Histórico

A palavra robótica é oriunda do idioma tcheco e na sua tradução mais simples quer dizer trabalho forçado; foi utilizada pela primeira vez em 1954 por Isaac Asimov, em um livro de ficção científica, embora o termo genérico “robot” tenha sido empregado antes, em 1917, por Karen Capek, em associação à figura de um humanóide.

Robótica é um conjunto de conhecimentos teóricos e práticos que permitem realizar, monitorar e automatizar sistemas baseados em estruturas mecânicas poli-articuladas, dotados de um determinado grau de inteligência e destinados à produção industrial e ã substituição do homem em trabalhos repetitivos e em diversas tarefas perigosas.

O desenvolvimento do primeiro robô data de 1958, realizado pelos EUA, e já em 1962 era comercializado. No Japão, a robótica teve início a partir de 1967 com a importação de robôs americanos.

Os robôs industriais aplicados à soldagem tiveram início na década de 60 na indústria automobilística e eram utilizados na soldagem por resistência; na soldagem ao arco elétrico, a robotização teve um crescimento maior a partir da evolução das máquinas de soldagem, dotadas também de microprocessadores que permitem respostas rápidas às condições de soldagem como corrente e tensão, estabilidade de arco, controle da falha de arco e contato de tocha na peça. Na Europa, a aplicação industrial teve início em 1970-1971, na indústria automobilística.

da soldagem manual à automatizada

Antes de entender a robótica como ferramenta nos processos de soldagem, é importante interpretar as funções que definem o processo dentro de um sistema que passa pela completa interferência do homem até uma monitoração a distância de todo o processo, caracterizando a soldagem manual, semi-automática, automática e automatizada.

As funções que definem a soldagem dentro desses campos são: início e manutenção do arco elétrico; avanço do eletrodo no arco elétrico; controle da energia para a adequada penetração; deslocamento do arco elétrico ao longo da junta; guia do arco elétrico ao longo da junta; manipulação da tocha e correção do arco elétrico em desvios.

O sistema automatizado, incrementado por sensores que monitoram as funções, garante precisão e qualidade da solda, ausência de interferência humana nas possíveis correções feitas durante a soldagem; além disso, permite a movimentação com maior liberdade e versatilidade na condução do arco elétrico do que na manipulação pelo operador.

As relações existentes entre a soldagem ao arco elétrico manual e a soldagem automática podem ser vistas no quadro.

Robô

A definição técnica de robô ainda é um tanto polêmica, pois encontram-se versões diferenciadas entre os órgãos especializados no assunto como JIRA (Japan Industrial Robot Association), RIA (Robot Institute of America,) e ainda a AFNOR (Associação Francesa de Normalização). As diferentes definições técnicas chegam ao ponto de caracterizar um equipamento com uma abrangência maior em uma definição e menor em outra. Diversos equipamentos recebem o nome de robô, ocasionando discrepâncias estatísticas.

O mais importante é que as definições se baseiam na manipulação ou no manipulador; a definição da AFNOR, aprovada em agosto de 1983, diz que o robô industrial é “um manipulador automático com servossistema de posicionamento, reprogramável, polivalente, capaz de posicionar e orientar materiais e peças, e que utiliza dispositivos especiais com movimentos variados e programados para execução de tarefas variadas”.

Robôs dotados de funções inteligentes são aqueles que têm pelo menos uma das seguintes características: julgamento, reconhecimento, adaptação e aprendizagem.

Cabe diferenciar o robô industrial das máquinas automáticas, preparadas para realizar um conjunto de operações previamente estabelecidas e que dificilmente são reprogramadas para realização de outras operações ou processos, a não ser que sofram modificações importantes.

servossistema

Servossistema é o sistema de controle automático que faz parte de um robô. O servossistema pode ser controlado ou não controlado; o controlado utiliza sensores internos, tais como sensores de posição, e sensores externos, denominados controladores de trajetória; já o sistema não controlado utiliza encostos mecânicos para controlar posições.

