IT9020529A1 - Procedimento e dispositivo per l'identificazione con ultrasuoni di materiali e attrezzature - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"PROCEDIMENTO E DISPOSITIVO PER L'IDENTIFICAZIONE CON ULTRASUONI DI MATERIALI E ATTREZZATURE"

Descrizione

La presente invenzione ha per oggetto l'identificazione di materiali e attrezzature ed è particolarmente adatta all'identificazione di quei materiali e attrezzature ai quali i mezzi convenzionali di riconoscimento non sono praticamente applicabili per le loro modalità di impiego particolarmente gravoso.

Facciamo riferimento, nella presente descrizione, alle attrezzature per la perforazione petrolifera con l'esplicita avvertenza che il procedimento e il dispositivo secondo l'invenzione possono essere utilizzati con vantaggio per altri materiali ed attrezzature anche di settori industriali diversi, per i quali ricorrano esigenze analoghe a quelle dell'industria mineraria in genere e petrolifera in particolare.

L'identificazione del materiale di perforazione petrolifera costituisce comunque una delle sue applicazioni più difficili, sia per le condizioni estremamente gravose in cui tali attrezzature lavorano, sia per il grande numero di individui che costituiscono ogni popolazione di attrezzi uguali da identificare, sia per l'affidabilità che viene richiesta al sistema, a pena di conseguenze economicamente molto gravose. Nell'industria mineraria le sonde di perforazione petrolifera, sia esplorativa che di coltivazione dei giacimenti, impiegano impianti con batterie di perforazione costituite da un gran numero di aste messe in serie con uno scalpello terminale che riceve il movimento dall'impianto soprastante a distanza spesso di varie migliaia di metri. La coppia rotante genera un notevole momento torcente nelle aste che compongono la batteria; la spinta di avanzamento è realizzata dal peso proprio della batteria e, mediante un sistema di sospensione, può essere parzialmente o totalmente scaricato sullo scalpello. Tale peso, per la lunghezza della batteria, può assumere valori considerevoli.

Le aste che costituiscono detta batteria di perforazione vengono aggiunte ad essa, man mano che la perforazione procede verso il basso, per aumentarne progressivamente la lunghezza.

Essa lavora in condizioni assai gravose di sollecitazioni meccaniche ed ambientali, a temperature e pressioni elevate, ed in condizioni variabili. Durante la perforazione vengono eseguite parecchie manovre di estrazione e reintroduzione della batteria scomponendola prima e ricomponendola poi, per continuare le perforazione.

Nel caso che un'asta componente la batteria abbia un cedimento, si possono avere conseguenze assai gravose come la completa perdita dell'attrezzatura sottostante all'asta rotta e all'abbandono del tratto di pozzo già perforato. Le parti che compongono la batteria sono diverse tra loro; oltre allo scalpello già menzionato vi sono aste di lunghezza standardizzata ma di tipo, peso, materiale, diametri diversi tra loro, nonché elementi corti di raccordo e di riduzione, elementi di appesantimento e così via. Tutti questi componenti, secondo una sequenza ben precisa e progettata a seconda della perforazione da effettuare, vengono collegati in serie a costituire la batteria di perforazione.

Tali componenti vengono utilizzati più volte in differenti pozzi ed in differenti cantieri, con periodici controlli ed eventuali riclassificazioni e manutenzioni.

Il materiale che è già stato utilizzato in perforazioni "difficili" può essere destinato a perforazioni nelle quali i rischi sono più ridotti, mentre alle perforazioni "difficili" viene destinato materiale meno sollecitato in precedenza.

Ognuno di questi elementi deve essere identificato con precisione e non solo per i parametri sopramenzionati, ma anche per tutta la sua storia precedente, per quanto concerne il servizio e la manutenzione.

Ogni componente è pertanto registrato in un archivio anagrafico - preferibilmente computerizzato - nel quale sono registrati gli eventi della sua vita tecnica e le sue caratteristiche costruttive.

Al momento del suo impiego, prelevandolo dagli stoccaggi, e prima di installarlo nella sonda il materiale deve essere identificato per accertare la sua rispondenza alle prescrizioni per il nuovo servizio che deve svolgere. L'identificazione risponde a differenti esigenze: essa viene condotta sia per accertare la rispondenza della composizione della sequenza dei componenti della batteria, sia per memorizzarla nell'anagrafe dei componenti, sia infine per la gestione operativa della perforazione.

