DESCRIPCIÓN

Objeto de la invención

La presente invención se encuadra en el campo técnico de los accesorios para máquinas de fabricar papel, así como en el de los dispositivos para análisis de los materiales caracterizados por la utilización de medios ópticos, más concretamente en el de los configurados para analizar un material móvil como el papel durante su proceso de elaboración.

La invención se refiere en particular a un dispositivo de trazabilidad automática y dinámica de bobinas de papel tisú, que emplea técnicas combinadas de marcado por láser y de visión artificial.

Antecedentes de la invención

En la fase inicial de la fabricación de papel, las fibras de celulosa se mezclan con agua formando una pasta. Esta mezcla se introduce en la cabecera de una máquina papelera, que se encarga de ir retirando el agua de la pasta inicial. El resultado final es una enorme hoja de papel, que se enrolla formando grandes bobinas de hasta 3t de peso. Estas bobinas producto de la máquina papelera son posteriormente transportadas a las líneas de conversión, donde se combinan dos o más capas de papel de diferentes bobinas, y el material resultante se corta en rollos más pequeños para fabricar productos finales como papel higiénico, papel de cocina, servilletas o pañuelos de papel.

Cada bobina saliente de la máquina papelera se identifica con su propio código a la salida de la máquina de papel, de modo que puedan rastrearse los datos relevantes del historial de producción. Este código es generalmente de tipo numérico y comprende hasta doce dígitos. Sin embargo, en la actualidad, no se conoce ningún sistema de trazabilidad de papel tisú que permita identificar la calidad del mismo en cualquier punto a lo largo de la bobina. Es necesario destacar que la máquina papelera trabaja en torno a velocidades de 2000 m/min y que el bobinado se realiza a 1500 m/min. Por otro lado, la velocidad de las líneas de conversión es de 600 m/min. Las condiciones de proceso hacen que la tensión del papel sea diferente en ambas etapas, con lo cual se pierde la trazabilidad de posibles defectos existentes (metro exacto en el que se ha producido) y de la calidad del papel a lo largo de la bobina.

El hecho de que no exista un sistema de trazabilidad específico para el papel tisú de cada bobina conlleva una serie de inconvenientes, de entre los que cabe destacar los siguientes:

- En la actualidad, los datos importantes de proceso y parámetros de calidad medidos en la máquina de papel se asocian únicamente al código de la bobina, pero no pueden ser trasmitidos directamente a las líneas de conversión para adecuar los parámetros de las mismas a la calidad del papel que se está procesando.

- Las perforaciones del papel generadas en la máquina papelera pueden producir roturas en algún lugar de la línea de conversión, provocando paradas no planificadas. Estas paradas son costosas en términos de tiempo, energía, y eficiencia del proceso.

- Los problemas asociados a la ausencia de un dispositivo que permita realizar el seguimiento detallado del producto se traducen en altos costes para la empresa papelera.

Asimismo, debido a la naturaleza del material y del procesado, es necesario tener precauciones de seguridad adicionales para evitar problemas derivados de la generación de humos al actuar sobre el papel mediante un láser.

Se conocen en la actualidad algunos dispositivos para la trazabilidad de bobinas de papel, pero están enfocados a otros tipos de papeles, como el papel moneda, y no son trasladables al caso de papel tisú. Por ejemplo, la patente norteamericana US2008197972 describe un papel de seguridad que tiene una matriz de datos impresa o adjunta. La matriz de datos incluye un identificador único codificado para el papel de seguridad que puede ser leído por un escáner y comparado con un almacén de identificadores únicos para autenticar el billete de banco. Los datos de la matriz de datos pueden disponerse en capas, con una segunda capa que contiene más datos asociados con el billete de banco. Los datos en una o más capas se pueden cifrar usando diferentes algoritmos de cifrado por lo que diferentes partes pueden tener acceso a los datos en diferentes capas.

La solicitud internacional PCT con número de publicación WO2011026693A1 se refiere a un método para marcar defectos en una banda de material en movimiento, en particular una banda de papel, tisú o cartón, en el que la banda de material es monitoreada para detectar defectos relevantes. Dichos defectos son detectados y analizados mediante una unidad de control y análisis que acciona un dispositivo de marcado que marca la presencia de un defecto en la banda de material. El marcado de la banda de material se realiza mediante luz láser. Como se ve, en este método se produce un marcado posterior a la detección de un posible defecto, y sólo en ese caso.

La solicitud W02007122284 describe un método para proporcionar papel o cartón con una marca que no se puede repetir después de que el papel se haya separado de la máquina de papel y se haya secado. El marcado se realiza enfocando la energía láser en las fibras del material en la superficie de un objeto en forma de banda, o en todo su espesor. La invención también se refiere al papel o cartón marcado, que puede fabricarse mediante el método, o a un producto que se obtiene del mismo mediante un procesamiento posterior.

