BRPI0903632B1 - 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 eletrônico 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 FRICÇÃO E MÉTODOS DE EXECUÇÃO

CAMPO DA TÉCNICA A tecnologia aqui empregada se refere genericamente a soldagem por movimento de fricção e, mais especificamente, a um conjunto de técnicas para controle da força, da posição axial e de outros parâmetros de um fuso orbital utilizado para soldagem através de movimento de fricção.

Ainda mais especificamente, a tecnologia aqui empregada se refere a um sistema de força axial que monitora e controla a força descendente de um movimento de fricção para soldagem de fuso orbital, através da correção do posicionamento da ferramenta axial durante a soldagem, por exemplo, de acordo com parâmetros de controle numérico. Essa tecnologia também inclui um sistema de segurança de soldagem que utiliza um sensor a laser para evitar colisão no uso das ferramentas e outras técnicas de controle do fuso de fricção para soldagem.

ANTECEDENTES E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em geral as pessoas pensam em soldagem como necessitando de uma chama ou arco aquecidos, suficientemente quentes 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 em estado sólido sem haver a necessidade de derretê-los. É comumente utilizado para aplicações onde é necessário que as características materiais originais permaneçam em sua maior parte inalteradas. Movimento de fricção soldagem pode ser usado para solda de alumínio, magnésio, cobre, titânio, aço e alguns plásticos.

Figuras 1, ΙΑ, 1B e 1C mostram de modo exemplificativo um equipamento que executa um movimento de fricção para soldagem. Para realizar o movimento de fricção para soldagem, uma ferramenta de rotação especialmente concebida aquece e mistura as partes da interface onde as duas partes se encontram. Este aquecimento e mistura de materiais em estado sólido unem as peças sem causar o seu derretimento. A ferramenta de rotação está representada na forma de um pino montado em um eixo giratório. A ferramenta é caracterizada por possuir um ombro que não penetra no material a ser soldado, mas gira sobre ele. Esta rotação gera atrito e consequentemente, energia térmica que amolece o material a ser soldado.

Como mostrado nas Figuras 1 e 1A-1C, a ferramenta especialmente projetada é tipicamente cilíndrica com relação aos ombros, e tem uma sonda (pino ou pequena saliência) rosqueada/não rosqueada, resistente ao desgaste. 0 fuso 16 normalmente gira a ferramenta 18 em uma velocidade constante e alimenta a ferramenta a uma taxa constante de avanço. Para juntar duas peças, a ferramenta 18 é inserida em uma linha comum entre duas folhas ou material chapado que são fixados conjuntamente. As peças são geralmente apertadas rigidamente em uma barra de apoio, de forma a impedir que as faces adjacentes sejam forçadas a se separarem. 0 comprimento do pino 18 é geralmente um pouco menor do que a profundidade da solda exige. 0 ombro da ferramenta está em contato com a superfície de trabalho, e o pino é então movido em relação à peça.

Como o fuso 16 gira o pino 18, o calor é gerado por atrito entre o ombro da ferramenta de soldagem e pino e o material das peças sendo trabalhadas. Este calor, junto com o calor, gerado pelo processo de mistura mecânica e o calor adiabático dentro do material, faz com que a resistência dos materiais em movimento seja reduzida sem atingir o ponto de fusão. A ferramenta 18 se movimenta ao longo da linha de solda. Como o pino rotatório 18 é movido na direção da soldagem, a face principal do pino, assistida por um perfil de pino especial, força o material plastificado para a parte traseira do pino ao aplicar uma grande força de forjamento para consolidar o material de solda. A soldagem do material é realizada por deformação plástica e recristalização dinâmica no estado sólido. 0 equipamento de soldagem por movimento de fricção pode ser programado para fornecer uma entre uma variedade de padrões de soldagem para juntas superiores e inferiores em superfícies complexas com controle eletrônico (por exemplo, uma Unidade de Comando Numérico). A soldagem FSW fornece uma série de vantagens em potencial em relação aos processos de fusão-soldagem convencionais, tais como, por exemplo: • Boas propriedades mecânicas da peça soldada sem necessidade de se derreter as peças; • Maior segurança devido à ausência de vapores tóxicos ou respingos de material fundido; • Padrões de soldagem são facilmente automatizados em máquinas de moagem relativamente simples; • Pode ser operada em todas as posições (horizontal, vertical, etc.); • Boa aparência geral de soldagem e espessura mínima, 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. Por exemplo, uma força descendente é utilizada para manter a posição da ferramenta 18 ou abaixo da superfície do material. Uma força transversal atua em paralelo com o movimento da ferramenta 18. A força lateral pode agir perpendicularmente à direção transversal da ferramenta. Um torque é utilizado para girar a ferramenta 18. A quantidade de vezes que o torque é utilizado dependerá da força descendente e do coeficiente de fricção (fricção deslizante) e/ou da resistência do fluxo do material na região circundante (fricção deslizante).

