioni di materiali bersaglio (14, 16) che fanno parte di detto prodotto composito (10),
- una prima unit? di elaborazione (21) configurata per determinare dati di riflettanza o di trasmittanza spettrale (R14, R16) di ciascuno di detti materiali bersaglio (14, 16) e per individuare una lunghezza d?onda di riferimento (Lr) alla quale la differenza (dR) delle riflettanze o delle trasmittanze spettrali (R14, R16) di detti almeno due materiali bersaglio (14, 16) ? massima,
- un apparecchio di visione (22) configurato per ispezionare un prodotto composito (10) che avanza in una direzione di avanzamento (X) in una macchina (12) per la produzione di prodotti sanitari assorbenti,
in cui detto apparecchio di visione (22) comprende un illuminatore (24) disposto per illuminare detto prodotto composito (10) con una radiazione elettromagnetica includente detta lunghezza d?onda di riferimento (Lr), un sensore ottico (26) sensibile a detta lunghezza d?onda di riferimento (Lr) disposto per ricevere una radiazione elettromagnetica riflessa da, o trasmessa attraverso, detto prodotto composito (10), e una seconda unit? di elaborazione (28) configurata per elaborare i segnali forniti da detto sensore ottico (26) e ottenere informazioni su parametri caratteristici di detti almeno due materiali bersaglio (14, 16) contenuti nel prodotto composito (10).
9. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6 o la rivendicazione 7, in cui detto sensore ottico (26) ha un intervallo di rilevazione compreso tra 900 nm e 1500 nm.
10. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, in cui detto sensore ottico (26) ? un sensore iperspettrale.
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