ES2345947T3 - Dispositivo de evaluacion de la calidad de cordones de soldadura por deteccion del perfil de temperatura del metal fundido que se enfria durante la soldadura. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de evaluación de la calidad de cordones de soldadura (2) por detección del perfil de temperatura del metal fundido que se está enfriando durante la soldadura, caracterizado por el hecho de que un cabezal detector (4) puede ser emplazado de manera fija sobre un soplete de soldadura (5) en proximidad directa de su tobera, de manera que un colimador de agujeros (15) que se encuentra allí está alineado transversalmente al cordón de soldadura (2) y un número definido de agujeros con tubitos (18) del colimador de agujeros (15) que se conectan allí están posicionados perpendicularmente encima del metal fundido que se está enfriando, del cordón de soldadura (2), y a cada tubito (18) del colimador de agujeros (15) está asignado un receptor infrarrojo (19), estando funcionalmente unidos todos los receptores infrarrojos (19) con una unidad electrónica (8) y la unidad electrónica (8) a su vez corresponde con un ordenador de evaluación (10).
Description
Dispositivo de evaluación de la calidad de
cordones de soldadura por detección del perfil de temperatura del
metal fundido que se enfría durante la soldadura.
La invención se refiere a un dispositivo de
evaluación de la calidad de cordones de soldadura por detección del
perfil de temperatura del metal fundido que se está enfriando
durante la soldadura.
A los controles automatizados de cordones de
soldadura se enfrenta la tarea de efectuar, según la posibilidad,
mejor, más rápido y con la misma seguridad que el ser humano el
resultado de una soldadura. Es el estado de la técnica de emplear
para ello unos dispositivos de vigilancia a base de la medición de
un parámetro eléctrico del proceso de soldadura por arco voltaico.
Estos procedimientos tienen la gran ventaja de que sólo son
necesarias pocas instalaciones anexas para la detección y evaluación
del proceso de soldadura y que la evaluación esté disponible
directamente después del final de la soldadura. Con esto sólo surgen
costes relativamente bajos y el resultado es disponible
inmediatamente. Sin embargo hay restricciones considerables en el
reconocimiento de irregularidades en la soldadura que no se deben a
un funcionamiento erróneo de la técnica de aparatos de soldadura
(problemas del suministro de alambres de soldar etc.). Es crítica
particularmente la falta de unión entre el metal de base y el metal
depositado. Esto se debe a que p.ej. la soldadura misma funciona
bien, pero bien por un intersticio modificado de piezas de trabajo a
unir o por sus tolerancias un enlace de ambos materiales básicos no
se efectúa de ninguna manera o de manera muy fuertemente
reducida.
Para encontrar estos problemas, se efectúa cada
vez más una medición óptica del cordón de soldadura en su estado
enfriado. Los escáneres de superficie miden el perfil del cordón de
soldadura y comparan los resultados con los valores teóricos. De
este modo pueden ser encontradas las irregularidades de soldadura
comprobables visualmente, sin embargo existen límites en el
reconocimiento de pequeñas irregularidades, como p. ej. poros,
también los restos de escoria o silicatos no pueden distinguirse del
cordón de soldadura en sí. La falta de unión entre el metal de base
y el metal depositado sin embargo también solamente se pueden
reconocer, cuando tienen efectos superficiales, lo cual muy raras
veces es el caso en faltas de unión de flancos. Un problema
principal en la utilización de esta medición óptica del cordón de
soldadura son los costes considerables y la pérdida de tiempo. La
medición se realiza de manera que se guía un cabezal óptico de nuevo
sobre el cordón de soldadura, para lo cual se necesita otra máquina
de guiado (robot), y por lo cual surge una etapa de fabricación casi
nueva con retardo.