Em muitos casos, a posição vertical da ferramenta 18 é pré-definida e assim a carga vai variar durante a soldagem. No entanto, as máquinas de soldagem por movimento de fricção que controlam automaticamente algumas ou todas essas diversas forças a fim de proporcionarem força descendente constante oferecem certas vantagens. Neste caso, o equipamento de soldagem por movimento de fricção (Figs. 1 e IA) inclui acionadores e sensores capazes de controlarem automaticamente a posição, orientação e movimento do pino 18. Alguns sistemas de soldagem por movimento de fricção incluem vários sensores, como células de carga, sensores de pressão e sensores de deslocamento que percebem a posição da ferramenta 18 e a força que a ferramenta está empregando. Um sistema de controle pode ser utilizado para controlar a posição do instrumento e a força descendente em resposta a estes parâmetros de percepção. A fim de evitar a quebra da ferramenta e minimizar o seu desgaste excessivo, geralmente é desejável controlar a operação de soldagem de modo que as forças que agem sobre a ferramenta sejam tão pequenas quanto possíveis e mudanças inesperadas sejam evitadas. As condições que favorecem as pequenas forças (por exemplo, entrada de calor elevado, velocidades baixas) podem, no entanto ser indesejáveis do ponto de vista da produtividade e das propriedades de soldagem. Embora a força descendente constante seja um objetivo desejável de projeto, devido a diversos fatores envolvidos, pode ser difícil de ser alcançado. A segurança completa da ferramenta colidindo com a superfície de apoio muitas vezes não é possível devido a um pequeno empenamento ou outras variações de distância do apoio em relação à ferramenta.

Apesar de muito trabalho ter sido realizado no passado em matéria de controle automático do equipamento que executa o movimento de fricção para soldagem, melhorias adicionais e desenvolvimentos são possíveis e desejáveis. A tecnologia aqui descrita provê um equipamento de soldagem com movimento rotatório de fricção e métodos desenvolvidos de acordo com requisitos de alta confiabilidade, robustez, precisão e baixo custo, a fim de soldar juntas superiores e inferiores em superfícies complexas, com força de controle da ferramenta fixa ou essencialmente constante.

Equipamentos exemplificativos e ilustrativos, não-limitantes, são caracterizados por compreender um eixo orbital de controle de força. Um sensor coaxial mede a força descendente. Simultaneamente, um acionador elétrico axial é controlado para corrigir a posição axial da ferramenta durante a soldagem, por um controle do sistema de força axial direto, a fim de manter o controle da força descendente de acordo com os parâmetros previamente definidos, com base no controle numérico. 0 equipamento também configura, monitora e controla a velocidade de rotação do eixo, a velocidade de soldagem, a velocidade de aceleração e a força descendente utilizando, por exemplo, funções de controle de loop fechado. A aplicação exemplificativa e ilustrativa, não-limitante, pode também gravar em um banco de dados a força descendente e a posição de soldagem da ferramenta durante a soldagem.

