ES2644490T3 - Procedimiento para el control de calidad de componentes de plástico soldados - Google Patents

Procedimiento para el control de calidad de componentes de plástico soldados Download PDF

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Description

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DESCRIPCION
Procedimiento para el control de calidad de componentes de plastico soldados
La invencion se refiere a un procedimiento para determinar si dos componentes de plastico que deben soldarse entre s^ en un plano de union estan soldados despues de realizar un proceso de soldadura, de acuerdo con las caractensticas del preambulo de la reivindicacion 1 de la patente.
La base para la invencion es el procedimiento de soldadura por transmision de rayo laser, en el que dos componentes, que estan constituidos por un material de plastico, se apoyan entre sf en la zona de un plano de union. A continuacion se realiza un proceso de soldadura por medio de un rayo laser, que funde las superficies lfmites de los componentes en la zona del plano de union y de esta manera despues del enfriamiento se obtiene una union inseparable de los dos componentes entre sf A tal fin, es necesario que uno de los componentes sea transparente para el laser y el otro componente sea no transparente o absorbente para el laser, es decir, para el rayo laser.
Segun el caso de aplicacion del componente total fabricado, que esta constituido al menos por los dos componentes de plastico que deben soldarse entre sf, se plantean altos requerimientos de resistencia o tambien de seguridad en el producto final. Por lo tanto, es necesario no solo realizar el proceso de soldadura para la union mutua de los dos componentes de plastico, sino realizar un control de seguridad durante o bien despues de la realizacion del proceso de soldadura.
Para tal control de seguridad, el documento DE10 2005 000 002 A1 propone un procedimiento para la deteccion de dano termico durante la soldadura por transmision de rayos laser y un dispositivo correspondiente para la realizacion de este procedimiento. Con este procedimiento conocido, se puede detectar durante la soldadura de plasticos por transmision de rayo laser la posible aparicion de combustiones sobre el lado de entrada del rayo de uno de los componentes de plastico de manera concomitante con el proceso. A tal fin esta previsto que la radiacion que parte desde la combustion sea detectada por medio de un elemento (sensor) correspondiente y de esta manera posibilitar una exclusion de un componente danado en el marco de la fabricacion en serie de tales componentes.
Este procedimiento conocido tiene, sin embargo, el inconveniente de una estructura costosa y, por lo tanto, compleja, de manera que no es adecuado o solo con condiciones para la fabricacion en serie y en particular para el control de calidad de componentes de plastico fabricados en la produccion en serie.
El documento JP 11-147258 A publica un procedimiento de union para la union de dos piezas de trabajo, en el que esta prevista una supervision del procedimiento por medio de ultrasonido.
El documento JP 2004-1071 A publica un procedimiento de soldadura por transmision de rayo laser, en el que se determina la posicion de un material de absorcion por medio de ultrasonido. La invencion tiene el problema de mejorar un procedimiento del tipo indicado al principio para determinar si dos componentes de plastico a soldar entre sf en un plano de union estan soldados o no entre sf despues de la realizacion de un proceso de soldadura, con respecto a la exactitud de deteccion y al tiempo de reaccion.
