ITMI20071963A1 - Metodo, sistema e programma per la misura dello spessore di una pellicola tubolare - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un metodo per la misura dello spessore di una pellicola tubolare in materiale plastico. La presente invenzione riguarda inoltre un sistema ed un programma di controllo che realizzano tale metodo.

La pellicole in materiale plastico, come ad esempio quelle utilizzate per nel settore dell' imballaggio, vengono spesso prodotte in impianti di estrusione e soffiaggio. Durante il processo di fabbricazione è di fondamentale importanza mantenere lo spessore di una pellicola entro l’intervallo di tolleranza prescritto. Per far ciò, quando la pellicola estrusa da un impianto di soffiaggio si trova ancora in forma tubolare, lo spessore viene costantemente misurato trasversalmente alla sua direzione di avanzamento nell’impianto ed un sistema di controllo regola una matrice di estrusione in retroazione sulla base delle misure effettuate.

Se lo spessore viene rilevato da un dispositivo di misura sulla pellicola tubolare appiattita, lo spessore misurato è sempre la somma dello spessore dello strato superiore e dello strato inferiore della pellicola, per cui non è possibile conoscere con esattezza lo spessore reale della pellicola prodotta. Pertanto, sono stati sviluppati diversi metodi di misura volti a determinare con una buona approssimazione lo spessore reale della pellicola prodotta per poter consentire al sistema di controllo la regolazione in retroazione della matrice di estrusione.

Il brevetto statunitense 3474160 descrive, ad esempio, un metodo ed un apparecchio per controllare un estrusore di pellicole tubolari soffiate comprendente un dispositivo di misura ed un sistema di controllo. Un pellicola tubolare viene idealmente divisa in una pluralità di strisce o settori longitudinali tutti della stessa larghezza, ciascuno dei quali corrisponde ad un settore circolare regolabile della matrice di estrusione. Il dispositivo di misura viene posizionato in prossimità di una porzione della pellicola appiattita ed in moto verso un dispositivo di taglio, ed in particolare in corrispondenza di un settore longitudinale, e si muove trasversalmente alla direzione di avanzamento della pellicola tubolare, da una sua estremità all’altra, seguendo tale settore longitudinale in maniera sincronizzata. Dal momento che lo spessore di un settore longitudinale rimane sostanzialmente costante durante l’avanzamento della pellicola tubolare, le variazioni della misura rilevata corrispondono alle variazioni di spessore dei settori longitudinali che passano in corrispondenza di quello considerato. Pertanto, il dispositivo di misura è in grado di rilevare un profilo di spessore ed un valore medio di spessore. Questi dati vengono poi elaborati matematicamente per ottenere una rappresentazione dello stato di funzionamento della matrice di estrusione ed eventualmente regolarne i singoli settori.

La domanda di brevetto europeo 1207368 descrive un metodo ed apparecchio di misura simili ai precedenti, nel quale però il dispositivo di misura non segue sempre uno stesso settore longitudinale, ma esegue una serie di scansioni trasversali ad intervalli prestabiliti di avanzamento della pellicola tubolare che forniscono un insieme di dati tale da generare un sistema ipervincolato di equazioni. Poiché è impossibile risolvere il sistema di equazioni in maniera veloce ed esatta, tale metodo elabora valori stimati in base ai soli dati disponibili e determina il loro grado di attendibilità con il metodo dei minimi quadrati o dei minimi quadrati pesati.

Un problema di quest’ultimo metodo è che le determinazioni dello spessore reale della pellicola prodotta sono tutte eseguite su base statistica, cioè non si conosce mai il valore reale dello spessore, ma solo un valore stimato associato ad un determinato intervallo di confidenza.

Inoltre, i calcoli dello spessore possono richiedere tempi di elaborazione piuttosto lunghi che dipendono dal numero di passaggi del dispositivo di misura da un bordo all’altro della pellicola tubolare, dalla quantità di dati necessari a garantire un determinato intervallo di confidenza, dalla velocità dell’algoritmo di calcolo utilizzato e simili, con il rischio di avere una risposta del sistema di controllo piuttosto lenta e numerosi difetti nella pellicola prodotta.

