PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA LA EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE LA SOLDADURA DURANTE LA SOLDADURA.

Procedimiento para la evaluación óptica de la calidad de la soldadura durante el proceso de soldadura,

en particular durante la soldadura láser o la soldadura con arco eléctrico, donde se contempla la zona de soldadura por medio de un sensor óptico y se sitúa una línea de triangulación láser sobre la parte ya solidificada del cordón de soldadura, captándose por una parte la luminosidad del proceso del material de soldadura todavía líquido, luminoso dentro del campo visible, y por otra parte una imagen en grises o en color del cordón de soldadura solidificado y de la línea de triangulación láser en distintas zonas de la imagen (A, B), captándose las distintas zonas de imagen (A, B) sobre un único sensor (6') y se leen como una sola imagen, efectuándose la toma de una primera imagen (A) con la luminosidad del proceso, con independencia de una segunda zona de imagen (B) con la línea de triangulación y la imagen en grises o en color, caracterizado porque las distintas zonas de imagen (A; B) se leen con tiempos de exposición diferentes.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2007/007506.

Solicitante: PRECITEC VISION GMBH & CO. KG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: UNTERORTSTRASSE 48 65760 ESCHBORN ALEMANIA.

Inventor/es: SCHWARZ,Joachim.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 28 de Agosto de 2007.

Clasificación PCT:

  • B23K26/03 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B23 MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO EN OTRO LUGAR.B23K SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO O CHAPADO POR SOLDADURA O SOLDADURA SIN FUSION; CORTE POR CALENTAMIENTO LOCALIZADO, p. ej. CORTE CON SOPLETE; TRABAJO POR RAYOS LASER (fabricación de productos revestidos de metal por extrusión de metales B21C 23/22; realización de guarniciones o recubrimientos por moldeo B22D 19/08; moldeo por inmersión B22D 23/04; fabricación de capas compuestas por sinterización de polvos metálicos B22F 7/00; disposiciones sobre las máquinas para copiar o controlar B23Q; recubrimiento de metales o recubrimiento de materiales con metales, no previsto en otro lugar C23C; quemadores F23D). › B23K 26/00 Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte o taladrado. › Vigilancia, p. ej. monitorización, de las piezas.
  • B23K9/095 B23K […] › B23K 9/00 Soldadura o corte por arco voltaico (soldadura eléctrica por escoria B23K 25/00; transformadores de soldadura H01F; generadores de soldadura H02K). › Vigilancia o control automático de los parámetros de soldadura.
  • G01N21/88 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 21/00 Investigación o análisis de los materiales por la utilización de medios ópticos, es decir, utilizando rayos infrarrojos, visibles o ultravioletas (G01N 3/00 - G01N 19/00 tienen prioridad). › Investigación de la presencia de grietas, de defectos o de manchas.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PDF original: ES-2372628_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento y dispositivo para la evaluación óptica de la calidad de la soldadura durante la soldadura Antecedentes La invención se refiere a un procedimiento para la evaluación óptica de la calidad de la soldadura según el preámbulo de la reivindicación 11, especialmente durante la soldadura láser, para lo cual se toma una imagen de la zona de soldadura. La invención se refiere además a un dispositivo conforme al preámbulo de la reivindicación 18 destinado a realizar el procedimiento. Estado de la técnica Es conocido el sistema de realizar una comprobación óptica de los cordones de soldadura. Para ello se traza en particular mediante un escáner láser 2D una línea de luz láser (línea de triangulación láser) transversalmente sobre el cordón de soldadura, y a partir de ahí se determinan datos relativos a la geometría del cordón. Por el documento JP 200511 1538 se conoce además el procedimiento de captar la imagen de la masa fundida durante la soldadura láser y compararla con datos de referencia. Exposición de la invención La invención tiene como base el objetivo de mejorar la comprobación de calidad óptica de los cordones de soldadura. Esto se consigue en el procedimiento citado inicialmente mediante un procedimiento según la reivindicación 1. El documento DE 198 52 302 A da a conocer un procedimiento de esta clase y un dispositivo de esta clase. Mediante los tres elementos de imagen diferentes sobre la imagen con las dos zonas de imagen se puede llevar a cabo de modo óptimo la evaluación de la calidad de la soldadura durante el proceso de soldadura. En la invención se captan los diversos elementos de imagen en un único sensor que presenta varias zonas de imagen sobre las que se pueden realizar tomas (MultipleRegions of Interest, MROI). Entonces solamente es preciso leer este sensor para poder evaluar todas las zonas de la imagen con los tres elementos de imagen de la imagen. Al efectuar la toma se capta preferentemente una primera toma de imagen con la iluminación debida al propio proceso con un tiempo de exposición de 5 µs o inferior. La primera zona de imagen en la que se capta como elemento de imagen la iluminación debida al propio proceso se acondiciona preferentemente con una curva característica logarítmica del sensor. Además se prevé preferentemente una segunda zona de imagen en la que están captados juntos el elemento de imagen de la línea de triangulación láser y el elemento de imagen de la imagen en gris o color del cordón. Para ello se ilumina por ejemplo la segunda zona de imagen con un tiempo de exposición de aprox. 10 µs y con una duración de iluminación realizada por una fuente de luz de flash, inferior a 10 µs. Igualmente se prefiere que los parámetros de la toma para la toma de la primera y segunda zona de imagen se modifiquen entre las tomas. En un ejemplo de realización preferente está previsto un sistema óptico plano con diferentes zonas de transparencia para la primera y la segunda zona del sensor o zona de imagen, en particular directamente encima del chip sensor. Igualmente se prefiere que la toma tenga lugar mediante la óptica láser del láser de soldadura, lo cual da lugar a una disposición especialmente compacta. En el caso de soldadura con arco eléctrico, o soldadura MIG/MAG, se emplea un sistema óptico dispuesto al lado del soplete. La invención tiene además como objetivo crear un dispositivo para llevar a cabo el procedimiento. Este está realizado de acuerdo con la reivindicación correspondiente al dispositivo. Breve descripción de los dibujos Otras realizaciones, ventajas y aplicaciones de la invención se deducen de las reivindicaciones dependientes y de la siguiente descripción, sirviéndose de las figuras. Estas muestran: la figura 1 una representación esquemática de un cabezal de soldadura que tiene dispuesta una cámara; la figura 2 una imagen tomada de acuerdo con la invención de una soldadura o cordón de soldadura sin defectos; y la figura 3 una imagen tomada de acuerdo con la invención con defectos de soldadura provocados por un fallo del hilo de soldadura. 2   Vías para la realización de la invención La figura 1 muestra en una vista muy esquematizada un cabezal de soldadura 1 que está dispuesto encima del material a soldar 2, que en este ejemplo se compone de dos chapas 2 y 2 que se han de soldar entre sí. El soplete de soldadura está formado en este caso preferente por un rayo láser 3, que a través de un sistema óptico 4 incide sobre el material a soldar 2, realizando allí la soldadura. De acuerdo con la invención se pueden evaluar también otros procedimientos de soldadura distintos a la soldadura láser, en particular soldaduras con todos los procedimientos de arco eléctrico conocidos. La soldadura se realiza preferentemente como soldadura MIG/MAG con la correspondiente alimentación de gas, lo cual no está representado en la representación esquemática de la figura 1. Por medio de una cámara 6 se observa la zona de soldadura en el material a soldar. La cámara es preferentemente una cámara CMOS de alta dinámica y en particular una cámara que esté equipada para tomar varias imágenes sobre el chip del sensor (lo que también se conoce como MROI (MultipleRegions of Interest)) que se emiten como una sola imagen. En particular se puede emplear una cámara del tipo PhotonfocusHurricane, MV- 1024 CL-80/160 de la firma Photonfocus AG, ch 8853 Lachen, Suiza, que está equipada con MROI y que permite trabajar con tiempos de exposición diferentes para las diferentes zonas. Pero también se pueden emplear dos cámaras o dos sensores. La toma se realiza preferentemente sin embargo mediante una sola cámara y en particular por medio de una cámara 6 que está situada directamente en el cabezal de soldadura. La toma se realiza preferentemente directamente a través del sistema óptico 4 para el rayo láser, tal como está representado en el ejemplo mostrado. A través de un divisor de rayo 7 para la luz visible observada por la cámara 6, la luz emitida por el material de soldadura 2 llega a través del sistema óptico de la cámara 8 a su sensor CMOS 6. Un sistema de iluminación destinado a iluminar las zonas captadas, que ilumina preferentemente el material de soldadura 2 a través del divisor del rayo 7, está formado por el rayo 9. El correspondiente trayecto de los rayos para la iluminación está designado por 5. Esta iluminación es una iluminación mediante flash de xenón o una iluminación por LED, en particular una iluminación con diodos láser de emisión superficial (Vertical Cavity Surface Emitting Laser/VCSEL). Estos diodos tienen la propiedad de su alto rendimiento óptico con una reducida densidad de empaquetamiento y reducida divergencia de los rayos, y pueden iluminar la zona de soldadura con suficiente claridad. La toma de la zona de soldadura a través del sistema óptico de la soldadura 4 para todas las zonas que se han de captar de acuerdo con la invención requiere unas intensidades de iluminación muy elevadas, ya que los parámetros del sensor CMOS se ajustan de modo insensible a la luz, para poder captar la iluminación debida al propio proceso, de gran intensidad, y no presentando el sistema óptico del láser unas características de transparencias buenas para la luz visible. La disposición representada en la que la cámara 6 observa la zona de soldadura a través del sistema de soldadura 4 es sin embargo la disposición preferida, si bien son también posibles otras disposiciones en las que la cámara no contempla la zona de soldadura a través de la óptica láser 4. Mediante una disposición conocida 11 con otro láser se proyecta por lo menos una línea de triangulación cubriendo el cordón de soldadura solidificado, tal comose puede ver en las siguientes figuras. El circuito de control y/o de evaluación 10, que por lo general está formado por un ordenador, recibe los datos de imagen leídos por la cámara para su evaluación. En el caso de una soldadura por arco eléctrico (soldadura MIG/MAG) la toma de la imagen se efectúa mediante una cámara con un sistema óptico dispuesto muy próximo al soplete de soldadura, lo cual aquí no se explica con mayor detalle. La figura 2 muestra un ejemplo de una imagen tomada en la zona de la soldadura, tratándose en este caso de una soldadura o cordón de soldadura sin defectos. La figura 2 muestra una toma con un gran campo de la cámara, de modo que la iluminación debida al propio proceso y el cordón ya solidificado después del proceso se toman en el mismo sensor como una sola imagen, se leen como una sola imagen y a continuación se pueden comprobar. Se entiende por iluminación debida al propio proceso o evaluación de la luz debida al propio proceso la toma y aplicación de la zona de soldadura estando el material de soldadura todavía fluido y luminoso dentro del campo visible. De acuerdo con la invención se toman... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la evaluación óptica de la calidad de la soldadura durante el proceso de soldadura, en particular durante la soldadura láser o la soldadura con arco eléctrico, donde se contempla la zona de soldadura por medio de un sensor óptico y se sitúa una línea de triangulación láser sobre la parte ya solidificada del cordón de soldadura, captándose por una parte la luminosidad del proceso del material de soldadura todavía líquido, luminoso dentro del campo visible, y por otra parte una imagen en grises o en color del cordón de soldadura solidificado y de la línea de triangulación láser en distintas zonas de la imagen (A, B), captándose las distintas zonas de imagen (A, B) sobre un único sensor (6) y se leen como una sola imagen, efectuándose la toma de una primera imagen (A) con la luminosidad del proceso, con independencia de una segunda zona de imagen (B) con la línea de triangulación y la imagen en grises o en color, caracterizado porque las distintas zonas de imagen (A; B) se leen con tiempos de exposición diferentes. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la toma que se realiza sobre la primera zona de imagen (A) para la luminosidad del proceso tiene lugar con un tiempo de exposición de 5 µs o inferior. 3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la toma en la primera zona de imagen (A) correspondiente a la luminosidad del proceso tiene lugar con la curva característica logarítmica del sensor. 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la segunda zona de la imagen (B) comprende una subzona (B1) que contiene la línea de triangulación láser, y una subzona (B2) que contiene la imagen en grises o de color, las cuales se toman juntas, tomándose en particular la segunda zona de la imagen (B) con un tiempo de exposición de unos 10 µs, siendo iluminada mediante una fuente de luz de flash con una duración de iluminación inferior a 10 µs. 5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los parámetros de la toma para la toma de las distintas zonas de imagen (A y B) se modifican entre las tomas. 6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la toma se realiza por medio del sistema óptico (4) de un láser de soldadura. 7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porquesobre el sensor y preferentemente directamente sobre el chip sensor, está previsto un sistema óptico plano con distinta transparencia para las zonas (A y B). 8. Dispositivo para llevar a cabo el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por comprender un dispositivo de soldadura, en particular con una fuente de rayo láser, un dispositivo (11) para generar por lo menos una línea de triangulación luminosa y una cámara (6) dispuesta en la instalación de soldadura, que está dirigida sobre la zona de la soldadura y está dispuesta y realizada para efectuar la toma de la luminosidad del proceso y de la subsiguiente zona de cordón de soldadura solidificada, tomándose las distintas zonas de la imagen sobre un único sensor (6) que se lee como una sola imagen, efectuándose la toma de una primera zona de la imagen (A) con la luminosidad del proceso de modo independiente de la toma de una segunda zona de imagen (B) con la línea de triangulación y la imagen en grises o de color, caracterizado porque la cámara permite diferentes tiempos de exposición para las distintas zonas de imagen (A; B). 9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque la cámara contempla la zona de soldadura por medio de un divisor de rayo (7) a través del sistema óptico de soldadura (4). 10. Dispositivo según la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque está prevista una iluminación con luz de flash mediante diodos láser de emisión superficial. 11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 10, caracterizado porque sobre el sensor (6) y en particular directamente sobre el sensor, está dispuesto un filtro de grises que presenta distintas zonas de transparencia para las distintas zonas del sensor (A, B), en particular una transparencia del 100% para la zona (B) en la cual se pueden captar la línea de triangulación y la imagen en gris o en color, y una transparencia inferior al 50% para la zona (A) en la que se puede captar la luminosidad del proceso. 12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque la toma sobre la primera zona de imagen (A) para la luminosidad del proceso tiene lugar con un tiempo de exposición de 5 µs o inferior. 13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque la toma en la primera zona de imagen (A) para la luminosidad del proceso tiene lugar con la curva característica logarítmica del sensor. 14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque la segunda zona de imagen (B) comprende una subzona (B1) que contiene la línea de triangulación láser así como una subzona (B2) que contiene la imagen en grises o en color, las cuales se toman juntas.   15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 14, caracterizado porque la segunda zona de imagen (B) se toma con un tiempo de exposición de aprox. 10 µs, y para ello se ilumina con una duración de iluminación realizada por una fuente de luz de flash, inferior a 10 µs. 16. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 15, caracterizado porque los parámetros de toma para la toma de las distintas zonas de imagen (A y B) se modifican entre las tomas. 6   7   8

 

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