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Title:
METHOD AND DEVICE FOR NON-DESTRUCTIVELY MEASURING THE DENSITY OF CERAMIC TILES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/018463
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and device for non-destructively measuring the density of ceramic tiles. The inventive method consists in: generating a beam of X-rays with a known intensity I0 which are incident on the ceramic part (3) to be tested; detecting the intensity I of the X-rays which pass through the ceramic part (3); measuring the thickness e of the tile and obtaining the density thereof from I, I0 and e. Subsequently, the X-ray beam is scanned in order to obtain the density of a plurality of points on the ceramic part (3) and a density map is generated. In addition, a map of the thickness e of the points at which the density was obtained can be produced. The inventive device comprises means for performing said method.

Inventors:
FELIU MINGARRO CARLOS (ES)
CANTAVELLA SOLER VICENTE (ES)
AMOROS ALBARO JOSE LUIS (ES)
LLORENS MESADO DOMINGO TOMAS (ES)
Application Number:
PCT/ES2005/000397
Publication Date:
February 23, 2006
Filing Date:
July 14, 2005
Export Citation:
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Assignee:
INVEST DE LAS IND CERAMICAS A (ES)
FELIU MINGARRO CARLOS (ES)
CANTAVELLA SOLER VICENTE (ES)
AMOROS ALBARO JOSE LUIS (ES)
LLORENS MESADO DOMINGO TOMAS (ES)
International Classes:
G01N9/24; B21D43/12
Foreign References:
JPH03162646A1991-07-12
JPH055690A1993-01-14
DE29706476U11998-03-19
US6492641B12002-12-10
JPS60236052A1985-11-22
EP0396283A21990-11-07
Attorney, Agent or Firm:
Ungría, López Javier (Madrid, ES)
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Description:
MÉTODO Y APARATO NO DESTRUCTIVO PARA LA MEDIDA DE LA DENSIDAD EN BALDOSAS CERÁMICAS OBJETO DE LA INVENCIÓN La presente invención tiene por objeto proporcionar un método y aparato que permite realizar la medida de la densidad aparente de baldosas cerámicas en tiempo real y todo ello sin efectuar procesos destructivos, como cortes o similares, sobre las baldosas. Es otro objeto de la invención el realizar la medida no destructiva de la densidad aparente de una pluralidad de puntos de la baldosa, de modo que permite obtener un mapa de la densidad de dicha baldosa; todo ello para optimizar cualquiera de los procesos empleados en la fabricación de baldosas, como son los procesos en los que se emplean prensas hidráulicas para realizar el prensado de un polvo, extrusión de una masa plástica o moldeo. La invención se aplica en el sector de la industria de fabricación de piezas de pavimento y revestimiento cerámicos. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Cualquiera de los procedimientos de fabricación de baldosas empleados en el estado actual de la técnica no garantizan una distribución uniforme de la densidad de la baldosa, lo que determina una posible causa de defectos que aparecen tras la cocción, como es la falta de ortogonalidad o la variación de medidas. Por ello en la actualidad se realizan medidas de la densidad aparente de las baldosas para tratar de paliar estos posibles inconvenientes, para lo que son conocidos diferentes sistemas, entre los que el más empleado consiste en el análisis de probetas obtenidas por cortes de la pieza que se examina. Cada una de las probetas en que se ha dividido la pieza se pesa en una balanza electrónica, se sumerge en un baño de mercurio, para medir la fuerza de empuje por el principio de Arquímedes y, finalmente se determina la densidad como el cociente de masa/volumen. En este sentido puede citarse la Patente P 9902849 que describe un sistema que se basa en el empleo de la inmersión de la pieza en mercurio, o la Patente US 4766964 que describe un dispositivo de medida de la masa de una pieza y de su volumen, éste último determinado a partir de la masa desalojada cuando la pieza se introduce en un recipiente lleno de un material que puede fluir. •Estos sistemas presentan el inconveniente de que es necesario realizar el corte de la pieza lo que relentiza la realización de la medida, a parte de que se pierde dicha pieza, y sobre todo, la toxicidad implícita en la utilización del mercurio empleado para realizar el baño de inmersión de la pieza cerámica. También puede citarse la Patente P 9702478 en la que se describe un procedimiento y dispositivo basado en el empleo de ultrasonidos, o la Patente P 8904265 en la que se describe un procedimiento y equipo que hace uso de la medida de la presión de prensado para estimar y corregir la densidad, o la Patente US 6492641 que describe un método y aparato basados en la absorción de radiación γ emitida por una fuente radioactiva, que se aplica especialmente a asfaltos y probetas de geometría cilindrica. Estos métodos presentan diferencias significativas respecto al método y aparato propuestos en la presente invención, que se basan en principio de funcionamiento distintos, no aplicabilidad -a baldosas cerámicas, no permiten la obtención de un mapa de densidad y tienen mayor complejidad, respecto a los documentos de Patentes citados anteriormente. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Para conseguir los objetivos y resolver los inconvenientes anteriormente indicados, la invención ha desarrollado un nuevo método y aparato que permite obtener la densidad aparente de la pieza cerámica, como por ejemplo puede ser una baldosa, sin que se requiera realizar la destrucción o corte de la baldosa. La medida se obtiene a partir de la generación de rayos X. Para ello el procedimiento de la invención comprende generar un haz de rayos X con una intensidad conocida el cual incide sobre la pieza cerámica a controlar atravesando la misma, y a continuación se detecta la intensidad del haz de rayos X que atraviesa la pieza cerámica y se mide el espesor de la pieza cerámica, para obtener la densidad de la pieza cerámica a partir de la intensidad del haz de rayos X emitido, de la intensidad del haz de los rayos detectados que atraviesan la pieza cerámica y de su espesor. En consecuencia, la densidad de la pieza cerámica es función de la atenuación que sufre el haz al atravesarla y de su espesor. La densidad de la pieza cerámica se obtiene de la ecuación de Lambert-Beer:

-ln— = pμe

Donde I0 es la intensidad conocida del haz de rayos X que se genera, / es la intensidad de haz de rayos X que atraviesa la pieza cerámica, μ es el coeficiente de absorción de rayos X de la pieza cerámica, p la densidad aparente que se desea calcular y e el espesor de la pieza cerámica. Por consiguiente la densidad aparente es:

-In--. p= ^1- μe El procedimiento de la invención prevé la realización de un barrido del haz de rayos X de forma que en base a la descripción realizada anteriormente obtiene la densidad de una pluralidad de puntos de la pieza cerámica y genera un mapa de la densidad de dicha pieza cerámica con una resolución de al menos mil puntos por cada pieza cerámica lo que constituye una gran ventaja frente a los documentos citados en el apartado anterior en los que no se pueden realizar más de treinta medidas de la densidad en una misma pieza cerámica. El procedimiento de la invención también prevé la posibilidad de obtener un mapa del espesor de la pieza cerámica, ya que se requiere realizar la medida de dicho espesor en cada punto para obtener su densidad. Una realización de la invención prevé que el barrido del haz de rayos X realizado para obtener la densidad de una pluralidad de puntos de la pieza cerámica, se efectúe mediante el movimiento de la pieza cerámica, y todo ello manteniendo inalterable la posición de la generación del haz de rayos X, así como la posición de la recepción de dicho haz de rayos X que atraviesa el espesor de la pieza cerámica. En otra realización de la invención se prevé que el barrido del haz de rayos X para obtener la densidad de una pluralidad de puntos de la pieza cerámica se efectúe mediante el movimiento de la posición de la generación del haz de rayos X y mediante el movimiento simultáneo de la posición de la recepción del haz de rayos X que atraviesa el espesor de la pieza cerámica. Por último el procedimiento de la invención prevé que al realizarse el barrido del haz de rayos X para obtener la densidad de una pluralidad de puntos de la pieza cerámica se realice mediante una pluralidad de puntos de detección del haz de rayos X que atraviesa el espesor de la pieza cerámica; que se mantienen en una posición fija, y simultáneamente se realiza la generación de un barrido del haz de rayos X coincidente con los puntos de detección. Además la invención se refiere a un aparato que funciona según el procedimiento descrito, para lo que éste comprende medios de generación de un haz de rayos X con una intensidad conocida para proyectar el haz de rayos X sobre la pieza cerámica, medios de detección de la intensidad del haz de rayos X que atraviesa la pieza cerámica, medios de medida del espesor de la pieza cerámica y medios de procesado que gobiernan el funcionamiento del aparato y obtienen la densidad de la pieza cerámica en función de la intensidad del haz del rayos X emitido, de la intensidad del haz de rayos X detectado y del