Monitoraggio on-line di deformazioni piroplastiche su ... · sistema senza contatto basato su...

DIISM - Via Brecce Bianche – 60131 ANCONA Sassuolo (MO) 18 Giugno 2014

UNIVERSITA’ POLITECNICA DELLE MARCHE Dip. di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche

Monitoraggio on-line di deformazioni piroplastiche su piastrelle sottili di

grande formato

Gian Marco Revel (*), Giuseppe Pandarese (*), Marco Emiliani (*) Andrea Bresciani (**), Claudio Ricci (**)

(*) UNIVERSITA’ POLITECNICA DELLE MARCHE (**) SACMI Imola

Convegno GRANDI FORMATI: TECNOLOGIE E SOLUZIONI

APPLICATIVE

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–

Convegno GRANDI FORMATI: Tecnologie e Soluzioni Applicative Sassuolo (MO) 18 Giugno 2014


1

Gruppo di Ricerca di Misure Meccaniche:

2 Professori di I fascia; 2 Professori II fascia; 2 Tecnici Laureati; 7 Assegnisti; 10 Dottorandi; Ingegneri a contratto; 1 segretaria

Attività:

1. Misure vibro-acustiche:

• Vibrometria laser-LDV • Analisi modale • Intensimetria acustica • Beam-forming, olografia acustica, ecc.

2. Misure mediante visione

3. Controlli non-distruttivi:

4. Misure fluidodinamiche:

• Misure di forma 2D e 3D • Machinevision

• Ultrasuoni senza-contatto • Termografia • Shearography

• Particle Image Velocimetry-PIV • Laser Doppler Velocimetry-LDA

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–



2

Ricerca nel settore della ceramica: •IMPACT (1997-2000) – Sviluppo di sistemi diagnostici non invasivi che usano reti neurali per le ceramiche verdi.

Progetti Europei:

•SENSOCER (2002-2005) – Sviluppo di sensori a non contatto per la caratterizzazione on-line di piastrelle ceramiche verdi

•MONOTONE (2002-2005) – Sviluppo del controllo di qualità automatico per la stampa industriale nel settore delle piastrelle ceramiche e tessile.

Progetti Ministeriali:

•INDUSTRIA 2015 (2009-2013) – Grandi Superfici Ceramiche Leggere Riccamente Decorate

Partners: Sacmi, Marazzi, Leonardo Ceramiche, Keraben, Colorobbia, Kerakoll, ecc.

Coordinamento:

Prof. Gian Marco Revel -Piattaforma Tecnologica Italiana delle Costruzioni; - Area Costruzioni e Ceramica

•Cool-Coverings (2010-2013) – Sviluppo di rivestimenti dell’involucro edilizio ad elevata riflettanza nel NIR (vicino infrarosso).

•DapHNE (2012-2015) – Sviluppo di sistemi adattativi di produzione per i processi di cottura eco-efficienti

•AXIOMA (2010-2014) – Sviluppo di piastrelle con rilascio intelligente di biocidi nel settore delle costruzioni

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–

Convegno GRANDI FORMATI: Tecnologie e Soluzioni Applicative Sassuolo (MO) 18 Giugno 2014 3

Piastrelle ceramiche sottili Negli ultimi anni sono stati ottenuti notevoli progressi nella produzione di piastrelle ceramiche di grande formato e spessore sottile.

Supporto

Grande formato Spessore ridotto

Amplificazione di problemi di forma

Piastrella

Deformazione periodica

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–


Effetto estetico

4

Bande chiaro scuro/distorsione in particolari condizioni di illuminazione

Roller wave distortion nel vetro

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–


Obiettivi

• Sviluppare un sistema di misura capace di quantificare la deformazione periodica con la necessaria risoluzione

• Correlare la deformazione con diversi parametri del processo di produzione: – Temperatura di cottura; – Velocità della piastrella nel forno a rulli; – Caratteristiche del forno (passo rulli, svolgimento del rullo).

• Sviluppare un sistema di misura che possa essere integrato in linea di produzione per il monitoraggio del 100% della produzione

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–


Tecnica di misura proposta

6

Triangolazione laser Robot cartesiano

Piastrella

Output: - Deformazioni verticali sulla sup. superiore - Deformazioni verticali sulla sup. inferiore - Spessore

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–


Installazione in linea di produzione

7

Forno pilota- Centro Ricerche Sacmi (40 m)

Piastrella

Sensori laser

Sistema di scansione

Caratteristiche: • Max scan area: 1200x400 mm2

• Velocità di scansione: 0-300 mm/s

• Min risoluzione di scansione: 0.01 mm

• Accuratezza: ± 0.02 mm

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–


Output di scansione

8

• Mappa 2D della deformazione sulla superfice superiore ed inferiore • Profilo medio della deformazione nella direzione di movimento della piastrella

sulla rulliera • Mappa 2D e profilo medio dello spessore

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–


Informazioni quantitative

9

Informazioni quantitative: • Ampiezza della deformazione • Periodo della deformazione

Considerazioni: • Non ci sono deformazioni

periodiche sostanziali lungo l’asse X (trasversale).

