Dispositivo para medir los espesores de objetos transparentes obtenidos en línea de producción automática.

Un método para medir los espesores de una pared (35) de un objeto transparente (30),

en particular, un objeto curvado, comprendiendo dicha pared (35): un material transparente (35a), una interfase proximal (31) dispuesta entre un entorno externo (33) y dicho material transparente (35a) y una interfase distal (32) dispuesta entre dicho material transparente (35a) y dicho entorno (33) en posición opuesta a dicha interfase proximal (31), proporcionando dicho método las etapas de:

- predisponer una radiación de luz inicial (2);

- enfocar (10, 11, 22, 23) dicha radiación de luz inicial (2) obteniendo una radiación de luz entrante (5) dirigida hacia dicha pared (35) de modo que dicha radiación de luz entrante (5):

- incida sobre dicha interfase proximal (31) de dicha pared (35),

- sea reflejada, en parte, por dicha interfase proximal (31) con el fin de generar una primera radiación reflejada (6),

- cruza (7), en parte, dicho material transparente (35a) incidiendo sobre dicha interfase distal (32) y se refleja en parte (8) desde dicha interfase distal (32),

- cruza en parte en una dirección opuesta, después de la reflexión sobre dicha interfase distal (32), dicho material transparente (35a) incidiendo de nuevo y efectuando un nuevo cruce, dicha interfase proximal (31), con el fin de generar una segunda radiación reflejada (9);

- efectúa la recogida (40) de una radiación de luz saliente global (15) obtenida mediante solapamiento de dichas primera (6) y segunda (9) radiaciones reflejadas,

- analiza (50) dicha radiación de luz saliente (15) con métodos espectroscópicos y determina los espesores de dicha pared (35) en conformidad con las características de interferencia entre dichas primera (6) y segunda (9) radiaciones reflejadas en dicha radiación de luz saliente (15),

caracterizado por cuanto que,

dicha etapa de enfoque (10) proporciona la obtención de dicha radiación de luz entrante (5) a través de un medio de lentes no axisimétrico (10, 11, 22, 23) que tiene dos planos de meridianos principales (10a, 10b) de modo que dicha radiación de luz entrante (5) esté enfocada sobre un primer foco virtual (F1) en un primer plano de meridiano principal (10a) y sobre un segundo foco virtual (F2) en un segundo plano de meridiano principal (10b).

CAMPO DE LA INVENCION

La presente Invención se refiere a la producción de objetos transparentes cuyo espesor ha de determinarse.

En particular, pero no exclusivamente, la invención se refiere a un dispositivo para medir los espesores de objetos transparentes obtenidos en linea de producción automática.

Incluso más en particular, la Invención es aplicable a las lineas de producción de tubos de vidrio.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La producción de objetos transparentes, en varias formas, desempeña una importante función con miras a las numerosas aplicaciones de dichos objetos. En algunos campos, se obtienen numerosos productos transparentes convlrtlendo un producto de vidrio semi-acabado.

Una alta calidad de los productos de vidrio semi-acabados se suele desear que puedan conseguir características dimensionales particulares. Entre ellas, un parámetro muy pertinente es el espesor de sus paredes.

Entre los productos cuyos espesores han de controlarse con precisión existen los tubos de vidrio, que se producen continuamente en líneas de producción automáticas especiales.

La determinación de los espesores de los tubos de vidrio se utiliza, además, para obtener una medida Indirecta del diámetro Interior del tubo que es difícil, de cualquier otro modo, medirse en las líneas de producción por la dificultad de colocar elementos sensores de Instrumentos de medida dentro del tubo.

Entre los numerosos artículos obtenidos a partir de un tubo de vidrio, a modo de ejemplo, pueden citarse los siguientes: recipientes utilizados en la industria farmacéutica tales como frascos, pequeñas botellas, carpules, jeringuillas así como dispositivos para laboratorios tales como probetas graduadas, pipetas, buretas, tubos refrigerantes, etc., adoptados en laboratorios químicos y también manguitos para tubos utilizados en los colectores

solares.

