ES2233081T3 - Dispositivo para realizar un control de cuerpos sin contacto. - Google Patents
Dispositivo para realizar un control de cuerpos sin contacto.Info
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Abstract
Dispositivo para la detección sin contacto de defectos estructurales y/o de la superficie de cuerpos de gran extensión, en particular de materiales en forma de placa (denominados en lo sucesivo "probetas"), con un sistema de transporte (1) para la probeta (2), una fuente de calor (4) fija y dispuesta a distancia del plano de transporte, que se extiende transversalmente con respecto a la dirección de transporte (F), emitiendo una radiación lineal o en forma de bandas sobre el plano de transporte, una cámara de termografía (6) dispuesta a continuación de la fuente de calor (4), en el sentido de transporte (F), situada fija y a distancia del plano de transporte, y dirigida sobre el plano de transporte, así como un ordenador (7) con monitor (8) conectado a la cámara de termografía (6), que crea unas imágenes térmicas, caracterizado por las siguientes propiedades: - el sistema de transporte citado (1) presenta un plano de transporte sensiblemente horizontal y una zona (3) sin apoyos frente a laprobeta (2) que se trata de transportar; - la fuente de calor (4) está dispuesta por encima del plano de transporte, sobre la zona (3) exenta de apoyo; - la cámara de termografía (6) es una cámara de superficie dispuesta encima del plano de transporte, que presenta varias líneas de cámara dispuestas respectivamente en dirección transversal a la de transporte (F) y dispuestas una tras otra en el sentido de transporte (F); - el ordenador (7) con el monitor (8) crea imágenes térmicas a partir de las informaciones captadas sucesivamente por las líneas de cámara consecutivas desde diferentes niveles de profundidad de la probeta (2).
Description
Dispositivo para realizar un control de cuerpos
sin contacto.
La invención se refiere un dispositivo para la
detección sin contacto de defectos estructurales y/o de la
superficie de cuerpos de gran extensión, en particular de materiales
en forma de placa (denominados en lo sucesivo "probetas"), con
un sistema de transporte para la probeta, una fuente de calor fija
dispuesta a distancia del plano de transporte, que se extiende
transversalmente con respecto a la dirección de transporte,
emitiendo una radiación lineal o en forma de bandas sobre el plano
de transporte, una cámara de termografía dispuesta a continuación de
la fuente de calor, en el sentido de transporte, situada fija y a
distancia del plano de transporte, y dirigida sobre el plano de
transporte así como un ordenador con monitor conectado a la cámara
de termografía, que crea unas imágenes térmicas.
Durante la fabricación de materiales de gran
superficie, homogéneos o compuestos por diversos componentes, pueden
llegar a producirse inclusiones de aire, grietas o faltas de
homogeneidad, bien en el mismo material o entre los distintos
componentes. Estos defectos estructurales, por lo general, reducen
la resistencia adherente y por lo tanto la calidad del producto. Por
lo tanto es deseable detectar lo antes posible y a ser posible
dentro del curso del proceso de fabricación estos defectos o puntos
débiles, para poder efectuar una intervención correctiva en el
proceso de fabricación.
Según la clase y el volumen del material que se
trata de investigar actualmente se emplean diversos procedimientos
para detectar puntos débiles en el material:
- -
- Sistemas de medición puntual, como por ejemplo, ultrasonido, métodos radiométricos, inductivos o capacitivos, que suministran información relativa a los defectos del material en un entorno de medida pequeño. Para permitir con estos métodos un control 100% de materiales de gran superficie es preciso que los procedimientos de medición puntual se pasen por encima de todo el objeto, consumiendo mucho tiempo. Estos procedimientos de medición puntual no son aplicables por lo general para un control de fabricación en línea 100%, debido al tiempo empleado en el escaneado de la muestra. El funcionamiento simultáneo en paralelo de varios aparatos, si bien por lo general reduce el tiempo de medición, sin embargo encarece correspondientemente los sistemas de medición.
