Campo da Invenção

[0001 ] A presente invenção visa auxiliar o inspetor de soldagem na avaliação da qualidade resultante do processo de soldagem.

[0002] O método baseia-se em imagens monoculares passivas (de uma única câmera sem uso de lasers ou luz estruturada).

[0003] Através da detecção de possíveis descontinuidades ocorridas no cordão de solda. O método proposto nesta invenção permite o registro e acesso a informações visuais relativas às etapas do processo de soldagem que não estão disponíveis nos métodos de inspeção tradicionais.

Descrição do Estado da Técnica

[0004] Atualmente, a inspeção de cordões de solda é realizada através de Ensaios Não-Destrutivos (ENDs), como: inspeção visual dimensional, líquido penetrante, partículas magnéticas, radiografia e ultrassom.

[0005] São técnicas que possuem o propósito de medir, detectar propriedades ou verificar descontinuidades que possam comprometer o desempenho de materiais metálicos (ferrosos ou não ferrosos) e materiais não metálicos, na forma de peças ou componentes acabados ou semiacabados, utilizados em equipamentos ou estruturas metálicas.

[0006] Estes ensaios são umas das principais ferramentas para o controle de qualidade de produtos. De uma forma sucinta pode-se dizer que a correta aplicação dos ENDs na produção assegura a integridade e confiabilidade de um produto. Os ENDs também permitem um melhor controle do processo de fabricação, diminuindo os custos de produção, mantendo o nível de qualidade uniforme, e em última análise garantindo a satisfação do cliente final. Assim, os ENDs influenciam e apoiam estudos de confiabilidade e, portanto, todos os aspectos da vida de um produto em qualquer indústria.

[0007] As razões para que as indústrias utilizem os ensaios não destrutivos são: para que os produtos fabricados tenham um grau de qualidade exigido, mantenham a boa reputação da empresa; gerem margens de lucros mais satisfatórias, evitem a interrupção de serviços essenciais e, principalmente, reduzam o fator de segurança através da prevenção de acidentes. Dentre os principais motivos para utilização dos ENDs, destacam-se: capacidade de detecção de descontinuidades ou defeitos em diferentes dimensões, posições e formatos..

[0008] A definição da escolha do método de ensaio a ser utilizado está vinculada a diversos fatores, tais como: material a ser inspecionado, tipo de propriedade a ser verificada, custo de realização do ensaio, mão de obra especializada, instalações para realização do ensaio, entre outros.

[0009] A escolha por um determinado procedimento em detrimento de outros métodos é realizada através das possibilidades de detecção que este ensaio é capaz de fornecer. Caso mais de um método possua essa capacidade, pode-se escolher o que mais se adapte à realidade de inspeção. Outro fator que pode ser levado em consideração é a velocidade com que o ensaio é realizado, podendo gerar uma automatização, incorporação ao processo de fabricação e até mesmo no controle de produção, desde que, obviamente, seja economicamente viável. [0010] Mais especificamente, sendo o foco principal da presente invenção, a atividade de inspeção visual é uma técnica simples para detectar não somente falhas na superfície ou distorções na estrutura, mas também o grau de acabamento e de formato de uma peça. O resultado depende das condições de acesso ao local, do ambiente (iluminação) e, principalmente, da capacidade e da experiência da pessoa responsável. Por isso é importante que o inspetor que realize esse tipo de inspeção tenha um bom treinamento, com um conhecimento claro das exigências mecânicas da peça analisada.

[0011] A inspeção visual é o mais comum de todos os exames não destrutivos aplicados à soldagem. Pode ser utilizado como exame único ou parte de outros exames e testes não destrutivos para controle de qualidade. A inspeção visual pode ser utilizada para o exame de superfície a soldar numa operação conhecida como exame do bisel, durante a execução do processo de fabricação, e também após a conclusão da solda, componente ou item. [0012] A principal ferramenta utilizada no ensaio visual são os olhos, porém estes não apresentam boa precisão e variam muito entre as pessoas, portanto para auxiliar na análise são utilizadas lupas, microscópios, projetores óticos, gabaritos e comparadores. É realizada manualmente por um inspetor(a) (ser humano), exigindo uma precisão visual na sua interpretação, bem como grande experiência e conhecimento do processo de soldagem. Sendo assim, é possível que ocorra alguma falha na identificação das descontinuidades no cordão inspecionado, devido à fadiga do inspetor, acarretando um futuro retrabalho. O resultado da inspeção visual pode variar de acordo com o inspetor, com o uso do sistema proposto pela presente invenção, obtém-se maior estabilidade. [0013] Em algumas situações é utilizada a inspeção visual remota, na qual são utilizadas microcâmeras juntamente com sistemas de iluminação, que permitem chegar até locais que dificilmente poderiam ser ensaiados sem este tipo de técnica.