A diferença entre o servossistema controlado e o não controlado está na concepção da função de controle inteligente como realimentação de informações da trajetória do robô. No sistema controlado é possível posicionar o robô em qualquer ponto de sua área de trabalho, como também controlar velocidade e aceleração; no sistema não controlado, o deslocamento é definido antecipadamente, sem retroalimentação.

movimentação

Para o perfeito equilíbrio na movimentação do robô pelo servossistema, é necessária uma resposta dinâmica dos motores que realizam o deslocamento, comandados por uma lógica externa que considera os sinais enviados sequencialmente para que o motor responda de maneira adequada. A realimentação é feita por sensores, tais como tacômetros bidirecionais e codificadores. A interface entre a eletrônica e o acionamento dos motores é feita por um microprocessador.

manipulador

O manipulador é um mecanismo composto geralmente de elementos em série, articulados ou deslizantes entre si, cujo objetivo é o deslocamento de objetos seguindo diversos movimentos. O aspecto cinemático do manipulador, que se refere aos movimentos, considera somente as características geométricas dos manipuladores, definindo-os como mecanismos compostos de corpos rígidos chamados de ligações, capazes de assumir configurações geométricas apropriadas para a execução de determinadas tarefas. É multifuncional e pode ser comandado diretamente por um operador humano ou qualquer sistema lógico programável.

os pontos no espaço são definidos por coordenadas

elemento terminal

O elemento terminal de um robô é o suporte de fixação com a ferramenta necessária para a realização de uma dada tarefa; é fixado no punho do robô. O elemento terminal apresenta formas e estruturas variadas, chamadas de pinças e garras, dimensionadas para uma ampla variedade de aplicações e compatíveis com a carga útil que o robô pode manipular.

As pinças e garras são divididas em famílias de acordo com pressão, encaixe, contato e fixação. Na soldagem robotizada e na pintura, as pinças e garras pertencem à família fixa ou rígida, pois não são removidas. Um exemplo são os robôs aplicados em solda a ponto, montados com pinças dotadas de movimentos de abrir e fechar, permitindo a passagem de alta corrente sobre a peça a ser soldada e combinando pressão e contato.

O robô deve estar dimensionado para o peso do elemento terminal; no caso da soldagem a ponto, o peso da pinça e dos cabos elétricos e tubos de refrigeração pode chegar a 90Kg. Na soldagem por arco elétrico, o elemento terminal é conhecido como tocha ou pistola, com dimensões e peso menores que os das pinças de solda a ponto. Os elementos terminais são fixados no punho do robô.

A tocha de soldagem deverá ter uma orientação, com relação ao punho, compatível com os requisitos e exigências da soldagem. Este fator pode reduzir em até 50% o volume de trabalho do robô.

forma construtiva

Forma construtiva é a configuração geométrica ou a arquitetura mecânica do robô, baseada na teoria de movimento de um objeto tridimensional; esse movimento é composto basicamente de translações e rotações, estabelecendo como referencial o sistema de coordenadas cartesianas (X, Y, Z) que é sempre representado matematicamente por uma matriz. A forma construtiva pode ser classificada em coordenada polar ou esférica, coordenada cartesiana, coordenada cilíndrica e coordenada articulada ou de revolução.

A coordenada polar ou esférica consiste de um movimento linear ou retilíneo e de dois movimentos giratórios ou angulares; descreve uma área de trabalho com formato esférico. Os ângulos a e p formados nos planos são ângulos de movimentação e P é a direção.

a coordenada polar ou esférica é indicada para solda a ponto

As vantagens desta forma construtiva é a possibilidade de programação simples e área de trabalho maior que a área das coordenadas cartesiana e cilíndrica. A desvantagem é que há a possibilidade de vibrações no movimento do braço linear.

A coordenada cartesiana apresenta eixos com movimentos retilíneos, formando três planos cartesianos X, Y e Z. Cada parte do braço do robô forma ângulos retos com as demais partes. A vantagem desta coordenada é a simplicidade da estrutura, de fácil controle e alta precisão, que combina os movimentos livremente. A desvantagem é que a área ocupada é grande, se comparada com a área efetiva de trabalho.

a coordenada cartesiana é indicada para problemas específicos

a coordenada cilíndrica é utilizada na alimentação de máquinas

A coordenada cilíndrica apresenta um eixo de movimento angular, um eixo horizontal e um eixo vertical, estes dois últimos com movimento retilíneo. A vantagem é a programação simplificada; a desvantagem é a área de trabalho limitada.

