BR112015004891B1

BR112015004891B1 - Método de endurecimento por laser de uma superfície de uma peça, sistema para o endurecimento de, pelo menos, parte da superfície de uma peça, aparelho para o endurecimento de uma área de superfície de uma peça, e método de programação de um aparelho

Info

Publication number: BR112015004891B1
Application number: BR112015004891-9A
Authority: BR
Inventors: Amaia Gabilondo; Jesús Domínguez; Carlos Soriano; José Luis Ocaña
Original assignee: Etxe-Tar, S.A.
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2019-09-17
Also published as: GB2534056B; WO2014037281A2; KR20210013308A; CA3126217A1; WO2014037281A3; GB2520214A; DE112013004368B4; EP2893048B1; DE112013004368B8; KR102299377B1; JP2015532686A; US10138528B2; CN104822849B; BR122016020176A2; JP6538558B2; BR122016020176B1; CA2884465C; GB2520214B; CN104822849A; KR102211009B1

Abstract

resumo método de endurecimento por laser de uma superfície de um munhão de um virabrequim; método de endurecimento por laser de uma superfície de uma peça; sistema para o endurecimento de, pelo menos, parte da superfície de uma peça; programa de computador; portador de informação; aparelho para o endurecimento de uma área de superfície de uma peça; virabrequim; e método de programação de um aparelho método de endurecimento por laser de uma área de superfície de uma peça, tal como uma superfície de um munhão de um virabrequim, compreendendo: gerar um movimento relativo entre a superfície da peça e uma fonte de laser para permitir que um ponto de laser seja, subsequentemente, projetado sobre diferente porções da dita área de superfície e, durante o dito movimento relativo, repetitivamente varrer o feixe de laser (2), de modo a produzir um ponto de laser efetivo bidimensional equivalente (5) na dita área de superfície. a distribuição de energia do ponto laser efetivo é adaptada, de modo que esta seja diferente em uma subárea mais sensível ao calor, tal como em uma área adjacente a um orifício de lubrificação, do que em uma subárea menos sensível ao calor, de modo a evitar o superaquecimento da dita subárea mais sensível ao calor. 1/1

Description

MÉTODO DE ENDURECIMENTO POR LASER DE UMA SUPERFÍCIE DE UMA PEÇA, SISTEMA PARA O ENDURECIMENTO DE, PELO MENOS, PARTE DA SUPERFÍCIE DE UMA PEÇA, APARELHO PARA O ENDURECIMENTO DE UMA ÁREA DE SUPERFÍCIE DE UMA PEÇA, E MÉTODO DE PROGRAMAÇÃO DE UM APARELHO

CAMPO TÉCNICO [001] A presente invenção está relacionada ao campo de endurecimento da superfície de produtos de materiais ferrosos, como aço, por exemplo, virabrequins, por laser.

ESTADO DA TÉCNICA [002] É bem conhecido na técnica o endurecimento de materiais ferrosos, tal como o aço carbono médio, por aquecimento do material a uma temperatura elevada, abaixo da sua temperatura de fusão e, subsequentemente, a têmpera deste, isto é, o resfriamento suficientemente rápido para formar martensita dura. O aquecimento pode ocorrer em fornos ou por aquecimento por indução e o resfriamento pode ocorrer através da aplicação de um fluido de refrigeração, tal como água ou água misturada com outros componentes.

[003] Muitas vezes é apenas a superfície que tem que ser endurecida. O endurecimento da superfície aumenta a resistência do material ao desgaste e, por vezes, também pode ser utilizado para aumentar a resistência à fadiga provocada por tensões de compressão residuais. O endurecimento superficial pode ser útil para o endurecimento de superfícies que serão submetidas a um desgaste substancial quando em uso, por exemplo, superfícies de mancais, tal como superfícies de munhões de virabrequins.

[004] O endurecimento da superfície por laser é um método de tratamento de superfície no qual a luz laser de

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2/137 alta energia é utilizada como uma fonte de calor para endurecer a superfície de um substrato. É conhecida a utilização de luz laser para obter o endurecimento da superfície, cf., por exemplo:

- F. Vollertsen, et al, State of the art of

Laser Hardening and Cladding, Anais da Terceira Conferência WLT Internacional sobre Lasers na Produção em Munique -2005, Junho de 2 0 05;

- M. Seifert, et al., High Power Diode Laser

Beam Scanning in Multi-Kilowatt Range, Anais do 23° Congresso Internacional de Aplicações de Lasers e Eletroótica 2004;

- S. Safdar, et al, An Analysis of the Effect of Laser Beam Geometry on Laser Transformation Hardening, Revista de Ciência e Engenharia da Produção, Agosto de 2006, Vol. 128, páginas 659-667;

- H. Hagino, et al, Design of a computer- generated hologram for obtaining a uniform hardened profile by laser transformation hardening with a high-power diode laser, Engenharia de Precisão 34 (2010), págs. 446-452;

- US-4313771 -A;

- DE-4123577-A1;

- EP-1308525-A2;

- EP-2309126-A1;

- JP-2008-202438-A;

- JP-S61-58950-A;

- US-4797532-A.

[005] O uso da luz laser para o endurecimento superficial envolve várias vantagens: o feixe de laser é, essencialmente, independente da peça, é facilmente

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3/137 controlado, não requer nenhum vácuo e não gera produtos de combustão. Além disso, como o feixe de laser, geralmente, aquece apenas o produto de metal ou a peça localmente, o resto da peça pode agir como um dissipador de calor, assegurando um resfriamento rápido, que também é conhecido como auto-têmpera: o interior frio da peça constitui um dissipador de calor suficientemente grande para temperar a superfície quente por condução do calor para o interior, a uma taxa suficientemente elevada para permitir que a martensita se forme na superfície. Assim, pode ser evitada a necessidade de meios de resfriamento externos, tal como fluidos de refrigeração.

[006] Um dos problemas envolvidos no uso de luz laser como fonte de calor nos processos de endurecimento de metal é que a largura da zona de endurecimento é limitada pelas dimensões do ponto de laser. É conhecida a utilização de ótica para modificar a forma do ponto, por exemplo, para proporcionar um ponto substancialmente retangular, que possui uma distribuição de intensidade mais ou menos uniforme. Como alternativa, podem ser utilizados meios de varredura (tal como um espelho de varredura associado a meios de acionamento) para mover o ponto repetitivamente sobre a faixa, de modo que a fonte de calor possa ser considerada como uma fonte retangular que se move ao longo da faixa.

[007] Apesar das suas vantagens, o endurecimento por laser muitas vezes não é utilizado porque se acredita que a taxa de produção não será suficientemente elevada para muitas aplicações práticas desta técnica e por ser difícil de conseguir que todas as peças que devem ser aquecidas, sejam aquecidas até a medida desejada. O

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4/137 aquecimento correto é essencial para assegurar que são obtidos o endurecimento e a têmpera, com as profundidades necessárias, mas sem causar danos por superaquecimento.

[008] Por exemplo, um virabrequim (a peça do motor que converte o movimento linear alternado do pistão em rotação) é um produto complexo, que tem sido considerado, frequentemente, como difícil de endurecer por luz laser. Um exemplo de um virabrequim é mostrado na figura 1. O virabrequim 1000 é um produto de aço forjado ou fundido, com dois ou mais munhões cilíndricos coaxiais localizados centralmente 1001 (também conhecidos como munhões) e um ou mais moentes cilíndricos desalinhados 1002 (também conhecidos como munhões de biela), separados por contrapesos e reforços que estabelecem paredes 1005 que se estendem substancialmente perpendicularmente às superfícies dos munhões. A forma complexa do produto pode tornar difícil a varredura correta da superfície com o feixe de laser; as faixas ou áreas a serem endurecidas podem ter diferentes larguras e/ou podem ser assimétricas e/ou podem estar dispostas em planos diferentes (o que é o caso com as paredes 1005 e as superfícies dos munhões 1001 e 1002). Assim, hoje em dia, frequentemente é utilizado o aquecimento por indução com alta frequência, seguido por um processo de têmpera com polímeros solúveis em água para o endurecimento de virabrequins. No entanto, este processo, embora tenha se mostrado útil para a obtenção do endurecimento desejado, envolve algumas desvantagens. Por exemplo, os indutores para a criação do aquecimento por indução têm de ser projetados de acordo com o projeto específico do virabrequim, o que reduz a flexibilidade: a adaptação de uma máquina de indução para um

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5/137 novo tipo de virabrequim

Além disso, o aquecimento pode ser demorada e dispendiosa.

por indução é caro em termos da energia necessária para aquecer o virabrequim no grau desejado.

Adicionalmente, o processo de resfriamento é complexo, devido à dispendioso e exigente do ponto de vista ambiental, utilização de grandes quantidades de fluido de refrigeração que são necessárias. Além disso, parâmetros como a temperatura do fluido de refrigeração e do fluxo têm que ser cuidadosamente controlados para assegurar um processo de endurecimento correto.

[009] Assim, o endurecimento utilizando o laser como fonte de calor pode ser uma alternativa atraente em termos de flexibilidade, compatibilidade ambiental, consumo de energia e custos.

[010] O documento DE-10 2005 005 141-B3 descreve um método para o endurecimento por laser das superfícies dos munhões de um virabrequim. De acordo com este método, um robô industrial de seis eixos é utilizado para segurar o virabrequim e para, subsequentemente, girá-lo em torno do eixo dos munhões e em torno dos eixos dos munhões de biela, durante o aquecimento dos respectivos munhões com a luz laser. Assim, utilizando as capacidades de movimento do robô industrial, a distância entre a fonte de laser e a superfície sobre a qual o feixe de laser é projetado pode ser mantida constante.

[011] O documento US-2004/0244529-A1 também ensina a utilização de laser para endurecer uma pequena região de um virabrequim. Neste caso, a luz laser é utilizada para endurecer uma pluralidade de porções espaçadas, em que a extensão das porções varia ao longo da região a ser

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6/137 endurecida. Como apenas uma pequena porção do virabrequim é endurecida com estas porções espaçadas, não há necessidade de preocupação com o superaquecimento de outras porções mais sensíveis ao calor.

[012] O documento DE-3905551-A1 ensina um

sistema para	o	endurecimento	de uma	superfície de	um
virabrequim,	onde	um feixe de	laser é	projetado sobre	um
virabrequim e	em	que existe um movimento relativo entre	o
feixe e o	virabrequim, de	tal modo	que o feixe	é,

subsequentemente, projetado sobre diferentes porções do virabrequim. A distribuição de energia ou a potência do feixe é adaptada em função da geometria da respectiva porção do virabrequim e, dependente da profundidade de penetração do feixe de laser desejada. Um problema com a abordagem ensinada pelo documento DE-3905551-A1, é que ele não permite uma taxa de produção elevada. Para a obtenção de uma profundidade suficiente da camada endurecida (na indústria automobilística são necessárias, tipicamente, profundidades da superfície endurecida de, pelo menos, 800, 1000, 1500, 2000 ou mesmo 3000 pm, em termos de profundidade efetiva tratada e muitas vezes é desejado ter 100 % de martensita transformada até profundidades de 200 pm ou mais) não é suficiente elevar a temperatura de uma determinada porção da superfície, mas a energia tem que ser aplicada durante um tempo suficientemente longo para aquecer não só a superfície, mas também o material abaixo da superfície, até uma profundidade suficiente. Como um aquecimento excessivo da superfície não é desejado, para alcançar a penetração desejada a melhor solução não é simplesmente aumentar a quantidade de energia do feixe de laser, mas sim o tempo durante o qual o aquecimento a laser é

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7/137 aplicado na área relevante. No sistema descrito no documento DE-3905551-A1, em que o feixe de laser é mantido estacionário e aplicado a uma área específica, a obtenção de um aquecimento e penetração adequados sobre as porções principais dos munhões e munhões de biela requereriam quantidades de tempo substanciais. Assim, o documento DE3905551-A1 pode descrever um método apropriado para o endurecimento de porções muito específicas da superfície de um virabrequim, mas não para o endurecimento de superfícies gerais dos munhões.

[013] O documento EP-1972694-A2 também foca no endurecimento de partes específicas de um virabrequim, ou seja, das porções dos filetes, utilizando um ou mais lasers. A luz laser é dirigida para a porção a ser endurecida e o virabrequim é rodado. O método revelado pode incluir uma etapa de pré-aquecimento, uma etapa principal de aquecimento e uma etapa de pós-aquecimento. Aparentemente, a irradiação por laser é mantida constante enquanto ocorre a rotação do virabrequim. O documento EP-1972694-A2 é omisso sobre o risco de superaquecimento de porções mais sensíveis ao calor da superfície do virabrequim.

[014] O documento US-2004/0108306-A1 reconhece que os fabricantes de automóveis utilizam o processo de aquecimento por indução para endurecer os mancais de um virabrequim, isto é, as superfícies dos munhões e munhões de biela, enquanto que um processo de laminação mecânica é utilizado para laminar os filetes para melhorar as tensões de compressão. No entanto, de acordo com o documento US2004/0108306-A1, estes processos são considerados de intensidade de capital elevada, demorados, levam a não

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8/137 uniformidades e têm uma propensão a rachaduras nos orifícios de lubrificação que exigem um processo de têmpera. O documento US-2004/0108306-A1 descreve um tratamento térmico por laser do filete, que visa eliminar a necessidade do processo de laminação mecânica. É proposto o controle em circuito fechado da temperatura pelo uso de um pirômetro ótico. É proposto o uso de um mecanismo x,y controlável para a manutenção de uma distância fixa de aquecimento entre o laser e o filete.

[015]

S. M.Shariff, et al.,

Laser Surface

Hardening of

Crankshaft,

SAE 2009-28-0053 (SAE discute o endurecimento por laser da superfície de um virabrequim com o objetivo de uma profundidade de endurecimento acima de 200 pm, com uma dureza de 500-600 HV em diferentes locais menciona o problema da fusão na mencionados. O documento periferia dos orifícios devido ao efeito de dissipação de calor reduzido e ao acúmulo de calor na borda. É afirmado que o problema pode ser tratado pela redução do efeito de pré-aquecimento na borda do orifício pela escolha de um local de partida apropriado e pela variação dos parâmetros de processo dentro do intervalo permitido.

[016] Uma razão para a qual o endurecimento por laser não se tornou mais frequentemente utilizado no contexto de produtos complexos, tal como virabrequins, é porque se acredita que pode ser difícil alcançar um aquecimento correto das peças, ou seja, um aquecimento suficiente para assegurar o endurecimento correto (geralmente a camada endurecida tem de ter uma profundidade efetiva de, pelo menos, 800 pm ou mais, tal como de, pelo menos, 1000, 1500, 2000 pm ou mais

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9/137 e/ou apresentando 100 % de martensita transformada até uma profundidade tal como 200 pm ou mais), evitando o superaquecimento das porções sensíveis. Por exemplo, no caso de um virabrequim como o da figura 1, deve ser tomado cuidado com relação ao aquecimento dos munhões em correspondência com os orifícios de lubrificação 1003 e, opcionalmente, também com relação aos filetes 1004. Por exemplo, se um grande ponto de laser for simplesmente projetado sobre a superfície do munhão durante a rotação do munhão para aquecer toda a superfície e, se a velocidade de rotação e a potência do feixe de laser forem mantidas constantes, de modo que cada porção da superfície receba a mesma quantidade de energia e, se esta energia for suficiente para atingir um aquecimento adequado da maior parte da superfície para produzir o endurecimento desejado, o aquecimento pode se tornar excessivo para as bordas dos orifícios de lubrificação, danificando, assim, as ditas bordas. O mesmo pode ocorrer nos filetes que, comumente, são rebaixados; assim, existem bordas que podem sofrer danos em caso de superaquecimento.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [017] Um primeiro aspecto da invenção se refere a um método de endurecimento por laser de uma superfície de um munhão de um virabrequim, o dito munhão compreendendo uma área de superfície a ser endurecida, a dita área de superfície se estendendo em uma primeira direção paralela a um eixo de rotação (X) do virabrequim e em uma segunda direção correspondente a uma direção circunferencial (W) do munhão, a dita área de superfície compreendendo pelo menos uma subárea mais sensível ao calor e, pelo menos, uma subárea menos sensível ao calor, a dita pelo menos uma subárea mais

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10/137 sensível ao calor incluindo uma área adjacente a um orifício de lubrificação do virabrequim, tal método compreendendo:

[018] projetar um feixe de laser de uma fonte de laser sobre a dita área de superfície, de modo a produzir um ponto de laser efetivo na dita área de superfície, o dito ponto de laser efetivo se estendendo na dita primeira direção, entre a maior parte da dita área de superfície a ser endurecida (tal como ao longo de mais de 50 %, mais de 75 %, mais de 85 % ou mais de 90 % ou 95 %, tal como mais de 9 9%, ou mesmo 100 % e, especialmente, sobre a maior parte, se não mais de 100 %, da área da superfície a ser endurecida, por exemplo, a área de superfície onde é desejada uma profundidade efetiva de endurecimento de, por exemplo, pelo menos 800 pm ou mais);

[019] gerar um movimento relativo entre a superfície do virabrequim e a fonte de laser na dita direção circunferencial, progressivamente, diferentes porções circunferencial;

[020] apresentando uma termos de como a distribuída dentro de modo a, projetar o ponto da dita área de o dito ponto distribuição de energia ou do ponto de energia potência do laser efetivo subsequentemente ou de laser efetivo em superfície na direção de laser efetivo bidimensional (em feixe de laser é

021]

O método compreende ainda a adaptação da dita distribuição de energia, de modo que a dita distribuição de energia seja diferente quando do aquecimento da dita subárea menos sensível ao calor do que quando do aquecimento da dita subárea mais sensível ao calor, incluindo a área adjacente a um orifício de lubrificação, de modo a evitar o

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11/137 superaquecimento da dita área adjacente a um orifício de lubrificação. Deste modo, realizando a dita adaptação, é possível alcançar o aquecimento eficiente e adequado da área da superfície a ser endurecida, sem superaquecer e danificar, por exemplo, as bordas dos orifícios de lubrificação.

[022] Em algumas configurações da invenção, durante uma parte substancial (tal como de, pelo menos, 50 %, 75 %, 90 %, 95 % ou mais) do tempo de aplicação do ponto laser efetivo sobre a área de superfície, o ponto de laser efetivo tem uma largura (ou extensão linear, ao longo da curvatura da superfície do munhão) na direção circunferencial de, pelo menos, 5 mm, de preferência de, pelo menos, 7 mm, mais de preferência de, pelo menos, 10 mm e ainda mais de preferência de, pelo menos, 15 mm, 20 mm, 30 mm ou mais, tal como pelo menos 50 mm. A utilização de uma extensão suficiente na direção circunferencial, ou seja, na direção do movimento relativo produzido entre a fonte de laser e a superfície do munhão, faz com que seja possível aquecer cada porção da área da superfície a ser endurecida por um tempo suficiente, ao mesmo tempo em que o processo de endurecimento é completado em um tempo razoavelmente curto. Isto é, uma extensão suficiente do ponto de laser efetivo na direção circunferencial faz com que seja possível realizar o movimento relativo a uma velocidade relativamente elevada, ao mesmo tempo em que é atingida uma profundidade de penetração ou endurecimento suficiente, sem o uso de temperaturas excessivamente elevadas. Por esta razão, pode ser preferida uma largura substancial do ponto de laser efetivo na direção circunferencial. Naturalmente, tem de ser atingido um equilíbrio entre a capacidade, em termos de potência do laser

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12/137 utilizado, e a área de superfície coberta pelo ponto de laser efetivo, já que a potência disponível deve ser suficiente para proporcionar um aquecimento suficiente da área. Foi verificado que quando se trabalha com virabrequins de automóveis com munhões com larguras na ordem de um ou de alguns centímetros na primeira direção e utilizando lasers com uma potência de saída no intervalo de alguns kW, tal como 3 a 4 kW, o ponto efetivo pode, por exemplo, ter uma largura na direção circunferencial da ordem de 1 cm, enquanto que a velocidade linear relativa entre o laser e a superfície do munhão pode ser da ordem de 60 cm/minuto. Para muitos fins industriais, considera-se que o feixe de laser deve ter uma potência de, pelo menos, 3 kW, de preferência mais, tal como de 6 kW.

[023] Em algumas configurações da invenção, o dito ponto de laser efetivo é um ponto de laser equivalente ou virtual obtido por varredura do feixe de laser na primeira direção e na segunda direção, incluindo direções entre estas duas direções, isto é, direções que são oblíquas a primeira e segunda direções, por exemplo, ao longo de um percurso ou linha reta ou curva, seguindo um padrão de varredura repetitivo ao longo do qual o ponto de laser é deslocado com uma velocidade de varredura, de modo que a distribuição de energia bidimensional durante um ciclo de varredura é determinada pela dita velocidade de varredura, pelo dito padrão de varredura, pelo tamanho do ponto de laser, pela energia do feixe de laser e pela distribuição de energia dentro do feixe de laser. Assim, um ou mais destes parâmetros podem ser utilizados para adaptar dinamicamente a distribuição de energia bidimensional. Isto torna possível

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13/137 adaptar e alterar o tamanho e a forma do ponto de laser efetivo, bem como a distribuição de energia bidimensional dentro do ponto de laser efetivo, durante o deslocamento relativo entre a fonte de laser e a superfície da peça, isto é, por exemplo, durante a rotação do virabrequim em torno do seu eixo longitudinal, adaptando assim a distribuição de energia bidimensional, de modo a evitar o superaquecimento das subáreas mais sensíveis ao calor, tal como as áreas adjacentes aos orifícios de lubrificação. Em algumas configurações da invenção, a adaptação da distribuição de energia é alcançada pela adaptação de pelo menos um dos ditos: velocidade de varredura, padrão de varredura, tamanho do ponto de laser, energia do feixe de laser e distribuição de energia dentro do feixe de laser, de modo que a dita distribuição de energia é diferente quando do aquecimento da dita subárea menos sensível ao calor do que quando do aquecimento da dita subárea mais sensível ao calor, incluindo a área adjacente a um orifício de lubrificação, de modo a evitar o superaquecimento da dita área adjacente a um orifício de lubrificação. Em algumas configurações da invenção, a adaptação da distribuição de energia é alcançada pela adaptação da potência do feixe de laser, por exemplo, ligando e desligando o feixe de laser durante a varredura do ponto de laser ao longo o padrão de varredura. Por exemplo, quando se utiliza um laser, tal como um laser de fibra, o feixe de laser pode ser ligado e desligado muito rapidamente, tornando, assim, possível a obtenção de uma distribuição de energia desejada ligando e desligando o feixe de laser enquanto este segue o padrão de varredura. Assim, o aquecimento pode ser obtido ligando o feixe de laser durante

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14/137 determinadas linhas ou partes de linhas do padrão de varredura.

[024] Em algumas configurações da invenção, a distribuição de energia é controlada, pelo menos parcialmente, adaptando seletivamente a potência do feixe de laser durante a varredura do ponto de laser ao longo do padrão de varredura, de modo a ajustar seletivamente o feixe

de laser em	um de uma	plural	idade de estados de	energia
disponíveis,	pelo	menos,	300	vezes por	segundo,	mais	de
preferência,	pelo	menos,	600	vezes por	segundo,	mais	de
preferência,	pelo	menos,	1.000	vezes por	segundo,	mais	de
preferência,	pelo	menos,	5.000	vezes por	segundo	e, ainda

mais de preferência, pelo menos, 10.000 vezes por segundo. O termo estado de energia se refere a um estado em que o feixe de laser tem uma potência média pré-determinada, de modo que diferentes estados de energia correspondem a diferentes níveis de potência do feixe de laser tal como, por exemplo, 0 kW, 1 kW, 4 kW, 5 kW, 6 kW, 9kW e 10 kW. Por exemplo, em algumas configurações da invenção, pode haver dois estados de energia, ou seja, um estado ligado, quando o feixe de laser é ligado, e um estado desligado quando o feixe de laser é desligado, isto é, com zero de potência (ou perto da potência zero). No entanto, qualquer outro estado de energia disponível pode ser utilizado, isto é, também os estados de energia em que a potência média é maior do que zero, mas menor do que a potência máxima do feixe de laser. Por exemplo, se a potência máxima do feixe de laser é de 10 kW, pode haver dois estados de energia disponíveis correspondentes a 0 kW e 10kW e/ou pode haver estados de energia disponíveis que correspondem aos valores

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15/137 intermediários tal como, 2 kW, 4 kW, 5 kW , 6 kW e/ou 8 kW. A expressão disponível se refere ao fato de os estados de energia poderem ser obtidos com o equipamento de laser que estiver sendo utilizado. A expressão ajustado para não implica que deve haver uma mudança real no estado tantas vezes por segundo (por exemplo, vários segmentos adjacentes podem ter o mesmo estado de energia atribuído a eles, de modo que não há necessidade de mudar a potência do laser quando da passagem de um segmento para o seguinte), mas indica que o laser é configurado de modo a ser capaz de alterar o estado de energia muitas vezes, sempre que apropriado, por exemplo, seguindo as instruções fornecidas por um sistema de controle. Desse modo, pode ser alcançada uma segmentação ou pixelização da distribuição de energia com 300, 600, 1000, 5000 ou 10000 segmentos ou pixels por segundo, o feixe de laser tendo, durante cada segmento ou pixel ou, pelo menos, durante uma parte do dito segmento ou pixel, uma potência média conforme determinada pelo estado de energia atribuído ao dito segmento ou pixel. Por exemplo, quando seguindo repetitivamente um padrão de varredura com uma frequência de 50 Hz, a distribuição de energia ao longo do padrão de varredura pode ser determinada, por exemplo, pelos estados de energia atribuídos a 6, 12, 20, 100 ou 200 segmentos ou pixels distribuídos ao longo do padrão de varredura, correspondente a 300, 600, 1000, 5000 e 10000 segmentos ou pixels por segundo, respectivamente. Para as mesmas taxas de pixels por segundo e para uma velocidade de varredura de 100 Hz, a distribuição de energia seria determinada por 3, 6, 10, 50 e 100 segmentos ou pixels do padrão de varredura, respectivamente. Geralmente, é preferível, pelo menos, 6

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16/137 segmentos ou pixels, isto é, por exemplo, o padrão de varredura pode compreender duas filas, cada uma tendo três segmentos, cada segmento tendo um estado de energia atribuído a ele. Obviamente, quando ocorre uma mudança entre os diferentes estados de energia, pode haver períodos transitórios durante os quais a potência do feixe de laser difere da potência determinada pelo estado de energia anterior e pelo novo estado de energia, por exemplo, a potência do feixe pode aumentar ou diminuir de modo que haja uma inclinação na curva de potência enquanto está ocorrendo a transição de um segmento para o outro, durante a varredura do feixe de laser ao longo do padrão de varredura.

[025] Esta abordagem, isto é, a alteração da potência do feixe em diferentes segmentos ou pixels do padrão de varredura, proporciona uma flexibilidade elevada na distribuição de energia e faz com que seja fácil criar e modificar dinamicamente a distribuição de energia, de modo a evitar o superaquecimento, por exemplo, das bordas de orifícios de lubrificação. A abordagem segmentada ou pixelizada também torna mais fácil encontrar padrões de distribuição de energia adequados utilizando testes de tentativa e erro, adaptando os estados de energia atribuídos aos diferentes segmentos, até que um padrão de aquecimento apropriado seja obtido. A alternância entre os diferentes estados de energia ocorre em alta velocidade quando são utilizados lasers adequados, tal como lasers de fibra disponíveis comercialmente. Os lasers de fibra podem ser mais caros do que outros lasers disponíveis, mas podem ser vantajosos devido ao curto período de tempo necessário para a alternância controlada entre, por exemplo, um estado de

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17/137 ligado e desligado, ou entre outros estados de energia/níveis de potência. Os tempos de alternância entre ligado/desligado e desligado/ligado de tais lasers pode ser inferior a 1 ms, tal como 0,1 ms ou menos.

[026] Em algumas dessas configurações da invenção, o padrão de varredura pode compreender uma pluralidade de segmentos, cada um dos ditos segmentos tendo, em um dado momento, um dos ditos estados de energia disponíveis atribuído a ele. O estado de energia atribuído a, pelo menos, um dos ditos segmentos pode ser diferente durante o aquecimento da dita subárea menos sensível ao calor do que durante o aquecimento da dita subárea mais sensível ao calor, incluindo a área adjacente a um orifício de lubrificação, isto é, a distribuição de energia pode ser dinamicamente adaptada modificando o estado de energia atribuído a determinados segmentos ou a todos os segmentos, por exemplo, quando o ponto de laser efetivo se aproxima de um orifício de lubrificação.

[027] Alternativamente ou adicionalmente, a adaptação da distribuição de energia pode ser (ainda) alcançada mediante a adaptação da velocidade de varredura do ponto de laser ao longo do padrão de varredura. Para uma potência fixa do feixe de laser, uma velocidade maior implica que menos energia é aplicada, e vice-versa.

