MX2010004456A - Rodillo industrial con sensores dispuestos para autoidentificar ubicacion angular. - Google Patents

Abstract

Un rodillo industrial incluye: un núcleo sustancialmente cilíndrico que tiene una superficie exterior; una cubierta polimérica que cubre circunferencialmente la superficie exterior del núcleo; y un sistema de detección; el sistema de detección comprende: una pluralidad de sensores incrustados en la cubierta, los sensores están configurados para detectar un parámetro operativo del rodillo y proveer señales representativas del parámetro operativo, en donde uno de la pluralidad de sensores es un sensor de rastreo y los sensores restantes son sensores de no rastreo; y un procesador operativamente asociado con los sensores que procesa señales provistas por los sensores; los sensores están dispuestos a una distancia radial sustancialmente igual desde la superficie exterior del núcleo, de manera que definen un círculo cuando son vistos desde un extremo del rodillo; cada uno de los sensores de no rastreo está dispuesto además a una primera distancia angular sustancialmente igual desde sus sensores vecinos inmediatos de no rastreo, dos sensores de no rastreo más hacia el extremo definen un espacio angular; el sensor de rastreo está dispuesto en el espacio angular, de modo que una segunda distancia angular definida por el sensor de rastreo y cualquiera de los sensores más hacia el extremo difiere de la primera distancia angular; en esta configuración, el sistema de detección puede identificar a partir de cual sensor se generan señales sin un generador de señal de disparo o acelerómetro.

Description

RODILLO INDUSTRIAL CON SENSORES DISPUESTOS PARA AUTOIDENTIFICAR UBICACION ANGULAR CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere en general a rodillos industriales y en particular a rodillos para fabricación de papel.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION En un procedimiento convencional de fabricación de papel, se alimenta una pasta aguada, o suspensión, de fibras de celulosa (conocida como el "material de abastecimiento" de papel) por la parte superior del tramo superior de una banda sin fin de alambre tejido y/o material sintético que se desplaza entre dos o más rodillos. La banda, con frecuencia referida como una "tela formadora", provee una superficie para la fabricación de papel en la superficie superior de su tramo superior que opera como un filtro para separar del medio acuoso las fibras de celulosa del material de abastecimiento de papel, formando así una cinta continua húmeda de papel. El medio acuoso se drena a través de aberturas de malla de la tela formadora, conocidas como orificios de drenaje, mediante gravedad o vacío localizado en la superficie inferior del tramo superior (es decir, el "lado de la máquina") de la tela.

Después de dejar la sección formadora, la cinta continua de papel se transfiere a una sección de prensa de la máquina para fabricar papel, en donde ésta pasa a través de los puntos de sujeción de una o más prensas (frecuentemente prensas de rodillo) cubiertas con otra tela, normalmente referida como un "fieltro de presión". La presión de los rodillos remueve humedad adicional de la cinta continua; la remoción de humedad con frecuencia se mejora por la presencia de una capa de "guata" del fieltro de presión. El papel es entonces transferido a una sección secadora para remoción adicional de humedad. Después de secado, el papel está listo para procesamiento y empaque secundarios.

Los rodillos cilindricos típicamente se utilizan en diferentes secciones de una máquina para la fabricación de papel, tales como la sección de prensa. Tales rodillos residen y operan en ambientes demandantes en los cuales pueden estar expuestos a elevadas cargas dinámicas y temperaturas y agentes químicos agresivos o corrosivos. Como ejemplo, en una fábrica de papel típica, se utilizan rodillos no sólo para transportar la hoja de cinta continua fibrosa entre estaciones de procesamiento, sino que también, en el caso de rodillos de la sección de prensa y de satinadoras, para procesar la propia hoja de cinta continua en papel.

Típicamente los rodillos utilizados en la fabricación de papel se construyen con la ubicación dentro de la máquina para fabricación de papel en mente, ya que se requiere que los rollos que residen en diferentes posiciones dentro de las máquinas para fabricación de papel realicen diferentes funciones. Debido a que los rodillos para fabricación de papel pueden tener muchas demandas de desempeño diferentes, y debido a que reemplazar todo un rodillo metálico puede ser bastante costoso, muchos rodillos para fabricación de papel incluyen una cubierta polimérica que rodea la superficie circunferencial de un núcleo típicamente metálico. Al variar el material empleado en la cubierta, el diseñador de cubierta puede proporcionar al rodillo diferentes características de desempeño que demande la aplicación para fabricación de papel. También, la reparación, rectificado o el reemplazo de una cubierta sobre un rodillo metálico puede ser considerablemente menos costoso que el reemplazo de un rodillo metálico completo. Los materiales poliméricos ejemplares para cubiertas incluyen caucho natural, cauchos sintéticos como neopreno, estireno-butadieno (SBR), caucho de nitrilo, polietileno clorosulfonado ("CSPE" - también conocido bajo la marca HYPALON® de DuPont), EDPM (nombre dado a un terpolímero de etileno-propileno formado de un monómero de etileno-propilendieno), poliuretano, materiales compuestos de termofraguado y materiales compuestos termoplásticos.