A coordenada articulada ou de revolução é a que mais se assemelha ao braço humano; é composta de dois eixos retos articulados, como se fossem um braço ligado ao ombro e um antebraço ligado ao cotovelo. Permite um movimento rotacional em volta da base e combinação simultânea de todos os eixos. A vantagem deste tipo de coordenada é o grande alcance em pouco espaço. As desvantagens são a construção cara e a dificuldade na elaboração de um sistema de controle. A coordenada articulada se distingue por diferentes formas de articulação, como prismática, rotacional, cilíndrica e esférica.

a coordenada articulada ou de revolução é adequada para tarefas de montagem e soldagem por arco elétrico

forma de acionamento

A forma de acionamento do robô diz respeito aos elementos motores capazes de gerar movimento e que apresentem uma potência compatível com a tarefa a ser realizada pelo robô. Esses elementos estão relacionados também com custos, velocidades, potências e com os sistemas de transmissão empregados, tais como correias e engrenagens. Aforma de acionamento pode ser classificada em acionamento pneumático, hidráulico e elétrico.

acionamento pneumático

A fonte de energia utilizada no acionamento pneumático é o ar comprimido; os elementos motores pneumáticos são de dois tipos: motores e cilindros.

Os motores são compactos; o arranque e a parada acontecem rapidamente e podem trabalhar sob temperatura de até 120°C. A relação por peso é superior à dos motores elétricos. Os motores adequados à robótica são os rotativos e os de pistões radiais e axiais.

Os cilindros pneumáticos apresentam um comportamento semelhante ao comportamento dos motores, diferenciando no movimento de atuação que é o retilíneo. O funcionamento é simples e econômico.

As vantagens da forma de acionamento pneumático são robôs mais leves, alta velocidade, baixo custo e limpeza, quando comparado ao acionamento hidráulico.

As desvantagens do acionamento pneumático são a existência de abrasão e corrosão, provocadas por partículas contaminadas na rede de ar, e menor precisão, quando comparado aos acionamentos elétricos e hidráulicos.

O acionamento pneumático é aplicado em operações onde se manuseiam cargas leves tipo pega-e-põe e em ciclos rápidos, onde não se requer elevada precisão.

acionamento hidráulico

O acionamento hidráulico é aplicado em robôs de solda a ponto e ao arco elétrico e em manipulação de peças.

Na forma de acionamento hidráulico, o fluido de energia é o óleo. Os movimentos não são tão rápidos quanto os do acionamento pneumático mas possuem maior precisão e a capacidade de movimentação de carga pode chegar a 200Kg. Este sistema é adequado a robôs de braços longos e de pouca inércia. Os atuadores hidráulicos são basicamente os motores e os cilindros.

Os motores hidráulicos são dispositivos simples e robustos. A velocidade de rotação é regulada em dois sentidos e a inversão deste sentido de giro é simples. Estes motores podem ser de engrenagens, aletas ou pistões.

Os cilindros hidráulicos estão associados a uma válvula de controle de fluxo definido e a uma outra do pistão, provocando a diferença de pressão necessária para o movimento.

As vantagens do acionamento hidráulico são os movimentos suaves, apropriados a ambientes agressivos com contaminantesambientais,ruídose variações térmicas, além de alta capacidade de movimentação de carga.

As desvantagens do acionamento hidráulico são a perda de fluxo em vazamentos do sistema, que pode causar a perda de precisão na movimentação do robô, e a transformação de energia elétrica em energia de atuação hidráulica, que é uma transformação de baixo rendimento, tornando difícil e dispendioso o controle elétrico do sistema.

acionamento elétrico

Na forma de acionamento elétrico, os motores elétricos permitem um controle prévio de posições e velocidades por meio de controladores eletrônicos. Os atuadores mais utilizados são os motores de corrente contínua e de passo.

O motor de corrente contínua fornece acoplamento independente da posição e da velocidade. O motor é integrado a uma malha de controle de posição.

os robôs elétricos podem manusear cargas de até 200Kg com precisão de 0,4mm

O motor passo a passo é o tipo mais importante, pois permite converter diretamente um sinal elétrico digital em uma posição angular de caráter incrementai. Divide-se em três classes: motores de ímãs permanentes, motores a relutância variável e motores híbridos ou de relutância polarizada.