[028] Em algumas configurações da invenção, a varredura é realizada a uma velocidade de varredura suficientemente alta, de modo que as oscilações de temperatura em pontos no interior do dito ponto de laser efetivo tem uma amplitude inferior a 200 °C, de preferência, inferior a 150 °C, mais de preferência, inferior a 100 °C e

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18/137 ainda mais de preferência, inferior a 50 °C, entre um máximo local e um mínimo local seguinte de temperatura. Neste contexto, a amplitude das oscilações se refere à amplitude das variações repetitivas entre máximos e mínimos locais da curva de temperatura, excluindo o aquecimento inicial substancial até uma temperatura máxima na borda dianteira do ponto de laser efetivo e o resfriamento subsequente a uma temperatura baixa na borda final do ponto laser efetivo. Para um endurecimento adequado, é desejável que o metal atinja rapidamente uma temperatura suficientemente elevada e que o metal, subsequentemente, permaneça na dita temperatura suficientemente elevada por um período de tempo razoável, sem flutuações substanciais na dita temperatura, já que tais flutuações podem afetar negativamente a qualidade do endurecimento. Velocidades de varredura de mais de 10, 25,

50, 75, 100, 150, 200 ou 300 Hz (isto é, repetições do padrão de varredura por segundo) podem ser apropriadas para evitar que a temperatura de um local aquecido caia muito antes de o ponto ser reaquecido pelo feixe de laser durante o próximo ciclo de varredura. O endurecimento adequado requer certas temperaturas mínimas e, se é para ser alcançada rapidamente uma profundidade de endurecimento desejada, são preferidas temperaturas altas. No entanto, temperaturas excessivas podem afetar negativamente a qualidade, devido, por exemplo, ao crescimento do tamanho do grão. Assim, uma temperatura de compromisso tem que ser encontrada e desvios desta temperatura devem ser tão pequenos quanto possível. Assim, uma velocidade de segundo pode ser varredura alta em termos de ciclos por preferida para reduzir a amplitude das flutuações ou oscilações de temperatura.

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19/137 [029] Em algumas configurações da invenção, a distribuição de energia no dito ponto de laser efetivo é tal que mais energia é aplicada em direção às extremidades do ponto de laser efetivo na dita primeira direção, do que em direção ao centro do dito ponto de laser efetivo na dita primeira direção. Foi descoberto que, devido ao modo pelo qual a energia térmica é absorvida e distribuída no virabrequim, a aplicação de mais energia em direção às extremidades laterais do ponto de laser efetivo é útil para se obter uma espessura substancialmente uniforme da camada endurecida, isto é, uma seção transversal substancialmente retangular, em vez de uma seção transversal em que a camada endurecida é muito fina no sentido das ditas extremidades laterais e aumenta lentamente, seguindo uma curva, na direção do seu centro. No entanto, deve ser tomado cuidado para evitar o superaquecimento de nervuras ou filetes nas extremidades do munhão.

[030] Em algumas configurações da invenção, a dita distribuição de energia apresenta uma densidade de energia maior em uma porção dianteira do dito ponto de laser efetivo do que em uma porção posterior do dito ponto de laser efetivo, de tal modo que uma área varrida pelo ponto de laser efetivo primeiro recebe a irradiação do laser com potência média maior e, subsequentemente, recebe a irradiação do laser com potência média menor. Isto aumenta a eficiência na medida em que uma temperatura apropriada para o endurecimento é alcançada rapidamente, de modo a reduzir o tempo durante o qual o ponto de laser efetivo tem que ser aplicado a uma determinada área, de modo a obter uma profundidade de endurecimento necessária. Assim, demora menos tempo para

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20/137 completar o endurecimento, por exemplo, da superfície de um munhão.

[031] Em algumas configurações da invenção, o método compreende a etapa de aplicar o ponto de laser efetivo à dita área de superfície em ambos os lados de um orifício de lubrificação na dita primeira direção, o dito orifício de lubrificação se estendendo para o interior de maneira inclinada, de tal modo que ele não se estende por baixo de um primeiro dos ditos lados, mas por baixo de um segundo dos ditos lados, em que o ponto de laser efetivo está adaptado para aplicar mais energia no primeiro dos ditos lados do que no segundo dos ditos lados. Devido à presença do orifício de lubrificação por baixo do segundo dos ditos lados, o efeito dissipador de calor é menor no dito lado. Portanto, de preferência, menos energia deve ser aplicada neste lado do que no outro lado, onde a ausência de tal orifício de lubrificação permite uma melhor dissipação do calor. Desta forma, o uso da energia de aquecimento é otimizado e o risco de superaquecimento minimizado. Ou seja, de acordo com estas configurações da invenção, é dada atenção não só para a superfície a ser endurecida, mas também para a estrutura da subsuperfície da peça em correspondência com os orifícios de lubrificação.

[032] Em algumas configurações da invenção, o ponto de laser efetivo tem uma primeira forma na dita subárea menos sensível ao calor e está adaptado para ter, substancialmente, uma forma em U quando se aproxima de um orifício de lubrificação e para ter, substancialmente, uma forma em U invertido quando se afasta do dito orifício de lubrificação, ou vice-versa e, em que a dita primeira forma,

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21/137 opcionalmente, é uma forma substancialmente retangular ou triangular. Os termos U e U invertido se referem à situação quando o orifício de lubrificação está se aproximando por cima. Basicamente, uma forma substancialmente retangular, trapezoidal ou triangular do ponto de laser efetivo, apropriada para proporcionar um aquecimento bastante homogêneo em toda a superfície do munhão, pode não ser apropriada para o aquecimento em torno do orifício de lubrificação. Portanto, o ponto de laser efetivo pode receber uma forma substancial em U (incluindo uma forma em V ou semelhante) para receber o orifício de lubrificação sem, substancialmente, diretamente aquecê-lo ou às suas bordas e pode, em seguida, ser invertido, de modo a permitir que o orifício de lubrificação saia sem que o orifício de lubrificação ou suas bordas sejam aquecidos diretamente pelo ponto de laser efetivo. A alteração da forma do ponto de laser efetivo pode ser obtida pela modificação da forma do padrão de varredura e/ou alterando o estado de energia atribuído a uma ou mais partes ou segmentos do padrão de varredura. Por exemplo, quando se utiliza um padrão de varredura que compreende uma pluralidade de linhas, cada uma composta de uma pluralidade de segmentos, um ponto de laser efetivo em forma de U pode ser alcançado alterando o estado de energia atribuído a um ou mais dos segmentos na porção central da uma ou mais linhas, por exemplo, através da atribuição de um estado desligado aos ditos segmentos, ou pela atribuição, aos ditos segmentos, de um estado de energia correspondente a um nível de potência baixo do feixe de laser.

[033] Outro aspecto da invenção se refere a um

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método	de	endurecimento por	laser	de uma	superfície de	um
munhão	de	um virabrequim, o	dito	munhão	compreendendo	uma
área	de	superfície a ser	endurecida,	a dita área	de

superfície se estendendo em uma primeira direção paralela a um eixo de rotação do virabrequim e em uma segunda direção correspondente a uma direção circunferencial do munhão, a dita área de superfície compreendendo pelo menos uma subárea mais sensível ao calor e, pelo menos, uma subárea menos sensível ao calor, a dita pelo menos uma subárea mais sensível ao calor incluindo uma área adjacente a um orifício de lubrificação do virabrequim, tal método compreendendo:

[034] projetar um feixe de laser de uma fonte de laser sobre a dita área de superfície;

[035] gerar um movimento relativo entre a superfície do virabrequim e a fonte de laser na dita direção circunferencial, de modo a, subsequentemente, projetar o feixe de laser sobre diferentes porções da dita área de superfície na direção circunferencial, de modo a endurecer um

segmento	circunferencial da	área da	superfície	a	ser
endurecida;
	[036]	e deslocar	o feixe	de laser	na	dita
primeira	direção,	de modo a	aumentar	a extensão	do	dito

segmento circunferencial na dita primeira direção, até o endurecimento da dita área de superfície a ser endurecida ter sido completado;

[037] O método compreende a adaptação da maneira em que a energia é aplicada sobre o dito virabrequim pelo dito feixe de laser em sincronização com o movimento relativo entre a fonte de laser e a superfície do virabrequim, de modo a aplicar menos energia em

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23/137 correspondência com a dita subárea mais sensível ao calor, incluindo uma área adjacente a um orifício de lubrificação, do que na dita subárea menos sensível ao calor, de modo a evitar o superaquecimento da dita área adjacente a um orifício de lubrificação.

[038] De acordo com este aspecto da invenção, o endurecimento da área de superfície é realizado de modo que o endurecimento ocorre, em primeiro lugar, em uma extremidade da área da superfície no dito primeiro sentido e, subsequentemente, se estende para o outro lado da área da superfície a ser endurecida, até que toda a área da superfície tenha sido endurecida. Uma vantagem deste método é que, no final do endurecimento, não há sobreposição com uma área já endurecida. Isto reduz o risco de problemas associados com o reaquecimento e têmpera excessiva de uma área já endurecida.

[039] Em algumas configurações da invenção, a etapa de gerar um movimento relativo entre a superfície do virabrequim e a fonte de laser na dita direção circunferencial inclui a rotação do virabrequim a uma velocidade elevada, tal como a uma velocidade superior a 3000 rpm ou 6000 rpm. Isso pode ajudar a evitar flutuações substanciais de temperatura dentro da área sendo submetida ao aquecimento.

[040] Em algumas configurações da invenção, o método compreende a etapa de aplicar, simultaneamente, mais de um feixe de laser sobre a dita área de superfície, de modo a aquecer simultaneamente, com os respectivos pontos de laser efetivos, uma pluralidade de seções ou setores na direção circunferencial de um segmento circunferencial do munhão. Por

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24/137 exemplo, dois feixes de laser de lados opostos do munhão podem, simultaneamente, iluminar e, assim, aquecer duas seções ou setores, cada um com até 180 graus, de um segmento circular ou anelar do munhão. Deste modo é necessária uma velocidade de rotação inferior do virabrequim, de modo a evitar oscilações substanciais de temperatura dentro da região aquecida, em comparação com o caso em que apenas um feixe de laser é utilizado para aquecer apenas uma tal seção ou setor.

[041] Em algumas configurações da invenção, o método compreende a etapa de aplicar energia para aquecimento da dita área de superfície em ambos os lados de um orifício de lubrificação na dita primeira direção, o dito orifício de lubrificação se estendendo para o interior de maneira inclinada, de tal modo que ele não se estende por baixo de um primeiro dos ditos lados, mas por baixo de um segundo dos ditos lados, em que o método compreende aplicar mais energia no primeiro dos ditos lados do que no segundo dos ditos lados. Deste modo, a utilização de energia é otimizada e o risco de superaquecimento é minimizado, conforme explicado acima.

[042] Em algumas configurações da invenção, o método compreende a etapa de proporcionar um movimento do ponto laser efetivo na direção circunferencial do munhão (pelo movimento do feixe de laser e/ou do virabrequim, por exemplo, pela rotação do virabrequim em torno do seu eixo longitudinal) em uma primeira velocidade, de modo a aquecer, repetitivamente, uma porção circunferencial do dito munhão e mover o ponto laser efetivo na dita primeira direção a uma segunda velocidade, mais baixa do que a dita primeira

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25/137 velocidade, aquecendo, assim, novas porções circunferenciais, ao mesmo tempo permitindo que as porções circunferenciais previamente aquecidas se resfriem, de modo a proporcionar uma auto-têmpera, de modo a aumentar progressivamente o tamanho de um segmento circunferencial endurecido do munhão. Isto é, pelo movimento relativo rápido entre o ponto de laser efetivo e a superfície do munhão na direção circunferencial, um segmento anelar do munhão pode ser aquecido até uma temperatura de endurecimento pretendida e mantido na dita temperatura por um tempo suficientemente longo sem oscilações excessivas na temperatura, de modo a proporcionar o endurecimento e, devido ao movimento na primeira direção, o segmento endurecido é expandido na dita primeira direção até completar o endurecimento, substancialmente, de toda a superfície do munhão.

[043] Em algumas configurações da invenção, o ponto de laser efetivo é projetado sobre o munhão de uma maneira descentrada. Isso pode ajudar a tornar o ponto de laser maior, o que, às vezes, é útil para distribuir melhor o calor. Além disso, esta abordagem pode ser útil já que uma borda dianteira do ponto laser pode ter uma densidade de potência mais elevada do que a borda final, devido a ângulos de incidência diferentes do feixe de laser sobre a superfície na borda dianteira e na borda final do ponto de laser. Conforme explicado aqui, isso pode encurtar o tempo de aquecimento necessário para a superfície para atingir uma temperatura desejada. Esta abordagem pode, por exemplo, ser utilizada em combinação com óticas fixas fornecendo um ponto de laser substancialmente quadrado ou retangular. Descentrar o feixe de laser envolve também a vantagem de reduzir o risco

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26/137 de danos ou falhas devido à retrorreflexão.

[044] Outro aspecto da invenção se refere a um método de endurecimento por laser de uma superfície de uma peça, a peça compreendendo pelo menos uma área de superfície

a ser endurecida,

a dita área de superfície compreendendo

pelo menos uma subárea mais sensível ao calor e, pelo menos, uma subárea menos sensível ao calor, o método compreendendo:

[045]

projetar um feixe de laser de uma fonte

de laser sobre a dita área de superfície, de modo a produzir um ponto de laser sobre a dita área;

[046] gerar um movimento relativo entre a superfície da peça e a fonte de laser, permitindo, assim, que o ponto de laser seja subsequentemente projetado sobre

diferentes porções	da dita área de superfície;
[047]	durante o dito movimento relativo, varrer
repetitivamente o	feixe de laser pela respectiva porção da

dita área de superfície em duas dimensões, de modo a produzir um ponto de laser efetivo bidimensional equivalente ou virtual sobre a dita área de superfície, o dito ponto de laser efetivo tendo uma distribuição de energia;

[048]

em que a dita distribuição de energia

está adaptada de modo a ser diferente em uma subárea mais

sensível ao calor

do que em uma subárea menos sensível ao

calor, de modo a evitar o superaquecimento da dita subárea mais sensível ao calor.

[049]	Em algumas configurações da invenção, o
método compreende	varrer o feixe de laser ao longo de um

padrão de varredura no interior do dito ponto de laser efetivo e modificar a potência do feixe de laser ao longo do dito padrão de varredura, de modo a obter a dita distribuição

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27/137 de energia, opcionalmente, ligando e desligando o feixe de laser ao longo do dito padrão de varredura.

[050] Em algumas configurações da invenção, a distribuição de energia é controlada adaptando seletivamente a potência do feixe de laser durante a varredura do ponto de laser ao longo do padrão de varredura, de modo a ajustar seletivamente o feixe de laser estados de energia disponívei

segundo,	mais	de	preferência,
segundo,	mais	de	preferência,
segundo,	mais	de	preferência,

em um	de uma	pluralidade	de
, pelo	menos,	300	vezes	por
pelo	menos,	600	vezes	por
pelo menos, 1	.000	vezes	por
pelo menos, 5	.000	vezes	por

segundo e, ainda mais de preferência, pelo menos, 10.000 vezes por segundo. Por exemplo, o padrão de varredura compreende uma pluralidade de segmentos, cada um dos ditos segmentos tendo um dos ditos estados de energia disponíveis atribuído a ele e, em que o estado de energia atribuído a, pelo menos, um dos ditos segmentos é diferente na dita subárea menos sensível ao calor do que na dita subárea mais sensível ao calor. Isto é, um, alguns modificados lubrificação, ou os estados de energia atribuídos a durante o re ou mais superaquecimento, por

dos segmentos	podem	ser	dinamicamente
o processo,	de modo	a evitar	o
exemplo, das	bordas	dos	orifícios	de
aquecimento excessivo	de	uma porção	já

endurecida de um munhão, etc.

051]

Conforme explicado acima, o termo estado de energia se refere a um estado em que o feixe de laser tem uma potência média predeterminada, tal como ligado ou desligado ou um nível de potência entre o valor máximo e zero (ou perto de zero). A expressão disponível se refere ao fato de os estados de energia poderem ser obtidos com o

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28/137 equipamento de laser que estiver sendo utilizado. A expressão ajustado para não implica que deve haver uma mudança real no estado tantas vezes por segundo, mas indica que o laser é configurado de modo a ser capaz de alterar o estado de energia, sempre que apropriado, por exemplo, seguindo as instruções fornecidas por um sistema de controle. Desse modo, uma segmentação ou pixelização da distribuição de energia pode ser alcançada com 300, 600, 1000, 5000 ou 10000 segmentos ou pixels por segundo. Por exemplo, 300 segmentos por segundo podem acomodar um padrão de varredura com seis (6) segmentos, a uma frequência de varredura de 50 Hz. Conforme explicado acima, quando ocorre uma mudança entre os diferentes estados de energia, pode haver períodos transitórios durante os quais a potência do feixe de laser difere da potência determinada pelo estado de energia anterior e pelo novo estado de energia, por exemplo, a potência do feixe pode aumentar ou diminuir de modo que haja uma inclinação na curva de potência enquanto estiver ocorrendo a transição de um segmento para o outro, durante a varredura do feixe de laser ao longo do padrão de varredura.

[052] Quanto maior for a capacidade do laser de alternar entre os diferentes estados de energia, maior será o número de segmentos ou de pixels que podem ser utilizados para criar o padrão de varredura, para uma dada frequência de varredura. Por exemplo, no caso de uma fonte de laser que permite uma alternância entre os níveis de potência a uma velocidade de 1000 vezes por segundo, uma frequência de varredura de 100 Hz pode ser utilizada com um padrão de varredura compreendendo 10 segmentos, para cada um dos quais pode ser atribuído e adaptado um estado de energia desejado

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29/137 durante a operação, para evitar o superaquecimento de partes sensíveis ao calor, tal como as bordas dos orifícios de lubrificação de virabrequins.

[053] Em algumas configurações da invenção, o método compreende a etapa de utilizar um padrão de varredura diferente para o feixe de laser no interior do dito ponto de laser efetivo, na dita subárea mais sensível ao calor em comparação com a dita subárea menos sensível ao calor.

[054] Em algumas configurações da invenção, o método compreende a etapa de adaptar a dita distribuição de energia pela adaptação da dita velocidade de varredura, de modo que esta é diferente em, pelo menos, uma parte do dito

ponto	de laser	efetivo na	dita	subárea mais	sensível	ao
calor,	em comparação	com a	dita	subárea menos	sensível	ao
calor.
	[055]	Em	algumas configurações da	invenção,	o

dito ponto de laser efetivo compreende uma porção dianteira com uma distribuição e densidade de energia selecionadas para aquecer uma porção da superfície da peça a uma temperatura de endurecimento, uma porção intermediária com uma distribuição e densidade de energia (tal como uma densidade de energia muito baixa, tal como potência zero ou próxima da potência zero) selecionadas de modo a permitir o resfriamento de uma porção da superfície aquecida para temperar a mesma e uma porção final tendo uma distribuição e densidade de energia selecionadas para aquecer a porção resfriada, de modo a produzir o revenimento desta. Geralmente, muitas peças tal como virabrequins requerem, além do seu endurecimento, o revenimento, de modo a reduzir a dureza, aumentar a ductilidade e a reduzir a fragilidade. Para o revenimento, a

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30/137 peça deve ser aquecida a uma temperatura que é, geralmente, inferior à temperatura utilizada para o endurecimento. Quando uma peça foi endurecida utilizando um tratamento com laser, o revenimento pode ser realizado em uma caldeira ou em um forno, mas também é possível obter o revenimento aplicando um tratamento com laser semelhante ao utilizado para o endurecimento, mas com uma densidade e/ou distribuição de energia diferente. Por exemplo, no caso de um virabrequim, o revenimento pode ser realizado pela aplicação de um ciclo de revenimento após o ciclo de endurecimento. Por exemplo, após o endurecimento de 360 graus de um munhão, o ponto de laser efetivo pode, mais uma vez, ser movimentado em torno ou ao longo do munhão, desta vez para o revenimento do mesmo. No entanto, também é possível proporcionar o endurecimento e o revenimento no mesmo ciclo ou etapa do processo utilizando um ponto de laser efetivo, incluindo: uma porção dianteira para o aquecimento da superfície da peça a uma temperatura de endurecimento desejada e para manutenção da superfície na dita temperatura durante um tempo suficiente, de modo a se obter a profundidade de endurecimento desejada; uma porção intermediária com uma densidade de energia baixa, tal como uma energia ou densidade de potência de, substancialmente, 0 W/cm², de modo a permitir que a porção aquecida se resfrie, de modo a produzir a têmpera ou auto-têmpera desta; e uma porção final que tem uma distribuição e densidade de energia de modo a reaquecer a parte temperada o necessário para o revenimento, conforme desejado. Deste modo, para produzir tanto a têmpera e o revenimento, pode ser suficiente permitir que o ponto de laser efetivo varra a superfície a ser tratada uma vez, por exemplo, no caso de uma superfície de um munhão

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31/137 de um virabrequim, através da rotação do virabrequim uma vez em torno do seu eixo de rotação.

[056] Em algumas configurações da invenção, o ponto de laser efetivo é estabelecido varrendo repetitivamente o feixe de laser sobre a peça seguindo um padrão compreendendo uma pluralidade de linhas, tal como linhas retas ou curvas, em que as ditas linhas são, de preferência, substancialmente paralelas e, em que a varredura é repetida com uma frequência de varredura e, em que cada uma da dita pluralidade de linhas compreende uma pluralidade de segmentos ou pixels, o método compreendendo a atribuição de um valor predeterminado de potência do feixe de laser para cada um dos ditos segmentos, de modo a ajustar seletivamente a potência de saída do feixe de laser a um nível diferente em algum dos ditos segmentos do que em outros dos ditos segmentos. A atribuição da potência do feixe de laser aos segmentos pode incluir a especificação de que o feixe de laser pode ser ligado para alguns dos ditos segmentos selecionados e desligado para outros dos ditos segmentos, o que pode ser conseguido ligando e desligando o laser durante a varredura. Deste modo, é facilmente alcançada uma distribuição de energia pixelizada. Esta abordagem pode ser útil para proporcionar uma distribuição de energia desejada, que possa ser facilmente variada enquanto o ponto de laser efetivo é varrido ao longo da superfície a ser aquecida, por exemplo, pela rotação da peça em torno de um eixo. Em algumas configurações da invenção, esta frequência de varredura é de, pelo menos, 50 Hz (de modo que o feixe de laser é varrido para completar o ponto de laser virtual pelo menos 50 vezes por segundo) e de preferência de, pelo menos, 100 Hz, em que

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32/137 a dita pluralidade de linhas compreende, pelo menos, duas linhas, de preferência, pelo menos, 3 linhas, mais de preferência, pelo menos, 4 linhas, tal como 5 a 10 linhas e, em que cada linha compreende, pelo menos, três segmentos, de preferência, pelo menos 5 segmentos e, mais de preferência, pelo menos 10 segmentos, tal como 10 a 20 segmentos. Este tipo de disposição pode ser apropriado para estabelecer uma distribuição de energia desejada, com detalhe suficiente e com uma frequência suficiente, de modo a evitar flutuações de temperatura substanciais de um ponto dentro do padrão de varredura, durante um ciclo de varredura. O uso de lasers, tal como lasers de fibra, que permite a alternância rápida entre ligado-desligado, torna possível a obtenção de um grande número de segmentos ou pixels também a frequências de varredura relativamente elevadas, tal como a frequências de varredura acima de 50 Hz. Cada segmento pode ter um estado de potência do feixe atribuído a ele, indicativo da potência pretendida para o feixe de laser durante o dito segmento ou parte dele e os estados de energia atribuídos aos segmentos podem ser dinamicamente modificados durante o processo de endurecimento, de modo a, por exemplo, evitar o superaquecimento de subáreas mais sensíveis ao calor. Isto é, através da adaptação dos estados de energia atribuídos aos segmentos, pode ser adaptada a distribuição de energia do ponto laser efetivo.

[057] Nos diferentes aspectos da invenção descritos acima, que incluem varredura do feixe de laser ou ponto de laser ao longo e/ou através de uma porção da peça, esta varredura pode ser realizada de modo que o ponto de laser siga, repetitivamente, um padrão de varredura que

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33/137 compreende uma pluralidade de segmentos e, em que, pelo menos, um valor de parâmetro que influencia a dita distribuição de energia bidimensional é associado com cada um dos ditos segmentos, por exemplo, armazenado em uma memória de um sistema de controle, de modo a ser utilizado para adaptar a operação em correspondência com o respectivo segmento, cada vez que o ponto de laser for movido ao longo do dito segmento. O dito pelo menos um valor de parâmetro pode ser adaptado dinamicamente durante a operação, de modo que o dito pelo menos um valor de parâmetro seja diferente para, pelo menos, um dos ditos segmentos, quando o ponto de laser efetivo está aquecendo a dita subárea mais sensível ao calor do que quando está aquecendo a dita subárea menos sensível ao calor. Por exemplo, podem ser armazenados, para um dado segmento, valores de parâmetros (ou combinações de valores de parâmetro) em diferentes locais da memória e, dependendo da subárea que está sendo aquecida, o valor do parâmetro pode ser retirado de um local da memória ou de outro local da memória. No entanto, isto é apenas um exemplo e também outras implementações estão dentro do âmbito da invenção. Foi descoberto que a utilização de um padrão de varredura segmentado torna fácil encontrar e implementar uma distribuição de energia que é adaptada para o projeto específico de um virabrequim. Adaptando um ou mais parâmetros que influenciam a distribuição de energia bidimensional, é fácil modificar a distribuição de energia para, por exemplo, aplicar menos potência/energia em correspondência com porções da peça mais sensíveis ao calor, tal como a área em torno das bordas de um orifício de lubrificação de um virabrequim. Assim, pela atribuição de valores diferentes a determinados

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34/137 parâmetros em correspondência a cada segmento um operador pode definir diferentes distribuições de energia e, pela alternância entre diferentes distribuições de energia durante o endurecimento de uma porção de uma peça, tal como a superfície de um munhão de um virabrequim, alcançar um endurecimento adequado, evitando ao mesmo tempo o superaquecimento local de porções sensíveis ao calor. A utilização de um padrão de varredura segmentado e a atribuição dos valores dos parâmetros em uma base por segmento faz com que seja fácil encontrar os valores apropriados, por exemplo, com alguns testes de tentativa e erro. Por exemplo, para acomodar um orifício de lubrificação, os valores atribuídos a determinados segmentos podem ser selecionados para reduzir a energia aplicada adjacentemente aos ditos orifícios de lubrificação, quando o ponto de laser efetivo chega às subáreas correspondentes da peça.

[058]	Os	valores	dos parâmetros	podem	ser
indicativos de,	pelo	menos,	um dentre velocidade	de
varredura, tamanho	do	ponto de	laser, potência	do feixe	de

laser, distribuição de energia dentro do feixe de laser, comprimento do segmento correspondente e orientação do segmento correspondente. Em muitas configurações da invenção, a potência do feixe de laser e/ou a velocidade de varredura podem ser os parâmetros preferidos. A escolha do parâmetro pode depender de fatores tal como, a velocidade com que o feixe de laser pode ser alternado entre diferentes níveis de energia, tal como ligado/desligado, ou entre diferentes níveis intermediários de potência e até onde o sistema de varredura permite mudanças rápidas e controladas na velocidade de varredura em um segmento, em uma base por

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35/137 segmento. Quando são utilizados lasers que permitem uma mudança rápida e controlada da potência de saída, a potência do feixe de laser pode ser utilizada, vantajosamente, como, pelo menos, um dos parâmetros que determinam a distribuição de energia.

[059] O método pode compreender a etapa de armazenar, para cada segmento, o pelo menos um valor de parâmetro correspondente em uma memória, em que para, pelo menos, um segmento, pelo menos dois valores diferentes são armazenados na dita memória, um primeiro para ser utilizado quando do aquecimento da dita subárea menos sensível ao calor e um segundo para ser aplicado quando do aquecimento da dita subárea mais sensível ao calor. Assim, os valores dos parâmetros correspondentes a diferentes distribuições de energia bidimensional podem ser armazenados em diferentes locais da memória e, dependendo se uma subárea mais sensível ao calor ou uma subárea menos sensível ao calor estiver sendo aquecida, os sistemas de controle utilizam os valores de parâmetros de um ou outro local da memória. Assim, ao adaptar o sistema e método a um novo tipo de virabrequim, o operador pode criar um conjunto de diferentes distribuições de energia pelo projeto de um padrão de varredura e pelos valores dos parâmetros, por exemplo, projetando uma primeira distribuição de energia para ser utilizada durante a maior parte do aquecimento de um munhão de um virabrequim, uma segunda distribuição de energia para ser utilizada quando o ponto de laser efetivo se aproxima da subárea com um orifício de lubrificação e uma terceira distribuição de energia para ser utilizada quando o ponto de laser efetivo deixa a subárea com o orifício de lubrificação. Os padrões de distribuição de

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36/137 energia bidimensional podem, assim, ser facilmente adaptados para considerar, por exemplo, a largura do munhão e o tamanho e/ou localização de um orifício de lubrificação.

[060] A varredura pode, por exemplo, ser realizada a uma velocidade média de, pelo menos, 300 segmentos por segundo, de preferência de, pelo menos, 600 segmentos por segundo, mais de preferência de, pelo menos, 1.000 segmentos por segundo, mais de preferência de, pelo menos, 5.000 segmentos por segundo e ainda mais de preferência de, pelo menos, 10.000 segmentos por segundo. Uma velocidade de varredura alta pode ser preferível para repetir o padrão de varredura a uma frequência elevada, de modo a evitar, por um lado, flutuações substanciais de temperatura entre cada ciclo de varredura na área sendo aquecida, permitindo ao mesmo tempo um número suficientemente elevado de segmentos, de forma a proporcionar flexibilidade na distribuição da energia bidimensional. Por exemplo, com uma velocidade de varredura de 300 segmentos por segundo, um padrão de varredura tendo seis segmentos ou pixels pode ser repetido com uma frequência de 50 Hz. Um número elevado de segmentos ou pixels pode ser útil para aumentar as possibilidades de adaptação da distribuição de energia, tanto quanto possível, às características da superfície sendo endurecida, ao passo que uma frequência elevada de repetição do padrão de varredura reduz o risco de flutuações de temperatura indesejáveis dentro da área sendo aquecida, entre cada ciclo de varredura.