[0014] O documento CN104690422A revela um sistema robotizado de controle programado de inspeção visual de soldagem a laser que é usado para monitoramento de pré-soldagem e detecção de qualidade pós-soldagem, avaliar as possíveis descontinuidades geradas no processo de soldagem.

[0015] O documento US20040150822A1 revela um aparelho de inspeção de soldagem, que pode assegurar a rigidez mecânica, reconstruir com precisão uma imagem tridimensional capturada e gerada por câmeras.

[0016] O documento CN108088390A revela um método automatizado para inspeção em tempo real do processo de soldagem através da obtenção de coordenadas tridimensionais baseadas em luz estruturada utilizando uma realização binocular (duas câmeras).

[0017] Os documentos citados como o estado da técnica revelam a automatização do processo de inspeção do cordão de solda através da aquisição de imagens, porém, nenhum deles revela o método ou a metodologia que será apresentada aqui, pela invenção. Descrição Resumida da Invenção

[0018] A invenção apresenta um método automatizado de ensaio não destrutivo que auxilia a inspeção visual em um cordão de solda por arco elétrico. Destacadamente soldagem de placas e tubos de aço carbono e aço naval unidos através de soldagem por arco elétrico, envolvendo fusão de consumível.

[0019] Para a realização da inspeção é necessário um arranjo composto por: uma câmera digital para capturar imagens, um sistema de iluminação difusa por LEDs ao redor da câmera e uma unidade de processamento digital capaz de identificar, através de algoritmos, nas imagens capturadas os tipos de descontinuidades geométricas possíveis de ocorrer durante o processo de soldagem. Estes aparatos não necessitam de uma configuração específica. [0020] O método proposto pode ser facilmente embarcado em outro arranjo industrial que contenham no mínimo os arranjos listados.

Breve Descrição dos Desenhos

[0021] A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir, com referência às figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos de realização da mesma. Nos desenhos, têm-se:

- A Figura 1 ilustra um exemplo de arranjo físico dos componentes do sistema de aquisição de imagens;

- A Figura 2 ilustra um caso de soldagem adequada;

- A Figura 3 ilustra um caso de desalinhamento angular;

- A Figura 4 ilustra um caso de excesso de deposição de material;

- A Figura 5 ilustra um caso de falta de deposição de material;

- A Figura 6 ilustra um caso de desalinhamento ao longo do cordão;

- A Figura 7 ilustra um caso de desalinhamento horizontal.

Descrição Detalhada da Invenção

[0022] Conforme ilustrado na Figura 1 , o sistema de inspeção visual (10) é composto por uma câmera (4) digital monocular passiva com o objetivo de capturar imagens do cordão (13) de solda, um sistema de iluminação difusa (3) que é composto de um conjunto de LEDs posicionados ao redor da câmera (4), uma unidade de processamento digital (5), que é o sistema computacional responsável por aplicar os métodos de inspeção visual nas imagens capturadas pela câmera monocular e posteriormente gerar os resultados, além de anteparos (1 ) e vidro de proteção (2).

[0023] Com o objetivo de aumentar a produtividade e a qualidade das juntas soldadas, pela diminuição da intervenção humana necessária para execução da inspeção visual, o seguinte método para inspeção visual de cordões de solda é apresentado compreendendo as seguintes etapas: a) Posicionar o sistema de inspeção visual (10) sobre a chapa metálica; b) Capturar as imagens da chapa metálica com a junta ainda não preenchida; c) Capturar as imagens do cordão (13) de solda formado após o preenchimento da junta; d) Inspecionar o cordão (13) através dos algoritmos executados pela unidade processamento digital (5).

[0024] O método propõe identificar as seguintes descontinuidades geométricas: desalinhamento angular, excesso e falta de deposição de material, desalinhamento ao longo do cordão (13) e desalinhamento horizontal, conforme pode-se verificar nas Figura 2 a 7. Assim, são implementadas métricas que analisam a ocorrência dessas descontinuidades nos cordões de solda.