- -
- Para un control de fabricación 100% es deseable disponer de sistemas rápidos que midan en toda la superficie. La inspección óptica de la superficie con luz visible permite por ejemplo detectar defectos en la capa superficial. Los sistemas de medición interferométricos, como por ejemplo, el interferómetro electrónico de dibujo de manchas (ESPI) o el Shear-ESPI pueden medir defectos en toda la superficie, también en el interior de las muestras de material. Pero debido a su gran sensibilidad frente a las interferencias exteriores no se pueden integrar de forma sencilla y segura en el proceso de producción. Aunque para un proceso de vigilancia de este tipo serían en principio adecuadas las microondas o las ondas de radio, sin embargo exigen un gasto relativamente alto para cumplir las rigurosas normas de seguridad para el manejo de fuentes de radiación.
La patente DE 197 03 484 A1 describe un
procedimiento de inspección en el cual se detectan defectos
interiores en un material o conjunto de materiales, para lo cual en
la zona que se trata de investigar se genera un flujo térmico que se
ve perturbado en los puntos defectuosos. Las distorsiones
resultantes en el campo de temperaturas superficiales se captan y
evalúan para contrastar los defectos. La sensibilidad para detectar
defectos internos más pequeños situados a mayor profundidad se
consigue mediante una conducción optimizada del calor y utilizando
sistemas de medición de alta resolución para captar la distribución
de temperaturas superficiales locales y en el tiempo.
La patente DE 196 28 391 C1 describe una unidad
de tratamiento de señales de un dispositivo para la inspección
fototérmica de una superficie de una probeta. Está previsto un
sistema de medición de la velocidad mediante el cual se puede
determinar la velocidad relativa de una probeta con respecto a la
parte óptica y a un detector dispuesto fijo en ésta. Mediante el
valor de medición de velocidad obtenido de esta manera se puede
corregir la variación en el tiempo de la radiación térmica inducida
sobre una zona de inspección en reposo, generada por la radiación de
excitación.
La patente DE 197 20 461 A1 describe un
procedimiento y un dispositivo para la inspección de la estructura
de refrigeración interna de un álabe de turbina. Para ello se toma
una imagen termográfica inicial del álabe de turbina que se trata de
inspeccionar, mediante una primera cámara de infrarrojos. A
continuación se calienta brevemente el álabe de la turbina
insuflando aire caliente en su estructura de refrigeración. Del
álabe de turbina calentado de esta manera se toma entonces una
imagen termográfica mediante una segunda cámara de infrarrojos. La
cámara de infrarrojos de termografía puede trabajar en un modo de
escaneado lineal, es decir explorar el objeto por líneas. La
variación de la distribución de temperatura en función del tiempo
registrada por la cámara se digitaliza en línea en un ordenador
personal mediante el correspondiente programa de evaluación y
tratamiento de la imagen, y se resta de éste respectivamente la
imagen termográfica inicial. Estas imágenes diferenciales se
comparan y evalúan con las tomas de un álabe de referencia.
El dispositivo antes descrito está publicado en
el artículo de H. Tretout: "Composites, la thermographie ça marche
en CND" (Materiales compuestos, la termografía funciona en CND),
en MESURES. REGULATION AUTOMATISME, Tomo 51, nº 15, Noviembre 1986
(1986-11), páginas 43-46,
XP002125600 París. En este dispositivo se hace pasar la probeta por
medio de un sistema transportador, no descrito con mayor detalle,
dentro de un plano vertical a lo largo de una fuente de calor de
radiación horizontal, así como de una cámara de termografía de
líneas dispuesta a continuación de ésta, que sólo tiene una línea de
cámara.
La invención tiene como objetivo desarrollar un
dispositivo para realizar un procedimiento mejorado en comparación
con los procedimientos ya conocidos.
Este objetivo se resuelve de acuerdo con la
invención por las características siguientes:
- -
- el sistema de transporte citado presenta un plano de transporte sensiblemente horizontal y una zona sin apoyos frente a la probeta que se trata de transportar;
- -
- la fuente de calor está dispuesto por encima del plano de transporte, sobre la zona exenta de apoyos;
- -
- la cámara de termografía es una cámara de superficie dispuesta encima del plano de transporte, que presenta varias líneas de cámara dispuestas respectivamente en dirección transversal a la de transporte y dispuestas una tras otra en el sentido de transporte;
- -
- el ordenador con el monitor crea imágenes térmicas a partir de las informaciones captadas sucesivamente por las líneas de cámara consecutivas, desde diferentes niveles de profundidad de la probeta.
