BRPI0903632A2 - sistema de soldagem por movimento de fricção e métodos de execução - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE SOLDAGEM POR MOVIMENTO DE FRICçãO E MéTODOS DE EXECUçãO. Equipamento de soldagem por movimento de fricção, desenvolvido de acordo com exigências de alta confiabilidade, robustez, precisão e baixo custo, cobertura de soldagem e juntas de cabo em superfícies complexas com ferramenta de pino fixo sob força descendente controlada. Equipamento modelo compreende um fuso orbital para controle de força, em que um sensor coaxial mede a força descendente e, simultaneamente, o acionador eletrónico axial corrige a posição axial da ferramenta ao longo da soldagem, através do uso de um sistema de controle direto de força axial, a fim de manter a força descendente controlada de acordo com parâmetros pré-estabelecidos. O equipamento estabelece, monitora e controla a velocidade de rotação do fuso, a velocidade da soldagem, a velocidade de aceleração e a força descendente e pode registrar em um banco de dados a força descendente e a posição da ferramenta de soldagem durante o processo de soldagem. O equipamento modelo pode compreender ainda um sistema a laser que rastreia a superfície de apoio antes da soldagem e corrige o caminho original da ferramenta para fornecer uma rota de desvio e um sistema de alarme preciso para se conseguir uma soldagem segura, evitando a colisão da ferramenta com o apoio.

Description

SISTEMA DE SOLDAGEM POR MOVIMENTO DE FRICÇÃOE MÉTODOS DE EXECUÇÃO

CAMPO DA TÉCNICA

A tecnologia aqui empregada se referegenericamente a soldagem por movimento de fricção e, maisespecificamente, a um conjunto de técnicas para controle daforça, da posição axial e de outros parâmetros de um fusoorbital utilizado para soldagem através de movimento defricção.

Ainda mais especificamente, a tecnologia aquiempregada se refere a um sistema de força axial que monitorae controla a força descendente de um movimento de fricçãopara soldagem de fuso orbital, através da correção doposicionamento da ferramenta axial durante a soldagem, porexemplo, de acordo com parâmetros de controle numérico. Essatecnologia também inclui um sistema de segurança de soldagemque utiliza um sensor a laser para evitar colisão no uso dasferramentas e outras técnicas de controle do fuso de fricçãopara soldagem.

ANTECEDENTES E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em geral as pessoas pensam em soldagem comonecessitando de uma chama ou arco aquecidos, suficientementequentes para derreter os materiais a serem soldados. Porém,um tipo de soldagem chamada soldagem por movimento de fricção(FSW) é um processo de acoplamento que pode unir materiais emestado sólido sem haver a necessidade de derretê-los. Écomumente utilizado para aplicações onde é necessário que ascaracterísticas materiais originais permaneçam em sua maiorparte inalteradas. Movimento de fricção soldagem pode serusado para solda de alumínio, magnésio, cobre, titânio, aço ealguns plásticos.

Figuras 1, IA, 13 e IC mostram de modoexemplificativo um equipamento que executa um movimento defricção para soldagem. Para realizar o movimento de fricçãopara soldagem, uma ferramenta de rotação especialmenteconcebida aquece e mistura as partes da interface onde asduas partes se encontram. Este aquecimento e mistura demateriais em estado sólido unem as peças sem causar o seuderretimento. A ferramenta de rotação está representada naforma de um pino montado em um eixo giratório. A ferramenta écaracterizada por possuir um ombro que não penetra nomaterial a ser soldado, mas gira sobre ele. Esta rotação geraatrito e consequentemente, energia térmica que amolece omaterial a ser soldado.

Como mostrado nas Figuras 1 e 1A-1C, aferramenta especialmente projetada é tipicamente cilíndricacom relação aos ombros, e tem uma sonda (pino ou pequenasaliência) rosqueada/não rosqueada, resistente ao desgaste. 0fuso 16 normalmente gira a ferramenta 18 em uma velocidadeconstante e alimenta a ferramenta a uma taxa constante deavanço. Para juntar duas peças, a ferramenta 18 é inserida emuma linha comum entre duas folhas ou material chapado que sãofixados conjuntamente. As peças são geralmente apertadasrigidamente em uma barra de apoio, de forma a impedir que asfaces adjacentes sejam forçadas a se separarem. O comprimentodo pino 18 é geralmente um pouco menor do que a profundidadeda solda exige. O ombro da ferramenta está em contato com asuperfície de trabalho, e o pino é então movido em relação àpeça.Como o fuso 16 gira o pino 18, o calor égerado por atrito entre o ombro da ferramenta de soldagem epino e o material das peças sendo trabalhadas. Este calor,junto com o calor gerado pelo processo de mistura mecânica eo calor adiabático dentro do material, faz com que aresistência dos materiais em movimento seja reduzida sematingir o ponto de fusão. A ferramenta 18 se movimenta aolongo da linha de solda. Como o pino rotatório 18 é movido nadireção da soldagem, a face principal do pino, assistida porum perfil de pino especial, força o material plastificadopara a parte traseira do pino ao aplicar uma grande força deforjamento para consolidar o material de solda. A soldagem domaterial é realizada por deformação plástica erecristalização dinâmica no estado sólido. O equipamento desoldagem por movimento de fricção pode ser programado parafornecer uma entre uma variedade de padrões de soldagem parajuntas superiores e inferiores em superfícies complexas comcontrole eletrônico (por exemplo, uma Unidade de ComandoNumérico).

