TITULO

DISPOSITIVO Y SISTEMA PARA MONITORIZAR UNA DEFORMACION DE UNA ESTANTERIA

CAMPO DE LA INVENCION

La invention pertenece al campo del mantenimiento y/o prevention en instalaciones industriales, mas concretamente se relaciona con los sistemas de monitorizacion de deformation de estructuras.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Actualmente, el metodo mas extendido para la monitorizacion del estado de una estanteria industrial es la inspection visual por parte de operarios de mantenimiento. Este metodo puede resultar adecuado en instalaciones industriales pequenas. En instalaciones de mayor superficie o con necesidad de monitorizacion continua, la inspection visual presenta importantes desventajas.

Los centres logisticos cuentan tipicamente con gran numero de estanterias. Cada estanteria se compone estructuralmente de puntales, diagonales y largueros. Adicionalmente, suele haber mecanismos para unir unas estanterias a otras, y estas al suelo. Una estanteria se ancla al suelo mediante tornilleria.

El puntal es uno de los elementos estructurales de las estanterias mas susceptible a sufrir danos de diferente indole. Es habitual que exista una cantidad grande de puntales en un centre logistico, incluso del orden de decenas de miles. La inspection visual se torna poco practica en entornos asi, puede requerir de varios operarios evaluando de forma periodica el estado de los puntales, Io que puede llevar varios dias e incluso una semana. No solamente es una tarea laboriosa, tambien es imprecisa. Existen danos que son dificilmente observables a simple vista. Bien porque son pequenas deformaciones, bien porque los objetos almacenados en la estanteria impiden la identification. Los errores humanos son frecuentes en este tipo de circunstancias. Ademas, esta inspection visual puede derivar en riesgos de seguridad para los inspectores, que deben estar en planta mientras las carretillas siguen operando o en perdidas productivas al tener que detener las mismas mientras dure la inspection.

Una fuente frecuente de danos en estanterias se debe a las colisiones originadas por carretillas en la carga y descarga de pales, que muchas veces pasan desapercibidas incluso por los mismos carretilleros. Asi, desde que se produce un dano hasta que es identificado, pueden transcurrir varios dias. Elio supone un riesgo para la integridad de la estanteria y la operativa del almacen.

Junto con los puntales, otros elementos estructurales de una estanteria pueden sufrir danos por exceso de carga, caidas de mercancia, etc. Esto complica la supervision y el mantenimiento. En general, las propuestas capaces de avisar de que se ha producido un impacto no cuantifican la deformation derivada del mismo y, de hacerlo, como las galgas extensiometricas, dan information muy localizada, Io que no resulta practice debido a la cantidad de cableado que supondria monitorizar la zona critica de un puntal.

En el estado de la tecnica tambien existen desarrollos basados en otras tecnologias. Cabe destacar ciertas propuestas que emplean imagenes captadas por camaras, algunas que emplean acelerometros u otras que se basan en fibra optica. Todas comparten ser mas rapidas que la inspection visual, pero adolecen de otros problemas. Por citar algunos, las camaras no serian capaces de cuantificar la magnitud del impacto. En cuanto a los acelerometros, si bien si son capaces de registrar la intensidad del golpe causado en el puntal, no dan information directa sobre la deformation que este ha sufrido a causa del golpe. Por otra parte, la integration de la fibra optica en un almacen presenta problemas en cuanto a la robustez frente a danos durante la operation (por ejemplo, si la fibra es rasgada). Una integration mas robusta, con segmentation de la fibra en diferentes tramos, requeriria una electronica de interpretation muy costosa.

Seria deseable una solution que remedie los inconvenientes existentes, que facilite una monitorizacion de manera efectiva, cuantificada, eficiente y en tiempo real, especialmente en entornos industriales, donde una actuation preventiva permite ahorrar importantes costes materiales, horas laborales, mejoras de productividad y trato con el cliente.

DESCRIPCION DE LA INVENCION Es objeto de la invention un dispositivo para monitorizar una deformation de una estanteria segun la reivindicacion independiente que se concibe a la vista de los problemas identificados. Realizaciones particulares de la invention se definen en las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con diversas realizaciones de la presente invention, se expone una solution mas economica que otras existentes mencionadas, que permite conocer de forma instantanea el estado de deformation de elementos de una estanteria, como los puntales, y que determina el grado de afectacion para cuantificar niveles de deformation de la estructura y, por ende, el estado de los puntales. Se aprovechan las propiedades de una tinta piezorresistiva, por ejemplo, una basada en grafeno u oxido de grafeno reducido, para disenar un dispositivo capaz de monitorizar de manera continua o con una frecuencia predeterminada, el estado de una estanteria y, responder instantaneamente a una deformation. Este tipo de monitorizacion se distribuye en multiples ubicaciones de interes que pueden ser debidamente monitorizadas.