En muchos casos, la cubierta de rodillo incluirá por lo menos dos capas distintas: una capa de base que cubre el núcleo y que proporciona una unión con éste; y una capa de material de abastecimiento superior que cubre y se une a la capa de base y da servicio a la superficie externa del rodillo (algunos rodillos también incluirán una capa de "conexión" intermedia insertada en las capas de base y de material de abastecimiento superior). Las capas para estos materiales típicamente se seleccionan para proporcionar a la cubierta un conjunto prescrito de propiedades físicas para su operación. Estas pueden incluir la resistencia requerida, módulo elástico y resistencia a temperatura elevada, agua y productos químicos agresivos para soportar el ambiente de fabricación de papel. Adicionalmente, las cubiertas se diseñan por lo regular para que tengan una dureza de superficie predeterminada que sea apropiada para el procedimiento que van a realizar, y típicamente requieren que la hoja de papel "se libere" de la cubierta sin daño a la hoja de papel. Además, para que sea económica, la cubierta debe ser resistente a la abrasión y al desgaste.

A medida que la cinta continua de papel es transportada a través de una máquina para fabricación de papel, puede ser muy importante entender el perfil de presión experimentado por la cinta continua de papel. Las variaciones en presión pueden impactar la cantidad de agua drenada de la cinta continua, lo cual puede afectar el contenido final de la humedad de la hoja, grosor, y otras propiedades. La magnitud de la presión aplicada con un rodillo, por lo tanto, puede impactar la calidad de papel producido con la máquina para fabricación de papel.

Es sabido incluir sensores de presión y/o temperatura en la cubierta de un rodillo industrial. Por ejemplo, la patente de E.U.A. No. 5,699,729 para Moschel et al. describe un rodillo con conductores helicoidalmente dispuestos que incluyen una pluralidad de sensores de presión incrustados en la cubierta polimérica del rodillo. Los sensores están helicoidalmente dispuestos con el fin de proveer lecturas de presión en diferentes ubicaciones axiales a lo largo de la longitud del rodillo. Por lo general, los sensores están conectados a dos conductores o a una fibra óptica que transmiten señales de sensor a un procesador que procesa las señales y provee información de presión y posición.

Debido a que múltiples sensores están fijos a los dos conductores comunes o fibra, las señales de los diferentes sensores se desplazan a lo largo de los mismos conductores o fibra. Por lo tanto, el procesador debe tener alguna forma de distinguir qué sensor ha producido una señal particular; de lo contrario, el procesador no reconoce la posición axial del sensor que provee la señal. Una técnica común es el uso de una señal de "disparo" que alerta al procesador en cada revolución del rodillo. Esta técnica, descrita en la patente de E.U.A. No. 5,699,729, supra emplea un generador de señales de disparo que provee una señal cada vez que una posición particular en el rodillo pasa por una ubicación particular. Sin embargo, esta técnica requiere el equipo para producir y descifrar la señal de disparo. Otra técnica emplea un acelerómetro montado en el rodillo para determinar la orientación del rodillo. Esta técnica también requiere equipo adicional y capacidad de rastreo. Puede ser conveniente proveer una técnica alternativa para monitorear la posición de sensores.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención puede abordar algunas de las cuestiones surgidas a raíz de los rodillos industriales anteriores. Como un primer aspecto, las modalidades de la presente invención se refieren a un rodillo industrial, que comprende: un núcleo sustancialmente cilindrico que tiene una superficie exterior; una cubierta polimérica que cubre circunferencialmente la superficie exterior del núcleo; y un sistema de detección. El sistema de detección comprende: una pluralidad de sensores incrustados en la cubierta, los sensores están configurados para detectar un parámetro operativo del rodillo y proveer señales representativas del parámetro operativo, en donde uno de la pluralidad de sensores es un sensor de rastreo y los sensores restantes son sensores de no rastreo; y un procesador operativamente asociado con los sensores que procesa señales provistas por los sensores. Los sensores están dispuestos a una distancia radial sustancialmente igual desde la superficie exterior del núcleo, de manera que pueden definir un círculo cuando son vistos desde un extremo del rodillo. Cada uno de los sensores de no rastreo está dispuesto además a una primera distancia angular sustancialmente igual desde sus sensores vecinos inmediatos de no rastreo, dos sensores de no rastreo más hacia el extremo que definen un espacio angular. El sensor de rastreo está dispuesto en el espacio angular, de modo que una segunda distancia angular definida por el sensor de rastreo y cualquiera de los sensores más hacia el extremo difiere de la primera distancia angular. En esta configuración, el sistema de detección puede identificar a partir de qué sensor se generan las señales sin un generador de señales de disparo o acelerómetro.

Como un segundo aspecto, las modalidades de la presente invención se refieren a un método para medir la presión experimentada por un rodillo industrial. El método inicia con (a) proveer un rodillo industrial, que comprende: un núcleo sustancialmente cilindrico que tiene una superficie exterior; una cubierta polimérica que cubre circunferencialmente la superficie exterior del núcleo; y un sistema de detección. El sistema de detección comprende: una pluralidad de sensores incrustados en la cubierta, los sensores están configurados para detectar presión y proveer señales representativas de la presión, en donde uno de la pluralidad de sensores es un sensor de rastreo y los sensores restantes son sensores de no rastreo; y un procesador operativamente asociado con los sensores que procesa señales provistas por los sensores. Los sensores están dispuestos a una distancia radial sustancialmente igual desde la superficie exterior del núcleo, de modo que pueden definir un círculo cuando son vistos desde un extremo del rodillo. Cada un de los sensores de no rastreo está dispuesto además a una primera distancia angular sustancialmente igual desde sus sensores vecinos inmediatos de no rastreo, los sensores de no rastreo más hacia el extremo que definen un espacio angular. El sensor de rastreo está dispuesto en el espacio angular, de modo que una segunda distancia angular definida por el sensor de rastreo y cualquiera de los sensores más hacia el extremo difiere de la primera distancia angular. El método continúa con (b) hacer girar el rodillo para exponer cada uno de los sensores a condiciones de presión; (c) transmitir señales generadas por los sensores desde los sensores hasta un procesador; (d) identificar las señales del sensor de rastreo con base en la duración entre señales; y (e) identificar el sensor a partir del cual se origina cada señal con base en la identificación del sensor de rastreo.

