ES2350665A1 - Procedimiento y dispositivo para detección de defectos de embutición. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento y dispositivo para la detección de defectos de embutición. Hace posible la detección de estiramientos o adelgazamientos límite y fisuras o roturas en la deformación por embutición o estampación de piezas de chapa metálica en una prensa, mediante el análisis de la temperatura producida durante la deformación por medio de termografía infrarroja y técnica de análisis de Imagen para detectar dichos defectos. Para ello, inmediatamente después del proceso de embutición se efectúa en la chapa metálica una captación directa de la temperatura en la zona de deformación. Esta zona ha sido determinada previamente con la ayuda del diagrama FLD del material de la chapa metálica a analizar. Las imágenes termográficas captadas en la zona de deformación son utilizadas para la detección de defectos.
Description
Procedimiento y dispositivo para la detección de
defectos de embutición.
La presente invención, según se expresa en el
enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un procedimiento
y dispositivo para la detección de defectos de embutición, y más
concretamente para la detección de estiramientos o adelgazamientos
límite y fisuras o roturas producidas en la deformación por
embutición de piezas de chapa metálica, en particular de formatos
planos rectangulares, trapecios y/o siluetas, sin soldadura o
soldados, que se emplean como elementos que constituyen las
carrocerías de automóviles.
En la embutición de piezas de trabajo metálicas
debido a las fuerzas de deformación en el material de la chapa
metálica (deformación de materiales) se puede llegar a la formación
de estiramientos o adelgazamientos límite que pueden conducir en el
caso extremo a roturas.
Ambas formas de defectos significan una
debilitación de la sección transversal de la chapa metálica y
conducen a un rechazo de las piezas dañadas.
Es por tanto objeto de la invención el aportar
una técnica de ensayos no destructivos de una pieza para determinar
la existencia de defectos utilizando termografía y a una técnica de
análisis de imagen para detectar dichos defectos.
Actualmente comienza a ser conocido y está
empezando a emplearse técnicas de visión artificial al final de las
líneas de prensa con el propósito de detectar posibles defectos de
la embutición, sobre todo grietas.
Dicha técnica no está siendo del todo fiable
debido a los inconvenientes de los brillos que aparecen en la
inspección de superficies metálicas. Además, generalmente los
sistemas de detección necesitan fuentes de luz infrarroja con objeto
de evitar los reflejos de la chapa.
En líneas generales el procedimiento y
dispositivo para la detección de defectos de embutición, objeto de
la invención, resuelve el problema del estado actual de la técnica
para conseguir un procedimiento para la identificación del tipo de
defecto y la detección durante el proceso de embutición, mediante un
análisis termográfico para la detección de defectos en la embutición
de chapas, teniendo en cuenta que es característico para la
deformación por embutición que durante un proceso de transformación
tiene lugar una alternancia, por una o varias veces, entre
solicitaciones a compresión y a tracción, además de
rozamiento.
rozamiento.
En una primera fase, las fuerzas de deformación
en el material y fuerzas de rozamiento son transmitidas a la chapa
metálica en un tiempo determinado durante el proceso de
transformación de la pieza. Es decir, la pieza recibe energía. Esta
energía es absorbida en forma de calor por parte de la pieza
elevando su temperatura localmente en las zonas que sufran
deformaciones.
Esta temperatura será mayor cuanto mayor sea la
deformación producida, y a mayor deformación mayor riesgo de
producirse un defecto.
En una segunda fase, una vez se ha retirado la
pieza de la matriz empieza una disipación de energía que finaliza
cuando la pieza se encuentra en equilibrio térmico.
Es conocido básicamente que una análisis
termográfico es apropiado para determinar la profundidad y posición
lateral de defectos utilizando termografía.
En este caso el calentamiento ocasionado durante
el proceso de estampación puede ser analizado en comparación con
desarrollos de referencia determinados durante simulaciones de
embutición y ayuda de diagramas FLD. En función del resultado del
análisis de las termografías se determina entonces la calidad de la
pieza estampada y se puede llegar a controlar parámetros del
proceso, como por ejemplo la fuerza del embutidor de la prensa, así
como mejorar el nivel de aceitado en prensas que dispongan de
aceitadora previa al estampado.
Se prevé que esté adosado a la herramienta de
descarga de la pieza, una cámara termográfica.