espesor de la pieza cerámica. Además, el aparato de la invención comprende medios de medida de la densidad de la pieza cerámica en una pluralidad de puntos, medios de obtención de un mapa de la densidad de dicha pluralidad de puntos y medios de obtención de un mapa del espesor. Los medios de medida de la densidad de la pieza cerámica en una pluralidad de puntos, que comprendan medios de generación de un barrido del haz de rayos X que en una realización de la invención están constituidos por medios de desplazamiento de los medios de generación del haz de rayos X y simultáneamente de desplazamiento de los medios de detección de la intensidad del haz de rayos X que atraviesan el espesor de la pieza cerámica, tanto en sentido vertical como en sentido horizontal. Otra realización de la invención prevé que los medios de generación del barrido del haz de rayos X para realizar la medida de la densidad de la pieza cerámica en una pluralidad de puntos estén constituidos por medios de desplazamiento de la pieza cerámica en sentido vertical y horizontal, manteniéndose inalterable la posición de los medios de generación del haz de rayos X y de los medios de detección de la intensidad del haz de los rayos X que atraviesa el espesor de la pieza cerámica. Para realizar el barrido del haz de rayos X, la realización preferente de la invención emplea los medios de desplazamiento horizontal y vertical de la pieza cerámica comprenden un chasis en el que está montado un bastidor móvil que se desplaza verticalmente mediante una correa dentada accionada por un servomotor gobernado por los medios de procesado, incluyendo además el bastidor móvil al menos una correa dentada al menos una correa dentada horizontal en la que apoya la pieza cerámica. En la realización preferente de la invención se prevén tres correas dentadas horizontales que son actuadas simultáneamente mediante un servomotor, que igualmente es gobernado por los medios de procesado. Los medios de generación del haz de rayos X están constituidos por un tubo de generación de rayos X con fuente de alimentación integrada y controlada por los medios de procesado para conocer la intensidad de emisión de los rayos X. Además, la invención prevé que los medios de generación del barrido del haz de rayos X estén constituidos por un tubo de generación de rayos X dotado de medios de barrido. Respecto a los medios de detección de la intensidad del haz de rayos X que atraviesan la pieza cerámica comprenden al menos un sensor de rayos X. La invención prevé la posibilidad de emplear una pluralidad de sensores de rayos X que están seleccionados entre sensores de medida puntual, lineal, matricial y combinaciones de los mismos en función de los medios empleados para realizar el barrido de rayos X. Los medios de medida del espesor de la pieza cerámica son telémetros ópticos basados en la generación de rayos láser de forma que la invención prevé que éstos puedan estar constituidos mediante generadores de rayos láser puntuales, lineales, de barrido, y combinación de los mismos, en función de los medios empleados para efectuar el barrido del haz de rayos X en la medida de la densidad aparente en un punto o en una pluralidad de puntos. Dado que la invención basa la medida en el empleo de rayos X, el aparato incluye un blindaje para evitar fugas de la radiación del haz de los rayos X. El método y aparato descritos tienen la ventaja de que permiten realizar el análisis de la densidad aparente a una mayor velocidad en tiempo real permitiendo obtener el mapa de la densidad aparente y el mapa del espesor con una alta resolución, y todo ello sin utilizar materiales tóxicos ni destruir la pieza cerámica sobre la que se realiza la medida. A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención. BREVE ENUNCIADO DE LAS FIGURAS Figura 1.- Muestra un diagrama esquemático de un posible ejemplo de realización del aparato de la invención. Figura 2.