Como un tercer aspecto, las modalidades de la presente invención se refieren a un método para medir la presión experimentada por un rodillo industrial. El método inicia con: (a) proveer un rodillo industrial, que comprende: un núcleo sustancialmente cilindrico que tiene una superficie exterior; una cubierta polimérica que cubre sustancialmente la superficie del núcleo; y un sistema de detección que comprende: una pluralidad de sensores incrustados en la cubierta, los sensores están configurados para detectar presión del rodillo y proveer señales representativas de la presión, en donde uno de la pluralidad de sensores es un sensor de rastreo y los sensores restantes son sensores de no rastreo; y un procesador operativamente asociado con los sensores que procesa señales provistas por los sensores. Los sensores están dispuestos a una distancia radial sustancialmente igual desde la superficie exterior del núcleo, de modo que definen un círculo cuando son vistos desde un extremo del rodillo. El sensor de rastreo está dispuesto a una distancia angular desde al menos uno de sus sensores vecinos inmediatos que difiere de una distancia angular entre cualquier otro sensor de no rastreo y sus sensores vecinos de no rastreo. El método continúa con: (b) hacer girar el rodillo para exponer cada uno de los sensores a condiciones de presión; (c) transmitir señales generadas por los sensores desde los sensores hasta un procesador; (d) identificar la señales del sensor de rastreo con base en la duración entre señales; y (e) identificar el sensor a partir del cual se genera cada señal con base en la identificación del sensor de rastreo.

Como un cuarto aspecto, las modalidades de la presente invención se refieren a un método para determinar la dirección giratoria de un rodillo industrial. El método inicia con (a) proveer un rodillo industrial, que comprende: un núcleo sustancialmente cilindrico que tiene una superficie exterior; una cubierta polimérica que cubre circunferencialmente la superficie exterior del núcleo; y un sistema de detección que comprende: una pluralidad de sensores incrustados en la cubierta, los sensores están configurados para detectar presión del rodillo y proveer señales representativas de la presión; y un procesador operativamente asociado con los sensores que procesa señales provistas por los sensores. Los sensores están dispuestos a una distancia radial sustancialmente igual desde la superficie exterior del núcleo, de modo que definen un círculo cuando son vistos desde un extremo del rodillo. Un primer sensor está dispuesto a una primera distancia angular desde al menos uno de sus sensores vecinos inmediatos que difiere de una distancia angular entre cualquier otro sensor y sus sensores vecinos inmediatos. Un segundo sensor está dispuesto a una segunda distancia angular que difiere de la primera distancia y de una distancia angular entre cualquier otro sensor y sus sensores vecinos inmediatos. El método continúa con: (b) hacer girar el rodillo para exponer cada uno de los sensores a condiciones de presión; (c) transmitir señales generadas por los sensores desde los sensores hasta un procesador; y (d) identificar la dirección giratoria del rodillo con base en la secuencia relativa de señales transmitidas por el primer y segundo sensores.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista de plantilla de un rodillo y un sistema de detección de la presente invención; la figura 2 es una vista de extremo del rodillo y sistema de detección de la figura 1 que muestra la separación circunferencial de los sensores; la figura 3 es una vista en perspectiva de plantilla de la capa de base exterior que se aplica sobre la capa de base interior, cables y sensores del rodillo de la figura 1 ; y la figura 4 es una vista en perspectiva de plantilla de la capa de material de abastecimiento superior que se aplica sobre la capa de base exterior de la figura 3.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MODALIDADES DE LA INVENCION La presente invención se describirá de manera más detallada en lo sucesivo con referencia a los dibujos anexos. La invención no pretende limitarse a las modalidades ilustradas; más bien, estas modalidades pretenden describir la invención total y completamente para los expertos en la técnica. En los dibujos, los números similares se refieren a elementos similares. Los espesores y dimensiones de algunos componentes pueden ser exagerados para efectos de claridad.

Las funciones o construcciones bien conocidas pueden no ser descritas a detalle por cuestiones de brevedad y/o claridad.

A menos que se defina de otra forma, todos los términos técnicos y científicos utilizados en la presente tienen el mismo significado que el comúnmente entendido por un experto en la técnica al cual pertenece la invención. La terminología utilizada en la descripción de la invención en la presente tiene el propósito de describir únicamente modalidades particulares y no tiene la intención de limitar la invención. Como se utiliza en la descripción de la invención y en las reivindicaciones anexas, las formas en singular "un", "una" y "el/la" pretenden incluir también las formas en plural, a menos que el contexto lo indique claramente de otra forma. Como se utiliza en la presente, el término "y/o" incluye cualquiera y todas las combinaciones de uno o más de los elementos nombrados relacionados. Cuando se utilicen, los términos "fijo/a", "conectado/a", "interconectado/a", "en contacto", "acoplado/a", "montado/a", "sobrepuesto/a" y similares puede significar ya sea una fijación o contacto directo o indirecto entre los elementos, a menos que se establezca lo contrario.

