Captura automática de geometria baseada em laser para análise de elementos finitos de cordões de solda

Resumo

Um processo é descrito para adquirir metrologia quase em tempo real de cordões de solda e preparar a geometria resultante automaticamente para análise de elementos finitos.

Resumo

A soldagem por fusão para fabricação de alto valor requer controles rigorosos do processo sobre a distorção do componente e a determinação dos níveis de tensão residual transmitidos ao componente completo. O processo depende do controle de uma infinidade de parâmetros, concentrando-se predominantemente em garantir a fusão adequada do material original e dos consumíveis. Altos gradientes térmicos que são transmitidos durante o processo podem resultar em distorção significativa se não forem controlados e altos níveis de tensão residual se o componente estiver completamente contido. A análise de elementos finitos é comumente aplicada em processos de soldagem por fusão para prever distorção. Esses modelos, no entanto, usam quase exclusivamente uma geometria idealizada ou simplificada definida antes do início do processo, que pode não ser representativa do componente final. Um protocolo é descrito para capturar a verdadeira forma de uma única deposição de cordão de solda dentro de um sistema de coordenadas exclusivo usando um sistema de varredura a laser e convertendo essa geometria capturada em uma forma que pode ser imediatamente incorporada em análises de elementos finitos. Isso permite que o modelo de elementos finitos seja rapidamente preenchido com uma geometria representativa da verdadeira deposição com entrada limitada do usuário.

Introdução

A soldagem por fusão é usada para a ligação permanente de componentes metálicos por meio da fusão localizada de materiais de origem e enchimento. Esses materiais de enchimento estão na forma de um fio ou haste. A fonte de calor para efetuar esse derretimento pode variar¹, mas em todos os casos, tanto o pai quanto o enchimento são expostos a altas temperaturas e gradientes. Essas excursões térmicas podem resultar em distorção significativa, alterações nas propriedades do material e induzir tensões residuais dentro do componente durante o processo de soldagem e durante o resfriamento. Como esses efeitos colaterais podem ser extremamente prejudiciais à vida útil ou viabilidade de componentes de alto valor, os processos de soldagem são frequentemente modelados pelo método de elementos finitos (FE) para determinar o histórico térmico, distorção e tensão residual². Esses modelos geralmente usam geometria simplificada ou idealizada da solda e do material de origem, que é determinada antes de qualquer soldagem, em vez de usar uma geometria baseada na deposição 3D completa, incluindo locais de início e parada da soldagem. A soldagem reprodutível de várias passagens pode ser alcançada usando sistemas automatizados em que a tocha de soldagem é manipulada por um braço robótico. Deve-se notar que alguns aparelhos usados para soldagem a arco automatizada também podem ser usados para manufatura aditiva de deposição direta de energia, que é conhecida como arco de deposição de energia direcionada (DED-Arc) ou manufatura aditiva de arco de arame³ (WAAM). As mesmas abordagens de modelagem preditiva também são normalmente empregadas para WAAM e para junção⁴.

O WAAM pode produzir componentes 3D em uma forma quase líquida, combinando seletivamente muitas camadas de material depositado. O WAAM foi usado no passado para criar paredes e outras formas geométricas⁵, tubos⁶, bem como componentes com topologias mais complicadas, como pás de turbinas⁷. Devido ao aumento do número de ciclos térmicos em comparação com a união e o aumento do material depositado, a distorção de tais componentes WAAM pode se tornar significativa. Como tal, qualquer modelo de EF implementado refletindo esse processo pode ter sua precisão prejudicada pela geometria de impressão idealizada ou presumida. A distorção do substrato pode ser limitada durante a deposição pelo aumento da restrição mecânica. No entanto, isso também aumentará o nível de tensão residual no componente final, o que também é indesejável.

