Utilizando o software de visão por computador HALCON da MVTec, o sistema deteta a posição do componente, calcula as correções necessárias e permite assim a aplicação precisa de selante com uma exatidão de ±0,2 mm, mesmo em grandes áreas de trabalho.
No fabrico aeroespacial, até os mais pequenos desvios determinam a qualidade de um componente. Naturalmente, isto também se aplica a processos em que os selantes são aplicados a geometrias complexas. O cordão de vedante deve estar completo, uniforme e estar corretamente posicionado. Lacunas, desalinhamentos ou cordões irregulares podem comprometer a função de vedação. Até então, este processo não podia ser automatizado. A sua implementação era muito complexa, dado que os componentes variam em tamanho e apresentam inúmeras variações.
No entanto, uma empresa do setor aeroespacial pretendia automatizar o processo, que até então era realizado manualmente. Especificamente, tratava-se da aplicação de um primário e de um selante bicomponente em chumaceiras de bronze ou aço inoxidável instaladas em peças metálicas pintadas. Este ambiente é desagradável para os colaboradores, entre outras razões, porque os materiais utilizados libertam um odor forte e o manuseamento de algumas das substâncias pode ser prejudicial para a saúde.
A AKEOPLUS foi contratada para implementar a solução. A empresa foi fundada em 2006 e está sediada em França, entre Genebra e Lyon. A AKEOPLUS é especializada em robótica e desenvolve soluções personalizadas que combinam sistemas robotizados, sensores de visão, algoritmos sofisticados e inteligência artificial. “Esta aplicação não se tratava simplesmente de um robô a seguir um caminho. Tínhamos de automatizar um processo que, até então, dependia muito da experiência e habilidade dos colaboradores. A célula robótica tem de lidar com diferentes componentes e áreas de aplicação, detetar a posição real dos rolamentos e aplicar o selante de forma reprodutível”, explica Maxime Motisi, engenheiro da AKEOPLUS especializado em aplicações de dispensação assistida por robôs.
Figura 2: Graças à visão por computador, o cordão de vedante é aplicado com uma precisão de ±0,2 mm.
Grande área de trabalho: gerenciável graças à visão computacional.
Antes da automatização, o processo era realizado manualmente. Um operador precisava de preparar um lote de selantes. A partir daí, havia apenas uma pequena janela temporal: ao fim de cerca de duas horas, o material endurecia e já não podia ser utilizado. O processo era física e tecnicamente exigente, além de ter um prazo muito apertado. Adicionalmente, um primer invisível necessitava de ser aplicado com pincel em todas as áreas designadas. Esta etapa era trabalhosa e variava consoante o operador.
Os objetivos da automação foram claramente definidos. O objetivo era automatizar todo o processo o mais possível: desde o fornecimento de fluidos e a digitalização do componente até à aplicação do primário e do selante. Ao mesmo tempo, o sistema deveria monitorizar o fluxo do material, detetar bolhas ou irregularidades e, assim, evitar defeitos no cordão de vedante. Como o processo funciona de forma autónoma, os colaboradores puderam ser recolocados noutras tarefas, uma vez que esta atividade não era a ideal do ponto de vista da saúde. A automação visava também tornar o processo mais resiliente às flutuações de qualidade.
“A flexibilidade era especialmente importante para o cliente. O sistema precisava de ser capaz de processar muitos componentes diferentes. Por conseguinte, as geometrias e as configurações variam significativamente. A área de trabalho do robô é de aproximadamente 2.000 mm x 2.000 mm x 2.000 mm. O desafio era garantir que o robô detetava com precisão as áreas relevantes dentro desta grande área de trabalho e adaptava os seus movimentos à posição real do componente”, explica Adrien Queyroi. Além disso, os componentes nem sempre estão exatamente na mesma posição dentro da área de trabalho do robô. Por este motivo, uma solução puramente mecânica para o posicionamento preciso dos componentes não era uma opção.
