Inspección digital
no destructiva

Termografía

La termografía infrarroja, TIR, es una ciencia dedicada a la adquisición y procesamiento de información térmica captada por dispositivos de medida sin contacto. Esta tecnología puede ser aplicada a un gran número de campos diferentes, desde el sector industrial, en control de procesos y productos, pasando por la medicina, ciencias ambientales, etc.

La termografía se puede agrupar en dos tipos: Termografía activa y Termografía pasiva. En la termografía pasiva no se requiere una fuente de excitación para la inspección o el análisis de un objeto o un organismo biológico, ya que se utiliza el propio calor generado o evacuado por el objeto de estudio. En la termografía activa por el contrario, es necesaria una excitación externa que caliente el objeto de estudio y se generen así gradientes de temperatura. La Figura 1 muestra diferentes formas de excitación posibles.

Figura 1. Diferentes posibles fuentes de excitación en termografía activa. Fuente: https://workswell-thermal-camera.com/wp-content/uploads/2020/01/ati_scheme.jpg

En Lortek aplicamos la termografía activa como técnica de ensayo no destructiva. Asimismo, la termografía pasiva nos permite el control de procesos y detección temprana de fallos en procesos productivos.

En la actualidad, los métodos de inspección NDT tradicionales se basan por lo general en técnicas manuales tales como Ensayos de Partículas Magnéticas o Líquidos Penetrantes, que consumen mucho tiempo y dependen del usuario. La finalidad de la Termografía Activa es reemplazar estos métodos tradicionales no solo para reducir los tiempos de inspección, sino también para permitir inspecciones limpias y sin contacto, algo que para la mayoría de las industrias de manufactura tiene un gran valor. Otra ventaja importante de la termografía es que esta técnica es lo bastante robusta como para garantizar la repetibilidad en las mediciones y en la posterior detección automática de defectos, una característica que las técnicas de inspección tradicionales nunca podrán cumplir.

La metodología de trabajo, una vez demostrada la viabilidad de la inspección, se resume en la siguiente figura:

Figura 2. Procedimiento habitual en termografía activa aplicada a END una vez la viabilidad de la tecnología ha sido demostrada.

Por otro lado, la termografía pasiva permite realizar el control de diferentes procesos e incluso mantenimiento predictivo. Un claro ejemplo de esto último es el empleo de la termografía pasiva en el mundo del acero para predecir la degradación de las cucharas, y así enviarlas a reparar antes de que fallen en producción, con el riesgo que ello supone.

Figura 3. Ejemplo de aplicación de termografía pasiva en forja. En este caso, el objetivo no era inspeccionar la pieza forjada, sino desarrollar un modelo para estimar la vida de los troqueles, de tal manera que se consiguen dos resultados cruciales para el fabricante: (i) ampliar la vida útil de los troqueles y (ii) asegurarse una buena calidad de fabricación de pieza (menos piezas descartadas por un troquel deteriorado).

Ultrasonidos

Los ensayos no destructivos mediante Ondas Guiadas son un método de inspección basados en ondas ultrasónicas de baja frecuencia, que permiten inspeccionar superficies de grandes longitudes y bajo espesor mediante la propagación de señales ultrasónicas por las mismas, utilizando el propio material como guía de las ondas. Esta técnica tiene aplicaciones en diversos sectores como aeronáutico, eólico, marítimo etc. En función de sus distintos modos de propagación, mediante el empleo de palpadores de baja frecuencia y un avanzado tratamiento de la señal, es posible analizar el comportamiento de las Ondas Guiadas dentro del propio material y determinar posibles anomalías localizadas tanto en su interior como su exterior.

Con el objetivo de optimizar procesos de control de calidad de piezas de diferentes sectores, en Lortek se profundiza en la investigación de diferentes y avanzadas técnicas de inspección por ultrasonidos mediante Ondas Guiadas.

La implementación de estas técnicas aporta múltiples beneficios para las empresas del tejido industrial que requieren de un proceso de control de calidad optimizado, ya que reducen los tiempos de inspección, permiten inspeccionar áreas de difícil acceso y no implican ningún riesgo para el operario.