La stessa operazione di identificazione e di registrazione viene compiuta al momento dei controlli e della eventuale manutenzione .

E' evidente che i mezzi convenzionali di riconoscimento - ad esempio con incisioni o piastrine di identificazione con caratteri numerici o a barre applicati esternamente, anche se nelle posizioni meno esposte al danneggiamento - non sono in questo caso praticamente utilizzabili in quanto nel corso della perforazione tali mezzi sono sottoposti a urti, vibrazioni, erosione, incrostazioni tali che non sarebbe più possibile riconoscerli dopo un certo periodo di servizio. L'uso di materiali ferrosi per le aste di perforazione rende non praticabile il riconoscimento con supporti di caratteri magnetici.

L'identificazione delle attrezzature e dei materiali viene effettuata, secondo la presente invenzione con una piastrina ad essi applicata e marcata nella sua faccia nascosta che viene "letta" con un trasduttore ultrasonico.

Il dispositivo e il procedimento di identificazione vengono ora descritti con riferimento alle figure 1, 2 e 3 che ne riportano una tipica realizzazione, a scopo illustrativo ma non limitativo.

La piastrina di identificazione 1 è realizzata con forma preferibilmente ma non necessariamente regolare, ad esempio rettangolare con bordi arrotondati, in materiale resistente alle condizioni di esercizio come acciaio inossidabile o leghe metalliche di analoghe prestazioni e lavorabilità meccanica.

Su una delle facce della piastrina 1 vengono praticate, ad esempio per lavorazione meccanica, una serie di incisioni di uguale forma ed in posizioni predeterminate 2, in ognuna delle quali può essere praticata o meno l'incisione stessa 3. Nella realizzazione riportata in figura 1 le incisioni 3 sono a forma di foratura non passante ma esse potrebbero essere realizzate anche con altra forma, come ad esempio a forma di scanalatura rettilinea, ottenuta per fresatura. Il foro non passante costituisce comunque una forma preferita di realizzazione che consente una lavorazione facile ed una maggior densità di informazione sulla piastrina 1.

La distanza tra le posizioni di marcatura 2 è determinata, come si illustra nel seguito, dalle dimensioni e dalla precisione di posizionamento dei sensori che costituiscono l'organo di rilevamento ed è dell'ordine di pochi millimetri di interasse tra le forature 3.

Il fondo del foro è preferibilmente conico, sferico o di altra forma non piana.

La serie di fori 3 assenti e presenti in corrispondenza delle posizioni 2 costituisce l'informazione binaria di identificazione del materiale o dell'attrezzatura. Con N posizioni disponibili le combinazioni possibili risultano pari a 2N e, ad esempio, il valore decimale del numero binario di 16 bits o caratteri corrisponde ai numeri di serie da 0 a 65535, mentre con 32 bits si va ben oltre ai 4 miliardi.

La piastrina 1 così marcata viene fissata al materiale 4 nel quale è stata praticata una cavità 5 di forma coerente con il formato della piastrina 1. Il fondo della cavità 5 deve avere preferibilmente un andamento parallelo alla faccia della piastrina 1 così che la faccia incisa della piastrina possa essere collocata parallelamente al fondo della cavità 5. La faccia incisa della piastrina 1 è posta verso l'interno e risulta così protetta, mentre la faccia non incisa è quella che si presenta verso l’esterno.

La piastrina viene fissata nella cavità senza possibilità di movimento. Essa può essere fissata mediante saldatura convenzionale o con laser, che dà cordoni di saldatura più ridotti, può essere forzata a caldo nella cavità stessa o fissata con adesivi resistenti alle condizioni di esercizio durante la perforazione. Se anche si verificassero infiltrazioni, di liquidi, di solidi o di sospensioni, negli interstizi della faccia incisa per effetto di eventuali discontinuità nei collegamenti tra le parti, non si avrebbero comunque conseguenze sostanziali nei rilevamenti. La cavità 5 viene realizzata con una profondità maggiore dello spessore della piastrina 1 così che la cavità residuale dopo l'installazione della piastrina 1 costituisca l'invito di introduzione e posizionamento preciso dell'organo di rilevamento.

Lungo i bordi della cavità 5 può anche essere realizzato un rilievo 7 che dia maggiori profondità e protezione di tale invito.

