ITPG20070034A1

ITPG20070034A1 - Apparato e metodo per la rilevazione ed il conteggio di fogli e prodotti laminati.

Info

Publication number: ITPG20070034A1
Application number: IT000034A
Authority: IT
Inventors: Francesco Orfei
Original assignee: Francesco Orfei
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2008-10-14
Also published as: US20100066011A1; EP2155562A1; CA2683860A1; WO2008125959A1; JP2010523440A

Description

DESCRIZIONE dellinvenzione avente per TITOLO:

“Apparato e metodo per la rilevazione ed il conteggio di fogli e prodotti laminati”

RIASSUNTO

Il conteggio di fogli e prodotti laminati è un controllo critico in molti processi nel settore del packaging e del mailing industriale. Generalmente è necessario prelevare un singolo elemento da una pila di fogli o prodotti. Tale prelievo deve avvenire con una elevata affidabilità e ripetibilità. Per raggiungere l’affidabilità richiesta è necessario affiancare all'apparato di prelievo un apparato di controllo che fornisce un segnale di “foglio o prodotto preso”, “foglio o prodotto assente” e “fogli o prodotti multipli”. La presente invenzione sfrutta come apparato di controllo un risonatore elettromagnetico percorso da un segnale compreso nella banda di frequenza 1 MHz -100 GHz. All’interno del risonatore sono inseriti attraverso una fessura, i fogli o prodotti a differenti profondità. L’attenuazione introdotta, lo sfasamento, la frequenza di risonanza, il fattore di merito o una loro combinazione sono utilizzati mediante confronto con valori di soglia per rilevare il segnale d’interesse descritto in precedenza.

DESCRIZIONE

Il conteggio di fogli e prodotti laminati in genere è da sempre un controllo critico in molti processi industriali, in particolare nel settore del packaging del mailing industriale.

Generalmente è necessario prelevare da una pila contenente i fogli o prodotti un singolo foglio o prodotto per il suo processamento. Tale prelievo, che avviene per mezzo di ausili meccanici, deve avvenire con una elevata affidabilità e ripetibilità. Purtroppo ciò non avviene e in molti casi è necessario, per raggiungere l'efficienza di lavorazione richiesta, affiancare all'apparato di prelievo un apparato di controllo che fornisca un segnale di “foglio o prodotto preso”, “foglio o prodotto assente” e “fogli o prodotti multipli”. Attualmente anche tale apparato di controllo è basato su una costruzione meccanica che permette la misura di spessore o su apparati elettromeccanici sempre basati sulla misura di spessore del foglio o del prodotto in lavorazione. Gli apparati attualmente in uso in molti casi presentano una sensibilità insufficiente a rilevare fogli molto sottili, tale inconveniente è superato con la presente invenzione.

Il metodo e l'apparato proposto si basano, su una misura dell'attenuazione e/o fase di un segnale ad alta frequenza in un sensore elettromagnetico.

II sensore è costituito da un risonatore elettromagnetico, che risuona a vuoto alla frequenza F0e presenta un fattore di merito Qo, in cui è praticata una fessura per linserimento di una parte del foglio o del prodotto da esaminare (figura 1 A, 1B).

La posizione e la dimensione della fessura dipendono dal risonatore prescelto e può essere praticata in modo da presentare un campo elettrico che si dispone in posizione parallela o ortogonale alla superficie del foglio o del prodotto inserito in detta fessura. Nel caso in cui il risonatore sia costituito da una cavità elettromagnetica scavata in un conduttore la fessura giacerà su uno dei piani di simmetria di detta cavità ed il campo elettrico, si dovrà presentare con direzione parallela alla superficie del foglio o prodotto (figura 1C).

L’inserimento del materiale all’interno della fessura provoca una riduzione della frequenza di risonanza del risonatore ed una riduzione del suo fattore di merito. La variazione sarà tanto più accentuata quanto più il foglio o prodotto sarà inserito profondamente nella fessura.