Con relación ahora a las figuras, un rodillo, designado ampliamente como 20, se ilustra en la figura 1. El rodillo 20 incluye una carcasa o núcleo cilindrico hueco 22 (véase figura 2) y una cubierta 24 (típicamente formada de uno o más materiales poliméricos) que rodea el núcleo 22. Un sistema de detección 26 para detectar presión incluye un par de conductores 28a, 28b y una pluralidad de sensores de presión 30, cada uno de los cuales está incrustado en la cubierta 24. Como se utiliza en la presente, un sensor que está "incrustado" en la cubierta significa que el sensor está ya sea contenido por completo dentro de la cubierta, y un sensor que está "incrustado" en una capa particular o en un conjunto de capas de la cubierta significa que el sensor está contenido completamente dentro de esa capa o conjunto de capas. El sistema de detección 26 también incluye un procesador 32 que procesa señales producidas por los sensores piezoeléctricos 30.

El núcleo 22 típicamente está formado de un material metálico, tal como acero o hierro fundido. El núcleo 22 puede ser sólido o hueco, y si es hueco puede incluir dispositivos que pueden variar el perfil del rodillo o presión.

La cubierta 24 puede tomar cualquier forma y puede formarse de cualquier material polimérico y/o elastomérico reconocido por los expertos en la técnica por ser adecuado para utilizarse con un rodillo. Los materiales ejemplares incluyen caucho natural, cauchos sintéticos tales como neopreno, estireno-butadieno (SBR), caucho de nitrilo, polietileno clorosulfonado ("CSPE" - también conocido bajo la marca HYPALON), EDPM (nombre dado a un terpolímero de etileno-propileno formado de monómero de etileno- propilen dieno), epoxi y poliuretano. La cubierta 24 también puede incluir materiales de refuerzo y de relleno, aditivos y similares. Los materiales adicionales ejemplares se discuten en la patente de E.U.A. Nos. 6,328,681 para Stephens, 6,375,602 para Jones, y 6,981 ,935 para Gustafson, cuyas descripciones se incorporan en su totalidad a la presente como referencia.

En muchos casos, la cubierta 24 comprenderá múltiples capas. Las figuras 3 y 4 ¡lustran la aplicación de una capa de base interior 42a, una capa de base exterior 42b y una capa de material de abastecimiento superior 70; también se pueden incluir capas adicionales, tal como una capa de "conexión" entre la base exterior y las capas de material de abastecimiento superiores 42b, 70 y una capa adhesiva entre la carcasa 22 y la capa de base interior 42a.

Ahora con referencia a la figura 1 , los sensores 30 del sistema de detección 26 pueden tener cualquier configuración o forma reconocida por los expertos en la técnica como adecuada para detectar presión, incluyendo sensores piezoeléctricos, sensores ópticos y similares. Los sensores ejemplares se discuten en las patentes de E.U.A. Nos. 5,699,729 para Moschel et al; 5,562,027 para Moore; 6,981 ,935 para Gustafson; y 6,429,421 para Meller; y publicaciones de patente de E.U.A. Nos. 2005/0261 115 para Moore y 2006024872 para Gustafson, cuyas descripciones se incorporan a la presente como referencia. Los sensores piezoeléctricos pueden incluir cualquier dispositivo que presente piezoelectricidad cuando experimenta cambios en presión, temperatura u otros parámetros físicos. La "piezoelectricidad" se define como la generación de electricidad o de polaridad eléctrica en cristales dieléctricos sometidos a tensión mecánica o de otro tipo, la magnitud de dicha electricidad o polaridad eléctrica es suficiente para distinguirlos de ruido eléctrico. Los sensores piezoeléctricos ejemplares incluyen sensores piezoeléctricos formados de cerámica piezoeléctrica tales como el tipo PZT, plomo-zirgonato-titanato, cuarzo, cuarzo sintético, tourmalina, ortofosfato de galio, CGG (Ca3Ga2Ge40i4), niobato de litio, tantalita de litio, sal de Rochelle y sulfato de litio monohidratado. En particular, el material sensor puede tener una temperatura Curie superior a 176°C (350°F), y en algunos casos 315°C (600°F), lo cual puede permitir una detección precisa a las temperaturas experimentadas con frecuencia por los rodillos en ambientes de fabricación de papel. Una dimensión exterior típica del sensor 30 (es decir, longitud, anchura, diámetro, etc.), está entre aproximadamente 2 mm y 20 mm, y un grosor típico del sensor 30 está entre aproximadamente 0.00508 cm y 0.508 cm.

En la modalidad ilustrada, los sensores 30 tienen forma de azulejo, es decir, cuadrados y planos; no obstante, también pueden ser adecuadas otras formas de sensores y/o aberturas. Por ejemplo, los sensores 30 pueden ser rectangulares, circulares, anulares, triangulares, ovalados, hexagonales, octagonales o similares. Además, los sensores 30 pueden ser sólidos, o pueden incluir una abertura interna o externa (es decir, la abertura puede tener un perímetro cerrado, o la abertura puede ser de extremo abierto de manera que el sensor 30 adquiere una forma en "U" o "C"). Ver, por ejemplo, la publicación de patente de E.U.A. No. 20060248723 para Gustafson, cuya descripción se incorpora en su totalidad a la presente como referencia.