Come sopra detto non è necessario che la piastrina 1 e la cavità 5 abbiano forma regolare, se pure questa è una condizione che facilita la costruzione e la realizzazione dell'invenzione. L'adozione di forme non simmetriche permette ad esempio di evitare meccanicamente la possibilità di diversi posizionamenti speculari uno rispetto all'altro, che nel caso di piastrine di forma simmetrica richiedono invece un controllo strumentale utilizzando una o più delle posizioni o bits disponibili sulla piastrina.

La "lettura" della piastrina 1 fissata nella cavità 5 viene effettuata secondo la presente invenzione con l'esplorazione posizione per posizione della esistenza o meno di cavità mediante ultrasuoni emessi da trasduttori che emettono gli ultrasuoni e ne rilevano gli echi riflessi.

In assenza della foratura - il fenomeno è analogo nel caso di scanalature o di altre forme di incisione - il segnale si riflette sulla superficie piana nascosta della piastrina e ritorna verso il trasduttore dando un eco di intensità apprezzabile mentre, in presenza del foro, la forma conica o sferica del suo fondo disperde il segnale in tutte le direzioni e l'eco riflessa verso il trasduttore risulta di poco superiore al "rumore" di fondo.

Trasduttori-rilevatori ad ultrasuoni sono noti dalla tecnica e sono utilizzabili nella presente invenzione; possono essere citati ad esempio i trasduttori secondo i brevetti Italiano n°1148549 e Francese n° 2570533

Nella figura 2A è riportato un disegno schematico di un trasduttore ultrasonoro 8 utilizzato per il dispositivo secondo l'invenzione.

Il nucleo del trasduttore ultrasonoro 8 è costituito da una pastiglia ceramica piezolelettrica 9 capace di generare un segnale ultrasonoro quando viene sottoposta ad un impulso elettrico e viceversa di generare un segnale elettrico quando è sottoposta ad un impullo ultrasonoro. A titolo esemplificativo essa può essere realizzata con sali complessi di piombo come zirconati e titanati di piombo denominati correntemente PZT. A contatto di una delle facce della pastiglia 9, in figura 2A quella superiore, viene realizzato uno strato 10 di polvere di un metallo conduttore, come polvere di tungsteno, inglobata in resina, come resina epossidica, con alta concentrazione di metallo in modo da ottenere in esso una buona conduttività elettrica. Lo strato 10 ha funzione sia di conduttore elettrico che di smorzatore degli echi in modo che i segnali siano netti e non si protraggano inutilmente nel tempo.

Nello strato 10 viene inserito un conduttore elettrico 11, dotato di un connettore 12 per estrarre ed alimentare i segnali elettrici, inglobato in un corpo prismatico 13 di resina sintetica non conduttrice, ad esempio di resina epossidica, dal quale fuoriesce la parte terminale del conduttore 11 dalla parte opposta alla pastiglia 9. Sull'altra faccia della pastiglia 9 invece, in figura 2A quella inferiore, viene disposta una lamina metallica 14 conduttrice elettrica che viene collegata a massa.

Secondo una realizzazione preferita dell'invenzione viene applicato alla lamina metallica 14 un ulteriore strato dì resina 15 che viene lavorato per formare con la sua faccia esterna concava una lente ultrasonora per focalizzare il segnale ultrasonoro generato dalla pastiglia 9 ad una distanza desiderata.

Il trasduttore viene messo a massa con la lamina 14 e collegato con il connettore 12 ad un generatore di impulsi elettrici, per generare ultrasuoni nel trasduttore 8, e ad uno strumento di misura della tensione - o del potenziale -del segnale elettrico generato nel trasdutto quando viene sollecitato da un segnale ultrasonoro riflesso.

La "lettura" della faccia nascosta della piastrina si basa -come sopra accennato - sulla riflessione o meno degli ultrasuoni emessi dal trasduttore e rileva il segnale di ritorno superiore ad una determinata soglia come assenza di foro e il segnale inferiore invece come presenza di foro. L'ampiezza dell'eco in presenza di foro risulta inferiore ad un decimo dell'ampiezza dell'eco in assenza di foro.

Il fenomeno è illustrato nei diagrammi di figura 3, nella quale sono illustrati gli andamenti della riflessione del segnale nei casi di assenza e presenza del foro rispettivamente.

Il metodo di lettura consiste nel rilevare per ogni singolo trasduttore, in un ordine cronologico prestabilito, l’ampiezza del segnale ottenuto nella porta temporale posta al tempo di propagazione dell'onda sonora che percorre il mezzo nei due sensi, correntemente denominato tempo di "volo", corrispondente alla riflessione sulla superficie nascosta della piastrina.