En la presente invention, los terminos se usan con el significado conventional. No obstante, para mayor claridad y facilidad de comprension, se aportan las siguientes definiciones.

Por "grafeno" se entiende una familia de materiales con las caracteristicas de estar compuestos por una o hasta 10 capas de atomos de carbono unidos por enlaces covalentes del tipo sp ² formando una estructura de panal de abeja en el piano basal.

Por “oxido de grafeno reducido” se entiende grafeno con un porcentaje en oxigeno menor del 20% y mayor que el 1 % que ha sido producido siguiendo la ruta de oxidation-reduction del grafito.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

Las realizaciones de la presente invention se describen, solo a modo de ejemplo, en los dibujos adjuntos en los que los elementos similares estan numerados de la misma manera en las diversas Figuras:

Figs. 1A-1 D es una representation esquematica (no a escala) segun un diagrama estructural con algunas partes importantes del dispositivo. Fig. 1A sin deformation. Fig. 1 B con deformation. Fig. 1C vista transversal con pista conductora sin deformation. Fig. 1D vista longitudinal con pista conductora sin deformation.

Fig. 2 es una representation esquematica de una estanteria con el dispositive instalado.

Fig. 3 es una imagen real de una pegatina con la capa piezorresistiva vista frontalmente.

Fig. 4A es una representation esquematica del proceso de instalacion y funcionamiento.

Fig. 4B es un detalle de la parte electronica del dispositive.

Glosario de referencias numericas:

1 Estanteria.

2 Diagonal.

3 Horizontal.

4 Puntal.

5 Estante.

6 Anclaje.

10 Dispositive para monitorizar una deformation.

11 Capa piezorresistiva.

12 Sustrato.

13 Capa matriz aislante.

14 Capa protectora.

15 Estructura reticular conductora.

16 Pista conductora.

17 llnidad de comunicaciones.

18 llnidad de medida de la resistividad.

19 Conversor ADC.

20 Unidad de comunicaciones externa.

21 Interfaz grafica.

22 Unidad de proceso.

23 Amplificador.

DESCRIPCION DE MODOS DE REALIZACION Con referenda a las figuras anteriores, sin caracter limitativo, se presentan diversas realizadones de la invention para una mejor comprension.

Las Figs. 1A-1 B muestran la estructura interna de una parte del dispositivo 10 sin y con deformacion segun una realizacion (sin pistas conductoras). El dispositivo 10 se instala sobre una superficie para monitorizar si esta se deforma. Por ejemplo, se instala mediante unos medios de anclaje (adhesivo, sujecion mecanica con tornillos, herrajes, etc) para que la deformacion experimentada por la pieza o estructura sea trasladada al dispositivo 10.

El dispositivo 10 incluye una capa piezorresistiva 11 generada a partir de una capa matriz 13, de material aislante electrico, (por ejemplo, resina no conductora) en la que estan dispersas unas particulas conductoras 15 (por ejemplo, basada en grafeno) generando una red porosa con propiedades tambien conductoras. Esto da lugar a caminos conductores que cambian con la deformacion, siendo este el principio de funcionamiento del presente dispositivo 10. La capa piezorresistiva 11 se apoya sobre un sustrato 12 y esta conectada a la electronica encargada de interpretar la serial que la capa piezorresistiva 11 genera, y de transmitirla a una unidad de comunicaciones externa 20.

En una realizacion, la capa piezorresistiva 11 , se puede crear mezclando particulas conductoras (por ejemplo, grafeno u oxido de grafeno), mediante proceso de cizalla a altas revoluciones sobre un primer componente A de la resina que compone la capa matriz 13. Despues se mezcla un segundo componente B, tai que la viscosidad de la capa piezorresistiva 11 es menor de 1000 Pa s y se obtienen resistividades menores de 3.6 MQ/D para espesores de 100 .m, medida con Vermason® con el metodo de las 4 puntas y habiendo aplicado una pintura con grafeno u oxido de grafeno sobre el sustrato 12 mediante tecnica de serigrafia, inyeccion de tinta (inkjet), por espray o tecnicas similares que permitan controlar la cantidad de material depositado y la geometria de la capa piezorresistiva.

Asi, se obtiene una red porosa de particulas conductoras (grafeno) 15 en la capa piezorresistiva 11. Es porosa puesto que internamente, en la capa piezorresistiva 11 existen huecos entre las diferentes particulas conductoras que se amplifican o se reducen en funcion de la deformacion que sufra el conjunto. Esto tiene como consecuencia un cambio en la resistencia electrica de la capa piezorresistiva 11 , del que se puede derivar la deformacion que esta ha sufrido. Con medios electronicos se puede medir y enviar informaton al respecto. Estos aspectos se discuten mas adelante. La capa piezorresistiva 11 puede disenarse segun diferentes dimensiones. Generalmente, se caracteriza por un espesor de 20 a 500 micras, preferiblemente entre 60 y 200 micras, dependiendo de la conductividad deseada en la aplicacion y una longitud de entre 2000 mm y 50 mm, preferiblemente entre 1500 mm y 200 mm y un ancho entre 1 mm y 100 mm, preferiblemente entre 15 mm y 50 mm. La longitud y el ancho se pueden modificar segun la geometria de la estructura a analizar. La capa matriz 13 se comporta como aislante electrico, con resistividades por encima de los miles de M m.

El substrato 12 se puede crear con un polimero plastico flexible con su cara exterior adhesiva para sujetarse, como una pegatina, a la estructura cuya deforma on se desea monitorizar. Son materiales aptos para el sustrato 12: acetato, polivinilo, polietileno, tereftalado de polietileno, poliimida, polyester, como ejemplo. El substrato 12 tambien puede generarse mediante la deposition de una capa previa de un material aislante, cuya aplicacion sea previa a la aplicacion de la formulation para la capa piezorresistiva 11.

Las Figs. 1C-1 D muestran dos vistas de la estructura interna de una parte del dispositive sin deformation segun una realization del dispositive 10 que incluye unas pistas conductoras 16 de conductividad mayor a la capa piezorresistiva 11 (p.ej. plata, cobre) que permiten medir la conductividad de la capa piezorresistiva 11. La conductividad de la pista conductora es menor de 30 rnQ/D para una capa de 25 .m medido segun el metodo de las 4 puntas. En las Figs. 1C-1 D se incluye esquema de conexion entre capa piezorresistiva y capa conductora.

En ausencia de deformation, el dispositive 10 proporciona una lectura de resistividad basada en la percolation de las particulas conductoras 15 dispersas en la capa matriz 13 de material aislante que conforma la capa piezorresistiva 11. Para ello, el dispositive 10 cuenta con una electronica de medida e interpretation.

Cuando la superficie a analizar se somete a una deformation, la capa piezorresistiva 11 se deforma igualmente y esa deformation se traduce en un cambio en el contacto de las particulas conductoras 15 que forman una red porosa en el interior de la capa matriz 13 de material aislante, incrementandose o reduciendose la resistividad segun el tipo de deformation. La Fig. 2 represents esquematicamente la estructura tipica de una estanteria 1 en un entorno industrial donde el dispositive 10 se ha instalado en dos de sus puntales 4. La estanteria 1 cuenta con elementos de refuerzo como las horizontales 3 y las diagonales 2. La estanteria 1 se une al suelo mediante una placa base 6 con tornillos. El dispositive 10 se puede instalar en las horizontales 3 y las diagonales 2 si se desea. Tambien, bajo el estante 5.

Se puede asi desplegar un sistema de monitorizacion con multiples dispositivos 10, una unidad de comunicaciones externa 20 y una interfaz grafica 21 para vigilar la deformation de diversas estanterias 1 y/o varias partes de una misma estanteria 1. Si se detecta deformation en una zona de la estanteria 1 monitorizada por un dispositive 10 concrete, dicho dispositive 10 genera un mensaje que se envia, preferiblemente de forma inalambrica, a la unidad de comunicaciones externa 20, y que puede ser mostrado en la interfaz grafica 21 que revisa un operario.