As vantagens do acionamento elétrico são a construção simples, a elevada precisão, a manutenção simplificada e o baixo custo.

As desvantagens do acionamento elétrico são o grande tamanho requerido quando se trata de grandes cargas e os problemas térmicos, que devem ser bem estudados, pois uma sobrecarga pode queimar o acionamento.

O acionamento elétrico é adequado a altas precisões e aplicado na alimentação de máquinas de usinagem, manipulação de peças, soldagem ao arco elétrico e aplicação de adesivo.

A grande maioria das programações ou ensinamentos de robôs é feita diretamente no equipamento.

sistemas de programação

Os sistemas de programação do robô podem ser classificadas em métodos diretos ou “on-line”, mistos ou “on-line/off-line” e indiretos ou “off-line”.

Um quadro mostra as diferentes formas de programação, em que se destaca a aprendizagem por pontos (“teach-in” em inglês).

Os sistemas de programação abrem formas optativas em função das necessidades definidas na aquisição do equipamento. O sistema “on-line” se caracteriza por programação direta no robô, e o sistema “off-line” se caracteriza por programação fora da célula de trabalho em terminal de computador e transferida posteriormente para a célula. Os robôs aplicados para soldagem são, na sua maioria, conduzidos por uma programação “on-line”, principalmente porque permitem alterações nas variáveis primárias de corrente, tensão de arco e velocidade de soldagem.

Escolha do robô

A soldagem possui particularidades que outras operações nào possuem, como por exemplo deslocamento de peças, que são variáveis diretamente relacionadas com a qualidade da solda e previamente definidas em procedimentos. Por esta razão, a soldagem impõe algumas restrições à robotização, do mesmo modo que a robotização também impõe restrições à soldagem.

A escolha do robô adequado para as mais diversas aplicações está relacionada a critérios interdependentes que devem ser considerados de forma conjunta. Os critérios de escolha, além de forma construtiva, acionamento e elemento terminal, são: volume de trabalho, precisão, repetibilidade, graus de liberdade e capacidade de carga.

Na soldagem, torna-se necessário verificar as várias limitações impostas pelo próprio processo, que podem reduzir de forma significativa o volume de trabalho fornecido na especificação-padrão do robô.

volume de trabalho

O volume de trabalho, também chamado de área de trabalho, diz respeito aos movimentos de posicionamento dentro de um espaço atingido pela extremidade do robô. Esse volume é determinado por pontos que o manipulador pode acessar com toda a estrutura estendida. Nem todos os pontos do volume no espaço apresentam a mesma facilidade de acesso; por este motivo uma avaliação criteriosa deve ser feita na seleção de robôs.

A indicação do volume de trabalho deve fazer parte de qualquer especificação técnica de um robô; tem a finalidade de orientar o usuário em função de acesso e mobilidade, tendo como base sua aplicação.

Conforme a variação do peso suportado pela extremidade do braço, o volume de trabalho pode ser reduzido por questões de precisão no posicionamento do robô, em relação à junta ou peça a ser soldada.

É necessário definir a colocação de dispositivos posicionadores das peças a serem soldadas, tendo como base os limites ideais e não máximos e mínimos.

Os limites externos do volume, tais como ângulo de arraste e ataque, geralmente não garantem o correto posicionamento da tocha de soldagem em relação à junta; além disso, os robôs dotados de sistema de soldagem por costura podem comprometer a costura em nível de liberdade de movimentação, já que os ângulos de ataque e arrastes da tocha influenciam o perfil, a penetração e o acabamento do cordão de solda. É importante haver um correto posicionamento da tocha em relação ao ângulo formado entre as chapas a fim de garantir a soldagem sobre a trajetória principal.

precisão e repetibilidade

Os conceitos de precisão e repetibilidade estão intimamente ligados e são fatores importantes na escolha do robô mais adequado; podem definir a qualidade final da soldagem e limitar as aplicações.

A precisão refere-se à habilidade do robô para o posicionamento de um ponto teórico desejado dentro do volume de trabalho. Está diretamente relacionado com a capacidade de carga do robô.