[061] Em algumas configurações dos aspectos da invenção descritos acima, o método compreende a etapa de redução da densidade de energia em uma porção dianteira do

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37/137 ponto de laser efetivo, quando o ponto de laser efetivo está chegando a uma porção previamente endurecida da dita área de superfície, tal como a uma porção previamente endurecida de um munhão de um virabrequim, endurecida pelo deslocamento do ponto de laser efetivo em torno do munhão em uma direção circunferencial. Deste modo, o aquecimento indevido de uma porção já aquecida e endurecida do munhão pode ser evitado. Em algumas configurações da invenção, a densidade de potência/energia na borda dianteira do ponto laser efetivo é apenas reduzida, mas o ponto de laser efetivo continua se deslocando, por exemplo, em torno do munhão na direção circunferencial, de modo a reaquecer a porção endurecida até determinada medida, com a finalidade de revenir a mesma. Em outras configurações da invenção, o método compreende a etapa de, quando o ponto de laser efetivo está chegando a uma porção previamente endurecida da dita área de superfície, tal como uma porção previamente endurecida de um munhão de um virabrequim endurecida por deslocamento do ponto de laser efetivo em torno do munhão em uma direção circunferencial, interromper o movimento do dito ponto de laser efetivo em uma porção dianteira do dito ponto de laser efetivo, enquanto que uma porção final do dito ponto de laser efetivo continua a se mover na dita direção circunferencial, reduzindo desta forma, progressivamente, o tamanho do dito ponto de laser efetivo na dita direção circunferencial, até que o dito ponto de laser efetivo desapareça. Isto é, o ponto de laser efetivo substancialmente para ao chegar à porção previamente endurecida, isto é, por exemplo, a borda dianteira para e a borda final alcança a borda dianteira, completando o ciclo de endurecimento.

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38/137 [062] Em ambos os casos, a aplicação do método pode ser facilitada, substancialmente, se o ponto de laser efetivo for composto de segmentos, tal como segmentos de um padrão de varredura. A redução ou cancelamento do ponto laser efetivo a partir de sua borda dianteira pode ser conseguida pela adaptação da densidade de energia nos ditos segmentos, tal como pela redução da potência do feixe e/ou aumentando a velocidade de varredura e/ou, simplesmente, cancelando ou rearranjando os segmentos. Assim, a abordagem segmentada em combinação com a utilização da varredura bidimensional do feixe de laser para criar o ponto de laser efetivo proporciona flexibilidade e torna mais fácil para o técnico no assunto lidar, por exemplo, no caso de endurecimento por laser de munhões de virabrequins na direção circunferencial, com a chegada do ponto de laser efetivo na porção previamente endurecida da trilha.

[063] Outro aspecto da invenção se refere a um método de endurecimento por laser de uma superfície de uma peça, tal como uma peça de aço de carbono médio, por exemplo, um virabrequim; a referência a uma superfície não significa que toda a superfície tenha que ser endurecida; por exemplo, no caso de um virabrequim, pode ser suficiente que partes da superfície, por exemplo, as superfícies de um ou mais munhões e/ou de paredes adjacentes aos munhões, sejam endurecidas.

[064] A peça compreende pelo menos uma área de superfície a ser endurecida (por exemplo, a superfície de um ou mais dos munhões e/ou um ou mais dos munhões de biela do virabrequim e/ou superfícies das paredes do virabrequim), a dita área de superfície compreendendo, pelo menos, uma subárea mais sensível ao calor (por exemplo, no caso de um

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39/137 virabrequim, a área imediatamente em torno de um orifício de lubrificação e/ou a área perto da borda de um filete rebaixado; aqui, a ausência de material reduz a capacidade de dissipação de calor e implica em um maior risco de superaquecimento; também, as bordas afiadas são mais suscetíveis a serem danificadas por superaquecimento do que a superfície lisa e regular do resto do munhão) e, pelo menos, uma subárea menos sensível ao calor (por exemplo, no caso de um virabrequim, a parte da superfície do munhão que é mais afastada do dito orifício de lubrificação e/ou do dito filete rebaixado, onde a ausência de arestas e vazios implica em uma

redução do risco	de superaquecimento).
	[065]	O método compreende:
	[066]	projetar um feixe de	laser de	uma fonte
de	laser sobre a	dita área de superfície,	de modo	a produzir
um	ponto de laser	sobre a dita área;
	[067]	gerar um movimento	relativo	entre a

superfície da peça e a fonte de laser (por exemplo, através da rotação da peça em torno de um eixo X e/ou através do deslocamento da peça e/ou da fonte de laser ao longo de um eixo Y e/ou Z, perpendicular ao dito eixo X), permitindo, assim, que o ponto de laser seja, subsequentemente, projetado sobre diferentes porções da dita superfície (isto é, dependendo da posição relativa entre a peça e a fonte de laser de acordo com, por exemplo, os ditos eixos X, Y e Z, a cada momento a fonte de laser, em combinação com o meio de varredura, pode direcionar o ponto de laser sobre uma certa porção ou seção da dita área de superfície, por exemplo e, dependendo se o meio de varredura proporciona um movimento unidimensional ou bidimensional, em uma linha da dita área

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40/137 com uma espessura que corresponde ao diâmetro, comprimento ou largura do ponto laser, ou em, por exemplo, uma seção substancialmente retangular da área);

[068] durante o dito movimento relativo, varrer com o feixe de laser através da respectiva porção da dita área. A varredura pode ser realizada em uma só dimensão, por exemplo, em paralelo com um eixo de rotação da peça e/ou perpendicularmente à direção do movimento da superfície da peça em relação à posição da fonte de laser, ou em duas dimensões, seguindo, assim, um percurso ou padrão, tal como um padrão retangular, um padrão oval, um padrão triangular, um padrão trapezoidal, um padrão hexagonal, um padrão octogonal, etc., ou preenchendo uma área delineada por tal padrão, por exemplo, pela varredura sinuosa ou triangular para a frente e para trás ao longo e/ou através da dita porção, ou fazendo a varredura do feixe de laser ao longo de uma pluralidade de linhas, tal como linhas substancialmente paralelas. O termo varredura do feixe de laser deve ser interpretado como significando que o próprio feixe de laser é deslocado, utilizando algum tipo meio ótico de varredura ou semelhante, tal como um ou mais espelhos de varredura.

[069]	A	varredura é	realizada de	modo que o
ponto de laser	siga	um padrão	de varredura	na	área de
superfície,
[070]	De	acordo com	este aspecto	da	invenção,
pelo menos um dentre

i) uma velocidade de varredura; e/ou ii) uma potência do feixe de laser; e/ou iii) um tamanho do ponto de laser;

071] é diferente em uma parte do padrão de

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41/137 varredura do que em outra parte do padrão de varredura, de modo a evitar (ou reduzir o risco de) superaquecimento da peça na subárea mais sensível ao calor.

[072] Assim, na subárea mais sensível ao calor, a velocidade de varredura pode ser mais elevada e/ou a potência do feixe de laser pode ser reduzida e/ou a área do ponto laser pode ser maior - algo que pode ser conseguido, por exemplo, pelo movimento das lentes de focagem - do que na subárea menos sensível ao calor, de modo a reduzir a quantidade de energia por unidade de área de superfície que é transferida para a peça na dita área mais sensível ao calor, em comparação com a dita área menos sensível ao calor.

[073] Em algumas configurações da invenção, o dito padrão de varredura compreende uma pluralidade de segmentos e, para cada um dos ditos segmentos, é atribuído (i) uma velocidade de varredura; e/ou (ii) uma potência do feixe de laser; e/ou (iii) um tamanho do ponto de laser;

[074] pelo menos uma das ditas velocidade de varredura, potência do feixe de laser e tamanho do ponto de laser é selecionada diferentemente em relação a, pelo menos, um dos ditos segmentos em comparação com, pelo menos, outro dos ditos segmentos.

[075] Os segmentos podem ser retos ou curvos e podem formar um polígono ou qualquer outra figura geométrica. Eles podem formar uma curva fechada seguida, repetidamente, pelo ponto de laser durante a varredura, ou uma curva aberta que pode ser seguida, repetidamente, em ambas as direções, pelo ponto de laser. Os segmentos podem ser curtos e podem até incluir pontos em que o feixe de laser pode ser escolhido

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42/137 para ficar em repouso durante um determinado período de tempo. Assim, através da atribuição, para cada segmento de, pelo menos, um valor de um parâmetro que tem influência na transferência de energia para a superfície durante a varredura, pode ser alcançada uma distribuição da transferência de calor e aquecimento adequados. Por exemplo, em um sistema de varredura controlado por um computador, esta abordagem torna fácil para um operador diferentes perfis de transferência de energia padrão de varredura e, por tentativa e erro, experimentar ao longo do chegar a um perfil apropriado para um produto específico, tal como para um virabrequim específico. Além disso, esta abordagem pode ser facilmente implementada em um sistema de simulação computadorizada, de modo a ser possível experimentar diferentes perfis de transferência de energia, modificando a velocidade de varredura, potência do feixe de laser e/ou o tamanho do ponto de laser para um ou mais segmentos e até modificar a geometria do layout do padrão de varredura, até chegar a algo que proporcione um aquecimento adequado da peça. Podem ser proporcionados meios de entrada de dados de computador que permitam a variação do padrão de varredura (por exemplo, ajustando o comprimento dos segmentos) e/ou da velocidade de varredura e/ou da potência do feixe de laser e/ou do tamanho do ponto de laser. Naturalmente, também podem ser incorporados parâmetros adicionais.

[076] Por exemplo, a velocidade de varredura pode ser selecionada para ser maior em um segmento que está mais perto de uma subárea mais sensível ao calor do que em dois segmentos adjacentes, que estão mais longe da dita subárea sensível ao calor. Por exemplo, no caso de um

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43/137 virabrequim, a velocidade de varredura pode ser selecionada maior para um ou dois segmentos que irão, de fato, atravessar o(s) orifício(s) de lubrificação em alguma fase do processo, do que para os segmentos adjacentes. A utilização de diferentes velocidades de varredura para diferentes segmentos ao longo do percurso seguido pelo ponto de laser tem a vantagem de ser facilmente implementada com meios de varredura disponíveis comercialmente.

[077] Em algumas configurações da invenção, a potência do feixe de laser pode ser selecionada para ser maior em um segmento que está mais perto de uma subárea mais sensível ao calor do que em dois segmentos adjacentes, que estão mais longe da dita subárea sensível ao calor. Por exemplo, no caso de um virabrequim, a velocidade de varredura pode ser selecionada maior e/ou a potência do feixe de laser pode ser selecionada menor para um ou dois segmentos que irão, de fato, atravessar o(s) orifício(s) de lubrificação em alguma fase do processo, do que para os segmentos adjacentes.

[078] Em algumas configurações da invenção, o ponto de laser é selecionado para ter uma área maior em um segmento que está mais perto de uma subárea mais sensível ao calor do que em dois segmentos adjacentes que estão mais longe da dita subárea sensível ao calor. Assim, por desfocagem durante certa parte do trajeto percorrido pelo feixe de laser, a concentração da potência por unidade de área superficial se tornará menor, o que pode ser útil para evitar o superaquecimento das pequenas áreas mais sensíveis ao calor, tal como aquelas correspondentes aos orifícios de lubrificação de virabrequins.

[079] Em algumas configurações deste aspecto da

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44/137 invenção, (i) a velocidade de varredura; e/ou (ii) a potência do feixe de laser; e/ou (iii) o tamanho do ponto de laser;

[080] atribuído(s) a um ou mais dos segmentos é/são modificado(s), pelo menos, uma vez enquanto a superfície da peça se move em relação à fonte de laser, por exemplo, cada vez que o padrão ou segmento chega ou sai de uma subárea mais sensível ao calor. Assim, por exemplo, a velocidade de varredura e/ou a potência do feixe de laser e/ou o tamanho do ponto de laser, que corresponde a um ou mais segmentos do padrão, pode ser modificada durante o processo, por exemplo, quando um ou mais dos segmentos estão chegando a uma subárea mais sensível ao calor, tal como no local ou na proximidade dos orifícios de lubrificação de um virabrequim e, também, quando o dito segmento ou segmentos estão deixando a dita subárea mais sensível ao calor. Desta forma, o tratamento térmico pode, facilmente, ser razoavelmente otimizado para todas as áreas da peça, de acordo com a sua sensibilidade ao calor.

[081] Este aspecto da invenção pode, adicionalmente, compreender a etapa de programar meios de controle eletrônico, tal como um computador pessoal, um PLC, ou similar, para controlar o feixe de laser através da atribuição, para cada um dos ditos segmentos, de:

(i) pelo menos, uma velocidade de varredura; e/ou (ii) pelo menos, uma potência do feixe de laser; e/ou (iii) pelo menos, um tamanho do ponto de laser.

[082] Em algumas configurações da invenção, o

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45/137 padrão de varredura tem uma forma geométrica (por exemplo, definida pelos segmentos), em que a dita forma geométrica do padrão de varredura é modificada, pelo menos, uma vez enquanto a superfície da peça está em movimento em relação à fonte de laser. Por exemplo, em uma fase do processo, tal como durante uma rotação da peça, por exemplo, quando um orifício de lubrificação se aproxima da porção varrida da área de superfície, um ou mais segmentos podem, simplesmente, ser omitidos para evitar o superaquecimento de uma subárea mais sensível ao calor, ou o padrão de varredura pode ser modificado para reduzir a densidade de potência em uma ou mais áreas.

[083] Outro aspecto da invenção se refere a um método de endurecimento por laser de uma superfície de uma peça (tal como uma peça de aço de carbono médio, por exemplo, um virabrequim; a referência a uma superfície não significa que toda a superfície tenha que ser endurecida; por exemplo, no caso de um virabrequim, pode ser suficiente que partes da superfície, por exemplo, as superfícies de um ou mais munhões e/ou das paredes adjacentes aos munhões, sejam endurecidas), a peça compreendendo, pelo menos, uma área de superfície a ser endurecida (por exemplo, a superfície de um ou mais munhões e/ou um ou mais munhões de biela do virabrequim e/ou as superfícies das paredes do virabrequim). A área de superfície compreende, pelo menos, uma subárea mais sensível ao calor (por exemplo, no caso de um virabrequim, a área imediatamente em torno de um orifício de lubrificação e/ou a área perto da borda de um filete rebaixado; aqui, a ausência de material reduz a capacidade de dissipação de calor e implica em um maior risco de superaquecimento; também, as

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46/137 bordas afiadas são mais suscetíveis de serem danificadas por superaquecimento do que a superfície lisa e regular do resto do munhão) e, pelo menos, uma subárea menos sensível ao calor (por exemplo, no caso de um virabrequim, a parte da superfície do munhão que é mais afastada do dito orifício de lubrificação e/ou do dito filete rebaixado, onde a ausência de bordas e vazios implica em uma redução do risco de superaquecimento). Tal método compreendendo:

[084] projetar um feixe de laser de uma fonte de laser sobre a dita área de superfície, de modo a produzir um ponto de laser sobre a dita área;

[085] gerar um movimento relativo entre a superfície da peça e a fonte de laser (por exemplo, através da rotação da peça em torno de um eixo X e/ou através do deslocamento da peça e/ou da fonte de laser ao longo de um eixo Y e/ou Z, perpendicular ao dito eixo X), permitindo, assim, que o ponto de laser seja, subsequentemente, projetado sobre diferentes porções da dita superfície (isto é, dependendo da posição relativa entre a peça e a fonte de laser de acordo com, por exemplo, os ditos eixos X, Y e Z, a cada momento a fonte de laser, em combinação com o meio de varredura, pode direcionar o ponto de laser sobre uma certa porção ou seção da dita área de superfície, por exemplo e, dependendo se o meio de varredura proporciona um movimento unidimensional ou bidimensional, em uma linha da dita área com uma espessura que corresponde ao diâmetro, comprimento ou largura do ponto laser, ou em, por exemplo, uma seção substancialmente retangular da área);

[086] durante o dito movimento relativo, varrer o feixe de laser através da respectiva porção da dita área de

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47/137 superfície (a varredura pode ser realizada em uma só dimensão, por exemplo, em paralelo com um eixo de rotação da peça e/ou perpendicularmente à direção do movimento da superfície da peça em relação à posição da fonte de laser, ou em duas dimensões, seguindo, assim, um percurso ou padrão, tal como um padrão retangular, um padrão oval, um padrão triangular, um padrão trapezoidal, um padrão hexagonal, um padrão octogonal, etc., ou preenchendo uma área delineada por tal padrão, por exemplo, pela varredura sinuosa ou triangular para a frente e para trás ao longo e/ou através da dita porção, ou fazendo a varredura do feixe de laser ao longo de uma pluralidade de linhas, tal como linhas substancialmente paralelas; o termo varredura do feixe de laser deve ser interpretado como significando que o próprio feixe de laser é deslocado, utilizando algum tipo meio ótico de varredura ou semelhante, tal como um ou mais espelhos de varredura).

[087] em que a varredura é realizada de modo que o ponto de laser siga um padrão ou percurso de varredura na área, o padrão de varredura tendo uma configuração geométrica.

[088] De acordo com esse aspecto da invenção, a configuração geométrica do padrão de varredura é modificada, pelo menos, uma vez durante o movimento relativo entre a área da superfície e a fonte de laser. Por exemplo, o padrão de varredura pode compreender uma pluralidade de segmentos e um ou mais segmentos podem, simplesmente, ser omitidos para evitar o superaquecimento de uma subárea mais sensível ao calor, ou o padrão pode ser modificado para reduzir a densidade de potência em uma ou mais áreas.

Assim, por exemplo, no caso de um virabrequim quando, durante o

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48/137 movimento relativo entre a fonte de laser e a superfície da peça, um ou mais orifícios de lubrificação se aproximam da área a ser varrida, o padrão de varredura pode ser adaptado, por exemplo, pela redução da densidade de energia do percurso, isto é, separando os segmentos e/ou omitindo um ou mais segmentos. Por exemplo, um segmento pode ser omitido mudando um padrão original de varredura em curva fechada para um padrão de varredura em curva aberta, em que o ponto de laser pode acompanhar a dita curva aberta para frente e para trás; se o segmento omitido corresponder à posição do orifício de lubrificação, ele não vai contribuir para o aquecimento das bordas do orifício de lubrificação.

[089] Outro aspecto da invenção se refere a um método de endurecimento por laser de uma superfície de uma peça (tal como uma peça de um material ferroso, tal como aço carbono médio, por exemplo, como um virabrequim), a peça compreendendo pelo menos uma área de superfície a ser endurecida (por exemplo, a superfície de um ou mais dos munhões e/ou um ou mais dos munhões de biela do virabrequim e/ou superfícies das paredes do virabrequim), a dita área de superfície compreendendo, pelo menos, uma subárea mais sensível ao calor (por exemplo, no caso de um virabrequim, a área imediatamente em torno de um orifício de lubrificação e/ou a área perto da borda de um filete rebaixado; aqui, a ausência de material reduz a capacidade de dissipação de calor e implica em um maior risco de superaquecimento; também, as bordas afiadas são mais suscetíveis de serem danificadas por superaquecimento do que a superfície lisa e regular do resto do munhão) e, pelo menos, uma subárea menos sensível ao calor (por exemplo, a parte da superfície do

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49/137 munhão que é mais afastada do dito orifício de lubrificação e/ou do dito filete rebaixado, onde a ausência de bordas e vazios implica em uma redução do risco de superaquecimento).

[090] Tal método compreende:

[091] projetar um feixe de laser de uma fonte de laser sobre a dita área de superfície, produzindo assim um ponto de laser sobre a dita área de superfície;

[092] gerar um movimento relativo entre a superfície da peça e a fonte de laser (por exemplo, através da rotação da peça em torno de um eixo X e/ou através do deslocamento da peça e/ou da fonte de laser ao longo de um eixo Y e/ou Z, perpendicular ao dito eixo X), permitindo, assim, que o ponto de laser seja, subsequentemente, projetado sobre diferentes porções da dita superfície (isto é, dependendo da posição relativa entre a peça e a fonte de laser de acordo com, por exemplo, os ditos eixos X, Y e Z, a cada momento a fonte de laser, em combinação com o meio de varredura, pode direcionar o ponto de laser sobre uma certa porção ou seção da dita área de superfície, por exemplo e, dependendo se o meio de varredura proporciona um movimento unidimensional ou bidimensional, em uma linha da dita área com uma espessura que corresponde ao diâmetro, comprimento ou largura do ponto laser ou em, por exemplo, uma seção substancialmente retangular da área);

[093] durante o dito movimento relativo, varrer o feixe de laser através da dita porção da dita área (a varredura pode ser realizada de uma só dimensão, por exemplo, em paralelo com um eixo de rotação da peça de trabalho, ou em duas dimensões, seguindo assim um padrão tal como um padrão retangular, um padrão oval, um padrão triangular, um padrão

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50/137 trapezoidal, etc., ou preenchendo uma área delimitada por tal padrão, por exemplo, pela varredura sinuosa ou triangular para trás e para a frente ao longo e/ou através da dita área, ou deixando o feixe de laser seguir um padrão compreendendo uma pluralidade de linhas, tal como linhas paralelas; O termo varredura do feixe de laser deve ser interpretado como significando que o próprio feixe de laser é deslocado, utilizando algum tipo de meio ótico de varredura, tal como um ou mais espelhos de varredura; no caso de um scanner-XYZ, além da possibilidade de movimento do ponto nas direções X e Y, é fornecida uma lente de focagem que pode ser deslocada na direção Z por algum tipo de meio de acionamento, permitindo assim a adaptação dinâmica do tamanho do ponto de laser; assim, tanto a posição do ponto e o seu tamanho podem ser controlados e adaptados para otimizar o processo de endurecimento);

[094] e modular o feixe de laser.

[095] De acordo com este aspecto da invenção, o feixe de laser é modulado de forma diferente quando o ponto de laser está na dita subárea mais sensível ao calor do que quando está na dita subárea menos sensível ao calor, de modo a evitar o superaquecimento de uma porção respectiva da peça. Mais especificamente:

A- o feixe de laser é modulado em potência (por exemplo, de modo que a sua potência seja menor quando o ponto de laser está na dita subárea mais sensível ao calor do que quando o ponto de laser está na dita subárea menos sensível ao calor; a modulação da potência pode, até mesmo, incluir a redução temporária da potência a zero ou perto de zero);

e/ou

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B- o feixe de laser é modulado em velocidade de varredura (por exemplo, de modo que o ponto de laser se mova mais rapidamente sobre a superfície da peça quando o ponto de laser está na dita subárea mais sensível ao calor do que quando o ponto de laser está na dita subárea menos sensível ao calor; modular a velocidade de varredura pode incluir, ainda, parar temporariamente o movimento do feixe de laser);

e/ou

C- o feixe de laser é modulado no seu padrão de varredura, de modo que o ponto de laser siga um padrão de varredura diferente em correspondência com a dita subárea mais sensível ao calor do que em correspondência com a dita subárea menos sensível ao calor (assim, para a subárea mais sensível ao calor, pode ser escolhido um padrão de varredura que reduz o risco de superaquecimento, por exemplo, as bordas de orifícios de lubrificação ou filetes rebaixados de um virabrequim);

e/ou

D- o feixe de laser é modulado no tamanho do ponto de laser, de modo que o tamanho do ponto de laser é diferente (por exemplo, maior) em correspondência com a dita subárea mais sensível ao calor do que em correspondência com a dita subárea menos sensível ao calor (assim, para a subárea mais sensível ao calor, pode ser utilizado um tamanho de ponto que reduz o aquecimento, por exemplo, nas bordas dos orifícios de lubrificação ou nos filetes rebaixados de um virabrequim. Aumentando o tamanho do ponto, por exemplo, por desfocagem do feixe de laser, reduz a quantidade de energia por unidade de área de superfície do ponto de laser).

[096] Assim, por exemplo, em todos estes

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aspectos da	invenção	e no	caso	de endurecimento	das
superfícies	dos mancais	de	um virabrequim, ou seja,	das
superfícies	do munhão e	dos	munhões	de biela, o feixe	de
laser pode	ser focado	para	um dos	ditos munhões e,	em

seguida, o feixe pode ser varrido através do dito munhão e/ou através de uma porção do dito munhão. Por outro lado, devido ao movimento relativo entre a fonte de luz laser e a superfície do virabrequim, toda a circunferência do virabrequim pode ser varrida. Agora, em vez da utilização de meio óticos para a produção de, por exemplo, um ponto de laser quadrado ou retangular de tamanho substancial, tal como um ponto de laser que tem uma largura da ordem da largura do munhão, pode ser utilizado um ponto menor, o qual é, então, varrido através de todo o munhão. Deste modo, a modulação do feixe em termos de velocidade de varredura, potência, padrão de varredura e/ou tamanho do ponto de laser permite que o tratamento térmico seja adaptado às particularidades de diferentes porções da superfície, por exemplo, à sensibilidade ao calor de regiões tal como, no caso de um virabrequim, os orifícios de lubrificação e os filetes. Assim, em vez apenas de tratar todas as porções da superfície da mesma maneira, simplesmente aplicando um ponto de laser grande à superfície e movimentando a superfície em relação à fonte de laser, por exemplo, fazendo rodar a peça (que parece ser o que é sugerido pelo documento DE-10 2005 005 141-B3), pode ser utilizado um ponto menor e podem ser realizadas a varredura e a modulação, de modo que partes diferentes da superfície recebam quantidades diferentes de energia, de modo a obter um aquecimento suficiente de todas as partes e, ao mesmo tempo, evitar o superaquecimento de certas partes. Pela

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53/137 modulação do feixe, partes diferentes da superfície podem ser tratadas de forma diferente. Por exemplo, o padrão de varredura pode ser modificado na área perto dos orifícios de lubrificação para impedir que as bordas dos orifícios de lubrificação sofram um superaquecimento. Além disso, ou como alternativa, a intensidade do feixe pode ser reduzida e/ou a velocidade aumentada e/ou o tamanho do ponto de laser pode ser aumentado por desfocagem ou por adaptação do ângulo de incidência do feixe de laser sobre a superfície, de modo a evitar a ocorrência de superaquecimento. Assim, em vez de aquecer toda a área de superfície a ser endurecida homogeneamente, podem ser tomados cuidados para reduzir o risco de superaquecimento em áreas tal como as áreas em torno dos orifícios de lubrificação e/ou áreas próximas aos filetes rebaixados. Nessas áreas, a ausência de material reduz o fluxo de calor a partir da superfície aquecida e isso implica em um risco substancialmente maior de superaquecimento; além disso, as bordas afiadas nessas áreas são mais propensas a sofrer danos por superaquecimento, do que a superfície lisa de outras partes do munhão.

[097]	Assim, por	modificação de um	ou	mais
destes parâmetros,	o risco de	superaquecimento	pode	ser
reduzido.
[098]	Quando se	utiliza qualquer	um	dos

aspectos da invenção discutidos acima e, especialmente, ao criar um ponto de laser efetivo equivalente ou virtual por varredura de um feixe de laser em uma ou duas dimensões, o técnico no assunto pode utilizar simulações de computador e/ou testes práticos de tentativa e erro para determinar as técnicas de modulação que são apropriadas para cada projeto

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54/137 específico de virabrequim. Adaptando o sistema para um novo tipo de virabrequim requer, assim, apenas uma alteração no software, por exemplo, através da introdução de novos perfis da velocidade de varredura, perfis de intensidade da luz laser, padrões de varredura e/ou tamanhos de ponto, por exemplo, atribuindo valores diferentes destes parâmetros a segmentos diferentes de um padrão de varredura. Isto torna mais fácil a realização de simulações de tentativa e erro e a modificação dinâmica do padrão de varredura e dos parâmetros relacionados durante as ditas simulações de tentativa e erro e também durante a operação real (por exemplo, utilizando um pirômetro e software associado e controle apropriado baseado na resposta), para alcançar um desempenho adequado. Na verdade, a abordagem técnica de modulação do feixe ou distribuição de energia escolhida para um tipo de virabrequim, frequentemente, pode ser facilmente adaptada para outro tipo de virabrequim, considerando as alterações nas dimensões e mudanças nas posições, por exemplo, dos orifícios de lubrificação. Assim, esta técnica é muito mais flexível do que aquela baseada em aquecimento por indução. Usando configurações da presente invenção, a adaptação pode, basicamente, residir na adaptação de software, em vez de hardware.

[099] Por exemplo, qualquer uma das alternativas de modulação A, B, C e D podem ser utilizadas por si só, ou A pode ser utilizada em conjunto com B ou C, ou B pode ser utilizada com C, ou A e B e C podem ser utilizadas em conjunto e D pode, opcionalmente, ser utilizada com qualquer das combinações acima. Assim, os diferentes aspectos da invenção descritos acima proporcionam uma plataforma

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55/137 extremamente flexível para adaptar o aquecimento a laser da peça para diferentes modelos de peças, reduzindo substancialmente a necessidade de adaptar o hardware; isso implica outra vantagem importante sobre o aquecimento por indução de peças, tal como virabrequins. Por exemplo, a escolha da(s) opção(s) entre A, B, C e D pode ser feita com base em considerações de ordem prática, por exemplo, os custos envolvidos com diferentes tipos de lasers e sistemas de varredura, a capacidade de variação da velocidade de varredura e/ou a intensidade de potência do feixe de laser, a capacidade de variação de padrões de varredura, por exemplo, dependendo se é utilizado um sistema de varredura uniaxial ou biaxial, etc.

