Adimen
digitala
prozesuetan

Monitorizazioa eta sentsorika

Lotura prozesuek presentzia handia dute industriako sektore zabaletako, hala nola automobilgintza, aeronautika, oil & gas sektorea eta abarretako ezinbesteko osagaien fabrikazioan. Era berean, fabrikazio gehigarriko prozesuek gero eta garrantzi handiagoa dute industriako ekoizpenean; eta aplikazio berriak agertzen dira egunez egun. Hori horrela izanik, prozesuen egonkortasunak ezinbesteko egitekoa du, izan ere, desbideratze txikienek bateraezintasunak edota akatsak sor ditzakete aplikazio erabakigarrietan.

LORTEKek monitorizazio teknikak (“on-line”) erabiltzen ditu, bateraezintasunak agertzea saihestuko duen ebaluazioa eta diagnostikoa eta zenbaitetan baita ekintza zuzentzaileen abiaraztea ere ahalbidetzeko. Eta hori guztia helburu bakarrera bideratzen du; kalitatea hobetzea. Irregulartasunak atzematea bereziki garrantzitsua den bi eremu identifika daitezke:

  • Balio erantsi handiko osagarrien lotura soldatuak, ekoizpenaren ondorengo ikuskaritza berantegia izan daitekeen kasuetan.
  • SLM, LMD edo WAAM teknologia bidez egindako pieza gehigarrien fabrikazioa, kostu handiko ikuskaritza prozedurak behar dituzten sektoreetan (X izpiak, esaterako).

1. irudia

Horretarako, Lortekek teknologia optikoak erabiltzen ditu, hala nola fotodiodo bidezko emisioak neurtzea, irudi termikoa, laser bidezko ikusmen sistema estroboskopikoak, emisio akustikoko sentsoreak, 3D laser trianguladoreak, espektometria edo sistema interferometrikoak. Horiek guztiak prozesuetan integratu ahal izango dira, eta, horrela, arazo konplexuetarako irtenbide sendoa eskaintzen da.

Teknika horiek guztiak indartu egiten dira LORTEKek lotura eta gehigarrien prozesuetan duen ezagutzari eta horien modelizazioari esker.

Horrek ondorengo onura hauek dakartza:

  • Produkzio-prozesuen sendotasuna indartzea.
  • Prozesuaren kontrola, prozesua bistaratzeko tekniken bidez.
  • Bateraezintasun posibleei aurrea hartzea (detekzio goiztiarra).
  • Monitorizazioan oinarritutako prozesuaren kontrola.
  • Kalitate-kontrola.
  • Prozesuari buruzko ezagutza sortzea, prozesua bistaratzeko tekniken bidez.
  • Prozesu ondorengo kontrolen beharra murriztea eta kalitateari lotutako kostuak murriztea.

Tekniken adibideak

Irudi termikoa edo termografikoa industriako prozesu ezberdinak aztertzeko erabiltzen da, lotura eta gehigarrien prozesuetan bereziki, izan ere, energia-ekarpen handiegiak (tenperatura altuak) prozesuaren ezegonkortasunekin lotuta egon daitezkeela eta poroak sor ditzakete. Aldiz, ekarpen energetikorik ez izateak (tenperatura baxua) fusio-faltak eragiten ditu.

Era berean, soldadura prozesuan galdatutako metalak igortzen duen lurruna urtzen den metalaren konposizioaren ezaugarria da (ikus 3. irudia). Beraz, lurrun hori soldadura-prozesuan zehar plasma monitorizatzearen bidez aztertzea lagungarria da prozesuaren anomaliak identifikatzeko; metal urtuaren espektroan osagai bat ez egotea fusio-hutsegiteekin lotuta egon daiteke, adibidez.

Azkenik, LORTEKek fusio-prozesua bistaratzeko teknikak inplementatzen ditu. Teknika horiek estroboskopia kontzeptuak txertatzen dituzte laser pultsatu bidez, eta metalaren fusio-prozesua bistaratzea ahalbidetzen dute – Akats askoren jatorria –. Teknika horien bidez, bainu urtuaren geometria neurtzen da eta akatsak sor ditzaketen gertaerak detektatzen dira.

2. irudia. Fusio-prozesua diagnostikatzeko bainu urtua bistaratzea.
3. irudia. Laser bidezko prozesuak bistaratzeko teknika ezberdinak: a) irudi termikoa, b) plasmaren espektroa eta c) monitorizazio sistema baten diseinua eta konfigurazioa.

