ES2263307B1 - Procedimiento de diagnostico de la calidad, en bloques de roca ornamental de grandes dimensiones y dispositivos para su puesta en practica. - Google Patents
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Abstract
El objeto de esta Patente es un "Procedimiento de diagnóstico de la calidad, en bloques de roca ornamental de grandes dimensiones, y dispositivos para su puesta en práctica" cuyo uso principal aparece explícito en el propio enunciado de la invención. El procedimiento reivindicado integra tres técnicas de inspección, aplicables sucesivamente, que responden a precisiones crecientes en el diagnóstico, y establecer una pauta de actuación para saber si el bloque puede ser cortado en telares, o si debe ser considerado como rechazable para su procesado, complementando la etapa de diagnosis primaria con una inspección más minuciosa, mediante la realización de tomografías ultrasónicas para la localización de las fracturas y en su caso, su orientación, a partir de la propagación de señales en diferentes puntos de un mallado practicado en la superficie de sus caras y el procesado digital de las mismas.
Description
Procedimiento de diagnóstico de la calidad, en
bloques de roca ornamental de grandes dimensiones, y dispositivos
para su puesta en práctica.
El objeto al cual se refiere la invención que
se protege en esta Patente, consiste en un "Procedimiento de
diagnóstico de la calidad, en bloques de roca ornamental de grandes
dimensiones y dispositivo para su puesta en práctica".
Uno de los mayores problemas para las canteras
y las factorías de procesado de roca ornamental, radica en el hecho
de que la percepción de si un bloque es útil o no para su corte
mecanizado, es subjetiva, sujeta a la experiencia del operario y
lleva frecuentemente asociado un error en su diagnóstico. De
hecho, un bloque puede tener una apariencia externa buena,
presuponiendo la inexistencia de discontinuidades en su interior y,
sin embargo, que posteriormente, al cortarlo en los telares para
obtener tablas y baldosas, se encuentren discontinuidades
(fisuras, coqueras, grietas) que impidan su aprovechamiento con
fines estéticos (recubrimiento), con inevitable pérdida del coste
de la operación y de material, riesgo para el operario y
posibilidad de rotura del hilo de corte. Por ello, el procedimiento
reivindicado se aplica preferencialmente a bloques "de grandes
dimensiones" en los que un diagnóstico erróneo de su calidad,
originaría mayores pérdidas.
Si bien es cierto que la aplicación de métodos
no destructivos mediante ultrasonidos es una práctica extendida
para piedra natural, no existe un procedimiento sistemático de
diagnóstico de bloques de roca ornamental.
El método rudimentario empleado por los
canteros para conocer si un bloque de roca está fracturado
internamente, consiste en que el operario recorre la superficie de
las caras golpeándolas puntualmente con una maceta de cantero y
poniendo la otra mano a unos 20-30 cm. de la zona
del golpeo. Atendiendo al sonido del impacto y la vibración que
siente en su mano, dictamina el estado de esa zona y de la
presencia o no de defectos en su interior. Los sonidos graves
(sordos) y que se atenúan enseguida indican una mala calidad o la
presencia de fractura interna. La aparición de frecuencias muy
altas, puede ser indicativo de la presencia de delaminaciones
cercanas a la superficie. El método no conlleva ninguna tecnología
asociada, es subjetivo y su fiabilidad depende del entrenamiento
del
operario.
operario.
Dentro de la aplicación en roca ornamental, una
de las técnicas conocidas que más se ajusta a la diagnosis de
bloques, consiste en el análisis de ondas sónicas recogidas en
sensores piezoeléctricos. Esta técnica permite analizar la calidad
del bloque a través de unas pocas mediciones de la velocidad del
sonido en la misma dirección, pero en puntos de dos caras opuestas
del bloque. La disminución de la velocidad en un punto, indica la
presencia de un fallo entre el punto emisor y el receptor, de modo
que cuanto mayor sea el mallado, es decir, el número de puntos de
medida, el método será más preciso; pero no establece una pauta
para realizar ese mallado atendiendo a las dimensiones del bloque,
para conseguir una óptima resolución, por lo que no permite obtener
una valoración que identifique y localice los defectos en los
bloques de roca.