Si confronta tale valore con un valore soglia prestabilito al momento della calibrazione del trasduttore, attribuendo ad ogni "bit" o posizione il valore 0 per gli echi superiori al valore soglia (foro assente) ed il valore 1 per gli echi inferiori (foro presente), o viceversa.

Un'altra porta temporale è posta sull’eco proveniente dalla superficie visibile della pastiglia allo scopo di controllare che l'assenza del segnale nella prima porta non sia dovuta ad un difetto del trasduttore o del suo accoppiamento con la piastrina. L'ampiezza del segnale nella seconda porta è di 50-60 volte quella del livello di rumore.

Il termine corrente di porta temporale - inteso come intervallo di tempo nel quale si effettua la rilevazione - si riferisce al fatto che i segnali ultrasonici riflessi sulle due facce della piastrina, quella visibile e quella nascosta, sono sfalsati nel tempo in quanto i due segnali riflessi percorrono cammini di differente lunghezza, procedendo ad uguale velocità. I segnali riflessi ritornano quindi al trasduttore in tempi diversi, il primo segnale a ritornare è quello riflesso dalla faccia visibile ed il secondo è quello riflesso dalla faccia nascosta, con ritardi determinabili in funzione dello spessore della piastrina attraversata. Nel caso in cui si abbiano due segnali riflessi consecutivi l'ordine con il quale si presentano è assai significativo: il segnale riflesso che si presenta per primo è quello comunque che ha percorso il cammino più breve, beninteso nello stesso mezzo.

Nella tecnica di rilevamento con ultrasuoni è pratica corrente utilizzare "porte temporali", andando a rilevare i segnali solo nell'intervallo di tempo in cui tali segnali hanno il significato richiesto e trascurando invece i segnali che si hanno negli intervalli di tempo in cui essi assumerebbero un significato diverso e non rilevante ai fini della misura da condurre.

Nel caso della presente invenzione si utilizzano - come indicato nella figura 3 - due porte temporali.

In ordine di tempo si ha una prima porta temporale che corrisponde al ritorno del segnale ultrasonico riflesso dalla faccia visibile della piastrina; tale segnale secondo una realizzazione preferita dell'invenzione - viene utilizzato per accertare che il sistema funzioni correttamente, per accertare che l'altra rilevazione dia un'informazione attendibile e cioè quella relativa alla seconda porta temporale in ordine di tempo di apparizione che corrisponde al ritorno del segnale ultrasonico riflesso dalla faccia nascosta della piastrina.

Non è detto però che le due rilevazioni vengano compiute nello stesso ordine; si potrebbe infatti anche effettuare prima la rilevazione del segnale relativo alla seconda porta e poi quella del segnale relativo alla prima porta, secondo la logica del controllo a priori o a posteriori indifferentemente, utilizzando la rilevazione del segnale correttamente riflesso dalla faccia visibile rispettivamente come abilitazione o come consenso.

Nei diagrammi di andamento dei segnali riflessi di figura 3, il diagramma superiore è quello relativo al bit uguale a 0 e cioè assenza di foro nel quale in corrispondenza alla prima porta temporale si rileva il segnale riflesso dalla faccia visibile della piastrina e alla seconda porta temporale si rileva il segnale riflesso dalla faccia nascosta.

Il diagramma inferiore si riferisce invece al bit uguale ad 1 e cioè presenza di foro: alla prima porta temporale si ha sempre il segnale riflesso dalla faccia visibile mentre alla seconda non si ha segnale significativo, in un tempo intermedio fra le due porte si può rilevare un certo disturbo a bassa ampiezza dovuto al segnale diffratto e disperso dal fondo conico del foro.

Se si usassero fori o marcature con fondo piano parallelo alle facce della piastrina, il fondo del foro costituirebbe una parete riflettente del segnale sonoro e la presenza del foro darebbe luogo ad un segnale riflesso che ritornerebbe al trasduttore in una porta temporale posta ad un tempo intermedio tra le due porte temporali corrispondenti al ritorno del segnale riflesso dalle due facce della piastrina. L'uso di forature con fondo disperdente costituisce pertanto una realizzazione più semplice ed economica dell'invenzione.