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

Um método de executar um movimento de fricção para soldagem compreende: (a) a medição da força descendente que uma ferramenta que executa um movimento rotatório para soldagem aplica sobre uma peça, e (b) o controle de um acionador controlado eletronicamente com base num controle numérico, enquanto corrige 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, sendo que referido controle inclusive evita oscilações da carga aplicada à peça por aplicação de um controle derivativo proporcional integral para manter a carga constante ou substancialmente constante durante a soldagem. 0 método pode ainda incluir variações nas medições da distância axial entre a ferramenta e a peça. 0 método pode ainda incluir a medição das variações na distância axial entre um eixo em que a ferramenta é montada e um apoio no qual a peça é colocada, e usando tais variações de medidas para corrigir a posição axial da ferramenta e evitar colisões entre tal ferramenta e o apoio. 0 método pode incluir ainda um alarme se a distância axial entre a ferramenta e o apoio for inferior a uma certa distância-limite determinada com base pelo menos em parte nessas variações registradas. 0 método também pode incluir parâmetros de registro durante a soldagem. O método pode ainda incluir a taxa de controle de rotação da ferramenta, utilizando um processo de controle de circuito fechado. A tecnologia exemplificativa ilustrativa aqui descrita prevê ainda um sistema de soldagem através de um movimento de fricção do tipo, que inclui um fuso tendo uma ferramenta rotatória montada nele, sendo que tal ferramenta rotatória fica em contato com a peça trabalhada, a posição axial da referida ferramenta, sendo determinada por um acionador controlado eletronicamente. 0 sistema pode incluir um sensor que mede a força descendente que a ferramenta rotatória aplica na respectiva peça. 0 sistema compreende ainda um sistema de controle acoplado ao referido sensor, sendo o referido sistema de controle estruturado de forma a controlar o acionador controlado eletronicamente mencionado para corrigir a posição axial da ferramenta, pelo menos em parte, em resposta à referida força descendente medida para, assim, manter a carga entre os limites de tolerância, dito sistema de controle sendo estruturado de forma a evitar oscilações da carga aplicada à peça pela aplicação de controle proporcional completo derivativo para manter a carga constante ou essencialmente constante durante a soldagem. 0 sistema pode ainda incluir um sensor a laser que mede as variações na distância axial entre a ferramenta e a peça. 0 sistema pode ainda incluir um sensor a laser que é estruturado para medir as variações na distância axial entre um eixo em que a ferramenta está montada e um apoio no qual a peça é colocada, sendo que referido sistema de controle utiliza tais medidas de variações para corrigir a posição axial da ferramenta e evitar a colisão entre o referido instrumento e o apoio. 0 sistema pode ainda incluir um alarme que indica se a distância axial entre a ferramenta e o apoio é menor que a distância-limite determinada com base pelo menos em parte nessas variações registradas. 0 sistema pode ainda incluir um registrador de dados que registra os parâmetros de soldagem durante a soldagem. O sistema pode ainda incluir um arranjo de controle de loop fechado que controla a velocidade de rotação da referida ferramenta. A tecnologia exemplificativa ilustrativa, não-limitante, aqui descrita fornece um método de executar um movimento de fricção para soldagem que compreende: (a) a inserção de um sensor em um eixo de soldagem movimentado por fricção, (b) utilizando o sensor para mapear a distância axial na qual o eixo de soldagem movimentado por fricção é disposto de uma superfície de apoio, (c) a remoção do referido sensor do referido eixo e a colocação de uma ferramenta em seu lugar; (d) a rotação da referida ferramenta, (e) movimentação da referida ferramenta rotatória em contato com uma peça colocada sob a referida superfície de apoio e (f) a utilização de um mapa para controlar acionador controlado eletronicamente para corrigir a posição axial da ferramenta em relação à referida peça, em que a referida ferramenta rotatória em contato com a peça plastifica partes da referida peça, enquanto mantém a peça em estado sólido, soldando assim a peça. 0 método pode ainda evitar as oscilações da carga aplicada à peça mediante a aplicação de controle proporcional derivativo integral para manter a força descendente da referida ferramenta constante ou essencialmente constante durante a soldagem. 0 método pode ainda medir as variações na distância axial entre um eixo sobre o qual a ferramenta é montada e um apoio no qual a peça é colocada, e por utilizar as referidas variações para corrigir a posição axial da ferramenta e evitar a colisão entre a referida ferramenta e o apoio. 0 método pode ainda criar um alarme se a distância axial entre a ferramenta e o apoio for menor que a distância-limite predeterminada com base pelo menos em parte nas referidas variações registradas, 0 método pode ainda registrar automaticamente os parâmetros de soldagem durante a soldagem; 0 método pode controlar a velocidade de rotação da referida ferramenta utilizando um processo de controle de loop fechado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Estas e outras características e vantagens serão melhor compreendidas, referindo-se à seguinte descrição detalhada das realizações exemplificativas e ilustrativas, não-limitantes, em conjunto com os desenhos. A Figura 1 mostra de modo exemplificativo um equipamento que executa um movimento de fricção para soldagem. A Figura IA é uma vista mais detalhada da parte do fuso do equipamento de soldagem por movimento de fricção exemplificativo e ilustrativo, não-limitante.