Detto risonatore è accoppiato con i segnali esterni per mezzo di due sonde che inviano, rispettivamente, un segnale in ingresso e prelevano un segnale di uscita.

Le sonde possono essere costituite, nel caso in cui il risonatore sia una cavità elettromagnetica scavata in un materiale conduttore, da conduttori non in contatto con la superficie interna del risonatore o conduttori in contatto con la superficie interna del risonatore.

II segnale in ingresso al risonatore è un segnale ad alta frequenza, indicata con Fs, anche a microonde, nella banda di frequenza da 1 MHz a 100 GHz, stabile in ampiezza ed in frequenza.

Il segnale in uscita è alla stessa frequenza del segnale in ingresso ma attenuato e sfasato da parte del risonatore in funzione della differenza tra la frequenza di risonanza F0, del fattore di merito Q0del risonatore e della frequenza Fsa cui è stato generato. Il segnale in uscita dal risonatore è in ingresso ad un detector che fornisce un segnale di output funzione della potenza del segnale presente al suo ingresso.

Il segnale ad alta frequenza viene generato da degli opportuni circuiti elettronici oscillanti e/o per mezzo di appositi circuiti a controllo numerico. A corredo della parte a radiofrequenza è anche presente una circuiteria ibrida analogica/digitale il cui scopo è quello di ricevere comandi e fornire risposte, ad esempio le misure, all'operatore della macchina, a controllori logici programmabili, calcolatori elettronici o altri dispositivi elettronici (figura 2).

Il principio di rilevazione del foglio o del prodotto si basa sulla misura della attenuazione e/o sfasamento introdotti dal risonatore caricato con il materiale da misurare rispetto a quelli del risonatore vuoto per una opportuna frequenza Fsdel segnale in ingresso (figura 3). La pratica suggerisce che tale frequenza Fsdeve essere scelta in modo che sia compresa nell’ intervallo che va dalla frequenza F0-5*F0/Q0alla frequenza F0+5*F0/Q0.

Posto AL(FS) l’attenuazione introdotta dal risonatore con foglio inserito e A0(FS) l’attenuazione introdotta dal risonatore vuoto, si ha ΔAL(FS)=|A0(FS)-AL(FS)|. Posti due valori di soglia SI e S2 tali che Sl< S2:

• se se ΔAL(FS) è superiore alla soglia SI e inferiore alla soglia S2 si ha la presenza del foglio o del prodotto;

· se ΔAL(FS) è inferiore a SI si ha assenza di foglio o di prodotto;

• se ΔAL(FS) è superiore alla soglia S2 si hanno fogli o prodotti multipli.

In modo analogo a seconda della risposta di fase del risonatore, che si potrà rilevare la presenza o l’assenza del foglio o prodotto.

In particolare posto PL(FS) lo sfasamento introdotto dal risonatore con foglio inserito e P0(Fs) lo sfasamento introdotto dal risonatore vuoto, si ha ΔPL(FS)=[P0(FS)-PL(FS)I· Posti due valori di soglia PI e P2 tali che Pl< P2:

• se lo sfasamento ΔPL(FS) è inferiore alla soglia P2 e superiore alla soglia PI si ha la presenza del foglio o del prodotto;

• se ΔPL(FS) è inferiore a PI si ha assenza di foglio o di prodotto;

· se ΔPL(FS) è superiore alla soglia P2 si hanno fogli o prodotti multipli.

I valori di soglia S1,S2,P1,P2 sono ottenuti da una calibrazione preliminare, che può essere anche automatica, e possono essere variati per adattare il sistema a diversi materiali (fattori che influenzano le misure sono la densità, la composizione chimica, lumidità etc) anche durante la misura stessa con una procedura di media mobile.

E’ inoltre possibile ottenere per mezzo della stima della frequenza di risonanza FLe del fattore di merito QLdel risonatore un segnale di foglio o prodotto presente, assente o presenza multipla: in questo caso le soglie sono date da particolari valori di frequenza FI e F2 con F2<F1.