La rilevazione può essere condotta sia con un trasduttore focalizzante unico con scansione meccanica, vale a dire di esplorare secondo una predeterminata sequenza le varie posizioni disponibili, sia con un trasduttore multielementi con scansione elettronica, vale a dire di esplorare contemporaneamente tutte le posizioni con un numero di elementi rilevatori pari al numero delle posizioni e raccogliendo ordinatamente secondo una predeterminata sequenza le informazioni dalle posizioni contemporaneamente disponibili, anche con la tecnica denominata correntemente "multiplex". Facciamo riferimento nella descrizione che segue, alla tecnica realizzativa con scansione elettronica, con l'esplicita avvertenza che la scansione meccanica è una realizzazione concettualmente equivalente del procedimento secondo la presente invenzione.

Il trasduttore multielementi è costituito da una pluralità di singoli trasduttori ad ultrasuoni - del tipo descritto più sopra - in numero pari a quello delle posizioni disponibili e disposti nello stesso modo, vale a dire che affacciando tale trasduttore multielementi alla piastrina, ogni trasduttore singolo si trova in corrispondenza di una posizione di foratura e può rilevare la presenza o meno del foro nascosto sottostante.

Errori di posizionamento del trasduttore e variazioni di profondità della foratura dell'ordine dei decimi di mm non compromettono l'esattezza dell'identificazione.

Con riferimento alla figura 2B, che riporta un trasduttore adatto a corrispondere alla piastrina illustrata in figura 1, il trasduttore multiplo è costituito da tre linee parallele rispettivamente di 11, 13 e 11 trasduttori singoli affiancati e disposti in modo da rivelare la presenza o l'assenza di fori della marcatura della piastrina sulle linee corrispondenti.

La dimensione trasversale dei trasduttori può essere assai contenuta. Essa può assumere valori di un decimo di pollice (2,54 mm) - che corrisponde al passo della foratura - così che le 32 posizioni di foratura possono essere contenute in un rettangolo di meno di 10 cm , indicativamente 35 x 15 mm. Tale dimensione è ulteriormente riducibile miniaturizzando i componenti, ma già tali valori del passo di foratura assicura un ingombro molto ridotto del mezzo di marcatura.

I singoli trasduttori 8 di figura 2A vengono posizionati l'uno accanto all'altro con una disposizione coerente a quella della piastrina di figura 1, lasciando tra l'uno e l'altro un'intercapedine 16 che viene riempita di resina per creare un blocchetto stabile di trasduttori in posizione fissa.

Secondo una realizzazione preferita dell'invenzione la lamina metallica 14 viene applicata al blocchetto così formato incollando tale lamina all'intera faccia del blocchetto e collegandola a massa in modo che tutti i trasduttori del blocchetto abbiano lo stesso potenziale elettrico di riferimento.

La disposizione in pianta del trasduttore multiplo è coerente con quella delle piastrina 1 e ha nei suoi quattro angoli dei distanziali 17 che vengono appoggiati sulla faccia visibile della piastrina ad assicurare che le facce terminali dei trasduttori 8 abbiano la loro lente di focalizzazione 15 posta ad una distanza predeterminata dalla faccia visibile della piastrina 1.

L'intercapedine 18 tra il trasduttore multiplo e la faccia visibile della piastrina 1 viene riempita con un gel che presenta buone caratteristiche di trasmissione degli ultrasuoni. Un bordo di contenimento 19 costituisce la superficie di riscontro con l'invito dei bordi della cavità 5 di figura 1 e serve al contenimento del gel di accoppiamento acustico. Come precedentemente illustrato il trasduttore funziona sia come emittente che come ricevente del segnale, potendo trasformare sia un segnale elettrico in ultrasuoni che al contrario un segnale ultrasonico in segnale elettrico.

L'accoppiamento del trasduttore con la piastrina è previsto con il tramite di uno strato di gel di pochi ram. A questo scopo lo zoccolo del trasduttore multiplo viene in contatto della faccia visibile della piastrina in quattro punti periferici con i distanziali 17.

La lente 15 focalizza il fascio ultrasonico di ciascun elemento alla profondità del fondo dei fori di marcatura. Gli elementi del trasduttore multiplo lavorano come emettitori e ricevitori.

La misura può essere effettuata in scansione o con la tecnica denominata multiplex commutando ordinatamente i vari elementi .

Sono possibili diverse soluzioni di "multiplexaggio" basate sia sulla commutazione in emissione-ricezione di ciascun elemento del trasduttore multiplo, sia sulla commutazione della sola ricezione, eccitando tutti gli elementi in parallelo.

