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Desarrollo de un sistema para soldadura láser robotizada
en generadores de vapor de centrales nucleares
4ª SESIÓN
MIÉRCOLES 17, 10:00-10:30
Ponentes:• D. Félix Vidal
(Técnico I+D, AIMEN)
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Proyecto co-financiado por:
Proyecto realizado en colaboración con:
QUIENES SOMOS
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ENSA es un fabricante especializado en componentes del primario de centrales nucleares.
QUIENES SOMOS
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ENSA fabrica la vasija del reactor, el presionador, el generador de vapor y lacorrespondiente tubería. El producto estrella es el generador de vapor.
QUIENES SOMOS
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Esquema de un generador
QUIENES SOMOS
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AIMEN (Asociación de Investigación Metalúrgica del Noroeste), se constituyó en Vigo en 1967, promovida por un grupo de empresarios gallegos, con el fin de fomentar el I+D+i y prestar servicios tecnológicos de alto valor añadido.
• Referente nacional en la investigación de
los Materiales y Tecnologías de Unión.
• Asociación privada sin ánimo de lucro.
• 109 empresas asociadas y más de 500
clientes.
• 81.500 informes técnicos emitidos.
• 100 proyectos de I+D+i anuales.
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Materiales y Procesos Fabricación (MPF)
Gestión de Programas de Financiación
FormaciónInspección y Ensayos No Destructivos
Proyectos e Instalaciones Industriales
Planta Tecnologías Unión (PTU)
Ensayos y Análisis de Materiales
Organización Industrial y Sistemas de Gestión
Medio Ambiente Área de Transferencia de Tecnología (ATT)
Centro de Aplicaciones Láser
Diseño, Simulación y Automática
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OBJETIVOS DEL PROYECTO
PRODUCTO OBJETO DEL ESTUDIO ���� Intercambiadores de calor
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Intercambiadores de calor ���� Uniones placa-tubo
OBJETIVOS DEL PROYECTO
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El objetivo principal del proyecto es desarrollar un proceso de soldeo láser automatizado para la realización de las uniones placa/tubo de
los intercambiadores de calor para aplicaciones nucleares.
Acortar los tiempos de
producción
Aumentar el grado de automatización
del proceso productivo
Incrementarla producción
Mejorar las condiciones
laborales
¿ Para qué?
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El objetivo principal del proyecto es desarrollar un proceso de soldeo láser automatizado para la realización de las uniones placa/tubo de
los intercambiadores de calor para aplicaciones nucleares.
Transición de una soldadura a otra de forma automatizada
Estudio de la viabilidad técnica del soldeo
mediante tecnología láser
Dividir el tiempo de soldeo tubo/placa
entre tres
Localización de la junta de forma
precisa
¿ Cómo ?
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PROCEDIMIENTO
LINEAS DE INVESTIGACIÓN
Proceso de soldeo láser
Detección de la unión de la junta
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PROCEDIMIENTO
Proceso de soldeo láser ����Equipamiento
Fuente Nd:YAG de 4,4kW, Fibra óptica de 0,4mm, Robot ABB IRB 6600
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Pruebas de soldeo: Parámetros
• Potencia láser
• Velocidad soldeo
• Protección gaseosa
• Distancia focal
PROCEDIMIENTOProceso de soldeo
láser
Pruebas de soldeo: Cupones de pruebas
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PROCEDIMIENTOProceso de soldeo
láser
Borde fundido
1,88 mm
macro
1400W / 120grad/s / f- 4mm / caudal 30l/min Helio
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Pruebas de soldeo: Evaluación cupones
• Macrografías.
• Micrografías.
• Líquidos penetrantes.
• Radiografía.
PROCEDIMIENTOProceso de soldeo
láser
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PROCEDIMIENTO
Proceso de soldeo láser
Detección de la unión de la junta
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PROCEDIMIENTODetección de la
junta
Cabezal Orbital
Eje de giro
Haz Láser19mm
9,5mm
Circunferencia descrita por el haz
Cámara
Desarrollo de un sistema de localización de junta
Utillaje diseñado para el movimiento orbital del cabezal
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PROCEDIMIENTODetección de la
junta
Iluminación + Sistema visión
Adquisición de imagen
Procesado
Posición de la junta
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PROCEDIMIENTODetección de la
junta
Iluminación + Sistema visión
• Iluminación difusa en anillo con un ángulo de incidencia de 70º
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• Cámara de alta resolución (1360 x 1024 pixeles).• Óptica de 50 mm + tubo extensor de 10 mm.