La finalidad de la invención que constituye el
objeto de esta Patente, consiste en el desarrollo de un
procedimiento de diagnóstico de calidad en bloques de roca
ornamental, compuesto de tres etapas de inspección, aplicables
sucesivamente, que responden a precisiones crecientes en el
diagnóstico, así como establecer una pauta de actuación para
determinar si el bloque puede ser cortado en telares, o si debe ser
considerado como rechazable para su proce-
sado.
sado.
Las etapas segunda y tercera complementan la
etapa de diagnósis primaria con una inspección más minuciosa,
mediante la realización de tomografías ultrasónicas para la
localización de las fracturas y en su caso, su orientación, a
partir de la propagación de señales en diferentes puntos de un
mallado practicado en la superficie de sus caras y el procesado
digital de las mismas.
La secuencia del procedimiento puede ser
detenida en la primera de las etapas sucesivas en la que se alcance
un diagnóstico de calidad del bloque, suficientemente seguro.
Hay que tener en cuenta determinadas
características del bloque porque inciden en la precisión del
procedimiento, como son su forma o descuadre y el aspecto de sus
caras, que deberán presentarse lisas, paralelas y limpias.
Un acoplamiento eficaz entre los sensores y el
bloque, permite la obtención de mejores tomografías, para lo cual
se requiere que dicho acoplamiento sea lo más uniforme posible en
todas las medidas.
\newpage
Las tres etapas de diagnóstico comprendidas en
el procedimiento reivindicado, son las siguientes:
1ª
Etapa
Comprende esencialmente las siguientes
operaciones, realizadas con la misma secuencia con que se describen
de forma sintética:
- \ding{226}
- Situar un sensor en el centro geométrico de la cara donde se golpea con el martillo y sendos receptores en el centro geométrico de las otras caras accesibles.
- \ding{226}
- Golpear con un martillo en un punto cercano al sensor de esa cara.
- \ding{226}
- Introducir en un ordenador las señales llegadas a cada canal.
- \ding{226}
- Introducir en el ordenador parámetros intrínsecos del bloque (dimensiones, tipo de roca ornamental) y de posición de los sensores respecto del punto del impacto.
- \ding{226}
- Activar el algoritmo de clasificación, utilizando la información obtenida en las operaciones anteriores.
- \ding{226}
- Diagnosticar el estado del bloque, atendiendo a la menor desviación de los parámetros respecto de los vectores de parámetros correspondientes al tipo de roca, operación que realiza el algoritmo de clasificación.
2ª
Etapa
- \ding{226}
- Diseñar un mallado de puntos en caras enfrentadas del bloque, en direcciones longitudinal y transversal, alineando cada uno de ellos con su correspondiente en la cara opuesta.
- \ding{226}
- Realizar medidas de transmisión-recepción en caras enfrentadas con dos transductores de las mismas características.
- \ding{226}
- Volcar las señales ultrasónicas de los puntos de mallado, de manera ordenada, en una matriz 3D.
- \ding{226}
- Procesado digital de las señales correspondientes a una dirección.
3ª
Etapa
- \ding{226}
- Diseñar un mallado de puntos en una cara del bloque, cuya separación dependerá de la frecuencia utilizada y del diagrama de radiación de los transductores de ultrasonidos empleados.
- \ding{226}
- Adquirir medidas mediante pulso/eco en cada uno de los puntos del mallado.
- \ding{226}
- Volcar las señales ultrasónicas de pulso/eco en cada uno de los puntos del mallado, de manera ordenada, en una matriz 3D por filas y columnas, que se corresponderán con las posiciones del mallado, especificadas también por filas y columnas.
- \ding{226}
- Procesado digital de las señales.
