SOLDAGEM”

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção trata de um método que, por meio de visão computacional, permite obter-se uma estimativa do volume de material a ser depositado em juntas de topo com chanfro em V, com base em uma metodologia para determinação de parâmetros de soldagem robotizada que leva em consideração a eficiência de deposição e as distorções que ocorrem ao longo do processo.

Descrição do Estado da Técnica

[0002] Para que a automatização de processos de soldagem seja possível, a preparação das juntas a serem soldadas e a correta configuração dos parâmetros do equipamento são essenciais para garantir a qualidade do produto final. O uso de visão computacional como tecnologia de apoio na análise dimensional da junta a ser soldada, aliada a um controle robotizado do equipamento, pode auxiliar no correto ajuste dos seus parâmetros de atuação e reduzir tempo e horas-homem trabalhadas. Robôs para soldagem de chanfros são hoje importantes ferramentas na indústria de construção e montagem de grandes estruturas metálicas, permitindo a soldagem automatizada de chapas de grande espessura. O uso de soldagem robotizada de chanfros tem se tornado bastante adequado para a automatização de processos tradicionalmente semiautomáticos, como o GMAW (Gas Metal Arc Welding) também conhecido por MIG/MAG {Metal Inert Gas / Metal Active Gas) e o FCAW (Flux Core Arc Welding ) também conhecido por Elétrodo Tubular. A montagem, fixação e controle da tocha nestes dispositivos toma o sistema versátil e de fácil manutenção.

[0004] Apesar dessa versatilidade, a parametrização do processo, a preparação das superfícies a serem soldadas e dos consumíveis e a habilidade própria do operador em detectar e corrigir problemas durante a soldagem são de difícil identificação, rastreio e registro. Existe dificuldade em customizar os parâmetros da máquina em função das diferentes características da junta a ser soldada, o que requer um operador treinado. Além disso, são necessários ajustes pelo operador durante o processo. Todos estes fatores podem tanto comprometer a qualidade do produto final quanto atrasar a finalização do processo, aumentando seus custos. Essas limitações restringem os ganhos competitivos associados à soldagem robotizada, reduzindo a eficiência do processo. Além disso, a soldagem robotizada permite que cada camada de um chanfro em V de chapas espessas seja produzida com um único passe.

[0005] Uma das etapas fundamentais na automatização de processos de soldagem é a preparação das juntas a serem soldadas. Porém, em virtude de pequenos erros de fabricação ou possíveis desvios durante a fixação das chapas chanfradas, é difícil garantir a repetibilidade das características geométricas da junta. Como a correta configuração dos parâmetros de controle do equipamento depende das características geométricas da junta, isso pode comprometer significativamente a qualidade do produto final.

[0006] O documento CN102172806B revela uma tecnologia de reconhecimento de imagem baseada num sistema de soldagem totalmente automático e um método de funcionamento do mesmo. No método de operação, um microcomputador do sistema processa aquisições adquiridas por um dispositivo óptico vertical em dois modos de processamento (ou seja, um modo de processamento preto e branco e um modo de processamento de cores); no modo de processamento preto e branco, o processamento de imagens pixelizadas é realizado em imagens em cache usando um método de binarização; e o modo de processamento de cores refere-se ao cálculo de cada pixel RGB (vermelho, verde, azul) componente de crominância nas imagens em cache; e, finalmente, através da comparação dos resultados de cálculo obtidos usando o modo de processamento em preto e branco e o modo de processamento de cor, um ponto de soldagem em uma peça de trabalho soldada é capturado automaticamente, portanto, o processo de soldagem totalmente automático é realmente realizado, e, além disso, a eficiência da produção e a qualidade da soldagem são melhoradas, e a intensidade do trabalho é reduzida.

[0007] O documento CN206455299U revela um soldador automático de captura de visão, incluindo computador, câmera inteligente, lente de câmera de abertura ajustável, suporte de iluminação, plataforma de translação unidimensional, base de plataforma de translação, base de suporte de iluminação, suporte de fixação Z, conexão soldada, lente de câmera de abertura ajustável instalada em câmera inteligente. O equipamento é capaz de por meio de uma câmera inteligente, um computador e mesas de translação, automatizar o processo de soldagem, garantindo eficiência e qualidade na produção das juntas soldadas.