En el campo industrial, los tubos de vidrio han de cumplir ajustes de calidad particulares y características dimensionales predeterminadas para permitir su uso en las lineas de producción de conversión.

Uno de los defectos que pueden afectar a la calidad del tubo de vidrio es una disuniformidad de su espesor, esto es, una no coaxialidad entre la superficie exterior y la superficie interior, con consecuencias negativas sobre la manejabilidad del producto final.

El proceso más común, práctico, preciso y flexible para obtener tubos de vidrio, con diámetros y espesores que cubran la mayor parte de las necesidades del mercado proporciona una etapa de modelado en caliente que se realiza flujo debajo de un horno en un sistema de producción automática que se puede desarrollar en una disposición angular o vertical.

Más concretamente, el sistema de producción que se desarrolla en una disposición angular consiste en un mandril hueco giratorio en el que un pico de vertido casting beak" realiza el vertido de un flujo continuo de vidrio. A través de la zona rebajada se insufla aire, de tal manera que el extremo libre del mandril genera un tubo.

Como alternativa, la máquina que se desarrollar vertlcalmente está constituida por un orificio, realizado directamente en la parte inferior del canal de entrada del vidrio fundido. En el orificio está suspendida una campana, normalmente no giratoria, que bloquea parcialmente el orificio y deja una hendidura circular a través de la que pasa la masa de vidrio fundido. De esta manera, el vidrio fundido es objeto de vertido a través del orificio deslizándose en el lado exterior de la campana y es todavía plástico con el fin de formar el tubo.

En ambos casos, el tubo es objeto luego de extracción por una máquina especial dispuesta a una determina distancia (en donde la temperatura del tubo es bastante baja), al principio de un transportador constituido por rodillos prácticamente horizontales. El tamaño del tubo se controla automáticamente y se actúa continuamente sobre el caudal y la presión de aire y sobre la velocidad de tracción (linea de producción oblicua) o actuando sobre la temperatura de la zona de orificio (linea de producción vertical), dependiente del diámetro y del espesor determinado del tubo.

Se ha encontrado que el defecto de no concentrlcldad tiene más Importancia para la línea de producción vertical, en donde es posible corregirlo bajo pequeños movimientos de la campana. El problema consiste en que la medición de la concentricidad se realiza normalmente fuera de linea, esto es, cuando el tubo ha alcanzado ya el extremo de la línea y ha sido cortado, obteniendo así una medición en valor absoluto, pero perdiendo la información en la dirección

de la no concentricidad. Para obtener esta información, es necesario proporcionar, en el tubo medido, un signo en la referencia angular del orificio. En condiciones normales, la superficie del tubo está marcada con una pluma de material adecuado en una posición fija, la más cercana al orificio, de modo que la falta de concentricidad se refiera al sistema de referencia del orificio y a continuación, se determina la corrección de la posición de la campana.

Este procedimiento causa varios inconvenientes, entre los que el principal es la necesidad de depositar materias extrañas sobre el tubo de vidrio, con el riesgo de dejar residuos sobre los rodillos y sobre los numerosos dispositivos de transporte, causando también un alto riesgo de contaminación del producto, que se suele destinar al mercado de los productos farmacéuticos. Para evitar este riesgo, después de la etapa de marcado, todo el producto de vidrio del tubo marcado se rechaza y se desecha y puesto que el ajuste mediante marcado puede durar varias decenas de minutos, tiene lugar una gran pérdida de material, eficiencia así como costes y desperdicio de energía.

Además, la etapa afecta necesariamente a los equilibrios termo-mecánicos sobre los que se basa el proceso, con el efecto de medir el proceso en una forma transitoria en la que se realizan los ajustes, en lugar de un estado estable.

Por último, debido a la alta temperatura, la medición es crítica, limitando todavía más la precisión y la frecuencia en la que pueden realizarse.

