ES2271638T3 - Control y ajuste del enrollado de un producto para el consumidor. - Google Patents
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Abstract
Un método para utilizar un aparato de enrollado (200), preferiblemente un aparato de enrollado central, para enrollar una lámina de material (50, 350) sobre un núcleo para formar un rollo (30, 330), comprendiendo el método las etapas de: enrollar la lámina de material (50, 350) alrededor del núcleo (220) de acuerdo con un perfil de referencia (70); medir un parámetro de proceso para obtener al menos una medición de parámetros de proceso; que se caracteriza por que el método comprende las etapas de: proporcionar un ajuste del perfil de referencia según la al menos una medición de parámetros de proceso, preferiblemente en donde el ajuste del perfil de referencia está basado en la medición de parámetros de proceso con respecto a un parámetro de proceso objetivo; y presentando el núcleo (220) un cambio de velocidad de rotación de al menos aproximadamente 42 radianes por segundo (400 revoluciones por minuto) entre aproximadamente 2 y aproximadamente 35 grados de máquina.
Description
Control y ajuste del enrollado de un producto
para el consumidor.
Un método y un aparato para enrollar láminas de
material tales como papel, película, textil, plástico, alimentos,
película conformada tridimensionalmente y combinaciones adhesivas, u
otros materiales. El aparato y el método controlan la velocidad de
enrollado, la tensión de enrollado y/o la densidad de enrollado de
la lámina de material enrollada.
Un factor importante para determinar la calidad
de una lámina de material enrollada es la velocidad de enrollado.
Generalmente, la velocidad de enrollado puede utilizarse para
controlar la tensión de enrollado y/o la densidad de enrollado. La
velocidad de enrollado es especialmente importante para los
materiales de lámina, incluidas películas y combinaciones adhesivas,
donde la mayor parte del adhesivo se encuentra en las cavidades de
la película. Aunque se han propuesto diferentes mecanismos y
aparatos para las operaciones de enrollado y desenrollado, se han
observado problemas para conseguir un producto enrollado
uniforme.
En diferentes operaciones de fabricación de
textiles, fieltros, papeles, películas, etc., es necesario enrollar
una lámina de material para formar un rodillo. Si la lámina de
material es un producto de consumo enrollado de forma uniforme y
repetible, puede hacerse referencia al rodillo como un rollo. Los
rollos de productos de consumo son a menudo mucho más pequeños que
los rodillos comerciales utilizados en otras aplicaciones. Además,
las láminas de material tales como productos de papel o
combinaciones adhesivas de película pueden tener una tensión
aplicada pequeña o nula en ciertos puntos del proceso de enrollado.
Se ha descubierto que puede conseguirse un mecanismo de control
mejor, más rápido y más repetible controlando la velocidad del rollo
de material con un perfil de referencia que está basado de forma
ajustable en parámetros de proceso medidos.
Otros sistemas de enrollado se limitan por su
diseño a reenrollar rodillos comerciales relativamente grandes que
se utilizan en un procesamiento posterior para fabricar productos
acabados. El estado de la técnica no proporciona un sistema de
enrollado como el descrito y reivindicado en la presente
memoria.
La calidad del enrollado y las propiedades del
material tales como espesor y aspecto se ven fuertemente
influenciados por la tensión presente en la lámina de material
durante la operación de enrollado. A pesar de los esfuerzos para
mejorar el enrollado del material, sigue existiendo la necesidad de
mejoras en la velocidad, el control y la eficacia de dispositivos
para fabricar rollos de material de consumo enrollados.
En varias patentes se describen métodos de
enrollado alternativos para diferentes fines. Estos esfuerzos se
describen en las patentes US-4.588.138, concedida a
Spencer, US-4.508.284, concedida a Kataoka,
US-4.744.526, concedida a Kremar,
US-5.611.500, concedida a Smith,
US-3.934.837, concedida a Keilhack y col.,
US-6.189.824, concedida a Stricker,
US-4.883.233, concedida a Saukkonen y col., y
US-6.189.825 concedida a Mathieu y col. En
EP-0755885-Al se describe una
devanadora que utiliza una memoria para almacenar una relación entre
una tensión objetivo y un diámetro, en donde dicha devanadora
utiliza un dispositivo de lectura de tensión objetivo para leer un
objetivo en función de la detección del diámetro del dispositivo
detector de diámetros. Por tanto, se considera que
EP-0755885-Al es el estado de la
técnica más próximo.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un aparato de enrollado para papel, textil, plástico u
otras láminas de material, que presenta ventajosas características
de enrollado para rollos de tamaño de consumo. Otro objeto de la
invención es fabricar rollos con una variación menor del diámetro.
También es un objeto de la presente invención proporcionar un rollo
con una tensión de enrollado más coherente de manera que la fuerza
necesaria para desenrollar la lámina de material del rollo sea
relativamente constante en todo el rollo. Esto es especialmente
importante en las combinaciones de películas adhesivas donde la
adhesión de las láminas entre sí dentro del rollo puede ser un
problema. Otros objetos, características y ventajas de la invención
resultarán evidentes a partir de la descripción detallada
siguiente.
La invención proporciona un método y un aparato
para enrollar una lámina de material tal como papel y productos
acabados peliculares utilizando un perfil de referencia para mejorar
así la calidad del producto, la velocidad de fabricación y la
fiabilidad. Pueden utilizarse muchos sistemas de enrollado de
productos de consumo comerciales, incluidos sistemas de enrollado
central, sistemas de enrollado superficial y sistemas de traslación.
El método y el aparato propuestos están diseñados para proporcionar
mejor calidad del producto de consumo en operaciones de conversión a
alta velocidad para fabricar rollos pequeños de tamaño de
consumo.
En una realización, el método incluye utilizar
un aparato de enrollado para enrollar una lámina de material sobre
un núcleo y formar un rollo. El material se enrolla en el rollo de
acuerdo con un perfil de referencia. Se mide un parámetro de proceso
para obtener al menos una medición de parámetros de proceso. El
perfil de referencia se ajusta de acuerdo con al menos una medición
de parámetros de proceso. El núcleo tiene una velocidad de rotación
variable durante la operación de enrollado. Preferiblemente, la
velocidad de rotación de enrollado cambia como mínimo
aproximadamente 42 rad/s (400 revoluciones por minuto) entre
aproximadamente 2 y aproximadamente 35 grados de máquina. Más
preferiblemente, el cambio de la velocidad es una reducción de
aproximadamente 42 rad/s (400 revoluciones por minuto) entre
aproximadamente 2 y aproximadamente 35 grados de máquina.
En una realización, el aparato de enrollado
incluye un mandrín, un sistema impulsor, un sistema de manipulación
del material, un perfil de referencia ajustable y un dispositivo
medidor de parámetros de proceso. Un núcleo se encuentra dispuesto
de forma liberable alrededor del mandrín. El sistema impulsor
impulsa el mandrín y enrolla la lámina de material sobre el núcleo
para formar un rollo. El sistema de manipulación del material envía
la lámina de material al mandrín o al núcleo. En una realización, el
perfil de referencia es la velocidad de enrollado en rad/s
(rotaciones por minuto [RPM]) frente a los grados de máquina. El
dispositivo medidor de parámetros de proceso mide al menos un
parámetro de proceso. En una realización, las mediciones de
parámetros de proceso se toman al menos una vez al medir un rollo.
Los rollos pueden medirse en cualquier intervalo de rollos.
En una realización, el parámetro de proceso
medido es el diámetro del rollo. El cambio mínimo de velocidad de
rotación del núcleo durante el enrollado es de aproximadamente 42
rad/s (400 revoluciones por minuto) entre aproximadamente 2 y
aproximadamente 35 grados de máquina. De forma alternativa, el
cambio mínimo de velocidad de rotación del núcleo es de 4% en las 10
primeras revoluciones o de 8% en las 20 primeras revoluciones o de
12% en las 30 primeras revoluciones, después de iniciar el
enrollado.
Todos los documentos citados se incorporan, en
sus partes relevantes, como referencia en la presente memoria; la
mención de cualquier documento no debe ser considerada como una
aceptación de que forma parte del estado de la técnica con respecto
a la presente invención.
Las diferentes ventajas de la presente invención
resultarán evidentes para el experto en la materia después de
estudiar la siguiente memoria descriptiva y los correspondientes
dibujos de referencia, en donde:
la Figura 1 es una vista gráfica genérica de un
perfil de referencia de velocidad;
la Figura 2 es una vista en perspectiva de un
aparato de enrollado de rollos;
la Figura 3 es una vista lateral de una
realización del aparato de enrollado de rollos;
la Figura 5 es una vista en planta de un aparato
de desenrollado de rollos;
la Figura 4A es una vista superior en planta de
una lámina tridimensional;
la Figura 4B es una vista lateral en planta de
una lámina tridimensional;
la Figura 6 es una vista en planta de un aparato
de desenrollado de rollos con un rodillo de agarre.