Desde hace mucho tiempo se ha reconocido la
termografía como procedimiento de prueba sin destrucción,
especialmente en la aplicación para la comprobación de cordones de
soldadura. Como termografía activa se denominan en este caso
aquellos procedimientos, en los que se calienta la pieza de prueba y
la conductividad térmica perturbada e irregular permite sacar
deducciones en cuanto a rechupes, poros, grietas o uniones
defectuosas. Estos procedimientos de prueba usan por cierto la
conductividad térmica, pero siempre tienen lugar después del proceso
de soldadura.
El empleo de cámaras infrarrojas en la soldadura
se conoce especialmente de los laboratorios de desarrollo. En este
caso se comparan p. ej. los modelos de la producción de calor con
los valores reales, para obtener algoritmos de cálculo capaces de
declarar para formar un modelo.
Las patentes citadas a continuación deben
representar en ejemplos detallados el estado de la técnica
encontrado.
El documento
BE-A-1005941 divulga un dispositivo
para la evaluación de la calidad de cordones de soldadura mediante
receptores infrarrojos.
Según DD 15 73 98 se propone un procedimiento
para la evaluación de la radiación térmica emitida por la arista
cortante o el cordón de soldadura. La radiación térmica emitida aquí
es fotografiada mediante una instalación de termovisión y analizada
mediante un dispositivo de evaluación conectado posteriormente,
utilizando las señales obtenidas para el mando y la regulación del
proceso. Por medio de unidades de ajuste correspondientes en el
aparato de mando se asignan determinados campos de temperatura a las
señales de color y se detectan desviaciones por comparaciones de
valores teóricos y reales con los valores prefijados. Un reajuste de
los parámetros de soldadura debe evitar en este caso posibles
irregularidades de la unión por soldadura. A parte de que se siguió
un otro objetivo, es aquí desventajoso que la técnica radiológica no
puede ser posicionada suficientemente cerca al soplete de soldadura
y se tiene que impulsar un esfuerzo técnico considerable en
aparatos. Esta técnica es por consiguiente no adecuada para ser
utilizada en una célula de robot durante la producción en serie.
En DE 10 2004 028 607 A1 se presenta un
dispositivo y un procedimiento para un ensayo no destructivo de la
calidad de la unión por soldaduras de espárragos.
También aquí el examen de la unión por soldadura
tiene lugar a continuación del proceso de ensambladura finalizado.
También aquí se habla del empleo de la cámara infrarroja, sin tener
en cuenta los problemas relacionados con el ensuciamiento y la
robustez, los gastos de adquisición y los tamaños de
construcción.
El calentamiento a ser posible uniforme de las
piezas de trabajo antes de la toma de una imagen infrarroja con una
cámara IR es aquí el elemento inventivo esencial, debiendo que
automatizar el procedimiento de control mediante el dispositivo y
ahorrar energía.
Con DE 199 35 777 B4 se menciona un dispositivo
para valorar la calidad de soldadura. Este es utilizado
especialmente para la comprobación de uniones por soldadura a tope
por chispa una vez efectuada la soldadura. Las piezas de trabajo
unidas permanecen sujetadas en la posición de soldadura y durante el
desbarbado del cordón de soldadura es arrastrado un pirómetro de
irradiación de calor sobre toda su longitud o un dispositivo
termográfico como otra variante, de manera que se pueda producir una
curva de temperatura o se captan la luminosidad y el color del
cordón de soldadura, de lo cual se pueden deducir en su caso
irregularidades existentes del cordón de soldadura. Soldaduras
posteriores inmediatas se realizarán en el caso dado. Sin embargo
también aquí tiene lugar la aplicación según el proceso de soldadura
en el sentido de una etapa de prueba, de modo que estas
declaraciones no corresponden al objetivo inventivo.
La patente DE 692 07 476 T2 ofrece un
procedimiento para la supervisión de una soldadura a tope entre
bandas de metal. El control se realiza de manera termográfica en
estado caliente, p. ej. de bandas de chapa unidas que deben ser
sometidas a sucesivos tratamientos mecánicos.