La Fig. 3 muestra una imagen frontal de una capa piezorresistiva 11 donde se aprecia tambien una estructura de pistas conductoras 16. Las pistas conductoras 16, por ejemplo, pueden realizarse con tinta de plata. Tambien se aprecia como la capa piezorresistiva 11 se colocaria longitudinalmente, por ejemplo, en un puntal de una estanteria, mediante un adhesivo. En esta figura, la capa protectora no se aprecia en la vista frontal, al ser translucida.

La Fig. 4A muestra esquematicamente el proceso de instalacion y funcionamiento del dispositive 10. Cuando se produce una deformation en el puntal 4, el dispositive 10 detecta, mediante una unidad de medida 18, un cambio de resistividad (o conductividad) en la capa piezorresistiva 11 (replica la deformation del puntal) y produce un mensaje con una unidad de proceso 22 que se comunica mediante una unidad de comunicaciones 17 a una unidad de comunicacion externa 20, por ejemplo, un router, pasarela, servidor o similar, en una ubicacion rem ota.

Una interfaz grafica 21 , por ejemplo, un ordenador, un terminal movil o similar, muestra information del estado de la estanteria al operario de mantenimiento. La comunicacion entre elementos es preferiblemente inalambrica (p.ej, basada en Zigbee), pudiendo ser tambien cableada. En el caso de la solution inalambrica, los datos son recogidos por una pasarela central que se encarga de enviarlos con un protocolo determinado (p.ej, protocolo MQTT), a una base de datos de series temporales para su posterior procesamiento y visualization. La unidad de medida 18 se compone de un amplificador, que amplifica la serial analogica de resistencia electrica de la capa piezorresistiva y un convertidor analogico digital, que convierte la serial analogica de resistencia electrica de la capa piezorresistiva 11 en una serial digital. Dicha serial digital es recogida por la unidad de proceso 22, que la lee y la transmite a la unidad de comunicaciones 17.

Cuando la capa piezorresistiva 11 tenga valores de resistencia superficial menores de 700 k /D, seria necesario incluir un apantallamiento electromagnetico de la unidad de medida 18 para evitar interferencias y ruido indeseado que afecte a la serial que se desea medir.

Junto con el cambio de resistividad detectado tambien se incluye en el mensaje information relativa a identification de la estanteria e incluso del elemento concrete donde se instala, util en el caso de existan varios dispositivos por estanteria. Se pueden definir varios niveles de afectacion. Generalmente, con tres niveles se pueden gestionar adecuadamente las incidencias y el mantenimiento requerido en la mayoria de situaciones. Por ejemplo, un nivel leve si la deformation es menor a 5 mm; un nivel medio si la deformation esta entre 5 mm y 10 mm; un nivel grave si la deformation es mayor a 10 mm. Naturalmente, tanto el numero de niveles como los intervalos pueden ser configurados para adaptarse a diferentes entornos.

El dispositive 10 se coloca sobre la superficie a analizar por medio de un anclaje, por ejemplo una capa adhesiva en una cara del sustrato 12. Ademas, como option, el conjunto de capas se puede encapsular con una capa protectora 14 que sella y aporta aislamiento electrico y/o caracter hidrofobo al dispositive 10 (o a parte del mismo), y protection a la humedad y agentes externos. Cabe destacar adicionalmente que, como resultado de la aplicacion de la capa protectora, se protege al sensor frente a las vibraciones producidas por los impactos, haciendo mas robusto el dispositive 10. Con la capa protectora 14 se protege del impacto y se transmite la deformation, sin por ello perder sensibilidad de medida.

En la FIG. 4B se ilustra un ejemplo de implementation con circuitos comerciales de la unidad de medida 18 encargada de medir variaciones en la resistividad de la capa piezorresistiva cuya estructura esta mostrada en figuras previas.

Se aprecia un amplificador 23 (por ejemplo, puente de Wheatstone) que amplifica la serial analogica de resistencia electrica de la capa piezorresistiva, un convertidor analogico digital 19 (por ejemplo, ADS1115) que convierte la serial analogica de resistencia electrica de la capa piezorresistiva en una serial digital para que una unidad de proceso 22, (por ejemplo, un microcontrolador Arduino) procese las senales digitales y produzca un mensaje con datos acerca del nivel asociado a la variaton de resistencia medida, el identificador de la estanteria, etc,. Estos datos se pueden transmitir inalambricamente por una unidad de comunicaciones 17 (por ejemplo, una tarjeta XBee).

No ha de considerarse que la presente invention se limita a las realizaciones particulares aqui descritas, sino que viene determinado por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.