Cuanto mayor tiempo transcurra entre la
deformación de la pieza y su análisis existirá una mayor disipación
de energía y por tanto las imágenes son amortiguadas o falseadas.
Esto perjudica a la calidad de los resultados de medida o a su
análisis, respectivamente. En consecuencia, solo se pueden
determinar fisuras y roturas en la chapa metálica, que conserven
cierta temperatura (aun estén calientes). Para ello, el análisis se
realiza justo después de la primera operación de las que componen la
línea de producción o líneas de prensas.
El punto principal de la invención está
determinado por la medida de efectuar durante el proceso de
embutición una medición de la temperatura de la chapa metálica, en
la zona de deformación, aprovechando la propia energía, es decir
termografía pasiva. Pero además, añadiendo un elemento calefactor se
puede analizar defectos en zonas que no sufran grandes elevaciones
de temperatura, es decir, termografía activa.
La invención permite una detección de defectos
fiables durante la producción en tiempo real. El procedimiento
según la invención es particularmente apropiado para una detección
de defectos en la deformación por estampación en frío de piezas de
trabajo metálicas de formatos planos rectangulares, trapecios, y/o
siluetas, sin soldadura o soldados. Pero siguiendo el mismo
concepto puede ser igualmente aplicado a otros procesos como la
estampación en caliente o el hidroformado.
Acorde con la invención también es posible por
tanto, un tratamiento en tiempo real, que permite tomas una decisión
directa sobre la calidad de la chapa metálica tratada. Las piezas de
trabajo afectadas de fisuras pueden ser extraídas directamente fuera
de la línea de fabricación.
El análisis de las señales que acompaña al
proceso se efectúa mediante una unidad de tratamiento de datos con
un PC de control correspondientes. El mecanismo de cálculo del
procesador de señales realiza todas las operaciones aritméticas y
lógicas con enlace de los datos obtenidos. El PC de control controla
el sistema de tal modo que todas las operaciones se realizan en el
orden de sucesión temporal y lógico.
Con el dispositivo para la puesta en práctica
del procedimiento objeto de la invención, se emplea una herramienta
de embutición dispuesta en una prensa con una matriz y un macho
pisador. En la herramienta de descarga de la pieza obtenida por
embutición o estampado, está dispuesta al menos una cámara
termográfica de temperatura de la pieza, dispuesta en la zona de
máxima deformación, y un ordenador que procesa las imágenes
termográficas.
La presente invención supone por tanto un
procedimiento de ensayo no destructivo automatizado que emplea una
técnica de análisis termográfico para determinar la localización de
defectos en una pieza metálica. Este procedimiento que
preferentemente utiliza datos de tiempo- temperatura para detectar
objetivamente defectos en una pieza metálica monitorizando la
variación de la temperatura de una pieza utilizando el calor
generado durante el proceso de
estampación-embutición, monitoriza las constantes de
tiempo térmico para cada pixel de la superficie de la pieza.
En el contexto de la presente invención, un
pixel es un elemento de imagen rectangular en una serie de imágenes,
mientras que el elemento de resolución es un área rectangular de la
superficie de la pieza que corresponde a un pixel individual.
El dispositivo utilizado para calentar la
superficie de la pieza es la propia herramienta de embutición aunque
se permite el uso de un calentador en caso necesario.
Cualquiera de los dos métodos debe ser capaz de
producir un salto térmico con la temperatura ambiente suficiente
para permitir la monitorización termográfica. La temperatura mínima
necesaria que tiene que alcanzar la pieza está determinada en
función del espesor de la chapa metálica y del tipo de defecto a
detectar. Normalmente, chapas finas, por ejemplo, de un espesor de
aproximadamente 3 mm o inferior, solo requieren un salto térmico
mínimo, mientras que las chapas gruesas pueden requerir un
calentamiento mayor.
Los factores de superficie, incluyendo color y
emisividad, son también importantes para determinar el grado de
calentamiento al que debe llegar la pieza, mientras que las
propiedades físicas establecen el límite de calentamiento superior a
una temperatura que no daña la pieza y/o la superficie de la
misma.
Con el fin de localizar y determinar el defecto,
la superficie de la pieza debe alcanzar la temperatura deseada en un
periodo de tiempo suficientemente corto, de modo que se inhiba el
calentamiento del resto de la pieza.