Tradicionalmente, a inspeção da geometria pós-soldagem pode ser realizada manualmente com ferramentas de inspeção⁸ ou seccionando transversalmente a deposição e o substrato para revelar o perfil da solda, incluindo o material depositado, a região derretida do material original e as zonas afetadas pelo calor⁹. As ferramentas de inspeção geométrica manual, embora boas para fornecer informações sobre a extensão da deposição, exigem que o operador interrompa a rotina automatizada para realizar quaisquer medições e transcrever todos os dados obtidos. Da mesma forma, o corte transversal fornece uma representação muito precisa da solda, mas é destrutivo e requer várias etapas de preparação, que devem ser realizadas externamente aos locais de fabricação. Ambas as abordagens fornecem apenas informações sobre o perfil do cordão em locais específicos medidos, que, para corte transversal, podem ser um único perfil. Em contraste, os scanners a laser têm a vantagem de avaliar rapidamente o perfil de solda sem a necessidade de remover a amostra da célula de solda e têm o potencial de captura de alta resolução de toda a deposição. O monitoramento da geometria real do cordão durante a soldagem com sistemas a laser tem sido empregado^10,11 da mesma forma que é comumente empregado na conformação de metais¹². Sistemas a laser também foram usados para capturar a geometria WAAM¹⁰. No entanto, as etapas específicas tomadas para processar esses dados para serem incluídos ou comparados à análise de FE não foram bem descritas. O presente trabalho apresenta um novo protocolo para o uso de um scanner a laser automatizado para monitorar a evolução da geometria da solda entre as passagens de deposição e integrar a geometria registrada para atualizar uma análise de elementos finitos (FEA), conforme realizado com o pacote comercial ABAQUS. A capacidade de capturar automaticamente o cordão de solda in situ e converter o cordão de solda em uma geometria de entrada FE com entrada limitada do usuário é um passo em direção à fabricação inteligente.

A captura da geometria empregada no presente trabalho é uma varredura completa de uma solda, facilitada pelo scanner ser integrado a um braço robótico com seis graus de liberdade que é distinto e separado do braço robótico que controla a deposição. Isso é um afastamento da implementação anterior de sistemas de varredura a laser, que foram projetados para sondar a geometria em locais específicos, seja por meios portáteis¹³, fixos, mas limitados pela extensão de um estágio de amostra^10,11, ou onde o scanner a laser é conectado ao mesmo braço robótico que a tocha de soldagem⁸. A presente abordagem permite que toda a geometria do cordão seja capturada independentemente do local de deposição dentro da célula, no sistema de coordenadas da célula de soldagem, sem a necessidade de acessórios personalizados ou algoritmos complicados.

A geometria capturada pode então ser usada para prever fatores importantes, como o histórico de temperatura durante a deposição. Quando combinado com dados de termopares adequados, a distorção e a tensão residual também podem ser simuladas, o que é adjacente ao presente trabalho. Isso tem o potencial de melhorar a fabricação, permitindo a modelagem rápida do processo de soldagem no mundo real. A natureza automatizada da captura de geometria fornece um caminho para vincular os parâmetros de soldagem à geometria resultante. Isso, por sua vez, pode ser usado para o desenvolvimento de controle de processo aprimorado e planejamento de caminhos. A soldagem manual atual depende da habilidade do operador para controlar a saída. A soldagem robótica adiciona consistência, mas limita a oportunidade de tomada de decisão em tempo real. A captura do perfil do cordão entre as passagens permitirá que a programação da próxima passagem do cordão seja alterada, se desejado, e combinada com a modelagem do processo, tem o potencial de melhorar as taxas de produção, as propriedades do material e a vida útil das peças. O presente protocolo é exemplificado por um único caso de exemplo de talão na placa para demonstrar o fluxo de trabalho desenvolvido.