Zertan dihardugu gaur egun

WELD-PHONE KAMERA: Fusio prozesu batetik informazio gehien ateratzeko aukera ematen duten sentsoreak biltzen dituena:

  1. termikoa
    • irudi termografiko bidez.
  2. ikusizkoa
    • laser estroboskopiko argia txertatuz.
  3. geometrikoa
    • o argi egituratua txertatuz.
  4. akustikoa
    • mikrofonoak txertatuz.

Beraz, sistema honek ikustea (ikusizkoa), sentitzea (termikoa) eta entzutea (akustikoa) ahalbidetzen du eta akatsak on-line detektatzeko erronkari aurre egitera bideratuta dago.

4. irudia: WELD-PHONE KAMERA: Iturri ezberdinetako informazioa ateratzeko sentsoreen fusioa.
ALTUERA ON-LINE NEURTZEA LASER METAL DEPOSITION (LMD) PROZESUAN:

Jarritako lokarriaren altueratik informazioa ateratzeko eta, behar izanez gero, zuzentzeko aukera ematen duen garapena, aldi berean, urtze-bainuaren dinamika aztertzeko aukera ematen duena, bustitze-angeluaren estimazioak, bereziki. Horri esker, prozesuaren egonkortasunaren diagnostikoa egin daiteke.

5. irudia. Altuera neurtzea eta melt-pool dinamika; LMD parametro desberdinak dituzten material ekarpeneko bi une desberdin, bustitze-angelu desberdinak sortzen dituztenak (goiko irudia) eta kordoiaren altuera neurtzea (beheko irudia).

LMD PROZESUAN 3D MAPAK SORTZEA:

Makinaren monitorizazioaren eta datuen atzematearen arteko sinkronizazioa, hiru dimentsioko irudikapen eta analisirako. Parametro ezberdinek kalitatean duten eragina modu intuitiboan bistaratzea.

6. irudia. LMD digitalizatua; abiadaren 3Dko mapak, melt-pool/tenperaturaren neurria eta baita geometriarena ere.

SLMren MONITORIZAZIOA:

SLM prozesua monitorizatzea , 10.000 HZ-tan diharduten fotodiodoen bidez; horrela, harrapatutako datu guztiekin bolumenak sortzen dira, ondoren aztertzeko. Analisi horiei esker, anomaliak gertatu diren identifika daiteke.

Arku bidezko soldadura prozesuen monitorizazioa.

Monitorizazioak soldatutako lotura-prozesua optimizatzea ahalbidetzen du, prozesuaren mugak markatuz, akastunak nola sortzen diren ulertuz eta soldatutako produktuen kalitatea handituz. Ildo horretan, LORTEKek soldadura robotizatuko zelula adimendun bat diseinatu eta garatu du, sentsore multzo bat integratuz eta prozesuen parametro erabakigarriak denbora errealean atzemanez (tentsioa, intentsitatea, hari-abiadura, soldaduraren aurrerapen-abiadura, gas-emaria, zuziaren posizioa, etab.). Datu horien ondorengo azterketari esker, akatsik gabeko ekoizpenerantz aurrera egin daiteke.

Gaur egun, LORTEK soldadura-kordoiaren topografia monitorizatzen eta kontrolatzen ari da (junturaren detekzioa, junturaren jarraipena, soldadura-sartzearen kontrola, kordoiaren geometriaren neurketa), eta baita tenperatura eta urtze-bainuaren portaera ere.

7. irudia. Arku bidezko soldadura prozesuen monitorizazioa.

Ekipamendu espezifikoa

KAMERA DIGITALAK

  • Hainbat abiaduratako kamera digitalak.

FOTODIODOAK ETA PIROMETROAK

  • 10.000Hz-rainoko eskuratze gaitasuna duten fotodiodoak eta pirometroak.

3D LASERRAREN TRIANGULZIOA eta 2D PERFILOMETROAK

FABRIKAZIO GEHIGARRIKO HAUTS-FLUXUA KARAKTERIZATZEKO TRESNA

VIBROMETROA LASER INTERFEROMETRIKOA

ESPEKTOMETROA

  • Soldadura-prozesuen eta prozesu gehigarrien espektro-igorpena neurtzeko espektometroa. Horri esker, prozesu batetik igorritako erradiazioa aztertzeaz gain, haren osagaiak ere azter daitezke. Espektroaren tarte zabala hartzen du, 200 nm-tik 1100 nm-ra.