Normalmente el calentamiento tiene lugar en
milésimas de segundo para materiales finos y con hasta unos pocos
segundos para materiales más gruesos o mas grandes. Si el calor
penetra la pieza, la precisión de la detección de fisuras
disminuye.
Una vez la pieza es retirada de la matriz por la
herramienta de descarga, una cámara infrarroja guarda las imágenes
térmicas de la pieza.
El número de imágenes depende de la resolución
deseada de la imagen térmica resultante, de la velocidad de la
cámara, y de la constante de tiempo para la pieza en particular.
Pueden utilizarse aproximadamente diez imágenes
para establecer una imagen térmica, mientras que aproximadamente
veinticinco imágenes proporcionan normalmente una resolución
adecuada, y aproximadamente cien imágenes establecen una buena
resolución de la imagen térmica. Generalmente, hasta aproximadamente
quinientas imágenes pueden obtenerse en el estado actual de la
tecnología del vídeo, prefiriéndose más de aproximadamente
veinticinco.
Para facilitar la comprensión de las
características de la invención y formando parte integrante de esta
memoria descriptiva se acompañan unas hojas de planos en cuyas
figuras, con carácter ilustrativo y no imitativo se ha representado
lo siguiente:
Figura 1. Es una vista parcial en perspectiva,
de la mesa de alimentación de la chapa metálica a la herramienta de
embutición.
Figura 2. Es una vista parcial en perspectiva de
la herramienta de embutición.
Figura 3. Es una vista en perspectiva de la
chapa metálica recién procesada.
Figura 4. Es una vista en perspectiva de la
chapa metálica procesada, fuera de la línea de prensas.
Figura 5. Es una vista esquemática en alzado, de
la herramienta de embutición o prensa.
Figura 6. Es una vista parcial de la chapa
metálica donde se indican los cambios en el espesor durante la
embutición.
Figura 7. Es una vista similar a la figura 6,
donde se muestran los cambios en el espesor una vez finalizada la
embutición.
Figura 8. Es una vista en perspectiva de la
herramienta de descarga, donde un robot recoge la pieza con ayuda de
una garra de manipulación.
Figura 9. Es una vista en perspectiva de la
garra de manipulación trasladando la pieza.
Figura 10. Es una vista en perspectiva de la
matriz y embutidor, una vez retirada la pieza.
Figura 11. Es una vista en perspectiva de la
cámara termográfica actuando sobre la pieza.
Figura 12. Es una vista parcial de una pieza
obtenida con defecto.
Figura 13. Muestra una imagen termográfica donde
la zona con defecto se muestra con mayor temperatura.
Figura 14. Es una vista en perspectiva de la
misma pieza de la figura 4, una vez terminada.
Haciendo referencia a la numeración adoptada en
las figuras podemos ver cómo el procedimiento y dispositivo para
detección de defectos de embutición, que la invención propone, tal
como se observa en la figura 1 parte de la chapa metálica (1) que
alimenta a la herramienta de embutición (2) que se observa en la
figura 2 y en la que se puede ver la matriz (3) en la parte
superior y el macho pisador (4) y el embutidor (5), en la parte
inferior. La chapa metálica 1 es la pieza de trabajo (acero o
aluminio) de formatos planos rectangulares, trapecios y/o siluetas,
sin soldadura o soldados, que se emplean como elementos que
constituyen las carrocerías de automóviles, tal como el caso
mostrado en las figuras que se refiere a un puerta.
En la figura 3 se puede ver la chapa metálica
(1) recién procesada, dentro de la herramienta de embutición (2).
La pieza, aun no terminada de procesar, se muestra en la figura 4,
fuera ya de la línea de prensas.
En la figura 5 podemos ver esquemáticamente
representada la prensa actuando sobre una capa metálica a
embutir.
Haciendo ahora especial referencia a la figura
6, podemos observar los cambios en el espesor durante la embutición
y cómo a lo largo del proceso el espesor varía hasta finalizar la
embutición (ver figura 7).
En la figura 8 se muestra una robot que recoge
la pieza embutida con ayuda de una garra de manipulación (ver figura
9) con la que se traslada la pieza para la siguiente operación.
Una vez la pieza es retirada por la herramienta
de descarga (figura 10) y durante la manipulación de la misma hasta
la siguiente operación, se presenta la pieza a la cámara
termográfica (6) (ver figura 11).