Configuração da célula de soldagem e equipamentos utilizados
A célula de soldagem em questão consiste em braços robóticos com os acessórios necessários para realizar a soldagem (referido como robô de soldagem) e varredura a laser (referido como robô de varredura). A célula de assunto é mostrada na Figura 1. Esses robôs podem ser controlados por meio de uma interface de programação que entende a KUKA Robot Language (KRL)¹⁴, uma linguagem de programação funcional que fornece ao robô as instruções necessárias, que são interpretadas pelos robôs como movimentos articulares e motores. O sistema de soldagem opera no modo de transferência de metal frio (CMT) e é equipado com TouchSense, uma forma de localização eletrônica de pontos. O consumível utilizado foi um fio de aço G3Si-120n de 1,2 mm de diâmetro na presença de mistura de gás argônio/dióxido de carbono (80/20%). O substrato empregado foi uma placa de aço macio G43 que foi fixada por grampos. A deposição imposta foi um talão na placa com os parâmetros fornecidos na Tabela 1. Esta combinação de parâmetros de soldagem foi selecionada porque era conhecida por criar uma deposição representativa industrialmente. O scanner a laser empregado é capaz de escanear uma linha de 2048 pontos simultaneamente, que foi usada para adquirir dados a uma frequência de 100 Hz. Além disso, uma máquina de medição por coordenadas (CMM) foi usada para fornecer as dimensões de um componente de calibração.

Os dados metrológicos obtidos de scanners a laser requerem calibração. Essa necessidade de calibração é ainda mais importante quando o scanner deve ser movido para capturar uma grande região com varreduras sobrepostas. Se o scanner a laser fosse inclinado em relação ao substrato ou o movimento não fosse suave, haveria distorção na geometria resultante, conforme ilustrado na Figura 2. Além disso, o scanner registra apenas informações de luz, que retorna ao sensor; É comum, portanto, na soldagem, que produz uma superfície curva altamente reflexiva, não uniforme à medida que a poça de fusão se solidifica, que grande parte da informação espacial possa ser perdida. Para melhorar a probabilidade de que a forma que está sendo registrada represente a verdadeira forma do cordão, é necessário algum nível de ajuste de curva. No caso mais simples, uma única forma de cordão de solda pode ser bem aproximada por uma parábola¹⁵. Essa abordagem foi usada por Hu et al. com sistemas do tipo varredura a laser para calcular sobreposições de contas¹³. O protocolo a seguir empregará essa técnica de ajuste ao caso de exemplo de cordão único para criar uma representação digital dentro do pacote FE selecionado.

Protocolo

Supõe-se que ambos os robôs tenham sido ativados e submetidos a qualquer diagnóstico de configuração para confirmar a conformidade posicional, como testes de freio, e tenham sido alojados.

1. Execute a calibração

NOTA: Antes que o scanner a laser possa ser usado, ele deve ser calibrado para garantir que as distâncias que ele percebe sejam representativas das distâncias reais. Este pode não ser o caso por padrão, pois se o scanner estiver em um ângulo em relação à placa, isso criará uma mudança trigonométrica na distância (Figura 2).