Elementos similares pueden tener los mismos
números en más de un dibujo para reducir así el número de
identificadores numéricos utilizados para un elemento en
particular.
La presente invención controla las
características de enrollado de rollos de consumo (rollos)
utilizando al menos un parámetro de proceso medido para ajustar un
perfil de referencia. El perfil de referencia refleja un valor de
parámetro de proceso objetivo deseado en un punto particular del
proceso. Este valor del perfil de referencia se compara con un valor
medido de parámetro de proceso. El perfil de referencia se utiliza
para controlar al menos un aspecto de un aparato de enrollado o de
un método de enrollado. Las mediciones de parámetros de proceso
adicionales proporcionan otros ajustes del perfil de referencia
necesarios para conseguir el enrollado de tamaño de consumo deseado
de una lámina de material, que recibe el nombre de rollo. Los
ajustes del perfil de referencia reducen la variación de los
parámetros de proceso durante o entre los enrollados de rollos. Los
ajustes también pueden utilizarse para controlar la tensión interna
y las fuerzas de compresión entre las capas de lámina de material en
el rollo. El control de la tensión interna del rollo es
especialmente deseable en el caso de combinaciones de películas
adhesivas.
Las expresiones utilizadas en la presente
memoria tienen los siguientes significados:
"Dispuesto" se utiliza para indicar que uno
o varios elementos se conforman o colocan en un lugar o posición
particular como una estructura unitaria. El elemento puede estar
unido o no unido a otros elementos.
"Unido" abarca configuraciones en donde un
elemento está directamente fijado a otro elemento sujetando el
elemento directamente al otro elemento, y configuraciones en donde
un elemento está indirectamente fijado a otro elemento sujetando el
elemento a uno o varios elementos intermedios, que a su vez están
sujetos al otro elemento.
"Comprenden,""que comprenden" y
"comprende" son términos abiertos que especifican la presencia
de lo que sigue, por ejemplo un componente, pero sin excluir la
presencia de otras características, elementos, etapas o componentes
conocidos en la técnica o descritos en la presente memoria.
"Compresión" se refiere a una carga que
tiende a apretar o presionar un artículo en su conjunto.
"Tensión" se refiere a una fuerza que
tiende a estirar o alargar un artículo.
"Lámina de material" se refiere a cualquier
material flexible que puede ser enrollado para formar un rollo. Los
ejemplos incluyen película, lámina de aluminio, papel, trapo,
alimento, materiales tejidos, cambrays, mallas, materiales no
tejidos, combinaciones de los mismos y similares.
"Rollo" se refiere a un enrollado en curso,
casi completo o completo, de al menos una parte de una lámina de
material para formar un enrollado de material de tamaño de
consumo.
"Tamaño de consumo" se refiere a un tamaño
o una configuración generalmente comercializado al por menor al
público.
"Enrollado" se refiere al proceso de
rotación para enrollar una lámina de material y formar un rollo.
"Núcleo" se refiere a un componente que
permanece con el rollo después del enrollado y que proporciona un
soporte interno.
"Factor de espesor" se refiere a la
separación teórica entre las capas de enrollado del material de
lámina en un rollo. Las mediciones del factor de espesor o del
diámetro del rollo pueden utilizarse para variar la pendiente
instantánea de la línea 11 en la Figura 1. La pendiente puede
cambiar a partir de un punto pivotal fijo en la línea.
"Velocidad máxima de línea" se refiere a un
escalar que desplaza la línea 11 en la Figura 1 verticalmente sin
cambiar la pendiente de la línea.
"Robustez" se refiere a la capacidad de
mantenerse insensible a pequeños cambios, variaciones o
inexactitudes.
"Grado de máquina" se refiere a partes
equivalentes especificadas de un ciclo de enrollado repetitivo.
Puede utilizarse cualquier número de grados de máquina para
representar intervalos equivalentes del ciclo de enrollado. En la
presente invención el cálculo de grados de máquina se basa en el
hecho de que existen 360 grados de máquina equivalentes en cada
región de enrollado del ciclo de enrollado. Por ejemplo, en un rollo
con 720 revoluciones por rollo en la región de enrollado habría que
dividir las revoluciones entre 360 para dos revoluciones por grado
de máquina. Si se elige una base de 720 grados de máquina, entonces
un punto a 35 grados de máquina según se define en la presente
memoria (basado en 360) correspondería a un punto a 70 grados de
máquina basado en 720.
Para cualquier producto de rollo existe al menos
un perfil de referencia 70 para el proceso de enrollado. La Figura 1
muestra un perfil de referencia genérico 70. El perfil de referencia
70 está diseñado para proporcionar un rollo con las propiedades
deseadas. Estas propiedades del rollo incluyen una tensión de
enrollado, un diámetro del rollo y una densidad de material de rollo
preferidos. En una realización, el perfil de referencia 70
proporciona una tensión de enrollado y una compresión del rollo
relativamente coherentes. Esto se consigue en parte situando o
separando adecuadamente cada capa de papel o película en el
rollo.
El perfil de referencia 70 puede controlar el
aparato de enrollado y/o uno o más componentes del aparato de
enrollado. Por ejemplo, el perfil de referencia 70 puede controlar
la tensión de la lámina de material durante el enrollado, la
velocidad de enrollado, la longitud del material que es enrollado,
el desplazamiento angular del núcleo, el sistema impulsor, la
relación entre uno o más de estos parámetros u otros parámetros de
medición del enrollado.
Como se muestra en la Figura 1, el perfil de
referencia 70 puede ser un perfil de referencia de velocidad 70 de
la velocidad del rollo en rad/s (revoluciones por minuto [RPM]) a un
grado de máquina especificado (rad/s [RPM] frente a grado de
máquina). La velocidad de enrollado (RPM) se muestra en la Figura 1
como un porcentaje de la velocidad máxima del motor en el proceso de
enrollado. Las velocidades objetivo se establecen a múltiples grados
de máquina en el ciclo de enrollado. Para maximizar la exactitud
existen preferiblemente varios puntos de referencia de velocidad
separados por incrementos iguales dentro de cada grado de máquina.
Por ejemplo, pueden existir 2048 puntos de referencia de velocidad
en cada ciclo de enrollado, o aproximadamente 5,689 puntos por grado
de máquina. La combinación de velocidad y grado de máquina
proporciona el perfil de referencia de velocidad 70. El perfil de
referencia 70 en la Figura 1 puede tener cualquier forma necesaria
para enrollar de forma adecuada la lámina de material y formar un
rollo.
Como se muestra en la Figura 1, una región de
pretransferencia PT entre aproximadamente 260 grados y
aproximadamente 0 grados representa el período de aceleración y
desaceleración antes de enrollar el rollo. A aproximadamente 0
grados, las velocidades del mandrín/núcleo y de la lámina de
material son iguales o casi iguales al estar ambos unidos. La región
de post-enrollado PW entre aproximadamente 360
grados y aproximadamente 60 grados representa el período de
desaceleración una vez que el rollo está completo y la lámina de
material alimentada ha sido separada del rollo. La región de
enrollado WR está entre aproximadamente 0 grados y aproximadamente
360 grados. Esto representa el período durante el cual la lámina de
material es enrollada sobre el núcleo para formar un rollo.
El perfil de referencia 70 está diseñado para
ser ajustado y/o cambiado mediante ajustes del perfil de referencia.
Los ajustes del perfil de referencia pueden ser realizados cambiando
la velocidad máxima de línea o el factor de espesor. Los ajustes del
perfil de referencia se realizan según sea necesario y se indican
comparando las mediciones de parámetros de proceso reales con los
parámetros de proceso objetivo o teóricos.
Puede utilizarse un dispositivo de control para
ajustar el perfil de referencia 70 basado en variaciones del
parámetro de proceso medido. Preferiblemente, los ajustes del perfil
de referencia se calculan por ordenador y se actualizan
automáticamente. La diferencia entre los datos de parámetro de
proceso medido y parámetro de proceso objetivo proporciona la
entrada primaria para calcular el perfil de referencia.
