Soldagem / pintura robotizada

O que está incluso no serviço

Escrevemos os programas de controle para robôs de soldagem e pintura que já estão na produção do cliente e os configuramos para as peças e o ferramental específicos. O trabalho inclui a construção das trajetórias de movimento do maçarico ou do pulverizador, a definição dos parâmetros do cordão e da camada de revestimento, a calibração do sistema de coordenadas da ferramenta e dos planos de base, o tratamento dos sinais dos sensores. O próprio equipamento pertence ao cliente: o manipulador dele solda e pinta, e nós preparamos a lógica pela qual ele faz isso de forma repetível. À parte descrevemos os cenários de troca de produto, as paradas de emergência e as zonas seguras, para que a linha possa ser reconfigurada sem reescrever todo o projeto. O resultado é entregue como código verificado mais a documentação de pontos, velocidades e parâmetros, atrelada à máquina do cliente.

Como funciona o processo

A soldagem e a pintura robotizada se resumem a o manipulador conduzir a ferramenta por uma trajetória predefinida controlando velocidade, ângulo e distância até a superfície. O programa divide o contorno da peça em pontos de apoio e segmentos, entre os quais o controlador interpola o movimento, mantendo velocidade linear constante na zona do cordão ou sobreposição uniforme das passadas na pulverização. Os parâmetros do processo (corrente e tensão do arco, avanço do arame, pressão e vazão da tinta) são sincronizados com a posição na trajetória, e o retorno dos sensores corrige os desvios em tempo real. Descrevemos essa lógica no código do controlador, a rodamos em simulação e em passadas a vazio, e depois a ajustamos no metal. O trabalho físico é feito pelo equipamento do cliente; a nossa parte é o algoritmo e os parâmetros pelos quais ele age.

De onde vieram os robôs industriais

O primeiro robô industrial, o Unimate, entrou em operação em 1961 na fábrica da General Motors em Trenton, Nova Jersey, onde descarregava uma máquina de fundição sob pressão. A máquina foi idealizada por George Devol, que depositou a patente básica ainda em 1954 (concedida em 1961), e por Joseph Engelberger; juntos eles fundaram a empresa Unimation. A soldagem robotizada como área própria se consolidou por volta de 1969: na fábrica reformada da GM em Lordstown, Ohio, uma linha de solda por ponto com robôs Unimate montava cerca de 110 carrocerias por hora. Nos anos 1970 a tecnologia foi adotada pelas montadoras europeias (Mercedes-Benz, Volvo, Fiat), e a solda por ponto de carrocerias tornou-se a primeira tarefa de massa dos manipuladores. Essa linhagem explica por que as células de soldagem modernas até hoje são construídas em torno da trajetória repetível e do controle estável do arco.

Por que a parte de software é crítica

Na soldagem e na pintura o resultado é determinado não pela potência do manipulador, mas pela precisão da trajetória e pela sincronização dos parâmetros com o movimento. Um desvio do maçarico de frações de milímetro ou um salto de velocidade na zona do cordão geram falta de fusão, mordedura ou queima, e uma passada irregular do pulverizador deixa escorrimentos e espessura desigual do revestimento. O controle do ângulo de inclinação da ferramenta, das pausas nos cantos e da suavidade da aceleração influencia diretamente a geometria do cordão e o consumo de material. Por isso o grosso do trabalho de engenharia vai para o código e a calibração: é justamente o programa que mantém o processo dentro das tolerâncias de peça para peça. O equipamento do cliente é capaz de repetir o movimento com alta precisão, mas essa precisão precisa ser corretamente definida e verificada, senão a repetibilidade trabalha contra a qualidade.

Em quais linguagens trabalhamos

Para os manipuladores Universal Robots escrevemos em URScript: é a linguagem do controlador deles, que define os movimentos, acessa as entradas/saídas e embute a lógica de tratamento de sinais diretamente no programa de controle. Para robôs ABB usamos RAPID, a linguagem padrão dos controladores deles, na qual se descrevem pontos, trajetórias, parâmetros do processo e a interação com os periféricos da célula. Quando a tarefa exige visão de máquina, coordenação de vários dispositivos ou processamento complexo de dados de sensores, conectamos o ROS2: ele liga os nós do sistema pela troca de mensagens e tira do controlador a lógica de nível superior. A escolha do stack está atrelada a qual equipamento está com o cliente, e não o contrário. Em todos os casos o código é escrito para a máquina específica do cliente e verificado na cinemática e no ferramental dela.

Quando surgiram essas ferramentas

A linguagem RAPID a ABB apresentou em 1994 junto com o controlador S4, substituindo o ARLA anterior, e desde então ela continua sendo a principal para os manipuladores deles. A Universal Robots foi fundada em 2005 em Odense (Dinamarca), o primeiro cobot de série, o UR5, chegou ao mercado em 2008, e é comandado pela própria linguagem URScript. O ROS nasceu do projeto STAIR em Stanford, o primeiro commit de código foi feito em 7 de novembro de 2007 na Willow Garage; a geração seguinte, o ROS2, recebeu o primeiro release estável, Ardent Apalone, em dezembro de 2017. O ROS2 foi reescrito para os requisitos industriais de tempo real, segurança e sistemas multimáquina. Essas datas mostram que o stack em que trabalhamos foi rodado pela indústria por duas a três décadas.

Por que dá para confiar isso a nós

A experiência somada da equipe de desenvolvimento ultrapassa 45 anos em TI, e abordamos os robôs como tarefa de engenharia, e não como um conjunto de cliques prontos. Antes da partida de verdade a lógica é rodada em simulação e em passadas a vazio, as trajetórias e os parâmetros são verificados no ferramental do cliente, e só então a célula entra no metal ou no revestimento. Não fabricamos equipamento e não soldamos nós mesmos: quem solda e pinta é a máquina do cliente, e nós respondemos pela correção do programa, pela calibração e pela repetibilidade do processo. Cada projeto é acompanhado da documentação de pontos, velocidades e parâmetros, para que a linha possa ser mantida e reconfigurada sem nós. Essa ordem reduz o risco de refugo e parada na entrada em operação da célula de soldagem ou de pintura.