El problema se soluciona por medio de las caractensticas de la reivindicacion 1 de la patente. De acuerdo con la invencion, esta previsto que antes de la realizacion del proceso de soldadura se determine a partir de un punto de referencia la posicion de un plano de referencia, a continuacion se realice el proceso de soldadura y durante o despues de la terminacion del proceso de soldadura se determine a partir del punto de referencia la posicion del plano de union o el espesor de los componentes soldados entre sf. Antes de la soldadura de dos componentes, uno con el espesor d1 y otro con el espesor d2, existe siempre entre estos dos componentes una superficie lfmite, en la que se trata de la superficie de union dirigida entre sf del componente respectivo, debiendo unirse en la zona de la superficie de union los dos componentes entre sf de manera inseparable por medio del procedimiento de soldadura de transmision de rayos laser. Esta superficie lfmite se designa a continuacion como plano de union. Antes de la realizacion del proceso de soldadura, este plano se caracteriza por que la superficie de los dos componentes dirigidos entre sf se apoyan casi completamente entre sf y solo existe un intersticio insignificante entre ellos. De acuerdo con la invencion, esta previsto que a partir de un punto de referencia se determine la posicion de un plano de referencia. Este plano de referencia puede ser el plano de union entre las dos superficies de union adyacentes entre sf de los componentes. De acuerdo con la invencion, esta previsto que a partir de un punto de referencia se determine la posicion de un plano de referencia. Este plano de referencia puede ser el plano de union entre las dos superficies de union dirigidas entre sf de los componentes. Pero en este caso se puede tratar tambien de la superficie de uno o del otro componente que se encuentra sobre el lado que esta alejado del plano de union. Esta superficie puede designarse tambien como superficie libre, por que es accesible. A continuacion se realiza el proceso de soldadura, con lo que en la zona del plano de union se calientan, se fusionan y se funden entre sf las superficies dirigidas una hacia la otra de los dos componentes, de manera que a partir de ello no resulta un plano de union claramente delimitado, sino que aparece una zona de union. Esta zona de union no esta delimitada de manera definida con respecto a su estructura por el material original de los dos componentes, de manera que aparece una transicion continua desde el material original antes de la realizacion del proceso de soldadura y la zona de union
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(despues de la realizacion del proceso de soldadura). Esta zona de union se designa tambien como penetracion de la costura de soldadura. Ademas, de acuerdo con la invencion, durante o despues de la terminacion del proceso de soldadura, a partir del punto de referencia se determina la posicion del plano de union (mas exactamente, de la zona de union) y el espesor de los dos componentes soldados entre st Luego despues de la soldadura, se funde el plano de union de donde resulta que se modifica el espesor Dn medido del componente. Esta modificacion resulta a partir del valor de los dos espesores individuales de los componentes, que se designan como d1 y d2. Antes del proceso de soldadura, el espesor era Dv = d1 + d2. Despues de la realizacion del proceso de soldadura (dado el caso, tambien ya durante la realizacion del proceso de soldadura) se puede obtener el espesor total Dn a partir de uno de los dos espesores d1 o d2 individuales teniendo en cuenta la penetracion de la costura de soldadura s. El valor calculado para la posicion del plano de union o bien de la zona de union despues de la realizacion del proceso de soldadura o bien la determinacion del espesor de los dos componentes soldados entre sf es, dentro de tolerancias predeterminables, una medida de si los dos componentes de plastico a soldar entre sf en el plano de union estan soldados entre sf de acuerdo con el valor teorico despues de la realizacion del proceso de soldadura o ha aparecido un defecto. De acuerdo con la medida que se haya determinado para la posicion del plano de union despues de la realizacion del proceso de soldadura o bien segun el espesor que se haya determinado de los componentes soldados entre sf, se puede deducir una informacion de si se trata de un defecto (por ejemplo, un rechupe) en uno de los dos componentes de plastico (por ejemplo como consecuencia de un defecto de la fundicion por inyeccion) p de un defecto en la costura de soldadura (por consiguiente, una superficie lfmite no unida o solo unida parcialmente).
Por consiguiente, con el procedimiento de acuerdo con la invencion son posibles procesos de medicion rapidos y tiempos de medicion cortos resultantes de ellos, que se pueden realizar durante y/o despues de la realizacion del proceso de soldadura. En virtud de la exactitud en la determinacion del plano de referencia, del plano de union asf como del espesor de los componentes soldados entre sf, respectivamente, partiendo del punto de referencia, es posible una declaracion muy exacta en el sentido de si el proceso de soldadura para la union de los dos componentes de plastico entre sf ha sido realizado de acuerdo con la teona o si se trata de un proceso erroneo.
Para posibilitar los tiempos de medicion rapidos, en un desarrollo de la invencion esta previsto que la determinacion de la posicion del plano de union y del espesor de los componentes soldados entre sf se realice por medio de una medicion con rayo laser. Para determinar el espesor de los componentes soldados entre sf, de manera alternativa se puede realizar tambien una medicion por ultra sonido. De esta manera, se proponen diferentes posibilidades de medicion, que condicionan tambien diferentes instalaciones (por ejemplo, fuente de rayo laser, fuente de ultrasonido, sensores correspondientes y similares), pudiendo adaptarse estos de una manera optima a los diferentes materiales de los componentes de plastico y sus geometnas.