Pueden utilizarse datos del rollo que está
siendo enrollado para realizar ajustes del perfil de referencia. Más
preferiblemente, pueden utilizarse datos de más de un rollo para
realizar ajustes del perfil de referencia. Generalmente, se compara
el parámetro de proceso medido con un parámetro de proceso objetivo
en puntos seleccionados del proceso de enrollado. Por ejemplo, una
medición de parámetros de proceso podría ser el diámetro del rollo
medido en uno o más grados de máquina seleccionados. La medición de
parámetros de proceso puede realizarse en un grado de máquina en
cualquier lugar comprendido entre aproximadamente 0 y
aproximadamente 360 grados de máquina. Preferiblemente, la medición
de parámetros de proceso puede realizarse al menos una vez en
cualquier lugar de entre aproximadamente 10 grados de máquina a
aproximadamente 358 grados de máquina. Más preferiblemente, la
medición de parámetros de proceso puede realizarse al menos una vez
en cualquier lugar desde aproximadamente 340 grados de máquina a
aproximadamente 360 grados de máquina. En una realización, puede
realizarse una medición en un rollo a aproximadamente 356 grados. Si
el diámetro del rollo es mayor que el deseado, puede aumentarse la
velocidad de enrollado, y por tanto la tensión de enrollado, para
comprimir y reducir el diámetro del rollo durante el enrollado.
Pueden medirse los diámetros del rollo siguientes en la ubicación de
grado especificada para valorar el efecto del cambio de
velocidad/tensión del perfil de referencia 70.
Los ajustes del perfil de referencia y las
mediciones de parámetros de proceso pueden realizarse a cualquier
frecuencia y en cualquier intervalo. La frecuencia se refiere al
número de ajustes del perfil de referencia y/o a mediciones de
parámetros de proceso realizadas en un período de tiempo
determinado. El intervalo se refiere al número de rollos fabricado
entre mediciones. Por ejemplo, las mediciones de parámetros de
proceso pueden ser de aproximadamente 15 mediciones por segundo
durante aproximadamente 1 segundo a aproximadamente 3 intervalos de
rollo.
La frecuencia y el intervalo de los ajustes del
perfil de referencia pueden ser controlados en parte observando
hasta qué punto las mediciones de parámetros de proceso coinciden
con los parámetros de proceso objetivo. Los ajustes del perfil de
referencia en un sistema bien controlado con una variación mínima
pueden no ser frecuentes. Los ajustes del perfil de referencia se
calculan según sea necesario en cualquier punto del proceso de
fabricación. Los ajustes del perfil de referencia pueden realizarse
según sea necesario para mantener al menos un parámetro de proceso,
como el diámetro del rollo, dentro de la variabilidad deseada. El
perfil de referencia 70 puede ser ajustado con una frecuencia
superior a aproximadamente una vez por minuto. El perfil de
referencia 70 puede ser ajustado con una frecuencia superior a
aproximadamente 10 veces por segundo. El perfil de referencia 70
puede ser ajustado con una frecuencia de aproximadamente 1 vez por
minuto a aproximadamente 50 veces por segundo.
Los intervalos de ajuste del perfil de
referencia pueden ser cualquier intervalo de rollos necesario para
mantener el control del proceso de fabricación. El perfil de
referencia 70 puede ser ajustado entre rollos de manera que el
ajuste del perfil de referencia afecte a al menos un rollo enrollado
posteriormente. El perfil de referencia 70 puede preferiblemente ser
ajustado de manera que el ajuste del perfil de referencia afecte al
menos al rollo que está siendo enrollado. Los intervalos de ajuste
del perfil de referencia alternativos incluyen aproximadamente cada
rollo, aproximadamente cada segundo rollo, aproximadamente cada
tercero a quinto rollo, al menos aproximadamente cada sexto a décimo
rollo, aproximadamente cada centésimo rollo, aproximadamente cada
milésimo rollo y similares. La frecuencia o el intervalo de ajuste
del perfil de referencia se establecen preferiblemente de acuerdo
con técnicas estadísticas de control de procesos conocidas tales
como las descritas en el documento Z1.4-1993 de la
American Society for Quality Control (ASQC) "Sampling Procedures
and Tables for Inspection by Attributes".
Generalmente, se utiliza al menos una medición
de parámetros de proceso para calcular un ajuste del perfil de
referencia. Por tanto, puede ser deseable que la frecuencia de
medición de parámetros de proceso sea igual o superior a la
frecuencia de ajuste del perfil de referencia. Sin embargo, las
mediciones de parámetros de proceso pueden realizarse con cualquier
frecuencia. La medición de parámetros de proceso puede realizarse
con una frecuencia superior a aproximadamente una vez por minuto. La
medición de parámetros de proceso puede realizarse con una
frecuencia superior a aproximadamente 10 veces por segundo. La
medición de parámetros de proceso puede realizarse con una
frecuencia de aproximadamente 1 vez por minuto a aproximadamente 50
veces por segundo.
El intervalo de medición de uno o más parámetros
de proceso puede ser cualquier intervalo de rollos necesario para
mantener el control del proceso de fabricación. Los ejemplos de
intervalos de medición de parámetros de proceso incluyen
aproximadamente cada rollo, aproximadamente cada segundo rollo,
aproximadamente cada tercero a quinto rollo, al menos
aproximadamente cada sexto a décimo rollo, aproximadamente cada
centésimo rollo, aproximadamente cada milésimo rollo y similares.
Intervalos ilustrativos también se describen en el documento
Z1.4-1993 de ASQC.
El perfil de referencia no necesita ser ajustado
en cada medición individual de parámetros de proceso. Una posible
ventaja de promediar o analizar datos en lugar de responder a una
única medición para ajustar el perfil de referencia 70 es una mayor
uniformidad del rollo. Utilizando un promedio de movimiento de 8
rollos, en un proceso de ensayo piloto se consiguió mantener el
diámetro del rollo dentro de un intervalo de aproximadamente más o
menos (\pm) 1,5 milímetros (mm). Preferiblemente, la variación del
diámetro del rollo se limitaría a aproximadamente \pm 0,3 mm.
Mediante un algoritmo de bucle cerrado para ajustar el perfil de
referencia 70 utilizando una media de las mediciones del diámetro
del rollo se mantuvo un intervalo de diámetro del rollo de
aproximadamente \pm 0,8 mm en 120 rollos consecutivos. Esto se
consiguió ajustando el factor de espesor y/o la velocidad máxima de
línea.
En un ejemplo, el parámetro de proceso medido es
el diámetro del rollo. El perfil de referencia 70 permite al sistema
impulsor controlar el enrollado central. Al menos una medición del
diámetro del rollo es comparada con el diámetro objetivo o teórico
del rollo para este punto del proceso de enrollado. Esta comparación
puede ser realizada en uno o más puntos del proceso de enrollado. La
diferencia entre el valor medido y el valor objetivo en cada punto
se utiliza después para generar una modificación en el perfil de
referencia 70 basado en una relación anteriormente establecida o un
factor de corrección de escala. El perfil de referencia modificado
70 se utiliza para los enrollados del rollo posteriores hasta que
nuevas mediciones indiquen la necesidad de realizar nuevos cambios
en el perfil de referencia 70.
Una realización de aparato de enrollado 200
puede ser un aparato de enrollado central, como se muestra en la
Figura 2. La presente invención también puede ser aplicada a
cualquier tipo de aparato central, de revólver, de traslación, de no
traslación (fijo), de rodillo rebobinador o a combinación de los
mismos. El proceso de enrollado puede funcionar con cualquier
velocidad de rotación o traslación operativa. Las velocidades de
traslación y de rotación también pueden variar durante el proceso de
enrollado. También pueden utilizarse aparatos de traslación
continua. Un ejemplo de un aparato de traslación continua 200 se
describe en la patente US-5.913.490, concedida a
McNeil y col.
Como se muestra en la Figura 2, el aparato de
enrollado 200 está diseñado para enrollar al menos un rollo 30 de
lámina de material 50. El aparato 200 puede incluir al menos un
sistema impulsor 240, al menos un mandrín 280 con un radio del
mandrín 285 (Figura 3), al menos un sistema de manipulación del
material 290 y al menos un dispositivo medidor de parámetros de
proceso 246. Un núcleo 220 está diseñado para ser dispuesto
alrededor del mandrín 280 para el enrollado, el cual después se
retira junto con el rollo 30. El mandrín 280 soporta al núcleo 220 y
gira para enrollar la lámina de material 50 alrededor del núcleo.
Generalmente, el núcleo y el mandrín están asociados entre sí en el
aparato 200 de manera que tienen la misma de velocidad de rotación
(rad/s [revoluciones por minuto o RPM]) durante el proceso de
enrollado. El aparato de enrollado 200 también puede incluir al
menos un medio de control 243 para ajustar el perfil de referencia
70 (Figura 1) basado en el dispositivo medidor de parámetros de
proceso 246. En una realización, el medio de control 243 puede ser
un ordenador que conecta el dispositivo medidor de parámetros de
proceso 246 con el sistema impulsor 240.