[0100] Esta abordagem da modulação não só é útil para evitar o superaquecimento nos orifícios de lubrificação e nos filetes e rebaixos, mas também pode ser útil no caso de peças em relação as quais uma circunferência inteira deve ser endurecida, tal como a circunferência de munhões de um virabrequim: uma vez que praticamente a totalidade dos 360 graus da circunferência tenha sido submetida ao tratamento térmico, o feixe de laser, uma vez mais, se aproxima de uma área que já foi endurecida e que não deve ser substancialmente aquecida novamente; através da modulação do feixe de laser de forma adequada (em termos de velocidade, padrão de varredura, potência e/ou tamanho do ponto e/ou através da adaptação da distribuição de energia dentro de um ponto de laser efetivo, tal como um ponto de laser virtual ou equivalente) pode ser conseguido um aquecimento adequado também nesta região limite entre a primeira porção aquecida da circunferência e a última porção aquecida.

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56/137 [0101] Outro aspecto da invenção se refere a um método de endurecimento por laser de uma superfície de uma peça (tal como uma peça de um material ferroso, tal como aço carbono médio, por exemplo, um virabrequim), a peça compreendendo, pelo menos, uma área de superfície a ser endurecida (por exemplo, a superfície de um ou mais munhões e/ou um ou mais munhões de biela do virabrequim). O método compreende:

[0102] projetar um feixe de laser de uma fonte de laser sobre a dita área de superfície, produzindo assim um ponto de laser sobre a dita área de superfície;

[0103] gerar um movimento relativo entre a superfície da peça e a fonte de laser (por exemplo, através da rotação da peça em torno de um eixo X e/ou através do deslocamento da peça e/ou da fonte de laser ao longo de um eixo Y e/ou Z, perpendicular ao dito eixo X), permitindo, assim, que o ponto de laser seja, subsequentemente, projetado sobre diferentes porções da dita área de superfície (isto é, dependendo da posição relativa entre a peça e a fonte de laser de acordo com, por exemplo, os ditos eixos X, Y e Z, a cada momento a fonte de laser, em combinação com o meio de varredura, pode direcionar o ponto de laser sobre uma porção ou seção da dita área, por exemplo, e, dependendo se o meio de varredura proporciona um movimento unidimensional ou bidimensional, sobre uma linha da dita área com a espessura ponto laser ou sobre, por exemplo, uma seção substancialmente retangular da área);

[0104] durante o dito movimento relativo, varrer o feixe de laser através da dita porção da dita área (a varredura pode ser realizada em uma só dimensão, por exemplo,

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57/137 em paralelo com um eixo de rotação da peça, ou em duas dimensões, seguindo, assim, um padrão tal como um padrão retangular, um padrão oval, um padrão triangular, um padrão trapezoidal, etc., ou preenchendo uma área delimitada por tal padrão, por exemplo, pela varredura sinuosa; o termo varredura do feixe de laser deve ser interpretado como significando que o próprio feixe de laser é deslocado, utilizando algum tipo meio ótico de varredura ou semelhante, tal como um ou mais espelhos de varredura);

[0105] em que o aquecimento é realizado de modo que uma porção da superfície da peça que entra em uma área varrida pelo feixe de laser, primeiro recebe irradiação laser com maior potência média e, subsequentemente, recebe irradiação laser com potência média mais baixa. Isto pode ser conseguido proporcionando um padrão de varredura com uma porção dianteira tendo uma densidade de varredura mais elevada e uma porção final tendo uma densidade de varredura mais baixa, de modo que o ponto de laser permanece mais tempo por unidade de área na dita porção dianteira do que na dita porção final, em que a porção da superfície a ser tratada entra primeiro na porção dianteira e, subsequentemente, entra na porção final. O termo potência média deve ser entendido como a quantidade média de potência por área de superfície durante um ciclo de varredura completo. Outra forma de atingir este objetivo consiste em projetar o feixe de laser de uma forma, pelo menos, parcialmente descentrada, de modo que o feixe de laser colida com a superfície em um ângulo de menos de 90 graus. Descentrar o feixe de laser envolve, também, a vantagem de reduzir o risco de danos ou falhas devido à retrorreflexão.

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58/137 [0106] Outro aspecto da invenção se refere a um método de endurecimento por laser de uma superfície de uma peça (tal como uma peça de um material ferroso, tal como aço carbono médio, por exemplo, um virabrequim) tendo uma seção transversal substancialmente circular (por exemplo, a superfície de um munhão ou munhão de biela de um virabrequim). O método compreende:

[0107] projetar um feixe de laser de uma fonte de laser sobre a dita superfície, produzindo assim um ponto de laser sobre a dita superfície;

[0108] produzir um movimento relativo entre a superfície da peça e a fonte de laser (por exemplo, através da rotação da peça em torno de um eixo X e/ou através do deslocamento da peça e/ou da fonte de laser ao longo de um eixo Y e/ou Z, perpendicular ao dito eixo X), permitindo, assim, que o ponto de laser seja, subsequentemente, projetado sobre diferentes porções da dita superfície ao longo da circunferência da dita superfície.

[0109] De acordo com este aspecto da invenção, o feixe de laser é projetado sobre a superfície de uma maneira descentrada, isto é, o centro do feixe de laser não é alinhado com uma linha que passa pelo centro da dita seção transversal circular. Isso pode ajudar a tornar o ponto de laser maior, o que, às vezes, é útil para distribuir melhor o calor. Além disso, esta abordagem pode ser útil, já que uma borda dianteira do ponto laser pode ter uma densidade de potência mais elevada do que a borda final, devido a ângulos de incidência diferentes do feixe de laser sobre a superfície na borda dianteira e na borda final do ponto de laser. Conforme explicado aqui, isto pode encurtar o tempo de

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59/137 aquecimento necessário para a superfície atingir uma temperatura desejada. Esta abordagem pode, por exemplo, ser utilizada em combinação com óticas fixas fornecendo um ponto de laser substancialmente quadrado ou retangular. Descentrar o feixe de laser envolve, também, a vantagem de reduzir o risco de danos ou falhas devido à retrorreflexão.

[0110] Outro aspecto da invenção se refere a um método de endurecimento por laser de uma superfície de uma porção de uma peça, o método compreendendo:

[0111] projetar um feixe de laser de uma fonte de laser sobre a dita superfície, produzindo assim um ponto de laser sobre a dita superfície;

[0112] produzir um movimento relativo entre a superfície da peça e a fonte de laser, permitindo, assim, que o ponto de laser seja subsequentemente projetado sobre diferentes porções da dita superfície. O feixe de laser é projetado sobre a superfície em uma direção que não é perpendicular à dita superfície, de preferência, formando um ângulo de menos de 70 ° com a dita superfície, tal como de menos de 60 °, ou mesmo de menos de 45 °. Isto pode ajudar a aumentar o tamanho do ponto de laser e, assim, reduzir a quantidade de energia por área de superfície e, para uma dada velocidade relativa entre a superfície e a fonte de laser, aumentar o tempo de interação entre o ponto de laser e um determinado ponto sobre a superfície. Isto pode contribuir para um aumento da profundidade da camada endurecida.

[0113] Outro aspecto da invenção se refere a um método de endurecimento por laser de uma superfície de uma peça (tal como uma peça de aço de carbono médio, por exemplo, um virabrequim). O método compreende:

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60/137 [0114] projetar luz de laser de uma fonte de laser sobre áreas de superfície a serem aquecidas.

[0115] De acordo com este aspecto da invenção, a luz de laser é projetada (simultaneamente ou subsequentemente ou sequencialmente) sobre uma primeira área de superfície e sobre uma segunda área de superfície que se estende, substancialmente, perpendicularmente à dita primeira área de superfície. O método compreende a divisão de um feixe de laser em um primeiro componente do feixe de laser spolarizado e em um segundo componente do feixe de laser ppolarizado e, a utilização do dito primeiro componente do feixe de laser para o aquecimento da dita primeira área de superfície e a utilização do dito segundo componente do feixe de laser para o aquecimento da dita segunda área de superfície. Desta forma, a relação entre a absorção de energia e ângulo de incidência e a maneira pela qual esta relação depende da polarização, pode ser utilizada para melhorar a eficiência de aquecimento.

[0116] Em todos os aspectos da invenção descritos acima, a etapa de produção de um movimento relativo entre a peça e a fonte de laser pode incluir a rotação da peça em torno de um eixo de rotação, (que pode ser paralelo com o, assim chamado, eixo X do sistema), de modo que o ponto de luz laser possa acessar toda a circunferência da área da superfície a ser endurecida. Por exemplo, um virabrequim pode ser girado em torno de um eixo longitudinal que passa através do centro dos munhões.

[0117] Além disso, a etapa de produzir um movimento relativo entre a peça e a fonte de laser pode incluir a produção de um movimento relativo em uma primeira

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61/137 direção perpendicular ao dito eixo de rotação (por exemplo, paralelo a um eixo Y) e, em uma segunda direção perpendicular ao dito eixo de rotação (por exemplo, paralelo a um eixo Z). Deste modo, a distância entre a fonte de luz laser e a superfície a ser tratada pode ser mantida constante, também no caso de artigos posicionados excentricamente, tal como os munhões de biela de um virabrequim, que giram em torno do eixo central dos munhões: se este eixo principal corresponder ao eixo X do sistema, produzir um movimento relativo entre a fonte de luz laser em duas outras indicações, tal como os eixos Y e Z, pode ajudar a assegurar que a distância entre a fonte de luz laser e a superfície a ser tratada seja mantida constante. Por exemplo, o movimento na dita primeira direção pode ser produzido através do deslocamento da peça (por exemplo, horizontalmente) e o movimento na segunda direção pode ser produzido através do deslocamento da fonte de laser (por exemplo, verticalmente). Além disso, opcionalmente, a fonte laser pode ser móvel em paralelo com o dito eixo de rotação. Assim, a fonte de luz laser pode, por exemplo, ser utilizada, subsequentemente, para agir em diferentes munhões de um virabrequim.

[0118] Em muitas configurações da invenção, a peça pode ser um virabrequim com uma pluralidade de orifícios de lubrificação.

[0119] Outro aspecto da invenção se refere a um método de endurecimento por laser de uma superfície de um virabrequim, o virabrequim compreendendo munhões, munhões de biela e orifícios de lubrificação. O método compreende:

[0120] projetar um feixe de laser de uma fonte de laser sobre uma superfície de um munhão a ser endurecido,

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62/137 para produzir um ponto de laser sobre a dita superfície e mover a superfície em relação à fonte de laser por rotação do

dito virabrequim	(por	exemplo,	em	torno de um	eixo que pode
corresponder a um	eixo	central	dos	munhões).
[0121]	De	acordo	com	este aspecto	da invenção,

durante a rotação do dito virabrequim, o feixe de laser varre pelo menos uma porção da superfície do munhão, de acordo com um padrão de varredura predeterminado, de modo a aquecer a superfície. A varredura é realizada de modo a aplicar menos energia às subáreas mais sensíveis ao calor do que às subáreas menos sensíveis ao calor da dita superfície. O termo predeterminado não exclui a possibilidade de uma adaptação dinâmica do padrão de varredura durante a operação, de uma maneira predeterminada e/ou de acordo com um sistema de controle baseado na resposta de algum tipo de sensor de temperatura ou câmera de temperatura.

[0122] Por exemplo, a varredura pode ser realizada mantendo a potência do feixe de laser substancialmente constante e adaptando a velocidade de varredura e/ou o padrão de varredura, isto é, o padrão ou percurso que o feixe de laser segue na superfície, de modo a aplicar menos energia em subáreas mais sensíveis ao calor do que em subáreas menos sensíveis ao calor da dita superfície. Em outros aspectos da invenção, a varredura é realizada mantendo o padrão de varredura substancialmente constante e adaptando a velocidade de varredura e/ou a potência do feixe, de modo a aplicar menos energia em subáreas mais sensíveis ao calor do que em subáreas menos sensíveis ao calor da dita superfície, por exemplo, adaptando dinamicamente o estado de ligado-desligado do feixe de laser em correspondência com os

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63/137 segmentos do padrão de varredura. Em algumas configurações da invenção, as subáreas mais sensíveis ao calor incluem áreas adjacentes aos orifícios de lubrificação e/ou áreas adjacentes aos filetes nas extremidades axiais dos munhões do virabrequim.

[0123] Em algumas configurações da invenção, o padrão de varredura compreende uma pluralidade de segmentos e um estado de energia do feixe é atribuído a cada um dos ditos segmentos, para ajustar a potência do feixe de laser, em correspondência com cada segmento, a um nível de energia correspondente ao dito estado de energia. O laser é configurado de modo a alterar a potência do feixe de laser, conforme exigido pelos ditos estados de energia do feixe, de modo que a potência do feixe será diferente em alguns dos segmentos em comparação com outros segmentos, conforme determinado pelos ditos estados de energia. A varredura do ponto de laser ao longo do padrão de varredura ocorre, de preferência, a uma taxa de, pelo menos, 300 segmentos por segundo, de preferência de, pelo menos, 600 segmentos por segundo, mais de preferência de, pelo menos, 1000 segmentos por segundo, mais de preferência de, pelo menos, 5.000 por segmentos em segundo e ainda mais de preferência de, pelo menos 10.000 segmentos por segundo e o padrão de varredura é repetido com uma frequência de, pelo menos, 10 Hz, mais de preferência de, pelo menos, 50 Hz, ainda mais de preferência de, pelo menos, 100 Hz. Assim, pode ser obtida uma segmentação ou pixelização do padrão de varredura que permite que a distribuição de energia ou potência sobre a área a ser aquecida seja adaptada em conformidade com, por exemplo, a sensibilidade ao calor da área a ser varrida, ao mesmo tempo

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64/137 em que o padrão de varredura é repetido com uma frequência alta, reduzindo, assim, as flutuações de temperatura dentro da área a ser aquecida.

[0124] Em muitas configurações da invenção, a fonte de laser compreende um laser de fibra, tal como um laser de fibra que necessita de cerca de 100 ps ou menos para alternar de um estado de ligado para um estado de desligado e vice-versa. Lasers de fibra são, tipicamente, mais caros do que outros tipos de laser que produzem feixes com potência suficiente para fins de endurecimento tal como lasers de diodo e, um técnico no assunto pode, assim, ficar relutante em utilizar lasers de fibra para endurecer peças tal como virabrequins. No entanto, os lasers de fibra permitem uma rápida alternância entre ligado-desligado e podem, assim, ser especialmente úteis para a obtenção de uma distribuição adequada de energia ligando e desligando o laser enquanto o feixe segue um padrão predeterminado de varredura ao longo de um ponto de laser efetivo, de modo a distribuir a energia ao longo de linhas e/ou dentro de subáreas ou pixels do ponto de laser equivalente. Além disso, os lasers de fibra produzem feixes de alta qualidade e de diâmetro relativamente pequeno, de modo que a distância focal entre o ponto de laser focado e a saída do feixe pode ser grande, o que pode ser uma vantagem no caso da varredura, já que os movimentos dos espelhos de varredura ou similares podem ser menores e também no caso de varredura do feixe de laser sobre a superfície de objetos complexos, tal como virabrequins, em que os contrapesos e paredes podem representar um obstáculo para os feixes de laser com distâncias focais curtas.

[0125] Outro aspecto da invenção se refere a um

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65/137 sistema para o endurecimento de, pelo menos, parte da superfície de uma peça, tal sistema compreendendo uma fonte de laser e meio para gerar um movimento relativo entre uma superfície da peça e a fonte de laser. Em algumas configurações da invenção, a fonte de laser é fornecida ou associada a meios de varredura para a varredura do feixe de laser através de uma porção da superfície da peça, em uma ou em duas dimensões. O sistema compreende ainda meios de controle eletrônicos, tal como um computador, sistema de computador, PLC, etc., para controlar a operação do sistema.

[0126] De acordo com este aspecto da invenção, o meio de controle eletrônico está configurado para operar o sistema de modo a realizar um método de acordo com qualquer dos aspectos descritos acima.

[0127] Ao modificar parâmetros tal como a configuração geométrica do padrão de varredura, isto é, o percurso do padrão e/ou a velocidade de varredura e/ou a potência do feixe de laser e/ou o tamanho do ponto de laser e/ou, mesmo, parâmetros tal como o comprimento de onda ou o ângulo de incidência do feixe de laser sobre a superfície a ser endurecida, o sistema proporciona flexibilidade para a otimização do aquecimento ao longo e através da superfície a ser endurecida. Experiências de tentativa e erro podem ser realizadas em peças de teste ou utilizando simulações de computador e o operador pode modificar dinamicamente os valores de parâmetros tal como o comprimento e posição/orientação de segmentos, a velocidade de varredura para cada segmento, a potência do feixe de laser em cada segmento, etc., até chegar a uma combinação de parâmetros que fornecem características de endurecimento aceitáveis, sem

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66/137 degradação excessiva das áreas ou itens mais sensíveis ao calor.

[0128] Outro aspecto da invenção se refere a um programa de computador compreendendo instruções de programação para realizar o método de qualquer dos aspectos acima da invenção, quando executado em um sistema tal como descrito acima e a um portador de informação (tal como qualquer tipo adequado de dispositivo de memória ou um sinal elétrico) que armazena o programa de computador.

[0129] Outro aspecto da invenção se refere a um aparelho para o endurecimento por laser de superfícies de munhões de um virabrequim, os ditos munhões compreendendo, pelo menos, dois munhões localizados centralmente e, pelo menos, um munhão de biela desalinhado/descentralizado, em que o aparelho compreende:

[0130] um suporte de virabrequim disposto para suportar o virabrequim e, opcionalmente, para rodar o virabrequim em torno de um eixo longitudinal do virabrequim;

[0131] pelo menos uma fonte de laser configurada para projetar um feixe de laser sobre um munhão do virabrequim, de modo a produzir um ponto de laser no dito munhão;

[0132] em que a dita fonte de laser inclui meios de varredura bidirecional para varrer o feixe de laser em duas dimensões, de modo a estabelecer um padrão de varredura bidimensional sobre a dita superfície do dito munhão. A utilização de um padrão de varredura bidimensional torna possível estabelecer um ponto de laser efetivo pela varredura de um ponto de laser repetitivamente sobre a superfície a ser endurecida, o dito ponto de laser efetivo possuindo uma

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67/137 extensão suficiente em uma direção paralela com o eixo longitudinal do virabrequim, de modo a permitir o aquecimento de todo um munhão do virabrequim durante uma única volta do virabrequim em torno do seu eixo longitudinal ou durante uma única varredura de 360 graus do ponto de laser efetivo em torno do munhão e em outra direção correspondente a uma direção circunferencial do virabrequim, de modo a permitir que o aquecimento ocorra durante tempo suficiente para se alcançar a profundidade de endurecimento desejada, enquanto, ao mesmo tempo, seja possível rodar o virabrequim a uma velocidade suficiente para se obter uma velocidade de produção adequada, em termos de virabrequins por hora. Esta varredura em duas direções pode, por exemplo, ser combinada com a divisão do padrão de varredura em uma pluralidade de segmentos, para os quais são atribuídos diferentes níveis de potência, de modo a obter uma distribuição de energia que pode ser adaptada dinamicamente durante a operação do aparelho para evitar o superaquecimento de subáreas mais sensíveis ao calor, tal como as áreas adjacentes aos orifícios de lubrificação.

[0133] Em algumas configurações da invenção, o dito suporte do virabrequim e a dita fonte de laser são deslocáveis em relação um ao outro em, pelo menos, duas direções diferentes, perpendiculares ao dito eixo longitudinal, de modo a permitir que exista uma distância constante entre um munhão de biela e a fonte de laser durante a rotação do dito virabrequim em torno do eixo longitudinal, o dito munhão de biela estando desalinhado em relação ao dito eixo longitudinal.

[0134] Por exemplo, a dita fonte de laser pode

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68/137 ser deslocável em uma primeira direção, de preferência, verticalmente e o dito suporte do virabrequim pode ser deslocável em uma segunda direção, de preferência, horizontalmente, ambas as ditas primeira e segunda direções sendo perpendiculares ao dito eixo longitudinal. Em algumas configurações da invenção, a fonte de laser pode, adicionalmente, ser deslocável em paralelo com o dito eixo longitudinal do virabrequim, de modo a, subsequentemente, atuar em uma pluralidade de munhões do virabrequim. A fonte laser pode compreender um laser, tal como um laser de fibra ou outro laser apropriado para ligar/desligar rapidamente e/ou para alternar rapidamente entre diferentes níveis de potência do feixe, por exemplo, de modo a acomodar a alternância rápida entre níveis de potência quando o ponto de laser segue um padrão de varredura tendo segmentos para os quais são atribuídos diferentes estados de energia, ou seja, níveis de potência desejados.

[0135] O aparelho compreende uma unidade de controle que inclui uma memória para armazenamento de valores de parâmetros associados ao dito padrão de varredura, incluindo uma pluralidade de conjuntos dos ditos valores de parâmetros, um primeiro conjunto dos ditos valores de parâmetros determinando uma primeira distribuição de energia bidimensional em um munhão do dito virabrequim e um segundo conjunto de valores de parâmetros determinando uma segunda distribuição de energia bidimensional no dito munhão. O sistema de controle pode ser configurado para aplicar o dito primeiro conjunto de valores de parâmetros durante o endurecimento de uma parte substancial de um munhão de um virabrequim e para aplicar o segundo conjunto de valores de

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69/137 parâmetros quando uma área adjacente a um orifício de lubrificação está sendo aquecida. Obviamente, poderá haver mais conjuntos de valores de parâmetros. Assim, por exemplo, durante a rotação do virabrequim em torno de um eixo longitudinal do virabrequim, a distribuição de energia bidimensional pode ser adaptada dinamicamente, de modo a evitar o superaquecimento das subáreas mais sensíveis ao calor. Os valores de parâmetros podem incluir qualquer dos valores de parâmetros discutidos acima, incluindo a potência do feixe e a velocidade de varredura.

[0136] A unidade de controle pode ser configurada para controlar o processo de endurecimento, durante a rotação do virabrequim em torno do seu eixo longitudinal, aplicando seletivamente o dito primeiro conjunto de valores de parâmetros e o dito segundo conjunto de valores de parâmetros e, opcionalmente, outro conjunto de valores de parâmetros armazenados na dita memória, em sincronismo com o aparecimento de uma subárea mais sensível ao calor em correspondência com o dito padrão de varredura bidimensional, tal como dentro ou adjacente a uma área coberta pelo dito padrão de varredura bidimensional. Isto é, a unidade de controle pode, por exemplo, modificar a distribuição de energia bidimensional quando a área adjacente a um orifício de lubrificação deve ser aquecida, isto é, quando, por exemplo, o orifício de lubrificação, durante a rotação do virabrequim, está chegando à área a ser varrida pelo feixe de laser.

[0137] Em algumas configurações da invenção, o dito padrão de varredura pode ser um padrão de varredura segmentado compreendendo uma pluralidade de segmentos para

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70/137 cada um dos quais tenha sido atribuído, pelo menos, um dos ditos valores de parâmetros. O dito pelo menos um valor de parâmetro pode ser indicativo de, pelo menos, um dentre velocidade de varredura, tamanho do ponto de laser, potência do feixe de laser, distribuição de energia dentro do feixe de laser, comprimento do segmento correspondente e orientação do segmento correspondente. Por exemplo, uma seleção adequada da velocidade de varredura, isto é, a velocidade do feixe de laser ao longo do segmento e/ou da potência do feixe de laser, pode ser utilizada para determinar a distribuição de energia sobre uma área coberta pelo padrão de varredura. Algumas das vantagens da abordagem segmentada para a implementação de uma distribuição de energia variável dinamicamente e para a sua adaptação a um virabrequim foram explicadas acima.

[0138] Em algumas configurações da invenção, o aparelho pode ser configurado para realizar a varredura a uma velocidade média de, pelo menos, 300 segmentos por segundo, de preferência de, pelo menos, 600 segmentos por segundo, mais de preferência de, pelo menos, 1.000 segmentos por segundo, mais de preferência de, pelo menos, 5.000 segmentos por segundo e, ainda mais de preferência de, pelo menos, 10.000 segmentos por segundo. Conforme explicado acima, um número elevado de segmentos por segundo pode ser útil para combinar um padrão de varredura com uma quantidade razoável de segmentos, tal como, por exemplo, seis ou mais, com um tempo de ciclo curto, isto é, uma taxa de repetição da varredura elevada, por exemplo, 50 Hz ou mais.

[0139] Outro aspecto da invenção se refere a uma máquina ou aparelho para endurecimento de uma área de

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71/137 superfície de uma peça. O termo área de superfície deve ser interpretado de forma ampla: pode se referir a uma parte da superfície da peça, ou à toda a superfície da peça; ele pode, por exemplo, se referir à superfície de um munhão de um virabrequim, ou a parte da dita superfície. Obviamente, a máquina pode ser útil para o endurecimento de mais de uma área de superfície da peça, por exemplo, no caso de um virabrequim, o aparelho pode ser configurado apara endurecer as superfícies ou a maioria das superfícies de vários ou de todos os munhões e/ou munhões de biela. A área de superfície (ou, pelo menos, uma das áreas de superfície) compreende, pelo menos, uma subárea menos sensível ao calor e, pelo menos, uma subárea mais sensível ao calor.

[0140]

O aparelho compreende uma fonte de laser configurada para projetar um ponto de laser efetivo sobre a área de feixe, superfície (por exemplo, simplesmente direcionando um configurado para ter uma seção transversal desejada, para área de superfície, ou pela criação de um ponto de laser efetivo virtual ou equivalente por varredura de um ponto de laser real ao longo de um padrão de varredura sobre área de superfície) e meios para gerar o movimento relativo entre a dita área de superfície e o ponto de laser efetivo em algumas configurações da invenção, este meio inclui ou consiste em meios para girar a peça em torno de um eixo, de modo a varrer o ponto de laser efetivo em torno de uma porção da peça, tal como em torno de um munhão de um virabrequim), para que o dito ponto de laser efetivo seja movido ao longo da dita área de superfície, de modo a, subsequentemente e porções ou partes progressivamente, aquecer diferentes da dita área de superfície a uma

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72/137 temperatura adequada para o endurecimento. Isto é, quando o ponto de laser efetivo avança ao longo da dita área de superfície, por exemplo, na direção circunferencial de um munhão de um virabrequim, ou ao longo de tal munhão - de uma extremidade deste para a outra extremidade, na direção longitudinal do virabrequim - o ponto de laser efetivo aquece progressivamente novas porções, enquanto que as porções aquecidas previamente são deixadas resfriar, permitindo assim que ocorra a têmpera. O ponto de laser efetivo está configurado para apresentar uma distribuição de energia bidimensional, por exemplo, a energia pode ser mais ou menos uniformemente distribuída entre e ao longo do ponto de laser efetivo, ou mais energia/potência pode ser aplicada à superfície em algumas áreas do dito ponto de laser efetivo do que em outras áreas do dito ponto de laser efetivo.

[0141] O aparelho compreende ainda um sistema de controle, tal como um sistema de controle eletrônico, incluindo um ou mais dispositivos programáveis para controlar o funcionamento do aparelho, em que o dito sistema de controle está configurado para modificar a dita distribuição de energia bidimensional, de modo que esta seja diferente na dita subárea mais sensível ao calor do que na dita subárea menos sensível ao calor. Deste modo, o aquecimento da área de superfície pode ser otimizado, de modo a obter uma profundidade e qualidade de endurecimento desejadas ao longo de toda ou da maior parte da dita área de superfície a ser endurecida, evitando o superaquecimento de subáreas mais sensíveis ao calor, ao mesmo tempo permitindo o aquecimento suficiente das subáreas menos sensíveis ao calor. As expressões mais sensível ao calor e menos sensível ao

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73/137 calor devem ser interpretados de forma ampla e, geralmente, se referem a diferentes áreas de superfície que, devido às suas características, devem receber menos ou mais energia do dito ponto de laser efetivo. Por exemplo, uma subárea menos sensível ao calor pode ser uma área que requer mais energia para alcançar um endurecimento desejado, do que a área mais sensível ao calor, que deve receber menos energia, por exemplo, para evitar danos ou simplesmente porque é necessário menos aquecimento para atingir o endurecimento desejado, por exemplo, devido à estrutura da peça.

[0142] A referência a uma fonte de laser implica a presença de, pelo menos, uma fonte de laser, mas não exclui a presença de outras fontes de laser que podem ser utilizadas conjuntamente para formar um ponto de laser efetivo e/ou para produzir uma pluralidade de diferentes pontos de laser efetivos.

[0143] Em algumas configurações da invenção, a dita pelo menos uma subárea mais sensível ao calor inclui

- uma área adjacente a um orifício na área de superfície, tal como um orifício de lubrificação; e/ou

- um filete, tal como um filete rebaixado;

e/ou

- uma porção previamente endurecida da área da superfície, tal como a porção na qual o ponto de laser efetivo chega ao final de uma trajetória de 360 graus ao longo da circunferência de um objeto, tal como um munhão cilíndrico de um virabrequim.

[0144] A subárea menos sensível de calor pode, por exemplo, corresponder à superfície de um munhão de um virabrequim, longe dos orifícios de lubrificação e/ou longe

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74/137 de filetes e/ou longe de uma porção que tenha sido previamente endurecida.