Por lo tanto, es deseable medir los defectos de forma del tubo de vidrio inmediatamente flujo abajo de la etapa de formación, posiblemente por medio de una medición sin contacto, con el fin de intervenir en la etapa de formación inmediatamente flujo arriba de la etapa de medición en tiempo real y corregir el defecto, limitando al mínimo el desperdicio de producto y en particular, los riesgos de mala calidad del producto. De hecho, realizando una medición precisa del espesor del tubo, es posible ajustar la etapa de modelado del tubo para evitar defectos de espesores.

El documento de patente US27/242279 da a conocer un método y aparato para medir el espesor de la pared de probetas de vidrio utilizando la información espectral de la radiación de banda ancha reflejada, mientras que el documento US4822171 analiza la radiación de banda estrecha reflejada para determinar el espesor de la pared de objetos transparentes.

Entre los sistemas de medición de espesores conocidos de objetos transparentes, el sistema interferométrico es conocido que proporciona el envío de un haz de luz sobre el objeto transparente y recogiendo la radiación reflejada. Más concretamente, la reflexión se utilizan teniendo en cuenta que tanto la superficie exterior como la superficie interior producen una componente de luz reflejada, aun cuando sea de intensidad mínima (para el vidrio, cada componente de luz reflejada es aproximadamente un 4 % de la radiación incidente sobre la interfase). De este modo, el haz de luz reflejado se proporciona por el solapamiento de dos radiaciones reflejadas que tienen una amplitud del mismo orden de magnitud y estando dichas corrientes desfasadas entre sí, en correspondencia con un más largo recorrido realizado por la radiación reflejada a través de la superficie interior con respecto a la reflejada por la superficie externa. Dicho solapamiento causa fenómenos de interferencia, que pueden examinarse para determinar la diferencia de recorrido y luego, el espesor.

Este tipo de medición es común para calcular el espesor de una película delgada cuyo espesor es de hasta algunos micrones, pero para tecnologías de mayores espesores se requieren las funciones de recogida y control de la señal, con una mucho más alta precisión, y se necesita un aparato más avanzado y de alto coste.

Por este motivo, es necesario recoger la radiación reflejada en la manera más efectiva posible, con el fin de obtener una señal para calcular los espesores de objetos de vidrio, aproximadamente dos o tres órdenes de magnitud más gruesos con respecto a la película... [Seguir leyendo]

1. Un método para medir los espesores de una pared (35) de un objeto transparente (3), en particular, un objeto curvado, comprendiendo dicha pared (35): un material transparente (35a), una ¡nterfase proximal (31) dispuesta entre un entorno externo (33) y dicho material transparente (35a) y una ¡nterfase distal (32) dispuesta entre dicho material transparente (35a) y dicho entorno (33) en posición opuesta a dicha ¡nterfase proximal (31), proporcionando dicho método las etapas de:

predisponer una radiación de luz inicial (2);

enfocar (1, 11, 22, 23) dicha radiación de luz inicial (2) obteniendo una radiación de luz entrante (5) dirigida hacia dicha pared (35) de modo que dicha radiación de luz entrante (5):

incida sobre dicha ¡nterfase proximal (31) de dicha pared (35),

sea reflejada, en parte, por dicha ¡nterfase proximal (31) con el fin de generar una primera radiación reflejada (6),

cruza (7), en parte, dicho material transparente (35a) incidiendo sobre dicha interfase distal (32) y se refleja en parte (8) desde dicha ¡nterfase distal (32),

cruza en parte en una dirección opuesta, después de la reflexión sobre dicha interfase distal (32), dicho material transparente (35a) incidiendo de nuevo y efectuando un nuevo cruce, dicha ¡nterfase proximal (31), con el fin de generar una segunda radiación reflejada (9);

efectúa la recogida (4) de una radiación de luz saliente global (15) obtenida mediante solapamiento de dichas primera (6) y segunda (9) radiaciones reflejadas,

analiza (5) dicha radiación de luz saliente (15) con métodos espectroscópicos y determina los espesores de dicha pared (35) en conformidad con las características de interferencia entre dichas primera (6) y segunda (9) radiaciones reflejadas en dicha radiación de luz saliente (15),

caracterizado por cuanto que,

dicha etapa de enfoque (1) proporciona la obtención de dicha radiación de luz entrante (5) a través de un medio de lentes no axisimétrico (1, 11, 22, 23) que tiene dos planos de meridianos principales (1a, 1b) de modo que dicha radiación de luz entrante (5) esté enfocada sobre un primer foco virtual (Fi) en un primer plano de meridiano principal (1a) y sobre un segundo foco virtual (F2) en un segundo plano de meridiano principal (1b).