Como se muestra en la Figura 2, el sistema
impulsor 240 puede incluir al menos un motor impulsor 242,
controlador impulsor 244, conector impulsor 245 y dispositivo
medidor de parámetros de proceso 246. El conector impulsor 245 puede
girar y/o trasladarse alrededor de un eje central 247 durante el
proceso de enrollado. El movimiento alrededor del eje central 247
controla la traslación. El conector impulsor 245 puede utilizarse
para unir el mandrín 280 con el sistema impulsor 240 y girar el
mandrín. Una realización preferida se describe en la patente
US-5.913.490, concedida a McNeil y col. El sistema
impulsor 240 puede estar unido o no al mandrín 280, según sea
necesario, cuando el uno o más mandrines 280 están girando. La unión
puede ser mediante cualquier medio conocido en la técnica,
incluyendo de forma no excluyente una correa, polea o cadena. El
sistema impulsor 240 está diseñado para impulsar (girar) el mandrín
y/o la lámina de material. El sistema impulsor 240 también puede
transportar la lámina de material 50 en una dirección de enrollado
WD para que se enrolle sobre el núcleo 220 y forme un rollo 30. El
sistema impulsor 240 puede ser controlado mediante el perfil de
referencia 70 (Figura 1). El sistema impulsor 240 puede
preferiblemente utilizar un perfil de referencia digital 70 para
todos los puntos de medición durante el enrollado. El sistema
impulsor 240 puede ser ajustado ajustando cada referencia digital en
el perfil de referencia 70. El sistema impulsor 240 puede controlar
el sistema de manipulación del material 290 y el suministro de la
lámina de material 50. El sistema impulsor 240 también puede
controlar el mandrín 280 y el enrollado de la lámina de material 50
sobre el núcleo 220.
Como se muestra en la Figura 2, el sistema de
manipulación del material 290 alimenta (suministra) la lámina de
material 50 al mandrín 280 y/o al núcleo para su enrollado alrededor
del núcleo 220. El sistema de manipulación del material 290 puede
estar unido al sistema de accionamiento 240 o funcionar
independientemente. Puede utilizarse un medio de retirada del rollo
291 para ayudar a retirar el rollo completo 30 del aparato 200.
La lámina de material 50 es enrollada alrededor
del núcleo 220 en una dirección de enrollado WD. El aparato de
enrollado 200 puede incluir un soporte de ménsula (no representado)
para un extremo del mandrín. El mandrín 280 puede también estar
soportado por un soporte separable tal como un brazo de embutición
separable 260 que se levanta para soportar al mandrín 280 durante el
enrollado y que se separa del mandrín 280 después del enrollado para
retirar el núcleo 220 y el rollo acabado 30 del mandrín 280.
La Figura 3 es una vista lateral simplificada
del aparato 200. Como se muestra en la Figura 3, el uno o más
mandrines 280 giran en su posición para el enrollado alrededor del
eje central 247. Los mandrines 280 giran en una dirección de
rotación RD. Durante el enrollado puede mantenerse sobre la lámina
de material 50 una carga de tracción T de aproximadamente 0 kgf
(kilogramos fuerza) por centímetro lineal (cm) a aproximadamente 0,2
kgf por cm lineal (aproximadamente 1 libra fuerza por pulgada
lineal). El centímetro lineal de la lámina de material 50 se mide
generalmente a lo largo del eje central 247, perpendicular a la
medición del diámetro del rollo 36, como se muestra en la Figura 2.
Preferiblemente, durante el enrollado puede mantenerse sobre la
lámina de material 50 una carga de tracción T de aproximadamente
0,001 kgf (kilogramos fuerza) por centímetro lineal (cm) a
aproximadamente 0,1 kgf por cm lineal. Como se muestra en la Figura
3, la carga de tracción T y/o el tamaño del rollo 30 pueden afectar
a la carga de compresión C que puede crearse en cada capa de rollo
35. Una capa de rollo 35 es un enrollado generalmente
circunferencial de una lámina de material que tiene otra lámina de
material enrollada por debajo y/o por encima de ella en el rollo
30.
El dispositivo medidor de parámetros de proceso
246 mostrado en la Figura 3 está diseñado para medir parámetros de
proceso incluidos diámetro del rollo, grado de máquina, velocidad de
accionamiento, posición angular del árbol del motor impulsor,
desplazamiento del árbol del motor impulsor, punto de ciclo de
enrollado de la máquina, y combinaciones de los mismos.
El aparato 200 también puede incluir otras
funcionalidades, incluyendo un medio para perforar la lámina de
material, añadir adhesivo al núcleo, cortar la lámina de material
una vez enrollado el rollo deseado, cargar el núcleo en el mandrín,
proporcionar una parte anterior de la lámina de material al núcleo,
retirar el rollo enrollado, mover los soportes del mandrín durante
el enrollado, y otros medios conocidos en la técnica.
Los rollos de tamaño de consumo son generalmente
mucho más pequeños que los rodillos de tamaño comercial. Los rollos
de consumo pueden incluir productos acabados con diámetros de rollo
inferiores a aproximadamente 50 cm, diámetros de rollo inferiores a
aproximadamente 25 cm y/o diámetros de rollo de aproximadamente 5 cm
a aproximadamente 35 cm. Los rollos de consumo pueden pesar menos de
aproximadamente 5 kg, menos de aproximadamente 3 kg y/o de
aproximadamente 50 g a aproximadamente 2 kg.
Las operaciones de enrollado a nivel industrial
para rodillos relativamente grandes de material enrollado
generalmente funcionan a una velocidad de enrollado más lenta que en
el caso de la presente invención, con tiempos de enrollado de
5-60 minutos por rodillo comercial frente a
1-3 segundos por rollo de un producto de consumo. En
una realización de la presente invención, el cambio de velocidad de
rotación del núcleo durante el enrollado es al menos aproximadamente
42 rad/s (400 revoluciones por minuto) entre aproximadamente 2 y
aproximadamente 35 grados de máquina. La capacidad de cambiar
rápidamente la velocidad de enrollado, combinada con el método y el
aparato descritos en la presente memoria está diseñada para
conseguir velocidades de fabricación más rápidas, un procesamiento
de bandas más gruesas y enrollados de rollos de consumo más exactos
y coherentes. La velocidad de rotación del núcleo se mide como rad/s
de núcleo (RPM) y es independiente de cualquier velocidad
traslacional del núcleo alrededor del eje central 247. De forma
alternativa, cuando se enrolla un rollo, la velocidad del núcleo en
rad/s (revoluciones por minuto [RPM]) puede disminuir al menos
aproximadamente 4% en las 10 primeras revoluciones del enrollado
del rollo, o preferiblemente 8% en las 20 primeras revoluciones del
enrollado del rollo, o más preferiblemente 12% en las 30 primeras
revoluciones del enrollado del rollo. Estos cambios de la velocidad
de rotación del núcleo son típicos de una fabricación eficiente de
rollos de consumo pero son demasiado rápidos para operaciones de
enrollado de tamaño industrial. La velocidad de enrollado de
productos de consumo es una razón por la cual se prefieren
mediciones y ajustes del perfil de referencia 70 rápidos.
En el estado de la técnica la relación entre la
inercia de la lámina de material enrollada y la propia inercia de
arrastre es elevada. La inercia de arrastre incluye toda la masa
arrastrada del aparato 200. Esto incluye el uno o más conectores de
accionamiento 245, el uno o más mandrines 280, y similares. Los
procesos en los que la inercia de la lámina de material es superior
a la inercia de arrastre resultan más fáciles de controlar durante
el proceso de enrollado. En el estado de la técnica una relación
típica entre la lámina de material enrollada (rollo) y la inercia de
arrastre es de 50 a 5.000 mientras que la relación entre el rollo y
la inercia de arrastre en productos acabados de consumo puede
variar de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 0,8. En los
productos de consumo, la inercia de arrastre es generalmente al
menos aproximadamente dos veces la inercia de rollo, dando lugar a
una relación entre rollo e inercia de arrastre de menos de
aproximadamente 0,5.
El aparato de enrollado 200 mostrado en la
Figura 2 puede utilizarse de forma independiente o con otros
componentes que controlen la tensión del material y/o la velocidad
de alimentación del material al sistema de enrollado. El aparato de
enrollado 200 también puede utilizarse con operaciones corriente
arriba que controlen las propiedades del material relevantes para el
enrollado tales como espesor, resistencia a la tracción y
estiramiento. El aparato 200 permite que la lámina de material 50 se
enrolle con una tensión más uniforme mejorando así la calidad del
rollo 30 al proporcionar un diámetro del rollo y una compresibilidad
más coherentes y una variación menor en los extremos de la hendidura
debido al cuello de botella asociado a los cambios de tensión en la
dirección de la máquina MD. También se minimizan las pérdidas de
fabricación. Un mejor control de la lámina de material reduce las
fluctuaciones accidentales de la velocidad de enrollado que pueden
hacer que la lámina de material se rompa al ser enrollada o que se
obtenga un producto no comercializable. Al evitar estos problemas se
obtienen mayores velocidades de fabricación y se aumenta la
eficiencia.