La "ficha térmica" que se puede crear se
presenta después de la realización de la soldadura. Para el cordón
de soldadura se han creado áreas fijas para la elaboración de
perfiles de temperatura transversalmente al cordón de soldadura y un
perfil de temperatura por toda la longitud. La medida de la
comprobación de la calidad son los valores mínimos y máximos de
temperatura que se han de cumplir. Puesto que durante la medición de
la temperatura está finalizado el proceso de soldadura o en una
realización después del ajuste se efectúa la medición (de manera
termográfica) antes de la soldadura, pueden realizarse distancias de
medición relativamente cortas. El empleo de aparatos termográficos,
particularmente con sistemas ópticos, sin embargo no se debe
recomendar en la soldadura por arco voltaico abierto, en proximidad
del metal fundido que se está enfriando, es decir durante el proceso
de soldadura, p. ej. a causa de condiciones ambientales duras.
En resumen se puede decir que también son
conocidos una serie de exámenes y aplicaciones, mediante los cuales
las faltas de unión visibles e invisibles, como también agujeros o
grietas son detectables mediante una propagación de calor
heterogénea. La idea de utilizar la temperatura del baño de fusión
que se está enfriando, siempre era nuevamente el objeto de
investigaciones científicas, pero fracasaba en la práctica durante
la soldadura por arco voltaico en los factores siguientes:
- -
- Las temperaturas pueden ser captadas solamente sin contacto mediante procedimientos de medición pirométricos.
- -
- El arco voltaico representa una fuente luminosa, que pasa por todas las gamas de frecuencia y por lo tanto resplandece sobre la radiación térmica del baño de fusión.
- -
- Las condiciones ambientales son extremas enemigas para sistemas ópticos debido al vapor de metal y salpicaduras.
- -
- El tamaño de construcción y la accesibilidad al soplete de soldadura deben ser mantenidos.
\vskip1.000000\baselineskip
Con el estado de la técnica inicialmente
descrito no pueden ser solucionados los problemas de la detección
actuales, la evaluación de irregularidades contenidas en el baño de
soldadura.
Es por lo tanto tarea de la invención
desarrollar un dispositivo que debe permitir la detección, a base de
modos de funcionamiento conocidos de la termografía, de las
temperaturas de la superficie del metal fundido que se está
enfriando y de los materiales básicos participados en proximidad
directa del arco voltaico de soldadura y de reconocer y evaluar
automáticamente, sobre la base de esto, las irregularidades de
soldadura, como las faltas de unión de flancos, las faltas de unión
entre el metal de base y el metal depositado como también otras
irregularidades de soldadura.
En este caso el dispositivo debe ser
dimensionado según la invención de manera que pueda ser fijado en
cuanto al tamaño y peso sobre un soplete convencional y que en
proximidad directa al proceso de soldadura por arco voltaico y bajo
las condiciones de humos de soldadura, salpicaduras de soldadura y
de alta temperatura ambiente detecte sin contacto el perfil de
temperatura transversalmente al cordón de soldadura en gran parte
sin perturbación de la radiación térmica de un arco voltaico.
Según la invención se soluciona la tarea
mediante las características típicas mencionadas en la
reivindicación 1. La configuración ulterior de la invención se
deduce de las reivindicaciones 2 a 6.
Las siguientes indicaciones complementarias
referente a la teoría según la invención son necesarias.