A soldagem FSW fornece uma série de vantagensem potencial em relação aos processos de fusão-soldagemconvencionais, tais como, por exemplo:

• Boas propriedades mecânicas da peça soldadasem necessidade de se derreter as peças;

Maior segurança devido à ausência devapores tóxicos ou respingos de material fundido;

• Padrões de soldagem são facilmenteautomatizados em máquinas de moagem relativamente simples;

· Pode ser operada em todas as posições(horizontal, vertical, etc.);

• Boa aparência geral de soldagem e espessuramínima, reduzindo assim a necessidade de uma usinagem cara,após a soldagem;• Baixo impacto ambiental;

• Outros.

Durante a soldagem por movimento de fricção,uma quantidade de forças irá atuar sobre a ferramenta 18. Porexemplo, uma força descendente é utilizada para manter aposição da ferramenta 18 ou abaixo da superfície do material.Uma força transversal atua em paralelo com o movimento daferramenta 18. A força lateral pode agir perpendicularmente àdireção transversal da ferramenta. Um torque é utilizado paragirar a ferramenta 18. A quantidade de vezes que o torque éutilizado dependerá da força descendente e do coeficiente defricção (fricção deslizante) e/ou da resistência do fluxo domaterial na região circundante (fricção deslizante).

Em muitos casos, a posição vertical daferramenta 18 é pré-definida e assim a carga vai variardurante a soldagem. No entanto, as máquinas de soldagem pormovimento de fricção que controlam automaticamente algumas outodas essas diversas forças a fim de proporcionarem forçadescendente constante oferecem certas vantagens. Neste caso,o equipamento de soldagem por movimento de fricção (Figs. 1 eIA) inclui acionadores e sensores capazes de controlaremautomaticamente a posição, orientação e movimento do pino 18.Alguns sistemas de soldagem por movimento de fricção incluemvários sensores, como células de carga, sensores de pressão esensores de deslocamento que percebem a posição da ferramenta18 e a força que a ferramenta está empregando. Um sistema decontrole pode ser utilizado para controlar a posição doinstrumento e a força descendente em resposta a estesparâmetros de percepção.

A fim de evitar a quebra da ferramenta eminimizar o seu desgaste excessivo, geralmente é desejávelcontrolar a operação de soldagem de modo que as forças queagem sobre a ferramenta sejam tão pequenas quanto possíveis emudanças inesperadas sejam evitadas. As condições quefavorecem as pequenas forças (por exemplo, entrada de calorelevado, velocidades baixas) podem, no entanto serindesejáveis do ponto de vista da produtividade e daspropriedades de soldagem. Embora a força descendenteconstante seja um objetivo desejável de projeto, devido adiversos fatores envolvidos, pode ser difícil de seralcançado. A segurança completa da ferramenta colidindo com asuperfície de apoio muitas vezes não é possível devido a umpequeno empenamento ou outras variações de distância do apoioem relação à ferramenta.

Apesar de muito trabalho ter sido realizadono passado em matéria de controle automático do equipamentoque executa o movimento de fricção para soldagem, melhoriasadicionais e desenvolvimentos são possíveis e desejáveis.

A tecnologia aqui descrita provê umequipamento de soldagem com movimento rotatório de fricção emétodos desenvolvidos de acordo com requisitos de altaconfiabilidade, robustez, precisão e baixo custo, a fim desoldar juntas superiores e inferiores em superfíciescomplexas, com força de controle da ferramenta fixa ouessencialmente constante.

Equipamentos exemplificativos e ilustrativos,não-limitantes, são caracterizados por compreender um eixoorbital de controle de força. Um sensor coaxial mede a forçadescendente. Simultaneamente, um acionador elétrico axial écontrolado para corrigir a posição axial da ferramentadurante a soldagem, por um controle do sistema de força axialdireto, a fim de manter o controle da força descendente deacordo com os parâmetros previamente definidos, com base nocontrole numérico. 0 equipamento também configura, monitora econtrola a velocidade de rotação do eixo, a velocidade desoldagem, a velocidade de aceleração e a força descendenteutilizando, por exemplo, funções de controle de Ioop fechado.