Haciendo referencia ahora a la figura 2, los sensores 30 están distribuidos alrededor de la circunferencia del rodillo 20 a una distancia radial sustancialmente igual desde el centro del núcleo 22, de modo que definen un círculo C, y como se muestra en la figura 1 , los sensores 30 están separados axialmente entre sí a lo largo de la longitud del rodillo 20, por lo regular a intervalos sustancialmente iguales. Los sensores 30 también están dispuestos para que todos los sensores con excepción de uno (referido en la presente como sensor de rastreo 30') estén separados entre sí de manera generalmente uniforme de modo circunferencial como se ve desde el extremo del rodillo 20 como en la figura 2. En la modalidad ilustrada, los sensores de no rastreo 30 están separados de sus sensores vecinos inmediatamente adyacentes 30 por una distancia angular a de 15 grados, pero se pueden emplear otras distancias angulares de separación. Un espacio angular está formado por dos sensores "más hacia el extremo" 30a, 30b (es decir, sensores de no rastreo que solamente tienen un sensor vecino de no rastreo inmediato, de modo que están "más hacia el extremo" en el sentido de que forman los extremos del arco definido por los sensores de rastreo 30 a lo largo del círculo C).

Todavía haciendo referencia a la figura 2, el sensor de rastreo 30' está separado de sus vecinos inmediatos, los sensores más hacia el extremo 30a, 30b, por una distancia angular ß que (a) difiere de la distancia angular a entre los otros sensores 30, y (b) también difiere por dos veces la distancia angular a entre los otros sensores 30. En la modalidad ilustrada, el sensor de rastreo 30' está separado de los sensores más hacia el extremo 30a y 30b por una distancia angular ß de 37.5 grados. En este ejemplo, se puede ver que la distancia angular ß de 37.5 grados difiere de la distancia angular a de 15 grados y por dos veces el valor de a (30 grados). La importancia de estas relaciones angulares se discute a detalle más adelante.

Con referencia a la figura 1 , los conductores 28a, 28b del sistema de detección 26 pueden ser cualquier elemento transportador de señal reconocido por los expertos en la técnica como adecuado para el paso de señales eléctricas en un rodillo. En algunas modalidades, el conductor 28a pasa por debajo de cada sensor 30 sobre un borde transversal del mismo, y el conductor 28b pasa por encima de cada sensor 30 sobre un borde transversal diametralmente opuesto del mismo. De manera alternativa, los conductores se pueden colocar sobre la misma superficie del sensor 30. Como otra alternativa, el sensor 30 puede tener "aletas" que se extienden radialmente hacia fuera desde el borde del sensor que hace contacto con los conductores.

Haciendo referencia nuevamente a la figura 1 , el sistema de detección 26 incluye un multiplexor 31 u otro dispositivo para recolección de datos montado en el extremo del rodillo 20. El multiplexor 31 recibe y recolecta señales de los sensores 30 y las transmite a un procesador 32. El procesador 32 es por lo general una computadora personal o dispositivo de intercambio de datos similar, tal como el sistema de control de distribución de una fábrica de papel, que está operativamente asociado con los sensores 30 y que puede procesar señales de los sensores 30 en información útil, fácilmente entendible. En algunas modalidades, se utiliza un modo de comunicación inalámbrica, tal como señalización RF, para transmitir los datos recolectados de los sensores 30 desde el múltiple sensor 31 hasta el procesador 32. Otras configuraciones alternativas incluyen conectores del anillo colector que permiten que las señales sean transmitidas por los sensores 30 al procesador 32. Las unidades ejemplares del procesamiento adecuadas se discuten en las patentes de E.U.A. Nos. 5,562,027 y 7,392,715 para Moore y 6,752,908 para Gustafson et al., cuyas descripciones se incorporan en su totalidad a la presente.

El rodillo 20 puede ser elaborado de la manera descrita, por ejemplo en la publicación de patente E.U.A. pendiente No. 2005/0261 115, cuya descripción se incorpora en su totalidad en la presente. En este método, ¡nicialmente el núcleo 22 se cubre en una porción de la cubierta 24 (tal como la capa de base interior 42a). La capa de base interior 42a se puede aplicar con una boquilla de extrusión 40, aunque la capa de base interior 42a se puede aplicar a través de otras técnicas conocidas para los expertos. Por lo regular, la capa de base interior 42a está formada de caucho o materiales mixtos con base de epoxi, y tiene un grosor de entre aproximadamente 0.076 y 0.889 cm.

Después de la formación de la capa de base interior 42a, se instalan los conductores 28a, 28b y sensores 30 del sistema sensor 26 (figura 3). Una vez que los sensores 30 están en sus posiciones deseadas, se pueden adherir en su lugar. Esto se puede llevar a cabo a través de cualquier técnica conocida para los expertos; una técnica ejemplar es unión adhesiva.

Haciendo nuevamente referencia a la figura 3, una vez que los sensores 30 y conductores 28a y 28b se han colocado y fijado a la capa de base interior 42a, se aplica el resto de la capa de base 42 (es decir, la capa de base exterior 42b). La figura 3 ilustra la aplicación de la capa de base exterior 42b a través de una boquilla de extrusión 52, aunque los expertos en la técnica apreciarán que la aplicación de la capa de base exterior 42b se puede llevar a cabo mediante cualquier técnica reconocida como adecuada para esa aplicación. En un rodillo típico, la capa de base exterior 42b está formada de caucho o de materiales mixtos con base de epoxi y tiene un grosor de entre aproximadamente 0.076 y 0.889 cm, de modo que los sensores 30 están incrustados en la capa de base 42. Además, por lo general la capa de base exterior 42a estará formada del mismo material que la capa de base interior 42a.

Como se indicó anteriormente, la presente invención pretende incluir rodillos que tienen cubiertas que incluyen solo una capa de base y una capa de material superior así como rodillos que tienen cubiertas con capas intermedias adicionales. Se aplica cualquier capa intermedia sobre la capa de base exterior 42b antes de la aplicación de la capa de material de abastecimiento superior 70.

Haciendo referencia ahora a la figura 4, la capa de material de abastecimiento superior 70 se aplica sobre la capa de base exterior 42b. La capa de material de abastecimiento superior 70 está formada por lo general de caucho o poliuretano, y se puede aplicar a través de cualquier técnica conocida para los expertos como adecuada para la aplicación de una capa polimérica, aunque la figura 4 ilustra la aplicación a través de una boquilla de extrusión 72. La capa de material de abastecimiento superior 70 generalmente es un material polimérico que tiene una dureza que es inferior a la de la capa de base 42. La capa de material de abastecimiento superior 70 comúnmente tiene entre aproximadamente 0.508 y 10.16 cm de grosor. La aplicación de la capa de material de abastecimiento superior 70 va seguida de curación, para la cual las técnicas son bien conocidas para los expertos y no necesitan describirse a detalle en la presente.

El rodillo terminado 20 y cubierta 24 se pueden utilizar entonces por ejemplo en una máquina para fabricación de papel. En algunas modalidades, el rodillo 20 es parte de una prensa con puntos de sujeción, en donde otro rodillo o dispositivo prensador se coloca adyacente al rodillo 20 para formar un punto de sujeción a través del cual pueda pasar una cinta continua para formación de papel. En estos entornos, puede ser importante monitorear la presión experimentada por la cubierta 24 particularmente en el área de los puntos de sujeción. El sistema de detección 26 puede proveer información de presión para diferentes ubicaciones axiales a lo largo de la cubierta 24, con cada uno de los sensores 30 proporcionando información de presión acerca de una ubicación axial diferente en el rodillo 20.

En operación, el rodillo 20 y cubierta 24 giran alrededor del eje del rodillo 20 a velocidades muy altas. Cada vez que uno de los sensores 30 pasa a través del punto de sujeción creado por el rodillo 20 y una prensa o rodillo de acoplamiento, el sensor 30 transmitirá un impulso generado por la presión que ejerce el rodillo de acoplamiento en el área de la cubierta 20 sobre el sensor 30. Cuando no existe sensor 30 presente en el punto de sujeción, no se generan impulsos importantes más allá del nivel del ruido general. De esta manera, a medida que gira el rodillo 20, cada sensor 30 se desplaza a través del punto de sujeción y provee impulsos que representan la presión en su ubicación correspondiente. En consecuencia, los datos en forma de impulsos son generados por los sensores 30, transmitidos a lo largo de los conductores 28a, 28b, y recibidos en el multiplexor 31. En una sesión típica de recuperación de datos, 12-20 impulsos son recibidos por el sensor 30; estos impulsos individuales pueden ser almacenados y procesados en señales de presión representativas para cada sensor 30. Una vez que se recolectan los datos del sensor sin procesar, se envían del multiplexor 31 al procesador 32 para procesarlos en una forma fácilmente entendible, tal como un perfil de presión a lo largo de su longitud.

Como se indicó arriba, típicamente es importante que el usuario pueda distinguir qué sensor 30 es responsable de transmitir cada uno de los impulsos. Debido a que el sensor de rastreo 30' está separado de sus vecinos inmediatos 30a, 30b en una distancia angular diferente que la de los otros sensores 30, asumiendo una velocidad rotacional constante para el rodillo 20, los impulsos generados por el sensor de rastreo 30' están separados de los impulsos de sus sensores vecinos inmediatos 30a, 30b en una duración diferente (en este caso, superior) a lo que es el caso para los impulsos generados por los sensores restantes 30. Como resultado, conforme se procesan los datos de impulsos, los impulsos generados por el sensor de rastreo 30' pueden ser fácilmente identificados. Además, debido a que , los impulsos del sensor de rastreo 30' pueden ser fácilmente identificados, los impulsos generador por los otros sensores 30 pueden ser asignados a su sensor correspondiente 30 simplemente al comparar el tiempo del impulso con los impulsos de tiempo del sensor de rastreo 30'. Por lo regular, el procesador 32 empleará un programa de software que puede leer e interpretar los datos del sensor. En algunas modalidades, el software utiliza un algoritmo de suma para reconocer e identificar los sensores individuales 30.

Una de las ventajas potenciales para emplear una disposición de sensores tal como la mostrada es que no es necesario un mecanismo adicional de orientación o de disparo, tal como un acelerómetro para rastrear los sensores 30; en cambio, la disposición de los sensores 30 permite rastrear los sensores individuales 30. Además, la separación de la modalidad ilustrada, en la cual (a) la distancia angular ß entre el sensor de rastreo 30' y sus sensores vecinos inmediatos de no rastreo 30a, 30b difiere de la distancia angular sustancialmente igual a entre los sensores de no rastreo 30, y (b) dos o tres veces la distancia angular "estándar" a también difiere de la distancia ß, también puede proveer otra ventaja. En el caso de que falle un sensor 30 (por ejemplo, si se desprende de uno de los conductores 28a, 28b), ningún impulso es generado por ese sensor 30. De esta manera, habría un espacio de tiempo igual a la duración requerida para que el rodillo 20 recorra la distancia angular 2a entre los vecinos más cercanos del sensor que no funciona. Debido a que 2a no es igual a ß, la identidad del sensor de rastreo 30' todavía puede ser reconocida incluso con un sensor que no funciona 30. De hecho, si fallan incluso dos o tres sensores vecinos 30, las distancias angulares 3a y 4a tampoco son iguales a ß, de modo que el sensor de rastreo 30' todavía puede ser identificado de manera única. Por lo tanto, la falla de un sensor 30 no hace inutilizable el sistema de detección.