La radiación térmica del metal fundido que se
está enfriando y sus zonas marginales se detecta por un cabezal
detector aproximadamente paralelepípedo según la invención como
línea transversal al cordón de soldadura. Este cabezal detector
corresponde de manera constructiva con el soplete de soldadura, de
modo que se guía la línea de detección de la temperatura del cabezal
detector con la velocidad del soplete de soldadura sobre el cordón
de soldadura que se está enfriando. Este cabezal detector está muy
cerca al arco voltaico y por lo tanto está expuesto a los humos de
soldadura, a la temperatura alta, a la radiación por arco voltaico
considerable y las salpicaduras de soldadura. Según la invención se
aplica dentro del cabezal detector un colimador sin cristal en forma
de un bloque que contiene agujeros profundos delgados que están
dispuestos en la mayoría de los casos en una fila y en cuyo extremo
se halla respectivamente un receptor de la radiación y se forma por
consiguiente una línea de detección. Debido a los agujeros profundos
en el colimador se dejan pasar solamente las partes de radiación que
entran paralelamente a los agujeros, todas las demás partes de la
radiación son absorbidas por la pared interior de los agujeros,
puesto que estos presentan allí un revestimiento absorbente. El
colimador, como se mencionó inicialmente, está alineado
transversalmente sobre el metal fundido que se está enfriando, por
lo cual la radiación por arco voltaico y otra radiación térmica se
descartan de manera intencionada. Con la profundidad y el diámetro
de los agujeros en el colimador se pueden influir la ilustración
óptica y la magnitud del área detectado, teniendo que tomar en
consideración las posibilidades constructivas realistas del tamaño
del receptor. Por un flujo de gas continuo a través de los agujeros
se impide según la invención, que puedan entrar sedimentaciones y
ensuciamientos, como también por ello se efectúa una refrigeración
de las paredes interiores de las partes de la radiación
absorbidas.
Los receptores de la radiación detectan
solamente la proporción de radiación infrarroja que permite sacar
deducciones sobre la temperatura, lo cual puede ocurrir mediante los
receptores de la radiación conocidos mismos o mediante un filtro
óptico colocado directamente encima. Éstos están conectados a su vez
respectivamente con una electrónica de evaluación, realizando una
amplificación, una digitalización y linealización de cada una de las
señales proporcionales mediante elementos eléctricos conocidos. Esta
detección puede suceder tanto cíclicamente como también
continuamente.
Según la invención, para refinar las tomas de
valores medidos y para realizar perfiles de calor explícitos puede
estar previsto que se deduzcan de la radiación que parte del baño de
fusión y del arco voltaico las partes de la luz visible y infrarroja
por separado y se envíen a un respectivo receptor, se transforman
electrónicamente y se evalúan como diferencia.
Puesto que el campo de calor no contiene partes
algunas de luz visible, pero la luz del arco voltaico posee partes
proporcionales de radiación visible e infrarroja, puede tener lugar
una compensación aproximadamente completa de una proporción de arco
voltaico difundida por esta formación de una diferencia.
Según la invención, la radiación puede ser
guiada por medio de fibras ópticas por el cabezal detector hacia la
electrónica de evaluación, siendo posible por ello una estructura
aún mas compacta.
Según la invención se siguen elaborando, se
representan y memorizan las tomas de una tal línea de radiación para
obtener magnitudes características e imágenes infrarrojas
bidimensionales en un ordenador de evaluación. El reconocimiento
automático de irregularidades de soldadura se resuelve de manera que
las tomas se analicen utilizando algoritmos de elaboración de líneas
e imágenes conocidas en línea en el ordenador de evaluación,
pudiendo utilizar en este caso también cordones de soldadura sin
errores ya memorizados como comparación.
Las faltas de unión de flancos, en los que el
ligamiento a la materia básica no está suficientemente dado, están
marcadas en este punto p. ej. por las temperaturas elevadas que son
reconocibles claramente en comparación con tomas sin errores.
La invención debe ser descrita ahora más en
detalle con ayuda de ejemplos de realización del dispositivo
necesario para la realización.
Las figuras individuales muestran en este
caso:
Figura 1: Una representación esquemática para la
disposición del cabezal detector sobre un soplete de soldadura y su
unión para obtener una unidad electrónica.
Figura 2: Estructura principal del cabezal
detector como representación lateral en sección.
Figura 3: Cabezal detector en una realización
orbital como vista desde arriba desde abajo.
Figura 4: Campo de calor de un cordón de
soldadura longitudinal con alteración.