A aplicação exemplificativa e ilustrativa, não-limitante,pode também gravar em um banco de dados a força descendente ea posição de soldagem da ferramenta durante a soldagem.

Além disso, equipamentos exemplificativos eilustrativos, não-limitantes são caracterizados porcompreenderem um sistema a laser que escaneia a superfície deapoio antes da soldagem e corrige o caminho original daferramenta, a fim de obter um caminho alternativo para aferramenta. Um sistema preciso de alarme fornece soldagemsegura enquanto evita que a ferramenta colida com o apoio.

Um método de executar um movimento de fricçãopara soldagem compreende:

(a) a medição da força descendente que umaferramenta que executa um movimento rotatório para soldagemaplica sobre uma peça, e

(b) o controle de um acionador controladoeletronicamente com base num controle numérico, enquantocorrige a posição axial da ferramenta, pelo menos em parte,em resposta à respectiva força descendente medida para,assim, manter a carga entre os limites de tolerância, sendoque referido controle inclusive evita oscilações da cargaaplicada à peça por aplicação de um controle derivativoproporcional integral para manter a carga constante ousubstancialmente constante durante a soldagem.

0 método pode ainda incluir variações nasmedições da distância axial entre a ferramenta e a peça. 0método pode ainda incluir a medição das variações nadistância axial entre um eixo em que a ferramenta é montada eum apoio no qual a peça é colocada, e usando tais variaçõesde medidas para corrigir a posição axial da ferramenta eevitar colisões entre tal ferramenta e o apoio. 0 método podeincluir ainda um alarme se a distância axial entre aferramenta e o apoio for inferior a uma certa distância-limite determinada com base pelo menos em parte nessasvariações registradas. 0 método também pode incluirparâmetros de registro durante a soldagem. O método podeainda incluir a taxa de controle de rotação da ferramenta,utilizando um processo de controle de circuito fechado.

A tecnologia exemplificativa ilustrativa aquidescrita prevê ainda um sistema de soldagem através de ummovimento de fricção do tipo, que inclui um fuso tendo umaferramenta rotatória montada nele, sendo que tal ferramentarotatória fica em contato com a peça trabalhada, a posiçãoaxial da referida ferramenta, sendo determinada por umacionador controlado eletronicamente. O sistema pode incluirum sensor que mede a força descendente que a ferramentarotatória aplica na respectiva peça. 0 sistema compreendeainda um sistema de controle acoplado ao referido sensor,sendo o referido sistema de controle estruturado de forma acontrolar o acionador controlado eletronicamente mencionadopara corrigir a posição axial da ferramenta, pelo menos emparte, em resposta à referida força descendente medida para,assim, manter a carga entre os limites de tolerância, ditosistema de controle sendo estruturado de forma a evitaroscilações da carga aplicada à peça pela aplicação decontrole proporcional completo derivativo para manter a cargaconstante ou essencialmente constante durante a soldagem.O sistema pode ainda incluir um sensor alaser que mede as variações na distância axial entre aferramenta e a peça.

O sistema pode ainda incluir um sensor alaser que é estruturado para medir as variações na distânciaaxial entre um eixo em que a ferramenta está montada e umapoio no qual a peça é colocada, sendo que referido sistemade controle utiliza tais medidas de variações para corrigir aposição axial da ferramenta e evitar a colisão entre oreferido instrumento e o apoio.

O sistema pode ainda incluir um alarme queindica se a distância axial entre a ferramenta e o apoio émenor que a distância-limite determinada com base pelo menosem parte nessas variações registradas.

O sistema pode ainda incluir um registradorde dados que registra os parâmetros de soldagem durante asoldagem.

O sistema pode ainda incluir um arranjo decontrole de Ioop fechado que controla a velocidade de rotaçãoda referida ferramenta.

A tecnologia exemplificativa ilustrativa,não-limitante, aqui descrita fornece um método de executar ummovimento de fricção para soldagem que compreende: (a) ainserção de um sensor em um eixo de soldagem movimentado porfricção, (b) utilizando o sensor para mapear a distânciaaxial na qual o eixo de soldagem movimentado por fricção édisposto de uma superfície de apoio, (c) a remoção doreferido sensor do referido eixo e a colocação de umaferramenta em seu lugar; (d) a rotação da referidaferramenta, (e) movimentação da referida ferramenta rotatóriaem contato com uma peça colocada sob a referida superfície deapoio e (f) a utilização de um mapa para controlar acionadorcontrolado eletronicamente para corrigir a posição axial daferramenta em relação à referida peça, em que a referidaferramenta rotatória em contato com a peça plastifica partesda referida peça, enquanto mantém a peça em estado sólido,soldando assim a peça.