Il procedimento di lettura consiste semplicemente nel raccogliere e tradurre gli echi ordinatamente raccolti, distinguendo i valori 0 dai valori 1. Tali sequenze di valori costituiscono l'informazione da raccogliere, memorizzare e rendere accessibile all'utente.

Il dispositivo viene vantaggiosamente realizzato con microprocessori ed altri componenti elettronici, dotandolo di memoria per i dati raccolti da esplicitare e riversare nell'archivio che contiene l'anagrafe dei materiali e delle attrezzature di perforazione.

Nel dispositivo possono venire vantaggiosamente utilizzati anche sensori di posizione che segnalano all'operatore se la testa di lettura, costituita dal trasduttore multiplo, è stata correttamente posizionata sulla piastrina, sensori di controllo che verifichino che in corrispondenza della prima porta di controllo il segnale indichi il corretto funzionamento del trasduttore, sensori che verifichino la memorizzazione dell'informazione raccolta, e altri componenti accessori. Il dispositivo può essere inoltre collegato con dispositivi che controllano che la sequenza e la specifica dei componenti della batteria sia quella di progetto e che non si verifichino errori nella sua composizione, e anche con l'archivio anagrafico. Il "riversamento" delle informazioni memorizzate può essere periodico o in tempo reale. Esempio 1

Il dispositivo di identificazione è stato provato per alcuni componenti del materiale di perforazione ed in particolare per:

aste di perforazione leggere con:

- 8 numeri-codice per tipo di connessione (3 bits) - 5 numeri-codice per diametro e peso lineare (3 bits) 4 numeri-codice per materiale (2 bits) aste di perforazione pesanti con:

5 numeri-codice di diametro nominale (3 bits) aste di appesantimento per lo scalpello:

22 numeri di codice (5 bits) Il numero di esemplari da identificare per ciascun tipo di componente è di 60000 e quindi il numero di serie è definito con 16 bits; 2 bits vengono utilizzati per identificare il tipo di attrezzatura e altri 2 bits sono utilizzati per controllare il corretto posizionamento della testa di lettura. In totale il numero di bits richiesti risulta pari a 26, che corrisponde al massimo richiesto dalle aste di perforazione leggere, oltre a quelli di posizionamento.

La piastrina contenente tali informazioni è riportata in figura 4, essa ha tre linee parallele rispettivamente di 8, 12 e 8 posizioni disponibili per i fori.

Essa è realizzata in acciaio AISI 316 con uno spessore di 4,5 mm, con forma rettangolare ad angoli smussati di 36 x 16 mm, con il lato più corto ad andamento circolare.

I due punti di informazione A e B sono quelli utilizzati per verificare il corretto posizionamento della testa di lettura, in particolare nel punto A si ha un foro a fondo conico e il punto B non è marcato. La lettura viene effettuata nell'ordine della numerazione delle posizioni.

Le linee sono distanziate di 5,08 mm (2 decimi di pollice), mentre i fori hanno un passo di 2,54 mm, un diametro di 2 mm, una profondità di 2,5 mm ed una svasatura conica a 120°. Essa può venire realizzata agevolmente in una macchina automatica a controllo numerico, programmabile per le posizioni di foratura delle varie piastrine da lavorare. Il dispositivo e il procedimento secondo l'invenzione si prestano ad una gestione mediante minicomputer o miniprocessori dedicati.

Esempio 2

In figura 5 è illustrato lo schema logico di un programma di identificazione in cui i termini anglosassoni di tecnologia petrolifera:

drill pipe sta per asta leggera drill collar sta per asta di appesant. hevy wate sta per asta pesante sub sta per raccorderia e gli altri termini sono di normale uso nella programmazione.

I simboli hanno il seguente significato:

S1 valore di ampiezza del segnale di porta 1 S2 valore di ampiezza del segnale di porta 2 M1 valore soglia del segnale di porta 1 M2 valore soglia del segnale di porta 2 A,B verifica di posizione del trasduttore.

Nell'esempio 1 la raccorderia non è stata considerata, ma si può constatare che i 2 bits di identificazione del tipo consentono di identificare 4 tipi di elemento e sono quindi sufficienti anche per la raccorderia.

La prima parte del programma è un "loop" di attesa per verificare se la testa di lettura è correttamente posizionata sulla piastrina di identificazione ossia se il primo trasduttore è posizionato in corrispondenza del punto A (esso potrebbe essere posto erroneamente su B).

Soddisfatta questa condizione, la seconda parte viene automaticamente eseguita.