El dispositivo para la puesta en práctica del
procedimiento precedentemente descrito, requiere elementos
distintos para la realización de cada una de las tres etapas en que
se considera dividido el procedimiento. Por ello se describe el
dispositivo en tres partes, correspondientes a los medios
necesarios para la puesta en práctica de cada una de dichas
etapas, sin que por ello dejen de constituir un dispositivo
único.
La parte del dispositivo necesaria para la
puesta en práctica de la primera etapa del procedimiento,
comprende:
- -
- Martillo para análisis de estructuras, con cabezal de acero.
- -
- Sensores de señal o vibración (transductores de señal de baja frecuencia o acelerómetros monodimensionales).
- -
- Osciloscopio de al menos 2 canales, para captar la excitación cercana al golpe del martillo y la que se registra en las otras caras del bloque.
- -
- Tarjeta de adquisición de datos.
- -
- Sistema de disparo externo con control de su funcionamiento vía software.
- -
- Amplificador de las señales digitalizadas en cada canal.
- -
- PC para controlar vía software la adquisición de datos y poder procesarlos digitalmente.
La parte del dispositivo necesaria para la
puesta en práctica de la segunda etapa del procedimiento,
comprende:
- \ding{226}
- Un equipo de ultrasonidos, emisor-receptor de pulso de alto voltaje regulable y con una etapa de recepción con una ganancia alta.
- \ding{226}
- Dos transductores de características similares, de baja frecuencia nominal y con un diagrama de radiación directivo.
- \ding{226}
- Cables coaxiales de radiofrecuencia de 75 ohmios de impedancia.
- \ding{226}
- Medios de acoplamiento por contacto, utilizando un gel de alta densidad y no graso, o bien por agua inyectada en régimen laminar, para no afectar al haz ultrasónico que se propagará por él o por inmersión del transductor de señal.
La parte del dispositivo necesaria para la
puesta en práctica de la tercera etapa del procedimiento,
comprende:
- \ding{226}
- Un equipo de ultrasonidos, emisor-receptor de pulsos de alto voltaje regulable y con una etapa de recepción con una ganancia alta.
- \ding{226}
- Dos transductores de características similares, de baja frecuencia nominal y con un diagrama de radiación directivo.
- \ding{226}
- Cables coaxiales de radiofrecuencia de 75 ohmios de impedancia.
- \ding{226}
- Medios de acoplamiento por contacto, utilizando un gel de alta densidad y no graso, o bien por agua inyectada en régimen laminar, para no afectar al haz ultrasónico que se propagará por él, o por inmersión del transductor de señal.
Para complementar la descripción de la
invención y facilitar la compresión y el seguimiento de las
operaciones comprendidas en el "Procedimiento de diagnóstico de
la calidad, en bloques de roca ornamental de grandes
dimensiones" que constituye su objeto, se acompaña como Figura 1
un esquema secuencial de dichas operaciones, que debe interpretarse
como una guía indicativa de su desarrollo preferencial.
En el esquema se han señalado con líneas de
trazos las separaciones entre las operaciones comprendidas en cada
una de las tres etapas en que se considera dividido el
procedimiento.
Para mostrar con claridad la naturaleza y el
alcance de la aplicación ventajosa del "Procedimiento de
diagnóstico de la calidad, en bloques de roca ornamental de grandes
dimensiones y dispositivo para su puesta en práctica" que
constituye el objeto de la invención reivindicada, se describen
seguidamente las operaciones que lo componen y la secuencia de sus
etapas, precisando la finalidad de cada una de ellas, así como la
composición del dispositivo único, separando a efectos orientativos
los elementos componentes del mismo que se utilizan para el
desarrollo de cada etapa.
1ª
Etapa
- \ding{226}
- Colocar el bloque sobre piezas de madera prismáticas y homogéneas.
- \ding{226}
- Situar un sensor en el centro geométrico de la cara donde se golpea con el martillo y sendos receptores en el centro geométrico de las otras caras accesibles. En el caso de que las caras no sean regulares, se colocarán en el lugar más próximo que permita un acoplamiento óptimo.