La invencion se describe en detalle a continuacion para la explicacion adicional, a cuyo fin se remite a las dos Figuras 1 y 2.
La figura 1 muestra como ejemplo de realizacion una medicion del rayo laser, en la que partiendo de un punto de referencia (por ejemplo, la disposicion de la fuente del rayo laser) se mide el espesor d1 del componente 1 y el espesor d2 del componente 2. Es decir, que la superficie del componente 1, que esta alejada de la fuente del rayo laser es un primer plano de referencia, y la superficie del componente 2, que esta alejada de la fuente de rayo laser, es otro plano de referencia, que se determinan antes del proceso de soldadura. A continuacion, se realiza el proceso de soldadura y se sueldan entre sf los dos componentes 1 y 2 en su plano de union. Como consecuencia de la union por soldadura, desaparece el plano de union claramente delimitado, de manera que a partir de ello resulta la zona de union. Esta zona de union se determina de la misma manera a partir del punto de referencia a traves de Dn - s, teniendo en cuenta la penetracion de la costura de soldadura s. De manera alternativa o complementaria a ello, tambien se puede determinar el espesor total resultante Dn de todo el componente (que esta constituido por los componentes 1 y 2 unidos). Este espesor total Dn resultante es, en general, como consecuencia del proceso de union, algo inferior que el espesor individual original d1 y d2 de los componentes 1 y 2. Por consiguiente, la diferencia entre la adicion Dv de los espesores individuales d1 y d2 antes del proceso de soldadura y el espesor total Dn que resulta despues del proceso de soldadura es una medida para un proceso de soldadura realizado correctamente o para un proceso de soldadura erroneo.
De manera alternativa a la medicion de la distancia por laser, en la figura 2 esta prevista una medicion de la distancia por ultrasonido. Tambien aqrn se aplica de nuevo lo mismo que ya se ha indicado para la medicion de la distancia por laser segun la figura 1. En primer lugar, antes de la realizacion del proceso de soldadura se lleva a cabo con medios correspondientes una medicion de la distancia por ultrasonido para determinar los espesores individuales d1 y d2 de los dos componentes 1 y 2. Esto se realiza o bien acoplando un ultrasonido al uno de los componentes, reflejandolo en el segundo componente, reverberandolo y desacoplandolo de nuevo, siendo el tiempo de propagacion una medida para el espesor d1 del componente 1. El espesor total Dv antes del proceso de soldadura se puede determinar, por ejemplo, alimentando a la superficie del primer componente 1 una senal de ultrasonido, atravesando ambos componentes 1 y 2 y desacoplandolo de nuevo en la superficie del segundo componente 2. Tambien aqrn el tiempo de propagacion para la senal de ultrasonido para los dos componentes es una medida del espesor de los dos componentes 1 y 2 antes del proceso de soldadura. Lo mismo se aplica para la medicion del espesor despues de la realizacion del proceso de soldadura. Tambien aqrn se puede realizar una medicion del tiempo de propagacion o alternativamente una transmision del sonido. Esto se representa en la figura 2
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en la mitad izquierda a traves del corte de los dos componentes 1 y 2. Tambien aqu a partir del espesor total D determinado antes del proceso de soldadura (figura 2, mitad derecha) y del nuevo espesor total D que resulta despues de la realizacion del proceso de soldadura (considerando la figura 2 sobre el lado izquierdo) se puede obtener una medida, a partir de la cual se puede derivar si el proceso de soldadura, en particular la soldadura por transmision del rayo laser, se ha realizado con exito (de manera que los dos componentes de plastico han sido unidos entre sf de acuerdo con la teona) o si se ha producido un error (de manera que este componente total resultante no corresponde a los requerimientos y, por ejemplo, debe excluirse en una produccion en serie fuera de esta.
A continuacion se reproduce la invencion de nuevo con otras palabras.