As Figuras 1B e 1C mostram de modo exemplificativo, ilustrativo e não-limitante um fuso de soldagem por movimento de fricção. A Figura 2 mostra de modo exemplificativo, ilustrativo e não-limitante um diagrama geral de blocos do sistema de controle eletrônico. A Figura 2A mostra de modo exemplificativo, ilustrativo e não-limitante um processo e algoritmo de controle da máquina. A Figura 3 mostra de modo exemplificativo, ilustrativo e não-limitante parte do sistema de controle da Figura 2, incluindo os componentes de controle do eixo. A Figura 4 mostra de modo exemplificativo e ilustrativo um sistema de controle de força descendente do fuso. A Figura 5 mostra de modo exemplificativo e ilustrativo um sistema de controle de força descendente do fuso que se utiliza de um sensor a laser para perceber as variações na distância para uma superfície de apoio. A Figura 6 ilustra uma técnica exemplificativa e ilustrativa para se utilizar um sensor a laser para detectar a distância até o suporte. A Figura 7 mostra implementos da Figura 5 utilizando-se a distância que sensor a laser percebeu para estabelecer um limite do alarme à distância. A Figura 8 mostra de modo exemplificativo, ilustrativo e não-limitante uma técnica anterior para controlar a distância mínima entre a ferramenta e o apoio que, por vezes, causa colisões. A Figura 9 mostra de modo exemplificativo, ilustrativo e não-limitante uma técnica para controlar a distância mínima entre a ferramenta e o apoio através da utilização da percepção do laser com relação à distância real até o apoio, evitando assim as colisões. A Figura 10 mostra de modo exemplificativo, ilustrativo e não-limitante a técnica de geração de um alarme. A Figura 11 mostra de modo exemplificativo, ilustrativo e não-limitante a técnica de controle de feedback para controle da rotação de soldagem por fricção.

DESCRIÇÃO DETALHADA A Figura 1 é uma vista em perspectiva lateral exemplificativa e ilustrativa, não-limitante de um equipamento que executa um movimento de fricção para soldagem (FSW) 100. 0 equipamento 100 inclui uma estrutura 12 que suspende de modo móvel um fuso 16 acima de um apoio que segura uma peça 14 a ser trabalhada. Um pino rotatório 18 instalado de modo substitutivo no fuso (este pino rotatório às vezes é aqui denominado "a ferramenta") gira em contato com a peça 14. Girando em contato com a peça 14 com uma quantidade de força descendente, o pino giratório 18 executa a soldagem por fricção rotativa da referida peça, por exemplo, soldando duas peças adjacentes ao longo de uma linha de soldagem 20.

Um sistema de controle eletrônico 200 controla a operação do equipamento 100. Na implementação exemplificativa, ilustrativa e não-limitante, o equipamento 100 inclui um fuso 16 montado de tal modo que pode ser controlável em.movimento e posicionado em relação à peça 14 segura ou apoiada pelo apoio. A peça 14 geralmente é compreende duas peças que são seguras ao apoio para limitar um ao outro. O equipamento 100 controla automaticamente a posição e a orientação do fuso 16 assim como a taxa de rotação do pino de soldagem 18 montado no mesmo a fim de executar o movimento de fricção para soldagem sob condições controladas.