In questo caso saranno necessarie 2 soglie di discriminazione FI e F2 tali che:

« se la frequenza di risonanza FLè inferiore alla soglia FI e superiore alla soglia F2 si ha la presenza del foglio o del prodotto;

• se FLè superiore a FI si ha assenza di foglio o di prodotto;

• se FLè inferiore alla soglia F2 si hanno fogli o prodotti multipli.

Analoghe misurazioni sono ottenibili sfruttando misure del fattore di merito poste due soglie Ql e Q2 con Q2<Q1:

• se il fattore di merito QLè inferiore alla soglia Ql e maggiore della soglia Q2 si ha la presenza di un singolo foglio o prodotto;

*se QLè superiore a Q1 si ha assenza di foglio o di prodotto;

· se QLè inferiore alla soglia Q2 si hanno fogli o prodotti multipli.

E’ possibile ottenere il riconoscimento del prodotto utilizzando una combinazione delle grandezze utilizzate in precedenza attraverso un’opportuna funzione ZL=f(QL,FL.Q0,F) che viene a dipendere dalla frequenza e dal fattore di merito del risonatore vuoto e da quelli del risonatore con inserito il foglio/prodotto. Esempi di tale funzione sono dati dalle seguenti funzioni:

ZL=K*[(F0-FL)<2>+(FL*QL-F0*Q0)<2>]<1>'<2>; ZL=K*[(F0-FL)<2>+(FL*QL-F0*Q0)<2>]

Tale funzione dovrà essere confrontata come nei casi precedenti con dei valori di soglia stabiliti per ogni prodotto e eventualmente variabili durante la misura in modo da minimizzare l’errore di rilevazione. In particolare, posti due valori di soglia, ZI e Z2 con Z1<Z2 si avrà:

· se ZLè maggiore della soglia ZI e inferiore della soglia Z2 si ha la presenza di un singolo foglio o prodotto;

■ se ZLè inferiore a ZI si ha assenza di foglio o di prodotto;

• se ZLè maggiore alla soglia Z2 si hanno fogli o prodotti multipli.

Nel caso si desideri conoscere se i fogli o i prodotti presenti nel sensore sono in numero maggiore di due e/o si voglia contarli sarà necessario estendere opportunamente il numero delle soglie e calibrare adeguatamente i loro valori.

La sensibilità del sistema viene modificata variando la profondità di introduzione del foglio nel risonatore. In questo modo è possibile tarare il sensore in funzione del materiale e/o dello spessore di cui sono costituiti i fogli o prodotti.

L'indicazione dei risultati della misura può avvenire mediante segnalazione ottica all'operatore e/o mediante segnali digitali e/o mediante comunicazione dati secondo opportuni protocolli.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un apparato di misura non invasivo di presenza o assenza o fogli/prodotti multipli che utilizza un risonatore elettromagnetico, il cui campo elettrico e magnetico sia accoppiato con i fogli o prodotti, e un’elettronica progettata allo scopo.
2. Un apparato di misura, come alla rivendicazione 1, che utilizza un risonatore che presenta una fessura in cui i fogli o i prodotti possono essere introdotti a profondità differenti variando la sensibilità del sistema.
3. Un apparato che utilizza un risonatore, come alla rivendicazione 2, in cui l’attenuazione introdotta dal foglio o prodotto ad una singola frequenza è comparata con 2 o più valori di soglia.
4. Un apparato che utilizza un risonatore, come alla rivendicazione 2, in cui lo sfasamento introdotto dal foglio o prodotto ad una singola frequenza è comparata con 2 o più valori di soglia.
5. Un apparato che utilizza un risonatore, come alla rivendicazione 2, in cui la stima della sua frequenza di risonanza e/o del fattore di merito del risonatore è confrontata con 2 o più valori di soglia.
6. Un apparato che utilizza un risonatore, come alla rivendicazione 2, in cui la stima della frequenza di risonanza e del fattore di merito del risonatore a vuoto e con il prodotto inserito sono combinate in una funzione ZLil cui valore è confrontato con 2 o più valori di soglia.