0 método pode ainda evitar as oscilações dacarga aplicada à peça mediante a aplicação de controleproporcional derivativo integral para manter a forçadescendente da referida ferramenta constante ouessencialmente constante durante a soldagem.

O método pode ainda medir as variações nadistância axial entre um eixo sobre o qual a ferramenta émontada e um apoio no qual a peça é colocada, e por utilizaras referidas variações para corrigir a posição axial daferramenta e evitar a colisão entre a referida ferramenta e oapoio.

0 método pode ainda criar um alarme se adistância axial entre a ferramenta e o apoio for menor que adistância-limite predeterminada com base pelo menos em partenas referidas variações registradas,

O método pode ainda registrar automaticamenteos parâmetros de soldagem durante a soldagem;

O método pode controlar a velocidade derotação da referida ferramenta utilizando um processo decontrole de Ioop fechado.BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Estas e outras características e vantagensserão melhor compreendidas, referindo-se à seguinte descriçãodetalhada das realizações exemplificativas e ilustrativas,não-limitantes, em conjunto com os desenhos.

A Figura 1 mostra de modo exemplificativo umequipamento que executa um movimento de fricção parasoldagem.

A Figura IA é uma vista mais detalhada daparte do fuso do equipamento de soldagem por movimento defricção exemplificativo e ilustrativo, não-limitante.

As Figuras IB e IC mostram de modoexemplificativo, ilustrativo e não-limitante um fuso desoldagem por movimento de fricção.

A Figura 2 mostra de modo exemplificativo,ilustrativo e não-limitante um diagrama geral de blocos dosistema de controle eletrônico.

A Figura 2A mostra de modo exemplificativo,ilustrativo e não-limitante um processo e algoritmo decontrole da máquina.

A Figura 3 mostra de modo exemplificativo,ilustrativo e não-limitante parte do sistema de controle daFigura 2, incluindo os componentes de controle do eixo.

A Figura 4 mostra de modo exemplificativo eilustrativo um sistema de controle de força descendente dofuso.A Figura 5 mostra de modo exemplificativo eilustrativo um sistema de controle de força descendente dofuso que se utiliza de um sensor a laser para perceber asvariações na distância para uma superfície de apoio.

A Figura 6 ilustra uma técnicaexemplificativa e ilustrativa para se utilizar um sensor alaser para detectar a distância até o suporte.

A Figura 7 mostra implementos da Figura 5utilizando-se a distância que sensor a laser percebeu paraestabelecer um limite do alarme à distância.

A Figura 8 mostra de modo exemplificativo,ilustrativo e não-limitante uma técnica anterior paracontrolar a distância mínima entre a ferramenta e o apoioque, por vezes, causa colisões.

A Figura 9 mostra de modo exemplificativo,ilustrativo e não-limitante uma técnica para controlar adistância mínima entre a ferramenta e o apoio através dautilização da percepção do laser com relação à. distância realaté o apoio, evitando assim as colisões.

A Figura 10 mostra de modo exemplificativo,ilustrativo e não-limitante a técnica de geração de umalarme.

A Figura 11 mostra de modo exemplifinativo,ilustrativo e não-limitante a técnica de controle de feedbackpara controle da rotação de soldagem por fricção.DESCRIÇÃO DETALHADA

A Figura 1 é uma vista em perspectiva lateralexemplificativa e ilustrativa, não-limitante de umequipamento que executa um movimento de fricção para soldagem(FSW) 100. O equipamento 100 inclui uma estrutura 12 quesuspende de modo móvel um fuso 16 acima de um apoio quesegura uma peça 14 a ser trabalhada. Um pino rotatório 18instalado de modo substitutivo no fuso (este pino rotatórioàs vezes é aqui denominado "a ferramenta") gira em contatocom a peça 14. Girando em contato com a peça 14 com umaquantidade de força descendente, o pino giratório 18 executaa soldagem por fricção rotativa da referida peça, porexemplo, soldando duas peças adjacentes ao longo de uma linhade soldagem 20.

