Tecnologia de Sensoriamento por Triangulação Laser Aplicada à Soldagem a Arco - Desenvolvimento de Protótipo
Autor: Eduardo Bidese Puhl
Data: 11/07/2017, 08:30 h
Local:Auditório do Departamento de Eng. Mecânica Bloco A, EMC/CTC/UFSC - Campus Universitário Trindade, Florianópolis/SC
Orientador: Prof. Jair Carlos Dutra, Dr. Eng.
Coorientadores: Prof. Tiago L. F. da Costa Pinto, Dr.Eng.; Prof. Régis H.Gonçalves e Silva, Dr.Eng.
Resumo:
A automação da soldagem consiste na difícil tarefa de diminuir a intervenção humana em procedimentos de soldagem. Especialmente na execução do passe de raiz da união de tubos, o papel do soldador é essencial na observação da junta, ajuste dos parâmetros de soldagem e movimentação adequada da tocha. Em procedimentos automatizados, estes ajustes são realizados a partir de medições da geometria da junta e a tocha é movimentada por um robô dedicado à aplicação da soldagem. A correta movimentação e o ajuste dos parâmetros de soldagem em função das medições são realizados pelo controle adaptativo do processo. O sucesso deste controle é dependente da qualidade das medições da junta. Estas medições, realizadas durante a soldagem, são dificultadas pelos ruídos impostos pelo ambiente de soldagem como: altas temperaturas, luminosidade do arco, respingos, vibrações, histerese, entre outros. A tecnologia mais aplicada na medição da geometria da junta de soldagem em sistemas automatizados com controle adaptativo é a triangulação laser, devido as suas características metrológicas e de robustez necessárias para a aplicação. Os sensores de triangulação laser para soldagem disponíveis no mercado não permitem muitos ajustes na medição, pois estas são restritas às funcionalidades realizadas pelos fabricantes. Estas características limitam o desenvolvimento de novos sistemas e estratégias de controle. Dentro deste contexto, este trabalho propõe o desenvolvimento de um sensor de triangulação laser e das técnicas adequadas de processamento de imagem e sinais, com as características necessárias para aplicação no controle adaptativo da soldagem do passe de raiz da união de tubos. O software do sensor foi desenvolvido com flexibilidade para utilização de diferentes filtros e algoritmos de medição. Foram desenvolvidos os algoritmos da Segunda Derivada, Correlação de Padrões e Ajuste Linear. Os dois primeiros foram inspirados em trabalhos acadêmicos e o último é uma proposta deste trabalho. Para avaliar o sensor e os algoritmos desenvolvidos, o equipamento foi integrado a um sistema de soldagem e aplicado na soldagem do passe de raiz de juntas do tipo “V”, compostas por chapas e soldadas na posição plana. Os algoritmos de medição foram avaliados quanto ao erro de medição apresentado. O algoritmo de Ajuste Linear apresentou os melhores resultados de medição da junta e foi aplicado no controle da soldagem. O controle foi realizado com as técnicas de escaneamento prévio da junta (off-line) e correção durante a soldagem (online). O controle off-line utiliza medições realizadas antes da soldagem para definir os parâmetros do processo e trajetória de movimentação do robô. Esta técnica se beneficia de realizar medições sem a interferência do processo de soldagem. Entretanto, as variações da junta, ocorridas durante a soldagem não são percebidas. Para que estas variações sejam percebidas, o sensor deve ser utilizado no controle online da soldagem. Nesta técnica as medições são realizadas durante o processo, o que implica na necessidade de maior robustez do sensor e imunidade a ruídos provenientes do processo de soldagem. Neste sentido, ao protótipo desenvolvido, foram incorporados mecanismos de resistência ao ambiente de soldagem, os quais produziram efeito eficaz ao funcionamento do sensor. Nas condições em que os ensaios foram realizados, as soldagens com as duas técnicas de controle propostas resultaram em soldas aprovadas. Estes resultados comprovam o funcionamento do sensor e dos algoritmos desenvolvidos.