- \ding{226}
- Golpear con un martillo en un punto cercano al sensor de esa cara, que se utilizará como disparo externo de una tarjeta de adquisición de datos y de señal de entrada al sistema, para informar del contenido frecuencial introducido en forma de impulso mecánico.
- \ding{226}
- Introducir en un ordenador las señales llegadas a cada canal, para que puedan ser ejecutados los algoritmos de extracción de los parámetros que caracterizan la calidad del bloque.
- \ding{226}
- Introducir en el ordenador parámetros intrínsecos del bloque (dimensiones, tipo de roca ornamental) y de posición de los sensores respecto del punto del impacto, los cuales son utilizados por el algoritmo encargado de la clasificación.
- \ding{226}
- Reiterar el proceso de adquisición de señales y calcular la varianza de las señales en el dominio tiempo y frecuencia, ejecutando un algoritmo previo al de clasificación, el cual informa sobre la validez de las medidas tomadas en el bloque, a través de la varianza de los datos en cada canal. Este primer test de las señales analiza la posibilidad de que sean incluidas en una base de datos para preparar un algoritmo de clasificación, o bien en una base de datos o histórico.
- \ding{226}
- Determinar a partir de las informaciones que figuran en la base de datos, qué parámetros deben pesar más para el cálculo, según el tipo de roca.
- \ding{226}
- Activar el algoritmo de clasificación, con el objeto de extraer los parámetros sensibles a la calidad del bloque, siendo estos parámetros calculados tanto en el dominio espectral como temporal de las señales digitalizadas e introducidas en el ordenador y utilizando la información obtenida en las operaciones anteriores.
- \ding{226}
- Diagnosticar el estado del bloque, atendiendo a la menor desviación del vector de parámetros, respecto de los vectores de parámetros promedio correspondientes al tipo de roca y estado, operación que realiza el algoritmo de clasificación.
- \ding{226}
- Identificar desviaciones atribuibles a la existencia de defectos internos, en la dirección que une el punto de impacto y el de recepción de canal, para determinar la orientación más adecuada para el corte, a fin de minimizar las pérdidas de material.
- \ding{226}
- Realimentar la base de datos con los vectores de parámetros clasificados correctamente.
La aplicación del método MIM en esta primera
etapa permite la clasificación de los bloques según su estado
general en:
- \ding{226}
- Bloques sanos: No presentan defectos significativos que pueden comportar pérdidas notables de material en el aserrado del bloque, por lo que pueden pasar directamente al aserrado en telares, sin que sea necesario predeterminar la posición en que deben ser cortados.
- \ding{226}
- Bloques regulares: Existen dudas sobre la inexistencia de defectos, por lo que procede continuar el procedimiento de diagnosis en las etapas sucesivas.
- \ding{226}
- Bloques en mal estado: Presentan defectos o multifracturación general que pueden originar pérdidas de material.
Los bloques a los que la técnica de diagnosis
por impacto haya catalogado como regulares o en mal estado, el
procedimiento reivindicado prevé que sean diagnosticados con más
resolución, para la localización de los defectos internos, por lo
que pasarán, en primer lugar, a la diagnosis en la segunda etapa
asociada.
2ª
Etapa
La segunda de las etapas comprendidas en el
procedimiento reivindicado, designada "Método de Baja
Resolución" (MBR), comprende las siguientes operaciones
realizadas con la misma secuencia con que se describen:
- \ding{226}
- Diseñar un mallado de puntos en caras enfrentadas del bloque, en direcciones longitudinal y transversal, alineando cada uno de ellos con su correspondiente en la cara opuesta, dependiendo la separación entre puntos de la frecuencia empleada y del diagrama de radiación de los transductores de ultrasonidos empleados.
- \ding{226}
- Realizar medidas de transmisión-recepción en caras enfrentadas con dos transductores de las mismas características (frecuencia, ancho de banda y diagrama de radiación) alineados, adquiriéndose una señal por cada punto del mallado de una de las caras.