2. Un método según la reivindicación 1, en donde dicha etapa de enfoque proporciona una entre las condiciones de enfoque siguientes:

dicho primero (Fi)/segundo (F2) foco virtual está situado en una posición finita más allá de dicha pared (35) y dicho segundo (F2)/primero (F-i) foco virtual está situado prácticamente en dicha pared (35);

dicho primero (Fi)/ segundo (F2) foco virtual está situado prácticamente en el infinito y dicho segundo (F2)/primero (F-i) foco virtual está situado prácticamente en dicha pared (35);

dicho primero (Fi)/segundo (F2) foco virtual está situado prácticamente en el infinito y dicho segundo (F2)/primero (F-i) foco virtual situado en una posición finita más allá de dicha pared (35).

3. Un método, según la reivindicación 1, en donde dicha etapa de recogida proporciona una etapa de enfoque de dicha radiación de luz saliente global (15), de modo que la radiación de luz saliente recogida (15) tenga suficiente energía para determinar, por dicha etapa de análisis, los espesores de dicha pared (35), en particular siendo dicha etapa de recogida efectuada por dicho medio de lentes no axisimétrico (1, 11, 22, 23) que son objeto de incidencia por dicha radiación de luz saliente (15) en una dirección que es opuesta a dicha radiación de luz inicial (2); en particular, dicha etapa de enfoque proporciona una etapa de ajuste de la posición de dicho medio de lentes no axisimétrico (1, 11, 22, 23) para ajustar la posición de dicho primero (Fi) y segundo (F2) focos virtuales para obtener una condición de enfoque predeterminada.

4. Un método según la reivindicación 1, en donde dichos espesores se determinan por intermedio de una etapa de modelado de dicho objeto y una etapa de control está proporcionada por la etapa de modelado de dicho objeto transparente (3) asociada con dicha etapa de análisis, de modo que, sobre la base del valor determinado de los espesores, dicha etapa de control del modelado controla los parámetros de modelado de dicho objeto, en particular siendo dicho objeto un tubo de vidrio, en donde una etapa de corrección del proceso de modelado del vidrio del tubo de vidrio puede proporcionarse en función de una desviación de los espesores más alta que un valor

predeterminado o en caso de estar presentes defectos de forma, en particular dicha etapa de control del modelado de dicho objeto transparente (3) que está asociada con dicha etapa de análisis, controla y establece una correlación mutua de los espesores según se determina para una pluralidad de puntos, que están, de manera rotacional y/o longitudinal, espaciados alrededor de dicho tubo y en la presencia de errores de espesores o defectos de forma del tubo, ajusta consecuentemente el proceso de modelado del vidrio.

5. Un método según la reivindicación 1, en donde dicho objeto transparente es un tubo (3) que tiene una pared tubular (35), en particular cilindrica, que comprende una superficie lateral exterior (31) y una superficie interior

(32) que definen una zona rebajada tubular (33) con un eje longitudinal (O) y dicha radiación de luz entrante (5) encuentra, por primera vez, dicha pared tubular (35) en una parte proxlmal tubular (3a), cruza en parte dicha parte proximal tubular (3a) de dicha pared tubular (35) y entra en dicha zona rebajada tubular (33) creando una segunda radiación saliente (7), con dicha segunda radiación saliente (7) cruzando la zona rebajada tubular (33) y encontrando una parte distal tubular (3b) de dicha pared (35) y se enfoca de tal manera que:

incide sobre una ¡nterfase proxlmal (32a) de dicha parte distal tubular (3b);

