PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA DETECCIÓN DE DEFECTOS DE EMBUTICIÓN.

Procedimiento y dispositivo para la detección de defectos de embutición. Objeto de la invención 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. Antecedentes de la invención 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. Descripción de la invención 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. 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 2 ES 2 350 665 A1 2 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 3 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 estampaciónembutición, 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... [Seguir leyendo]

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 defor- ES 2 350 665 A1 8 maciones 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. 6 ES 2 350 665 A1 ES 2 350 665 A1 7 8 ES 2 350 665 A1 ES 2 350 665 A1 9 ES 2 350 665 A1 ES 2 350 665 A1 11 12 ES 2 350 665 A1 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA