Eider Gorostegui Colinas

ÍNDICE

IK4-LORTEK: Sobre Nosotros.

Termografía: Fundamentos y ventajas frente a los END tradicionales.

Termografía Activa. Metodología.

Un ejemplo práctico

Especialización

• Materiales y Procesos

• Tecnologías de Unión

• Fabricación Aditiva de Metales

Datos relevantes www.lortek.es

• 65

• 14

• 5 M€

Ubicación

Ordizia, Gipuzkoa

• Tecnologías INDUSTRY 4.0

• Servicios Tecnológicos

• Gestión de la Innovación

Ámbitos Principales

ÁMBITOS DE DESARROLLO NDT

Detección de defectos y caracterización de materiales en línea.

Sensorización de procesos de fabricación.

Servicios Tecnológicos avanzados y asesoramiento.

TÉCNICAS PRINCIPALES

UT AVANZADOS • Phased array • Sistemas UT abiertos

adaptables • Simulación • UT sin contacto

CORRIENTES INDUCIDAS

TERMOGRAFÍA IR ACTIVA • Metales • Composites

PROCESADO AUTOMATIZADO • Basado en principios físicos • Análisis de imagen

VISIÓN ARTIFICIAL

Equipamiento Singular

• Todo objeto con T>0 K radía energía.

• Utilizando cámaras termográficas infrarrojas es posible convertir esa radiación

en una imagen térmica del objeto que se está observando.

Fundamentos

TERMOGRAFÍA PASIVA

• Militar: Visión nocturna • Ingenieria civil: Mantenimiento de

edificios • Medicina: Mapeo de la temperatura

corporal

• Control del proceso.

TERMOGRAFÍA ACTIVA

• Non Destructive Testing (NDT)

• Caracterización de materiales

Fundamentos

Necesidades de la industria:

✔ Automático

✔ Registrable

✔ Rápido

✔ Sin contacto

✔ Sistema de alertas

✔ Independiente del operario

Ventajas de la termografía

Procesos actuales de inspección:

(MP, PT, VT, RT)

× Manual

× Consumo de tiempo

× Dependiente de la habilidad del

operario

× Uso de consumibles

TERMOGRAFÍA ACTIVA

Un pequeño ejemplo de termografía pasiva

Control de proceso en fabricación de tubos mediante HFIW

Muesca 2x2 mm

Chaflán 1 x 45

4 m 4 m

Propiedad Cámara Térmica

Resolución 150 µm/ pixel

Observación en tiempo real

Imagen 100x80mm2 (640x480px) • Distribución T en un área en un instante determinado. • Forma/Simetría cordón • Control punto de soldadura • Visualización defectos y sus efectos • Imagen original, sin tratar las imágenes

Rango temperaturas 0-2000ºC

Muesca 2x2 mm Chaflán 1 x 45

Principios para la detección de defectos

Resistencia Térmica

Velocidad de enfriamiento

Gradientes térmicos, flujo reflejado…

Monitorización de Efectos térmicos!

𝑻 =𝑸

𝒆 𝝅𝒕

𝒍𝒏 𝑻 = 𝒍𝒏𝑸

𝒆−

𝐥𝐧 (𝝅𝒕)

𝒍𝒏(𝑻) = 𝒂𝒐 + 𝒂𝟏𝒍𝒏 𝒕 + 𝒂𝟐 𝒍𝒏 𝒕 𝟐 + …

Termografía Activa. Metodología

- Longitud de grietas

- Soldadura + Zona afectada térmicamente

LÁSER

• Selección de lentes: Configuración óptima.

• Generación de línea.

• Potencia

- Selección de cámara.

- Parámetros de trabajo,

- Frame Rate

- Resolution

- Etc.

Muestras Fuente de Excitación Cámara

Estático

Tipos de ensayo

INDUCCIÓN

• Configuración de Bobina

• Potencia

Modelo basado en FEM para la determinación del setup óptimo: potencia, velocidad, etc.

Estático

Dinámico

Muestras

• Definición de tamaño mínimo de defecto a detectar.

• Propiedades de la zona a inspeccionar (acabado superficial, reflectividad, etc).

• Accesibilidad

- Selecciónde cámara.

- Parámetros de trabajo,

- Frame Rate

- Resolution

- Etc.

Cámara

EmpiriCam

Flir A655sc Flir x6541sc

EmpiriCam

FLIR A655sc

FLIR X6541sc

Detector Detector Type Uncooled

Microbolometer

Uncooled Microbolometer

InSb (Closed-cycle (rotary) Stirling cooler)

Spectral Range 8.0 – 14.0 µm 7.5 - 14.0 µm 1.5 – 5 µm

Resolution 392 x 288 640 x 480 640 x 512

Detector Pitch 25 µm 17 µm 15 µm

NETD < 65 mK

<30 mK < 25 mK (18 mK typical)

Imaging

Frame Rate (Full Window) 30 Hz 50 Hz 126 Hz

Max Frame Rate (@ Min Window)

- 200 Hz (640 x 120) 126 Hz (640x480) 410 Hz (320x256) 1087 Hz (160x128)

4011 Hz (64x8)

mm / pixel 50 150 45

Fuente de Excitación

LÁSER

• Potencia

INDUCCIÓN

• Potencia y frecuencia

LÁSER

• Potencia

INDUCCIÓN

Modelo basado en FEM para la determinación del

setup óptimo: potencia, velocidad, etc.

LÁSER

• Potencia

INDUCCIÓN

• Reflectividad del material • Difusividad termica del material. • Tipo de ensayo:

Estático. Dinámico: v.

• Potencia laser. Tamaño línea.

FIJACIÓN DE PARÁMETROS SEGÚN

ENSAYOS DINÁMICOS

• La pieza y la fuente térmica se mueven en movimiento relativo de forma uniforme y

controlada.

• Análisis automatizados:

Reconstrucción de la zona a tras la grabación.

Detección de los defectos: vía algoritmo.

50 100 150 200 250 300 350 400 450

Laser tracking

Reconstruction

Tipos de ensayo

Ensayos Dinámicos Fuente de Excitación:

Láser

• Tanto la pieza a analizar como la fuente de calor permanecen inmóviles.

• La pieza se calienta mediante:

• Pulso de corta duración (50-200ms): Laser / Inducción

• Calentamiento de duración variable según la pieza a

inspeccionar: Aire.

• La secuencias térmicas se componen de calentamiento y enfriamiento en

la misma posición.

Tipos de ensayo

Ensayos Estáticos Fuente de Excitación:

Láser / Inducción / Aire

Detección automática de defectos

Ducumentación de datos: - Muestra, - Defectos, - Localización, - Tamaño, etc

Análisis

Análisis en el dominio de frecuencia:

Imágenes de fase y amplitud

• Se aplica la Transformada de Fourier a la

grabación térmica obtienendo imágenes de

amplitud y fase a determinadas frecuencias.

• Se ensalzan los defectos en el material y

disminuyen las indicaciones debidas a

cambios de emisividad, reflexiones,

calentamiento no-uniforme y variaciones de

forma de la superficie.

Análisis en el dominio del tiempo:

Termogramas

• Se emplean los termogramas de la

secuencia térmica adquirida.

• Se analizan las variaciones de

temperatura o en su caso, variaciones

de intensidad.

DFT: parte real (0,477 Hz)

Análisis en el dominio de frecuencia:

Imágenes de fase y amplitud

• Se aplica la Transformada de Fourier a la

grabación térmica obtienendo imágenes de

amplitud y fase a determinadas frecuencias.

• Se ensalzan los defectos en el material y

disminuyen las indicaciones debidas a

cambios de emisividad, reflexiones,

calentamiento no-uniforme y variaciones de

forma de la superficie.

Análisis en el dominio del tiempo:

Termogramas

• Se emplean los termogramas de la

secuencia térmica adquirida.

• Se analizan las variaciones de

temperatura o en su caso, variaciones

de intensidad.