[0008] O documento CN108311835A revela um sistema de braço mecânico de soldagem dinâmica baseado na medição da visão. O sistema de braço mecânico de soldagem dinâmica compreende um sistema de controle (um computador), um módulo de monitoramento dinâmico, um módulo de previsão precisa, um braço mecânico, uma pistola de soldagem e uma linha de produção. O sistema de controle está conectado ao módulo de monitoramento dinâmico, ao módulo de previsão precisa, ao braço mecânico e à linha de produção através de linhas de dados; a linha de produção é uma linha de produção móvel e é dotada de uma correia transportadora; uma peça a ser soldada é disposta sobre a correia transportadora; a pistola de soldagem é disposta na extremidade traseira do braço mecânico; o módulo de monitoramento dinâmico e o módulo de previsão precisa estão dispostos em um modo combinado; o módulo de monitoramento dinâmico é composto por uma câmera global que é fixada na parte superior da linha de produção; e o módulo de previsão precisa é composto por uma câmera de visão manual que é fixada no eixo do braço mecânico. A relação espacial entre peças como acessórios, a linha de produção, o braço mecânico e a pistola de soldadura pode ser rapidamente calculadas para formar um sistema de controle de visão baseado na posição tridimensional; a soldagem dinâmica pode ser rápida e precisamente concluída, e assim a eficiência da produção é melhorada.

[0009] A presente invenção revela uma automatização do processo de soldagem através de aquisição de imagens, diferente do que é divulgado pelos documentos do estado da técnica.

Descrição Resumida da Invenção

[0010] A presente invenção trata de um método que utiliza visão computacional para obter a imagem de um chanfro em V de uma chapa com espessura conhecida. Obtém- se uma imagem do chanfro inicial por meio de câmeras.

[0011] Com a análise das imagens geradas, é possível obter as dimensões das aberturas inferior e superior do chanfro em V e calcular o volume teórico de material para as n camadas a serem depositadas. [0012] Partindo da eficiência de deposição em cada camada, o processo utiliza um robô que utiliza o parâmetro velocidade de soldagem para corrigir o volume de material depositado.

[0013] O método segundo a presente invenção proporciona a realização de correções no volume de material depositado, utilizando a velocidade de soldagem, devido às distorções causadas pelo processo de deposição de material dos sucessivos passes.

Breve Descrição dos Desenhos

[0014] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência, representando as modalidades de realização da presente invenção, nas quais:

• A Figura 1 apresenta uma vista superior do chanfro original esquematizado a partir das imagens digitais obtidas do gap (ai) e da abertura do chanfro (di).

• A Figura 2 apresenta a seção transversal em corte do chanfro original esquematizado a partir das imagens digitais obtidas do gap (ai) e da abertura do chanfro (d ₁ ) e do valor da espessura da chapa e.

• A Figura 3 representa o chanfro com n camadas de altura h em função da espessura da chapa.

• A Figura 4 mostra os volumes teóricos dos n passes a serem depositados em função do imageamento inicial do chanfro.

• A Figura 5 mostra um chanfro com as variáveis necessárias para o cálculo da área para o primeiro passe.

• A Figura 6 representa um esquema do chanfro após deposição do primeiro passe.

• A Figura 7 traz um exemplo de imageamento de topo, através do qual dl é medido após o primeiro passe.

• A Figura 8 mostra um esquema do imageamento após o primeiro passe; as linhas tracejadas representam o imageamento anterior, realizado antes da deposição do primeiro passe.

• A Figura 9 mostra o chanfro com as variáveis necessárias para o cálculo da área do passe n. Descrição Detalhada da Invenção

[0015] O método objeto da presente invenção utiliza visão computacional para obter a imagem de um chanfro em V de uma chapa com espessura conhecida "e". [0016] O primeiro passo do processo consiste em obter a imagem do chanfro inicial. Esta imagem é representada esquematicamente na Figura 1. A partir dessa imagem, um sistema de análise de imagens obtém as dimensões da abertura superior do chanfro di e da abertura de raiz do chanfro ama Figura 1.

[0017] Como a espessura e da chapa é conhecida, pode-se desenhar o chanfro mostrado na Figura 2.

[0018] Em seguida, divide-se a espessura em n fatias (Figura 3), onde cada fatia ou camada deve ter uma altura h _i especificada. Pode-se então calcular o volume teórico de material para as n camadas a serem depositadas com base na imagem inicial do chanfro (V ₁ , V _i + ₁ ,..., V _n ), Figura 4.