Con el fin de evitar el calentamiento del
dispositivo de soporte o transporte de la probeta está previsto, de
acuerdo con la invención, que la probeta solamente esté apoyada
fuera de la zona expuesta al calor. Esto se puede realizar de forma
sencilla, por lo que respecta al dispositivo por el hecho de que el
sistema transportador está compuesto por dos transportadores sinfín,
separados entre sí en la dirección de transporte en la zona de la
fuente de calor.
Para poder adaptar el aparato de inspección
objeto de la invención a diferentes condiciones de ensayo es
conveniente que estén previstos dispositivos de ajuste para
modificar la distancia a medir en la dirección de transporte, entre
la fuente de calor y la cámara de termografía y/o para modificar la
velocidad de transporte del dispositivo de transporte y/o para
modificar la distancia de la fuente de calor respecto a la
superficie de la probeta que se trata de calentar y/o de la potencia
de la fuente de calor.
Con el aparato de inspección termográfico se
pueden detectar con gran velocidad, sin contacto y con carácter no
destructivo, tanto los defectos en la superficie de grandes
materiales en forma de placa como también defectos próximos a la
superficie, hasta una profundidad de algunos centímetros. Así, por
ejemplo, se puede obtener una toma termográfica de un tablero de
aglomerado recubierto, cuya superficie haya sido calentada de forma
homogénea unos pocos grados. Después de un corto tiempo de
penetración del calor se puede observar sobre la superficie de la
probeta una imagen térmica compleja, rica en contraste, compuesta de
varios niveles de profundidad de la probeta, a partir de cada una de
las líneas de la cámara de termografía superficial. A partir de
estas imágenes se pueden sacar entonces conclusiones relativas a la
calidad de pegado y la subsiguiente mala adherencia del
material.
En el dibujo se ha representado esquemáticamente
una forma de realización de la invención que sirve de ejemplo.
El aparato representado comprende un sistema
transportador 1 para una probeta 2 en forma de placa de gran
superficie, que puede ser por ejemplo, un tablero de aglomerado
recubierto. El sistema transportador 1 representado esquemáticamente
se compone de dos transportadores sinfín 1a, 1b separados entre sí
en la dirección de transporte F. La separación horizontal útil entre
estos dos transportadores sinfín 1a, 1b, forma, con respecto a la
probeta 2 que se trata de transportar, una zona 3 exenta de apoyos,
y encima del nivel de transporte está situada fija una fuente de
calor 4, que se extiende en dirección transversal a la dirección de
transporte, y que emite su radiación en forma lineal o de bandas
sobre el plano de transporte.
A continuación de la fuente de calor 4 y en el
sentido de transporte F está dispuesta una cámara de termografía,
realizada como cámara termográfica de superficies 6. La cámara de
termografía también está situada fija encima del plano de
transporte, y está orientada sobre el plano de transporte con las
líneas de cámara situadas transversalmente respecto a la dirección
de transporte F. Conectado a la cámara de termografía hay un
ordenador 7 que a partir de cada línea de la cámara crea un dibujo
de imagen térmica independiente, que se puede ver en un monitor de
color 8 y evaluar en un PC.
En la figura, la doble flecha 9 que está dibujada
simboliza un dispositivo de ajuste para modificar la distancia entre
la fuente de calor 4 y la cámara de termografía 6, que se ha de
medir en la dirección de transporte F.
La medición se basa en que el calor aportado de
forma homogénea a la probeta se propaga a diferente velocidad como
consecuencia de defectos, grietas y/o faltas de homogeneidad.
Mediante la cámara de termografía se pueden observar en la
superficie las distintas imágenes térmicas que al cabo de algún
tiempo se forman de acuerdo con la conductividad térmica del
material y la profundidad del defecto.
La velocidad de transporte de la probeta 2, la
distancia entre la fuente de calor 4 y la superficie de la probeta 2
así como la potencia de la fuente de calor 4 determinan la
aportación de energía deseada para la probeta. Para ello es preciso
que la fuente de calor esté situada encima de la zona 3 que no tiene
apoyos, con el fin de evitar que se caliente el sistema
transportador 1.
