Monitoraggio on-line di deformazioni piroplastiche su piastrelle sottili di grande formato

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Filomena Brunetti
7 anni fa
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1 Dip. di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche Convegno GRANDI FORMATI: TECNOLOGIE E SOLUZIONI APPLICATIVE Monitoraggio on-line di deformazioni piroplastiche su piastrelle sottili di grande formato Gian Marco Revel (*), Giuseppe Pandarese (*), Marco Emiliani (*) Andrea Bresciani (**), Claudio Ricci (**) (*) (**) SACMI Imola DIISM - Via Brecce Bianche ANCONA Sassuolo (MO) 18 Giugno 2014

2 Dip. di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche 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: 2. Misure mediante visione 3. Controlli non-distruttivi: Vibrometria laser-ldv Analisi modale Intensimetria acustica Beam-forming, olografia acustica, ecc. Misure di forma 2D e 3D Machinevision Ultrasuoni senza-contatto Termografia Shearography 4. Misure fluidodinamiche: Particle Image Velocimetry-PIV Laser Doppler Velocimetry-LDA 1

3 Dip. di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche Ricerca nel settore della ceramica: Progetti Europei: Progetti Ministeriali: IMPACT ( ) Sviluppo di sistemi diagnostici non invasivi che usano reti neurali per le ceramiche verdi. SENSOCER ( ) Sviluppo di sensori a non contatto per la caratterizzazione on-line di piastrelle ceramiche verdi MONOTONE ( ) Sviluppo del controllo di qualità automatico per la stampa industriale nel settore delle piastrelle ceramiche e tessile. Cool-Coverings ( ) Sviluppo di rivestimenti dell involucro edilizio ad elevata riflettanza nel NIR (vicino infrarosso). AXIOMA ( ) Sviluppo di piastrelle con rilascio intelligente di biocidi nel settore delle costruzioni DapHNE ( ) Sviluppo di sistemi adattativi di produzione per i processi di cottura eco-efficienti INDUSTRIA 2015 ( ) Grandi Superfici Ceramiche Leggere Riccamente Decorate Partners: Coordina mento: Sacmi, Marazzi, Leonardo Ceramiche, Keraben, Colorobbia, Kerakoll, ecc. Prof. Gian Marco Revel -Piattaforma Tecnologica Italiana delle Costruzioni; - Area Costruzioni e Ceramica 2

4 Piastrelle ceramiche sottili Negli ultimi anni sono stati ottenuti notevoli progressi nella produzione di piastrelle ceramiche di grande formato e spessore sottile. Grande formato Spessore ridotto Amplificazione di problemi di forma Deformazione periodica Piastrella Supporto 3

5 Effetto estetico Bande chiaro scuro/distorsione in particolari condizioni di illuminazione Roller wave distortion nel vetro 4

6 Obiettivi Sviluppare un sistema di misura capace di quantificare la deformazione periodica con la necessaria risoluzione Sviluppare un sistema di misura che possa essere integrato in linea di produzione per il monitoraggio del 100% della produzione 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). 5

7 Tecnica di misura proposta Triangolazione laser Robot cartesiano Output: - Deformazioni verticali sulla sup. superiore - Deformazioni verticali sulla sup. inferiore - Spessore Piastrella 6

8 Installazione in linea di produzione Forno pilota- Centro Ricerche Sacmi (40 m) Sensori laser Piastrella Sistema di scansione Caratteristiche: Max scan area: 1200x400 mm 2 Velocità di scansione: mm/s Min risoluzione di scansione: 0.01 mm Accuratezza: ± 0.02 mm 7

9 Output di scansione 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 8

10 Informazioni quantitative Periodo spatial spaziale period peak Ampiezza topeak picco amplitude picco 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. 9

11 Test Per ogni piastrella un area pari a 18x1000 mm 2 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 - 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 10

12 Test 30 piastrelle (1200x600x5 mm 3 ) 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); Serie Numero di piastrelle Velocità piastrella (m/min) A A Temperatura di cottura ( C) A Passo rulli mm (standard) mm (raddoppiato) 11

13 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 12

14 Risultati ampiezza della deformazione Ampiezza deformazione superficie superiore Ampiezza deformazione superficie inferiore 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 13

15 Risultati effetto piroplastico 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 14

16 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 15

17 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

18 Grazie per l attenzione Marco Emiliani, PhD Università Politecnica Delle Marche DIISM Via Brecce Bianche, Ancona, ITALY. Phone: Fax: m.emiliani@univpm.it 17

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