[0019] A presente invenção baseia-se no conhecimento da eficiência de deposição em cada camada ( EDi ). Desta forma, para soldar-se utilizando o robô, a velocidade de soldagem a ser utilizada deve ser calculada para levar em consideração que nem todo o material fundido é realmente depositado. Se não houvesse distorção do chanfro, a velocidade de soldagem deveria ser corrigida somente pela eficiência de deposição. Assim, um novo volume de material a ser fundido deve ser calculado, aqui chamado de volume fundido corrigido ( V _fci ).

[0020] Assim, V _fci = V _i *(1+(1-ED _i )).

[0021] Por outro lado, como ocorre distorção do chanfro, o volume de material fundido também precisa ser corrigido pela distorção angular. Assim, o cálculo dos volumes de cada camada deve ser corrigido devido aos dois fatores abaixo:

- Eficiência de Deposição;

- Distorção angular do chanfro.

[0022] O cálculo do volume unitário necessário por camada (Vi) é feito através da área da seção transversal de cada passe (Ai), considerando-se cada cordão como sendo um prisma reto: [0023] Para a primeira camada, não é possível fazer correção com relação ao fechamento causado pela distorção angular, uma vez que essa somente seria detectada pela imagem obtida após a soldagem do primeiro passe. Assim, não é feita correção nenhuma no primeiro passe. Isso obviamente acarreta um erro, mas como os efeitos da eficiência de deposição ser menor que 100% e da distorção fechar o chanfro se contrabalanceiam, esse erro no primeiro passe é minimizado e corrigido com os próximos passes a serem depositados. Assim, a área A ₁ é conhecida, conforme indicado na Figura 5.

[0024] Para a soldagem das camadas seguintes, faz-se correção baseada na imagem do chanfro obtida entre a deposição de cada camada para avaliar a distorção, bem como na utilização da eficiência de deposição de cada camada. Após a soldagem do primeiro passe, tem-se a situação representada na Figura 6. Nesta figura, as linhas sólidas representam o chanfro após a distorção que ocorreu na primeira camada.

[0025] Os valores de a ₁ e d ₁ são estimados pela imagem do chanfro inicial. Porém, o volume realmente preenchido por material, indicado na Figura 6 pela área cinza, é diferente do volume Vi previsto pela imagem do chanfro inicial. Com a imagem após o primeiro passe, obtêm-se duas linhas paralelas, distantes de d _1' . A imagem obtida após o primeiro passe é representada esquematicamente na Figura 7, onde as linhas tracejadas representam a imagem inicial do chanfro, antes da deposição do primeiro passe e as linhas cheias representam a imagem após o primeiro passe.

[0026] Porém, a altura do primeiro passe que realmente foi depositada não é conhecida, somente a medição de dr. Considerando-se o esquema mostrado na Erro! Fonte de referência não encontrada., não é possível conhecer o valor de a _1' . Porém, pode-se fazer a aproximação que o ângulo do chanfro α ₁ se mantém igual a a e assim estimar a _1' através da equação: [0027] Dispondo destas informações, e considerando-se a altura especificada do primeiro passe hi, pode-se estimar o valor de bi através da equação: b ₁ = a ₁ + 2 * h ₁ tan α

[0028] Para o cálculo da área do passe 2 considera-se que tanto a abertura da raiz quanto o ângulo a não se alteram, podendo-se assim calcular o valor de br. b ₂ = b ₁ + 2 * h ₂ tan α

[0029] Calcula-se então a área a ser depositada para o segundo passe através da equação:

A ₂ = h ₂ (b ₁ + ( h ₂ tan α))

[0030] Se necessário mais de duas camadas para preenchimento do chanfro, a invenção permite a estimativa do ângulo do bisel (ai) após a distorção térmica causada pela deposição das camadas anteriores. Como a imagem após a segunda camada fornece o valor de di (ver Figura 9), consegue-se calcular a área a ser depositada para cada camada i através da equação:

[0031] Conhecidas as áreas da seção transversal de todos os passes, define-se o volume unitário de material a ser depositado para cada camada como sendo: V _i = A _i * l[mm]

[0032] Porém, como a eficiência de deposição é menor que 100%, para cada passe o volume a ser fundido ( Vf _d ) precisa ser corrigido através da seguinte equação: V _fci = V _i (1 + (1 - ED _i ))

[0033] Com o valor de Vfd, pode-se calcular a velocidade de soldagem a ser usada no passe i (v _sold.i ) através da equação: onde: d = diâmetro do arame, v _alim = velocidade de alimentação de arame.

[0034] Desta forma, a presente invenção permite calcular a velocidade de soldagem de cada camada necessária para o preenchimento do chanfro com base na estimativa das dimensões do chanfro antes da soldagem e após a deposição de cada camada intermediária.