1. Para calibrar, escaneie um componente de dimensões conhecidas, que é rígido e de preferência metálico, com pontos fiduciais adicionados a ele na forma de esferas.
   NOTA: Essas esferas fornecem uma forma fácil de identificar que pode ser ajustada para encontrar de forma confiável o centro da esfera fiducial com um baixo número de pontos de dados e alta precisão. Um exemplo de componente é mostrado na célula de solda na Figura 3A. O fluxo de trabalho de resumo usado para as etapas de calibração 1.1-1.13 é mostrado na Figura 4.
2. Coloque um mínimo de três esferas fiduciais aleatoriamente em diferentes locais, por exemplo, rolamentos de esferas padrão maiores que 10 mm de classificações ABEC de baixo a médio grau (por exemplo, rolamentos de esferas de 15,875 mm de diâmetro [0,625 ± 0,0001 polegadas]). Anexe-os ao componente com um meio adequado, como uma resina epóxi condutora, para garantir uma boa condutividade entre a esfera e a parte de calibração. Use arruelas de raio adequado (por exemplo, 10 mm) para apoiar as esferas para melhorar o contato da área de superfície entre a esfera e o componente.
3. Localize as coordenadas de vários pontos na superfície das esferas fiduciais com uma Máquina de Medição por Coordenadas (CMM) como na Figura 3C. Essas coordenadas serão usadas para gerar um dado virtual correspondente ao centro de cada uma das esferas fiduciais (Figura 3B).
   1. Antes de medir as esferas fiduciais, primeiro calibre o CCM afixando um benchmark de calibração com dimensões conhecidas no compartimento da CMM. Este benchmark de calibração assume a forma de uma esfera de cerâmica de raio de 29,993 mm embutida em uma haste com um fundo rosqueado para que possa ser aparafusada no compartimento da CMM e mantida rigidamente.
   2. Aparafuse o benchmark de calibração no compartimento da CMM.
   3. Com a ponta da CMM na mesma orientação que será usada para medir as esferas fiduciais para o componente de calibração da célula de soldagem, execute a função de calibração automática no software apropriado. Para começar a executar a calibração da ponta da CMM, com a CMM configurada para o modo de medição , mova a ponta para o contato com a superfície superior do benchmark de calibração. O programa assumirá o controle, mapeando automaticamente a esfera de referência e calibrando a ponta da CMM para a orientação atual.
   4. Assim que a calibração da ponta for concluída, salve a calibração em um número de ponta escolhido, por exemplo, ponta número 1.
   5. Remova o benchmark de calibração da CMM.
   6. Coloque o componente de calibração com as esferas fiduciais anexadas no compartimento da CMM. Escolha uma orientação e anote a orientação para referência futura, como usar uma fotografia anotada com cada esfera fiducial numerada.
   7. Crie um programa para identificar pontos em cada uma das esferas fiduciais.
      1. Selecione a ponta usando a sonda | troque a sonda.
      2. Selecione o contorno | meça o ponto CNC e coloque a ponta em contato com a primeira esfera fiducial. Repita para muitos pontos no hemisfério superior da primeira esfera fiducial.
      3. Faça o mesmo para cada esfera fiducial, criando uma nuvem de pontos para cada uma das superfícies da esfera.
         NOTA: Em princípio, é necessário um mínimo de três pontos por esfera para localizar o centro; no entanto, muitos mais são preferidos. Aqui, um mínimo de 12 pontos localizados em toda a metade foi empregado, conforme ilustrado pela esfera ajustada dos pontos da CMM na Figura 3D. Os aspectos que envolvem a operação da CMM para obter pontos de superfície na esfera fiducial variam de acordo com o equipamento utilizado.
4. Calcule as coordenadas do centro das esferas fiduciais ajustando os pontos da superfície a uma esfera por uma abordagem de ajuste de mínimos quadrados. Por exemplo, isso pode ser obtido usando o solucionador de mínimos quadrados Numpy¹⁶.
5. Escolha uma das esferas fiduciais para atuar como a origem do sistema de coordenadas de calibração. Subtraia essa coordenada de cada uma das esferas fiduciais para criar um sistema de coordenadas de peça.
   NOTA: Supondo que o componente de calibração seja rígido, uma vez que o procedimento da CMM esteja concluído e os centros das esferas fiduciais sejam conhecidos, implementações futuras deste protocolo podem pular as etapas 1.2-1.5, pois as dimensões do componente de calibração e o sistema de coordenadas associado já são conhecidos.
6. Coloque o componente de calibração na célula de soldagem na mesma orientação em relação à origem quando medido na CMM.
   NOTA: A orientação não é teoricamente importante, mas replicar a orientação original permite que quaisquer erros sejam mais facilmente identificados.
7. Configure a varredura do componente de calibração com o scanner a laser conforme mostrado na Figura 5A. A saída está na forma de um arquivo de coordenadas x, y, z.
   CUIDADO: O scanner a laser é a fonte de radiação laser e, portanto, pode ser perigoso se os protocolos de segurança do laser não forem seguidos. O uso de lasers de classe 2M e abaixo é necessário, pois eles podem cumprir a função exigida e um feixe aberto é frequentemente necessário.
8. Para o sistema de laser ilustrativo empregado, meça cada esfera fiducial de 15,875 mm de diâmetro e escaneie cada esfera fiducial com o scanner a laser para medir o componente (Figura 5A). Trunque a saída dessas varreduras de linha para remover qualquer informação originada do substrato, usando uma combinação de círculos em x e y em torno das posições de bola conhecidas e limites de valor z. Use os pontos restantes para ajustar uma esfera (Figura 5B) usando o mesmo procedimento de ajuste de mínimos quadrados da etapa 1.4 para obter uma coordenada central.
   NOTA: O acabamento superficial das esferas fiduciais pode interagir mal com o scanner a laser empregado. Um revelador de corante penetrante em aerossol pode ser usado para revestir e foscar a superfície como na Figura 5A.
9. Retorne o robô de digitalização à sua posição inicial.
10. Localize o componente de calibração com o robô de soldagem usando a localização eletrônica de pontos. Use uma ponta metálica integrada à tocha de soldagem com dimensões conhecidas. Coloque esta ponta em contato com a esfera fiducial em vários pontos ao redor da superfície (Figura 6), semelhante à abordagem CMM. Quando a ponta entra em contato com a esfera fiducial, um circuito de baixa tensão é concluído e a localização atual do robô é registrada diretamente pelo sistema do robô.
    NOTA: Um efeito semelhante pode ser obtido usando outros tipos de localizadores de borda eletrônicos instalados no robô de soldagem, que dependem do contato físico.
11. Use esses pontos para ajustar uma esfera e localizar a posição central de cada esfera fiducial no sistema de coordenadas do robô de deposição.
12. Retorne o robô de soldagem à sua posição inicial e remova o componente de calibração da célula de soldagem.
13. Use o sistema de coordenadas CMM para calibrar as coordenadas da célula de solda por meio da decomposição de valor único. Um esboço do processo para criar as matrizes de transformação afim necessárias é fornecido na Figura 7.
    NOTA: A matriz de transformação afim resultante transforma a posição de cada um dos centros da esfera fiducial das coordenadas medidas para distâncias reais. Isso corrigirá qualquer desalinhamento do scanner a laser na direção da digitalização.