PROCEDIMIENTODetección de la
junta
Iluminación + Sistema visión
• Óptica de 50 mm + tubo extensor 10 mm resolución de 0.02 mm/pixel.
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PROCEDIMIENTODetección de la
junta
Calibración
Diferentes imágenes de un patrón conocidoCaracterísticas de la cámara
Cambio de sistema de coordenadas mundo-cámara
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PROCEDIMIENTODetección de la
junta
Calibrado Perspectiva: Compensa el error asociado a un posible error en la disposición de la cámara respecto al plano
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Desarrollo de un sistema de localización de junta
(X-Xc)2+(Y-Yc)2=R2
RδR=(X-Xc)(δx+δXc)+(Y-Yc)(δYc+δY)
δR=(δX+δXc)
ERROR EN LA ESTIMACIÓNDEL CENTRO
δXc=0.05 mm
PROCEDIMIENTODetección de la
junta
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Diseño de un sistema de seguimiento de junta mediante visión artificial
PROCEDIMIENTODetección de la
junta
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Procesado de la información
Datos cámara y datos ABB
1ª Pasada de inspección
Inicio de soldadura
PROCEDIMIENTODetección de la
junta
Diseño de un sistema de seguimiento de junta mediante visión artificial
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1ª Pasada de inspección
Datos cámara y datos ABB
PROCEDIMIENTODetección de la
junta
Diseño de un sistema de seguimiento de junta mediante visión artificial
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Procesado de la información
Datos cámara y datos ABB
1ª Pasada de inspección
PROCEDIMIENTODetección de la
junta
Diseño de un sistema de seguimiento de junta mediante visión artificial
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Procesado de la información
Datos cámara y datos ABB
1ª Pasada de inspección
Inicio de soldadura
PROCEDIMIENTODetección de la
junta
Diseño de un sistema de seguimiento de junta mediante visión artificial
Comunicación datos cámara y datos posición ABB ���� Ethernet.Sincronismo ���� E/S de sincronización.
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Precisión obtenida en el posicionamiento (± 0.2 mm)
Diseño de un sistema de seguimiento de junta mediante visión artificial
PROCEDIMIENTODetección de la
junta
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Definición Work Object
Traslación Eje de giroAl centro del tubo
Transformación de coordenadas
Traslación Cámara-Láser
Coordenadas cámara-WO
rs=rc+Tct+TLC+Teg (± 0.2 mm)
PROCEDIMIENTODetección de la
junta
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PROCEDIMIENTODetección de la
junta
Coordenadas Robot Coordenadas Cámara Posición final
• Aplicación en Visual Basic.
• Procesado imagen.
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REALIZACIÓN DE UN DEMOSTRADOR
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CONCLUSIONES
El objetivo principal del proyecto es desarrollar un proceso de soldeo láser automatizado para la realización de las uniones placa/tubo de los
intercambiadores de calor para aplicaciones nucleares
- Viabilidad Técnica del empleo del proceso de soldeo por láser.
- Transición de una soldadura a otra de forma automatizada.
- Localización de forma precisa de la junta a soldar.
- Dividir el tiempo de ejecución del soldeo tubo/placa por tres.
Proceso TIGProceso Láser automatizado
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- Viabilidad Técnica del empleo
del proceso de soldeo por láser.
- Se han obtenido uniones de buena calidad.
- Las uniones obtenidas cumplen con los
estrictos requisitos metalúrgicos y geométricos
especificados.
- Transición de una soldadura a
otra de forma automatizada.
- Localización de forma precisa de
la junta a soldar.
- Es posible emplear visión artificial para la
localización de la junta, sin embargo la precisión
proporcionada por el robot no es la ideal para
este tipo de aplicación.
- Dividir el tiempo de ejecución
del soldeo tubo/placa por tres.
- Mientras el tiempo de la realización de un tubo
en el proceso TIG es de 40s, en el proceso láser ,
con los parámetros empleados actualmente,
sería de unos 13s, incluyendo la lectura y el
posicionamiento.
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Delegación Santiago
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Gracias por su atención
AIMEN – Central y Laboratoriosc/ Relva 27 A
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