En qué estamos trabajando actualmente

Termografía


  • Industrialización de Ensayos Termográficos No Destructivos en los siguientes ámbitos:
    • Inspección de Soldaduras para Aeronáutica.
    • Inspección de Componentes Offshore.
    • Inspección de Componentes para Automoción.
  • Inspecciones Termográficas No Destructivas en el sector de energías renovables.
  • Primeros pasos en la incorporación de la tecnología en Vehículos Aéreos y Terrestres No Tripulados para la inspección de Parques Solares y eólicos.
  • Control de procesos en industrias de acero y forja.
    • Trabajo centrado en Mantenimiento Predictivo para mejorar la calidad de la producción y del producto.


Figura 4. Inspección de cadenas offshore vía termografía inductiva. En la parte izquierda de la figura se comparan los resultados obtenidos mediante líquidos y termografía inductiva en la inspección de cadenas offshore (viabilidad). A la derecha se muestra ya el sistema de inspección que se está planteando, indicando los pasos críticos a dar para tener un sistema de inspección totalmente automatizado y robusto.


Figura 5. Inspección de cigüeñales vía termografía inductiva. A la izquierda se muestran los resultados obtenidos en el estudio de viabilidad. En la imagen central se muestra un posible setup para la automatización de la inspección. Finalmente a la derecha se tiene el setup de Lortek y el resultado de la inspección automática.

Ultrasonidos

En la actualidad, a fin de inspeccionar la calidad de muestras elaboradas mediante fabricación aditiva, se está desarrollando una metodología basada en Ondas Guiadas. Consiste en el uso de un vibrómetro láser, para detectar anomalías sin contacto.

Figura 6. Diagrama del set-up para la utilización del vibrometro láser Polytec modular OFV-5000 para la detección de anomalías.

Equipamiento
específico

La célula de inspección de Lortek es un espacio dedicado a la investigación y Desarrollo industrial de la termografía activa. Está dividida en dos zonas: área de inspección manual y zona de inspección robotizada. La zona manual se utiliza para ensayos preliminares y estudios de viabilidad de la tecnología. En el mismo se dispone de dos cámaras termográficas: una microbolométrica, Flir A655sc, y otra refrigerada, de gama alta, Flir X6541s. Además en estos momentos Lortek posee ya tres fuentes de excitación: Láser, Inducción y Lámparas Flash y Halógenas.

A su vez, el área robotizada está compuesta, de forma sintética por tres componentes. El robot, el posicionador y la correspondiente virtualización asociada. La zona robotizada está preparada para poder realizar inspecciones con todo el equipamiento mencionado en la zona manual.

Figura 7. Célula de inspección (a) Muestra la célula de inspección desde fuera. (b) Vista de la zona automatizada desde la zona manual. (c) Vista de la zona manual desde la zona robotizada. Finalmente (d) muestra el puesto laser dentro de la zona manual.

Figura 8. Robot y posicionador en la célula de inspección de Lortek.

Figura 9. Muestra un cabezal termográfico todavía en la fase virtual a la izquierda y la pieza fabricada en la realidad a la derecha.

Figura 10. Inspección de cadenas offshore vía termografía inductiva. A la izquierda se muestra la inspección en el laboratorio, mientras que a la derecha se tiene un pantallazo del software CAD/CAM en el que el robot aborda la inspección de este componente en un entorno virtual, equivalente al del laboratorio.

En esta sección se incluye una breve revisión de todos los equipos termográficos disponibles en la Celda de inspección.

Cámaras Termográficas

Lortek posee dos cámaras termográficas: la Flir A655sc y la Flir X6541sc. Su principal diferencia radica en el tipo de detector y el sistema de refrigeración.

  • Flir A655sc es una cámara de microbolómetro sin refrigeración, mientras que el modelo
  • Flir X6541sc es un dispositivo de alta gama, que además de incluir un sistema de refrigeración, posee una sensibilidad mayor, resolución más alta y una tasa de adquisición que puede alcanzar los 4.000 Hz.