A repetibilidade é a habilidade do robô para identificar um ponto no espaço, posicionar um elemento nesse ponto e repetir a ação, quando comandado a fazê-lo. A partir de um ponto previamente programado, o robô pode, pela repetição, manter seu posicionamento próximo mas fora das especificações, caracterizando maior repetibilidade e menor precisão; em outra situação, quando o robô mantém o posicionamento dentro das especificações, caracteriza-se maior repetibilidade e maior precisão; em outro caso, ainda, o robô alterna posições dentro e fora das especificações e não mantém o posicionamento dos pontos, caracterizando menor repetibilidade e menor precisão.

grau de liberdade

Grau de liberdade refere-se ao número de eixos com movimentação independente em um robô; nos robôs para soldagem ao arco elétrico recomenda-se um número de seis graus, dotados de três graus no punho para permitir a mudança de postura e reduzir ou superar problemas de fabricação e posicionamento de periféricos. Não se consideram aqui periféricos que podem aumentar os níveis de movimentação.

Nos robôs com seis graus de liberdade, o movimento de torção no punho é muito importante para o posicionamento da tocha,» principalmente no caso de solda em circunferência; os modelos mais modernos de robô permitem uma torção superior a 360 graus.

capacidade de carga

Capacidade de carga é o peso que o robô pode transportar na extremidade do punho à velocidade máxima.

A capacidade de carga varia em função das aplicações, sendo um fator relevante em termos de custo/desempenho. Geralmente, a precisão é inversamente proporcional à capacidade de carga do robô. Para soldagem ao arco elétrico, a capacidade varia em torno de 6 a 10Kg, enquanto que no processo de soldagem a ponto esta capacidade pode chegar a 150Kg.

Soldagem ao arco elétrico robotizada

Os principais componentes da soldagem ao arco elétrico com proteção gasosa em um robô articulado com seis graus de liberdade podem ser identificados por meio de um esquema.

simulação de soldagem

É possível realizar simulações de soldagem, principalmente em peças complexas, sem que haja fisicamente a soldagem; isto graças a um software especial que analisa as funções mais críticas da soldagem a fim de minimizar ciclos (tempos), facilita programações e fornece ao robô a capacidade de decisão. As linguagens de programação utilizadas são as normais da informática, conduzidas por profissionais familiarizados com este tipo de trabalho.

programação para soldagem

Entre as formas de programação para soldagem, a forma ponto a ponto é uma das mais aplicadas. Nesta programação, o operador faz o robô memorizar a sequencia adequada para realizar determinada operação em tipos de interpolação, que é uma forma de deslocamento entre dois ou mais pontos, definindo as variáveis da soldagem a cada ponto.

Na programação por pontos, as informações básicas necessárias para o ensinamento são: definição da posição física do robô; pontos de ensinamento; tipo de interpolação tendo como referência o próximo ponto; estabelecimento ou não do arco elétrico; recebimento ou envio de sinais externos; definição dos parâmetros de soldagem.

0- Ponto de origem. Interpolação articulada Alta velocidade. Aceleração e desaceleração.

7 – Interpolação linear. Velocidade de avanço é constante. Não realiza soldagem.

2-Interpolação linear. Velocidade de solda. Realiza a soldagem. Valor de corrente e tensão

3- Interpolação circular. Com velocidade de soldagem, Soldagem tipo costura, Frequência de entrelaçamento, Tempo de enchimento, Valor de corrente e tensão.

4 – Interpolação circular. Com velocidade de soldagem. Soldagem tipo costura. Frequência de entrelaçamento Tempo de enchimento. Valor de corrente e tensão.

5- Ponto de saída. Interpolação articulada. Aceleração e desaceleração. Alta velocidade

6- Final de programa. Fisicamente, este ponto, em geral, é o mesmo ponto de origem Os dados da programação são armazenados na unidade central de programação e armazenamento e podem ser listados a partir de um trabalho (job” em inglês) previa­mente definido.

função costura

A função costura é um recurso dos robôs utilizados em soldagem, principalmente para soldagem de chapas espessas, enchimento de juntas em ângulo e quando se deseja uma redução do número de passes. O robô descreve, através da programação, um movimento combinado no sentido da junta entre a trajetória principal, circular ou linear, e transversal.