Um sistema de controle eletrônico 200controla a operação do equipamento 100. Na implementaçãoexemplificativa, ilustrativa e não-limitante, o equipamento100 inclui um fuso 16 montado de tal modo que pode sercontrolável em movimento e posicionado em relação à peça 14segura ou apoiada pelo apoio. A peça 14 geralmente écompreende duas peças que são seguras ao apoio para limitarum ao outro. O equipamento 100 controla automaticamente aposição e a orientação do fuso 16 assim como a taxa derotação do pino de soldagem 18 montado no mesmo a fim deexecutar o movimento de fricção para soldagem sob condiçõescontroladas.

Conforme mostrado na Figura IA, o equipamento100 pode controlar a posição e orientação translacional erotacional do pino 18 em relação ao apoio em seis graus deliberdade. Por exemplo, o equipamento 100 pode transladar oapoio de um lado para outro (ao longo do eixo x) em relaçãoao pino 18. 0 equipamento 100 também pode transladar o pino18 em dois eixos adicionais (eixo y e z) em relação ao apoio,e o fuso 16 pode girar o pino 18 sobre todos os três eixosrotacionais (eixo de declive, eixo de aclive W, e eixo degiro C) . Tal liberdade de movimento garante um alto grau decontrole. Além disso, o fuso 16 pode controlar a quantidadede força descendente que o pino 18 exerce sobre a peça.

As Figuras IB e IC mostram os detalhesadicionais dos acionadores de controle eletromecânicoprovidos dentro do fuso 16 para execução do movimentoposicionamento controlado do pino 18 em relação à peça emseis graus de liberdade, e adicionalmente mostra detalhes decélulas de carga que podem ser utilizadas para perceberemdinamicamente a força descendente. Nota-se que o termo "forçadescendente" não está limitado à quantidade de força que ofuso 16 ou o pino 18 aplica para baixo na direção vertical(ou seja, em direção ao centro da terra), mas pode abranger aforça que a ferramenta aplica em direção à peça, não20 importando qual a orientação que a ferramenta e a peçaassumem em relação ao horizonte.

A Figura 2 é uma ilustração esquemática de umsistema exemplificativo, ilustrativo e não-limitativo de umcontrole eletrônico 200. 0 sistema de controle não-limitativo200 inclui um controle CNC numérico 213, um painel para ooperador de máquina 214, um roteador 215, um controladorlógico programável 216, um computador pessoal 217, e umcontrolador numérico do painel de PC 218. 0 controladornumérico CNC 213 controla os acionadores que posicionam emovimentam o fuso 16 em três eixos de translação e dois eixosde rotação. O controlador lógico programável 216 controla umacionador para o terceiro eixo de rotação do fuso 16, etambém recebe as informações do transdutor 207 e da célula decarga 208. O Fuso Ib é controlado pelo acionador do fuso 212pelo menos em parte, em resposta ao sensor de realimentação210. Um sensor a laser 211 pode ser utilizado para percebercom precisão a posição da ferramenta em relação à peça. 0computador pessoal 217 ou outro processador adequado coordenaa operação do controlador numérico 218 e do controladorlógico programável 213 em resposta às informações enviadaspelo usuário do painel do operador da máquina 214 e do paineldo PC 218.

0 Controle Numérico 213 é responsável porfornecer o controle preciso de cinco eixos (201, 202, 203,204, 205) e enviar informação sobre suas posições para oComputador Pessoal 217 e para o PLC 216 através do Roteador215. O Painel de Operação da Máquina 214 é utilizado paraoperar todas as funções da máquina. 0 controle 12 de carga eescaneamento a laser é operado utilizando-se o Painel do PC218 como interface para um usuário.

Como mostrado na Figura 2A, um algoritmoexemplificativo ou um processo para operar o equipamento 100compreende:

• Execução do comando de retorno ao iniciopara fixar todas as posições dos cinco eixos (bloco 302);

Carregamento do programa NC do caminhopercorrido pela ferramenta de soldagem no Controle Numérico213 (bloco 304);

Estabelecer os parâmetros do processo desoldagem (bloco 306);

Executar o programa com o Sensor a Laseracoplado ao Fuso 16 para escanear a superfície do apoio(bloco 308);• O software no PC 217 gera um arquivo (novoprograma de NC) do caminho pré-estabelecido percorrido pelaferramenta de soldagem (bloco 310);

Carregamento do programa pré-estabelecidono Controle Numérico 213 (bloco 312);

Execução do novo programa de NC com aferramenta de soldagem acoplada ao Fuso 16 para executar oprocesso de soldagem (bloco 314).

As Figuras 3 e 4 mostram de modoexemplificativo um fuso e o controle de carga fornecidos pelocontrolador lógico programável 216. 0 processo de soldagem emuma máquina ilustrativa, não-limitante 100 trabalha de acordocom um processo de controle de carga.