Los expertos en la técnica apreciarán que el sistema sensor ilustrado puede tener otras formas. Por ejemplo, aunque en la presente se discuten sensores piezoeléctricos, también se pueden utilizar sensores ópticos o sensores de presión de otras formas. Incluso como otra alternativa, se puede emplear un sistema inalámbrico (es decir, uno que carece de los conductores 28a, 28b que portan señales de los sensores al multiplexor 31), tal como se describe en la patente E.U.A. No. 7,392,715 para Moore et al., cuya descripción se incorpora en su totalidad a la presente. Con un sistema inalámbrico, se puede observar que una disposición de sensores como se describe en la presente puede simplificar la operación de identificación de señales para sensores inalámbricos. Se contempla además que otros tipos de sensores tales como temperatura, humedad y similares, también se pueden beneficiar de los principios discutidos con respecto a las modalidades de la presente invención.

Cabe señalar además, que en algunas modalidades, los ángulos ß pueden diferir en cualquier lado del sensor de rastreo 30'. Por ejemplo, un ángulo ß puede ser de 35 grados mientras que el otro ángulo ß' puede ser de 40 grados. En dicha configuración, ambos ángulos ß, ß' difieren de las distancias angulares a y 2a, de modo que el sensor de rastreo 30' todavía puede ser identificado. Sin embargo, en esta modalidad, la diferencia en los ángulos ß, ß' puede permitir al sistema 26 determinar en qué dirección giratoria (es decir, en sentido a las manecillas del reloj o en sentido contrario) está girando el rodillo 20 al notar la secuencia relativa de los ángulos ß, ß'. Cabe señalar además que se pueden emplear ángulos diferentes entre otros sensores de no rastreo para permitir la determinación de la dirección giratoria del rodillo.

Además, aunque los sensores 30 se ilustran y describen como axialmente espaciados uno de otro de manera equidistante, en algunas modalidades, los sensores pueden no estar separados de manera equidistante a lo largo de la longitud del rodillo. Por ejemplo, en algunas modalidades, grupos de sensores pueden estar más estrechamente espaciados en los extremos del rodillo (en donde tienden a ocurrir más cuestiones de presión), y más ampliamente espaciados hacia el centro del rodillo.

Lo anterior ilustra la presente invención y no se interpretará como limitación de la misma. Aunque se han descrito modalidades ejemplares de esta invención, los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que muchas modificaciones en las modalidades ejemplares son posibles sin apartarse materialmente de las novedosas enseñanzas y ventajas de esta invención. Por consiguiente, todas esas modificaciones pretenden ser incluidas dentro del alcance de esta invención como se define en las reivindicaciones. La invención está definida por las siguientes reivindicaciones, para incluir ahí los equivalentes de las reivindicaciones.

Claims (23)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1 .- Un rodillo industrial, que comprende: un núcleo sustancialmente cilindrico que tiene una superficie exterior; una cubierta polimérica que cubre circunferencialmente la superficie exterior del núcleo; y un sistema de detección que comprende: una pluralidad de sensores incrustados en la cubierta; los sensores están configurados para detectar un parámetro operativo del rodillo y proveer señales representativas del parámetro operativo, en donde uno de la pluralidad de sensores es un sensor de rastreo y los sensores restantes son sensores de no rastreo; y un procesador operativamente asociado con los sensores que procesan señales provistas por los sensores; en donde los sensores están dispuestos a una distancia radial sustancialmente igual desde la superficie exterior del núcleo, de modo que definen un círculo cuando son vistos desde un extremo del rodillo; y en donde cada uno de los sensores de no rastreo está dispuesto adicionalmente a una primera distancia angular sustancialmente igual desde sus sensores vecinos inmediatos de no rastreo, dos sensores de no rastreo más hacia el extremo definen un espacio angular; en donde el sensor de rastreo está dispuesto en el espacio angular, de modo que una segunda distancia angular definida por el sensor de rastreo y cualquiera de los sensores más hacia el extremo difiere de la primera distancia angular.

2. - El rodillo industrial de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la suma de dos primeras distancias angulares difiere de la segunda distancia angular.

3. - El rodillo industrial de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la suma de tres primeras distancias angulares difiere de la segunda distancia angular.

4. - El rodillo industrial de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la distancia entre el sensor de rastreo y cada uno de los sensores más hacia el extremo es la segunda distancia.

5.- El rodillo industrial de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la primera distancia angular es de aproximadamente 15 grados.

6. - El rodillo industrial de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque la segunda distancia angular es de aproximadamente 37.5 grados.

7. - El rodillo industrial de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque los sensores detectan presión.

8. - El rodillo industrial de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque los sensores son sensores piezoeléctricos.

9.- El rodillo industrial de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente dos conductores eléctricos que conectan eléctricamente los sensores.

10. - El rodillo industrial de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque los sensores son sensores inalámbricos.