Conforme mostrado na Figura IA, o equipamento 100 pode controlar a posição e orientação translacional e rotacional do pino 18 em relação ao apoio em seis graus de liberdade. Por exemplo, o equipamento 100 pode transladar o apoio de um lado para outro (ao longo do eixo x) em relação ao pino 18. 0 equipamento 100 também pode transladar o pino 18 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 eixos rotacionais (eixo de declive, eixo de aclive W, e eixo de giro C) . Tal liberdade de movimento garante um alto grau de controle. Além disso, o fuso 16 pode controlar a quantidade de força descendente que o pino 18 exerce sobre a peça.

As Figuras 1B e 1C mostram os detalhes adicionais dos acionadores de controle eletromecânico providos dentro do fuso 16 para execução do movimento posicionamento controlado do pino 18 em relação à peça em seis graus de liberdade, e adicionalmente mostra detalhes de células de carga que podem ser utilizadas para perceberem dinamicamente a força descendente. Nota-se que o termo "força descendente" não está limitado à quantidade de força que o fuso 16 ou o pino 18 aplica para baixo na direção vertical (ou seja, em direção ao centro da terra), mas pode abranger a força que a ferramenta aplica em direção à peça, não importando qual a orientação que a ferramenta e a peça assumem em relação ao horizonte. A Figura 2 é uma ilustração esquemática de um sistema exemplificativo, ilustrativo e não-limitativo de um controle eletrônico 200. O sistema de controle não-limitativo 200 inclui um controle CNC numérico 213, um painel para o operador de máquina 214, um roteador 215, um controlador lógico programável 216, um computador pessoal 217, e um controlador numérico do painel de PC 218. O controlador numérico CNC 213 controla os acionadores que posicionam e movimentam o fuso 16 em três eixos de translação e dois eixos de rotação. 0 controlador lógico programável 216 controla um acionador para o terceiro eixo de rotação do fuso 16, e também recebe as informações do transdutor 207 e da célula de carga 208. O Fuso 16 é controlado pelo acionador do fuso 212 pelo menos em parte, em resposta ao sensor de realimentação 210. Um sensor a laser 211 pode ser utilizado para perceber com precisão a posição da ferramenta em relação à peça. O computador pessoal 217 ou outro processador adequado coordena a operação do controlador numérico 218 e do controlador lógico programável 213 em resposta às informações enviadas pelo usuário do painel do operador da máquina 214 e do painel do PC 218. O Controle Numérico 213 é responsável por fornecer o controle preciso de cinco eixos (201, 202, 203, 204, 205) e enviar informação sobre suas posições para o Computador Pessoal 217 e para o PLC 216 através do Roteador 215. O Painel de Operação da Máquina 214 é utilizado para operar todas as funções da máquina. O controle 12 de carga e escaneamento a laser é operado utilizando-se o Painel do PC 218 como interface para um usuário.

Como mostrado na Figura 2A, um algoritmo exemplificativo ou um processo para operar o equipamento 100 compreende: • Execução do comando de retorno ao inicio para fixar todas as posições dos cinco eixos (bloco 302); • Carregamento do programa NC do caminho percorrido pela ferramenta de soldagem no Controle Numérico 213 (bloco 304); • Estabelecer os parâmetros do processo de soldagem (bloco 306); • Executar o programa com o Sensor a Laser acoplado ao Fuso 16 para escanear a superfície do apoio (bloco 308); • 0 software no PC 217 gera um arquivo (novo programa de NC) do caminho pré-estabelecido percorrido pela ferramenta de soldagem (bloco 310); • Carregamento do programa pré-estabelecido no Controle Numérico 213 (bloco 312); • Execução do novo programa de NC com a ferramenta de soldagem acoplada ao Fuso 16 para executar o processo de soldagem (bloco 314).