La inspección propiamente dicha de la probeta 2
tiene lugar, visto en el sentido de transporte F, después de la
fuente de calor 4 y mediante una cámara de termografía, que está
realizada como cámara de superficie completa (Focal Plane Array) y
que está situada a tal altura sobre la probeta 2 que se trata de
medir que con el sistema óptico correspondiente se reproduzca la
anchura deseada de la superficie de la probeta 2. Para ello, las
distintas líneas de esta cámara de superficie están dispuestas en
dirección transversal a la dirección de transporte F, y una tras
otra en el sentido de transporte F. La capa de profundidad de la
probeta 2 que se trata de investigar se determina mediante el ajuste
de distancia de la cámara de termografía 6 con respecto a la fuente
de calor 3, en combinación con la velocidad del sistema
transportador 1. Si la cámara está situada muy próxima después de la
fuente de calor 4 entonces dibuja imágenes térmicas de capas
próximas a la superficie. Si se aumenta la distancia de la cámara a
la fuente de calor 4 entonces la imagen térmica de la superficie de
la probeta presenta una señal procedente de capas más profundas, ya
que el calor emitido por la fuente de calor 4 ya ha podido penetrar
a mayor profundidad en la probeta 2, debido al recorrido de
transporte más largo.
Mediante el movimiento uniforme de la probeta 2
debajo de la cámara de superficie 6 se crea en el ordenador 7, 8 que
está conectado una imagen independiente de la probeta 2 a partir de
cada línea de la cámara. De esta manera se forman tantas imágenes
térmicas de la probeta como líneas tenga la cámara. Dado que cada
línea de la cámara registra una zona de la probeta 2 algo más
alejada de la fuente de calor 4, las respectivas imágenes de líneas
contienen informaciones procedentes de distintos niveles de
profundidad 10 de la probeta 2, tal como está indicado
esquemáticamente en la parte inferior de la figura. El detalle 2a
muestra n líneas 11 que facilitan informaciones procedentes de
distintos niveles de profundidad 10.
De esta manera se tiene la posibilidad de
registrar simultáneamente mediante una cámara de superficie de
termografía 6 la señal procedente de diferentes profundidades de una
probeta.
Claims (6)
1. Dispositivo para la detección sin contacto de
defectos estructurales y/o de la superficie de cuerpos de gran
extensión, en particular de materiales en forma de placa
(denominados en lo sucesivo "probetas"), con un sistema de
transporte (1) para la probeta (2), una fuente de calor (4) fija y
dispuesta a distancia del plano de transporte, que se extiende
transversalmente con respecto a la dirección de transporte (F),
emitiendo una radiación lineal o en forma de bandas sobre el plano
de transporte, una cámara de termografía (6) dispuesta a
continuación de la fuente de calor (4), en el sentido de transporte
(F), situada fija y a distancia del plano de transporte, y dirigida
sobre el plano de transporte, así como un ordenador (7) con monitor
(8) conectado a la cámara de termografía (6), que crea unas imágenes
térmicas, caracterizado por las siguientes propiedades:
- -
- el sistema de transporte citado (1) presenta un plano de transporte sensiblemente horizontal y una zona (3) sin apoyos frente a la probeta (2) que se trata de transportar;
- -
- la fuente de calor (4) está dispuesta por encima del plano de transporte, sobre la zona (3) exenta de apoyo;
- -
- la cámara de termografía (6) es una cámara de superficie dispuesta encima del plano de transporte, que presenta varias líneas de cámara dispuestas respectivamente en dirección transversal a la de transporte (F) y dispuestas una tras otra en el sentido de transporte (F);
- -
- el ordenador (7) con el monitor (8) crea imágenes térmicas a partir de las informaciones captadas sucesivamente por las líneas de cámara consecutivas desde diferentes niveles de profundidad de la probeta (2).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el sistema de transporte (2) está
compuesto de dos transportadores sinfín (1a, 1b), separados entre sí
en dirección de transporte (F) en la zona de la fuente de calor
(4).
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado por disponer de un sistema de ajuste (9) para
modificar la distancia entre la fuente de calor (4) y la cámara de
termografía (6), que se ha de medir en la dirección de transporte
(F).
4. Dispositivo según la reivindicación 1, 2 ó 3,
caracterizado por un dispositivo de ajuste para modificar la
velocidad de avance del sistema de transporte (1).
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado por un sistema de ajuste para
modificar la distancia entre la fuente de calor (4) y la superficie
de la probeta (2) que se trata de calentar.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado por un dispositivo de ajuste de la
potencia de la fuente de calor (4).
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