METAVISION SENSOR

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Robots y camaras

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  • 1

    Eduardo Bidese Puhl

    DESENVOLVIMENTO DE SENSOR DE

    TRIANGULAO LASER PARA CONTROLE

    ADAPTATIVO DE PROCESSOS DE SOLDAGEM DE

    UNIO DE DUTOS

    Projeto de tese submetido(a) ao Programa

    de Ps Graduao em Engenharia

    Mecnica da Universidade Federal de

    Santa Catarina

    Orientador: Prof. Dr. Jair Carlos Dutra

    Coorientador: Prof. Dr. Tiago Loureiro

    Figaro da Costa Pinto.

    Florianpolis

    2014

  • 2

    RESUMO

    A demanda por aumento de produtividade e qualidade na rea da soldagem motiva o

    desenvolvimento de processos mais robustos e automatizados. Entretanto, desenvolver uma

    automao completa para substituir o soldador no uma tarefa simples, uma vez que este

    utiliza muitos dos seus sentidos para realizar o ajuste de parmetros do processo para alcanar o

    resultado esperado.

    Atualmente, na maioria das aplicaes automatizadas, os robs de soldagem so

    empregados apenas como repetidores de movimento. Os desalinhamentos da junta so

    geralmente compensados parcialmente por seguimento de junta. Nesta tcnica, parmetros

    eltricos do processo de soldagem podem ser monitorados para detectar e corrigir, por exemplo,

    os desalinhamentos e a posio da junta.

    No caso de uma soldagem manual, o soldador no se restringe a movimentar a tocha

    sobre a linha central da junta, mas tambm atua em diferentes parmetros do processo como a

    velocidade de deslocamento da tocha e movimentos oscilatrios. Aplicar estes controles mais

    complexos automaticamente uma tarefa desafiadora, pois a tomada de deciso do soldador em

    alterar determinado parmetro depende do tipo de material utilizado, formato da junta, processo

    de soldagem, tipo de chanfro, posio de soldagem, entre outros.

    A capacidade de um equipamento ajustar automaticamente seus parmetros diante de

    mudanas mensurveis no processo define o controle adaptativo de soldagem. A caracterizao

    da geometria da junta durante a soldagem o ponto fundamental para realizao do controle

    adaptativo e a medio tica por triangulao laser a tcnica que melhor caracteriza a

    geometria da junta. Por ser um processo tico, o sensor deve ser preparado para resistir s

    interferncias geradas pela soldagem, como a alta intensidade luminosa, respingos e fumos. Os

    sensores comerciais so preparados para trabalhar nestas condies, mas no so flexveis para

    se adaptar a diferentes materiais, acabamento da superfcie, tipo de chanfro, estabilidade do

    processo, corrente de soldagem e novas aplicaes como o controle adaptativo.

    O presente trabalho prope o desenvolvimento de um sensor de triangulao laser

    adaptado para trabalhar com procedimentos de soldagem adaptativa, com completo domnio das

    tecnologias e ferramentas de software e hardware utilizadas, possibilitando melhorias nas

    caractersticas de resistncia soldagem e o desenvolvimento de novas aplicaes, como a

    soldagem de juntas no convencionais. Para a validao dos resultados, o sensor desenvolvido

    ser integrado a um rob dedicado soldagem de unio de dutos.

    Palavras-chave: Soldagem adaptativa, metrologia ptica, automao da soldagem,

    triangulao laser.

  • 3

    SUMRIO

    SUMRIO ............................................................................................................................................................ 3

    1 INTRODUO ................................................................................................................................................. 4 1.1 SOLDAGEM DE DUTOS AUTOMATIZADA .......................................................................................................... 7

    1.2 NECESSIDADE DE CORREO ............................................................................................................................. 8

    2 TECNOLOGIAS DE SENSORES EMPREGADOS EM SOLDAGEM ................................................... 11

    2.1 SENSORES DE VARIVEIS ELTRICAS DO ARCO PARA O PROCESSO MIG/MAG .................................. 11

    2.2 SENSORES DE TRIANGULAO LASER ........................................................................................................... 15

    2.2.1 Especificaes tcnicas do STL tipo folha de luz ....................................................................................... 22

    2.2.2 Dificuldades impostas aos sensores de triangulao laser que trabalham com soldagem ...................... 23

    2.3 SENSORES COMERCIAIS ...................................................................................................................................... 28

    2.3.1 Sensor META Vision ................................................................................................................................... 28

    2.3.2 Sensor Servo Robo ....................................................................................................................................... 30

    2.4 CONTROLE ADAPTATIVO .................................................................................................................................... 31

    3 OBJETIVOS.................................................................................................................................................... 37

    4 DESCRIO DO SISTEMA DE CONTROLE ADAPTATIVO ............................................................... 38

    4.1 MANIPULADOR ROBTICO ................................................................................................................................. 39

    4.2 REQUISITOS DO SENSOR DE TRIANGULAO LASER ................................................................................. 40

    5 CONCLUSO ................................................................................................................................................. 43

    6 PREVISO FINANCEIRA ........................................................................................................................... 45

    7 CRONOGRAMA ............................................................................................................................................ 46

    REFERNCIAS ................................................................................................................................................. 48

  • 4

    1 INTRODUO

    O setor de petrleo e gs tem motivado pesquisas e desenvolvimentos em diferentes

    reas da engenharia. No Brasil em especial, devido ao recente aumento da capacidade produtiva

    e a descobertas de novas possibilidades de produo de petrleo. Ao longo de sua histria, o

    LABSOLDA teve a rea de petrleo e gs como motivador de suas pesquisas, em especial, o

    laboratrio dispendeu esforos no desenvolvimento de equipamentos para automatizao de

    procedimentos de soldagem de dutos. Estes equipamentos so utilizados na construo de

    tubulaes empregadas no transporte de produtos, ou dutovias.

    Em sua grande maioria, as dutovias so compostas por tubos metlicos de grande

    dimetro (de 4 at 50 polegadas) unidos por soldagem para compor sua extenso. Esta rede de

    dutos pode ser utilizada como meio de transporte para petrleo ou derivados. Nos Estados

    Unidos da Amrica, no perodo de 2006-2012, o consumo anual mdio de tubos de ao Oil

    Country Tubular Goods (OCTG) foi de 9 milhes de toneladas, sendo que a demanda do ano de

    2012 foi 11% superior verificada em 2008 [2]. Assim, fica clara a importncia e a

    responsabilidade do procedimento de soldagem, que responde por boa parte da integridade das

    dutovias. A utilizao de dutovias para transporte de gases, petrleo e outros derivados

    bastante vantajosa. Adicionalmente, a segurana nas dutovias superior de outros meios de

    transporte, sendo indicada para o transporte de produtos perigosos.

    A montagem da linha realizada pela unio dos dutos por procedimento de soldagem.

    No Brasil, grande maioria destes procedimentos de unio feita por soldagem manual com

    eletrodo revestido. O trabalho manual de unio de dutos uma operao delicada, visto que se

    trata da soldagem de componentes de alta responsabilidade, como dutos para transporte de

    produtos inflamveis. Neste caso, as normas restringem as condies dos cordes e sujeitam as

    soldas a procedimentos de ultrassom e raio-X [4]. Neste sentido so desenvolvidas tecnologias

    para aumento da qualidade dos cordes soldados, como processos mais robustos e tecnologias

    de automao.

    De maneira geral, a soldagem tem ficado para trs quanto aos desenvolvimentos de

    automao quando comparada com outras reas da fabricao. Este atraso se deve ao fato da

    soldagem ser mais complexa que muitos outros processos de fabricao [1]. O calor empregado

    no processo exerce um complicador para a automao da soldagem. O aquecimento dos

    materiais provoca distores que alteram a geometria e posio da junta durante o processo. No

    caso de unio de dutos outros fatores tambm geram dificuldades. Por se tratar da unio de

    seces de dutos de grandes dimetros e comprimentos o perfeito alinhamento das peas pode

    ser comprometido. As condies de montagem da linha tambm influenciam na preparao das

  • 5

    juntas que podem apresentar variaes dimensionais. Estes fatores dificultam a tarefa de

    automatizar um processo de soldagem.

    A presena de um soldador manipulando a tocha, ou vareta de soldagem, faz com que

    o formato da junta possa ser percebido e atitudes sejam tomadas para garantir a qualidade da

    solda. Um bom soldador utiliza seus se