• La deformazione periodica lungo l’asse Y (di avanzamento) è uniforme lungo tutta la piastrella. Per avere delle informazioni quantitative sono necessarie poche righe di scansione con conseguente riduzione dei tempi di ispezione.

spatial period

peak to peakamplitude

Periodo spaziale

Ampiezza picco picco

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–


Test

10

- Tempo di campionamento minimo del laser 2.55 µs - Velocità della piastrella 4 m/min - Ricostruzione del profilo con una riga di misura - Per una piastrella di 1 m oltre 5M punti di misura

• Per ogni piastrella un’area pari a 18x1000 mm2 è stata scansionata con una risoluzione pari a 0.1 mm nella direzione Y mentre una risoluzione di 2 mm è stata usata nella direzione X. Tempo di scansione pari a 3 min/piastrella. • Potenzialmente il sistema può essere installato direttamente in linea sfruttando il movimento della piastrella e monitorando il 100 % della produzione

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–


Serie Numero di piastrelle

Velocità piastrella (m/min)

Temperatura di cottura (°C)

Passo rulli

A1 12 0.78 950-1000-1100-

1180-1230 60.5 mm (standard)

A2 12 2 950-1000-1100-

1180-1230

A3 6 2 1100-1180-1210 121 mm

(raddoppiato)

• 30 piastrelle (1200x600x5 mm3) • Variabili considerate (3 serie A1;A2;A3):

Temperatura (da 950 °C a 1230 °C); Velocità di cottura (0.78 m/min e 2 m/min); Passo rulli (60.5 mm e 121 mm);

Test

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–


Risultati – periodo spaziale • Il periodo spaziale rilevato è pari a 135 mm su tutti i campioni e le

serie analizzate

• Non emerge nessuna relazione tra il periodo ed il passo rulli, bensì si evidenzia una correlazione con lo svolgimento del rullo.

• Raggio del rullo R=21.5 mm, circonferenza 2πR = 135 mm

picco-picco

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–


Risultati – ampiezza della deformazione

13

• Appare una stretta correlazione tra l’ampiezza della deformazione e la temperatura di cottura

• La deformazione non è apprezzabile fino a 1100 °C

• Dopo i 1100 °C la deformazione aumenta fino a raggiungere 0.30 mm (valore picco - picco)

• Non compare una relazione evidente con la velocità di cottura nel range considerato

Ampiezza deformazione superficie inferiore

Ampiezza deformazione superficie superiore

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–


Risultati – effetto piroplastico

14

La deformazione periodica osservata è causata da un effetto piroplastico in combinazione con: • Forze di taglio e trascinamento scambiate tra piastrella e

rulliera

• Variazione di fase nel materiale durante la cottura

• Gradienti termici tra superficie superiore e superficie inferiore della piastrella causate soprattutto dalla presenza dei rulli

• Gradienti termici sulla superfice inferiore della piastrella tra un rullo e l’altro

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–


Correlazione tra ritiro e deformazione

• La deformazione è legata al processo di sinterizzazione

• La deformazione inizia quando inizia il ritiro

La deformazione periodica dipende fortemente dalla temperatura di cottura e dalla composizione dell’impasto

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–


Conclusioni • Le deformazioni periodiche (ampiezza fino a 0.3 mm) sono un

problema reale per la produzione di piastrelle sottili di grande dimensioni.

• E’ possibile quantificare l’ampiezza delle deformazione grazie ad un sistema senza contatto basato su triangolazione laser con accuratezza pari a ± 0.02 mm.

• Il sistema è stato validato su una produzione sperimentale e potenzialmente può essere installato direttamente on-line in uscita dal forno per il controllo del 100% della produzione.

• Dalle misure effettuate emerge che il periodo spaziale della deformazione è pari alla lunghezza di svolgimento del rullo (135 mm).

• Non è presente ancora una normativa che stabilisce i criteri di accettabilità per l’entità della deformazione. Un criterio da prendere in considerazione è la percezione dell’occhio umano. Per quanto riguarda il settore del vetro comunemente si utilizza una tolleranza pari a 0.13 mm

16

UN

IVER

SITA

’ PO

LITE

CN

ICA

DEL

LE M

AR

CH

E

–


Grazie per l’attenzione

Marco Emiliani, PhD Università Politecnica Delle Marche

DIISM Via Brecce Bianche, 60131 Ancona, ITALY.

Phone: +39 0712204976 Fax: +39 0712204813 e-mail: [email protected]

mailto:[email protected]

Monitoraggio on-line di deformazioni piroplastiche su ... · sistema senza contatto basato su...

Documents

Transcript of Monitoraggio on-line di deformazioni piroplastiche su ... · sistema senza contatto basato su...