En la figura 12 se ve parcialmente una pieza con
un estiramiento o adelgazamiento. La figura 13 muestra una imagen
termográfica donde la zona con defecto se muestra con mayor
temperatura, como puede observarse con la escala de tonalidades que
figura a la derecha de esta figura 13.
Por último, la figura 14 muestra la pieza
totalmente terminada.
Claims (7)
1. Procedimiento para la detección de defectos
de embutición, más específicamente estiramientos o adelgazamientos
límite, fisuras o roturas, en la deformación por embutición de
piezas de chapa metálicas en una prensa, siendo conocido que durante
el proceso de embutición se efectúa en la chapa metálica un proceso
de deformación acompañado de fuerzas de fricción, en paralelo en el
tiempo, que elevan significativamente la temperatura de la pieza en
las zonas de máxima deformación; aplicable al estampado en frío y en
caliente; caracterizado porque comprende las siguientes
etapas:
- -
- una primera etapa de ubicación de cámara termográfica adosada a una herramienta de descarga de la chapa a embutir, que facilita la minimización de pérdidas de calor;
- -
- una segunda etapa de obtención de imágenes de patrones de temperaturas correctas que se efectúan con ayuda de diagramas FLD (forming limit diagram) de las chapas metálicas a embutir, y que facilitan predicciones sobre el comportamiento en deformaciones de las mismas;
- -
- una tercera etapa de captación directa en tiempo real de imágenes de temperatura de la pieza en las referidas zonas de deformación mediante dicha cámara termográfica cuando se realiza dicha deformación;
- -
- una cuarta etapa de comparación entre las imágenes de patrones y las imágenes de temperatura referidas respectivamente en la segunda y tercera etapas, para determinar posibles señales relativas a defectos;
- -
- una quinta etapa de análisis de imágenes termográficas comparadas en la cuarta etapa y representación de defectos encontrados.
2. Procedimiento para la detección de defectos
de embutición, según la reivindicación 1, caracterizado
porque la cámara termográfica emplea termografía de infrarrojos TIR
(thermal infrared) que facilita capturar la información de
temperaturas durante las deformaciones de la chapa en tiempo real y
sin provocar interacciones por proximidad.
3. Procedimiento para la detección de defectos
de embutición, según la reivindicación 1, caracterizado
porque para la segunda etapa se realiza un análisis de imágenes
termográficas y mediante el grado de amplitud de determinadas bandas
de alta frecuencia se determina el grado del defecto de la chapa
metálica, estableciéndose una correspondencia directamente
proporcional entre dicha amplitud y la gravedad del defecto.
4. Procedimiento para la detección de defectos
de embutición, según la reivindicación 1, caracterizado
porque opcional y adicionalmente comprende una sexta etapa de
variación de parámetros de la referida prensa en función de las
temperaturas captadas mediante las imágenes termográficas de la
cámara termográfica.
5. Procedimiento para la detección de defectos
de embutición, según la reivindicación 4, caracterizado
porque entre dichos parámetros se encuentran fuerzas de embutición
de la prensa, fuerza del macho pisador de la prensa y cantidad de
aceite utilizado en la embutición en prensas dotadas de máquina
aceitadora.
6. Dispositivo para la detección de defectos de
embutición, aplicable, entre otros, a un procedimiento como el de
las reivindicaciones 1 a 5; existiendo al menos en la
correspondiente prensa una matriz, un macho pisador, una herramienta
de embutición y una herramienta de descarga de la pieza o chapa a
embutir; caracterizado porque dicha herramienta de descarga
incorpora al menos una cámara termográfica que detecta las
variaciones de temperatura en la referida pieza durante su
embutición, que se encuentra enfocada hacia las zonas de máxima
deformación de esa embutición, y que conecta con un ordenador de
proceso y análisis de imágenes termográficas.
7. Dispositivo para la detección de defectos de
embutición, según la reivindicación 6, caracterizado porque
dicho ordenador se encuentra unido, adicionalmente a su conexión con
la referida cámara, a medios de comando de parámetros de dicha
prensa, entre los que se encuentran fuerza de embutición, fuerza del
macho pisador, y cantidad de aceite utilizada en la embutición
mediante prensa dotada de máquina de aceite.
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