Per ciascuno dei 26 punti di informazione, in ordine cronologico, si ottiene un valore 0 od 1 del bit corrispondente, sempre controllando l'assenza di eco nella porta 1 (valore del bit pari ad 1) non sia dovuta ad un difetto dell'elemento trasduttore o del suo accoppiamento.

Definita la affidabilità del collegamento si passa alla terza parte del programma in cui si procede prima alla identificazione del tipo di elemento, poi dalla lettura dei codici che lo caratterizzano e quindi viene calcolato il numero di serie dai codici che lo caratterizzano (dal bit il al bit 26).

Il dispositivo ed il procedimento secondo l'invenzione si rivela assai vantaggioso anche per quelle applicazioni che richiedono la marcatura e l'identificazione di materiali e attrezzature che - a prescindere dalla gravosità del loro impiego - devono essere "leggibili" solo dalle persone abilitate, in possesso dello strumento di lettura e dei relativi codici.

L'invenzione si rivela utile anche per la sua applicazione al campo della sicurezza per identificare e, se richiesto, registrare, sia i latori di piastrine sia eventualmente i latori di strumenti di lettura.

Claims (17)

1. Rivendicazioni 1) Dispositivo per l'identificazione di materiali ed attrezzature mediante ultrasuoni comprendente un elemento di marcatura applicato a detti materiali e un rilevatore di detta marcatura caratterizzato dal fatto che l'elemento di marcatura è costituito da una piastrina 1 che viene incisa su una delle sue facce con incisioni praticate o meno in posizioni predeterminate a formare una sequenza di bit 0 od 1 corrispondente alle incisioni presenti od assenti in tali posizioni o viceversa, detta piastrina essendo fissata al materiale da identificare con la faccia incisa nascosta e con la faccia opposta visibile, e che il rilevatore della marcatura e costituito da uno o più trasduttori ultrasonici 8, da porre in corrispondenza delle posizioni di marcatura della piastrina, che vengono eccitati con un segnale elettrico a generare un segnale ultrasonico che si riflette sulla faccia nascosta della piastrina 1 e ritorna al trasduttore stesso a generare un diverso segnale elettrico di ritorno in funzione della presenza della presenza od assenza della marcatura in ognuna di dette posizioni, ottenendo una sequenza di bit o segnali elettrici che identifica la marcatura praticata sulla faccia nascosta della piastrina.
2. 2) Dispositivo per l'identificazione di materiali ed attrezzature mediante ultrasuoni secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la marcatura della faccia nascosta della piastrina 1 viene praticata con una serie di forature cieche, preferibilmente con fondo concavo.
3. 3) Dispositivo per l'identificazione di materiali ed attrezzature mediante ultrasuoni secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che le forature cieche hanno fondo conico o sferico.
4. 4) Dispositivo per l'identificazione di materiali ed attrezzature mediante ultrasuoni secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che la piastrina 1 viene fissata in una cavità 5, di forma coerente a quella della piastrina 1 e adatta ad alloggiarla, praticata nel corpo del materiale da identificare e con una profondità almeno uguale e preferibilmente superiore allo spessore della piastrina 1, a costituire l'invito per il posizionamento dei trasduttori 8 in corrispondenza delle posizioni di marcatura.
5. 5) Dispositivo per l'identificazione di materiali ed attrezzature mediante ultrasuoni secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che il trasduttore 8 è realizzato monoliticamente secondo la disposizione di figura 2A con un nucleo costituito da una pastiglia piezoelettrica 9, uno strato 10 di polvere di metallo conduttore in una matrice di resina, da un conduttore 11 inglobato in un corpo prismatico 13 non conduttore dal quale fuoriesce un'estremità del connettore 12 mentre l'altra estremità è collegata elettricamente con lo strato 10, da una lamina metallica 14 aderente alla pastiglia piezoelettrica che costituisce il conduttore collegato a massa, dalla parte della pastiglia piezoelettrica opposta allo strato 10.
6. 6) Dispositivo per l'identificazione di materiali ed attrezzature mediante ultrasuoni secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che sulla lamina metallica 14 è posta una lente 15 di focalizzazione del fascio di ultrasuoni emesso dal trasduttore 8 alla profondità del fondo del foro 3.