Como ya se ha mencionado, las velocidades propias del proceso, unidas a la fragilidad del material, constituyen una dificultad clave a la hora de desarrollar un Dispositivo de trazabilidad de bobinas de papel tisú.

La existencia de un sistema de trazabilidad específico para las bobinas de papel tisú permitiría las siguientes acciones ventajosas:

- Una localización en cualquier punto a lo largo de la bobina de defectos producidos en la máquina de papel, lo que permite actuar para evitar o disminuir roturas en las líneas de conversión.

- Una trazabilidad de la calidad del papel a lo largo de la bobina, dando lugar a una respuesta automática a las características del papel tisú que está procesando. - Una identificación de calidad en el producto final.

- Un proceso repetitivo y con garantías de trazabilidad.

- Eliminación de tareas poco ergonómicas y complejas derivadas de las roturas de papel en las líneas de conversión, con el consiguiente aumento de productividad por operario.

- Mayor conectividad entre el proceso de máquina de papel y las líneas de conversión.

Existe por tanto la necesidad de disponer de un Dispositivo de trazabilidad automática y dinámica de bobinas de papel tisú que permita superar las objeciones mencionadas.

Descripción de la invención

El objeto de la invención consiste en un dispositivo de trazabilidad automática y dinámica de bobinas de papel tisú que permite la creación de unos patrones de marcado automático en unos rollos de papel tisú, y la posterior visualization de dichos patrones de marcado.

El dispositivo es ¡nsertable en una línea de producción de papel tisú, más concretamente entre una máquina papelera y una máquina de conversión del papel, y comprende básicamente los siguientes elementos:

- un equipo de marcado, configurado para la realización de un marcado en la bobina de papel tisú saliente de la máquina papelera, preferentemente en un borde lateral de la bobina, sin afectar a la integridad del papel, donde dicho marcado consiste en un código de trazabilidad;

- un equipo de visualization, que permite una lectura automática del código de trazabilidad generado por el equipo de marcado; y

- un elemento controlador externo, vinculado al equipo de visualization y a las máquinas papelera y de conversión.

Con respecto al equipo de marcado, debido a las especiales características del papel tisú como su muy reducido grosor, son necesarios unos dispositivos y parámetros especiales que permitan realizar dicho marcado sin perforar o romper el papel. En su realización preferente, el equipo de marcado comprende un dispositivo láser de CO2 de alta resolución y unas lentes de larga distancia focal. El dispositivo láser permite realizar el marcado del papel tisú sin afectar a la integridad del papel. La distancia entre la banda de papel y el dispositivo láser, así como de la potencia de este último, en torno a los 100W, resultan parámetros clave para evitar la perforación del papel tisú.

Es necesario considerar que las altas velocidades de bobinado de la máquina papelera, de aproximadamente 1500 m/min, hacen necesario contar con un equipo que permita un tiempo de marcado reducido.

A su vez, el dispositivo de marcado láser va acompañado de las mencionadas lentes de larga distancia focal, que permiten un mareaje con muy alta precisión en áreas muy pequeñas. Esto facilita la posterior lectura del código de trazabilidad mediante el sistema de visión.

En su realización preferente, la operación de marcado mediante este equipo consiste en el grabado láser de un código alfanuméñeo en la banda de papel tisú, con un intervalo de repetición a cada metro, con el fin de poder asociar tanto la calidad del papel como la posible aparición de defectos a una posición determinada lo largo de toda la bobina. Dicho código permite posteriormente sincronizar los procesos de las máquina papelera y de conversión.

El código alfanuméñeo consiste preferentemente en un código binario basado en puntos y líneas. El marcado del código se realiza en el sentido longitudinal de la banda de papel, en el borde de la misma. Esta zona de marcado, preferentemente de una anchura entorno a 20mm, es eliminada posteriormente al ser cortada de la bobina de papel tisú durante el proceso de conversión.

El dispositivo de marcado láser va preferentemente acoplado en un soporte que garantiza el correcto marcado en el área prevista y el mantenimiento de la distancia óptima.

Con respecto al equipo de visualization, éste se dispone antes de la entrada del papel tisú ya marcado en la máquina de conversión, y está configurado para realizar una lectura del código insertado en el papel. Para ello, el equipo comprende una cámara lineal de alta velocidad dotada de una lente de visión, unos medios de iluminación y un módulo de control y sincronización del conjunto cámara-iluminación. Por último, el controlador externo está vinculado al equipo de visualization y a las máquinas papelera y de conversión, y comprende un equipo informático configurado para recibir y procesar las imágenes recogidas por el equipo de visualization, para posteriormente asociarlas a una base de datos donde consten los lotes de papel tisú, entre otros datos relevantes.