[0145] Em algumas configurações da invenção, o aparelho é configurado ou programado para operar de modo que o dito ponto de laser efetivo tenha um tamanho e se mova ao longo da dita área de superfície com uma velocidade tal que, durante, pelo menos, parte do movimento do dito ponto de laser efetivo ao longo da dita área de superfície, de preferência durante, pelo menos, 50 % e mais de preferência durante, pelo menos, 90 % e ainda mais de preferência, durante 100 % do movimento do dito ponto de laser efetivo ao longo da dita área de superfície, porções dentro da dita área de superfície aquecida pelo dito ponto de laser efetivo sejam aquecidas durante, pelo menos, 0,5 segundo, de preferência, pelo menos, 1 segundo. Foi descoberto que isto pode ajudar a alcançar uma profundidade suficiente da camada endurecida para muitas aplicações. Um tempo de aquecimento suficientemente longo pode ser desejado para permitir que calor suficiente penetre no interior do material. Tempos de, pelo menos, 0,5 ou 1 segundo, opcionalmente de menos de 5 segundos ou até menos de 3 segundos, podem ser apropriados para, por exemplo, o endurecimento de munhões de virabrequins, permitindo uma penetração de calor suficiente para atingir profundidades de endurecimento comumente exigidas, por exemplo, na indústria automobilística, enquanto, ao mesmo tempo, não são exigidas temperaturas tão elevadas que possam afetar negativamente a qualidade do endurecimento, por exemplo, temperaturas próximas ou acima da temperatura de fusão do material da peça. Em algumas dessas configurações da invenção, o tamanho do ponto de laser

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75/137 efetivo na direção na qual o ponto de laser efetivo se move ao longo da área da superfície (tal como na direção circunferencial de um munhão de um virabrequim, quando o ponto de laser efetivo é deslocado circunferencialmente em torno do dito munhão, por exemplo, por rotação do dito virabrequim em torno de um eixo longitudinal do mesmo) é de, pelo menos, 5 mm, de preferência de, pelo menos, 7 mm, mais de preferência de, pelo menos, 10 mm e ainda mais de preferência de, pelo menos, 15 mm, 20 mm ou mais de 30 mm, tal como, pelo menos, 50 mm. A necessidade de manter cada porção a ser endurecida aquecida durante um tempo suficiente, tal como, pelo menos, 0,5 segundo ou, pelo menos, 1 segundo, restringe a velocidade com que o ponto de laser efetivo pode se deslocar ao longo da área da superfície a ser endurecida. Quando um ponto de laser efetivo tem o tamanho típico de um ponto de laser com um diâmetro ou largura da ordem de apenas alguns mm, a duração exigida do aquecimento implicaria que o ponto de laser tivesse que se deslocar ao longo da área da superfície a ser endurecida em uma velocidade relativamente baixa, o que afetaria negativamente a produtividade, por exemplo, em termos de peças por hora. Assim, utilizando um ponto de laser efetivo tendo um comprimento ou largura maior na direção em que o ponto de laser efetivo se desloca ao longo da área da superfície a ser endurecida pode aumentar a produtividade, já que o ponto de laser efetivo pode se deslocar a uma velocidade maior, ao mesmo tempo em que ainda proporciona um tempo de aquecimento suficiente.

[0146] Em algumas configurações da invenção, o aparelho está configurado para produzir o dito ponto de laser efetivo pela produção de uma pluralidade de segmentos do dito

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76/137 ponto de laser efetivo, a dita pluralidade de segmentos compreendendo, pelo menos, seis segmentos, o sistema de controle sendo configurado para modificar a distribuição de energia bidimensional modificando seletivamente a densidade e/ou distribuição de energia dos ditos segmentos (isto é, a energia correspondente a cada segmento, durante um determinado intervalo de tempo, tal como, no caso de segmentos de um padrão de varredura, um ciclo de varredura, em conformidade com os valores de parâmetros atribuídos aos ditos segmentos, os ditos valores de parâmetros sendo armazenados em uma memória do dito sistema de controle. Conforme explicado acima, a abordagem segmentada envolve vantagens importantes, por exemplo, devido à flexibilidade e simplicidade com que diferentes padrões de distribuição de energia podem ser criados para adaptar o aquecimento da área de superfície às características de área de superfície. Por exemplo, se for utilizado um padrão simples, com seis segmentos dispostos em duas filas, cada um compreendendo três segmentos, a redução da potência de um ou ambos os segmentos centrais, quando o ponto de laser efetivo se aproxima de um orifício de lubrificação colocado no meio de um munhão de um virabrequim que está sendo endurecido, pode reduzir a energia aplicada adjacentemente ao dito orifício de lubrificação em comparação com a energia sendo aplicada a partes circundantes da superfície do munhão, reduzindo, desse modo, o risco de superaquecimento da área adjacente ao orifício de lubrificação, ao mesmo tempo mantendo, também, um endurecimento adequado da superfície mais afastada do orifício de lubrificação, tal como nos lados do orifício de lubrificação longe das bordas do orifício de lubrificação. Um

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77/137 grande número de segmentos pode permitir um ajuste muito preciso da distribuição da energia bidimensional às características de sensibilidade ao calor da superfície a ser endurecida. Os segmentos podem, por exemplo, ser dispostos em uma matriz com linhas e colunas de segmentos.

[0147] Em algumas configurações da invenção, a fonte de laser compreende meio de varredura configurado para a varredura bidimensional de um feixe de laser da dita fonte de laser, em que o sistema de controle está configurado para a varredura do feixe de laser em duas dimensões, de modo a produzir o dito ponto de laser efetivo, seguindo um padrão de varredura (no caso de um ponto de laser efetivo segmentado, o padrão de varredura pode, em muitas configurações da invenção, compreender a dita pluralidade de segmentos), em que o dito padrão de varredura é repetido com uma taxa de repetição de, pelo menos, 10 Hz, de preferência de, pelo menos, 50 Hz, mais de preferência de, pelo menos, 100 Hz e, ainda mais de preferência de, pelo menos, 200 Hz. Varrer o feixe de laser de modo a mover um pequeno ponto de laser ao longo e através da área de superfície, de modo a produzir o dito ponto de laser efetivo maior é vantajoso, uma vez que isto proporciona uma grande flexibilidade com relação à distribuição de energia ao longo do dito ponto de laser efetivo. Por outro lado, a taxa de repetição elevada do padrão de varredura permite:

- Um tamanho relativamente grande do ponto de laser efetivo, tal como um ou mais cm², permitindo assim, por um lado, uma largura relativamente grande do ponto de laser em uma direção perpendicular à direção do movimento do ponto laser efetivo. Por exemplo, no caso do endurecimento dos

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78/137 munhões de um virabrequim onde o ponto de laser efetivo se desloca na direção circunferencial, o ponto de laser efetivo pode ter a dita largura relativamente grande na direção através dos ditos munhões (isto é, na direção longitudinal do virabrequim), de modo que o ponto de laser efetivo possa se estender sobre a maior parte ou sobre a totalidade da largura do munhão, de modo que toda a área de superfície do munhão seja aquecida pela passagem do ponto de laser efetivo uma vez em torno do munhão. Por outro lado, ao mesmo tempo, o tamanho do ponto de laser efetivo na direção do movimento do ponto laser efetivo ao longo da área da superfície a ser endurecida também pode ser suficientemente grande para permitir um movimento a uma velocidade relativamente elevada, em combinação com uma duração de aquecimento suficiente, conforme explicado acima.

- Ao mesmo tempo, evitando flutuações significativas de temperatura dentro da área a ser aquecida, o que é vantajoso pelos motivos explicados acima: a alta taxa de repetição garante que uma porção aquecida possa ser reaquecida antes que a temperatura, até a qual ela tenha sido aquecida previamente, tenha abaixado muito.

[0148] O padrão de varredura pode ser na forma de segmentos adjacentes formando um circuito, ou na forma de uma pluralidade de linhas, tal como linhas paralelas, ou pode ter qualquer outra configuração adequada. A adaptação da distribuição de energia bidimensional pode incluir adaptar os comprimentos e/ou a posição de alguns ou de todos os segmentos.

[0149] Em algumas configurações da invenção, os ditos valores de parâmetros são indicativos de um nível de

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79/137 potência do feixe e/ou uma velocidade de varredura do feixe, em correspondência com o segmento correspondente do padrão de varredura. Assim, a distribuição de energia bidimensional a ser aplicada em cada momento específico do movimento do ponto laser efetivo ao longo da dita área de superfície a ser endurecida por aquecimento, pode ser determinada por um valor

de potência	do	feixe e/ou	uma velocidade	de	varredura
atribuídos a	cada	segmento.	A escolha	entre	uma	opção, a
outra opção	ou	ambas pode	depender	, por	exemplo, das
características da	fonte de laser e do	sistema	de	varredura,

conforme explicado acima. Em outras configurações da invenção, os valores dos parâmetros podem ser indicativos da posição ou comprimento do segmento correspondente. Também são possíveis outras opções, conforme explicado acima, e uma ou mais destas opções podem ser utilizadas em combinação.

[0150] Em algumas configurações da invenção, o aparelho é programado para o endurecimento de, pelo menos, um munhão de um virabrequim, em que o aparelho é programado para produzir o dito ponto de laser efetivo para se estender na dita direção longitudinal do virabrequim, ao longo de mais de 50 %, mais de 75 %, mais de 85 % ou mais de 90 % ou 95 %, tal como mais de 99 %, ou mesmo 100 % e, especialmente, sobre a maior parte, se não mais de 100 %, da área da superfície a ser endurecida, por exemplo, a área de superfície onde é desejada uma profundidade efetiva de endurecimento de, por exemplo, pelo menos 800 pm ou mais. É bem conhecida, no estado da técnica, a utilização de um ponto de laser pequeno para endurecer porções muito específicas de uma superfície de um virabrequim. No entanto, a presente invenção permite o endurecimento de superfícies grandes (tal como as superfícies

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80/137 gerais dos munhões do virabrequim) em uma varredura única ou em poucas varreduras, ao mesmo tempo em que o aquecimento é adaptado de acordo com as características das porções da área da superfície a ser aquecida, considerando a presença de, por exemplo, orifícios de lubrificação e/ou outras subáreas mais sensíveis ao calor.

[0151] Em algumas configurações da invenção, o sistema de controle compreende uma memória configurada para armazenar uma pluralidade de conjuntos de dados, cada um dos ditos conjuntos de dados sendo indicativo de uma distribuição de energia bidimensional do dito ponto de laser efetivo, pelo que o dito aparelho é concebido para adaptar a distribuição de energia bidimensional do ponto de laser efetivo enquanto o dito ponto de laser efetivo é movido ao longo da dita área de superfície, utilizando um da dita pluralidade de conjuntos de dados para operar a fonte de laser, quando o ponto de laser efetivo é projetado sobre a dita subárea menos sensível ao calor e utilizando, pelo menos, outro da dita pluralidade de conjuntos de dados para operar a fonte de laser quando o ponto de laser efetivo é projetado sobre a dita subárea mais sensível ao calor. Assim, ao adaptar o aparelho a um produto específico, tal como um virabrequim específico, o operador pode criar distribuições de energia adequadas às diferentes porções do virabrequim, por exemplo, uma primeira distribuição de energia bidimensional para uma parte do munhão longe de orifício de lubrificação e uma ou mais distribuições de energia bidimensionais diferentes para áreas adjacentes a um orifício de lubrificação, armazenar os conjuntos de parâmetros correspondentes na memória do sistema de controle e programar o sistema de controle de modo a

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81/137 modificar dinamicamente a distribuição de energia do ponto de laser efetivo, enquanto o dito ponto de laser efetivo está se deslocando em torno ou ao longo do munhão, em sincronismo com o aparecimento de orifícios de lubrificação e outras áreas que requerem um ajuste da maneira como o aquecimento é realizado.

[0152] Outro aspecto da invenção se refere a um método de endurecimento por laser de, pelo menos, uma área de superfície de uma peça, tal como um virabrequim, compreendendo a etapa de aquecimento da dita área de superfície da peça a uma temperatura de endurecimento, utilizando um aparelho conforme explicado acima, e a etapa de permitir que porções aquecidas da dita área de superfície se resfriem, de modo a produzir têmpera.

[0153] Outro aspecto da invenção se refere a um virabrequim compreendendo uma pluralidade de munhões, pelo menos um dos ditos munhões tendo uma superfície que foi endurecida por um método de acordo com um dos aspectos da invenção descritos acima.

[0154] Outro aspecto da invenção se refere a um método de programação de um aparelho tal como os descritos acima, para o endurecimento por laser de munhões de um virabrequim, compreendendo as etapas de;

[0155] atribuir valores de parâmetros relacionados à distribuição de energia, tal como potência do feixe de laser e/ou velocidade de varredura e/ou comprimento de segmento e/ou orientação do segmento, a uma pluralidade de segmentos (tal como segmentos de um padrão de varredura a ser seguido por um ponto de um feixe de laser para estabelecer o dito ponto de laser efetivo), de modo a estabelecer uma

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82/137 pluralidade de conjuntos de dados, cada conjunto de dados correspondente a uma distribuição de energia bidimensional específica de um ponto de laser efetivo a ser projetado sobre uma área da superfície a ser endurecida e a ser deslocado ao longo da dita área de superfície, [0156] armazenar os ditos conjuntos de dados, e

0157] programar aparelho para adaptar a dita distribuição de energia do ponto laser efetivo em sincronização com movimento do ponto laser efetivo ao longo da dita área de superfície, adaptando a dita distribuição de energia de acordo com, pelo menos, um dos ditos conjuntos de dados, para o aquecimento de uma subárea menos sensível ao calor da dita área de superfície e, adaptar a dita distribuição de energia de acordo com, pelo menos, um outro dos ditos conjuntos de subárea mais sensível ao

Conforme explicado acima, dados, para o aquecimento de uma calor da dita área de superfície.

a abordagem segmentada torna mais fácil para o técnico no assunto estabelecer, experimentar e selecionar distribuições de energia bidimensionais adequadas e atribuí-las às diferentes subáreas de uma área a ser endurecida, por exemplo, atribuir conjuntos de dados específicos à área em torno de um orifício de lubrificação e outros conjuntos de dados específicos a uma área de sobreposição com uma porção previamente endurecida de um virabrequim.

[0158] Em algumas configurações da invenção este método compreende a etapa de, após a etapa de estabelecimento de um conjunto de dados, cálculo e visualização da distribuição da energia bidimensional correspondente em uma tela. Em muitos casos, a visualização pode ajudar o técnico

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83/137 no assunto a determinar se um conjunto de dados bidimensional escolhido, correspondente a uma atribuição específica de valores de parâmetros para os segmentos, tal como segmentos de um padrão de varredura, é provável de proporcionar um aquecimento adequado da porção correspondente de um virabrequim. Considerando que métodos puramente matemáticos e computadores podem ser utilizados para calcular a atribuição ideal dos valores de parâmetros para os segmentos, a visualização pode ser uma ferramenta útil nas mãos de uma pessoa qualificada.

[0159] Foi descoberto que os lasers adequados para serem utilizados podem ser aqueles que fornecem um feixe de alta potência, tal como um feixe com uma potência no intervalo de 2 kW a 10 kW (os limites superiores e inferiores sendo incluídos no intervalo). Tais lasers podem, por exemplo, ser especialmente apropriados para o endurecimento da superfície de virabrequins.

[0160] Tipicamente, com este tipo de laser e para fins de endurecimento da superfície, por exemplo, da superfície de um virabrequim, o ponto de laser projetado sobre a superfície a ser endurecida pode ter um diâmetro, de preferência, na faixa de 2 mm a 5 mm, tal como cerca de 3 mm. Este tipo de ponto é considerado como sendo apropriado para o endurecimento de uma superfície de um virabrequim utilizando um feixe de laser de 2 kW - 10kW.

[0161] Frequentemente, o endurecimento é realizado, de preferência, para atingir uma profundidade efetiva da camada endurecida de, pelo menos, 800 pm ou mais (tal como, pelo menos, 1.200 pm ou, pelo menos, 1.500 pm ou mesmo 2.000 pm ou mais) na área endurecida, exceto,

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84/137 opcionalmente, na vizinhança de subáreas mais sensíveis ao calor e/ou endurecida.

nas bordas ou seções da extremidade da área

Estas profundidades de endurecimento são apropriadas para, por exemplo, virabrequins. É considerado que, utilizando um laser com uma potência no intervalo de 2 kW a 10kW, estas profundidades de endurecimento podem ser alcançadas aplicando o feixe de laser ao virabrequim durante cerca de minutos tempo exato dependerá de características tal como a potência do feixe, a área de superfície a ser endurecida e a profundidade da camada); pelo processamento de diversos virabrequins em paralelo, o tempo de ciclo pode ser substancialmente reduzido: por exemplo, pelo processamento de dois ou três virabrequins em paralelo, podem ser conseguidos tempos de ciclo, tipicamente, da ordem de 1 minuto. A profundidade necessária pode, tipicamente, estar na faixa de 800 pm até 2000 pm ou mais.

[0162]

As adaptações do padrão de varredura outros parâmetros, tal como a potência do feixe, o tamanho do ponto de laser, a velocidade de varredura e/ou o ângulo de incidência do feixe de laser, faz com que seja possível aumentar o tempo de interação entre o feixe de laser e uma determinada área, o que pode ajudar a aumentar a profundidade da camada endurecida.

Por exemplo, se um determinado padrão é expandido na direção laser e a superfície do movimento relativo entre a fonte de a ser endurecida, e/ou se o ângulo de incidência entre o feixe de laser e a superfície é reduzido por exemplo, por descentralização do feixe em relação a uma superfície de uma porção que tem uma seção transversal circular, ou inclinando o feixe em relação a uma superfície plana), a duração da interação entre o feixe e um dado ponto

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85/137 da superfície pode ser aumentada, o que pode contribuir para um aumento da profundidade da camada endurecida.

[0163] A velocidade de varredura (isto é, a velocidade com que o ponto de laser será varrido pelo sistema de varredura sobre a superfície a ser endurecida) pode variar ao longo do padrão ou percurso de varredura, conforme explicado acima, mas a velocidade média de varredura, tipicamente, pode estar na faixa de 2000 mm/s, até 8000 mm/s; tais velocidades de varredura podem ser adequadas para o endurecimento da superfície de virabrequins quando se utiliza um feixe de laser com uma potência no intervalo entre 2 kW a 10 kW.

[0164] Obviamente, os diferentes aspectos descritos acima podem ser combinados uns com os outros, sempre que compatíveis uns com os outros.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0165] Para completar a descrição e para proporcionar uma melhor compreensão da invenção, é fornecido um conjunto de desenhos. Os ditos desenhos formam uma parte integral da descrição e ilustram as diferentes configurações da invenção, o que não deve ser interpretado como restringindo o escopo da invenção, mas apenas como exemplos de como a invenção pode s compreendem as seguintes figura [0166] A Figura 1 perspectiva de um virabrequim, técnica.

[0167] A Figura 2 perspectiva de um sistema de er realizada. Os desenhos é uma vista esquemática em como conhecido no estado da é uma vista esquemática em acordo com uma configuração possível da invenção.

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86/137 [0168] A Figura 3 é uma vista esquemática de frente de uma porção da fonte de laser 1 e uma porção de uma peça, de acordo com uma configuração possível da invenção.

[0169]	As	Figuras 4A	e 4B são	vistas
esquemáticas de	cima de uma seção da	peça na configuração da
figura 3, em	dois	momentos diferentes do processo de
endurecimento.
[0170]	As	Figuras 5A e	5B são vistas	de cima
esquemáticas de	uma	seção de uma	peça em dois	momentos

diferentes do processo de endurecimento, de acordo com uma variante da dita configuração da invenção.

[0171] As Figuras 6A, 6B, 6C e 6D são vistas esquemáticas de cima de um ponto de laser virtual, que têm uma porção dianteira com uma densidade de energia mais elevada e, pelo menos, uma porção final com uma densidade de energia mais baixa.

[0172] As Figuras 7A e 7B são vistas esquemáticas em corte transversal no plano Y-Z, de uma variante do esquema apresentado na figura 3.

[0173] A Figura 8 ilustra, esquematicamente, um polarizador que pode ser utilizado como parte da fonte de laser, em algumas configurações da invenção.

[0174] A Figura 9 ilustra, esquematicamente, um sistema de computador e um padrão de varredura armazenados no e/ou gerados pelo dito sistema de computador.

[0175] A Figura 10 ilustra, esquematicamente, posições de memória dentro do dito sistema de computador.

[0176] A Figura 11 ilustra, esquematicamente, posições de memória dentro de um sistema de computador de acordo com uma configuração alternativa da invenção.

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87/137 [0177] As Figuras 12A a 12C ilustram, esquematicamente, como a distribuição de energia de um ponto de laser efetivo é adaptada quando do endurecimento da área ao redor de um orifício de lubrificação.

[0178] A Figura 13 ilustra, esquematicamente, a forma como a extensão do orifício de lubrificação pode ser considerada, de acordo com algumas configurações da invenção.

[0179] As Figuras 14A e 14B ilustram, esquematicamente, a amplitude da oscilação da temperatura da superfície de uma área sendo aquecida, dependendo da frequência com que um feixe de laser varre o ponto de laser efetivo.

[0180] As Figuras 15A e 15B ilustram, esquematicamente, como um ponto de laser efetivo pode ser aplicado para produzir o endurecimento de um munhão de um virabrequim, pelo endurecimento de um segmento anelar do mesmo.

[0181] As Figuras 16A, 17A e 18A representam distribuição de energia ou potência ao longo de um ponto de laser efetivo, calculada para um padrão de varredura conforme ilustrado nas figuras 16B e 16C, 17B e 17C e 18B e 18C, respectivamente.

[0182] As Figuras 16B, 17B e 18B ilustram, esquematicamente, o arranjo de segmentos de diferentes padrões de varredura e as figuras 16C, 17C e 18C ilustram, esquematicamente, diferentes velocidades de varredura atribuídas a diferentes segmentos do padrão.

[0183] As Figuras 19A a 19C ilustram, esquematicamente, a chegada do ponto laser efetivo a uma porção previamente endurecida da trilha.

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DESCRIÇÃO DE CONFIGURAÇÕES DA INVENÇÃO [0184] A Figura 2 ilustra um sistema de acordo com uma configuração possível da invenção. O sistema compreende uma estrutura que acomoda uma fonte de laser 1 montada em um carro de laser 11, que é deslocável na direção vertical, em paralelo com um eixo vertical Z do sistema, pelo primeiro meio de acionamento 12 do carro de laser, por exemplo, por um servomotor ou qualquer outro meio de acionamento adequado. Por outro lado, a fonte de laser 1 também pode ser acionada horizontalmente, em paralelo com um eixo horizontal X do sistema, ao longo de um trilho horizontal 14, acionado por um segundo meio de acionamento 13 do carro de laser, tal como um outro servomotor ou outro meio de acionamento adequado.

[0185] Por outro lado, o sistema compreende dois carros de trabalho 20, cada carro de trabalho sendo capaz de acomodar duas peças de trabalho 1000 em paralelo (nesta configuração, as peças são virabrequins) e incluindo meios de acionamento (não representados) para a rotação de cada peça de trabalho ao longo de um eixo central (nesta configuração, o eixo central corresponde ao eixo longitudinal que passa através dos centros dos munhões do virabrequim), o dito eixo sendo paralelo com o eixo X do sistema. Por outro lado, cada carro de trabalho 20 está associado com meios de acionamento 21 do carro de trabalho (tal como um servomotor ou qualquer outro meio de acionamento adequado), configurado para deslocar o carro de trabalho horizontalmente, em paralelo com um eixo Y do sistema, perpendicular ao eixo X.

[0186] As referências para as direções horizontal e vertical são utilizadas apenas para simplificar

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89/137 a explicação e qualquer outra orientação dos eixos é, obviamente, possível e dentro do âmbito da invenção.

[0187] No presente caso, a fonte de laser 1 é utilizada primeiro para endurecer as partes relevantes da superfície de uma das peças de trabalho 1000 em um primeiro dos carros de trabalho 20, em seguida, ela é utilizada para endurecer as partes relevantes da superfície da outra peça de trabalho 1000 no dito primeiro dos carros de trabalho 20 e, em seguida, ela é movida ao longo do trilho 14 para ficar de frente ao segundo dos carros de trabalho 20, para o endurecimento das superfícies da peça 1000 disposta neste. Enquanto a fonte de laser 1 está em operação sobre as peças no segundo dos carros de trabalho, as peças no primeiro dos carros de trabalho podem ser descarregadas e substituídas por novas peças de trabalho a serem tratadas pela fonte de laser, e vice-versa.

[0188] Obviamente, há muitas possibilidades alternativas. Por exemplo, pode haver apenas uma peça por carro de trabalho, ou pode haver mais do que duas peças por carro de trabalho. Pode haver uma fonte de laser por carro de trabalho (isto é, um segundo carro de fonte de laser, com a sua fonte de laser correspondente, pode ser adicionado ao trilho 14). Além disso, vários arranjos como o da figura 2, ou variantes desta, podem ser colocados em paralelo. Além disso, cada carro de laser 11 pode ser fornecido com uma fonte de laser 1, de modo que várias peças de trabalho em um carro de trabalho possam ser submetidas ao tratamento de endurecimento por laser simultaneamente. A relação entre o número de fontes de laser, o número de carros de trabalho e o número de peças de trabalho pode ser escolhida de modo a

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90/137 otimizar a utilização das peças mais caras do otimizar a produtividade, por exemplo, sistema e para permitindo carregamento e descarregamento das peças de trabalho sem parar a operação do sistema.

Em algumas configurações da invenção, uma pluralidade de fontes de laser pode ser utilizada para direcionar os feixes de laser simultaneamente para o mesmo virabrequim, por exemplo, para atuar, simultaneamente, sobre diferentes munhões do virabrequim ou no mesmo munhão do virabrequim.

Em algumas configurações da invenção, quando a peça de trabalho é um virabrequim 1000 com munhões

1001 e munhões de biela 1002, durante o tratamento térmico dos munhões 1001 do virabrequim, a fonte de laser não se move na direção do eixo Z e o carro de trabalho não se move na direção do eixo Y, já que a superfície do munhão é circular e simétrica em torno do eixo de rotação do virabrequim. Em algumas configurações da invenção, pode haver um movimento da fonte de laser e/ou das peças de trabalho ao longo do eixo X, se necessário, para aplicar o tratamento térmico por laser ao longo da extensão completa do munhão na direção do eixo X. Isto depende da capacidade de potência da fonte de laser e da capacidade do meio de varredura (não mostrado) em deslocar o feixe de laser na direção do eixo X. Se o feixe de laser puder ser varrido através do percurso do munhão 1001 ao longo de toda a sua extensão na direção do eixo X, pode não haver necessidade de deslocar a fonte de laser 1 na direção do eixo X durante o tratamento térmico de um dos, por exemplo, munhões 1001 de um virabrequim, mas apenas quando alternando o tratamento de um munhão para o tratamento de outro; o mesmo se aplica ao tratamento térmico, por exemplo, dos munhões de

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91/137 biela 1002 de um virabrequim.

[0190] No entanto, durante o tratamento térmico de um munhão de biela 1002, o eixo central, o qual é deslocado radialmente do eixo central dos munhões, durante a rotação da respectiva peça de trabalho virabrequim 1000 no carro de trabalho 20, a fonte de luz laser 1 é movida verticalmente em paralelo com o eixo Z e o carro de trabalho 2 é movido horizontalmente, em paralelo com o eixo Y, de modo a manter uma distância constante entre a fonte de laser (tal como a saída do meio de varredura da fonte de laser, ou a superfície de uma lente) e a superfície sobre a qual o feixe de laser é projetado. Em outras configurações da invenção, os virabrequins podem ser movidos em paralelo com os eixos Y e Z. Além disso, ou alternativamente, a fonte laser pode ser disposta de modo a ser móvel em paralelo com os eixos Y e Z.

[0191] A operação do primeiro 12 e do segundo 13 meio de acionamento do carro de laser, assim como a operação do meio de acionamento do carro de trabalho 21 e do meio de acionamento para a rotação das peças de trabalho 1000 nos carros de trabalho 20, pode ser controlada por meio de controle eletrônico, tal como um computador, sistema de computador ou PLC (não mostrado na figura 2).

[0192] Em algumas configurações da invenção, a fonte de laser 1 inclui um sistema de varredura configurado para modificar a direção do feixe de laser. Tais sistemas de varredura são bem conhecidos no estado da técnica e incluem, frequentemente, um ou mais espelhos de varredura cujos ângulos podem ser modificados de acordo com funções de varredura, tal como funções seno, funções triangulares, etc., controladas por um computador. Um sistema de varredura de um

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92/137 eixo (por exemplo, um sistema de varredura com um espelho de varredura pivotante em torno de um eixo, ou semelhante) pode ser utilizado para varrer o feixe de laser em paralelo com o eixo X, isto é, perpendicularmente à direção do movimento da superfície da peça 1000 em relação à fonte de laser 1, devido à rotação da peça 1000. Uma varredura rápida através da porção relevante da superfície pode, assim, criar um ponto virtual com uma extensão na direção X muito maior do que a extensão do ponto sem varredura: assim, o ponto inicial é transformado em um ponto virtual mais largo (com uma extensão maior na direção X), mas com uma densidade de potência menor, já que a potência do feixe é distribuída por uma área maior.