- \ding{226}
- Volcar las señales ultrasónicas de los puntos de mallado, de manera ordenada, en una matriz 3D, para saber a qué punto (posición) corresponde cada señal adquirida.
- \ding{226}
- Procesado digital de las señales correspondientes a una dirección, para extraer un parámetro (velocidad longitudinal, o atenuación de la onda P de llegada) por cada una de las señales, a partir de los cuales se realizan mapas 2D o imágenes 2D que representan la calidad del bloque, atendiendo a la presencia de discontinuidades físicas, y el estado de fisuración interior del mismo.
3ª
Etapa
El tercero de los métodos aplicados para el
desarrollo del procedimiento reivindicado, designado "Método de
Alta Resolución" (MAR), comprende las siguientes operaciones
realizadas con la misma secuencia con que se describen:
- \ding{226}
- Diseñar un mallado de puntos en una cara del bloque, cuya separación dependerá de la frecuencia utilizada y del diagrama de radiación de los transductores de ultrasonidos empleados.
- \ding{226}
- Adquirir medidas mediante pulso/eco en cada uno de los puntos del mallado, atacando por la cara del bloque que se supone más cercana a la zona anómala detectada en la imagen 2D.
- \ding{226}
- Volcar las señales ultrasónicas de pulso/eco en cada uno de los puntos del mallado, de manera ordenada, en una matriz 3D por filas y columnas, que se corresponderán con las posiciones del mallado, especificadas también por filas y columnas.
- \ding{226}
- Procesado digital de las señales para visualizar las posiciones donde se produzcan reflexiones y su representación en un mapa 3D interno de defectos, ejecutando sucesivamente, para cada señal, los algoritmos de preprocesado, detección por umbral y representación.
El dispositivo para la puesta en práctica de la
primera de las etapas asociadas al procedimiento reivindicado
(MIM), comprende el siguiente equipamiento:
- -
- Martillo para análisis de estructuras, con cabezal de acero con un diámetro de 42 mm. o inferior.
- -
- Sensores de señal o vibración (transductores de señal de baja frecuencia o acelerómetros monodimensionales).
- -
- Osciloscopio de al menos 2 canales, para captar la excitación cercana al golpe del martillo y la que se registra en las otras caras del bloque.
- -
- Tarjeta de adquisición de datos, con una frecuencia de muestreo de 500 kilomuestras por segundo o superior.
- -
- Sistema de disparo externo con control de su funcionamiento vía software.
- -
- Amplificador de las señales digitalizadas en cada canal, con posibilidad de establecer diferentes niveles o valores de amplificación o ganancia, que ha de ser el mismo para cada canal, pero que dicho valor único para cada bloque dependerá de sus dimensiones y su capacidad atenuante de la señal de vibración transducida.
- -
- PC para controlar vía software la adquisición de datos y poder procesarlos digitalmente.
El dispositivo para la puesta en práctica de la
segunda de las etapas asociadas al procedimiento reivindicado (MBR)
comprende el siguiente equipamiento:
- \ding{226}
- Un equipo de ultrasonidos, emisor-receptor de pulsos de alto voltaje regulable y con una etapa de recepción con una ganancia alta.
- \ding{226}
- Dos transductores de características similares, de baja frecuencia nominal, gran ancho de banda (videoscan) y con un diagrama de radiación directivo.
- \ding{226}
- Cables coaxiales de radiofrecuencia de 75 ohmios de impedancia.
- \ding{226}
- Medios de acoplamiento para facilitar el paso de los pulsos ultrasónicos desde el emisor al receptor atravesando el bloque en cualquiera de sus dimensiones de medida. Estos métodos serán:
- a)
- por contacto, utilizando un gel de alta densidad y no graso,
- b)
- por agua inyectada en régimen laminar, para no afectar al haz ultrasónico que se propagará por él, convenientemente protegido, con estanqueidad.
- c)
- por inmersión del transductor de señal.
