ES2220860T3 - Sistema para el control de la ccalidad de una soldadura por laser. - Google Patents

Abstract

Sistema para el control de la calidad de una soldadura por láser, que comprende: - medios (4) para el enfoque de un haz de rayos láser (L) en una zona de soldadura; - un filtro óptico asociado a unos medios sensores de fotodiodo (7) para la detección de la radiación (E) emitida por la zona de la soldadura; y - una unidad de control y procesamiento electrónico (8) para el procesamiento de las señales emitidas por dichos medios sensores (7); caracterizado porque el filtro óptico (11) está dispuesto para seleccionar una banda de ondas ópticas de entre 200 y 405 nm, porque dichos medios de control y procesamiento (8) están concebidos para recibir la señal procedente de dichos medios sensores (7) con una frecuencia de entre 10 y 60 kHz, y porque dichos medios de control y procesamiento están concebidos para filtrar la señal adquirida con la ayuda de un filtro pasabanda de entre 4 y 10 kHz, de tal manera que el control de la calidad de la soldadura puede ser realizado sobre la única base de la señal así procesada, sin necesidad de comparación con una señal de referencia predeterminada correspondiente a una soldadura de buena calidad.

Description

Sistema para el control de la calidad de una soldadura por láser.

La presente invención se refiere a un sistema de control de la calidad de soldaduras por láser, según el preámbulo de la reivindicación 1 y a un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 7.

Sistemas del tipo referido ya se han propuesto y usado en el pasado para llevar a cabo la vigilancia en línea de los procesos de soldadura por láser, en particular en el caso de la soldadura de chapa metálica. El sistema de control es capaz de verificar la presencia de porosidad en la zona de la soldadura, o también la presencia de defectos debidos al solapamiento o separación de las chapas, en el caso de unión a tope de chapa metálica delgada.

El inconveniente de los sistemas utilizados hasta el presente reside en el hecho de que basan el control de la calidad en una comparación entre las señales detectadas durante el proceso y una o más señales de referencia predeterminadas que indican una buena calidad de la soldadura, dichas señales de referencia, que normalmente oscilan en número entre dos y diez, se predisponen partiendo de un cierto número de muestras de soldadura de buena calidad. Obviamente esta forma de proceder implica la presencia de un operador experimentado capaz de certificar la bondad de la soldadura en el momento de la creación de las señales de referencia, supone un importante consumo de tiempo, y en ocasiones implica también consumo de material (que se pierde para la preparación de las muestras necesarias para la obtención de las señales de referencia). En algunos casos también se predisponen señales de referencia que indican que una soldadura presenta defectos, lo que implica problemas y dificultades adicionales.

El propósito de la presente invención es la superación de todos los inconvenientes que se han mencionado.

Con el fin de conseguir dicho propósito, el objeto de la presente invención es un sistema para el control de la calidad de una soldadura por láser según la reivindicación 1 y un procedimiento según la reivindicación 7.

Según la forma de realización preferida de la invención los citados medios de control y procesamiento se disponen para dividir en bloques la señal adquirida y filtrada, promediar la señal para cada bloque de muestra, e identificar la presencia de un defecto de soldadura, en el caso en que uno o más de dichos bloques presente un valor inferior o igual a la desviación de los medios sensores.

Pruebas llevadas a cabo por el solicitante han demostrado que, gracias a las características mencionadas, el simple análisis de las señales detectadas durante el proceso de soldadura es suficiente para posibilitar la identificación de posibles defectos, sin necesidad de predisponer señales de referencia que indiquen una buena calidad de la soldadura, con la ventaja, por tanto, de la eliminación de operaciones relativamente laboriosas que exige la predisposición de las señales de referencia.

Por supuesto, el objeto de la presente invención es también el procedimiento para el control de la calidad de una soldadura por láser, que hace uso del sistema descrito en el presente documento.

Otras características y ventajas de la presente invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la siguiente descripción que hace referencia a los dibujos adjuntos que se exponen únicamente a título de ejemplo no limitativo, y en los cuales:

- la Figura 1 es una vista esquemática de un sistema según la invención;

- la Figura 2 es un gráfico ilustrativo de la respuesta de espectro del fotodiodo utilizado en el sistema según la invención; y

- la Figura 3 es una vista esquemática de los sensores que forman parte del sistema ilustrado en la Figura 1.

Haciendo referencia a la Figura 1, la referencia numérica 1 indica, en su conjunto, un sistema para el control de la calidad de un proceso de soldadura por láser. El ejemplo se refiere al caso de dos chapas metálicas 2, 3, que se sueldan entre sí con la utilización de un haz de rayos láser. La referencia numérica 4 indica, en su conjunto, el cabezal de enfoque, que incluye una lente 5 a la que llega un haz de rayos láser procedente de un generador láser (no representado) y reflejado por un espejo semirreflectante 6. La radiación E emitida por la zona de la soldadura pasa a través del espejo semirreflectante 6 y es captada por el sensor 7 consistente en un fotodiodo que es capaz de enviar su señal de salida a una unidad de procesamiento y control electrónico 8 asociada a un ordenador personal 9.

Según una forma concreta de realización de la invención, el espejo semirreflectante 6 utilizado era un espejo de Zn-Se de un diámetro de 2 pulgadas, y un espesor de 5 mm. El sensor 7 era un fotodiodo con una respuesta de espectro de entre 190 y 1100 nm, una zona activa de 1,1 x 1,1 mm y una ventana de cuarzo.