- Muestra un posible ejemplo de realización del aparato de la invención para realizar el barrido del haz de rayos X mediante el movimiento de la pieza cerámica y así obtener un mapa de la densidad aparente de la misma. DESCRIPCIÓN DE LA FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA A continuación se realiza una descripción de la invención basada en las figuras anteriormente comentadas. El aparato de la invención cuenta con un tubo generador de rayos X 1 que es gobernado mediante un procesador 7 para generar un haz de rayos X 2 con una intensidad I0 conocida que atraviesa el espesor e de una pieza cerámica 3, que en el ejemplo de realización es una baldosa, de la que se desea obtener su densidad, de forma que el haz de rayos X 2a que atraviesa la baldosa 3 es detectado mediante un sensor de rayos X 5 que capta su intensidad I , y mediante un amplificador 6 se aplica al procesador 7, el cual determina la atenuación que sufre el haz de rayos X al atravesar el espesor de la baldosa 3, para poder calcular la densidad de la baldosa 3 tal y como será descrito con posterioridad. Además, para determinar la densidad de la baldosa, el procesador 7 ha de conocer su espesor e, para lo que la invención prevé unos telémetros láser 8 y 9 cuyas señales obtenidas se envían al procesador 7. A partir de estos datos el procesador 7 calcula la densidad de la pieza cerámica o baldosa 3 en el punto en el que incide el haz de rayos X 2, a partir de la aplicación de la ecuación de Lambert-Beer que fue descrita en el apartado de descripción de la invención, en la que la expresión -In—

representa la atenuación que sufre el haz de rayos X al atravesar el espesor e de la pieza cerámica 3. Para impedir las fugas de la radiación emitida por el generador de rayos X 1 se prevé un blindaje de seguridad 10 que realiza esta función. La descripción realizada enseña como efectuar la medida de la densidad aparente de un punto de la pieza cerámica 3, pero la invención está especialmente concebida para llevar a cabo una pluralidad de medidas de la densidad aparente en diferentes puntos de la pieza cerámica 3, para lo se ha de realizar un barrido del haz de rayos X que incida sobre diferentes puntos de la pieza cerámica, para lo que la invención realiza el desplazamiento de la pieza cerámica mediante unas bandas transportadoras 4 que efectúan el desplazamiento tanto horizontal como vertical de la pieza cerámica 3, cuyo funcionamiento se explica a continuación con ayuda de la figura 2. Para ello la invención comprende un chasis 11 que está dotado de unas guías 12, en las que se guía el desplazamiento vertical de un bastidor móvil 13, para lo que éste comprende unos rodamientos lineales de recirculación de bolas 14 por cuyo interior discurren las guías 12 que están materializadas mediante barras de acero cromado. Para conseguir el desplazamiento vertical del bastidor móvil 13, éste está unido a una correa dentada 4a que está anclada al chasis 11 mediante unas poleas 16, la superior de las cuales es movida por un servomotor 15 que es gobernado por el procesador 7, de forma que al encontrarse la baldosa 3 ubicada en el bastidor móvil 13 se produce el desplazamiento vertical de la misma según un desplazamiento de vaivén. Para obtenerse el desplazamiento horizontal de la baldosa 3, el bastidor móvil 13 está dotado de unos ejes giratorios 17 dotados de rodamientos radiales 18 que atraviesan el bastidor móvil 13. A su vez los ejes giratorios 17 mueven unas correas dentadas paralelas 4b y 4c en las que apoya la superficie de la pieza cerámica 3, y su canto apoya sobre una correa dentada 4d que es movida simultáneamente junto con las correas dentadas 4b y 4c, para lo que está relacionada con éstas mediante un reenvío de engranajes de 90° 20 que conecta con los ejes 17, uno de los cuales está unido a un servomotor 19 que es gobernado por el procesador 7, de forma que la velocidad lineal de la correa dentada 4d es igual a la velocidad lineal de las correas dentadas 4b y 4c para conseguir el desplazamiento uniforme según un movimiento de vaivén a izquierda y derecha gobernado por el procesador 7. En base a la descripción realizada se comprende fácilmente que manteniendo el tubo 1, el sensor 5 y los telémetros ópticos 8 y 9 fijos en el chasis 11, se puede realizar el barrido de haces de rayos X sobre la totalidad de la pieza cerámica 3, par lo que el procesador 7 gobierna la generación de rayos X al realizar el desplazamiento de la baldosa sobre los diferentes puntos y obtenga un mapa de la densidad aparente y del espesor de la baldosa 3, con una alta resolución, de varios miles de medidas a lo largo y ancho de toda la pieza cerámica 3. Tal y como ya fue expresado en el apartado de descripción de la invención, también cabe la posibilidad de que se mantenga la baldosa 3 estática y desplazando los elementos de medida, o mantener estáticas todas las partes: la pieza cerámica 3, los sensores 5 y el tubo generador de rayos X 1, realizando un barrido de la baldosa 3, para ello únicamente hay que instalar sensores 5 de medida puntual, lineal o matricial sin que ello modifique la esencia de la invención para realizar la medida de la densidad aparente a partir, de la atenuación y espesor tomando como base técnicas radiológicas y de telemetría óptica.