Parâmetros de soldagem

Os parâmetros primários de soldagem são: corrente (em ampères), tensão de arco (em volts) e velocidade de soldagem. Quando se utiliza o recurso costura, outros parâmetros são necessários, como: distância entre pontos da costura, freqüência de entrelaçamento e tempo de pa rada da movimentação do robô nas extremidades da junta.

Todos os parâmetros devem estar em sincronismo para permitir uma solda uniforme; caso contrário, o recurso de costura poderá resultar em uma solda com mordeduras, falta de fusão e desalinhamento, podendo comprometer também a resistência mecânica.

A forma de programação tipo costura pode ser variada em função do tipo de robô e dos próprios recursos de programação disponíveis nos equipamentos.

A característica física ou geométrica do cordão de solda realizado pelo deslocamento tipo costura é obtida por meio de programação e posicionamento físico do robô.

As distâncias indicam o posicionamento físico do robô na programação e seus pontos com relação aos parâmetros de soldagem. Neste tipo de programação, são necessários sempre três pontos para realizar a costura, distribuídos na junta de maneira variada; um dos pontos indica a trajetória principal e os demais a costura propriamente dita.

fonte de energia

O desenvolvimento e aperfeiçoamento da fonte de energia para soldagem ao arco elétrico permitiu um crescimento acentuado da robotização deste processo. No entanto, apesar de já ter ocorrido uma grande evolução,

existe ainda um conceito equivocado de que robô, fontes de energia e periféricos devem ser tratados isoladamente. A integração do sistema é o que garante o funcionamento adequado da operação e assim os resultados atendem às expectativas do usuário.

A comunicação entre fonte de energia de soldagem e unidade de processamento do robô através de sinais pode detectar anormalidades e ainda proteger o sistema, pois ambas são dotadas de circuitos eletrônicos especialmente projetados para permitir uma soldagem rápida, estável e com qualidade.

As máquinas dotadas de recursos para atender às aplicações em sistemas robotizados atingem a corrente de soldagem selecionada em tempos menores, o que permite uma solda de melhor qualidade.

A resposta dinâmica da fonte de energia é fator importante, pois na robótica são empregadas altas velocidades de soldagem, de até dois metros por minuto. A fonte pode controlar a redução no tempo de elevação da corrente quando se inicia o arco através do controle eletrônico da indutância, de circuitos retificadores e de avançado sistema de disparo. Isso reduz a ondulação da corrente de saída, permitindo uma soldagem estável e redução do índice de respingos.

flexibilidade do robô de soldagem

Alguns periféricos ampliam a flexibilidade do robô aumentando o grau de liberdade e otimizando tempos de posicionamento do robô e das peças a serem soldadas. Exemplos de periféricos posicionadores são a mesa indexadora, os trilhos deslocadores e os posicionadores, os quais permitem ao robô trabalhar na posição para baixo.

controle da soldagem robotizada

O controle da soldagem robotizada é feito por meio de sensores capazes de imitar movimentos humanos, de reconhecer posições de soldagem, de detectar e corrigir falhas e de inspecionar resultados por meio de raios X.

sensor

O sensor é um detector por meio do qual é possível monitorar e controlar a operação de soldagem. Com base na sua própria capacidade para detectar situações externas e internas que afetam os resultados da operação de soldagem, o sensor pode transmitir uma ocorrência externa ou interna à unidade de processamento do robô, sob a forma de um,sinal.

As situações externas estão relacionadas a a Iterações no dimensional da junta, no alinhamento do cordão, na presença de pontos de solda, enquanto situações internas se referem a forma de arco, banho cie fusão, penetração, distribuição da temperatura.

Características

 Os requisitos inerentes aos sensores incluem capacidade de manter a precisão adequada ao processo de soldagem, capacidade de não serem afetados pela influência de perturbações induzidas pelo processo de soldagem, durabilidade satisfatória, baixo custo, fácil manutenção, larga gama de aplicações, além de serem compactos e leves. A escolha dos sensores depende do objetivo interno e externo, isto é, do controle de soldagem ou do equipamento pode ser exemplificada no quadro.

Os sensores podem ser classificados em sensores classificação de contato e sensores de não contato; cada um dos tipos inclui componentes específicos para a função que desempenha.