El dispositivo medidor de parámetros de proceso
246 de la Figura 2 y la Figura 3 puede medir y/o registrar datos de
cualquier punto del proceso de enrollado. El dispositivo medidor de
parámetros de proceso puede estar unido al aparato 200 o montado
independientemente. En una realización el dispositivo medidor de
parámetros de proceso 246 puede moverse o trasladarse a la pista con
el rollo en movimiento o en traslación 30 durante el enrollado. El
dispositivo medidor de parámetros de proceso 246 puede detectar y/o
medir un diámetro del rollo 36 en el núcleo 220 en uno o más grados
de máquina durante el proceso de enrollado.
Como se muestra en la Figura 2 y la Figura 3, el
dispositivo medidor de parámetros de proceso 246 puede estar unido a
un medio de control 243 para controlar el sistema impulsor 240. El
sistema impulsor 240 puede a su vez controlar la velocidad de
enrollado o desenrollado del aparato 200.
Como se muestra en la Figura 3, el medio de
control 243 puede automáticamente controlar un diámetro del rollo 36
en rollos de producto acabado 30 en la devanadora y/o la tensión de
la lámina de material T. Los datos del dispositivo medidor de
parámetros de proceso 246 pueden relacionarse con las
características deseadas del producto acabado y puede realizarse una
corrección apropiada en el perfil de referencia 70 según sea
necesario para mejorar la calidad del rollo acabado 30.
Los datos de parámetros de proceso pueden ser
cualquier variable que afecte a la calidad del enrollado y/o a la
velocidad de fabricación de la producción. Existen numerosas
variables que afectan a la calidad del enrollado y a la
velocidad/fiabilidad de la fabricación. Estas variables incluyen
cambios de la materia prima tales como espesor, compresibilidad del
espesor, contenido de humedad debido al suministro de materia prima
o al entorno y cambios del proceso corriente arriba tales como
aumento de la eficiencia de estampado con el tiempo. Estas variables
no pueden de forma típica ser controladas durante el período de
tiempo asociado a un ciclo de enrollado o incluso a varios ciclos de
enrollado consecutivos. Por tanto, deben ser corregidas en el perfil
de referencia 70. Una corrección adecuada del perfil de referencia
70 está diseñada de forma que incluya la medición de uno o más
parámetros de proceso críticos durante el enrollado y/o después con
suficiente antelación para permitir una intervención y un ajuste del
perfil de referencia 70 a tiempo.
Uno de estos parámetros de proceso que pueden
utilizarse para ajustar el perfil de referencia 70 es el diámetro
del rollo 36 a intervalos durante el proceso de enrollado. La Figura
3 muestra el diámetro del rollo 36. El diámetro del rollo aumenta
hasta que el rollo está completo para obtener el diámetro final del
rollo. Se ha descubierto que existe una fuerte relación entre la
velocidad de enrollado del rollo, la tensión de enrollado y el
diámetro del rollo en diferentes puntos incrementales del proceso de
enrollado. Por tanto, se ha desarrollado un sistema para medir con
exactitud el diámetro del rollo 36 y los cambios del diámetro del
rollo en uno o más puntos durante el proceso de enrollado. De forma
alternativa, también se ha desarrollado un sistema para medir con
exactitud el diámetro del rollo 36 en muchos puntos durante el
enrollado poco después de completado el enrollado desenrollando un
rollo de producto enrollado 30.
Por ejemplo, un algoritmo de control del
diámetro del rollo compara el diámetro medido del rollo 36 en un
punto del proceso con un valor objetivo. El perfil de referencia de
la velocidad del mandrín es a continuación manipulado mediante el
parámetro de factor de espesor para mantener el diámetro del rollo
36 en un valor objetivo. La presente invención puede mantener el
diámetro del rollo en un nivel de referencia de aproximadamente
\pm 0,8 mm.
Si el dispositivo medidor de parámetros de
proceso 246 indica que el diámetro de un rollo enrollado está fuera
del valor objetivo, se puede modificar el perfil de referencia 70.
La modificación del perfil de referencia 70 proporcionará
automáticamente pequeños ajustes en la velocidad de impulsión del
mandrín y reducirá la variación del diámetro medido del rollo con
respecto al valor objetivo deseado del diámetro del rollo en el
rollo actual o en los rollos sucesivos.
Otras mediciones de parámetros de proceso que
pueden tomarse incluyen diámetro del rollo, diámetro del rollo
frente a tiempo de enrollado, diámetro del rollo frente a longitud
del material sobre el rollo, suma de la tensión medida durante el
enrollado, media de la tensión durante el enrollado o combinaciones
de los mismos. Estas mediciones pueden utilizarse para determinar
los ajustes del perfil de referencia que deben ser realizados. La
Figura 1 presenta un perfil de referencia de velocidad frente a
grados de máquina. Estos parámetros pueden ser ajustados cambiando
el factor de espesor y/o la velocidad máxima de línea.
El dispositivo medidor de parámetros de proceso
246 puede incluir uno o más sensores. Estos uno o más sensores
pueden ser sensores de contacto o de no contacto. Los sensores de
contacto incluyen cilindros, calibres de
estrés-deformación, micrómetros y similares. Los
sensores de no contacto incluyen lásers, dispositivos ultrasónicos,
dispositivos ópticos, LED, combinaciones de los mismos, y similares.
El número de puntos muestreados por rollo enrollado 30 puede ser
cualquiera de entre uno a mil o más, dependiendo del nivel de
variación incurrido, la resolución necesaria y la capacidad del
dispositivo medidor. Los puntos pueden tomarse en uno o en varios
rollos 30. Los datos de muestreo pueden utilizarse tal cual o
convertidos a un número de control utilizando diferentes funciones
matemáticas tales como promedios, medias, desviaciones estándar,
sumas y similares. Otros métodos incluyen desde la simple
sustracción del valor real con respecto al teórico hasta métodos más
sofisticados de lógica de realimentación, transformadas de Laplace,
ecuaciones diferenciales, y similares.
El diámetro del rollo de la línea de conversión
piloto puede medirse utilizando un sensor láser de dispositivo de no
contacto de carga acoplada comercializado por Keyence®, modelo
LK-503. El método de no contacto evita la
posibilidad de rozar la lámina de material 50 y crear roturas en la
lámina. El sensor láser de dispositivo de carga acoplada proporciona
mediciones muy exactas y repetibles. Los dispositivos de medición de
contacto tales como los transformadores diferenciales lineales
variables no proporcionan el mismo nivel de fiabilidad y
repetitividad. En la línea de conversión piloto puede utilizarse el
sensor LK-503 en modo "alta precisión", lo que
significa que tiene un intervalo de medición de 200 mm con una
resolución de 10 micrómetros y nunca toca físicamente la superficie
del rollo enrollado. El hecho de evitar el contacto con el rollo y
la lámina de material puede ser especialmente importante cuando el
proceso se ejecuta a las elevadas velocidades necesarias para
fabricar de forma rentable un producto de consumo. Se instaló una
interfaz de usuario en la estación de interfaz del operario de la
línea de conversión piloto. Esta interfaz de usuario proporciona una
"ventana" al sistema de control del diámetro del rollo. Permite
al operario monitorizar el sistema de control del diámetro, realizar
cambios de niveles de referencia y cambiar el modo del controlador
de diámetro. Estos cambios pueden ser realizados manualmente o
preferiblemente automáticamente mediante control de ordenador.
En una realización el dispositivo medidor de
parámetros de proceso 246 puede comprender un sensor láser de no
contacto comercializado por Keyence®, modelo LK-503.
Un dispositivo medidor de parámetros de proceso 246 que comprende un
sensor láser de no contacto se analizó en dos ubicaciones bajo el
aparato de enrollado 200, como se muestra en la Figura 2 y la Figura
3. El dispositivo medidor de parámetros de proceso 246 se montó
debajo del aparato 200. Como se muestra en la Figura 3, el
dispositivo medidor de parámetros de proceso 246 se fijó en su lugar
y se orientó a una posición de permanencia 38 del rollo 30 que
permite la visión de los datos válidos durante aproximadamente 1/3
de cada ciclo de enrollado de 360 o de aproximadamente 120 a
aproximadamente 240 grados de máquina. La posición de permanencia 38
es el punto durante el proceso de enrollado en el que el mandrín ya
no se traslada sino que permanece fijo durante el enrollado. El
dispositivo medidor de parámetros de proceso 246 posteriormente se
movió a una segunda ubicación bajo la unidad de rodillo de mesa. El
dispositivo medidor de parámetros de proceso 246 se fijó en su lugar
y se orientó a la posición de corte. La posición de corte está
próxima al final del ciclo de enrollado cuando se corta la lámina de
material. Una parte de la lámina de material puede seguir siendo
enrollada. Se midió el diámetro del rollo 36 una vez para cada ciclo
de enrollado del rollo, a aproximadamente 356 grados de máquina.