1 1 . - El rodillo industrial de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la cubierta comprende una capa de base interior y una capa de material superior exterior, y en donde los sensores están incrustados en la capa de base.

12. - Un método para medir presión experimentada por un rodillo industrial, el método comprende los pasos de: (a) proveer un rodillo industrial, que comprende: un núcleo sustancialmente cilindrico que tiene una superficie exterior; una cubierta polimérica que cubre circunferencialmente la superficie exterior del núcleo; y un sistema de detección que comprende: una pluralidad de sensores incrustados en la cubierta, los sensores están configurados para detectar presión del rodillo y proveer señales representativas de la presión, en donde uno de la pluralidad de sensores es un sensor de rastreo y los sensores restantes son sensores de no rastreo; y un procesador operativamente asociado con los sensores que procesan señales provistas por los sensores; en donde los sensores están dispuestos a una distancia radial sustancialmente igual desde la superficie exterior del núcleo, de modo que definen un círculo cuando son vistos desde un extremo del rodillo; y en donde cada uno dé los sensores de no rastreo está dispuesto además a una primera distancia angular sustancialmente igual desde sus sensores vecinos inmediatos de no rastreo, dos sensores de no rastreo más hacia el extremo definen un espacio angular; en donde el sensor de rastreo está dispuesto en el espacio angular, de modo que una segunda distancia angular definida por el sensor de rastreo y cualquiera de los sensores más hacia el extremo difiere de la primera distancia angular; (b) hacer girar el rodillo para exponer cada uno de los sensores a condiciones de presión; (c) transmitir señales generadas por los sensores desde el sensor hasta un procesador; (d) identificar las señales del sensor del rastreo con base en la duración entre señales; y (e) identificar el sensor a partir del cual se origina cada señal con base en la identificación del sensor de rastreo.

13. - El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque la suma de dos primeras distancias angulares difiere de la segunda distancia angular.

14. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque la suma de tres primeras distancias angulares difiere de la segunda distancia angular.

15.- El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque la distancia entre el sensor de rastreo y cada uno de los sensores más hacia el extremo es la segunda distancia.

16. - El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque la primera distancia angular es de aproximadamente 15 grados.

17. - El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque la segunda distancia angular es de aproximadamente 37.5 grados.

18. - El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque los sensores son sensores piezoeléctricos.

19. - El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque comprende adicionalmente dos conductores eléctricos que conectan eléctricamente los sensores.

20. - El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque los sensores son sensores inalámbricos.

21 . - El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque la cubierta comprende una capa de base interior y una capa de material superior exterior, y en donde los sensores están incrustados en la capa de base.

22. - Un método para medir presión experimentada por un rodillo industrial, el método comprende los pasos de: (a) proveer un rodillo industrial, que comprende: un núcleo sustancialmente cilindrico que tiene una superficie exterior; una cubierta polimérica que cubre circunferencialmente la superficie exterior del núcleo; y un sistema de detección que comprende: una pluralidad de sensores incrustados en la cubierta, los sensores están configurados para detectar presión del rodillo y proveer señales representativas de la presión, en donde uno de la pluralidad de sensores es un sensor de rastreo y los sensores restantes son sensores de no rastreo; y un procesador operativamente asociado con los sensores que procesa señales provistas por los sensores; en donde los sensores están dispuestos a una distancia radial sustancialmente igual desde la superficie exterior del núcleo, de manera que definen un círculo cuando son vistos desde un extremo del rodillo; y en donde el sensor de rastreo está dispuesto a una distancia angular desde al menos uno de sus sensores vecinos inmediatos que difiere de una distancia angular entre cualquier otro sensor de no rastreo y sus sensores vecinos de no rastreo; (b) hacer girar el rodillo para exponer cada uno de los sensores a condiciones de presión; (c) transmitir señales generadas por los sensores desde el sensor hasta un procesador; (d) identificar las señales del sensor de rastreo con base en la duración entre señales; y (e) identificar el sensor a partir del cual se origina cada señal con base en la identificación del sensor de rastreo.

23.- Un método para determinar la dirección giratoria de un rodillo industrial, el método comprende los pasos de: (a) proveer un rodillo industrial, que comprende: un núcleo sustancialmente cilindrico que tiene una superficie exterior; una cubierta polimérica que cubre circunferencialmente la superficie exterior del núcleo; y un sistema de detección que comprende: una pluralidad de sensores incrustados en la cubierta, los sensores están configurados para detectar presión del rodillo y proveer señales representativas de la presión; y un procesador operativamente asociado con los sensores que procesa señales provistas por los sensores; en donde los sensores están dispuestos a una distancia radial sustancialmente igual desde la superficie exterior del núcleo, de manera que definen un círculo cuando son vistos desde un extremo del rodillo; y en donde un primer sensor está dispuesto a una primera distancia angular desde al menos uno de sus sensores vecinos inmediatos que difiere de una distancia angular entre cualquier otro sensor y sus sensores vecinos inmediatos, y en donde un segundo sensor está dispuesto a una segunda distancia angular que difiere de la primera distancia y de una distancia angular entre cualquier otro sensor y sus sensores vecinos inmediatos; (b) hacer girar el rodillo para exponer cada uno de los sensores a condiciones de presión; (c) transmitir señales generadas por los sensores desde los sensores hasta un procesador; y (d) identificar la dirección giratoria del rodillo con base en la secuencia relativa de señales transmitidas por el primer y segundo sensores.