Os sistemas eletrônicos de comunicação permitem identificar anormalidades durante a soldagem e interromper o processo quando detectadas. As anormalidades e suas causas podem ser visualizadas no quadro.

viabilidade do robô na soldagem

A decisão quanto a automatizar ou não deve considerar alguns aspectos do trabalho robotizado. O robô substitui o ser humano com maior eficiência principalmente quando se trata de trabalhos repetitivos, nos quais o homem se torna desmotivado após determinado tempo.

Outros exemplos da viabilidade da robotização são as situações perigosas e nocivas à saúde, como trabalho com materiais radiativos, manuseio de peças e ferramentas complexas e pesadas, que exigem cuidados com a segurança do operador; trabalho em ambientes agressivos ao ser humano e, finalmente, redução de custos de soldagem no que se refere a tempos e consumíveis.

Um estudo bem estruturado reduz os pontos de incerteza relacionados à decisão da implantação de um sistema robotizado. Dentro do segmento industrial, existem diferentes condutas, pensamentos, metodologia de trabalho e recursos financeiros; porém alguns dados concretos ajudam na orientação. A viabilidade deve ser estudada segundo parâmetros objetivos e subjetivos. Em nível mundial, as empresas automatizam levando em conta produtividade, competitividade, qualidade e redução de custo.

Os parâmetros objetivos são: produtividade, exequibilidade, controle da qualidade, economia de material, mão-de-obra, flexibilidade, ajuste (“set-up” em inglês) e substituição de trabalhos em ambientes com condições adversas ou perigosas.

Os parâmetros subjetivos são: marketing e imagem, redução de áreas ocupadas, desenvolvimento de processo (pesquisa) e incorporação de tecnologia e qualidade final ao produto. Estes parâmetros estão identificados com a metodologia de uma célula flexível.

célula flexível

Célula flexível corresponde a uma unidade de trabalho composta por equipamentos e máquinas capazes de serem manipulados e de terem sua configuração alterada para a produção de uma grande variedade de produtos.

No início, a automação visava a maior produtividade e à melhoria da qualidade; era então denominada de automação rígida, pela qual se fabricavam grandes quantidades e produtos restritos. Com o passar do tempo, as ideias e conceitos se adequaram à produção de poucas unidades, porém com maior diversificação; a preocupação, agora, é enfocar a automação global e flexível e o robô veio atender a esta necessidade. Todo serviço mecânico repetitivo e rotineiro vai, aos poucos, se transformando em sistemas de automação integrados à manufatura.

A integração da manufatura é a continuidade natural de uma tendência na direção da automação que envolve tecnologias como CAD/CAM, comando numérico computadorizado (CNC) e robótica, formando a célula integrada à manufatura (CIM).

célula integrada à manufatura – CIM

Célula integrada à manufatura (CIM) pode ser definida como um sistema composto por uma rede distribuída de computadores e uma base comum de dados usados para combinar e coordenar de modo harmônico, funções como: projeto de produtos, planejamento, programação de produção, compras, inspeção, montagem e atividades de gerenciamento. É, portanto, um processo de gerenciamento da automação industrial no âmbito global da empresa, ou seja, um programa sob cuja orientação planejam-se, executam-se e integram-se projetos de automação industrial.

comparação entre sistema manual e automatizado

Uma comparação entre o sistema manual e o sistema automatizado considera o tempo de soldagem com arco aberto, o tempo de ajuste (“set-up”), consumo de gás em litros por hora da peça produzida, consumo do arame em quilogramas por hora da peça produzida, tempos de deslocamento, tempo de carregamento e descarregamento da peça e a área útil utilizada. Para citar exerçnplos da comparação entre o sistema manual e o robotizado na indústria nacional, considere-se o trabalho com uma chapa de aço carbono de 4,5mm de espessura que utiliza como consumível um arame sólido ER-70 S 6 com diâmetro de 1,2mm; como gás de proteção o C0₂ com vazão de 15 litros por minuto; polaridade inversa com a tocha no positivo; corrente de 320A e tensão de 31,5V e velocidade de soldagem de 190cm/min. Os valores comparativos podem ser vistos nos quadros.