En una realización más preferida, el sensor
láser Keyence® puede orientarse al comienzo de la posición de
enrollado y después articulado continuamente en dirección al centro
del rollo de enrollado hasta completar el ciclo de enrollado. Puede
utilizarse un segundo sistema sensor junto con el primer sistema
sensor. El segundo sensor puede orientarse a la posición inicial de
enrollado mientras que el primer sistema sensor se orienta a la
posición final del rollo, o al revés según sea necesario. La
posición final está a aproximadamente 360 grados de máquina y
coincide con el final del enrollado del rollo. Pueden utilizarse dos
o más sensores para garantizar que no se omiten mediciones de
enrollado en rollos consecutivos 30 que están en diferentes
posiciones (por ejemplo en traslación) durante el ciclo de
enrollado.
Los sensores pueden medir distancias mediante
principios de triangulación. Un rayo láser semiconductor se refleja
en la superficie objetivo y pasa a través de un sistema de lentes
receptor. El rayo se enfoca en una disposición de sensores de carga
acoplada. El dispositivo de carga acoplada detecta el valor pico de
la distribución de luz del rayo para cada pixel (elemento sensor
individual del dispositivo de carga acoplada) dentro del área del
rayo y determina la posición objetivo precisa. A medida que el
desplazamiento objetivo va variando con respecto a la cabeza del
sensor, la posición del rayo reflejado cambia en el sistema de
dispositivos de carga acoplada. Estos cambios de posición son
analizados por el controlador, que resuelve los cambios de posición
con un tamaño de hasta 50,0 micrómetros. La tecnología de
dispositivos de carga acoplada tiene un diseño de elemento sensor
discreto y determina con precisión el valor pico de la distribución
del foco de luz y mide la posición del objetivo con una precisión de
50,0 micrómetros.
El sensor láser que no está en contacto Keyence®
puede conectarse al medio de control 243 mediante cualquier medio
conocido en la técnica. Un ejemplo es un cable de 10 m de longitud
comercializado por Keyence®, modelo LK-C10. El medio
de control 243 puede ser un controlador Keyence®, modelo
LK-2503. El medio de control 243 puede estar
acoplado en un riel DIN. El medio de control 243 puede funcionar con
una fuente de alimentación Siemens 24VDC. La fuente de alimentación
también puede montarse en un riel DIN. El medio de control 243 puede
emitir una señal de \pm10 V en los terminales 13 y 14. Esta señal
corresponde al intervalo de medición del láser de 250 mm a 450 mm en
modo "alta precisión". La señal puede ser transmitida a una
tarjeta de entrada analógica AutoMax (57C409) en AutoMax Rack A02,
ranura 07. La señal puede ser transmitida por un cable apantallado
Belden-M 8770 3C18. Este es un cable de 3 hilos
conductores, aunque sólo se necesitan dos de los tres hilos. El
cable apantallado finaliza en el armario de distribución del recinto
para el AutoMax Rack A02. La tarjeta de entrada analógica AutoMax
utiliza una conversión de 12-bit A/D que proporciona
una resolución de 48,77 \mum (1,92 mils) o una resolución de
diámetro de 97,54 \mum (3,84 mils).
La lámina de material 50 que es enrollada puede
ser cualquier material flexible que pueda ser enrollado en un rollo.
Los ejemplos de lámina de material 50 incluyen cualquier película,
lámina metálica, papel, trapo, alimento, material tejido, cambray,
malla, material no tejido, combinación de los mismos y similares. Se
contemplan capas únicas o múltiples dentro de la estructura de
lámina de material, ya sean co-extruidas,
recubiertas por extrusión, laminadas o combinadas por otros medios
conocidos.
Las películas útiles incluyen, aunque no de
forma limitativa, polietilenos (PE) (incluidos polietileno de alta
densidad, HDPE, polietileno de baja densidad, LDPE y polietileno de
baja densidad lineal, LLDPE), polipropileno (PP),
polietilentereftalato (PET), poli(cloruro de vinilo) (PVC),
poli(cloruro de vinilideno) (PVDC), acetato de etilenvinilo
(EVA), estructuras de látex, nylon, surlyn, mezclas de los mismos, y
similares. Una resina preferida es una mezcla de EVA y
polipropileno. Puede utilizarse cualquier película, incluidas las
películas termoplásticas flexibles no resilientes. También se pueden
utilizar películas perforadas o porosas como lámina de
material.
Como se muestra en la Figura 4A y en la Figura
4B, la lámina de material 50 puede ser una película conformada
tridimensionalmente. Las películas conformadas tridimensionalmente
pueden tener un espesor de película 650 de aproximadamente 2,54
\mum (0,0001 pulgadas [0,1 mil]) a aproximadamente 22,86 \mum
(0,009 pulgadas [9 mil]), preferiblemente de aproximadamente 12,7
\mum (0,5 mil) a aproximadamente 152,4 \mum (6 mils), más
preferiblemente de aproximadamente 76,2 a 127 \mum
(3-5 mils). Una lámina de material preferida 50
incluye un material adhesivo. El material adhesivo puede ser
aplicado a una primera superficie 57, a una segunda superficie 59 o
a ambas superficies de la lámina de material 50. La primera
superficie de la película tridimensional 57 puede comprender una
pluralidad de sitios adhesivos sensibles a la presión rebajados 56 y
una pluralidad de salientes aplastables 55. Los salientes sirven
como separación para evitar el pegado prematuro de los sitios
adhesivos a una superficie objetivo hasta que se aplica a la segunda
superficie 59 una fuerza suficiente para aplastar al menos una parte
de los salientes aplastables 55.
Como se muestra en la Figura 3, la fuerza de
compresión C de la capa de rollo 35 es preferiblemente inferior a la
fuerza suficiente para aplastar más de aproximadamente 30% de los
salientes aplastables 55 en una capa de rollo 35. Más
preferiblemente, la fuerza de compresión C de la capa de rollo 35 es
inferior a la fuerza suficiente para aplastar más de aproximadamente
20% de los salientes aplastables 55 en una capa de rollo 35.
Una película tridimensional preferida con un
adhesivo aplicado en una superficie para su uso como la lámina de
material 50 se describe en las patentes
US-5.871.607, concedida a Hamilton y col.,
US-5.662.758, concedida a Hamilton y col.,
US-5.968.633, concedida a Hamilton y col., y
US-5.965.235, concedida a McGuire y col.
La lámina de material 50 puede estar en un gran
rodillo, como se muestra en la Figura 2 y la Figura 3. La lámina de
material puede estar enrollada alrededor de múltiples núcleos según
sea necesario para completar rollos dimensionados por el
consumidor.
Un método para utilizar el aparato de enrollado
200 mostrado en la Figura 2 para enrollar una lámina de material 50
sobre un núcleo 220 y formar un rollo 30 puede incluir enrollar la
lámina de material 50 para formar el rollo 30 de acuerdo con un
perfil de referencia 70 mostrado en la Figura 1. A continuación
puede medirse al menos un parámetro de proceso para obtener al menos
una medición de parámetros de proceso. Después puede ajustarse el
perfil de referencia 70 según la al menos una medición de parámetros
de proceso.
En un ejemplo mostrado en la Figura 3, el
dispositivo medidor de parámetros de proceso 246 mide el diámetro
del rollo 36 y el dato se incorpora a un programa de control del
diámetro del rollo en un medio de control existente 243. El
algoritmo comienza calculando un espesor de lámina teórico basado en
el nivel de referencia del diámetro del rollo introducido en la
interfaz del operario. En cada ciclo de procesamiento, para calcular
un diámetro teórico del rollo se utiliza el espesor de lámina
teórico, el recuento de láminas, la longitud de lámina y/o la
posición actual de la máquina. Por ejemplo, si un parámetro de
proceso es muestreado en una posición de la máquina de 356 grados y
el espesor ideal es 0,581406 mm (22,89 mils) para un producto de
279,4 mm (11 pulgadas) de largo y un recuento de láminas de 72, el
diámetro teórico calculado será de 129,032 mm (5,08 pulgadas). Si la
posición de la máquina está en corte, o 360 grados, el diámetro
teórico será 129,54 mm (5,10 pulgadas).