Un altro problema dei metodi di misura utilizzati nelle applicazioni note è che essi richiedono risorse hardware potenti e costose, con un conseguente aggravio dei costi di fabbricazione e manutenzione del sistema di controllo che regola la matrice di estrusione.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di fornire un metodo per la misura dello spessore di una pellicola tubolare in materiale plastico che consenta di superare tali inconvenienti. Detto scopo viene conseguito con un metodo, un sistema ed un programma, le cui caratteristiche principali sono specificate rispettivamente nelle rivendicazioni 1, 12 e 13, mentre altre caratteristiche sono specificate nelle restanti rivendicazioni.

Il metodo di misura secondo la presente invenzione si basa sul concetto di divisione di una pellicola tubolare estrusa e soffiata in una pluralità di settori longitudinali. Lo spessore di un primo settore longitudinale viene ottenuto dividendo per due il valore di una prima misurazione effettuata su una porzione appiattita della pellicola e viene successivamente utilizzato per calcolare per differenza lo spessore di un secondo settore longitudinale che si trova sovrapposto al primo durante la rotazione della pellicola tubolare attorno al proprio asse. Analogamente, lo spessore del secondo settore longitudinale viene utilizzato per calcolare per differenza lo spessore di un ulteriore settore longitudinale ed il processo viene iterato utilizzando tutti i valori progressivamente calcolati per ottenere un profilo completo dello spessore della pellicola tubolare.

Il principale vantaggio del metodo secondo la presente invenzione è che la determinazione dello spessore della pellicola tubolare viene effettuata in modo esatto, cioè senza utilizzo di calcoli statistici, consentendo un più efficace controllo della qualità della pellicola prodotta.

Inoltre, grazie alla possibilità di utilizzare i valori di spessore progressivamente ottenuti per la determinazione dello spessore dei restanti settori longitudinali, il metodo risulta molto veloce, consentendo di intervenire rapidamente sulla matrice di estrusione nel caso vengano rilevate misure fuori tolleranza.

Un altro vantaggio del metodo secondo la presente invenzione è che il sistema di controllo ed il programma necessario per la sua implementazione su un impianto di estrusione di pellicole in materiale plastico sono assai semplici da realizzare e mantenere, consentendo di ridurre i costi del sistema di controllo dell’impianto.

Un ulteriore vantaggio consiste nella possibilità di evitare la sincronizzazione della velocità del dispositivo di misura con la velocità di scorrimento della pellicola tubolare, la quale sincronizzazione è necessaria ad esempio nel metodo descritto nel brevetto statunitense 3474160, per cui la velocità del dispositivo di misura può essere aumentata per ottenere misurazioni più frequenti.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche del metodo, del sistema e del programma secondo la presente invenzione risulteranno evidenti agli esperti del ramo dalla seguente descrizione dettagliata e non limitativa di una loro forma realizzativa con riferimento agli annessi disegni in cui:

la figura 1 mostra una vista laterale schematica di un generico impianto di estrusione e soffiaggio di pellicole in materiale plastico; e

- le figure da 2 a 4 sono viste in sezione Π-ΙΙ che mostrano fasi successive del metodo secondo la presente invenzione.

La figura 1 mostra schematicamente un generico impianto di estrusione e soffiaggio di pellicole in materiale plastico, il quale comprende un estrusore a vite 1 alimentato mediante una tramoggia 2. Come noto, l’estrusore a vite fonde il materiale plastico e lo spinge verso una matrice di estrusione 3 dalla quale viene estrusa una pellicola tubolare 4 di spessore calibrato. La pellicola tubolare 4 viene trainata mediante un dispositivo di traino 5 a rulli posto coassialmente alla matrice di estrusione 3 ad una certa distanza da essa. Un getto d’aria forzato attraverso il centro della matrice di estrusione 3 espande la porzione di pellicola tubolare 4 che si trova tra la matrice di estrusione 3 ed il dispositivo di traino 5, formando un "pallone" di spessore ultrasottile.

Il dispositivo di traino 5 della pellicola estrusa ruota lentamente attorno ad un asse sostanzialmente verticale in modo alternato su un arco di 360°, ad esempio prima in senso orario e poi antiorario, determinando la rotazione della pellicola tubolare 4 attorno al proprio asse e consentendo, come noto, la riduzione e la distribuzione degli errori di planarità della pellicola.