O controle de carga exemplificativo éresponsável por uma célula de carga 208 que mede a forçadescendente aplicada diretamente à peça. Ele também éresponsável pelo sistema preciso de medição da posiçãofornecido por um transdutor linear 207.

O Controlador Programável ilustrativo,exemplificativo e não-limitante 216 recebe os seguintessinais os quais utiliza para proporcionar o controle precisodo processo:

• Posição do eixo W;

• Valor da força descendente;

• Indicador do Controle Numérico (alertas efalhas).

O sistema exemplificativo, ilustrativo e não-limitante monitora e controla os seguintes itens:

Força descendente aplicada sobre a peçadurante a soldagem;Distância da ferramenta de soldagem emrelação ao apoio;

• Velocidade de rotação do fuso.

0 Controle Numérico 213 recebe a seguinteinformação do Controlador programável 216:

• Sinalização do sistema (alertas e falhas);

• Valores dos parâmetros do processo desoldagem.

0 sistema exemplificativo, ilustrativo e não-limitante 100 funciona através do controle da forçadescendente aplicada à peça e simultaneamente monitora adistância entre a ferramenta do pino e o apoio para evitarcolisões.

Mais detalhadamente, o acionador do eixo-W206 é responsável por movimentar o motor do fuso dentro dacaixa da cabeceira 121. O transdutor linear 207 é responsávelpor enviar a informação sobre a posição do eixo W ao PLC 216para manter uma distância segura da ferramenta (ou seja, pelomenos uma distância mínima) do apoio durante a soldagem. ACélula de Carga 208 mede a pressão aplicada à peça durante asoldagem no eixo W. O fuso 16 fornece a rotação para aferramenta 18. O sensor de retorno da rotação 210 mede arotação do fuso 16 e envia para a unidade do Fuso 212 paraconservá-lo em uma rotação fixa (constante ousubstancialmente constante) durante a soldagem.

O Sensor a Laser 211 escaneia o apoio dasoldagem e envia a informação para o PC 217 para ajustar ocaminho percorrido pela ferramenta no programa de NC(controle numérico). O acionador do fuso 212 controla arotação da ferramenta. O Controlador Lógico Programável 216controla toda a lógica do sistema inclusive o controle deforça descendente e a segurança da distância da ferramentacom relação ao apoio para evitar colisões.

Exemplo de Controle de Força Descendente deSoldagem

A implementação exemplificativa, ilustrativa,não-limitante fornece o controle da força descendente atravésda medição direta da carga aplicada à peça durante todos osprocessos (ver Figura 4) . Existem três parâmetros para estecontrole na implementação exemplificativa, ilustrativa e não-limitante; todos eles são previamente estabelecidos oupredeterminados antes do inicio do processo de soldagem. Ostrês parâmetros são:

1 - Força descendente sobre a peça (carga deajuste) ;

2 - Tolerância ao trabalho da forçadescendente (faixa de trabalho);

3 - Limite de colisão da força descendente(para proteção da máquina e do apoio).

0 sistema exemplificativo, ilustrativo e não-limitante 100 fornece um controle preciso em Ioop fechadoonde o PLC 216 age diretamente na Unidade Servo do eixo-Wpara manter a carga entre os limites de tolerância (referentea uma carga de ajuste) durante toda a soldagem. Para evitaroscilações na carga aplicada à peça, o controle compreende umregulador PID (proporcional integral derivativo) que mantém acarga constante durante o processo de soldagem.

Exemplo de Escaneamento da Superfície deApoio para SoldagemPara iniciar o processo de escaneamento, oSensor a Laser 211 é acoplado ao Fuso 16 com a respectivaalça da ferramenta. Após o escaneamento, o sensor a laser211 pode ser removido e a ferramenta de soldagem 18 éinstalada na alça da ferramenta em seu lugar para iniciar oprocesso de soldagem.

0 escaneamento é utilizado para ajustarqualquer desvio da superfície do apoio em comparação com asuperfície onde a peça é teoricamente colocada (ver Fig. 5).

Um conjunto de parâmetros de acordo com as especificações doprocesso representa a distância prática entre a ferramenta dopino 18 e o apoio. Na implementação exemplificativa,ilustrativa e não-limitante, o sistema de alarme respondediretamente ao ajuste. O ajuste determinado pelo escaneamentodo sensor a laser 211 fornece assim a precisão defuncionamento do alarme.

O processo de escaneamento exemplificativo,ilustrativo, e não-limitante envolve a execução do programade soldagem com o sensor a laser 211 acoplado no fuso comomostrado na Fig. 6. Quando o programa está sendo executado,os dados mensuradores do sistema a laser registramsimultaneamente no PC 217. Depois que a execução do programaé encerrada, o software no PC gera um arquivo do caminhopercorrido pela ferramenta ajustado. 0 programa ajustado éutilizado na máquina para dar início ao processo de soldagem.