El programa de control del diámetro del rollo
utiliza datos del dispositivo medidor de parámetros de proceso 246
para ajustar el perfil de referencia 70 (Figura 1) según sea
necesario. El programa de control del diámetro del rollo monitoriza
la posición de la máquina e incorpora los datos de diámetro medidos
por el dispositivo medidor de parámetros de proceso 246 cuando una
posición de grados de máquina alcanza un valor definido. En este
ejemplo, el valor elegido fue 356°. El diámetro medido se resta del
diámetro teórico calculado anteriormente y cualquier diferencia
representa un error que es valorado por el medio de control 243. En
el presente ejemplo para valorar el error se utilizó un bloque medio
móvil de cuatro puntos configurable. A continuación el resultado del
bloque medio móvil se utiliza para calcular un valor "de
recorte" para el parámetro de factor de espesor existente si la
media está fuera de un límite de control preconfigurado definible
por el usuario. En este ejemplo se utilizó un límite de control de
\pm0,635 mm (25 mils). En este ejemplo, el valor mínimo para este
factor de espesor "de recorte" es 0,00254 mm (0,1 mil). El
valor de recorte se resta (o se suma) al valor nominal del factor de
espesor que se desea cambiar en el perfil de referencia 70. A
continuación el medio de control 243 cambia el proceso dirigiendo
un cambio a la de velocidad de rotación del mandrín. En esta
realización, el algoritmo de control del diámetro del rollo puede
adoptar la forma de un controlador sólo integrado. El límite de
control preconfigurado \pm0,635 mm (25 mil) ayuda a reducir y/o
impedir las oscilaciones del controlador durante el funcionamiento
en estado estacionario. Estas oscilaciones pueden deberse al hecho
de que los cambios del factor de espesor sólo pueden producirse en
incrementos de 2,54 \mum (0,1 mil) o mayores. Esto se corresponde
muy aproximadamente a cambios del diámetro del rodillo de 0,254 mm
(10 mils o 0,010 pulgadas).
Una vez que se ha producido un movimiento de
control, el proceso puede continuar y repetir los ajustes en la
medida que sea necesario hasta que el error medio medido esté dentro
del límite de control preconfigurado definible por el usuario. Una
vez que el error medio está dentro del límite de control
preconfigurado definible por el usuario, el programa de control del
diámetro del rollo abandonará la manipulación del factor de espesor,
pero continuará la monitorización del error medio. La actividad de
control se reiniciará si el error medio supera el límite de control
preconfigurado.
El programa puede estar escrito de manera que si
el operario desactiva el control del diámetro del rollo, el cambio
de factor de espesor acumulado será puesto de nuevo a cero y las
tablas de referencia de la velocidad del mandrín serán recalculadas
en base al valor nominal del factor de espesor original. El programa
puede de forma alternativa integrar algunos, si no todos, los
cambios de factor de espesor acumulados en un "nuevo" valor
nominal de factor de espesor para el perfil de referencia inicial 70
a ser utilizado en operaciones posteriores.
La Figura 5 muestra un aparato de desenrollado
300 para desenrollar un rollo 330 de una lámina de material 350 y
tomar al menos una medición de parámetros de proceso. El aparato de
desenrollado también puede realizar al menos una medición de
parámetros de proceso relacionada con el perfil de referencia 70.
Por ejemplo, puede medir la fuerza de desenrollado en el rollo 330 a
medida que es desenrollado. Estos datos de medición de parámetros de
proceso se ha descubierto que están estrechamente relacionados con
el diámetro de enrollado, la velocidad de enrollado y la tensión de
enrollado. Estos datos de medición de parámetros de proceso pueden
ser después utilizados en la forma deseada para ajustar el perfil de
referencia 70 de un aparato de enrollado que se utilice para
fabricar posteriormente rollos. Puede utilizarse un aparato de
desenrollado 300 para desenrollar cualquier lámina de material 350,
incluidas las anteriormente descritas. Las mediciones de
desenrollado son especialmente útiles para productos de consumo en
donde el consumidor irá retirando el producto del rollo 330. Un
producto de este tipo incluye una película recubierta con un patrón
de adhesivo en donde las tensiones de desenrollado pueden ser
diferentes de las tensiones de enrollado. El aparato de desenrollado
300 también se puede utilizar para medir el diámetro 336 del rollo
330 en diferentes puntos del proceso de enrollado. A medida que se
desenrolla el rollo 330 se va retirando la lámina de material 350 y
el diámetro del rollo 336 restante puede relacionarse con un grado
de máquina particular o coordinarse con la longitud conocida de la
lámina de material 350 que queda en el rollo 330.
Como se muestra en la Figura 5, el aparato de
desenrollado 300 para desenrollar un rollo 330 de una lámina de
material 350 puede incluir un sistema de tracción 340, un mandrín de
desenrollado 380 alrededor del cual se coloca el rollo y al menos un
dispositivo medidor de desenrollado 346. El sistema de tracción 340
se utiliza para tirar de la lámina de material 350 y sacarla del
rollo 330 en una dirección de desenrollado UD. El mandrín de
desenrollado 380 tiene un radio de mandrín de desenrollado 385. El
rollo 330 se coloca sobre el mandrín de desenrollado 380 para ser
desenrollado. Una parte de la lámina de material 350 se une al
sistema de tracción 340. El sistema de tracción 340 tira de la
lámina de material 350 para sacarla del rollo 330 mientras que el
dispositivo medidor de desenrollado 346 realiza al menos una
medición de parámetros de proceso.
Al menos un dispositivo medidor de desenrollado
346 está diseñado para medir cualquier parámetro de proceso deseado.
El dispositivo medidor de desenrollado 346 mide al menos un
parámetro de proceso, al menos una vez, cuando el sistema de
tracción 340 tira de la lámina de material 350 del rollo 330 en una
dirección de desenrollado UD. Las mediciones de parámetros de
proceso pueden incluir el diámetro del rollo, la velocidad de
desenrollado, la posición angular del árbol de desenrollado del
motor, el desplazamiento del árbol de desenrollado, el punto de
ciclo de desenrollado de la máquina, los grados de máquina, la
velocidad de tracción, la tensión (fuerza) de tracción, el ángulo
de tracción, el diámetro del rollo frente al tiempo de desenrollado,
la tensión del rollo necesaria para desenrollar el rollo, el
diámetro del rollo frente a la longitud del material sobre el rollo,
la suma de la tensión medida durante el desenrollado, la media de la
tensión durante el desenrollado y combinaciones de los mismos.
En una realización mostrada en la Figura 6, el
sistema de tracción 340 del aparato de desenrollado 600 incluye al
menos un rodillo de agarre 345 con un árbol de presión 349 y una
circunferencia de presión 347. El sistema de tracción 340 también
puede incluir un segundo rodillo de agarre 344. El rodillo de agarre
345 está diseñado para girar y desenrollar el material 350 del rollo
330. El rodillo de agarre 345 tiene una circunferencia de presión
347 y coopera con el segundo rodillo de agarre 344 para girar y
desenrollar la lámina de material 350 del rollo 330 en la dirección
de desenrollado UD. El rodillo de agarre 345 gira en una dirección
de rotación RD1. El segundo rodillo de agarre 344 gira en una
segunda dirección de rotación RD2. El rollo 330 es desenrollado en
una tercera dirección de rotación RD3. Puede situarse un sensor de
proximidad 366 sobre el árbol del rodillo de agarre 349 para medir
la rotación del rollo. El sensor 366 mide la rotación del rodillo de
agarre 345 y, dado que la circunferencia de presión 347 es conocida,
puede calcularse la longitud de la lámina desenrollada en cada
revolución del rollo. Sucesivas mediciones del diámetro pueden
después emular el diámetro del rollo desenrollado 336 en diferentes
puntos (por ejemplo grados de máquina) del proceso de enrollado. De
forma alternativa, puede utilizarse un sistema de triangulación por
láser u otro dispositivo conocido para medir el diámetro del rollo
desenrollado 336 directamente en el sistema fuera de línea.
Como se muestra en la Figura 6, el dispositivo
medidor de desenrollado 346 puede incluir el hecho de tener la
lámina de material 350 guiada sobre un cilindro de retorno 360
situado entre el rollo 330 y el rodillo de agarre 345. Con el
cilindro de retorno 360 pueden utilizarse dos cilindros de guía 362.