Il pallone viene progressivamente appiattito mediante una serie di profili convergenti 6 posti all’ingresso del dispositivo di traino 5 e la pellicola tubolare 4 procede verso un dispositivo di taglio 7. La porzione appiattita 4a della pellicola tubolare 4 viene tagliata lungo i suoi bordi e separata in uno strato superiore ed in uno inferiore che vengono rispettivamente avvolti in bobine 8.

Tra il dispositivo di traino 5 e il dispositivo di taglio 7 è disposto un dispositivo di misura 9 mobile trasversalmente rispetto alla pellicola tubolare 4 su un telaio 10. Il dispositivo di misura 9 esegue sulla porzione appiattita 4a della pellicola tubolare 4 una pluralità di misure di spessore che vengono inviate per l’elaborazione mediante un programma di controllo di un sistema di controllo (non mostrato) ad esso collegato, consentendo la regolazione in retroazione della matrice di estrusione 3. Preferibilmente, il dispositivo di misura 9 è di tipo non a contatto come, ad esempio, uno scanner a raggi β·

Facendo riferimento alle figure da 2 a 4, la pellicola tubolare 4 viene idealmente suddivisa in una pluralità di settori longitudinali 11, 11' , 11", ecc., ad esempio 24 settori longitudinali, la cui posizione durante la rotazione della pellicola 4 attorno al proprio asse è costantemente nota al sistema di controllo in funzione della rotazione della pellicola stessa.

In una prima fase operativa mostrata in figura 2, il dispositivo di misura 9 esegue una prima misurazione di spessore sulla porzione appiattita 4a della pellicola tubolare 4 ed il sistema di controllo calcola lo spessore di un primo settore longitudinale 11 dividendo per due la misura rilevata.

In una seconda fase operativa mostrata in figura 3, il dispositivo di misura 9 esegue almeno una seconda misurazione di spessore ed il sistema di controllo calcola per differenza lo spessore di almeno un secondo settore longitudinale 11 ’ che si trova sovrapposto al primo settore longitudinale 11 durante la rotazione della pellicola tubolare 4.

In una terza fase operativa mostrata in figura 4, il dispositivo di misura 9 esegue poi almeno un’ulteriore misurazione di spessore, in cui il valore di spessore del secondo settore longitudinale 1Γ viene utilizzato per calcolare per differenza lo spessore di un almeno un ulteriore settore longitudinale 11 " che si trova sovrapposto al secondo settore longitudinale 1 Γ durante la rotazione della pellicola tubolare 4.

In ulteriori fasi operative, il processo viene iterato utilizzando nel modo sopra descritto gli spessori dei settori longitudinali 11, 11' , 11”, ecc. progressivamente calcolati ottenendo così, con velocità sempre crescente, un profilo completo dello spessore della pellicola tubolare 4.

Preferibilmente, la prima misurazione dello spessore della pellicola tubolare 4 viene eseguita in corrispondenza di un’estremità della porzione appiattita 4a. Infatti, lo spessore di un settore longitudinale della pellicola tubolare 4 è sostanzialmente costante in direzione trasversale e quando un settore longitudinale si trova ripiegato su sé stesso in corrispondenza di un’estremità della porzione appiattita 4a, il dispositivo di misura 9 rileva il doppio del suo spessore. Quindi, dividendo per due la misura rilevata è possibile conoscere in modo sostanzialmente esatto lo spessore di tale settore longitudinale ed ottenere, secondo le fasi del metodo sopra descritto, lo spessore esatto di tutti i settori longitudinali della pellicola tubolare 4 prodotta. La velocità del dispositivo di misura 9 è preferibilmente maggiore della velocità di scorrimento della porzione appiattita 4a dovuta alla rotazione della pellicola tubolare 4 intorno al suo asse.

Preferibilmente i settori longitudinali 11, 11' , 11", ecc. hanno tutti la stessa larghezza, tuttavia, poiché la suddivisione in settori longitudinali di una pellicola tubolare è meramente ideale, è possibile scegliere settori anche di larghezza diversa, in cui la minima larghezza considerata è pari ad almeno il doppio della larghezza misurabile dal dispositivo di misura 9.