Os tempos de preparo são baseados no método MTM (Methods Time Measurement), que divide cada atividade em movimentos básicos. Os dados obtidos através de testes práticos comparativos orientam a viabilidade técnico-econômica do robô, comparando os parâmetros comuns de soldagem por processo automático, semi-automático e manual com a proposta robotizada e avaliando criteriosamente os benefícios que o sistema pode trazer. Uma comparação de tempos de soldagem, em segundos, para as operações de duas peças pode ser vista no quadro.

preparação da junta

A precisão da trajetória de soldagem da junta vai depender, em grande parte, da qualidade da preparação das juntas ou dos subconjuntos a serem soldados. As operações realizadas numa dada fabricação são normalmente de corte, dobramento, estampagem e usinagem. Os sistemas de preparação das juntas através destas operações devem ser reavaliados para soldagem robotizada, de forma a encontrar o melhor processo de preparação; podem ser necessários investimentos adicionais não programados, os quais deverão ser considerados logo no início do projeto para evitar surpresas.

tolerâncias e ajustes dimensionais

As tolerâncias e os ajustes dimensionais seguem as recomendações exigidas e estabelecidas pelo projeto; também é possível utilizar padrões específicos e normas de fabricação de cada produto dentro de cada empresa. As normas regem tolerâncias de junta, de solda, de montagem e fabricação, de deformação e precisão de posicionamento.

A avaliação dos parâmetros considerados é mostrada no quadro.

repetibilidade na preparação da junta

Deve-se levar em consideração em primeiro lugar, as tolerâncias cujas minimizações estão correlacionadas com os menores custos de fabricação. Os custos dos equipamentos, bem como os custos de melhoria da qualidade após a soldagem devem, portanto, ser levados em consideração.

Os resultados satisfatórios da soldagem robotizada estão intrinsecamente ligados à repetibilidade na preparação da junta e à manutenção das tolerâncias dimensionais estabelecidas no projeto.

Quando a preparação da junta estiver em conformidade com uma dada especificação, obtém-se um padrão de qualidade para soldagem robotizada; por outro lado, a falta de repetibilidade para uma mesma programação impõe defeitos à solda, casos em que eventualmente se costuma culpar o robô. O quadro permite visualizar os problemas causados pela falta de repetibilidade.

aspectos de segurança

Os dispositivos de segurança têm importância fundamental em uma instalação robotizada. Com efeito, a presença de elevada energia e de deslocamento de partes móveis com movimentos rápidos cria condições para ocorrência de acidentes.

Uma comparação entre robô e equipamento convencional com CNC pode ser vista no quadro.

É comum que durante o período de trabalho o operador de robô precise programara máquina, preparar o local, fazer testes ou realizar controle visual da operação. Os robôs operam frequentemente com vários equipamentos ao mesmo tempo, por vezes alimentados por fontes diferentes. Estes aspectos o tornam mais perigoso, pois os riscos estão relacionados com a complexidade da instalação.

requisitos de segurança

No projeto de um sistema de soldagem robotizado devem-se considerar alguns requisitos de segurança necessários à proteção do pessoal. Esses requisitos são: segurança do robô, segurança dos circuitos e segurança do ambiente.

A segurança do robô prevê espaço limitado de movimentos por hardware e por software, travas para os eixos, velocidade controlada e reduzida durante fases de programação e sinalização de segurança.

A segurança dos circuitos deve permitir parada de emergência, parada de segurança, redução de velocidade, limitações da zona de trabalho e controle dos sistemas de sinalização da zona de trabalho.

as normas de segurança para utilização do robô ainda estão sob forma de proposta e variam de país para país; a norma ISO 10 210 poderá ser adotada para disciplinar o assunto

A segurança do ambiente compreende divisórias de proteção, cuidado no carregamento e descarregamento de peças e proteção contra radiação do arco elétrico, fumos e respingos.

treinamento e educação

A empresa deve proporcionar treinamento operacional, de manutenção, de programação e de segurança aos funcionários envolvidos, supervisores, líderes e demais pessoas que circundam a área. Sempre que possível, deve-se restringir ao máximo o acesso de pessoas à área do robô. A capacitação técnica de pessoal deve sempre estar conjugada à reciclagem e abordagem de aspectos de segurança.

 Link Relacionado:

Soldagem – Coleção tecnológica SENAI – 1ª ed. 1997