2. Localize a posição da placa de impressão

1. Coloque o substrato ou material de origem para receber uma deposição na célula de soldagem.
   1. Passe o scanner a laser sobre os cantos da área de construção de forma que ele fique saliente sobre a borda da placa, começando completamente fora da placa e terminando parcialmente na placa como na Figura 8A. Certifique-se de que isso seja feito como um movimento contínuo a uma velocidade constante, com a frequência da gravação de dados sendo conhecida. Use o tempo de aquisição de uma varredura específica junto com os pontos inicial e final do caminho para atribuir uma posição no espaço a cada varredura registrada em um determinado momento. Registre as localizações dos cantos da placa de construção, que serão usadas para adquirir a geometria adequada para a análise de EF.
      NOTA: A execução da etapa 2.1.1 permite que os cantos da placa sejam localizados no sistema de coordenadas do scanner a laser, pois haverá uma função de degrau com a altura mudando significativamente à medida que o laser chega sobre a placa (Figura 8B).
   2. Identifique o substrato no sistema de coordenadas do robô de varredura transformando os cantos encontrados na Etapa 2.1.1 no sistema de coordenadas do robô de soldagem por meio da matriz de transformação calculada na Etapa 1.13.
2. Como verificação, com o robô de soldagem, traga a ponta da cabeça de soldagem para cada canto da placa e registre os locais conforme mostrado na Figura 8C e confirme se esses locais são os esperados.

3. Conduza o depoimento

1. Com a placa localizada, programe o robô de soldagem para produzir o caminho desejado na posição correta em relação à posição da placa nas coordenadas do robô de soldagem.
2. Inicie uma passagem de solda resultando na deposição de um cordão de material, conforme mostrado na Figura 9.
3. Após a conclusão da passagem, retraia a cabeça do robô de soldagem a uma distância segura para evitar colisões com o robô de digitalização.

4. Digitalize o cordão e gere a geometria FE

NOTA: Consulte a Figura 10 para obter um resumo do fluxo de trabalho para digitalizar a geometria do cordão e usar os dados de digitalização para criar uma nuvem de pontos 3D, que pode ser solidificada e gerada em malha para FEA. As etapas a seguir descrevem como cada parte do fluxo de trabalho é conduzida.