As Figuras 3 e 4 mostram de modo exemplificativo um fuso e o controle de carga fornecidos pelo controlador lógico programável 216. O processo de soldagem em uma máquina ilustrativa, não-limitante 100 trabalha de acordo com um processo de controle de carga. O controle de carga exemplificativo é responsável por uma célula de carga 208 que mede a força descendente aplicada diretamente à peça. Ele também é responsável pelo sistema preciso de medição da posição fornecido por um transdutor linear 207. O Controlador Programável ilustrativo, exemplificativo e não-limitante 216 recebe os seguintes sinais os quais utiliza para proporcionar o controle preciso do processo: • Posição do eixo W; • Valor da força descendente; • Indicador do Controle Numérico (alertas e falhas). 0 sistema exemplificativo, ilustrativo e não-limitante monitora e controla os seguintes itens: • Força descendente aplicada sobre a peça durante a soldagem; • Distância da ferramenta de soldagem em relação ao apoio; • Velocidade de rotação do fuso. 0 Controle Numérico 213 recebe a seguinte informação do Controlador programável 216: • Sinalização do sistema (alertas e falhas); • Valores dos parâmetros do processo de soldagem. 0 sistema exemplificativo, ilustrativo e não-limitante 100 funciona através do controle da força descendente aplicada à peça e simultaneamente monitora a distância entre a ferramenta do pino e o apoio para evitar colisões.

Mais detalhadamente, o acionador do eixo-W 206 é responsável por movimentar o motor do fuso dentro da caixa da cabeceira 121. O transdutor linear 207 é responsável por enviar a informação sobre a posição do eixo W ao PLC 216 para manter uma distância segura da ferramenta (ou seja, pelo menos uma distância minima) do apoio durante a soldagem. A Célula de Carga 208 mede a pressão aplicada à peça durante a soldagem no eixo W. O fuso 16 fornece a rotação para a ferramenta 18. O sensor de retorno da rotação 210 mede a rotação do fuso 16 e envia para a unidade do Fuso 212 para conservá-lo em uma rotação fixa (constante ou substancialmente constante) durante a soldagem. O Sensor a Laser 211 escaneia o apoio da soldagem e envia a informação para o PC 217 para ajustar o caminho percorrido pela ferramenta no programa de NC (controle numérico). O acionador do fuso 212 controla a rotação da ferramenta. O Controlador Lógico Programável 216 controla toda a lógica do sistema inclusive o controle de força descendente e a segurança da distância da ferramenta com relação ao apoio para evitar colisões.

Exemplo de Controle de Força Descendente de Soldagem A implementação exemplificativa, ilustrativa, não-limitante fornece o controle da força descendente através da medição direta da carga aplicada à peça durante todos os processos (ver Figura 4). Existem três parâmetros para este controle na implementação exemplificativa, ilustrativa e não-limitante; todos eles são previamente estabelecidos ou predeterminados antes do inicio do processo de soldagem. Os três parâmetros são: 1 - Força descendente sobre a peça (carga de ajuste); 2 - Tolerância ao trabalho da força descendente (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 loop fechado onde o PLC 216 age diretamente na Unidade Servo do eixo-W para manter a carga entre os limites de tolerância (referente a uma carga de ajuste) durante toda a soldagem. Para evitar oscilações na carga aplicada à peça, o controle compreende um regulador PID (proporcional integral derivativo) que mantém a carga constante durante o processo de soldagem.

Exemplo de Escaneamento da Superfície de Apoio para Soldagem Para iniciar o processo de escaneamento, o Sensor a Laser 211 é acoplado ao Fuso 16 com a respectiva alça da ferramenta. Após o escaneamento, o sensor a laser 211 pode ser removido e a ferramenta de soldagem 18 é instalada na alça da ferramenta em seu lugar para iniciar o processo de soldagem. 0 escaneamento é utilizado para ajustar qualquer desvio da superfície do apoio em comparação com a superfície onde a peça é teoricamente colocada (ver Fig. 5). Um conjunto de parâmetros de acordo com as especificações do processo representa a distância prática entre a ferramenta do pino 18 e o apoio. Na implementação exemplificativa, ilustrativa e não-limitante, o sistema de alarme responde diretamente ao ajuste. 0 ajuste determinado pelo escaneamento do sensor a laser 211 fornece assim a precisão de funcionamento do alarme. 0 processo de escaneamento exemplificativo, ilustrativo, e não-limitante envolve a execução do programa de soldagem com o sensor a laser 211 acoplado no fuso como mostrado na Fig. 6. Quando o programa está sendo executado, os dados mensuradores do sistema a laser registram simultaneamente no PC 217. Depois que a execução do programa é encerrada, o software no PC gera um arquivo do caminho percorrido pela ferramenta ajustado. 0 programa ajustado é utilizado na máquina para dar início ao processo de soldagem.