[0193] Com um sistema de varredura de dois eixos (por exemplo, com um sistema de varredura que tem um espelho biaxial, ou dois espelhos uniaxiais) o feixe de laser pode ser deslocado em duas direções, por exemplo, por um lado, em paralelo com o eixo X e, por outro lado, em paralelo com o eixo Y, e combinações destas. Assim, além da varredura da superfície perpendicularmente à direção do movimento da superfície em relação à fonte de laser, isto é, além da varredura da superfície ao longo da superfície dos munhões na direção do eixo X, o feixe de laser também pode varrer a superfície na direção do seu movimento, isto é, em paralelo com o eixo Y; assim, a superfície de um munhão de um virabrequim pode ser varrida também na direção circunferencial do munhão. O feixe de laser também pode descrever percursos que combinem o movimento na direção X e na direção Y (isto é, quando projetado sobre o munhão circular de um virabrequim, na direção circunferencial W, por exemplo, cf. às figuras 12A-12B). Deste modo, o feixe pode

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93/137 seguir percursos que têm formas complexas, tal como retangulares, ovais, trapezoidais, etc. O ponto de laser pode ser varrido sobre a superfície para formar um retângulo virtual preenchido tendo uma altura substancial na direção Y (ou W) (por exemplo, seguindo um padrão sinuoso dentro de um limite retangular ou seguindo uma pluralidade de linhas separadas dentro do dito limite), ou para delinear repetitivamente as extremidades de um retângulo, ou qualquer outra forma geométrica. Assim, ao utilizar a capacidade de varredura do sistema, pode ser criado um ponto de laser efetivo virtual ou equivalente, que tem uma extensão e forma desejadas, tanto na direção X e na direção Y ou W. No caso de um, assim chamado, scanner-XYZ, além da possibilidade de movimento do ponto nas direções X e Y, é proporcionada uma lente de focagem que pode ser deslocada na direção Z por algum tipo de meio de acionamento, permitindo assim a adaptação dinâmica do tamanho do ponto de laser. Deste modo, tanto a posição do ponto e o seu tamanho podem ser controlados e adaptados para otimizar o processo de endurecimento. Além disso, como uma alternativa ou em adição ao deslocamento de uma lente de focagem ou semelhante, o tamanho do ponto de laser pode ser controlado e adaptado pelo movimento da fonte de laser em paralelo com o eixo Z, utilizando o primeiro meio de acionamento do carro de laser. Além disso, o sistema pode incluir meios para variar a distribuição da potência dentro do ponto de laser, tal como é conhecido, por exemplo, do documento DE-3905551-A1 mencionado acima.

[0194] A Figura 3 ilustra, esquematicamente, a fonte de laser 1, incluindo um sistema de varredura 3 de dois

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94/137 eixos, ilustrado esquematicamente, com base em um espelho biaxial ou dois espelhos uniaxiais e disposto para defletir um feixe de laser de entrada 2 no plano vertical paralelo ao eixo X e no plano vertical paralelo ao eixo Y; o ângulo α representa a varredura máxima no plano vertical paralelo ao eixo X e o ângulo β representa a varredura máxima no plano paralelo com o eixo Y. A Figura 3 ilustra, esquematicamente, a fonte de laser 1 colocada sobre uma peça de trabalho e, mais especificamente, sobre o munhão 1001 de um virabrequim, que inclui um orifício de lubrificação 1003 e que é girado no carro de trabalho (não representado) na direção sugerida pela a seta. Uma porção ou seção 1006 que pode ser varrida pelo ponto de laser devido à varredura do feixe de laser é ilustrada, esquematicamente, na figura 3 . Assim, utilizando este tipo de fonte de laser, um ponto de laser pequeno projetado sobre a parte superior da peça de trabalho pode ser substituído por um ponto de laser virtual ou equivalente maior, obtido por varredura repetitiva, a alta velocidade, de um padrão com uma forma desejada, dentro da seção 1006, que é determinada pela varredura máxima permitida pelo sistema de varredura, em conformidade com os ângulos α e β. Assim, em vez de aquecer um único ponto pequeno com o feixe de laser, uma área maior pode ser aquecida (mas com menos energia por unidade de área) durante um intervalo de tempo pela varredura com o dito feixe de laser. Ou, em outras palavras: em vez de fornecer um ponto grande (tal como um grande ponto retangular) utilizando, por exemplo, óticas fixas adequadas, pode ser alcançada uma distribuição de energia correspondente pela varredura de um ponto menor e com mais intensidade de energia sobre uma área maior. Isto envolve uma vantagem

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95/137 importante: prevê a possibilidade de aplicar dinamicamente diferentes quantidades de energia a diferentes porções da superfície, pela adaptação do padrão de varredura, velocidade do movimento de varredura, potência do feixe e/ou tamanho de ponto, de acordo com características diferentes de porções diferentes da superfície, por exemplo, dependendo da sensibilidade ao calor e do risco de danos devido ao superaquecimento. Por exemplo, o padrão de varredura, a velocidade de varredura, a potência do feixe e/ou o tamanho do ponto de laser podem ser escolhidos (e adaptados dinamicamente durante o processo de endurecimento), de modo a limitar a quantidade de energia de aquecimento aplicada à superfície na vizinhança dos orifícios de lubrificação ou na proximidade dos filetes rebaixados. Para obter uma profundidade e qualidade de endurecimento adequadas, a varredura é realizada repetitivamente e, de preferência, com uma frequência elevada, tal como superior a 10 Hz ou, mais de preferência, superior a 50, 100, 150, 200 ou 250 Hz, de modo a evitar flutuações substanciais na temperatura dentro da área aquecida.

[0195] As Figuras 4A e 4B são vistas de cima de uma porção de um virabrequim, a saber, de um munhão 1001 do virabrequim, durante dois estágios diferentes de um processo de endurecimento. O virabrequim é girado no carro de trabalho (não representado), na direção ilustrada pela seta.

[0196] Na figura 4A, o numeral de referência 2A indica o padrão de varredura: o ponto de laser é forçado a seguir o percurso 2A, substancialmente retangular; em uma configuração alternativa, o ponto de laser é varrido dentro da área 2A substancialmente retangular, por exemplo, seguindo

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96/137 um padrão sinuoso ou outro padrão dentro da área retangular 2A, de modo a encher o retângulo, ou seja, de modo a impactar a totalidade da superfície do retângulo. Em ambos os casos, a varredura é realizada a alta velocidade, de modo que o resultado é que a projeção do feixe de laser sobre a superfície da peça 1001, de uma perspectiva de aquecimento, é substancialmente equivalente ao aquecimento que seria obtido se o feixe de laser tivesse sido projetado na forma de um retângulo oco 2A ou um retângulo preenchido 2A, respectivamente. Na figura 4A, a área varrida pelo feixe de laser é uma subárea menos sensível ao calor, já que a peça de trabalho é sólida na dita área.

[0197] Agora, na figura 4B, o orifício de lubrificação 1003 atingiu a seção ou porção que pode ser varrida pelo feixe de laser. A área imediatamente adjacente ao orifício de lubrificação 1003 é uma área mais sensível ao calor, já que as bordas do orifício de lubrificação podem ser danificadas por superaquecimento e já que a ausência de metal no orifício reduz a capacidade de dissipação de calor da peça naquela área . Assim, se o feixe de laser for projetado na área imediatamente adjacente ao orifício de lubrificação 1003 da mesma maneira como ele é projetado sobre uma região menos sensível ao calor, tal como na figura 4A, pode ocorrer superaquecimento com danos às bordas do orifício de lubrificação 1003.

[0198] Portanto, nesta configuração da invenção, é utilizado um padrão de varredura 2B diferente quando a peça de trabalho está na situação ilustrada na figura 4B: neste caso, o feixe de laser segue um caminho em forma de um retângulo maior 2B, ou segue um padrão sinuoso ou uma

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97/137 pluralidade de linhas paralelas para preencher a área delineada pelo dito retângulo maior 2B, respectivamente. Isto implica que a potência do feixe de laser é espalhada por uma área maior, reduzindo assim o risco de superaquecimento. Em outras palavras: a modulação do feixe de laser em termos do padrão de varredura é diferente na situação mostrada na figura 4B em relação à situação apresentada na figura 4A, para reduzir o risco de superaquecimento.

[0199] Obviamente, não há nenhuma necessidade de utilizar um padrão retangular ou um padrão sinuoso preenchendo um retângulo: o técnico no assunto é livre para utilizar o padrão que ela ou ele considerar mais conveniente. Por exemplo, quando é utilizado um laser de fibra ou outro laser que permite o ligar/desligar rápido do feixe de laser, pode ser utilizado um padrão compreendendo uma pluralidade de linhas paralelas e a distância entre as linhas pode ser menor quando é varrida uma subárea menos sensível ao calor, do que quando é varrida um subárea mais sensível ao calor. Ou, mais de preferência, a distância entre as linhas pode ser mantida substancialmente constante, mas a potência do feixe e/ou a velocidade de varredura ao longo das linhas podem ser adaptados, de modo que a velocidade de varredura é mais elevada e/ou a potência do feixe é menor na subárea mais sensível ao calor do que na subárea menos sensível ao calor. Além disso, podem ser utilizadas combinações destas abordagens. Para a varredura ao longo de uma pluralidade de linhas paralelas, em muitas configurações da invenção, podem ser utilizados espelhos poligonais. Além disso, ou como uma alternativa para modificar o padrão ou o caminho seguido pelo ponto de laser, um técnico no assunto pode optar por

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98/137 modificar a potência do feixe de laser e/ou a velocidade de varredura do feixe de laser e/ou o tamanho do ponto de laser e/ou a distribuição de potência dentro do ponto de laser, de modo a alcançar um endurecimento adequado com um nível aceitável de deterioração de áreas sensíveis, tal como as bordas dos orifícios de lubrificação 1003 de um virabrequim. Este tipo de medida também pode ser tomada em relação a outras áreas sensíveis, tal como os filetes rebaixados ou a área na extremidade de uma faixa de endurecimento, isto é, basicamente, a área onde a peça de trabalho já tenha girado quase 360 graus, o feixe de laser se aproxima de uma área que foi previamente aquecida por ele e que não deve ser substancialmente reaquecida, de modo a evitar um efeito excessivo de têmpera, que causaria uma diminuição inaceitável da dureza.

[0200] As Figuras 5A e 5B são vistas de cima de uma porção de um virabrequim, a saber, de um munhão 1001 do virabrequim, durante dois estágios diferentes de um processo de endurecimento de acordo com uma configuração alternativa da invenção. O que foi indicado em relação às figuras 4A e 4B se aplica, mutatís mutandís. Nas figuras 5A e 5B, o padrão de varredura se estende, praticamente, ao longo de toda a largura do munhão, substancialmente a partir de um dos filetes 1004 para o outro. Tal como na figura 4A e 4B, o padrão de varredura é projetado para aplicar uma densidade de potência inferior na subárea mais sensível ao calor em volta do orifício de lubrificação 1003 (cf. Figura 5B), do que na subárea menos sensível ao calor ou na região mais distante do orifício de lubrificação (cf. Figura 5A); neste caso, isto é conseguido por uma altura maior do padrão de varredura

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99/137 trapezoidal quando a área em volta do orifício de lubrificação 1003 está sendo varrida.

[0201] No entanto, neste caso, a área adjacente aos filetes 1004 também é considerada uma área sensível ao calor, por exemplo, devido ao uso de filetes rebaixados. Assim, o padrão de varredura é configurado para proporcionar uma densidade de energia menor também nessa área; isto é obtido por um padrão de varredura trapezoidal, em que, com uma velocidade de varredura substancialmente constante, será recebida menos energia na vizinhança dos filetes, do que se for utilizado um padrão de varredura retangular.

[0202] Analogamente ao caso da configuração das figuras 4A e 4B, o feixe de laser pode seguir os contornos dos trapézios 2C e 2D ilustrados nas figuras 5A ou 5B, ou ele pode cobrir ou preencher os trapézios, por exemplo, seguindo um caminho sinuoso dentro dos ditos trapézios ou uma pluralidade de linhas dentro dos trapézios.

[0203] É evidente para o técnico no assunto que estes padrões são apenas exemplos e que o técnico no assunto será capaz de escolher entre um número infinito de padrões possíveis ao adaptar o método e o sistema para o projeto específico de uma peça de trabalho.

[0204] A Figura 6A é uma vista de cima de um ponto de laser virtual 5 tendo uma seção transversal retangular e tendo uma porção dianteira 2E com uma densidade de energia maior e uma porção final 2F com uma densidade de energia menor. O ponto de laser virtual é obtido varrendo repetitivamente um ponto de laser real, menor, seguindo um padrão sinuoso que cobre a área retangular. Neste caso, a densidade de energia maior é obtida pela utilização de um

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100/137 padrão sinuoso mais compacto em uma primeira porção da área retangular e um padrão sinuoso menos compacto na segunda porção da área retangular. A seta indica a direção na qual uma superfície de uma peça se move em relação ao ponto de laser virtual. Desta forma, uma porção da peça a ser aquecida será, primeiramente, afetada pela borda dianteira do ponto laser virtual e receberá, assim, uma quantidade comparativamente grande de energia por unidade de área de superfície. Isto favorece um aquecimento rápido, o que, no caso de endurecimento por laser, significa que a porção da peça irá atingir rapidamente a faixa de temperatura de austenitização. Isto significa que, para uma dada potência do feixe de laser e uma dada velocidade de movimento da superfície a ser aquecida, a área aquecida da peça pode ser mantida na ou acima da faixa de temperatura de austenitização por um tempo mais longo, do que se a energia tivesse que ser distribuída uniformemente sobre o ponto de laser virtual: se a energia fosse foi distribuída uniformemente, levaria mais tempo para a superfície alcançar a zona de temperatura de austenitização.

[0205] A Figura 6B ilustra uma configuração alternativa, na qual, em vez de utilizar um padrão sinuoso, o ponto de laser segue uma pluralidade de linhas paralelas para formar o ponto de laser efetivo (virtual ou equivalente) 5. A potência do feixe de laser é maior e/ou a velocidade de varredura é menor ao longo das linhas na porção dianteira 2E com uma densidade de energia maior, em comparação com a porção final 2F, com uma densidade de energia menor, onde a potência do feixe de laser é menor e/ou a velocidade de varredura maior. Desta forma, pode ser obtida a distribuição

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101/137 de energia desejada ao longo do ponto de laser efetivo 5. Em vez de linhas, pode ser utilizado qualquer outro tipo de padrão de varredura para proporcionar uma distribuição de energia bidimensional desejada. Usando um laser que permite o ligar/desligar rápido do feixe de laser e/ou a variação rápida da potência, podem ser utilizados padrões muito complexos, permitindo uma distribuição de energia muito exata, que pode ser adaptada de acordo com as características da superfície a ser endurecida, por exemplo, de modo a aplicar menos energia nas regiões ou áreas mais sensíveis ao calor, como aquelas próximas aos orifícios de lubrificação de um virabrequim. Por exemplo, um laser de fibra pode ser útil para implementar este tipo de distribuição de energia, por exemplo, utilizando uma abordagem de pixel, na qual subáreas muito específicas são aquecidas de acordo com uma distribuição de energia bidimensional desejada. Para a varredura rápida ao longo de linhas paralelas, podem ser utilizados espelhos poligonais, como é conhecido no estado da técnica.

[0206] A Figura 6C ilustra um ponto de laser efetivo 5 compreendendo três porções diferentes, a saber, uma porção dianteira 2H compreendendo uma pluralidade de linhas do padrão de varredura, uma segunda porção 2I sem quaisquer linhas e uma terceira porção 2J compreendendo uma pluralidade de linhas do padrão de varredura. A porção dianteira 2H pode compreender, opcionalmente, uma subporção dianteira 2E com uma densidade de energia maior e uma porção final 2F com uma densidade de energia menor. Por outro lado, a densidade de energia na primeira porção 2I pode ser maior do que a densidade de energia na terceira porção 2J, a qual, por sua

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102/137 vez, pode ser maior do que a densidade de energia na segunda porção 2I, onde a densidade de energia pode ser zero ou perto de zero. O ponto de laser efetivo 5 pode ser obtido por varredura repetitiva do feixe de laser ao longo de todas as linhas do padrão de varredura, adaptando a velocidade de varredura e/ou a potência do feixe e/ou ligando/desligando o feixe de laser em diferentes segmentos de uma linha, de modo a distribuir a energia de acordo com um padrão de distribuição de energia ou potência desejado. Devido à segunda porção onde não ocorre aquecimento, a primeira porção 2H do padrão de varredura pode ser selecionada para trazer a temperatura da superfície da peça a uma temperatura elevada, tal como na ordem de 1400 °C, tão rapidamente quanto possível (devido a alta densidade de energia na subporção dianteira 2E) e a mantê-la aí durante um tempo suficiente para alcançar uma profundidade de endurecimento desejada (por seleção apropriada do comprimento da primeira porção 2H na direção do movimento relativo entre o ponto de laser efetivo e a superfície da peça, considerando a velocidade do dito movimento relativo), a segunda porção 2I pode permitir a têmpera por resfriamento da porção aquecida, tal como a autotêmpera e a terceira porção 2J pode apresentar um padrão de varredura, velocidade e potência do feixe apropriados para o aquecimento da peça a uma temperatura, tal como na ordem de 400 a 500 °C, de modo a revenir a área endurecida. Desta forma, o endurecimento e o revenimento podem ocorrer subsequentemente durante uma única etapa de deslocamento ou varredura do ponto de laser efetivo 5 sobre a superfície a ser endurecida e revenida. Isto pode servir para acelerar a sequência completa de endurecimento e revenimento. (A

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103/137 temperatura até a qual a superfície deve ser aquecida depende do material da peça, por exemplo, do tipo de aço que é utilizado e da sua composição. O valor de 1400 °C é mencionado apenas como um exemplo).

[0207] A Figura 6D ilustra, esquematicamente, um padrão de varredura com seis linhas 51, cada linha compreendendo cinco segmentos ou pixels 51A, 51B. Para cada segmento, o feixe de laser está ligado (segmentos ou pixels 51A) ou desligado (segmentos ou pixels 51B), de acordo com uma distribuição de energia desejada que pode variar dinamicamente durante o processo de endurecimento. Assim, o esquema da figura 6D representa, portanto, uma pixelização de 6x5 e pode ser obtida facilmente com os sistemas a laser e de varredura disponíveis comercialmente. A utilização de um laser que permite a alternância rápida entre ligado/desligado, por exemplo, um laser de fibra, pode aumentar o número de pixels do padrão de varredura para uma frequência de varredura predeterminada. O número de linhas que podem ser alcançados para uma determinada frequência de varredura, tal como 50 Hz ou 100 Hz ou mais, dependerá, entre outros, do meio de varredura utilizado.

[0208] Em vez de ou além de simplesmente ligar e desligar o feixe de laser, também podem ser utilizados outros estados de energia do feixe de laser, isto é, diferentes níveis de potência entre a potência máxima e a potência zero (ou próxima de zero). Os estados de energia correspondentes a segmentos diferentes podem ser armazenados em uma memória e podem ser dinamicamente modificados durante o processo de endurecimento, de modo a, por exemplo, reduzir a densidade de energia em uma área adjacente a um orifício de lubrificação

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104/137 pela redução do nível de energia atribuído a um ou mais dos segmentos, sempre que necessário. Esta abordagem segmentada ou pixelizada é muito prática e permite ao usuário encontrar distribuições de energia adequadas em todo o ponto de laser efetivo, experimentando combinações diferentes de estados de energia, isto é, de potência que o feixe deve ter em segmentos diferentes, até encontrar uma combinação que forneça um resultado desejado. Se o laser permitir a alternância rápida entre os diferentes estados ou níveis de energia, um elevado número de segmentos pode ser completado por segundo, permitindo uma taxa suficientemente alta de repetição do padrão de varredura para evitar flutuações substanciais de temperatura, ao mesmo tempo em que é acomodada uma quantidade razoável de segmentos. Por exemplo, quando o laser permite 1000 mudanças do estado de energia por segundo, uma frequência de repetição do padrão de varredura de 100 Hz pode ser combinada com um padrão de varredura tendo 10 segmentos.

[0209] A Figura 7A é uma vista em corte transversal através de um munhão 1001 em uma variante do sistema mostrado na figura 3. Aqui, a fonte de laser é ligeiramente deslocada em relação ao plano vertical de simetria do munhão 1001 ao longo do eixo X. Isto significa que o feixe de laser, ao varrer o ângulo β, irá atingir a superfície da peça em ângulos diferentes, entre o ângulo γ1, que neste caso é de aproximadamente 90 graus e o ângulo γ2, que neste caso é substancialmente menor do que 90 graus. Se a velocidade e o padrão varredura são constantes durante toda a varredura e se a potência do feixe é, igualmente, mantida constante, isto significa que a densidade de energia por

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105/137 unidade de área de superfície será maior na borda dianteira (isto é, onde a superfície do corpo em rotação entra na área varrida pelo feixe de laser durante a varredura), devido ao ângulo γ1 maior e menor na borda final, devido ao ângulo Y2 menor. Como foi explicado em relação à figura 6A, esta configuração pode ajudar a temperatura da superfície a atingir rapidamente a zona da temperatura de austenitização.

[0210] A Figura 7B mostra uma configuração alternativa, na qual o feixe de laser é mantido constante ou é varrido apenas no plano vertical paralelo ao eixo X, isto é, de acordo com o ângulo α da figura 3. Neste caso, a posição desalinhada do feixe de laser em relação ao plano de simetria implica que o feixe de laser atinge a superfície em um ângulo γ substancialmente menor do que 90 graus. Isto pode ter dois efeitos: em primeiro lugar, a área do ponto se tornará maior, o que pode ser uma vantagem, uma vez que a energia do feixe de laser se espalha por uma área maior. Além disso, se a espessura do feixe de laser (na direção do eixo Y) não é tão pequena que possa ser ignorada, haverá uma diferença entre o ângulo de incidência entre o feixe de laser e a superfície da peça na borda dianteira do ponto e o ângulo correspondente na borda final do ponto. Isto significa que o efeito mencionado acima, de aquecimento rápido da superfície quando esta entra no ponto, devido a uma maior densidade de energia na borda dianteira, pode ser alcançado. Esta configuração pode, por exemplo, ser utilizada, vantajosamente, em combinação com óticas fixas para fornecer um ponto de laser substancialmente retangular. Além disso, ou alternativamente, este conceito pode ser utilizado em combinação com uma varredura unidimensional em paralelo com o

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106/137 eixo X, estabelecendo um retângulo virtual com a largura correspondente ao diâmetro ou largura do ponto de laser e um comprimento correspondente à varredura do feixe de laser em paralelo com o eixo X.

[0211] Para aumentar o tamanho do ponto de laser, podem ser feitas abordagens semelhantes quando a área da superfície a ser endurecida é plana ou não circular: o feixe de laser pode ser projetado sobre uma superfície plana, de modo a não ser perpendicular à dita superfície plana.

[0212] Às vezes, é desejável endurecer superfícies que são de difícil acesso com o laser, exceto em ângulos muito pequenos. Por exemplo, no caso de virabrequins, as superfícies das paredes 1005 que se estendem substancialmente perpendicularmente às superfícies dos munhões e munhões de biela, muitas vezes, serão quase paralelas aos feixes de laser emitidos por uma fonte de laser 1 em uma disposição como a da figura 2. Isto tende a reduzir a taxa de absorção de energia nessas superfícies e torná-las de endurecimento mais difícil e/ou consumidoras de energia: a luz de laser recebida em um pequeno ângulo em relação à superfície tende a ser menos bem absorvida do que a luz de laser recebida em um ângulo grande, tal como 90 graus, isto é, perpendicularmente em relação à superfície.

[0213] No entanto, a absorção também depende da polarização. Assim, se para uma polarização (s ou p) a energia é absorvida melhor quando o feixe de laser é direcionado perpendicularmente à superfície (isto é, a 90 graus em relação à superfície), com uma polarização oposta, a absorção de energia é maior quando o feixe de laser é dirigido à superfície em um ângulo pequeno, tal como um

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107/137 ângulo próximo a zero, isto é, com a direção do feixe quase alinhada com a superfície. No caso de peças tal como virabrequins, em que as paredes são, por vezes, bastante grandes e separadas por um munhão relativamente curto, uma disposição tal como a da figura 2 terá que projetar o feixe de laser sobre as paredes 1005 a um ângulo relativamente pequeno, pelo menos para a parte das paredes que estão perto dos munhões.

[0214] A Figura 8 ilustra um sistema de polarização 4 que pode ser utilizado como parte da fonte de laser 1: ele inclui um polarizador de divisão de feixe 41, tal como um cubo de polarização que divide um feixe de laser de entrada em um feixe s-polarizado 2' e um feixe ppolarizado 2, um dos quais pode, então, ser utilizado para endurecer a superfície, por exemplo, dos munhões 1001 e dos munhões de biela 1002 e o outro pode ser utilizado para o endurecimento das superfícies das paredes 1005. Espelhos 42, 43 e 44 podem ser utilizados para realinhar o feixe spolarizado 2' e o feixe p-polarizado 2 para que se tornem substancialmente paralelos.

[0215] A Figura 9 ilustra, esquematicamente, um dispositivo ou sistema de computador 100, tal como um computador pessoal ou outro dispositivo ou meio programável, tendo meios de entrada de dados para computador 101, tal como um teclado e/ou mouse e uma tela/monitor de computador 102. Um padrão de varredura 2G é ilustrado na tela. Neste caso, o padrão de varredura é um polígono que compreende uma pluralidade de segmentos a, b, c, d, e, f, g e h. Na configuração ilustrada, os segmentos formam um polígono, a saber, um octógono. No entanto, pode ser utilizado um número

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108/137 maior ou menor de segmentos e, alguns ou todos, os segmentos podem ser curvos ao invés de lineares e os segmentos podem ser distribuídos de outras maneiras, tal como em uma pluralidade de linhas mais ou menos paralelas. O sistema de computador pode ser configurado de tal modo que um operador possa mudar o layout do padrão, por exemplo, utilizando um mouse ou outro meio de entrada, por exemplo, movendo um cursor na tela. Como uma alternativa, pode ser utilizada uma tela sensível ao toque, permitindo que o usuário manipule a forma do padrão tocando os segmentos, alterando, assim, a sua posição, orientação e/ou comprimento. O formato do padrão representa o percurso que o ponto de laser descreverá quando varrer a superfície a ser endurecida, por exemplo, para criar um ponto de laser efetivo virtual ou equivalente com uma distribuição de energia bidimensional.

[0216] Na tela existe também uma pluralidade de linhas A-H, cada uma delas correspondendo a um dos segmentos a-h, respectivamente. Cada uma das ditas linhas A-H representa uma característica do ponto de laser em relação a um dos segmentos a-h correspondentes, por exemplo, uma faixa de velocidade de varredura. Na configuração ilustrada, a seta junto de cada linha indica uma velocidade de varredura específica selecionada para o dito segmento, isto é, a velocidade na qual o ponto de laser se desloca ao longo do segmento correspondente ao seguir o padrão de varredura. No presente caso, a velocidade de varredura maior foi atribuída aos segmentos c e g, uma velocidade de varredura um pouco menor foi atribuída aos segmentos a e e, e uma velocidade de varredura ainda menor foi atribuída aos segmentos b, d, f e h. Em outras configurações da invenção, além de ou como uma

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109/137 alternativa para atribuir diferentes velocidades de varredura para segmentos diferentes, podem ser atribuídas diferentes potências de feixe de laser aos diferentes segmentos, tal como selecionando o feixe de laser para ser ligado ou desligado ou qualquer outro estado de energia disponível (tal como 10 %, 25 %, 50 %, 75 % ou 90 % da potência máxima), para os diferentes segmentos de acordo com uma distribuição de energia desejada. Os segmentos podem indicar o percurso seguido pelo centro do ponto de varredura, e o ponto de varredura pode, por exemplo, ter um diâmetro que corresponde à metade do comprimento dos segmentos a e c. Se for assim, cada vez que o ponto completa o percurso determinado pelos segmentos a-h, toda a área no interior do dito segmento é diretamente aquecida pelo laser, bem como parte da área externa aos ditos segmentos, até uma distância correspondente à metade do diâmetro do ponto de laser.

[0217] O octógono 2G, por exemplo, pode ser utilizado em vez dos retângulos 2A/2B ou dos trapézios 2C/2D, nas configurações das figuras 4 e 5. Neste caso, por exemplo, a velocidade de varredura mais elevada nos segmentos c e g pode reduzir o aquecimento na área dos orifícios de lubrificação 1003 e a maior velocidade dos segmentos a e e pode ajudar a evitar o superaquecimento da área dos filetes rebaixados 1004. Além disso, o sistema de computador pode ser programado de modo a utilizar um tipo de padrão 2G, quando uma área remota aos orifícios de lubrificação está sendo varrida e outro tipo de padrão (por exemplo, um padrão com segmentos diferentes e/ou orientados de forma diferente e/ou com diferentes velocidades ou potências de feixe atribuídos a alguns ou a todos os segmentos), quando a área adjacente a

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110/137 ou incluindo - os orifícios de lubrificação está sendo varrida. Por exemplo, pode ser utilizado o mesmo contorno dos segmentos, mas com uma velocidade diferente (e/ou potência do feixe) nos segmentos c e g, dependendo se a área em torno dos orifícios de lubrificação está sendo varrida, ou não.

[0218] Este sistema pode ser utilizado em conjunto com um pirômetro para permitir a adaptação por tentativa e erro do padrão de varredura 2G, por exemplo, através da realização do endurecimento por laser de peças de teste e modificando o padrão de varredura (forma, velocidade de varredura, intensidade do feixe de laser, tamanho do ponto de laser, etc.) para um ou mais segmentos, em função dos resultados. Além disso, ou como uma alternativa, o sistema de computador 100 pode ser proporcionado com software de simulação para simular o aquecimento que irá resultar de um padrão escolhido 2G e a partir das velocidades de varredura (e/ou outros parâmetros, tal como a potência do feixe de laser, o tamanho do ponto de laser, etc.) atribuídas aos diferentes segmentos a-h, de modo que em um curto período de tempo o usuário pode encontrar uma configuração de padrão que parecerá ser útil. O resultado da simulação pode, por exemplo, ser mostrado na tela 102. O usuário pode então modificar dinamicamente o padrão 2G e os parâmetros atribuídos aos diferentes segmentos e observar o aquecimento resultante. Esta ferramenta pode ser útil para encontrar ou conceber facilmente um padrão de varredura adequado, com os valores de parâmetros apropriados atribuídos aos diferentes segmentos, para um determinado projeto de peça de trabalho.