1. Programe o robô de digitalização para seguir um caminho que permita que o cordão seja digitalizado. Para linhas simples, use pontos inicial e final semelhantes aos do robô de soldagem ou, para um método mais robusto, realize uma varredura da placa completa.
   NOTA: Isso usará os mesmos requisitos de digitalização usados para localizar a posição da placa inicialmente.
2. Faça medições à medida que o scanner é movido sobre a peça de trabalho conforme a Figura 11. Observe os pontos inicial e final do caminho, a velocidade de movimento do robô e a frequência de aquisição. Certifique-se de que a frequência de aquisição corresponda a intervalos de distância não inferiores ao tamanho mínimo do elemento pretendido para uso na FEA subsequente.
3. Se o perfil do cordão não puder ser capturado em uma passagem, faça várias passagens paralelas com uma sobreposição correspondente a pelo menos 10% do campo de visão do scanner a laser.
4. Assim que as varreduras forem concluídas, retraia o robô de scanner a laser para evitar colisões com o robô de soldagem em qualquer passagem de solda subsequente.
5. Ajuste a saída do cordão com uma função analítica apropriada, facilitada por meio de uma série de comandos codificados em Python. Para o exemplo de deposição de um único cordão, uma função parabólica é usada para o encaixe.
   NOTA: O código Python usado para realizar as etapas 4.5.1-4.5.10 está disponível no repositório suplementar¹⁷. A etapa 4.5.10 requer um pacote de software adicional FreeCAD¹⁸, bem como uma instalação do Python, para funcionar.
   Figura 10 mostra o fluxo de trabalho descrito nesta seção. Um exemplo de saída em cada um dos estágios a seguir é fornecido em Figura 12A-J. Um exemplo de script usado para o bead digitalizado em Figura 11 juntamente com a geometria digitalizada usada para produzir Figura 12 também está disponível no repositório suplementar¹⁷.
   1. Antes de tentar manipular ou usar os dados da nuvem de pontos do scanner a laser de qualquer forma, aplique a mesma matriz de transformação afim à saída do laser encontrada na etapa de calibração 1.13.
   2. Corte os dados digitalizados para a área áspera de um único cordão a ser ajustado. Certifique-se de incluir um pouco da placa ao redor do cordão, afetada por alguma porcentagem da largura do cordão para janelas. Neste estágio, remova todos os artefatos de varredura decorrentes de reflexos usando filtros de altura.
   3. Nivele a placa local dentro da seção recortada da varredura resolvendo a normal da placa e aplicando uma matriz de rotação de modo que os dados estejam agora em um sistema de coordenadas em que a normal da placa é paralela ao eixo vertical.
   4. Localize a orientação do cordão na placa aplicando um limite de filtro de altura logo acima da altura da placa de base e, em seguida, ajuste os pontos de dados restantes com um polinômio de^1ª ordem. Isso dará um vetor para a direção do cordão. Se o cordão não for reto, divida o cordão em seções menores que podem ser aproximadas por seções retas
   5. Gire o cordão para que fique paralelo ao eixo y para facilitar a manipulação.
   6. Corte a seção girada para remover as extremidades da placa, mas deixe uma pequena quantidade (~ 5 mm) em cada lado do cordão para permitir o encaixe.
   7. Selecione o centro da seção do cordão a ser ajustada e execute um ajuste parabólico à seção transversal dos dados nesta posição y. O fluxo de trabalho do programa para esta etapa é fornecido na Figura 13.
   8. Usando o ajuste, extraia as extensões do cordão avaliando o ajuste nas coordenadas x correspondentes à altura máxima da placa - onde o cordão começa.
      1. Avalie a posição y máxima do cordão usando o mesmo limite.
      2. Crie perfis de terminação de cordão usando a mesma forma parabólica, mas transposta para o plano x-y em cada extremidade do cordão.
      3. Registre os pontos que formariam o contorno avaliando toda a parábola em uma série de coordenadas x e y que abrangem toda a extensão do cordão.
   9. Traduza o domínio dos pontos de volta para as coordenadas originais, primeiro iniciando o cordão na origem de um novo sistema de coordenadas e, em seguida, transformando-o no sistema de coordenadas original do robô de soldagem.
   10. Usando ferramentas de geração de malha, preencha a superfície dos pontos e crie uma superfície sólida que possa ser importada para uma análise de EF. Para fazer isso, use o programa FreeCAD¹⁸ para combinar a série de parábolas para criar um sólido 3D completo que seja adequado para importação para o pré-processador FEA.
       1. Adicione um substrato neste ponto, definindo as verdadeiras extensões da placa de base ou outras dimensões, conforme necessário.
       2. Use macros para gerar arquivos STL (Standard Tessellation Language) e STEP (Standard for the Exchange of Product Data) usando os pontos calculados na Etapa 4.5.9.
       3. Uma vez que a geometria sólida é produzida, ela é exportada em um formato de arquivo adequado para análise de EF, neste caso, um formato ".inp" (entrada). Se desejado, a malha de elementos finitos pode ser criada diretamente, facilitada por outra macro do FreeCAD. Para este exemplo, o plug-in da ferramenta Netgen mesh FEM para FreeCAD é usado. O exemplo de malha de cordão foi gerado usando finura moderada dentro da malha Netgen, um tamanho máximo de elemento definido de 0,5 mm e um tamanho mínimo de elemento de 0,1 mm.
          NOTA: Nesta fase, a geometria real pode agora ser importada com sucesso para um processador de análise de EF.

