Sensor de rastreamento de costura a laser para turbinas eólicas

Conte com nossos sensores de soldagem com rastreamento de costura a laser se quiser atualizar seu processo de soldagem automatizado, aumentar a qualidade de seus produtos soldados, melhorar a eficiência da soldagem e diminuir quaisquer custos, riscos ou desperdícios desnecessários.

Em termos tão macroscópicos, pode parecer um pouco absurdo afirmar que uma tecnologia tão especializada quanto o rastreamento de costura a laser tem um papel significativo a desempenhar, há benefícios significativos disponíveis se a tecnologia for explorada completamente. Embora o rastreamento de costura a laser possa não ser o principal motor da economia de energia, ele permite outros avanços na soldagem que abordam diretamente o problema.

As instalações eólicas offshore são amplamente compostas de sensores de rastreamento de costura a laser para estruturas de aço de turbinas eólicas. Produzi-las de forma eficiente é importante para sua pegada de carbono geral. A eficiência das fontes de energia de soldagem a arco já deu um salto à frente com a substituição de unidades baseadas em transformadores de frequência de rede por inversores de alta frequência usando transistores de potência modernos e controles eletrônicos de alta velocidade. Tendo tornado a própria fonte de energia muito mais eficiente, o próximo e mais difícil passo é melhorar a eficiência do processo de soldagem.

Considerando que unir duas peças de metal por soldagem envolve derreter a interface entre elas para permitir que uma única poça derretida seja formada e então solidificar a mesma para que duas partes se tornem uma, então claramente calor significativo está envolvido. A área de solda tem que ser aquecida acima do ponto de fusão, em torno de 1500 graus para aço, e então deixada esfriar de volta para o ambiente com o calor irradiando principalmente para o ambiente. Qualquer maneira de reduzir a quantidade de calor usada não é apenas benéfica em termos ambientais gerais, mas também em termos específicos de soldagem, por exemplo, reduzindo a distorção.

No caso em que duas partes são unidas, o objetivo pode ser minimizar a entrada de calor derretendo apenas fatias muito finas do material original em ambos os lados da interface. Para conseguir isso, a aplicação de calor tem que ser controlada com precisão e é fácil ver como a detecção avançada da posição real da junta e o controle preciso do fornecimento de calor são necessários. Então, em termos gerais, os benefícios de detectar a posição da junta são óbvios.

Rastreamento de costura tátil
Como o nome sugere, os sensores táteis entram em contato físico com a costura de solda usando uma sonda de contato. Conforme a posição da tocha muda em relação à peça de trabalho, a sonda desvia na direção oposta e o controlador faz ajustes para retornar a tocha à sua posição original. Os sistemas de rastreamento de costura tátil são mais adequados para costuras de solda com geometria grande e distinta. Se a costura de solda for muito pequena, a sonda pode perder o contato com a costura e fazer a tocha de soldagem sair do caminho.
 

Costura de arco transversal
Os sistemas de rastreamento de costura de arco de calha usam feedback de sensores de tensão, amperagem e velocidade de alimentação do arame para identificar mudanças na posição da tocha. Por exemplo, se estivéssemos soldando no centro de uma junta de filete e começássemos a desviar para um lado, a distância da tocha para o trabalho diminuiria, causando um aumento na amperagem do arco (soldagem cv). Para que esse método de fixação funcione, a tocha de soldagem deve oscilar para frente e para trás perpendicularmente à costura de solda. Ao fazer isso, o sistema está continuamente fazendo uma comparação da amperagem de soldagem no lado esquerdo e direito da costura de solda; entre os dois picos de amperagem deve estar o centro. Os sistemas de rastreamento de arco de calha são mais adequados para costuras de solda com geometria grande e distinta, como grandes soldas de chanfro e filete.
 

Rastreamento de costura por visão a laser
Demonstração de rastreamento de costura de visão a laser com sistema de soldador de coluna e lançaOs sistemas de rastreamento de costura de visão a laser usam uma fita de laser que é projetada na superfície da peça, criando uma linha de laser distinta através da costura de solda. A linha de laser é então visualizada em um ângulo leve usando uma câmera. O resultado é um perfil de linha que corresponde exatamente à geometria da costura de solda. Um ponto de referência é então criado no perfil da linha e o controlador fará todos os movimentos necessários para manter esse ponto de referência na mesma posição em relação à tocha de soldagem. Os sistemas de visão a laser têm uma resolução muito alta, permitindo que eles rastreiem de forma confiável costuras de solda grandes e pequenas.

O uso do sensor de rastreamento de costura a laser para soldagem de vigas de turbinas eólicas com manipuladores robóticos está se expandindo para aplicações industriais mais amplas, à medida que a disponibilidade do sistema aumenta com custos de capital reduzidos. Convencionalmente, a soldagem a laser requer alta precisão de posicionamento e acoplamento. Devido à variabilidade na geometria e posicionamento da peça, bem como à deformação térmica que pode ocorrer durante o processo, a posição da junta e o encaixe nem sempre são aceitáveis ​​nem previsíveis a priori se forem usados ​​acessórios simples. Isso faz com que a passagem do ambiente CAD/CAM virtual para o local de produção real não seja trivial, limitando aplicações onde preparações curtas de peças são uma necessidade, como produções em pequenos lotes. Soluções que tornam as operações de soldagem a laser viáveis ​​para séries de produção com tolerâncias não rigorosas são necessárias para atender a uma gama mais ampla de aplicações industriais.

Tais soluções devem ser capazes de rastrear o sensor de rastreamento de costura a laser para turbinas eólicas, bem como tolerar lacunas variáveis ​​formadas entre as peças a serem unidas. Neste trabalho, uma correção online para trajetória de robô com base em um sistema de visão coaxial em escala de cinza com iluminação externa e uma estratégia de oscilação adaptativa são propostas como meios para aumentar a flexibilidade geral de uma planta de manufatura.

A solução desenvolvida empregou dois loops de controle: o primeiro é capaz de mudar a pose do robô para seguir trajetórias variadas; o segundo, capaz de variar a amplitude da oscilação circular em função da folga formada em soldas de junta de topo. Casos demonstrativos em soldas de junta de topo com aço inoxidável 301 com complexidade aumentada foram usados ​​para testar a eficácia da solução. O sistema foi testado com sucesso em chapas planas de aço inoxidável de 2 mm de espessura a uma velocidade máxima de soldagem de 25 mm/s e produziu erros máximos de posicionamento e orientação de guinada de, respectivamente, 0.325 mm e 4,5 graus. O sensor de rastreamento de costura a laser contínuo para turbinas eólicas pode ser obtido com folgas de até 1 mm e posição de costura variável com o método de controle desenvolvido. A qualidade aceitável do sensor de rastreamento de costura a laser para turbinas eólicas pode ser mantida com folga de até 0,6 mm na configuração de soldagem autógena empregada.

O sensor de rastreamento de costura a laser para orientação de turbinas eólicas é uma técnica na qual a tocha de soldagem e o arame de soldagem são posicionados precisamente ao longo da abertura de soldagem. Ao alinhar o metal de solda à abertura, várias tolerâncias desempenham um papel que pode influenciar as dimensões, geometria e posição da abertura de solda no espaço.

Mesmo que a folga seja disposta reta no design, na prática ela pode ser irregular e mostrar variações na largura e altura das bordas opostas. Essas variações podem ser causadas por vários fatores, como o tipo de fixação ou o peso morto dos componentes.

Durante o processo de soldagem, ocorre outro efeito que dificilmente pode ser compensado por medidas de projeto: a saber, distorção térmica. Para compensar esses efeitos, foi desenvolvida a técnica de sensor de rastreamento de costura a laser para turbinas eólicas. Existem vários métodos de orientação de costura de solda, embora abordagens clássicas sejam usadas com menos frequência hoje em dia.

Um método tradicional é guiar a tocha de soldagem através de uma abertura usando um pino mecânico. No entanto, esse método raramente é usado hoje em dia devido à sua suscetibilidade à interferência (por exemplo, fixação de pino) e sua aplicabilidade limitada a geometrias simples. Além disso, ele não fornece nenhuma informação sobre a altura da costura.

O estado da arte hoje consiste em sensores ópticos que detectam a geometria e a posição da costura sem contato antes do processo de soldagem. Telêmetros de laser de ponto com orientação de feixe móvel têm sido usados ​​em alguns casos, mas o sensor de rastreamento de costura a laser para turbinas eólicas está se tornando mais comum. Esses sensores capturam perfis 3D da lacuna na frente da tocha de soldagem.

Em combinação com software especial de rastreamento de costura, os dados são avaliados e a posição ideal (no plano x e z) é transmitida para o controle do eixo do sistema de soldagem ou robô de soldagem. Como resultado, a posição ideal do sensor de rastreamento de costura a laser para turbinas eólicas pode ser alcançada a qualquer momento, mesmo se ocorrer distorção por calor.

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