Fuentes de Exitación

LÁSER

  • El láser de 50 Watts de Lortek se utiliza sobre todo para inspección de soldaduras. Se puede combinar con una fase de traslación lineal motorizada en una mesa óptica para la inspección de cupones planares. Además, la fibra también ha pasado por el robot, con el fin de llevar a cabo inspecciones con láser robotizado en geometrías más complejas.
  • GENERADOR DE INDUCCIÓN

  • Lortek cuenta con un generador de inducción de 3 KW así como tres inductores optimizados para distintos tipos de detección de defectos en determinadas geometrías.
  • LÁMPARAS FLASH Y HALÓGENAS

  • Las lámparas Flash y Halógenas permiten la inspección de materiales composites. Constan de un generador Flash con una lámpara de 6 KJ (PTvis 6000). En el caso de las halógenas, están formadas por dos lámparas de 2 KWatt (OTvis 4000)
  • Figura 11. Inspección de cadenas offshore vía termografía inductiva. A la izquierda se muestra la inspección en el laboratorio, mientras que a la derecha se tiene un pantallazo del software CAD/CAM en el que el robot aborda la inspección de este componente en un entorno virtual, equivalente al del laboratorio.

    Vibrómetro láser de Polytec (OFV-525/-500): Equipo para la detección de anomalías mediante la medición de vibraciones.

    Figura 12. Vibrómetro láser Polytec modular OFV-5000 (Controlador y cabezal láser OFV-505), utilizado en el setup para la detección de anomalías.

    Sistema Phased Array (PSA): Sistema portátil basado en la tecnología SITAU, mediante el cual es posible obtener en tiempo real imágenes ultrasónicas.

    Figura 13. Sistema portatil Phase Array Sitau y software de configuración/evaluación.

    Instrumento ultrasónico Difrascope multicanal: Equipo para la generación y adquisición de las señales ultrasónicas. Así como su respetivo software para la configuración de las señales ultrasónicas y la monitorización de las mismas.

    Figura 14. De izquierda a derecho se muestra: setup, equipo Difrascope multicanal para la generación y adquisición de las señales y software de configuración/monitorización.

    Preamplificador Amplus 32: Equipo para amplificar las señales ultrasónicas.

    Figura 15. De izquierda a derecho se muestra el setup y el amplificador.

    Transductores: Transductores de diferentes frecuencias de funcionamiento, utilizados para las diferentes técnicas. Lortek también posee posicionadores para los transductores piezoeléctricos, diseñados específicamente para ciertas aplicaciones.

    Figura 16. Muestra el utillaje desarrollado para el posicionamiento de los transductores para los diferentes posicionamientos.

    Casos de éxito

    Termografía

    Uno de los primeros proyectos del ámbito de termografía activa en Lortek fue nada más y nada menos para inspeccionar las soldaduras del ITER, un proyecto internacional cuyo objetivo es fabricar el primer prototipo de fusión nuclear a nivel mundial. En este caso, la fuente de excitación que se eligió fue el láser.

    Figura 17. Inspección de soldaduras del Vacuum Vessel (VV) Assembly para el reactor de fusión ITER. (a) muestra la estructura del VV y cómo se sueldan los sectores (b) es un cupón TIG narrow gap con una pasada de raíz al que se le ha hecho inspección de líquidos. Finalmente, (c) muestra el resultado correspondiente mediante termografía activa laser, pudiéndose ver claramente su mayor resolución frente a la técnica tradicional.

    Ultrasonidos

    Con el objetivo de mejorar la detección de fallos mediante inspección no destructiva en materiales compuestos de la industria aeronáutica (alerones fabricados por la empresa SAAB). Lortek participó en el proyecto europeo CRO-INSPECT como líder de las actividades relacionadas con la investigación en Ondas Guiadas para inspeccionar zonas de difícil acceso. Aportando un procedimiento de inspección mediante Ondas Guiadas orientados a la detección de defectología asociada al proceso productivo.

    En la siguiente figura se muestra el set-up implementado para inspeccionar los larguerillos que conforman un alerón. Representándose la comparativa entre las señales ultrasónicas adquiridas para el caso de un larguerillo libre de defectos y para el caso de un larguerillo con delaminación (señal azul).

    Figura 18. Se muestra el diagrama y set-up para la inspección de los alerones fabricados por SAAB para la detección de defectos, tanto superficiales como internos, mediante ondas guiadas. En la figura de la derecha se muestra la señal ultrasónica adquirida para una muestra sin defecto (gris) y una muestra con defecto (azul).