Os desvios de posição eram muito grandes. Ademais, o cliente final queria minimizar o manuseamento das peças. A sondagem mecânica implicaria etapas adicionais no processo, mais contacto com o componente e tempos de ciclo potencialmente mais longos. Assim sendo, para a AKEOPLUS, era claro: a aplicação só poderia ser implementada com o auxílio da visão por computador. A AKEOPLUS selecionou o MVTec HALCON, o software padrão para visão por computador, como componente principal.
Imagem 3: Para posicionar o componente corretamente, é necessário determinar a sua posição com exatidão.
Todo o fluxo de trabalho é automatizado.
O processo começa com uma fase de preparação. Durante esta fase, são instalados consumíveis como ferramentas e bicos para o primário e o selante. De seguida, são realizados ciclos manuais iniciais para dispensar uma pequena quantidade de material. Isto garante que todo o percurso do material e todas as linhas estão devidamente preenchidos e prontos a utilizar. Depois, o componente é movido para o ambiente de trabalho. Um posicionador alinha o componente aproximadamente e move-o para perto da posição alvo em frente ao robô. O robô inicia então a fase de digitalização. Equipado com um perfilómetro 3D, digitaliza áreas predefinidas do componente. Estas áreas incluem os rolamentos de bronze em torno dos quais o primário e o selante serão aplicados posteriormente. Os dados 3D adquiridos constituem a base para determinar a posição real dos rolamentos e ajustar as trajetórias programadas em conformidade. Após a fase de scan, o robô troca de ferramenta e começa a aplicar o primer. Para isso, pega numa ferramenta tipo cotonete, retira o primário da estação e aplica-o nas áreas de vedação designadas. O robô troca então novamente de ferramenta e começa a aplicar o selante. Segue os percursos programados para o cordão. A velocidade é ajustada de acordo com a espessura desejada do cordão: mais rápida para cordões mais finos, mais lenta para cordões mais grossos.
Após a aplicação do selante, o componente está totalmente processado e pode ser removido da célula. Enquanto o robô "aguarda" o próximo componente, desloca-se para uma posição de purga. Aí, o selante é removido do sistema de mistura para evitar a polimerização do material no misturador.
Imagem 4: Um padrão de riscas roxas é projetado na superfície do componente para inspeção através de processamento de imagem.
Desafio especial: visão por computador em espaço tridimensional.
A implementação revelou-se complexa, pois diversas tecnologias necessitavam de funcionar em conjunto com precisão. Entre eles, um robô de seis eixos, um perfilómetro 3D, um garfo laser para reposicionamento de ferramentas, um sistema de dosagem para primário e selante bicomponentes, uma ferramenta de aplicação do primário, bicos para aplicação do selante, um posicionador de componentes, sensores de monitorização de processo e um sistema de controlo com algoritmos integrados.
“Cada um destes componentes tem os seus próprios limites de precisão. O robô, o garfo laser, o perfilómetro 3D, a calibração mão-olho e os algoritmos introduzem as suas próprias tolerâncias no sistema como um todo. Assim, uma das tarefas foi controlar e combinar estas influências para, em última análise, alcançar uma precisão global de ±0,2 mm no posicionamento do cordão de vedante”, explica Adrien Queyroi. O principal desafio foi localizar o componente e determinar a sua posição no espaço. Isto requer a determinação dos seis graus de liberdade de cada rolamento. No entanto, estes rolamentos diferem na forma e nas dimensões. Ao mesmo tempo, a precisão exigida para a aplicação do selante é muito elevada. Portanto, a visão por computador só pode introduzir um erro mínimo no processo global. Além disso, tanto o componente grande do cliente como os rolamentos utilizados estão sujeitos a desvios de fabrico e montagem. Estes desvios são superiores à tolerância permitida para a aplicação do selante. O posicionamento do componente dentro do sistema também não é totalmente reproduzível. Embora o componente esteja pré-posicionado num posicionador, este pré-posicionamento coloca-o a apenas alguns centímetros da posição alvo. Isto é insuficiente para a aplicação real do selante.