\vskip1.000000\baselineskip
Las referencias utilizadas significan:
- 1 -
- Materia básica
- 2 -
- Cordón de soldadura
- 3 -
- Radiación térmica
- 4 -
- Cabezal detector
- 5 -
- Soplete de soldadura
- 6 -
- Dirección de traslación
- 7 -
- Cable de conexión
- 8 -
- Unidad electrónica
- 9 -
- Línea de conexión digital
- 10 -
- Ordenador de evaluación
- 11 -
- Unidad de señalización acústica
- 12 -
- Señalización óptica
- 13 -
- Conexión al mando jerárquico superior
- 14 -
- Materia básica
- 15 -
- Colimador de agujero
- 16 -
- Radiación
- 17 -
- Salida del gas de lavado
- 18 -
- Tubito
- 19 -
- Receptor infrarrojo
- 20 -
- Alimentación de gas de lavado
- 21 -
- Alambre de soldar
- 22 -
- Tobera de gas
- 23 -
- Colimador orbital
- 24 -
- Imagen infrarroja de un cordón de soldadura
- 25 -
- Magnitud calculada integral de calor de la imagen infrarroja
\vskip1.000000\baselineskip
El dispositivo consiste en un cabezal detector
4, en el cual se halla un colimador de agujeros 15 y, estando
dispuestos detrás del dispositivo unos receptores infrarrojos 19
funcionalmente unidos con la unidad electrónica 8 respectivamente
sobre un agujero. El colimador de agujeros 15 contiene los agujeros
de un diámetro pequeño dispuestos en serie. Cada uno de los tubitos
18 individuales del colimador de agujeros 15 que se conectan al
mismo está provisto al interior con un revestimiento antirreflejos.
Así se detectan solamente partes de la radiación paralelamente a la
alineación del respectivo tubito 18, el cual - como se ha mencionado
- está dispuesto perpendicularmente sobre un metal fundido en el
cabezal detector 4. A todos los tubitos 18 está asignada una
alimentación de gas de lavado 20 que actúa de manera continua y
trabaja con una presión de gas definida, de modo que la velocidad de
corriente en los agujeros 17 impide con seguridad la entrada de
salpicaduras y humos de soldadura.
El respectivo receptor infrarrojo 19, como se
mencionó anteriormente, está conectado mediante un cable de conexión
7 con la unidad electrónica 8, que consiste en un procesador de
señales digital y que amplifica, digitaliza y linealiza las señales
eléctricas recibidas de los receptores infrarrojos 19. Las mismas se
emiten al ordenador de evaluación 10 por medio de una línea de
conexión digital 9. La representación de un perfil de calor que se
puede realizar de manera cíclica o continua tiene lugar en el
ordenador de evaluación 10.
Todas las irregularidades de soldadura conducen
a variaciones en la imagen infrarroja de un cordón de soldadura 24.
Según la invención se efectúa por eso una comparación de imágenes
infrarrojas previamente aprendidas o sus características, que están
presentes como magnitud calculada de un integral de calor de la
imagen infrarroja 25, de cordones de soldadura sin errores con las
soldaduras actuales. Al mismo tiempo se utilizan también algoritmos
que no solamente reconocen la desviación, sino también el tipo de
irregularidad de soldadura, como p.ej. la combustión completa, la
falta de unión entre el metal de base y el metal depositado, las
falta de unión de
flancos.
flancos.
Las características arriba indicadas pueden
ser:
- -
- Integral del aporte de calor por encima de una temperatura determinada
- -
- Posición del centro de gravedad del calor
- -
- Valor máximo de la temperatura en la línea
- -
- Simetría del perfil de temperatura en la línea
\vskip1.000000\baselineskip
De este modo resultan convenientemente pocos de
los mismos, que marcan un perfil de temperatura. En aplicaciones
simples con campos de calor largos y continuos como en la producción
de tubos pueden ser comparadas estas características con valores por
defecto fijos averiguados. Durante la soldadura por robot con campos
de calor dependientes fuertemente de los componentes, se toman estos
por cada cordón de soldadura previamente y luego se comparan. La
colocación de un tal dispositivo en función de la dirección puede
ser anulada de manera que se realice el colimador de agujero 15 como
colimador orbital 23, evaluando solamente aquellos elementos que
reciben una radiación infrarroja.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de los documentos relacionados por el
solicitante ha sido recopilada exclusivamente para la información
del lector y no forma parte del documento de patente europea. La
misma ha sido confeccionada con la mayor diligencia; la OEP sin
embargo no asume responsabilidad alguna por eventuales errores u
omisiones.