Exemplo de Monitoramento de Distância paraSistema De Alarme

0 sistema exemplificativo, ilustrativo, não-limitante 100 fornece um monitoramento preciso utilizando umtransdutor linear 207 e um PLC 216 (ver Fig. 7). A segurançado apoio fornece um sistema de alarme preciso que funcionapara proteger o apoio contra as colisões com a ferramenta dopino durante o processo automático de soldagem. Este sistemafunciona com alta precisão após o escaneamento da superfíciede apoio. Quando a máquina está trabalhando, o sistema 100segue o programa do NC (Controle Numérico) ajustado, esimultaneamente monitora a distância mínima entre aferramenta e o apoio (distância base para o sistema dealarme).

A figura 8 mostra uma técnica anteriorexemplificativa, ilustrativa, não-limitante de um processo desoldagem sem um passo de escaneamento a laser anteriormenteexecutado. Nesta situação, o sistema entende ou assume que asuperfície do apoio é uma linha ou plana sem desvios. Destaforma, considerando-se que o caminho percorrido pelaferramenta não está ajustado, riscos de colisão podem existirnos pontos onde a ferramenta passa sem a distância mínima doapoio.

A Figura 9 ilustra o processo de soldagemapós o sistema 100 ter executado o passo de escaneamento. Oescaneamento com o sensor a laser fornece um tipo de mapa doapoio. Referido mapa poderia incluir três característicasdimensionais do apoio, por exemplo. Após o escaneamento dasuperfície do apoio, o caminho percorrido pela ferramenta éajustado e o monitoramento da distância pelo sistema dealarme irá funcionar com grande precisão para evitar colisõesentre a ferramenta do pino e o apoio. Existe um parâmetro(distância base para o alarme) determinado no Painel doOperador 214 que se refere à distância mínima entre aferramenta e o apoio. Este parâmetro é ajustado de acordo coma espessura da peça, processo e características da ferramentana implementação exemplificativa, ilustrativa e não-limitante.

A Figura 10 mostra uma operaçãoexemplificativa, ilustrativa e não-limitante do sistema dealarme do processo de soldagem. Quando o programa é iniciado,o sistema 100 também começa a monitorar este parâmetro dedistância medida pelo Transdutor Linear 207. Se a ferramentaativa uma distância de ajuste para acionamento do alarme, aexecução do programa é suspensa, todos os eixos de posição eorientação são mantidos num estado de parada ou suspensão, oPLC 216 comanda que a unidade servo eixo-W retire o eixo-W dapeça, e um alarme aparece no Painel do Operador 214.

Os parâmetros de soldagem da forçadescendente e a posição do eixo-W são gravados peloComputador Pessoal 217 em tempo real durante o processo desoldagem a fim de registrar e gravar o desempenho dasoldagem.

O sistema tem um controle.de rotação para oFuso 16 fornecido por um Registro de Rotação 210. O registrode rotação é executado utilizando-se um sensor de pulso. Osinal do retorno é enviado para a Unidade do Fuso 212fechando um loop de controle para manter a velocidadeconstante (fig.II). Este retorno em Ioop fechado é utilizadopara manter a rotação da ferramenta constante durante oprocesso de soldagem.

Enquanto a tecnologia aqui apresentada temsido descrita em relação às implementações exemplificativas,ilustrativas e não-limitantes, a invenção não deve serlimitada pela revelação. A invenção pretende ser definidapelas reivindicações e cobrir todos os arranjoscorrespondentes e equivalentes sendo ou não especificamenterevelados nesse documento.

Claims (18)

1. Método de execução de soldagem pormovimento de fricção, caracterizado por compreender:(a) medição da força descendente do movimentorotatório de fricção da ferramenta de soldagem aplicada àpeça sendo trabalhada; e(b) controle do acionador eletronicamentecontrolado, com base em um controle numérico durante acorreção da posição da ferramenta axial em reação à forçadescendente mencionada, a fim de manter a carga entre oslimites de tolerância, dito controle incluindo a prevenção deoscilações da carga aplicada à peça, através do emprego decontrole integral proporcional derivado para manter a cargaconstante ou substancialmente constante durante a soldagem.

2. Método de acordo com a reivindicação 1caracterizado pelo fato de incluir a medição de variações emdistância axial entre a ferramenta e a peça.