DFT: parte real (0,477 Hz)

f = 1.183 Hz

Ejemplos:

Defectos en trozos de eslabones

Entalla 3 (l = 4.5 mm)

Entalla 4 (l = 2 mm)

• Láser 50 W • Ensayo estático • Análisis frecuencial

f = 1.183 Hz

• Láser 50 W • Ensayo dinámico • Reconstrucción

Ejemplos:

FFT • Cámara x6541sc • Láser 250 W • Ensayo estático

Ejemplos:

FFT • Cámara x6541sc • Láser 250 W • Ensayo estático

Ejemplos:

• Cámara x6541sc • Láser 250 W • Ensayo estático

Ejemplos:

Normalized Heating and

Cooling Curve

• Cámara x6541sc • Láser 250 W • Ensayo estático

frames

Area heated by the laser

Thermogram

Ejemplos:

Defectos en tornillos

Inspección por Magnaflux Termografía Activa

(inducción)

Inspección por Magnaflux

Termografía Activa (inducción)

Ejemplos:

Defectos en tornillos

Ejemplos: Inconel 718

• Aire • Ensayo estático • Termograma

• Láser 50 W • Ensayo dinámico • Reconstrucción

• Inducción. tpulso=0.07 s, f = 6Hz.

• Conjunto de ensayos estáticos.

• Análisis de fase

L1 L3 L2? B3 B4 B5

B7 B8 B6

Test specimen: Carbon fiber, 24 layers

Un ejemplo diferente: Composites

Analyzed zone

Front Side Back Side

• Lámparas Flash. • tpulso= • Ensayo Estático.

F=0,033 Hz

1,25 mm 1,65 mm 2,15 mm

1,75 mm 1,4 mm 1,6 mm 1,55 mm

2,1 mm 1,4 mm 1,7 mm 0,8 mm

Un ejemplo diferente: Composites

Test specimen: Carbon fiber, 24 layers

F=0,083 Hz

GRABACIONES AUTOMÁTICAS Y RÁPIDAS

REGISTRO

DETECCIÓN AUTOMATICA DE DEFECTOS

SOFTWARE PROPIO ALMACENAMIENTO DE LA INFORMACIÓN DE TODOS LOS DEFECTOS: IMÁGENES, POSICIÓN, TAMAÑO, ETC

Inspección automática en Termografía láser

• Muestras: Cupones de soldadura Multipasada. • Inspección termográfica láser. • Procesado de grabaciones vía reconstrucción. • Detección automática de defectos. • Gestión de la información.

REPETITIVIDAD

Inspección automática en Termografía láser

Numbers Centre X Centre Y Defect Height

Defect Height (mm)

Experimental (mm)

1 485.7 129.7 19 3.2 4

2 695.6 129.7 9 1.5

3 713.3 128.0 13 2.2 2

4 900.9 129.4 15 2.6 1(+1)

5 1096.0 132.6 21 3.6 3

6 1290.8 133.3 22 3.7 3

7 1486.3 134.8 17 2.9 1(+1)

8 1674.0 137.5 15 2.6

9 1694.6 140.5 9 1.5 1

10 1867.1 139.4 7 1.2 1

11 1889.3 139.9 6 1.0

12 2073.1 138.8 7 1.2 1

13 2275.3 135.6 17 2.9

Desarrollo de nuevos algoritmos. Más eficientes en cuanto a tiempos de procesamiento con el

objetivo de respetar los tiempos de producción de la industria.

Detección automática en cualquier geometría.

Inspección Online.

Detección temprana de defectos. (termografía en caliente)

• Nuevo laboratorio en marcha.

• Elementos notables: 1. - Equipo Inducción 2. - Controlador 3. - Robot KUKA KR30HA

Proporcionará a Lortek la capacidad de realizar inspecciones de termografía activa laser e inducción automatizadas

con el objetivo de detectar defectos en piezas de cualquier geometría

Eider Gorostegui Colinas egorostegui@lortek.es

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