Orientador: Prof. Dr. Régis Henrique Gonçalves e Silva
Coorientadores:
Prof. Tiago Loureiro Fígaro da Costa Pinto, Dr.
Eng. Walter Antonio Kapp, Dr.
RESUMO
Sistemas de soldagem adaptativa representam hoje o estado da arte em automação da soldagem. Combinando sensoriamento, algoritmos complexos e integração entre os componentes do sistema de soldagem, é possível que o sistema automatizado tenha o desempenho esperado do soldador. Entre os sensores utilizados para este tipo de sistema, os sensores de triangulação a laser para soldagem (STL) se destacam pela compacidade e riqueza de informações disponibilizadas. Além de posicionar espacialmente a junta, são sensores capazes de medir a geometria do chanfro ao longo da trajetória de soldagem, sem a necessidade de contato com a peça. Este tipo de sensor já é disponibilizado no mercado internacional, sendo que o mercado nacional carece de opções com desenvolvimento próprio no Brasil. Este trabalho explora a tecnologia por trás do projeto e desenvolvimento de um sensor deste tipo, abordando aspectos de arranjo óptico, algoritmos e soluções já presentes na indústria, de forma a nacionalizar este conhecimento multidisciplinar. Os arranjos ópticos considerados auxiliam na escolha do posicionamento ideal entre os principais elementos do sensor, a câmera (ou sensor de imagem) e o laser. Os algoritmos avaliados propiciam opções de escolha entre os que apresentam bom desempenho em geral ou os que desempenham excepcionalmente em casos específicos. Um software de processamento de imagens para STL é proposto, desenvolvido em plataforma de software livre e disponibilizado ao público, facilitando a avaliação de algoritmos já implementados e o desenvolvimento de novos algoritmos por pesquisadores brasileiros. O estudo de diferentes STL comerciais evidencia as tecnologias de hardware e software adotadas pelos desenvolvedores estrangeiros, principalmente quanto aos pontos positivos de cada sensor, servindo de base para desenvolvimento dos sensores nacionais. Dessa forma, este trabalho contribui para a nacionalização de uma tecnologia de ponta no campo da soldagem automatizada, com potencial para auxiliar pesquisadores, desenvolvedores e integradores brasileiros a trabalharem com esta tecnologia de forma independente à tecnologia estrangeira ou de melhor escolherem entes os sensores importados já disponíveis no mercado.
Palavras-chave: Automação da Soldagem. Soldagem Adaptativa. Triangulação Laser. Projeto Óptico. Processamento de Imagens. Seguimento de Junta
ABSTRACT
Adaptive welding systems represent today the state of the art in welding automation. By combining sensing, complex algorithms and integration between the components of the welding system, it is possible for the automated system to perform as expected by the welder. Among the sensors used for this type of system, the laser triangulation sensors for welding (LTS, or STL in Portuguese) stand out for their compactness and richness of information provided. Besides spatially positioning the joint, these sensors are capable of measuring the joint geometry along the welding path, without the need for contact with the workpiece. This type of sensor is already available in the international market, and the domestic market lacks options with its own development in Brazil. This work explores the technology behind the design and development of such a sensor, addressing aspects of optical arrangement, algorithms and solutions already present in the industry, in order to nationalize this multidisciplinary knowledge. The optical arrangements considered help choosing the optimal positioning among the main elements of the sensor, the camera (or image sensor) and the laser. The evaluated algorithms provide a choice between those that perform well in general cases or those that perform exceptionally in specific ones. An image processing software for STL is proposed, developed in a free software platform and made available to the public, facilitating the evaluation of algorithms already implemented and the development of new algorithms by Brazilian researchers. The study of different commercial STL highlights the hardware and software technologies adopted by foreign developers, especially regarding the positive points of each sensor, serving as inspiration for the development of Brazilian sensors. Thus, this work contributes to the nationalization of a cutting-edge technology in the field of automated welding, with potential to assist Brazilian researchers, developers and integrators to work with this technology independently of foreign technology or to better choose among the imported sensors already available in the market.
Keywords: Welding Automation. Adaptive Welding. Laser Triangulation. Optical Design. Image Processing. Seam tracking.
REFERÊNCIA
VIVIANI, Alberto Bonamigo. Sensores de Triangulação a Laser aplicados a Soldagem: aspectos construtivos, avaliação comparativa e desenvolvimento de software livre. 2021. 210 p. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2021.