[0219] Por exemplo, este tipo de sistema pode ser utilizado vantajosamente para encontrar um padrão de

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111/137 varredura ou padrões de varredura adequados para um dado virabrequim, por exemplo, adaptando dinamicamente os

parâmetros	do	padrão	(a sua forma e	dimensões, por exemplo,
ampliando	ou	reduz	indo segmentos)	e/ou os parâmetros
associados	a	cada	segmento tal	como, por exemplo,	a
velocidade	do	ponto	de laser (modificando a velocidade	de
varredura),	potência	(por exemplo,	modificando o teor	de
energia do	fe	ixe de	laser) e/ou densidade de energia (	por

tamanho do ponto de laser, por exemplo, exemplo, alterando o por desfocagem, por exemplo, através do deslocamento de uma lente de focagem, ou alterando o ângulo de incidência entre o feixe de invenção, laser e a superfície). Em algumas configurações da a distribuição de energia dentro do feixe de laser também pode ser adaptada. Em algumas configurações da invenção, pode ser selecionado um padrão de varredura específico, tal como um de acordo com o da figura 6D, e a adaptação da distribuição de energia pode ser estabelecida escolhendo a potência do feixe e/ou a velocidade de varredura a ser atribuída a cada segmento 51A, 51B.

[0220] Foi descoberto que a utilização deste tipo de definição do padrão de varredura baseada em segmentos, permitindo, por um lado, a criação de um contorno do padrão aumentando e/ou reduzindo o número de segmentos e/ou o comprimento dos segmentos e/ou modificando sua orientação e/ou posição e selecionando e atribuindo diferentes valores de parâmetros relacionados com a energia ou potência, tal como valores da velocidade de varredura, potência do feixe e/ou de tamanho de ponto a cada segmento, torna mais fácil obter um aquecimento adequado das diversas porções da superfície a ser aquecida. Subáreas mais sensíveis

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112/137 ao calor, tal como a área adjacente aos orifícios de lubrificação 1003 de um virabrequim, podem ser tratadas de forma adequada, por exemplo:

- Utilizando o mesmo padrão de varredura (em termos do percurso percorrido pelo ponto) tanto para as áreas mais sensíveis ao calor como para as áreas menos sensíveis ao calor, mas adaptando outros parâmetros de modo a evitar o superaquecimento das áreas mais sensíveis ao calor, por exemplo, pela escolha de um segmento selecionado para ter uma velocidade de varredura maior (e/ou potência do feixe menor, etc.); no caso da figura 9, aumentando a velocidade nos segmentos c e g ajudará a reduzir o superaquecimento nos orifícios de lubrificação 1003 localizados no centro de um munhão através do qual o feixe de laser é varrido, de acordo com o padrão 2G; no caso da figura 6D, a atribuição de uma potência do feixe baixa (tal como zero ou próxima de zero) a alguns dos segmentos centrais 51B das linhas 51 também pode ajudar a evitar o superaquecimento em um orifício de lubrificação que passa através da porção central do padrão, na direção sugerida pela seta da figura 6D.

- Utilizando diferentes conjuntos de padrões de varredura e valores de parâmetros associados para diferentes subáreas; por exemplo, durante a rotação de um virabrequim, um munhão pode ser varrido como sugere a Figura 5A, mas com um padrão de varredura como o esquema da figura 9; quando o orifício de lubrificação 1003 atinge ou se aproxima da porção da superfície que está sendo varrida, o valor da velocidade associada aos segmentos c e g pode ser modificado, de modo que o feixe de laser varra estes segmentos a uma velocidade mais elevada, reduzindo, assim, o risco de superaquecimento

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113/137 da área adjacente ao orifício de lubrificação.

- Alterando a forma do padrão, por exemplo, pela modificação do comprimento e orientação dos segmentos e mesmo excluindo os segmentos. Por exemplo, o segmento g do padrão de varredura 2G pode ser excluído durante toda a rotação da peça ou quando da varredura de uma área da peça adjacente a ou incluindo um orifício de lubrificação; nesse caso, o ponto de laser pode seguir o percurso do segmento h, pelos segmentos, a, b, c, d, e até o segmento f e, em seguida, retornar na direção oposta, isto é, pelos segmentos f, e, d, c, b e a, até alcançar o fim do segmento h.

[0221] Assim, um sistema de computador proporcionando o controle do feixe de laser na base de um padrão de varredura segmentado, onde diferentes valores de, por exemplo,

- velocidade de varredura (isto é, a velocidade do movimento do ponto de laser ao longo do seu trajeto),

- potência do feixe de laser, e/ou

- tamanho do ponto de laser, [0222] podem ser atribuídos a diferentes segmentos, pode ser útil para adaptar o padrão de varredura para proporcionar uma distribuição otimizada da energia e um aquecimento otimizado de uma superfície, com a finalidade de endurecimento adequado da superfície com um dano ou risco de danos reduzido para porções sensíveis. A explicação acima se referiu, predominantemente, à velocidade de varredura, mas, obviamente, o aquecimento também pode ser modificado pela modificação da potência do feixe de laser, ou da densidade de energia, por exemplo, pela desfocagem, por exemplo, pelo movimento de uma lente. No entanto, para muitos lasers e

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114/137 meios de varredura atualmente existentes, a modificação da velocidade pode ser uma opção preferida. Quando são utilizados lasers que permitem a alternância rápida entre o estado de ligado/desligado ou a mudança rápida da potência do feixe (tal como muitos lasers de fibra que atualmente requerem aproximadamente 100 ps para alterar entre ligado e desligado), a modificação da potência do feixe de laser, por exemplo, ligando ou desligando, se torna uma opção cada vez mais interessante; a opção é ainda mais interessante considerando a tendência para menores tempos de alternância.

[0223] Para proporcionar um ponto de laser virtual (tal como um ponto de laser octogonal pela varredura rápida da área seguindo o padrão 2G da figura 9, ou um ponto de laser efetivo segmentado tal como o da figura 6D), a varredura deve ser realizada a alta frequência, isto é, alta velocidade. Por exemplo, em uma configuração prática, o feixe de laser pode completar um ciclo de varredura ao longo dos segmentos a-h em um período de, por exemplo, 8 ms; frequentemente, tal como quando são utilizados lasers de diodo ou outros lasers onde o ligar/desligar é lento, pode ser difícil ou caro modificar a potência do feixe de forma suficientemente rápida para colocá-lo no nível certo de cada segmento; frequentemente será mais prático modificar a velocidade de varredura, o que está dentro da capacidade dos sistemas de varredura disponíveis comercialmente. No entanto, dependendo da capacidade do laser para alternar o nível de potência, a modulação do feixe de energia pode ser preferida.

[0224] O padrão de varredura da figura 9 apresenta um conjunto de segmentos interligados. No entanto, dependendo do tipo de laser e/ou meio de varredura

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115/137 utilizados, também podem ser utilizados segmentos não interligados. Por exemplo, o padrão de varredura pode compreender uma pluralidade de linhas ou pontos ou pixels; este tipo de padrão de varredura pode ser frequentemente preferido quando é utilizado um laser que permite a alternância rápida entre ligado/desligado, tal como um laser de fibra. Assim, podem ser utilizados padrões muito complexos e sofisticados, permitindo uma seleção muito exata da distribuição de energia na área que está sendo varrida. Assim, o sistema pode ser adaptado para fornecer exatamente a distribuição de energia que é necessária quando se considera a presença de regiões sensíveis ao calor tal como, por exemplo, os orifícios de lubrificação em um virabrequim.

[0225] A Figura 10 ilustra, esquematicamente, uma primeira 110 e uma segunda 120 área de memória de computador associada ao sistema de computador 100, cada área de memória compreendendo uma matriz de memória com uma pluralidade de colunas, cada coluna incluindo um local de memória atribuído a cada um dos segmentos a-h do padrão de varredura 2G. As ditas colunas podem conter os seguintes dados:

[0226] Os dados nas colunas dos segmentos do padrão de varredura 111 e 121 podem definir a forma do padrão, isto é, a disposição dos segmentos (tal como pontos iniciais e finais de cada segmento).

[0227] Os dados nas colunas de velocidade de varredura 112 e 122 podem definir, para cada segmento, a velocidade de varredura associada a esse segmento, isto é, a velocidade com que o ponto de laser se moverá ao longo do segmento correspondente do padrão ou percurso de varredura.

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116/137 [0228] Os dados nas colunas de potência do feixe

113 e 123 podem definir, para cada segmento, a potência do feixe, isto é, a potência do feixe de laser a medida que este se move ao longo do segmento correspondente.

[0229] Os dados nas colunas de tamanho do ponto

114 e 124 podem definir, para cada segmento, o tamanho do ponto de laser a medida que este se move ao longo do segmento correspondente. Focando/desfocando o feixe de laser, por exemplo, ao mover uma lente de focagem motorizada ou pelo movimento da fonte de laser em paralelo com o eixo Z do sistema, o tamanho do ponto e, assim, a densidade de energia por unidade de área de superfície pode ser alterada. Isto também pode ser alcançado pela modificação do ângulo de incidência do feixe de laser sobre a superfície, por exemplo, desalinhando o feixe de laser tal como sugerido, por exemplo, nas figuras 7A e 7B.

[0230] Em algumas configurações da invenção, existe apenas uma destas áreas de memória de computador, isto é, a velocidade, a potência do feixe e o tamanho do ponto podem ser constantes ao longo do processo. Em outras configurações, existem duas ou mais destas áreas de memória e um apontador 130 que pode ser utilizado para modificar de dinamicamente a varredura durante o movimento relativo entre a superfície da peça 1000 e a fonte de laser 2: por exemplo, a medida que um orifício de lubrificação 1003 se aproxima da porção da superfície sendo varrida, um primeiro padrão de varredura (com o seu conjunto de valores de parâmetros associado de, por exemplo, velocidade de varredura, potência do feixe de laser, tamanho e/ou ângulo de incidência do ponto de laser) definido pela primeira área de memória 110 pode ser

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117/137 substituído por um segundo padrão de varredura (com o seu conjunto de valores de parâmetros associado de velocidade de varredura, potência do feixe de laser e/ou tamanho do ponto de laser, etc.) definido pela segunda área de memória 120, de modo a evitar o superaquecimento na bordas do orifício de lubrificação. Por exemplo, o segundo padrão de varredura pode ter uma velocidade de varredura maior e/ou uma potência do feixe de laser menor e/ou um tamanho do ponto de laser maior, associado aos segmentos que irão ser atravessados pelo orifício de lubrificação durante a varredura, em comparação com o primeiro padrão de varredura.

[0231] Em algumas configurações da invenção, haverá apenas uma ou algumas das colunas 111-114, ou pode haver mais colunas especificando dados relativos a outros aspectos do processo. Em algumas configurações da invenção, apenas um ou dois dentre velocidade de varredura, tamanho do ponto de laser e potência do feixe de laser irá variar entre os diferentes segmentos e padrões. Em algumas configurações, pode haver apenas uma área de memória 110 já que o percurso percorrido pelo ponto de laser, bem como os seus valores de parâmetros associados, permanecerão constantes durante todo o processo.

[0232] A Figura 11 ilustra, esquematicamente, duas áreas de memória de computador, de acordo com uma configuração alternativa da invenção, em que cada área de memória do computador 140, 150 compreende uma pluralidade de locais de memória 141, cada um correspondendo a um pixel ou segmento de uma área a ser varrida. Cada local de memória pode compreender um valor de estado de energia indicativo da potência do laser, tal como um valor indicativo de um estado

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118/137 ligado ou desligado do laser, ou um valor que indica um determinado nível de potência. Assim, quando da varredura do feixe de laser sobre a área a ser varrida (por exemplo, deixando o feixe de laser seguir uma pluralidade de linhas paralelas que se estendem sobre a dita área), o feixe de laser pode ser ligado e desligado de acordo com o valor do local de memória correspondente. Em algumas configurações da invenção, cada local de memória pode corresponder a uma linha do padrão de varredura e em outras configurações da invenção, cada local de memória pode corresponder a uma porção ou segmento de uma linha, de modo que pode ser alcançada uma distribuição de energia pixelizada (um exemplo de um padrão de varredura com tal de distribuição de energia segmentada ou pixelizada é dado na figura 6D). O nível de detalhe da pixelização ou subdivisão da área a ser varrida em subsegmentos com diferentes níveis de potência do laser (tal como ligado/desligado e/ou níveis de potência intermediários) atribuídos a eles pode depender de características tal como, a velocidade de varredura e a capacidade de alternância entre ligado/desligado do laser. Tal como no caso da configuração ilustrada na figura 10, um apontador 130 pode ser utilizado para alternar entre um tipo de e outro de padrão de varredura, adaptando assim a distribuição de energia dependendo das características da área que está sendo varrida, por exemplo, de modo a considerar a presença de um orifício de lubrificação.

[0233] A pixelização 20x20 sugerida pela figura 11 é apenas a título de exemplo e pode ser utilizada qualquer outro número adequado de linhas e de pixels por linha. Por exemplo, o número de linhas pode ser limitado pela velocidade

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119/137 do meio de varredura e pela frequência de varredura (isto é, a frequência com a qual o padrão de varredura é repetido) e o número de pixels ou de pixels por linha pode, para uma dada frequência de varredura e número de linhas, ser limitado pela capacidade de alternância entre ligado/desligado do laser. Por exemplo, no caso de um laser que necessita de 100 ps para ligar e 100 ps para desligar, isto é, 200 ps para um ciclo de ligar/desligar e utilizando uma frequência de varredura de 100 Hz e um padrão de varredura de 5 linhas para completar o ponto de laser virtual efetivo, o número de pixels por linha pode ser de aproximadamente 10.

	[0234]	As Figuras 12A a	12C ilustram	como a
distribuição de	energia de	um ponto de	laser efetivo	pode ser
adaptada	para	acomodar	um orifício	de lubrificação. O
orifício	de lubrificação	1003 está	posicionado	em uma

superfície de um munhão de um virabrequim e a dita superfície se estende em uma primeira direção paralela ao eixo de rotação do virabrequim e em uma segunda direção circunferencial W. Na figura 12A, é utilizado um ponto de laser efetivo equivalente 5 substancialmente retangular, que tem uma porção dianteira 2E com maior densidade de potência e uma porção final 2F com menor densidade de potência. No entanto, conforme mostrado na figura 12B, quando o orifício de lubrificação 1003 se aproxima do ponto de laser efetivo devido ao movimento relativo entre a superfície do virabrequim e a fonte de laser devido, por exemplo, à rotação do virabrequim em torno do seu eixo longitudinal, a distribuição de energia é substancialmente adaptada pela redução da potência ou densidade de energia em direção ao centro da porção dianteira 2E, de modo a evitar o

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120/137 superaquecimento da área adjacente ao orifício de lubrificação 1003. Aqui, o ponto de laser efetivo tem, substancialmente, uma forma em U. Subsequentemente, uma vez que o orifício de lubrificação 1003 tenha passado a porção dianteira 2E, a distribuição de energia original na porção dianteira é restaurada, enquanto que a distribuição de energia na porção final 2F é adaptada para acomodar o orifício de lubrificação 1003, pela redução da potência ou densidade de energia em direção ao centro da porção final. Aqui, o ponto de laser efetivo 5 adota, substancialmente, uma forma de U invertido (que em algumas configurações da invenção pode ser obtida usando uma segmentação ou pixelização em linha com a da figura 6D e adaptando os estados de energia atribuídos aos diferentes segmentos, de modo a proporcionar as formas correspondentes do ponto de laser efetivo). Isto é, enquanto o orifício de lubrificação está passando pelo ponto de laser efetivo, a distribuição de energia está adaptada de modo a aplicar menos energia à área mais sensível ao calor adjacente ao orifício de lubrificação, do que a energia que é aplicada à superfície a ser endurecida longe do dito orifício de lubrificação. A área em torno do orifício de lubrificação pode ser endurecida sem danificar a subárea mais sensível ao calor adjacente ao orifício de lubrificação; as porções laterais do ponto de laser efetivo em forma de U servem para endurecer as áreas nos lados do orifício de lubrificação. A alteração na distribuição de energia ilustrada nas figuras 12A-12C pode, por exemplo, ser obtida através da adaptação do padrão de varredura e/ou adaptando o modo pelo qual a potência do feixe é distribuída ao longo do padrão de varredura (por exemplo, através da

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121/137 adaptação da maneira em que o feixe de laser é ligado desligado durante diferentes segmentos do padrão de varredura) e/ou adaptando a velocidade de varredura em correspondência com os diferentes segmentos do padrão de varredura, etc.

[0235]

A Figura 13 ilustra, esquematicamente, como a distribuição de energia é adaptada para considerar a inclinação de um orifício de lubrificação

1003, pela aplicação de mais energia 5A ao lado 1003A do orifício de lubrificação que não está localizado acima do orifício de lubrificação

1003 e de menos energia ao lado 1003B do orifício de lubrificação que está localizado acima do orifício de lubrificação, isto é, para o lado para o qual o orifício de lubrificação se prolonga para dentro do corpo do virabrequim.

Isto pode, por exemplo, ser obtido pela escolha correta dos estados de energia atribuídos aos diferentes segmentos de um padrão de varredura. Esta diferença na aplicação da energia considera o fato da ausência de material condutor, devido à existência do orifício de lubrificação que se prolonga para a capacidade do baixo e para a direita na figura 13, reduzir calor aplicado à direita do orifício de lubrificação 1003 ser conduzido para longe da área aquecida.

Aplicando a mesma quantidade de energia em ambos os lados seria, basicamente, equivalente a um desperdício de energia, uma vez que isso proporcionaria uma camada endurecida mais espessa no lado direito 1003B do orifício de lubrificação da figura 13, do que no lado esquerdo 1003A; no entanto, quando se trata da necessidade de conformidade com a exigência de uma espessura mínima da camada endurecida, a parte mais fina da camada endurecida tem que atender à exigência. Assim,

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122/137 fazer a camada endurecida extra espessa na direita do orifício de lubrificação 1003 não faz qualquer sentido no que se refere ao cumprimento dos requisitos estabelecidos por um cliente e representa apenas um desperdício de energia. Além disso, aplicar a mesma quantidade de energia em ambos os lados pode implicar em maior risco de superaquecimento em um dos lados. Este risco é aumentado devido ao fato de que o ângulo entre a parede interior do orifício de lubrificação e a superfície da faixa a ser endurecida é mais acentuado para o lado para o qual o orifício de lubrificação se prolonga, isto é, o ângulo é mais acentuado à direita do orifício de lubrificação da figura 13 do que à esquerda, o que significa que a borda é mais acentuada à direita, aumentando o risco de danos no caso de superaquecimento.

[0236] Conforme indicado acima, a varredura, de preferência, ocorre rapidamente de modo a evitar flutuações substanciais na temperatura. Quando o feixe de laser é varrido repetitivamente ao longo de um padrão de varredura bidimensional - tal como ao longo de uma pluralidade de linhas paralelas - para formar um ponto de laser efetivo equivalente ou virtual, porções da peça são repetidamente aquecidas enquanto as porções permanecem dentro do dito padrão de varredura. O ponto de laser real, quando varrido repetitivamente ao longo do ponto de laser virtual, aquece repetitivamente diferentes pontos da superfície e estes pontos são, portanto, de maneira repetitiva, aquecidos a uma temperatura máxima e depois de cada vez que eles foram aquecidos eles tendem a se resfriar até serem aquecidos novamente durante a próxima varredura do feixe de laser ao longo do padrão de varredura, isto é, durante o próximo ciclo

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123/137 do processo de varredura. É desejável manter estas flutuações entre valores máximos e mínimos da temperatura local tão pequenas quanto possível. Para este fim, são preferidas uma velocidade e frequência de varredura elevadas. As Figuras 14A e 14B ilustram, esquematicamente, o resultado de testes realizados em um virabrequim utilizando um padrão de varredura e uma potência fixas. No caso da figura 14A, foi utilizada uma frequência de varredura de 50 Hz (isto é, o feixe de laser seguiu o padrão de varredura completo 50 vezes por segundo). Pode ser observado que, após ser atingida a temperatura máxima, flutuações entre a máxima e a mínima local ocorreram com uma amplitude de mais de 100 °C, na verdade, perto de 200 °C. Isto pode ser problemático, já que poderia implicar em um risco de superaquecimento e/ou um risco de endurecimento ou profundidade de endurecimento inadequados.

[0237] A Figura 14B ilustra, esquematicamente, o resultado de um teste realizado nas mesmas condições que as da figura 14A, mas com uma frequência de varredura de 250 Hz. Aqui, pode ser observado como as oscilações da temperatura entre a máxima e mínima local, correspondente à espessura do gráfico, têm uma amplitude de, substancialmente, menos do que 100 °C.

[0238] As Figuras 15A e 15B ilustram, esquematicamente, como um ponto de laser efetivo 5 pode ser aplicado a um munhão 1001 de um virabrequim, com um orifício de lubrificação 1003 e filetes rebaixados 1004, de modo a aquecer uma seção, tal como de 30 a 180 graus, de um segmento anelar 1001A do mesmo. À medida que o ponto de laser efetivo 5 se estende não mais do que 180 graus no sentido

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124/137 circunferencial W do munhão, para aquecer todo o segmento anelar, o munhão pode ser girado em torno do seu eixo de rotação X e/ou a fonte de laser pode ser deslocada em relação ao virabrequim. O aquecimento pode começar em uma extremidade lateral do munhão 1001, conforme mostrado na figura 15A, na proximidade do filete rebaixado 1004 e, por exemplo, o munhão pode ser girado de modo a aquecer toda a circunferência, de modo a aquecer o segmento anelar 1001A a uma temperatura suficiente e durante um tempo suficiente para assegurar uma profundidade de endurecimento necessária. Para endurecer toda a superfície do munhão, o ponto de laser efetivo 5 é progressivamente deslocado ao longo do munhão, na direção paralela ao eixo de rotação X, por exemplo, deslocando a fonte de laser em paralelo com o eixo X ou deslocando o feixe em paralelo com o eixo X usando um espelho de varredura. Assim, o segmento anelar aquecido 1001A se estende na dita direção e a porção previamente aquecida podem começar a resfriar, alcançando, assim a têmpera. Na figura 15B, pode ser observado como o ponto de laser efetivo foi deslocado ao longo da porção principal do munhão, aquecendo-a e, ao se deslocar, permitindo que ocorresse a têmpera. O ponto de laser efetivo é deslocado até atingir o filete na extremidade direita da figura 15B. A distribuição de energia bidimensional é adaptada na vizinhança dos filetes 1004 e também em correspondência com o orifício de lubrificação 1003, para evitar o superaquecimento destas partes. Uma vantagem desta configuração do endurecimento é que não há reaquecimento de uma porção já endurecida, já que o crescimento da área endurecida ocorre na direção de uma extremidade do munhão para a outra, isto é, na primeira

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125/137 direção paralela ao eixo de rotação X do munhão e não na direção circunferencial W. Isto é, o endurecimento ocorre da esquerda para a direita e não na direção circunferencial. Assim, não há, basicamente, risco algum para o reaquecimento indesejado e o revenimento excessivo de uma área de superfície já endurecida.

[0239] Quando do endurecimento da superfície do munhão no sentido circunferencial, geralmente deve ser dada atenção especial para a área de sobreposição, isto é, a área em que o ponto de laser efetivo, perto de completar o seu movimento ao longo da trajetória na direção circunferencial, chega a uma porção previamente endurecida. O reaquecimento de uma porção previamente endurecida a uma temperatura elevada, tal como a temperatura utilizada para o endurecimento, geralmente deve ser evitado. As Figuras 19A-19C mostram um arranjo semelhante ao das figuras 12A-12C, mas em vez dos orifícios de lubrificação, a subárea mais sensível ao calor que o ponto de laser está se aproximando corresponde a uma porção previamente endurecida 1001B do munhão. Nesta configuração, conforme mostrado esquematicamente na Figura 19A, o ponto de laser efetivo é composto por um conjunto de segmentos (semelhantes aos da figura 6D) e quando a borda dianteira do ponto laser efetivo chega à porção previamente aquecida 1001B, os segmentos na primeira fila são cancelados (cf. figura 19B), por exemplo, ajustando o laser para um estado desligado, em correspondência com os ditos segmentos. Na figura 19C, outras fileiras de segmentos foram canceladas, pelo qual o ponto de laser efetivo encolheu na direção circunferencial. Ou seja, o ponto de laser efetivo é progressivamente cancelado na sua borda ou porção dianteira,

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126/137 quando encontra a porção 1001B previamente endurecida, enquanto que a borda ou porção traseira alcança a dita porção dianteira, até que ponto de laser efetivo desapareça.

[0240]

Em outras configurações da invenção, o

ponto de laser	efetivo	não é	cancelado,	mas	a	mesma
energia/potência	geral é	reduzida.	Assim, o	ponto	de	laser
efetivo pode se	deslocar	em torno	do munhão	mais	uma	vez,

temperatura adequada para o aquecendo a superfície a uma revenimento.

0241]

Em outras configurações da presente invenção, podem ser utilizadas uma pluralidade de fontes de laser para aquecer simultaneamente várias seções do segmento anelar, por exemplo, de modo a aquecer simultaneamente todos os 360 graus do segmento anelar 1001A. Isto reduz a necessidade de rotação rápida do virabrequim para evitar flutuações na temperatura, que poderiam a qualidade do endurecimento, conforme velocidade muito elevada de rotação do afetar negativamente explicado acima. Uma virabrequim pode ser cara de implementar e pode tornar mais difícil adaptar a distribuição de energia do ponto ou pontos de laser efetivos, de modo a evitar o superaquecimento da área adjacente a um orifício de lubrificação que se move rapidamente.

0242]

A presente invenção proporciona, assim, uma abordagem extremamente flexível para o endurecimento por laser de uma superfície e, por conseguinte, pode ser muito útil para, por exemplo, endurecimento por laser de peças que têm porções de superfície com características substancialmente diferentes em termos de sensibilidade à transferência de calor e/ou requisitos substancialmente diferentes em relação a, por exemplo, aspectos tal como a

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127/137 profundidade da camada endurecida.

[0243]

O sistema pode ser operado com a resposta de um pirômetro e, por exemplo, controle por PID.

0244]

A seguir está um exemplo de como a invenção pode ser implementada de acordo com uma configuração prática da mesma:

[0245]

As Figuras

16A, 17A e 18A representam a distribuição de energia ou potência ao longo de um ponto de laser efetivo, calculada para um padrão de varredura conforme ilustrado nas figuras 16B e 16C, 17B e 17C e 18B e 18C, respectivamente. O padrão de varredura é do tipo ilustrado na figura 9 discutido acima, isto é, um padrão de varredura compreendendo oito segmentos, os quais o usuário pode reorganizar no que se refere à sua posição, orientação e comprimentos e para o qual o usuário pode selecionar e adaptar um ou mais valores de parâmetros relacionados com potência/energia, por exemplo, a potência do feixe de laser e/ou a velocidade do ponto de laser projetado ao longo do padrão de varredura. Neste exemplo foi utilizada uma potência constante e a velocidade foi adaptada em um segmento em uma base por segmento. Conforme explicado acima, o sistema de computador 100 pode ser fornecido com um software de simulação/cálculo para simular/calcular o aquecimento ou distribuição de energia que resultará de um padrão escolhido 2G e a partir das velocidades de varredura (e/ou outros parâmetros, tal como a potência do feixe de laser, o tamanho do ponto de laser, etc.) atribuídas aos diferentes segmentos a-h, de modo que, em um curto período de tempo, o usuário pode encontrar uma configuração de padrão que parecerá ser útil. As distribuições de energia calculadas, tal como as das

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128/137 figuras 16A, 17A e 18A, podem ser visualizadas em uma tela 102 para ajudar o usuário a estimar se as distribuições de energia são prováveis de serem apropriadas.

[0246] As Figuras 16A, 17A e 18A mostram a distribuição de energia/potência calculada sobre o ponto de laser efetivo, calculada com base nos padrões e velocidades específicos das figuras 16B, 17B, 18B e 16C, 17C e 18C, para os seguintes valores:

d1-d12 indicam as dimensões do padrão, de acordo com o exemplo ilustrado; os valores em mm de acordo com este exemplo, são os seguintes:

d1 = 16; d2 = 2,8; d3 = 3,1; d4 = 3,9; d5 = 7; d6 = 1,4; d7 = 0,4; d8 = 13; d9 = 5,1; d10 = 6; d11 = 2,8; d12 = 0,2.

v1-v10 indicam as velocidades de varredura atribuídas a diferentes partes do padrão de varredura; os valores em mm/s, de acordo com este exemplo, são os seguintes:

v1 = 3600; v2 = 8000; v3 = 4600; v4 = 3500; v5 = 6000; v6 = 5500; v7 = 3600; v8 = 8000; v9 = 5430; v10 = 8000; v11 = 5500 [0247] Nas figuras 16A, 17A e 18A são mostrados os padrões de distribuição de energia ou potência correspondentes. As Figuras 16A-16C se referem a um padrão que pode ser apropriado para o aquecimento da superfície de um munhão de um virabrequim, através do munhão na direção paralela ao eixo longitudinal do virabrequim, em uma subárea menos sensível ao calor longe de orifício de lubrificação. Assim, o padrão e as velocidades das figuras 16A-16C podem ser utilizados em uma situação como a ilustrada na figura

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12A. As Figuras 17A-17C ilustram um padrão e a distribuição de energia correspondente ao longo do ponto de laser efetivo quando o ponto de laser efetivo se aproxima de um orifício de lubrificação, tal como quando o ponto de laser efetivo está na posição conforme ilustrada na figura 12B, adotando uma forma em U ou similar. Aqui, considerando o padrão de varredura ilustrado na figura 9, um dos segmentos centrais, tal como o segmento c de acordo com a figura 9, foi eliminado para evitar o superaquecimento da subárea sensível ao calor adjacente ao orifício de lubrificação. De uma maneira correspondente, as figuras 18A-18C ilustram a distribuição de energia e o padrão de varredura quando o ponto de laser efetivo está prestes a sair da área adjacente ao orifício de lubrificação, isto é, em uma posição tal como a ilustrada na figura 12C.