se refleja, en parte, por dicha ¡nterfase proxlmal (32a) de dicha parte distal tubular (3b) con el fin de generar una tercera radiación reflejada (12),

cruza, en parte, dicho material transparente (35a) de dicha pared tubular (35) incidiendo sobre una interfase distal (32) de dicha parte distal tubular (3b) y se refleja, en parte, por dicha ¡nterfase distal (32b);

cruza de nuevo dicho material transparente (35a) de dicha pared tubular (35) incidiendo sobre dicha interfase proximal (32a) y cruza dicha ¡nterfase proxlmal (32a) generando una cuarta radiación reflejada (16);

y en donde dichas tercera (12) y cuarta (16) radiaciones reflejadas adicionales cruzan dicha zona rebajada tubular

(33) y dicha parte proximal tubular (3a) generando una quinta (17) y una sexta (18) radiación reflejada que se solapan a dichas primera (6) y segunda (9) radiaciones reflejadas, de modo que se obtenga dicha radiación de luz saliente global (15) mediante un solapamiento de dichas primera (6) y segunda (9) radiaciones reflejadas asi como de dichas quinta (17) y sexta (18) radiaciones reflejadas y dicha etapa de análisis (5) de dicha radiación de luz saliente global (15), con métodos espectroscópicos, está configurada para determinar los espesores (s-i, S2) de dicha parte proximal tubular (3a) y de dicha parte distal tubular (3b) de dicha pared tubular (35) en conformidad con las características de interferencia entre dichas primera (6), segunda (9), quinta (17) y sexta (18) radiaciones reflejadas.

6. Un método según la reivindicación 5, en donde dicha etapa de enfoque proporciona una entre las condiciones siguientes:

dicho primero (Fi)/segundo (F2) foco virtual está situado prácticamente en dicha parte proximal tubular (3a) y dicho segundo (F2)/primero (F1) foco virtual está situado más allá de dicha parte distal tubular (3b) y, en particular, prácticamente en el infinito;

dicho primero (F-i)/segundo (F2) foco virtual está situado dentro de dicho tubo, esto es, más allá de dicha parte proximal tubular (3a) y antes de dicho eje (O) y dicho segundo (F2)/primero (F-i) foco virtual está situado más allá de dicha parte distal tubular (3b) y, en particular, prácticamente en el infinito;

dicho primero (Fi)/segundo (F2) foco virtual está situado dentro de dicho tubo, esto es, más allá de dicha parte proximal tubular (3a) y en dicho eje (O) y dicho segundo (F2)/primero (F1) foco virtual está situado más allá de dicha parte distal tubular (3b) y, en particular, prácticamente en el infinito;

estando dicho primero (Fi)/segundo (F2) foco virtual situado dentro de dicho tubo más allá de dicho eje y dicho segundo (F2)/primero (F-i) foco virtual está situado más allá de dicha parte distal tubular (3b) y, en particular, prácticamente en el infinito;

estando dicho primero (Fi)/segundo (F2) foco virtual situado prácticamente en dicha parte distal tubular (3b) y dicho segundo (F2)/primero (F1) foco virtual está situado más allá de dicha parte distal tubular (3b) y, en particular, prácticamente en el infinito;

estando dicho primero (Fi)/segundo (F2) foco virtual situado más allá de dicha parte distal tubular (3b) y dicho segundo (F2)/primero (F-i) foco virtual está situado más allá de dicha parte distal tubular (3b) y, en particular, prácticamente en el infinito;

estando dicho primero (Fi)/segundo (F2) foco virtual situado prácticamente en dicha parte proximal tubular (3a) y dicho segundo (F2)/primero (F1) foco virtual está situado prácticamente en dicha parte distal tubular (3b).