    Publicaciones
    y descargas

    Publicaciones
    2019
    R. Moreno, E. Gorostegui-Colinas, P. L. Uralde and A. Muniategui
    Towards Automatic Crack Detection by Deep Learning and Active Thermography
    in Advances in Computational Intelligence, Springer International Publishing, 2019, pp. 151-162.
    2019
    P. López de Uralde, E. Gorostegui-Colinas, A. Muniategui, I. Gorosmendi, B. Hériz, M. Ayuso and X. Sabalza
    A new method for surface crack detection by laser thermography based on Thermal Barrier effect
    in Proceedings of the 14th Quantitative InfraRed Thermography Conference, 2019-05.
    05/2020
    Eider Gorostegui-Colinas, Rafael Hidalgo-Gato, Pablo López de Uralde, Beñat Urtasun Marco, Ander Muniategui Merino
    Induction thermography-based inspection of EBW and TIG welded Inconel 718 components: steps towards industrialization.
    Proceedings Volume 11409, Thermosense: Thermal Infrared Applications XLII; 114090D (2020)
    05/2019
    E. Gorostegui-Colinas, A. Muniategui, P. L. Uralde, I. Gorosmendi, B. Hériz and X. Sabalza
    A novel Automatic Defect Detection Method for Electron Beam Welded Inconel 718 components using Inductive Thermography.
    in Proceedings of the 14th Quantitative InfraRed Thermography Conference, 2019-05.
    2017
    A. Castelo, A. Mendioroz, R. Celorrio, A. Salazar, P. L. Uralde, I. Gorosmendi and E. Gorostegui-Colinas
    Characterizing open and non-uniform vertical heat sources: towards the identification of real vertical cracks in vibrothermography experiments
    in Proc. SPIE 10214, Thermosense: Thermal Infrared Applications XXXIX, 102140L, 2017.

    Retos

    Desafíos que hay que afrontar en los próximos años:

    Termografía

    El principal reto para el área de termografía se encuentra en la estandarización e industrialización de la tecnología. La sustitución de técnicas tradicionales de inspección por otras técnicas novedosas suele ser un camino arduo debido a la estricta normativa existente.

    Pese a ello, son tantas las ventajas que ofrece la termografía como técnica de inspección, que en los últimos años está recibiendo un especial interés por sectores como Oil & Gas, Automoción y Aeronáutica; sectores interesados todos ellos en sustituir sus técnicas de inspección actuales (partículas magnéticas y líquidos penetrantes) por tecnologías limpias y automatizables como lo es la termografía.

    Ultrasonidos

    A fin de ofrecer una técnica de inspección no destructiva y automatizable para la detección de anomalías sobre distintas superficies, el reto principal del área de ultrasonidos es investigar y desarrollar diferentes técnicas de inspección mediante ultrasonidos, así como en la profundización de las metodologías desarrolladas.

    La inspección mediante ultrasonidos tiene gran interés para diferentes sectores de la industria como aeronáutica, eólica o marítimo, permitiendo inspeccionar de manera semi-automática superficies de gran tamaño y de difícil acceso.

    Dra. Eider Gorostegui

    Investigadora Referente en Termografía.

    Doctora en Física Aplicada por la Universidad de Navarra (2012). Actualmente es investigadora senior en el área de Digitalización de LORTEK dirigiendo proyectos relacionados con inspección no destructiva dentro del ámbito de la termografía. Lleva 12 años trabajando como investigadora, primero en CEIT (5 años), donde adquirió conocimientos de elementos finitos aplicados en el ámbito de los materiales. Más tarde en LORTEK, en su primera etapa adquirió conocimientos avanzados de simulación relacionados con el desarrollo y optimización de procesos avanzados de soldadura, predicción de distorsiones y tensiones residuales debidas a procesos de fabricación (3 años).

    Desde su incorporación al departamento de Control y Evaluación a finales de 2015, ha trabajado en el campo de la termografía aplicada como técnica de control no destructiva y en la actualidad es la responsable de este ámbito. Tiene experiencia tanto en termografía activa utilizando diversas fuentes de excitación (láser e inducción, por ejemplo), como en termografía pasiva, siempre con el objetivo de detectar defectos en piezas y/o monitorizar procesos a nivel industrial. Asimismo, ha trabajado en el desarrollo del procesado numérico de grabaciones termográficas con el objetivo de automatizar la detección de defectos, algo indispensable para la industrialización de esta técnica de inspección.

    Además de escribir artículos relacionados con su campo investigación, ha participado también en conferencias nacionales e internacionales.