Sensor fusion and embedded devices to estimate and control the depth and width of the weld bead in real time

Abstract

O processo GMAW é amplamente utilizado na indústria, mas seu controle automático está limitado pela dificuldade existente em medir as principais grandezas do processo e fechar a malha de controle. As condições ambientais adversas dificultam o uso dos sistemas de medição convencionais para obter informações da geometria do cordão de solda. Nestas condições o desenvolvimento do sistema de medição é complexo e o correto desempenho não é garantido. Neste trabalho desenvolvem-se sistemas e ferramentas para coletar os valores das variáveis e fornecer estímulos ao processo de soldagem GMAW convencional com fonte de soldagem de tensão constante, permitindo a estimação da geometria do cordão de solda em um sistema de controle em malha aberta. Os estimadores da penetração e a largura do cordão são implementados baseados na fusão dos dados termográficos, a intensidade da corrente e a tensão de soldagem em uma rede neural. Desenvolveu-se um algoritmo para extrair as caraterísticas da imagem infravermelha e para fornecer essas informações aos estimadores. Para validar os modelos dos estimadores foi implementado um perfilômetro a laser para obter as dimensões externas do cordão de solda e um algoritmo de processamento de imagem para medir a penetração fazendo um corte longitudinal no cordão. Os resultados obtidos são documentados e discutidos no texto. Este trabalho também inclui uma proposta de projeto para um emulador robótico de soldagem orbital e seu sistema de controle multivariável para controlar a geometria do cordão de solda utilizando os estimadores desenvolvidos. Os algoritmos são otimizados para dispositivos embarcados e processamento em tempo real.