7. Un aparato (1) para medir los espesores de una pared (35) de un objeto transparente (3), en particular un objeto curvado, comprendiendo dicha pared (35): un material transparente (35a), una interfase proximal (31) dispuesta entre el entorno (33) y dicho material transparente (35a) y una interfase distal (32) dispuesta entre dicho material transparente (35a) y dicho entorno (33) en posición opuesta a dicha interfase proximal (31), comprendiendo dicho aparato (1):

un medio para emitir (1) una radiación de luz inicial (2);

un medio para enfocar (1, 11, 22, 23) dicha radiación de luz inicial (2) que está configurado para obtener una radiación de luz entrante (5) dirigida hacia dicha pared (35) de modo que dicha radiación de luz entrante (5):

incida sobre dicha interfase proximal (31) de dicha pared (35),

sea reflejada, en parte, por dicha interfase proximal (31), con el fin de generar una primera radiación reflejada (6),

cruza, en parte, dicho material transparente (35a) incidiendo sobre dicha interfase distal (32) y se refleja, en parte, por dicha interfase distal (32);

cruza, en parte, en una dirección opuesta, después de la reflexión sobre dicha interfase distal (32) de dicho material transparente (24a) incidiendo de nuevo y cruzando dicha interfase proximal (31) con el fin de generar una segunda radiación reflejada (9),

un medio de recogida (4), configurado para recoger una radiación de luz saliente global (15), obtenida mediante solapamiento de dichas primera (6) y segunda (9) radiaciones reflejadas;

un medio configurado para analizar (5) dicha radiación de luz saliente (15) con métodos espectroscópicos y para calcular los espesores de dicha pared (35) en conformidad con las características de interferencia entre dichas primera (6) y segunda (9) radiaciones reflejadas,

caracterizado por cuanto que:

dicho medio para el enfoque comprende un medio de lentes no axisimétrico (1, 11, 22, 23) para obtener dicha radiación de luz entrante (5), teniendo dicho medio de lentes no axisimétrico (1, 11, 22, 23) dos meridianos principales (1a, 1b) de modo que dicha radiación de luz entrante (5) esté enfocada sobre un primer foco virtual (F-i) definido por un primer plano de meridiano (1a) y por la radiación de luz inicial (2) y sobre un segundo foco virtual (F2) definido por el segundo plano de meridiano (1b) y por la radiación de luz inicial (2).

8. Un aparato (1) según la reivindicación 7, en donde dicho medio para el enfoque (1) y dicho medio de recogida (4) están integrados en una sonda de detección (2) provista de al menos un conector de fibra óptica monomodo (21), en particular comprendiendo dicha sonda de detección (2) un medio para detectar la distancia (18) entre dicho medio para el enfoque (1) y dicho objeto (3), en particular entre dicha sonda de detección (2) y dicho objeto (3), estando dicho medio para detectar a distancia (18) asociado con dicho medio de ajuste de la posición (9).

9. Un aparato (1) según la reivindicación 8, en donde dicho objeto transparente es un tubo (3) que tiene una parte proximal tubular (3a) y una parte distal tubular (3b), en donde el aparato comprende una pluralidad de sondas de detección (2a, 2b, 2c, 2d) que está configurada para medir una pluralidad de puntos diferentes, con el fin de medir para cada uno de dichos puntos los espesores de la parte proximal tubular respectiva (3a), en particular siendo dicha pluralidad de puntos seleccionada a partir del grupo constituido por puntos rotacionalmente espaciados entre sí alrededor de dicho tubo (3) o puntos longitudinalmente espaciados entre sí a lo largo de dicho tubo (3) o una de sus combinaciones, comprendiendo el aparato, además, un medio de ajuste para ajustar la posición relativa, de forma rotacional y/o longitudinal de dicho tubo (3) con respecto a dicha pluralidad de sondas de detección (2a, 2b, 2c, 2d) para obtener las mediciones de espesores en una pluralidad de diferentes puntos de medición.

1. Un aparato (1) según la reivindicación 9, en donde dicha pluralidad de sondas de detección (2a, 2b, 2c, 2d) está conectada a una unidad óptica central (2) mediante un multiplexor óptico (7) de modo que, en conformidad con una operación de división del tiempo, cada sonda de detección (2a, 2b, 2c, 2d), a su vez, reciba la radiación para su enfoque sobre la muestra y proporciona la radiación reflejada para su análisis, durante un tiempo predeterminado.