Haciendo referencia a la Figura 3, asociada al fotodiodo 7 se encuentra una lente de enfoque 10 que es capaz de concentrar el haz incidente sobre el sensor después de haber sido filtrado por un filtro óptico 11.

Según la invención, el filtro óptico 11 asociado al sensor tiene una banda óptica de entre 200 y 405 nm para la selección de la radiación procedente de la zona de soldadura.

Volviendo al caso de una forma de realización concreta, la unidad electrónica 8 comprende una tarjeta de adquisición de datos del tipo tarjeta PC NI 6110E, con una frecuencia máxima de adquisición de 5 Mmuestras/s.

La Figura 2 ilustra un gráfico que corresponde a la respuesta de espectro del fotodiodo 7.

Según otra característica importante de la invención, la unidad electrónica 8 recibe la señal emitida por el sensor 7 con una frecuencia dentro de la gama de 10 kHz a 60 kHz. La señal se filtra entonces utilizando un filtro pasabanda; por ejemplo un filtro de entre 4 kHz y 10 kHz de Butterworth IIR.

Estudios y pruebas realizadas por el solicitante han demostrado que dividiendo en bloques la señal así recibida y filtrada, calculando el promedio de la señal de cada bloque muestreado, los bloques que presenten un valor inferior o igual a la desviación del fotodiodo son indicativos de la presencia de un defecto.

Dicho de otro modo, gracias a las características que se han descrito, el sistema según la invención es capaz de identificar los defectos de soldadura, sin necesidad de recurrir a comparaciones con señales de referencia que indiquen una soldadura de buena calidad, sino, simplemente, sobre la base de la señal obtenida durante el proceso real. En la práctica, cuando existe un defecto de soldadura, en uno o más de los bloques de muestra de la señal emitida por el sensor, se encuentra un valor medio inferior o igual a la desviación del sensor.

De este modo, se evitan las laboriosas operaciones que son necesarias con los sistemas conocidos para disponer de las señales de referencia.

Claims (8)

1. Sistema para el control de la calidad de una soldadura por láser, que comprende:

- medios (4) para el enfoque de un haz de rayos láser (L) en una zona de soldadura;

- un filtro óptico asociado a unos medios sensores de fotodiodo (7) para la detección de la radiación (E) emitida por la zona de la soldadura; y

- una unidad de control y procesamiento electrónico (8) para el procesamiento de las señales emitidas por dichos medios sensores (7);

caracterizado porque el filtro óptico (11) está dispuesto para seleccionar una banda de ondas ópticas de entre 200 y 405 nm, porque dichos medios de control y procesamiento (8) están concebidos para recibir la señal procedente de dichos medios sensores (7) con una frecuencia de entre 10 y 60 kHz, y porque dichos medios de control y procesamiento están concebidos para filtrar la señal adquirida con la ayuda de un filtro pasabanda de entre 4 y 10 kHz, de tal manera que el control de la calidad de la soldadura puede ser realizado sobre la única base de la señal así procesada, sin necesidad de comparación con una señal de referencia predeterminada correspondiente a una soldadura de buena calidad.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de control y procesamiento anteriormente citados están dispuestos para dividir en bloques la señal así adquirida y filtrada, y para promediar la señal por cada bloque muestreado, siendo los bloques que presenten un valor menor o igual a la desviación de los medios sensores indicativos de la presencia de un defecto de soldadura.

3. Sistema según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque los medios de enfoque anteriormente mencionados comprenden un espejo semirreflectante concebido para reflejar el haz de rayos láser que debe ser dirigido a la zona de soldadura y para ser atravesado por la radiación emitida por la zona de la soldadura para dar lugar a que alcance los medios sensores.

4. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios sensores de fotodiodo anteriormente mencionados comprenden un fotodiodo con una respuesta de espectro de entre 190 y 1100 nm.

5. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios sensores anteriormente mencionados comprenden una lente de enfoque (10).

6. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el filtro pasabanda anteriormente mencionado es un filtro Butterworth IIR.

7. Procedimiento para el control de calidad de una soldadura por láser, que comprende las etapas siguientes:

- enfoque de un haz de rayos láser (L) sobre una zona de soldadura;

- detección de la radiación emitida por la zona de soldadura con la ayuda de medios sensores de fotodiodo, asociados a un filtro óptico; y

- procesamiento de señales emitidas por dichos medios sensores;

caracterizado porque el filtro óptico está concebido para la selección de una banda de ondas ópticas de entre 200 y 405 nm, porque las señales procedentes de los medios sensores son recibidas con una frecuencia de entre 10 y 60 kHz, y porque la señal recibida se filtra con la ayuda de un filtro pasabanda de entre 4 y 10 kHz, de tal manera que el control de calidad de la soldadura puede realizarse sobre la única base de la señal así procesada, sin la necesidad de comparación con una señal de referencia predeterminada correspondiente a una soldadura de buena calidad.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la señal así adquirida y filtrada se divide en bloques, y porque la señal es promediada en cada bloque de muestra, siendo los bloques con un valor menor o igual a la desviación de los medios sensores indicativos de la presencia de un defecto de soldadura.