"Portanto, o desafio específico era derivar uma trajetória precisa para o robô a partir de um componente variável. É exatamente aí que a visão computacional 3D demonstra o seu potencial. Compensa as influências da fabricação, da montagem e do operador, e torna possível o processo assistido por robô", afirma Maxime Motisi.
O HALCON, como componente central do software AKEOPLUS,
utiliza o MVTec HALCON para visão por computador. Este software padrão de visão por computador executa diversas tarefas fundamentais na aplicação. Processa os dados fornecidos pelo perfilómetro 3D, facilita a conversão de imagens X, Y e Z em nuvens de pontos, combina operadores 2D e 3D e utiliza dados CAD e modelos de objetos 3D.
“O MVTec HALCON oferece inúmeras funções cruciais para aplicações assistidas por robôs que utilizam dados 3D. Entre elas, destacam-se os métodos 3D robustos, os modelos de objetos 3D, a combinação do processamento 2D e 3D e a capacidade de integrar de forma eficiente a lógica complexa de visão computacional em processos industriais. Esta combinação, especialmente para aplicações com elevados requisitos de precisão, proporciona uma vantagem decisiva”, explica Jan Gärtner, Product Manager da HALCON na MVTec.
Para a AKEOPLUS, a variedade de características não foi o único fator decisivo. A velocidade de desenvolvimento e integração também desempenhou um papel crucial. Os fluxos de trabalho foram desenvolvidos inteiramente utilizando a biblioteca HALCON e o ambiente de desenvolvimento integrado da MVTec, o HDevelop. De seguida, a framework da AKEOPLUS, "AkeoSpine", invoca os scripts de forma transparente através do HDevEngine. Isto elimina o trabalho de engenharia adicional necessário para a transição para a produção.
Outra vantagem reside na orientação do operador. Ao programar novos rolamentos ou subprogramas, o utilizador final segue um fluxo de trabalho guiado. Este assistente foi implementado utilizando a interface gráfica do utilizador (GUI) do HALCON, a gestão de janelas e as capacidades de plotagem. Guia o operador passo a passo na configuração do modelo de superfície e dos parâmetros necessários. Durante o processamento online, o subprograma configurado é invocado para localizar o rolamento real com base na digitalização 3D. Por fim, a independência de hardware do HALCON foi também um critério fundamental para a AKEOPLUS, dado que cada célula robotizada deve ser adaptada ao ambiente específico do cliente. A documentação abrangente, exemplos, tutoriais e guias de soluções também facilitam o desenvolvimento.
“Para nós, é importante que os engenheiros de visão possam trabalhar com um elevado grau de autonomia. Com o HDevelop, a biblioteca HALCON e as opções de visualização, podemos desenvolver, testar, depurar e integrar a aplicação no processo global. Isto reduz as interfaces e acelera a implementação”, afirma Maxime Motisi.
Imagem 5: O selante deve ser aplicado com precisão, mesmo em geometrias complexas.
Resultado: Vedantes Uniformes e uma Montra Tecnológica.
A célula robotizada está em funcionamento desde a primavera de 2026. Pouco depois da sua entrada em funcionamento, já tinha impressionado o cliente. Os cordões de selante aplicados são uniformes, finos e homogéneos. Desta forma, o sistema atinge um dos seus principais objetivos: tornar um processo manual complexo mais reprodutível, reduzindo a carga de trabalho dos colaboradores.
Para o cliente, a célula é mais do que apenas uma solução de automatização. É uma montra tecnológica. Demonstra que mesmo processos complexos de fabrico aeroespacial, que até então se caracterizavam por trabalho manual, podem ser automatizados quando a robótica, a tecnologia de dosagem e a visão por computador trabalham em conjunto de forma eficaz.
“Muitos processos que ainda hoje são quase inteiramente manuais serão automatizados nos próximos anos. A combinação de visão computacional, inteligência artificial e robótica possibilitará a criação de sistemas altamente adaptáveis, inteligentes e autónomos. A célula aqui desenvolvida demonstra de forma muito concreta o que já é possível hoje”, afirma Maxime Motis.