7. 7) Dispositivo per l'identificazione di materiali ed attrezzature mediante ultrasuoni secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che una pluralità di trasduttori 8 viene assiemata a formare un trasduttore multiplo secondo una disposizione coerente a quella delle posizioni di marcatura della piastrina 1 in modo che ad ogni posizione di marcatura venga contemporaneamente presentato un trasduttore 8, secondo lo schema riportato in figura 2B. 8) Dispositivo per l'identificazione di materiali ed attrezzature mediante ultrasuoni secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che nella parte perimetrale del trasduttore multiplo vengono disposti elementi distanziali 17 da far appoggiare sulla faccia visibile della piastrina 1 per assicurare la distanza voluta tra essa e la lente 15 di focalizzazione.
8. 8) Procedimento di identificazione con ultrasuoni di materiali e attrezzature con il dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che il trasduttore o i trasduttori 8 vengono dapprima posizionati in corrispondenza di ciascuna posizione di marcatura 2 della piastrina 1, e che quindi i trasduttori 8 vengono eccitati con un segnale elettrico ad emettere un segnale ultrasonico verso la piastrina 1 che si riflette entro al corpo della piastrina e ritorna al trasduttore 8 a restituire un segnale elettrico secondo una determinata porta temporale e differenziato a seconda che la marcatura è assente o presente, detto segnale elettrico essendo misurato come differenza di tensione o di potenziale tra il terminale 12 e la lamina 14 di ogni trasduttore.
9. 9) Procedimento di identificazione con ultrasuoni di materiali e attrezzature secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che viene attribuito il valore 1 al segnale o bit il cui valore di ampiezza è superiore ad un valore soglia determinato nella calibrazione del trasduttore ed il valore 0 al segnale o bit il cui valore di ampiezza è inferiore al detto valore soglia.
10. 10) Procedimento di identificazione con ultrasuoni di materiali e attrezzature secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che utilizzando marcature a fondo concavo il segnale ultrasonico viene disperso a dare un segnale riflesso di ampiezza inferiore al valore soglia.
11. 11) Procedimento di identificazione con ultrasuoni di materiali e attrezzature secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che utilizzando marcature a fondo piano e parallelo alle facce della piastrina il segnale di ritorno dovuto alla riflessione del segnale ultrasonico sul fondo del foro viene rilevato ad una porta temporale diversa da quella del segnale che si riflette invece sulla faccia nascosta della piastrina, e che consente quindi di identificare la superficie sulla quale il segnale si è riflesso e distinguere, in base alla porta temporale in cui si presenta, il bit uguale ad 1 dal bit uguale a 0.
12. 12) Procedimento di identificazione con ultrasuoni di materiali e attrezzature secondo una o più delle rivendicazioni da 8 a 11, caratterizzato dal fatto che il corretto funzionamento dei trasduttori 8 viene verificato controllando ogni volta che il segnale di ritorno alla porta temporale corrispondente alla riflessione sulla faccia visibile della piastrina assuma il valore di ampiezza superiore al valore soglia.
13. 13) Procedimento di identificazione con ultrasuoni di materiali e attrezzature secondo una o più delle rivendicazioni da 8 a 12, caratterizzato dal fatto che il posizionamento del trasduttore multiplo in corrispondenza della piastrina 1 viene effettuato lasciando libera un'intercapedine 18 tra lenti 15 e faccia visibile della piastrina che viene riempita con un gel conduttore di ultrasuoni, applicando tale gel prima di posizionare il trasduttore.
14. 14) Procedimento di identificazione con ultrasuoni di materiali e attrezzature secondo una o più delle rivendicazioni da 8 a 13, caratterizzato dal fatto che una o più posizioni di marcatura vengono utilizzate per controllare il corretto posizionamento del trasduttore multiplo rispetto alla piastrina.
15. 15) Procedimento di identificazione con ultrasuoni di materiali e attrezzature secondo una o più delle rivendicazioni da 8 a 14, caratterizzato dal fatto che la rilevazione dei segnali riflessi viene effettuata in sequenza con scansione elettronica.
16. 16) Procedimento di identificazione con ultrasuoni di materiali e attrezzature secondo una o più delle rivendicazioni da 8 a 14, caratterizzato dal fatto che la rilevazione dei segnali riflessi viene effettuata con tecnica multiplex commutando i trasduttori componenti il trasduttore multiplo.
17. 17) Procedimento di identificazione con ultrasuoni di materiali e attrezzature secondo una o più delle rivendicazioni da 8 a 14, caratterizzato dal fatto che la rilevazione dei segnali riflessi viene effettuata raccogliendo ordinatamente i segnali di ritorno dai trasduttori a costituire la sequenza di identificazione dei materiali.