Exemplo de Monitoramento de Distância para Sistema De Alarme 0 sistema exemplificativo, ilustrativo, não-limitante 100 fornece um monitoramento preciso utilizando um transdutor linear 207 e um PLC 216 (ver Fig. 7) . A segurança do apoio fornece um sistema de alarme preciso que funciona para proteger o apoio contra as colisões com a ferramenta do pino durante o processo automático de soldagem. Este sistema funciona com alta precisão após o escaneamento da superfície de apoio. Quando a máquina está trabalhando, o sistema 100 segue o programa do NC (Controle Numérico) ajustado, e simultaneamente monitora a distância mínima entre a ferramenta e o apoio (distância base para o sistema de alarme). A figura 8 mostra uma técnica anterior exemplificativa, ilustrativa, não-limitante de um processo de soldagem sem um passo de escaneamento a laser anteriormente executado. Nesta situação, o sistema entende ou assume que a superfície do apoio é uma linha ou plana sem desvios. Desta forma, considerando-se que o caminho percorrido pela ferramenta não está ajustado, riscos de colisão podem existir nos pontos onde a ferramenta passa sem a distância mínima do apoio. A Figura 9 ilustra o processo de soldagem após o sistema 100 ter executado o passo de escaneamento. O escaneamento com o sensor a laser fornece um tipo de mapa do apoio. Referido mapa poderia incluir três características dimensionais do apoio, por exemplo. Após o escaneamento da superfície do apoio, o caminho percorrido pela ferramenta é ajustado e o monitoramento da distância pelo sistema de alarme irá funcionar com grande precisão para evitar colisões entre a ferramenta do pino e o apoio. Existe um parâmetro (distância base para o alarme) determinado no Painel do Operador 214 que se refere à distância mínima entre a ferramenta e o apoio. Este parâmetro é ajustado de acordo com a espessura da peça, processo e características da ferramenta na implementação exemplificativa, ilustrativa e não-limitante. A Figura 10 mostra uma operação exemplificativa, ilustrativa e não-limitante do sistema de alarme do processo de soldagem. Quando o programa é iniciado, o sistema 100 também começa a monitorar este parâmetro de distância medida pelo Transdutor Linear 207. Se a ferramenta ativa uma distância de ajuste para acionamento do alarme, a execução do programa é suspensa, todos os eixos de posição e orientação são mantidos num estado de parada ou suspensão, o PLC 216 comanda que a unidade servo eixo-W retire o eixo-W da peça, e um alarme aparece no Painel do Operador 214.

Os parâmetros de soldagem da força descendente e a posição do eixo-W são gravados pelo Computador Pessoal 217 em tempo real durante o processo de soldagem a fim de registrar e gravar o desempenho da soldagem. O sistema tem um controle de rotação para o Fuso 16 fornecido por um Registro de Rotação 210. O registro de rotação é executado utilizando-se um sensor de pulso. O sinal do retorno é enviado para a Unidade do Fuso 212 fechando um loop de controle para manter a velocidade constante (fig.ll). Este retorno em loop fechado é utilizado para manter a rotação da ferramenta constante durante o processo de soldagem.

Enquanto a tecnologia aqui apresentada tem sido descrita em relação às implementações exemplificativas, ilustrativas e não-limitantes, a invenção não deve ser limitada pela revelação. A invenção pretende ser definida pelas reivindicações e cobrir todos os arranjos correspondentes e equivalentes sendo ou não especificamente revelados nesse documento.