El controlador externo permite además realizar una correcta sincronización de los procesos de las máquinas papelera y de conversión, para evitar atascos, roturas, tensionados incorrectos de la bobina y otros problemas habituales. Así pues, los datos importantes de proceso y parámetros de calidad medidos se asocian al código de la bobina, y son trasmitidos por el controlador directamente a la máquina de conversión para adecuar los parámetros de ésta a la calidad del papel que se está procesando.

El dispositivo permite el marcado del papel tisú mediante un láser de CO2 y con velocidades de bobinado de la máquina papelera (1500 m/min) sin apreciarse perforación del papel. Posteriormente se han simulado, en condiciones de laboratorio, velocidades de conversión de 600 m/min y se ha obtenido una correcta visualization de las marcas realizadas en papel tisú.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción un juego de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una vista esquemática del Dispositivo de trazabilidad automática y dinámica de bobinas de papel tisú insertado en una línea de elaboración. Figura 2.- Muestra una bobina de papel tisú tras el marcado de un código alfanumérico en el lateral de la hoja.

Realización preferente de la invención

Seguidamente se proporciona, con ayuda de las figuras anteriormente referidas, una explicación detallada de un ejemplo de realización preferente del objeto de la presente invención.

El dispositivo de trazabilidad automática y dinámica de bobinas de papel tisú que se describe es insertable en una línea de producción de papel tisú, más concretamente entre una máquina papelera (1) y una máquina de conversión (2) de un rollo de papel (3) tisú procedente de la máquina papelera (1). La línea de producción comprende además unos rodillos tensores (4) dispuestos entre la máquina papelera (1) y la máquina de conversión (2) para modificar la tensión y la velocidad de circulación del rollo de papel (3) entre ambas máquinas (1 ,2).

El dispositivo permite la creación de un patrón de marcado automático en el rollo de papel (3) procedente de dicha máquina papelera (1), y la posterior visualization de dichos patrones de marcado, previa a su entrada en la máquina de conversión (2).

Para ello el dispositivo comprende un equipo de marcado (5), configurado para la realización de un marcado en el rollo de papel (3) saliente de la máquina papelera (1), un equipo de visualization (6), que permite una lectura automática del marcado generado por el sistema de marcado (5) en el rollo de papel (3), y un elemento controlador externo (7), vinculado al equipo de visualization (6) y a las máquinas papelera (1) y de conversión (2), como se ¡lustra esquemáticamente en la figura 1.

El equipo de marcado (5) comprende un dispositivo de marcado por láser y unas lentes de larga distancia focal. En esta realización preferente, el dispositivo de marcado por láser es del tipo CO2 de alta resolución y está acoplado en un soporte que garantiza el correcto marcado en el área prevista del rollo de papel (3) y el mantenimiento de la distancia óptima para impedir daños. Dicha distancia entre el dispositivo de marcado y el rollo de papel (3) es de 150 mm en la realización que aquí se describe.

A pesar de que dicha distancia de marcado está configurada para evitar daños en el rollo de papel (3), se contempla que el dispositivo de trazabilidad incorpore elementos para la extracción de humos.

Como se observa en la figura 2, el equipo de marcado (5) genera un marcado en un borde longitudinal del rollo de papel (3), el cual es posteriormente leído por el equipo de visualization (6) y eliminado en la máquina de conversión (2). En esta realización preferente, el marcado consiste en un código alfanumérico, más concretamente en un código binario basado en puntos y líneas.

Con respecto al equipo de visualization (6), éste se dispone antes de la entrada del rollo de papel (3), ya marcado por el equipo de marcado (5), en la máquina de conversión (2), y está configurado para realizar una lectura del código insertado en el papel. El equipo de visualization (6) comprende una cámara (8) lineal de alta velocidad dotada de una lente de visión, unos medios de iluminación (9) y un módulo de control y sincronización del conjunto cámara (8)-medios de iluminación (9).

En esta realización preferente, la visualization del marcado se realiza a 200 mm del rollo de papel (3).

Por último, el controlador externo (7) está vinculado al equipo de visualization (6) y a las máquinas papelera (1) y de conversión (2), y comprende un equipo informático configurado para recibir y procesar las imágenes recogidas por el equipo de visualization (6), para posteriormente asociarlas a una base de datos donde consten los lotes de rollos de papel (3) tisú, entre otros datos relevantes.

El controlador externo (7) permite además realizar una correcta sincronización de los procesos de las máquinas papelera (1) y de conversión (2), para evitar atascos, roturas, tensionados incorrectos del rollo de papel (3) y otros problemas habituales.