3. Método de acordo com a reivindicação 1,também caracterizado pelo fato de incluir a medição devariações em distância axial entre um fuso no qual aferramenta está montada e um apoio sobre o qual a peça écolocada, e também pelo fato de utilizar as variações medidaspara corrigir a posição axial da ferramenta e evitar colisãoentre a referida ferramenta e o apoio.

4. Método de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de também gerar um alarme se adistância axial entre a ferramenta e o apoio for menor queuma distância limiar predeterminada com base, pelo menos, emparte das referidas variações medidas.

5. Método de acordo com a reivindicação 1,também caracterizado pelo fato de registrar os parâmetros desoldagem durante o processo de soldagem.

6. Método de acordo com a reivindicação 1,caracterizado ainda pelo fato de controlar a taxa de rotaçãoda referida ferramenta, através da utilização de um processode controle de Ioop fechado.

7. Sistema de soldagem por movimento defricção do tipo que inclui um fuso com uma ferramentagiratória nele montada, ferramenta essa que gira em contatocom uma peça, sendo que a posição axial da dita ferramenta édeterminada por um acionador controlado eletronicamente,caracterizado pelo fato de compreender:um sensor que mede a força descendente que aferramenta rotatória aplica à dita peça; eum sistema de controle acoplado ao ditosensor, sendo tal sistema de controle configurado paracontrolar dito acionador eletronicamente controlado paracorrigir a posição axial da ferramenta, pelo menosparcialmente, em reação à referida força descendentecalculada para manter a carga entre os limites de tolerância,sendo que dito sistema de controle é configurado para evitaroscilações na carga aplicada à peça, através da utilizaçãototal e proporcional do controle derivado para manter a cargaconstante ou substancialmente constante durante a soldagem.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 7caracterizado ainda pelo fato de incluir um sensor a laserque mede as variações em distância axial entre a ferramenta ea peça.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 7caracterizado pelo fato de dito sensor a laser serconfigurado para medir as variações em distância axial entreo fuso no qual a ferramenta está montada e um apoio sobre oqual a peça é colocada, e referido sistema de controleutilizar referidas variações medidas para corrigir a posiçãoaxial da ferramenta e evitar a colisão entre a ferramentamencionada e o apoio.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 9caracterizado ainda pelo fato de incluir um alarme que indicase a distância axial entre a ferramenta e o apoio é menor queuma distância limiar predeterminada com base em pelo menosparte das referidas medir variações.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 7caracterizado ainda pelo fato de incluir um contador queanota os parâmetros de soldagem durante o processo desoldagem.

12. Sistema de acordo com a reivindicação 7caracterizado pelo fato de que o referido sistema de controleinclui um dispositivo de controle em Ioop fechado quecontrola a taxa de rotação da ferramenta mencionada.

13. Método de execução de soldagem pormovimento de fricção, caracterizado por compreender:(a) inserir um sensor em um fuso de soldagempor movimento de fricção;(b) utilizar um sensor para mapear adistância axial em que o fuso de soldagem por movimento defricção está colocado em relação a uma superfície de apoio;(c) remover o referido sensor do mencionadofuso e colocar uma ferramenta em seu lugar;(d) rotacionar a dita ferramenta;(e) movimentar dita ferramenta giratória emcontato com uma peça colocada sobre dita superfície de apoio;e(f) utilizar dito mapeamento para controlarum acionador controlado eletronicamente para corrigir aposição axial de ferramenta em relação à dita peça, em quedita ferramenta giratória, em contato com dita peçaplastifica partes de dita peça, enquanto mantém a dita peçaem seu estado sólido, soldando assim dita peça.

14. Método de acordo com a reivindicação 13caracterizado ainda pelo fato de evitar oscilações na cargaaplicada à peça, através do controle integral proporcionalderivado a fim de manter a força descendente de ditaferramenta constante ou substancialmente constante durante asoldagem.

15. Método de acordo com a reivindicação 13caracterizado pelo fato de dito mapeamento medir as variaçõesem distância axial entre um fuso no qual a ferramenta estámontada e um apoio sobre o qual a peça é colocada, e utilizarditas variações medidas para corrigir a posição axial daferramenta e evitar a colisão entre a dita ferramenta e oapoio.

16. Método de acordo com a reivindicação 13caracterizado ainda pelo fato de gerar um alarme no caso dadistância axial entre a ferramenta e o apoio ser menor queuma distância limiar predeterminada com base em pelo menosparte das referidas variações medidas.

17. Método de acordo com a reivindicação 13caracterizado ainda pelo fato de registrar automaticamente osparâmetros de soldagem durante o processo de soldagem.

18. Método de acordo com a reivindicação 13caracterizado ainda pelo fato de controlar a taxa de rotaçãode dita ferramenta, através da utilização de um processo decontrole de Ioop fechado.