REIVINDICAÇÕES

Claims (12)

1. Sistema de soldagem por movimento de fricção do tipo que inclui um fuso (16) com uma ferramenta giratória (18) nele montada, ferramenta (18) essa que gira em contato com uma peça (14), sendo que a posição axial da dita ferramenta (18) é determinada por um acionador controlado eletronicamente, caracterizado pelo fato de compreender: um sensor (211) que mede a força descendente que a ferramenta (18) rotatória aplica à dita peça (14) ; e um sistema de controle acoplado ao dito sensor, sendo tal sistema de controle configurado para controlar dito acionador eletronicamente controlado para corrigir a posição axial da ferramenta (18) , pelo menos parcialmente, em reação à referida força descendente calculada para manter a carga entre os limites de tolerância, sendo que dito sistema de controle é configurado para evitar oscilações na carga aplicada à peça (14) , através da utilização total e proporcional do controle derivado para manter a carga constante ou substancialmente constante durante a soldagem.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1 caracterizado ainda pelo fato de incluir um sensor a laser (211) que mede as variações em distância axial entre a ferramenta (18) e a peça (14).

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de dito sensor a laser (211) ser configurado para medir as variações em distância axial entre o fuso (16) no qual a ferramenta (18) está montada e um apoio sobre o qual a peça (14) é colocada, e referido sistema de controle utilizar referidas variações medidas para corrigir a posição axial da ferramenta (18) e evitar a colisão entre a ferramenta (18) mencionada e o apoio.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 3 caracterizado ainda pelo fato de incluir um alarme que indica se a distância axial entre a ferramenta (18) e o apoio é menor que uma distância limiar predeterminada com base em pelo menos parte das referidas medir variações.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1 caracterizado ainda pelo fato de incluir um contador que anota os parâmetros de soldagem durante o processo de soldagem.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que o referido sistema de controle inclui um dispositivo de controle em loop fechado que controla a taxa de rotação da ferramenta (18) mencionada.

7. Método de execução de soldagem por movimento de ficção, controlado por um sistema eletrônico de controle (200) baseado em um equipamento de soldagem por fricção (100), o método sendo caracterizado por compreender as seguintes etapas: (a) inserir um sensor (211) em um fuso de soldagem por movimento de fricção (16) ; (b) utilizar o sensor (211) para mapear a distância axial em que o fuso de soldagem por movimento de fricção (16) está colocado em relação a uma superfície de apoio; (c) remover o referido sensor (211) do mencionado fuso (16) e colocar uma ferramenta (18) em seu lugar; (d) rotacionar a dita ferramenta (18); (e) movimentar dita ferramenta giratória (18) em contato com uma peça (14) colocada sobre dita superfície de apoio; e (f) utilizar dito mapeamento para controlar um acionador controlado eletronicamente para corrigir a posição axial de ferramenta em relação à dita peça (14) , em que dita ferramenta giratória (18) , em contato com dita peça (14) plastifica partes de dita peça (14) , enquanto mantém a dita peça (14) em seu estado sólido, soldando assim dita peça (14).

8. Método de acordo com a reivindicação 7 caracterizado ainda pelo fato de evitar oscilações na carga aplicada à peça (14), através do controle integral proporcional derivado a fim de manter a força descendente de dita ferramenta (18) constante ou substancialmente constante durante a soldagem.

9. Método de acordo com a reivindicação 7 caracterizado pelo fato de dito mapeamento medir as variações em distância axial entre um fuso (16) no qual a ferramenta (18) está montada e um apoio sobre o qual a peça (14) é colocada, e utilizar ditas variações medidas para corrigir a posição axial da ferramenta (18) e evitar a colisão entre a dita ferramenta (18) e o apoio.

10. Método de acordo com a reivindicação 7 caracterizado ainda pelo fato de gerar um alarme no caso da distância axial entre a ferramenta (18) e o apoio ser menor que uma distância limiar predeterminada com base em pelo menos parte das referidas variações medidas.

11. Método de acordo com a reivindicação 7 caracterizado ainda pelo fato de registrar automaticamente os parâmetros de soldagem durante o processo de soldagem.

12. Método de acordo com a reivindicação 7 caracterizado ainda pelo fato de controlar a taxa de rotação de dita ferramenta, através da utilização de um processo de controle de loop fechado.