[0025] A primeira métrica implementada, distância entre borda e chanfro (14), consiste no afastamento da borda detectada em relação a linha do chanfro (14) vazio, tanto para o lado direito quanto para o esquerdo. Empregando esta métrica é possível identificar trechos onde ocorre a falta de deposição de material no chanfro (14) soldado e excesso de deposição de material no cordão (13) de solda.

[0026] A segunda métrica, desvio padrão da borda, calcula o desvio padrão da borda ao longo do cordão (13). Com a aplicação desta métrica é possível identificar os pontos de desalinhamento do cordão (13) preenchido em relação ao chanfro (14) vazio. Consegue-se perceber que pode existir irregularidades no processo de soldagem. As variações na largura do cordão (13) podem indicar uma oscilação indesejada do arco elétrico, por exemplo.

[0027] Já a terceira métrica, análise do ângulo, estima o ângulo formado entre o chanfro (14) e a borda para cada um dos lados da solda, para isso utilizou-se do método de regressão linear. Dessa forma, encontra-se os coeficientes lineares e angulares das retas aproximadas para o chanfro (14) e para a borda, e calcula-se o ângulo entre as duas retas. Assim, consegue-se identificar se o cordão (13) apresenta um desalinhamento angular em relação ao chanfro (14) vazio.

[0028] Por fim, a quarta métrica, Desalinhamento Horizontal, tem o objetivo de analisar a diferença entre a borda encontrada e o chanfro (14) vazio, tanto para o lado direito quanto para o esquerdo. Portanto, permite identificar desalinhamentos horizontais, que ocasionam um preenchimento maior somente em um dos lados do chanfro (14), que podem ocorrer, por exemplo, por erro de parametrização ou posicionamento do equipamento de soldagem.

[0029] Para composição do método para inspeção visual foi utilizado uma rotina de aplicação de algoritmos, sendo que os parâmetros escolhidos foram testados para obter-se o melhor resultado. Com o propósito de identificar primeiramente as bordas dos cordões de solda para futura comparação com as bordas do chanfro (14) ainda vazio e posteriormente aplicar as métricas já citadas, o método é dividido em duas etapas: treinamento e inferência.

[0030] Na etapa de treinamento são apresentados diversos cordões de solda, de boa qualidade e com descontinuidades, para que o sistema aprenda a identificar ambos. A etapa de treinamento compreende os seguintes passos: a) Anotação manual das bordas das imagens de treinamento dos cordões de solda; b) Extração dos perfis de bordas (para cada ponto ao longo da borda é extraído um perfil de borda, que consiste em b pixels à direita e b pixels à esquerda da borda anotada) das imagens de treinamento; c) Aplica-se o PCA ( Principal Component Analysis) para reduzir os dados dos perfis de borda; d) Com a projeção dos perfis de borda no espaço PCA ( Principal Component Analysis) é treinada uma mistura de Gaussianas; e) Os parâmetros da mistura de Gaussianas são aprendidos através do algoritmo de máxima verossimilhança.

[0031] A etapa de inferência, que consiste na verificação pós-soldagem, compreende as seguintes os seguintes passos: a) Captura uma nova imagem de um cordão (13) preenchido; b) Aplicação da ROI ( Region oflnterest) nas imagens, para delimitar a região a fim de calcular a probabilidade de um pixel ser borda ou não; c) Aplicação do HMM ( Hidden Markov Model). Utilizando o HMM as variáveis ocultas, no caso as posições da borda ao longo do cordão (13) de solda nas novas imagens, são estimadas a partir dos dados observáveis, neste caso os perfis de bordas.

[0032] A inspeção visual é uma etapa importante no processo de soldagem, pois é capaz de detectar a necessidade de um retrabalho na peça ou invalidação da mesma. Considera-se que realizar esta etapa através da captura de imagens e com a análise através de algoritmos, assegura um parecer final ainda mais confiável. Visto que é uma tarefa executada por um ser humano (inspetor(a) de soldagem) e exige uma precisão visual na interpretação.

[0033] Assim, com o método aqui desenvolvido na presente invenção, é notada a capacidade em auxiliar o inspetor(a) destacando as possíveis descontinuidades. Reduzindo o desperdício de matéria prima e o risco de acidentes ambientais por soldagem inadequada.