El cilindro de retorno 360 puede acoplarse en captadores
dinamométricos 361 que pueden medir la fuerza ejercida en la
dirección de desenrollado UD de la lámina 350 para sacar la lámina
350 fuera del rollo 330. La dirección de desenrollado UD también
puede denominarse la dirección de la máquina. El rodillo de agarre
345 puede girarse después en la dirección de rotación RD1 para
desenrollar la lámina 350 del rollo 330. El sensor de proximidad 366
puede medir los giros del rollo 330 y determinar la fuerza de
desenrollado con respecto a la posición en el rollo 330. El perfil
de fuerza de desenrollado es después comparado con el perfil de
referencia 70 y a continuación se pueden calcular factores de
corrección que se devuelven al controlador impulsor del aparato de
enrollado. Esto proporciona un medio para mantener fuerzas más
coherentes entre capas adyacentes de lámina de material 350 a través
del rollo 330, mejorando así la facilidad y la uniformidad para
dispensar (desenrollar) el producto del rollo 330.
Si la medición de parámetros de proceso se
realiza fuera de línea desenrollando y midiendo un rollo de muestra
330, el sistema puede ser manual o automático. Preferiblemente, el
dispositivo medidor de desenrollado es automático. Un dispositivo
medidor de desenrollado automático incluiría recopilar las
mediciones de parámetros de proceso del dispositivo medidor de
desenrollado y cambiar el perfil de referencia utilizado en un
aparato de enrollado sin necesidad de que el operario introduzca
datos o realice cálculos. El aparato y los métodos descritos en la
presente memoria están diseñados para proporcionar rápidamente datos
exactos bien relacionados con los resultados de producción y otros
ensayos de laboratorio anteriormente utilizados.
Tras la ilustración y descripción de
realizaciones particulares de la presente invención, resulta obvio
para el experto en la materia que se pueden realizar diferentes
cambios y modificaciones sin abandonar por ello el ámbito de la
invención. Por consiguiente, en las reivindicaciones siguientes se
han pretendido cubrir todos esos cambios y modificaciones
contemplados dentro del ámbito de la presente invención.
Claims (18)
1. Un método para utilizar un aparato de
enrollado (200), preferiblemente un aparato de enrollado central,
para enrollar una lámina de material (50, 350) sobre un núcleo para
formar un rollo (30, 330), comprendiendo el método las etapas
de:
- enrollar la lámina de material (50, 350) alrededor del núcleo (220) de acuerdo con un perfil de referencia (70);
- medir un parámetro de proceso para obtener al menos una medición de parámetros de proceso;
- que se caracteriza porque el método comprende las etapas de: proporcionar un ajuste del perfil de referencia según la al menos una medición de parámetros de proceso, preferiblemente en donde el ajuste del perfil de referencia está basado en la medición de parámetros de proceso con respecto a un parámetro de proceso objetivo; y
- presentando el núcleo (220) un cambio de velocidad de rotación de al menos aproximadamente 42 radianes por segundo (400 revoluciones por minuto) entre aproximadamente 2 y aproximadamente 35 grados de máquina.
2. El método de la reivindicación 1, en el que
se mantiene una fuerza de tracción sobre la lámina de material (50,
350) de aproximadamente 0 kgf por cm lineal a aproximadamente 0,2
kgf por cm lineal.
3. El método de cualquiera de las
reivindicaciones 1 ó 2, en el que la medición de parámetros de
proceso es el diámetro del rollo, el diámetro del rollo frente al
tiempo de enrollado, el diámetro del rollo frente a la longitud del
material sobre el rollo, la suma de la tensión medida durante el
enrollado, la media de la tensión durante el enrollado o
combinaciones de los mismos.
4. El método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde la medición de parámetros de
proceso se realiza al menos una vez desde aproximadamente 340 grados
de máquina a aproximadamente 360 grados de máquina.
5. El método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el ajuste del perfil de
referencia (70) afecta al menos al rollo que se está enrollando.
6. El método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el ajuste del perfil de
referencia (70) afecta al menos a un rollo que es enrollado
posteriormente (30, 330).
7. El método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el aparato tiene una inercia
de arrastre, el rollo tiene una inercia de rollo y la relación entre
inercia de rollo e inercia de arrastre es inferior a aproximadamente
0,5.
8. Un aparato de enrollado (200) para enrollar
una lámina de material (50), preferiblemente película, alimento,
material material no tejido, material material tejido, o
combinaciones de los mismos, para cumplir un perfil de referencia
(70), comprendiendo el aparato:
- un mandrín (280) con un núcleo separable (220) dispuesto alrededor del mandrín (280);
- un sistema de manipulación del material (290) para suministrar la lámina de material (50, 350) al núcleo (220);
- un sistema impulsor (240) para girar el mandrín (280) y el núcleo (220), enrollando el sistema impulsor (240) a la lámina de material (50) sobre el núcleo (220) para formar un rollo (30);
- que se caracteriza porque el aparato comprende: al menos un dispositivo medidor de parámetros de proceso (246) para obtener al menos una medición de parámetros de proceso, preferiblemente que se obtiene a una frecuencia superior a aproximadamente 10 veces por segundo, siendo utilizada la al menos una medición de parámetros de proceso para ajustar el perfil de referencia (70), preferiblemente siendo el perfil de referencia (70) ajustable a una frecuencia de aproximadamente 1 vez por minuto a aproximadamente 50 veces por segundo.
9. El aparato de enrollado (200) de la
reivindicación 8, en el que la medición de parámetros de proceso es
el diámetro del rollo, el diámetro del rollo frente al tiempo de
enrollado, el diámetro del rollo frente a la longitud del material
sobre el rollo, la suma de la tensión medida durante el enrollado,
la media de la tensión durante el enrollado o combinaciones de los
mismos.
10. El aparato de enrollado (200) de cualquiera
de las reivindicaciones 8 ó 9, que además comprende un medio de
control (243) para ajustar el perfil de referencia.
11. El aparato de enrollado (200) de cualquiera
de las reivindicaciones 8 a 10, en el que los radianes por segundo
(revoluciones por minuto) del núcleo disminuyen al menos
aproximadamente 4% en las primeras 10 revoluciones del enrollado del
rollo.
12. El aparato de enrollado de cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 11, en donde el aparato tiene una inercia de
arrastre, el rollo tiene una inercia de rollo y la relación entre
inercia de rollo e inercia de arrastre es inferior a aproximadamente
0,5.
13. El aparato de enrollado (200) de cualquiera
de las reivindicaciones 8 a 12, en el que la lámina de material (50,
350) comprende una película tridimensional que tiene una primera
superficie (57) y una segunda superficie (59), comprendiendo la
primera superficie (57) una pluralidad de sitios adhesivos sensibles
a la presión rebajados (56) y una pluralidad de salientes
aplastables (55) que sirven como separaciones para evitar el pegado
prematuro de los sitios adhesivos (56) a una superficie objetivo
hasta que se aplica a la segunda superficie (59) una fuerza
suficiente para aplastar los salientes (55).
14. El aparato de enrollado (200) de la
reivindicación 13, en el que el rollo (30, 330) incluye al menos una
capa de rollo, teniendo la capa de rollo una fuerza de compresión
que es menor que la fuerza suficiente para aplastar más de
aproximadamente 30% de los salientes aplastables en cualquier capa
de rollo.
15. Un aparato de desenrollado (300) para
desenrollar un rollo (30, 330) de una lámina de material (50, 350),
comprendiendo el aparato de desenrollado (300):
- un mandrín de desenrollado (380) alrededor del cual se coloca el rollo (30, 330);
- un sistema de tracción (340) para tirar de la lámina de material (50, 350) y extraerla del rollo en una dirección de desenrollado;
- que se caracteriza porque el aparato comprende: al menos un dispositivo medidor de desenrollado (346), preferiblemente un dispositivo medidor de desenrollado automático para obtener al menos una medición de parámetros de proceso, utilizándose la medición de parámetros de proceso para ajustar un perfil de referencia (70) del aparato de enrollado (200) que se utiliza para fabricar posteriormente un segundo rollo (30, 330).
16. El aparato de desenrollado (300) de la
reivindicación 15, en el que el aparato de desenrollado (300)
incluye además un rodillo de agarre (344, 345).
17. El aparato de desenrollado de la
reivindicación 15, en donde el aparato de desenrollado incluye
además un cilindro de retorno (360).
18. El aparato de desenrollado (300) de
cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, en el que la medición de
parámetros de proceso es el diámetro del rollo, la velocidad de
desenrollado, la posición angular del árbol del motor de
desenrollado (349), el desplazamiento del árbol de desenrollado, el
punto de ciclo de desenrollado de la máquina, los grados de máquina,
la velocidad de tracción, la tensión de tracción, el ángulo de
tracción, el diámetro del rollo frente al tiempo de desenrollado, la
tensión del rollo necesaria para desenrollar el rollo, el diámetro
del rollo frente a la longitud del material sobre el rollo, la suma
de la tensión medida durante el desenrollado, la media de la tensión
durante el desenrollado o combinaciones de los mismos.
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