KAMERA TERMOGRAFIKO INDUSTRIALA

  • MWIR (Mid Wave InfraRed; 1-5 µm) kamera termografikoa 32 pixel x 32 pixeleko bereizmenekoa eta eskuratze-maiztasun handikoa: 1000 Hz.

ARGI EGITURATUDUN WELDING CAMERA

  • Ezaugarri hauek dituen Welding camera: CMOS kamera bat da, 300 fps-ko eskuratze-maiztasuna duena eta laser pultsatu batekin sinkronizatuta, fusio-prozesua ikustea ahalbidetzen duena, bai soldaduran, bai gehigarrian.

MELT-POOL MONITORING SLMn

  • SLM prozesua monitorizatzeko sistema, prozesuan zehar izandako emisioei buruzko informazioa biltzen duen 3D bolumenak lortzeko.

Argitalpenak
eta deskargak

Argitalpenak
2019
Ander Muniategui; Aitor García de la Yedra; Jon Ander del Barrio; Manuel Masenlle; Xabier Angulo; Ramón Moreno
Mass production quality control of welds based on image processing and deep learning in safety components industry.
Proc. SPIE 11172, Fourteenth International Conference on Quality Control by Artificial Vision, 111720L
Ireki esteka
2018
García de la Yedra, A, Pfleger, M, Aramendi, B, et al
Online cracking detection by means of optical techniques in laser‐cladding process
Struct Control Health Monit. 2019; 26:e2291. ISSN:1545-2263
Ireki esteka

Arrakasta-kasuak

Pitzadura on-line detektatzea Laser Metal Deposition prozesuan

Erronka paketea

Pitzadura “on-line” detektatzea Laser Metal Deposition prozesuan.

Irtenbidea

Mikrofono optiko batean oinarritutako emisio akustikoko sistema, piezaren pitzadurak detektatzen dituena, haustura-prozesuan sortzen den energia askatzeari esker. Horri esker pieza akatsik gabe fabrikatu den ala ez jakin dezakegu.

Kideak / Aliantza estrategikoak

RECENDT (COMBILASER H2020).

Erronkak

Datozen urteetan aurre egin beharreko erronkak:

Monitorizazioa SLM prozesuan: kalitate-kontrola

Kalitatea kontrolatzeko tresna bat garatzea, prozesuan zehar desbideratzeak garaiz detektatzea ahalbidetzen duten seinale monitorizatuak aztertuz.

WELD-PHONE kameraren garapena

Sentsoreak batzeko sistema bat garatzea, arku bidezko soldaduretan aplikatzeko eta metalak galdatzeko beste prozesu batzuetan ere erabiltzeko. Hiru pertzepzio dituen tresna da; ikusmena du, sentitzen du eta entzuten du. Sistema honek barne hartzen ditu:
  • Ikusizko sistemak (Ikusmena).
  • Irudi termikoak (Sentitzea).
  • Seinale akustikoak (Entzutea).

Kordoiaren altuera kontrola “on-line”

Altuera-kordoia on-line neurtzeko sistema bat garatzea, kordoiak gutxieneko baldintzak betetzen ez baditu ekintza zuzentzaileak hartu ahal izateko. Soldadura-prozesuetan eta prozesu gehigarrietan aplikagarria izango dena.

Francisco Javier Huertos

Erreferentziazko Ikertzailea Kontrol, Robotizazio eta Sentsoreetan.

Industriaren Automatizazioan eta Elektronikan Ingeniaria Mondragon Unibertsitatean eta Sistema eta Kontrolen Ingeniaritzako Masterra Madrilgo Complutense Unibertsitatean / UNED. Gaur egun, ikertzaile seniorra da LORTEKeko Fabrikazio adimenduneko taldean, eta industriako prozesuen kontrol, robotika eta automatizazio jardueren buru da. Besteak beste, HyperCOG proiektu europarraren koordinatzailea da. Era berean, 10 urtetik gorako esperientzia du ikertzaile gisa ArcelorMittal taldeko I+G-ko hainbat zentrotan (Belgika eta Espainia), eta nazioarteko zein nazioko hainbat ikerketa eta garapen proiekturen zuzendari eta parte-hartzaile da.