Il metodo di misura secondo la presente invenzione può essere ulteriormente velocizzato consentendo la misurazione dello spessore di due settori longitudinali anche se essi non sono completamente sovrapposti.

Stabilendo, ad esempio, una percentuale di sovrapposizione minima tra due settori longitudinali utile per la misura, è possibile effettuare la misurazione anche quando il dispositivo di misura 9 rileva un settore longitudinale di spessore noto sovrapposto a due settori longitudinali adiacenti ancora non noti. Con un’opportuna logica di controllo il dispositivo di misura 9 potrebbe scegliere la giusta combinazione di settori longitudinali eseguendo su di essi la misurazione dello spessore.

Eventuali varianti e/o aggiunte possono essere apportate dagli esperti del ramo alla forma realizzativa dell’invenzione qui descritta ed illustrata restando nell’ambito delle seguenti rivendicazioni.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la misura dello spessore di una pellicola tubolare (4) che ruota attorno al proprio asse, caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi operative: suddividere la pellicola tubolare (4) in una pluralità di settori longitudinali (11, 11' , 11"); eseguire una prima misurazione dello spessore di una porzione appiattita (4a) della pellicola tubolare (4) in corrispondenza di un primo settore longitudinale (11); - eseguire almeno una seconda misurazione di spessore di una porzione appiattita (4a) della pellicola tubolare (4) in corrispondenza del primo settore longitudinale (11), il valore di spessore di questo primo settore longitudinale (11) essendo utilizzato per calcolare lo spessore di almeno un secondo settore longitudinale (11' ) sovrapposto al primo settore longitudinale (11); - eseguire almeno un’ulteriore misurazione di spessore di una porzione appiattita (4a) della pellicola tubolare (4) in corrispondenza del secondo settore longitudinale (11 ’), il valore di spessore di questo secondo settore longitudinale (11 ’) essendo utilizzato per calcolare lo spessore di un almeno un ulteriore settore longitudinale (11") sovrapposto al secondo settore longitudinale (11 ’).
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che almeno un’ulteriore misurazione di spessore di una porzione appiattita (4a) della pellicola tubolare (4) viene eseguita in corrispondenza dell’ulteriore settore longitudinale (11”), il valore di spessore di questo ulteriore settore longitudinale (11”) essendo utilizzato per calcolare lo spessore di settori longitudinali sovrapposti all’ulteriore settore longitudinale (11”).
3. 3. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che lo spessore del primo settore longitudinale (11) è calcolato dividendo per due la misura della porzione appiattita (4a) della pellicola tubolare (4).
4. 4. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta prima misurazione di spessore viene eseguita in corrispondenza di un’estremità della porzione appiattita (4a) della pellicola tubolare (4).
5. 5. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il valore di spessore del primo settore longitudinale (11) è utilizzato per calcolare per differenza lo spessore del secondo settore longitudinale (11 ’).
6. 6. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il valore di spessore del secondo settore longitudinale (11 ’) è utilizzato per calcolare per differenza lo spessore dell’ulteriore settore longitudinale (11”).
7. 7. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che gli spessori noti dei settori longitudinali (11, 11’, 11”) sono iterativamente utilizzati per calcolare gli spessori dei restanti settori longitudinali.
8. 8. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le misurazioni di spessore vengono effettuate mediante un dispositivo di misura (9) atto a muoversi trasversalmente rispetto alla porzione appiattita (4a) della pellicola tubolare (4).
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la velocità del dispositivo di misura (9) è maggiore della velocità di scorrimento della porzione appiattita (4a) della pellicola tubolare (4).
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che la larghezza dei settori longitudinali (11, 11’, 11") è pari ad almeno il doppio della larghezza misurabile dal dispositivo di misura (9).
11. 11. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i settori longitudinali (11, 11' , 11") hanno la stessa larghezza.
12. 12. Sistema di controllo per impianti di estrusione, caratterizzato dal fatto di realizzare un metodo di misura secondo una delle rivendicazioni precedenti.
13. 13. Programma di controllo per impianti di estrusione, caratterizzato dal fatto di implementare un metodo di misura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11.