\bullet BE 1005941 A [0005]
\bullet DD 157398 [0006]
\bullet DE 102004028607A1 [0007]
\bullet DE 19935777 B4 [0008]
\bullet DE 69207476 T2 [0009]
Claims (6)
1. Dispositivo de evaluación de la calidad de
cordones de soldadura (2) por detección del perfil de temperatura
del metal fundido que se está enfriando durante la soldadura,
caracterizado por el hecho de que un cabezal detector (4)
puede ser emplazado de manera fija sobre un soplete de soldadura (5)
en proximidad directa de su tobera, de manera que un colimador de
agujeros (15) que se encuentra allí está alineado transversalmente
al cordón de soldadura (2) y un número definido de agujeros con
tubitos (18) del colimador de agujeros (15) que se conectan allí
están posicionados perpendicularmente encima del metal fundido que
se está enfriando, del cordón de soldadura (2), y a cada tubito (18)
del colimador de agujeros (15) está asignado un receptor infrarrojo
(19), estando funcionalmente unidos todos los receptores infrarrojos
(19) con una unidad electrónica (8) y la unidad electrónica (8) a su
vez corresponde con un ordenador de evaluación (10).
2. Dispositivo de evaluación de la calidad de
cordones de soldadura por detección del perfil de temperatura del
metal fundido que se está enfriando durante la soldadura según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los
tubitos (18) del colimador de agujeros (15) están dispuestos en una
fila así como al mismo tiempo en paralelo y perpendicularmente los
unos respecto a los otros y presentan tal número que junto al cordón
de soldadura (2) son detectados también los flancos de una materia
básica (1,14).
3. Dispositivo de evaluación de la calidad de
cordones de soldadura por detección del perfil de temperatura del
metal fundido que se está enfriando durante la soldadura según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el
colimador de agujeros (15) posee en otra realización una
configuración circular que está dispuesta de manera orbital
alrededor del soplete de soldadura (5).
4. Dispositivo de evaluación de la calidad de
cordones de soldadura por detección del perfil de temperatura del
metal fundido que se está enfriando durante la soldadura según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los
tubitos (18) están provistos de un revestimiento absorbente
antirreflejo en una de sus paredes interiores.
5. Dispositivo de evaluación de la calidad de
cordones de soldadura por detección del perfil de temperatura del
metal fundido que se está enfriando durante la soldadura según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los
receptores infrarrojos (19) están alojados en la unidad electrónica
(8) y que la radiación puede ser pasada por el cabezal detector (4)
al ordenador de evaluación (10) por medio de un cable de conexión
(7) que es una fibra óptica.
6. Dispositivo de evaluación de la calidad de
cordones de soldadura por detección del perfil de temperatura del
metal fundido que se está enfriando durante la soldadura según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la
radiación (16) puede ser pasada a dos receptores (19), recibiendo el
uno la proporción visible y el otro la proporción infrarroja y la
radiación térmica del arco voltaico puede ser eliminada calculando
la diferencia entre las dos señales.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102007002110 | 2007-01-15 | ||
| DE102007002110 | 2007-01-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2345947T3 true ES2345947T3 (es) | 2010-10-06 |
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ID=39301174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES07022804T Active ES2345947T3 (es) | 2007-01-15 | 2007-11-24 | Dispositivo de evaluacion de la calidad de cordones de soldadura por deteccion del perfil de temperatura del metal fundido que se enfria durante la soldadura. |
Country Status (4)
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|---|---|
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| AT (1) | ATE468197T1 (es) |
| DE (1) | DE502007003838D1 (es) |
| ES (1) | ES2345947T3 (es) |
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