Resultados

Os raios calculados e as distâncias entre as esferas fiduciais para o componente de calibração em cada um dos sistemas de coordenadas são mostrados na Tabela 2. O erro entre a CMM e a localização eletrônica do ponto para cada posição da esfera fiducial é pequeno, abaixo de 0,1 mm. Ambas as técnicas dependem do contato físico entre a esfera fiducial e o estilete. O erro induzido pelo scanner a laser ao localizar as esferas é um pouco grande em comparação e domina em 1-2 mm. A aplicação da matriz de transf...

Discussão

Qualidade de captura
A exatidão dimensional e a precisão do sistema de varredura a laser foram investigadas pelas posições e raios das esferas fiduciais na Tabela 2. A precisão de cada sistema é determinada pela diferença posicional das esferas fiduciais medida pelos sistemas do robô (scanner a laser e localização de borda elétrica) em comparação com os dados da CMM quando transformados no sistema de coordenadas do robô de soldagem. A CMM é conhecida ...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Ponta CMM de rubi de 3 mm de diâmetro	Renishaw		Ponta usada na máquina CMM (A-5004-0422)
80% de argônio 20% de gás CO2	BOC		Mistura de gases para gás de proteção (Argosheild)
Ápice Cristal 776	Mitutoyo		Máquina de medição coordenada, citada precition 10 µ m
Fio de solda FK 1000 MIG 1,2 mm	Iabco		Consumível de fio de solda
FreeCAD 1.0	Livre CAD		Software para geometrias de veiwing e criação de arquivos stl, step e FE a partir da nuvem de pontos. Versão usada 1.0
Soldador Fronius CMT 4000 GMAW	Frônio		Tocha de soldagem
Chapa de aço macio G43 50 cm x 50 cm x2,5 cm	Smiths Metal		Metal de substrato usado como placa de construção
GEOPAK/MCOSMOS	Mitutoyo		Software para controlar a CMM. Versão usada 4.0
KUKA KR20	KUKA		Braço robótico usado como robô de varredura
KUKA KR70	KUKA		Braço robótico usado como robô de soldagem
LAZ3RUS	Universidade de Manchester		Renderização 3D baseada em LAZer no Universal Scene: para criar a geometria FE para a varredura a laser. Versão usada 1.0
Micro Epsilon LLT3010-100	Micro Epsilon		Scanner a laser, citação citada 9 µ m
Esfera de calibração de diâmetro de 30 mm	Mitutoyo		Esfera de calibração de CMM de sílica fundida
ScanCONTROL3000_100	Micro Epsilon		Software para capturar e processar as informações do scanner a laser
Sentido de toque	Frônio		Sistema para localização eletrônica de bordas/características em uma implementação de soldagem robotizada