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Título: Sensor fusion and embedded devices to estimate and control the depth and width of the weld bead in real time
Outros títulos: Fusão sensorial e dispositivos embarcados para estimar e controlar a penetração e a largura do cordão de solda em tempo real
Autor(es): Alvarez Bestard, Guillermo
Orientador(es): Alfaro, Sadek Crisóstomo Absi
Assunto: Controle multivariável
Solda e soldagem
Termografia em soldagem
Data de publicação: 13-Mar-2018
Data de defesa: 7-Nov-2017
Referência: ALVAREZ BESTARD, Guillermo. Sensor fusion and embedded devices to estimate and control the depth and width of the weld bead in real time. 2017. 159 f., il. Tese (Doutorado em Sistemas Mecatrônicos)—Universidade de Brasília, Brasília, 2017.
Resumo: O processo GMAW é amplamente utilizado na indústria, mas seu controle automático está limitado pela dificuldade existente em medir as principais grandezas do processo e fechar a malha de controle. As condições ambientais adversas dificultam o uso dos sistemas de medição convencionais para obter informações da geometria do cordão de solda. Nestas condições o desenvolvimento do sistema de medição é complexo e o correto desempenho não é garantido. Neste trabalho desenvolvem-se sistemas e ferramentas para coletar os valores das variáveis e fornecer estímulos ao processo de soldagem GMAW convencional com fonte de soldagem de tensão constante, permitindo a estimação da geometria do cordão de solda em um sistema de controle em malha aberta. Os estimadores da penetração e a largura do cordão são implementados baseados na fusão dos dados termográficos, a intensidade da corrente e a tensão de soldagem em uma rede neural. Desenvolveu-se um algoritmo para extrair as caraterísticas da imagem infravermelha e para fornecer essas informações aos estimadores. Para validar os modelos dos estimadores foi implementado um perfilômetro a laser para obter as dimensões externas do cordão de solda e um algoritmo de processamento de imagem para medir a penetração fazendo um corte longitudinal no cordão. Os resultados obtidos são documentados e discutidos no texto. Este trabalho também inclui uma proposta de projeto para um emulador robótico de soldagem orbital e seu sistema de controle multivariável para controlar a geometria do cordão de solda utilizando os estimadores desenvolvidos. Os algoritmos são otimizados para dispositivos embarcados e processamento em tempo real.
Abstract: The GMAW process is widely used in industry, but the automatic control is limited by the difficulty in the process for measuring the main magnitudes and for closing the control loop. Adverse environmental conditions in the process make it harder to use conventional measurement systems to obtain information about the weld bead geometry. Under these conditions, the control system design is complex and good performance is not guaranteed. In this research, systems and tools were developed to collect the values of the welding variables and send stimuli to the GMAW conventional process with constant voltage power source, which us allows to estimate the geometry of the weld bead in an open-loop control. The depth and width estimates of the weld bead are implemented based on the fusion of the thermographic data, the welding current and the welding voltage in a neural network. An algorithm was developed to extract the features of the infrared image and deliver this information to the estimators. To validate the estimator models, a laser profilometer was implemented to measure the external dimensions of the bead and an image processing algorithm to measure the depth by making a longitudinal cut in the weld bead. The results obtained are documented and discussed in the text. This work also includes a design proposal for a robotic orbital welding emulator and its multivariable control system to control the geometry of the weld bead using the developed estimators. The algorithms are optimized for embedded devices and real-time processing.
Informações adicionais: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017.
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Agência financiadora: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).
Aparece nas coleções:ENM - Doutorado em Sistemas Mecatrônicos (Teses)



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