Antes de la soldadura de dos mitades de componentes del espesor 1 (d1) o del espesor 2 (d2) existe siempre una superfine lfmite (plano de union) entre los dos componentes.
Esta superficie lfmite se puede localizar de acuerdo con la invencion o bien a traves de
- medicion de la distancia por laser (en el caso de componentes transparentes para laser) o bien en el caso de la soldadura de un componente transparente para radiacion con un componente absorbente de radiacion) o a traves de
- ultrasonido (en el procedimiento de eco del impulso a traves de medicion de los tiempos de propagacion del sonido en el plastico).
Despues de la soldadura se funde la superficie lfmite y se modifica el espesor medido del componente:
- en el caso de la medicion de la distancia por laser de dos componentes transparentes al valor d1 + d2,
- en el caso de la medicion de la distancia por laser de un componente transparente y de un componen te absorbente al valor d1-s (siendo s = penetracion de la costura de soldadura en la pieza transparente ^ las fusiones se mezclan y una parte del material absorbente se vuelve tambien absorbente, de manera que se reduce el espesor medido),
- en el caso de medicion de los espesores por ultrasonido a d1+d2.
Las ventajas del procedimiento son:
- medicion rapida, tiempos de medicion cortos,
- la informacion sobre la profundidad del fallo hace posible la interpretacion de si se trata de un rechupe en el componente (defecto de fundicion por inyeccion) o de un defecto en la costura de soldadura (superficie lfmite no unida).
Variantes del procedimiento:
Medicion de la distancia de laser con laser o bien E, cuya longitud de onda es tal que el plastico es transparente en esta zona de longitudes de ondas, adaptacion del tipo de laser/longitud de ondas y de la evaluacion del resultado a las propiedades opticas del plastico utilizado, absorcion, profundidad de penetracion optica), medicion por ultrasonido con sensor de ultrasonido instalado, medicion por ultrasonido a traves del aire con sensor de ultrasonido sin contacto, medicion por ultrasonido en el procedimiento de transmision ultrasonica.

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Procedimiento para determinar si dos componentes de plastico a soldar entre s^ en un procedimiento de soldadura de transmision por laser en un plano de union estan soldados entre sf despues de la realizacion de un proceso de soldadura, en el que uno de los componentes de plastico es transparente para rayos laser, siendo otro de los componentes de plastico transparente o absorbente para el rayo laser, y en el que antes de la realizacion del proceso de soldadura se calcula a partir de un punto de referencia la posicion de un plano de referencia, a continuacion se realiza el proceso de soldadura y durante o despues de la terminacion del proceso de soldadura se determina a partir del punto de referencia la posicion del plano de union por medio de una medicion del rayos laser.
  2. 2. - Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la determinacion del espesor de los componentes a soldar entre sf se realiza por medio de una medicion por rayo laser.
  3. 3. - Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la determinacion del espesor de los componentes a soldar entre sf se realiza por medio de medicion por ultrasonido.
  4. 4. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la posicion del plano de referencia antes del proceso de soldadura es una medida del espesor d1 de uno de los componentes de plastico.
  5. 5. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la posicion del plano de referencia despues del proceso de soldadura se determina teniendo en cuenta una medida (s) de la penetracion de la costura de soldadura.
  6. 6. - Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado por que la determinacion del plano de referencia despues del proceso de soldadura se realiza por medio de medicion del rayo laser a traves del componente de plastico transparente ara el rayo laser.
  7. 7. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el espesor total d1 + d2 de los componentes de plastico soldados entre sf se realiza por medio de medicion del tiempo de propagacion de ultrasonido, siendo reflejado el ultrasonido despues de la propagacion a traves de los componentes de plastico soldados entre sf y atravesando de nuevo los componentes de plastico soldados entre sf.
  8. 8. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el espesor total d1 + d2 de los componentes de plastico soldados entre sf se realiza por medio de transmision de ultrasonido, a cuyo sin los componentes de plastico soldados entre sf son transparentes para ultrasonido.
  9. 9. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el tipo de laser y/o la longitud de onda del laser estan adaptados al plastico de los componentes.
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