Aplicação de Sensores Inerciais para Aferição de Alinhamento e Monitoramento Cinemático em Processos de Soldagem

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de medição embarcado, baseado em Unidade de Medição Inercial (IMU), para aferir o alinhamento angular de pistolas de soldagem de pinos. A garantia da perpendicularidade da pistola em relação à superfície de trabalho é um fator crítico para a qualidade da união soldada, e o sistema foi projetado para monitorar essa orientação em tempo real. A metodologia envolveu a prototipagem evolutiva de hardware e software. Inicialmente, um Arduino Nano com sensor MPU-9250 foi usado para validação conceitual, migrando posteriormente para um microcontrolador STM32F103C6T6 e um sensor LSM6DSOX, que demonstrou maior estabilidade e menor ruído. Para eliminar ruídos e mau contato, uma placa de circuito impresso (PCB) foi projetada e fabricada, com os componentes acondicionados em um invólucro impresso em 3D. Desafios como a “deriva” do giroscópio e a ausência de Unidade de Ponto Flutuante (FPU) no microcontrolador foram solucionados com a implementação de um Filtro Complementar e a reescrita do firmware para aritmética de ponto fixo. Os resultados da vertente principal demonstraram que o sistema alcançou uma precisão angular inferior a 1 grau, validada por testes que resultaram em soldas de alta qualidade. Em uma vertente secundária, o sistema foi acoplado a um atuador de soldagem orbital (“Tartílope V4”), validando com sucesso a aquisição de dados angulares durante a rotação, o que viabiliza futuros ajustes dinâmicos do processo. Uma terceira vertente exploratória sobre a estimativa de velocidade de soldagem manual obteve trajetórias coerentes em curtos deslocamentos, mas o erro acumulativo limitou a precisão em trajetos longos. Conclui-se que o sistema de aferição angular é uma solução robusta, precisa e de baixo custo, pronta para ser integrada ao protótipo final da pistola de soldagem, contribuindo para o controle de qualidade e automação do processo.