[0248] Com esta configuração e aplicando um feixe de laser fornecendo um ponto de laser com um diâmetro de 3,4 mm em munhões de aço (tipo 1538MV) com baixo teor de carbono (0,40%), foi alcançada uma profundidade efetiva (dureza> HRC45) de 2,5 mm, com uma camada de 1 mm de martensita pura. A potência do feixe de laser foi de 2700 W, e o munhão era um munhão principal com uma largura de 21 mm. Resultados muito semelhantes também foram obtidos quando do endurecimento de uma superfície de um munhão de biela com largura de 19 mm, utilizando, substancialmente, a mesma configuração e valores, exceto que a potência do feixe de laser foi ajustada para 2400 W e a largura do padrão de varredura foi reduzida para 14 mm. Em ambos os casos, o ponto de laser efetivo se moveu ao longo da superfície, na direção circunferencial, com uma velocidade de 168 mm/minuto.

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130/137 [0249] O padrão de varredura foi aplicado com o seu centro desalinhado/desviado em relação ao centro do munhão sendo endurecido, de acordo com o que é sugerido na figura 7A: o desvio (em uma direção perpendicular ao plano que inclui a fonte de laser e o eixo central longitudinal do munhão) foi de 31 mm para o munhão com um raio de 34,45 mm e de 25,2 mm para o munhão de biela com um raio de 28,45 mm. Devido ao desvio, a área total do ponto de laser efetivo conforme projetado sobre o munhão foi maior do que o que seria se tivesse sido projetado sem o desvio.

[0250] Números de referência utilizados na presente descrição:

fonte de laser feixe de laser

2' feixe de laser s-polarizado feixe de laser p-polarizado

	2A	percurso varrido	pelo	feixe	de	laser,	ou	área
varrida	pelo	feixe de laser
	2B	percurso varrido	pelo	feixe	de	laser,	ou	área
varrida	pelo	feixe de laser
	2C	percurso varrido	pelo	feixe	de	laser,	ou	área
varrida	pelo	feixe de laser
	2D	percurso varrido	pelo	feixe	de	laser,	ou	área
varrida	pelo	feixe de laser

2E porção de um ponto de laser virtual retangular com maior densidade de energia

2F porção de um ponto de laser virtual retangular com menor densidade de energia

2G padrão de varredura; percurso varrido pelo feixe de laser

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131/137

	2H	porção	de um	ponto	de laser	efetivo	com
densidade	de	energia	adaptada	para o	endurecimento
	2I	porção	de um	ponto	de laser	efetivo	com
densidade	de	energia	adaptada	para têmpera
	2J	porção	de um	ponto	de laser	efetivo	com
densidade	de	energia	adaptada	para o	revenimento

sistema de varredura sistema de polarização ponto de laser efetivo

5A, 5B distribuição de energia em torno de um orifício de lubrificação inclinado carro de laser meio de acionamento do primeiro carro de laser para movimento vertical da fonte de laser meio de acionamento do segundo carro de laser para movimento horizontal da fonte de laser trilho horizontal para movimento da fonte de laser carro da peça de trabalho meio de acionamento do carro da peça de trabalho

41	polarizador
42	espelho
43	espelho
44	espelho
51	linhas de um padrão de varredura
51A	segmentos ou pixels ligados
51B	segmentos ou pixels desligados

100 sistema de computador

101 meio de entrada de dados de computador

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132/137

102 tela de computador

110 primeira área de memória de computador

111 coluna de padrão de varredura de segmento

112 coluna de velocidade de varredura

113 coluna de potência do feixe

114 coluna de tamanho do ponto

120 segunda área de memória de computador

121 coluna de padrão de varredura de segmento

122 coluna de velocidade de varredura

123 coluna de potência do feixe

124 coluna de tamanho do ponto

130 apontador

140 primeira área de memória de computador

141 local de memória para armazenamento de valor de pixel (ligado/desligado)

150 segunda área de memória de computador

151 local de memória para armazenamento de valor de pixel (ligado/desligado)

1000 virabrequim

1001 munhão

1001A segmento anelar aquecido/endurecido da superfície de um munhão

1001B porção de um munhão previamente endurecida

1002 munhão de biela

1003 orifício de lubrificação

1003A, 1003B porções do munhão nos lados da abertura de um orifício de lubrificação

1004 filetes

1005 superfície perpendicular aos munhões

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1006 área ou seção que pode ser varrida pelo feixe de laser a, b, c, d, e, f, g, h segmentos do padrão de varredura

A, B, C, D, E, F, G, H indicadores de velocidade α, β, γ, γ1, γ2 ângulos referidos na descrição

X, Y, Z direções no espaço

W a direção circunferencial d1-d12: indicadores de dimensões diferentes de um padrão de varredura, em mm v1-v11: indicadores de velocidade de varredura em correspondência com diferentes segmentos de um padrão de varredura, em mm/s [0251] No presente documento, o termo ponto de laser efetivo se refere a uma área na qual um feixe de laser é efetivamente projetado de modo a iluminar e aquecer a área. O ponto de laser efetivo pode ser um ponto de laser obtido por transformação de um feixe de laser original utilizando óticas, de modo a moldar o ponto de laser e de modo a distribuir a energia no ponto de laser efetivo de uma forma desejada, ou um ponto de laser virtual ou equivalente obtido pela varredura rápida e repetitiva do feixe de laser seguindo um padrão de varredura, de modo a aplicar o feixe de laser repetitivamente na mesma área ou substancialmente na mesma área, de modo que o efeito de aquecimento do feixe de laser seja, substancialmente, o mesmo que seria se tivesse sido utilizado um feixe de laser estacionário com uma distribuição de energia correspondente à distribuição de energia ao longo do ponto de laser virtual ou equivalente, durante um ciclo de varredura. Aqui, o termo rápido significa que a velocidade

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134/137 de varredura é muito maior do que a velocidade do movimento relativo entre a fonte de laser e a superfície do virabrequim, por exemplo, na direção circunferencial, de modo que porções da área da superfície a ser endurecida são aquecidas repetitivamente pelo ponto de laser. Por exemplo, tipicamente, a velocidade de varredura pode ser selecionada de modo que, por exemplo, sejam alcançados, pelo menos, 10, 50 ou 100 ciclos de varredura por segundo. De preferência, quando o ponto de laser efetivo é um ponto de laser virtual ou equivalente obtido por varredura repetitiva de um ponto de laser real sobre a área da superfície a ser endurecida, esta varredura, de preferência, ocorre em duas dimensões e o tamanho do ponto de laser virtual em qualquer uma das ditas dimensões é, de preferência de, pelo menos, 2, 3, 4, 5, 10, 20 ou mais vezes o tamanho do ponto de laser real na dita dimensão, por exemplo, na direção paralela a um eixo ou rotação de um virabrequim e na direção circunferencial de um munhão do virabrequim. O termo varredura pretende significar, de preferência, o movimento do feixe de laser e o padrão de varredura pretende se referir, de preferência, ao padrão o qual feixe teria de seguir sobre uma superfície estacionária, isto é, sem considerar o movimento relativo entre a fonte de laser e a superfície da peça.

[0252] Geralmente, o crescimento da área tratada ou segmento é conseguido por um movimento relativo entre o ponto de laser efetivo e a superfície a ser endurecida, movendo o ponto de laser efetivo e a dita superfície em relação um ao outro, por exemplo, no caso de um virabrequim, girando o virabrequim. De modo a obter uma profundidade de endurecimento suficiente, por exemplo, uma profundidade de

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135/137 endurecimento de 1000 pm ou mais, é preferível que, substancialmente, cada porção da área da superfície a ser endurecida permaneça dentro da área do ponto laser efetivo por uma quantidade suficiente de tempo, tal como, tipicamente, por exemplo, no caso de munhões de virabrequins, 0,5 a 5 segundos, tal como 1 a 3 segundos, de modo que não só a temperatura da superfície seja suficientemente elevada, mas de modo que a peça seja suficientemente aquecida até a profundidade requerida. O aumento da densidade de potência do feixe de laser não é um substituto para o tempo de aquecimento suficiente, já que a área de superfície não deve ser superaquecida, pois isso poderia danificar a peça. Assim, a temperatura da superfície deve estar dentro de uma faixa adequada durante um tempo suficiente. Por conseguinte, é desejado um tamanho substancial do ponto de laser efetivo em uma dimensão, de modo a proporcionar uma largura suficiente para a faixa de endurecimento (por exemplo, de modo a cobrir, substancialmente, toda a largura de um munhão de um virabrequim) e, em outra dimensão, de modo a permitir uma velocidade relativa elevada entre o ponto de laser efetivo e a superfície a ser tratada (proporcionando, assim, uma alta taxa de produção), permitindo, ao mesmo tempo, que as porções a serem endurecidas permaneçam durante tempo suficiente no interior do ponto de laser efetivo, de modo a alcançar a profundidade de endurecimento desejada ou necessária.

[0253]

No presente documento, termo virabrequim se refere, de preferência, à peça de um motor que converte movimento linear alternado do pistão em rotação, por exemplo, para o tipo de virabrequim que utilizado em motores de combustão interna, tal como os

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136/137 utilizados em muitos tipos de veículos automotores, como caminhões, automóveis e motocicletas.

[0254]

No presente documento, profundidade de endurecimento, de preferência, se refere se à profundidade efetiva tratada, a qual se refere, de preferência, à distância perpendicular a partir da superfície tratada até o ponto mais distante onde é mantido um nível especificado de dureza. O dito nível pode estar na faixa de, por exemplo, 40 a 55 HRC, de preferência,

HRC. No campo dos virabrequins, os níveis desejados de dureza são, geralmente, decididos considerando o teor de carbono do aço, mas um nível típico é de 45 HRC. No contexto do presente documento e em relação ao endurecimento de munhões de um virabrequim, é preferida uma profundidade de endurecimento de, pelo menos, 1000, 2000 ou 3000 pm.

[0255] Outro aspecto de interesse pode ser o nível ou a profundidade até a qual podem ser observados 100 % da martensita transformada. No contexto do presente documento e em relação ao endurecimento de munhões de um virabrequim, esta profundidade pode ser, de preferência de, pelo menos, 200, 300, 500, 800, 1000 pm ou mais.

[0256] Quando é utilizado um padrão de varredura segmentado, pode ser preferida uma velocidade de varredura de, pelo menos, 300 segmentos por segundo, ao passo que podem ser mais preferidas velocidades de, por exemplo, pelo menos, 600, 1000, 5000 e 10000 segmentos por segundo, de preferência em combinação com frequências de padrão de varredura de, pelo menos, 10 Hz, mais de preferência de, pelo menos, 50 Hz, ainda mais de preferência de, pelo menos, 100 Hz ou 200 Hz.

[0257] Embora a presente invenção tenha sido

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137/137 descrita com várias referências ao endurecimento da superfície de virabrequins, o âmbito da invenção não está de modo algum limitado ao tratamento da superfície de virabrequins.

[0258] Neste texto, o termo compreende e suas derivações (tal como compreendendo, etc.) não deve ser entendido com um sentido exclusivo, ou seja, estes termos não devem ser interpretados como excluindo a possibilidade de que o que está descrito e definido pode incluir outros elementos, etapas, etc.

[0259] Por outro lado, a invenção não está, obviamente, limitada à(s) configuração(ões) específica(s) descrita(s) aqui, mas também abrange quaisquer variações que possam ser consideradas por qualquer pessoa especialista na técnica (por exemplo, no que se refere à escolha de materiais, dimensões, componentes, configuração, etc.) como dentro do âmbito geral da invenção, conforme definido nas reivindicações.

Claims

1. MÉTODO DE ENDURECIMENTO POR LASER DE UMA SUPERFÍCIE DE UMA PEÇA, a peça compreendendo pelo menos uma área de superfície a ser endurecida, a dita área de superfície compreendendo pelo menos uma subárea mais sensível ao calor e, pelo menos, uma subárea menos sensível ao calor, caracterizado pelo método compreender:

projetar um feixe de laser (2) de uma fonte de laser (1) sobre a dita área de superfície, de modo a produzir um ponto de laser sobre a dita área;

gerar um movimento relativo entre a superfície da peça (1000) e a fonte de laser (1), permitindo, assim, que o ponto de laser seja subsequentemente projetado sobre diferentes porções da dita área de superfície;

durante o dito movimento relativo, varrer repetitivamente o feixe de laser (2) pela respectiva porção da dita área de superfície em duas dimensões, de modo a produzir um ponto de laser efetivo bidimensional equivalente (2A, 2B, 2C, 2D, 5) sobre a dita área de superfície, o dito ponto de laser efetivo tendo uma distribuição de energia;

em que a dita distribuição de energia está adaptada durante o dito movimento relativo de modo a ser diferente em uma subárea mais sensível ao calor do que em uma subárea menos sensível ao calor, de modo a evitar o superaquecimento da dita subárea mais sensível ao calor.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender varrer o feixe de laser ao longo de um padrão de varredura no interior do dito ponto de laser efetivo (5) e modificar a potência do feixe de laser ao longo do dito padrão de varredura, de modo a obter a dita

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2/13 distribuição de energia, opcionalmente, ligando e desligando o feixe de laser ao longo do dito padrão de varredura.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela distribuição de energia ser controlada adaptando seletivamente a potência do feixe de laser durante a varredura do ponto de laser ao longo do padrão de varredura, de modo a ajustar seletivamente o feixe de laser em um de uma pluralidade de estados de energia disponíveis, pelo menos, 300 vezes por segundo, de preferência, pelo menos, 600 vezes por segundo, mais de preferência, pelo menos, 1.000 vezes por segundo, mais de preferência, pelo menos, 5.000 vezes por segundo e, ainda mais de preferência, pelo menos, 10.000 vezes por segundo;

e em que o dito padrão de varredura compreende uma pluralidade de segmentos (51A, 51B; a, b, c, d, e, f, g, h), cada um dos ditos segmentos tendo um dos ditos estados de energia disponíveis atribuído a ele e, em que o estado de energia atribuído a, pelo menos, um dos ditos segmentos é diferente na dita subárea menos sensível ao calor do que na dita subárea mais sensível ao calor.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender a etapa de

utilizar um padrão de varredura diferente para o feixe de laser no interior do dito ponto de laser efetivo, na dita subárea mais sensível ao calor em comparação com a dita subárea menos sensível ao calor. 5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das

reivindicações 1 a 4, caracterizado por compreender a etapa de adaptar a dita distribuição de energia pela adaptação da dita velocidade de varredura, de modo que esta é diferente em, pelo

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3/13 menos, uma parte do dito ponto de laser efetivo na dita subárea mais sensível ao calor, em comparação com a dita subárea menos sensível ao calor.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo ponto de laser efetivo ser estabelecido varrendo repetitivamente o feixe laser sobre a peça seguindo um padrão compreendendo uma pluralidade de linhas (51), em que as ditas linhas são, de preferência, paralelas e, em que a varredura é repetida com uma frequência de varredura e, em que cada uma da dita pluralidade de linhas compreende uma pluralidade de segmentos (51A, 51B), o método compreendendo a atribuição de um valor predeterminado de potência do feixe de laser para cada um dos ditos segmentos, de modo a ajustar seletivamente a potência de saída do feixe de laser a um nível diferente em algum dos ditos segmentos do que em outros dos ditos segmentos;

e em que a frequência de varredura é de preferência de pelo menos, 50 Hz, mais de preferência de, pelo menos, 100 Hz, em que a dita pluralidade de linhas compreende, pelo menos, duas linhas, de preferência, pelo menos, 3 linhas, mais de preferência, pelo menos, 4 linhas e, em que cada linha compreende, pelo menos, três segmentos (51A, 51B), de preferência, pelo menos 5 segmentos e, mais de preferência, pelo menos 10 segmentos.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela varredura do feixe de laser ser realizada de modo que o ponto de laser, repetitivamente, segue um padrão de varredura compreendendo uma pluralidade de segmentos (51A, 51B; a, b, c, d, e, f, g, h) e, em que, pelo menos, um valor de parâmetro influenciando a dita distribuição de energia

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4/13 bidimensional está associado com cada um dos ditos segmentos e, em que o dito pelo menos um valor de parâmetro é adaptado dinamicamente durante a operação, de modo que o dito pelo menos um valor de parâmetro é diferente para, pelo menos, um dos ditos segmentos, quando o ponto de laser efetivo está aquecendo a dita subárea mais sensível ao calor do que quando está aquecendo a dita subárea menos sensível ao calor.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo dito pelo menos um valor de parâmetro ser indicativo de pelo menos uma dentre velocidade de varredura, tamanho do ponto de laser, potência do feixe de laser, distribuição de energia dentro do feixe de laser, comprimento do segmento correspondente e orientação do segmento correspondente.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado pela varredura ser realizada a uma velocidade média de 300 segmentos por segundo, de preferência de, pelo menos, 600 segmentos por segundo, mais de preferência de, pelo menos, 1.000 segmentos por segundo, mais de preferência de, pelo menos, 5.000 segmentos por segundo, e ainda mais de preferência de, pelo menos, 10.000 segmentos por segundo.

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por compreender a etapa de redução da densidade de energia em uma porção dianteira do ponto de laser efetivo (5), quando o ponto de laser efetivo está chegando a uma porção previamente endurecida da dita área de superfície.

11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por compreender a etapa

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5/13 de, quando o ponto de laser efetivo está chegando a uma porção previamente endurecida da dita área de superfície, interromper o movimento do dito ponto de laser efetivo em uma porção dianteira do dito ponto de laser efetivo, enquanto que uma porção traseira do dito ponto de laser efetivo continua a se mover na dita direção circunferencial, reduzindo desta forma, progressivamente, o tamanho do dito ponto de laser efetivo na dita direção circunferencial, até que o dito ponto de laser efetivo desapareça.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela varredura ser realizada de modo que o ponto de laser siga um padrão de varredura (2G) na área de superfície;

em que, pelo menos:

(i) velocidade de varredura;

e/ou (ii) potência do feixe laser;

e/ou (iii) tamanho do ponto de laser;

é diferente em uma parte do padrão de varredura do que em outra parte do padrão de varredura, de modo a evitar o superaquecimento da peça na subárea mais sensível ao calor.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo dito padrão de varredura (2G) compreender uma pluralidade de segmentos (a, b, c, d, e, f, g, h; 51A, 51B) e, em que, para cada um dos ditos segmentos, é atribuído (i) uma velocidade de varredura; e/ou (ii) uma potência do feixe laser; e/ou (iii) um tamanho do ponto de laser;

em que pelo menos uma das ditas velocidades de

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6/13 varredura, potência do feixe de laser e tamanho do ponto de laser é selecionado diferentemente em relação a, pelo menos, um dos ditos segmentos em comparação com, pelo menos, outro dos ditos segmentos, e em que, de preferência:

- a velocidade de varredura ser selecionada para ser maior em um segmento (c, g; a, e) que está mais perto de uma subárea mais sensível ao calor do que em dois segmentos adjacentes (b, d, h, f) que estão mais longe da dita subárea sensível ao calor;

e/ou

- a potência do feixe de laser ser selecionada para ser mais baixa em um segmento (c, g; a, e) que está mais perto de uma subárea mais sensível ao calor do que em dois segmentos adjacentes que estão mais longe da dita subárea sensível ao calor (b, d; h, f);

e/ou

- o ponto de laser ser selecionado para ter uma área maior (c, g; a, e) em um segmento que está mais perto de uma subárea mais sensível ao calor do que em dois segmentos adjacentes (b, d; h, f) que estão mais longe da dita subárea sensível ao calor;

e/ou (i) a velocidade de varredura; e/ou (ii) a potência do feixe laser; e/ou (iii) o tamanho do ponto de laser;

atribuídos a um ou mais dos segmentos ser modificado pelo menos uma vez enquanto a superfície da peça (1000) está em movimento em relação à fonte de laser (1);

e/ou

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- compreender a etapa de programar meios de controle eletrônico (100) para controlar o feixe de laser atribuindo, para cada um dos ditos segmentos (a, b, c, d, e, f, g, h), (i) pelo menos, uma velocidade de varredura; e/ou (ii) pelo menos, uma potência do feixe laser; e/ou

(iii) pelo menos, um tamanho do ponto de laser; e/ou - em que o padrão de varredura (2G) tem uma forma geométrica, em que a dita forma geométrica do padrão de varredura (2G) é modificada, pelo menos, uma vez enquanto a

superfície da peça (1000) está se movendo em relação à fonte de laser (1).

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela varredura ser realizada de modo que o ponto de laser siga um padrão de varredura (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) na área, o padrão de varredura tendo uma configuração geométrica, em que a configuração geométrica do padrão de varredura ser modificada, pelo menos, uma vez durante o movimento relativo entre a área de superfície e a fonte de laser.

15. MÉTODO de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo aquecimento ser realizado de modo que uma porção da superfície da peça que entra em uma área varrida pelo feixe de laser, primeiro recebe irradiação laser com maior potência média e, subsequentemente, recebe irradiação laser com potência média mais baixa.

16. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pela produção de um movimento relativo entre a peça (1000) e a fonte de laser (1) incluir a rotação da peça em torno de um eixo de rotação, de

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8/13 modo que o ponto de luz de laser possa acessar toda a circunferência da área da superfície a ser endurecida;

e em que a produção de um movimento relativo entre a peça (1000) e a fonte de laser (1) opcionalmente inclui a produção de um movimento relativo em uma primeira direção perpendicular ao dito eixo de rotação e em uma segunda direção perpendicular ao dito eixo de rotação, em que o movimento na dita primeira direção é produzido pelo deslocamento da peça e, em que o movimento na segunda direção é produzido pelo deslocamento da fonte de laser e, em que, opcionalmente, a

fonte de laser (1) é móvel em paralelo com o dito eixo de rotação. 17. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pela peça ser um virabrequim ( 1000) com uma pluralidade de orifícios de lubrificação ( 1003). 18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 17,

caracterizado pelo ponto de laser efetivo se estender em mais de 50% de munhões (1001, 1002) de virabrequim, preferencialmente em mais de 75% dos munhões, em uma direção paralela com a direção longitudinal do virabrequim.

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela varredura ser realizada mantendo a potência do feixe de laser constante e adaptando a velocidade de varredura e/ou o padrão de varredura, de modo a aplicar menos energia em subáreas mais sensíveis ao calor do que em subáreas menos sensíveis ao calor da dita superfície.

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela varredura ser realizada mantendo o padrão de varredura constante e adaptando a velocidade de varredura

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9/13 e/ou a potência do feixe, de modo a aplicar menos energia em subáreas mais sensíveis ao calor do que em subáreas menos sensíveis ao calor da dita superfície, por exemplo, adaptando dinamicamente o estado de ligado-desligado do feixe de laser em correspondência com os segmentos (51A, 51B) do padrão de varredura.

21. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito padrão de varredura compreender uma pluralidade de segmentos e, em que um estado de potência do feixe é atribuído a cada um dos ditos segmentos, de modo a ajustar a potência do feixe de laser, em correspondência com cada segmento, para um nível de energia correspondente ao dito estado de energia e, em que o laser é configurado de modo a alterar a potência do feixe de laser conforme requerido pelos ditos estados de potência do feixe e, em que a varredura se realiza a uma taxa de, pelo menos, 300 segmentos por segundo, de preferência de, pelo menos, 600 segmentos por segundo, mais de preferência de, pelo menos, 1.000 segmentos por segundo, mais de preferência de, pelo menos, 5.000 segmentos por segundo e ainda mais de preferência de, pelo menos, 10.000 segmentos por segundo, em que o padrão de varredura é repetido com uma frequência de, pelo menos, 10 Hz, de preferência de, pelo menos, 50 Hz, mais de preferência de, pelo menos, 100 Hz e, em que o estado de energia atribuído a pelo menos um dos ditos segmentos é diferente em correspondência com a dita subárea mais sensível ao calor do que em correspondência com a

dita subárea menos sensível ao calor. 22. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 21, caracterizado pela peça ser um virabrequim e em que as subáreas mais sensíveis ao calor

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10/13 incluírem áreas adjacentes dos orifícios de lubrificação

1003) e/ou áreas adjacentes aos filetes

1004) nas extremidades axiais dos munhões do virabrequim.

23. SISTEMA

PARA O ENDURECIMENTO DE,

PELO MENOS,

PARTE DA SUPERFÍCIE

DE UMA PEÇA (1000), sistema compreendendo uma fonte de laser (1) e meios (12,

13,

21) para gerar um movimento relativo entre uma superfície da peça

1000) e a fonte de laser (1), o sistema compreendendo ainda meios de controle eletrônico

100) para controlar o funcionamento do sistema, caracterizado por:

o meio de controle eletrônico estar configurado para operar sistema de modo a realizar o método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores.

24. APARELHO

PARA O ENDURECIMENTO

DE UMA ÁREA DE

SUPERFÍCIE DE

UMA PEÇA (1000), a área de superfície compreendendo, pelo menos, uma subárea menos sensível ao calor e, pelo menos, uma subárea mais sensível ao calor, o aparelho caracterizado por compreender uma fonte de laser (1) configurada para projetar um ponto de laser efetivo sobre a área de superfície e meios (12,

13, 21) para gerar um movimento relativo entre a dita área de superfície e o ponto de laser efetivo, de modo que o dito ponto de laser efetivo é movido ao longo da dita área de superfície de modo a, subsequentemente progressivamente, aquecer diferentes porções da dita área de superfície a uma temperatura adequada para o endurecimento, pelo que o dito ponto de laser efetivo está configurado para apresentar uma distribuição de energia bidimensional, o aparelho compreendendo ainda um sistema de

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11/13 controle (100) para controlar o funcionamento do aparelho, em que o dito sistema de controle está configurado para modificar a dita distribuição de energia bidimensional, de modo que esta seja diferente na dita subárea mais sensível ao calor do que na dita subárea menos sensível ao calor;

e em que o aparelho é configurado para operar de modo que o dito ponto de laser efetivo tenha um tamanho e se mova ao longo da dita área de superfície com uma velocidade de modo que, durante pelo menos parte do movimento do dito ponto de laser efetivo ao longo da dita área de superfície, de preferência, durante, pelo menos, 50% e, mais de preferência, durante, pelo menos, 90% e, ainda mais de preferência, durante 100% do movimento do dito ponto de laser efetivo ao longo da dita área de superfície, porções dentro da dita área de superfície aquecida pelo dito ponto de laser efetivo sejam aquecidas durante, pelo menos, 0,5 segundo, de preferência, pelo menos, 1 segundo e em que o tamanho do ponto de laser efetivo no sentido em que o ponto de laser efetivo se move ao longo da área da superfície seja de, pelo menos, 5 mm, de preferência de, pelo menos, 7 mm, mais de preferência de, pelo menos, 10 mm e ainda mais de preferência de, pelo menos, 15 mm, 20 mm, 30 mm ou mais.

25. APARELHO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pela dita fonte de laser compreender meios configurados para a varredura bidimensional de um feixe de laser da dita fonte de laser, em que o sistema de controle está configurado para a varredura do feixe de laser em duas dimensões, de modo a produzir o dito ponto de laser efetivo seguindo um padrão de varredura, em que o dito padrão de varredura é repetido com uma taxa de repetição de, pelo menos,

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12/13

10 Hz, de preferência de, pelo menos, 50 Hz, mais de preferência de, pelo menos, 100

Hz e, ainda mais de preferência de, pelo menos, 200 Hz.

26.

APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações

24 ou

25, caracterizado por ser programado para o endurecimento de, pelo menos, um munhão de um virabrequim, em que o aparelho é programado para produzir o dito ponto de laser efetivo de tal modo que ele se estenda por mais de 50 % do dito munhão do virabrequim, de preferência ao longo de mais de 75 % do dito munhão do virabrequim.

27. MÉTODO DE PROGRAMAÇÃO DE UM APARELHO, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 24 a 26 para o endurecimento por laser de munhões de um virabrequim, caracterizado por compreender as etapas de:

atribuir valores de parâmetros relacionados à distribuição de energia, incluindo potência do feixe de laser e/ou velocidade de varredura e/ou comprimento de segmento e/ou orientação do segmento, a uma pluralidade de segmentos (a, b, c, d, e, f, g, h; 51A, 51B), de modo a estabelecer uma pluralidade de conjuntos de dados, cada conjunto de dados correspondente a uma distribuição de energia bidimensional específica de um ponto de laser efetivo a ser projetado sobre uma área de superfície a ser endurecida e a ser deslocado ao longo da dita área de superfície, armazenar os ditos conjuntos de dados, e programar o aparelho para se adaptar à dita distribuição de energia do ponto laser efetivo em sincronização com o movimento do ponto laser efetivo ao longo da dita área de superfície, adaptando a dita distribuição de energia de acordo com, pelo menos, um dos ditos conjuntos de

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13/13 dados, para o aquecimento de uma subárea menos sensível ao calor da dita área de superfície e, através da adaptação da dita distribuição de energia de acordo com, pelo menos, um outro dos ditos conjuntos de dados, para o aquecimento de uma subárea mais sensível ao calor da dita área de superfície, o método opcionalmente;

compreende a etapa de, após a etapa de estabelecimento de um conjunto de dados, cálculo e visualização da distribuição de energia bidimensional correspondente em uma tela (102) .