\newpage
El dispositivo para la puesta en práctica de la
tercera de las etapas asociadas al procedimiento reivindicado
(MAR), comprende el siguiente equipamiento:
- \ding{226}
- Un equipo de ultrasonidos, emisor-receptor de pulsos de alto voltaje regulable y gran ancho de banda (videoscan) con una etapa de recepción con una ganancia alta.
- \ding{226}
- Un transductor de baja frecuencia nominal y con un diagrama de radiación directivo.
- \ding{226}
- Cables coaxiales de radiofrecuencia de 75 ohmios de impedancia.
- \ding{226}
- Medios de acoplamiento para facilitar el paso de los pulsos ultrasónicos desde el emisor al receptor atravesando el bloque en cualquiera de sus dimensiones de medida. Estos métodos serán:
- d)
- por contacto, utilizando un gel de alta densidad y no graso,
- e)
- por agua inyectada en régimen laminar, para no afectar al haz ultrasónico que se propagará por él, convenientemente protegido, con estanqueidad.
- f)
- por inmersión del transductor de señal.
Claims (1)
1. Procedimiento de diagnostico de la calidad,
en bloques de roca ornamental de grandes dimensiones, del tipo de
los que se desarrollan mediante el análisis de ondas sónicas
recogidas en sensores piezoeléctricos, caracterizado por
integrar tres etapas de inspección, aplicables sucesivamente, que
responden a precisiones crecientes en el diagnóstico, y establecer
una pauta de actuación para saber si el bloque puede ser cortado en
telares, o si debe ser considerado como rechazable para su
procesado, comprendiendo cada etapa las operaciones que
seguidamente se relacionan, realizadas con la misma secuencia con
que se describen:
La primera etapa comprende:
- \ding{226}
- Situar un sensor en el centro geométrico de la cara donde se golpea con el martillo y sendos receptores en el centro geométrico de las otras caras accesibles.
- \ding{226}
- Golpear con un martillo en un punto cercano al sensor de esa cara.
- \ding{226}
- Introducir en un ordenador las señales llegadas a cada canal.
- \ding{226}
- Introducir en el ordenador parámetros intrínsecos del bloque (dimensiones, tipo de roca ornamental) y de posición de los sensores respecto del punto del impacto.
- \ding{226}
- Activar el algoritmo de clasificación, utilizando la información obtenida en las operaciones anteriores.
- \ding{226}
- Diagnosticar el estado del bloque, atendiendo a la menor desviación de los parámetros respecto de los vectores de parámetros correspondientes al tipo de roca, operación que realiza el algoritmo de clasificación.
\vskip1.000000\baselineskip
La segunda etapa comprende:
- \ding{226}
- Diseñar un mallado de puntos en caras enfrentadas del bloque, en direcciones longitudinal y transversal, alineando cada uno de ellos con su correspondiente en la cara opuesta.
- \ding{226}
- Realizar medidas de transmisión-recepción en caras enfrentadas con dos transductores de las mismas características.
- \ding{226}
- Volcar las señales ultrasónicas de los puntos de mallado, de manera ordenada, en una matriz 3D.
- \ding{226}
- Procesado digital de las señales correspondientes a una dirección.
\vskip1.000000\baselineskip
La tercera etapa comprende:
- \ding{226}
- Diseñar un mallado de puntos en una cara del bloque, cuya separación dependerá de la frecuencia utilizada y del diagrama de radiación de los transductores de ultrasonidos empleados.
- \ding{226}
- Adquirir medidas mediante pulso/eco en cada uno de los puntos del mallado.
- \ding{226}
- Volcar las señales ultrasónicas de pulso/eco en cada uno de los puntos del mallado, de manera ordenada, en una matriz 3D por filas y columnas, que se corresponderán con las posiciones del mallado, especificadas también por filas y columnas.
- \ding{226}
- Procesado digital de las señales.
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| ES200301207A ES2263307B1 (es) | 2003-05-23 | 2003-05-23 | Procedimiento de diagnostico de la calidad, en bloques de roca ornamental de grandes dimensiones y dispositivos para su puesta en practica. |
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