Software para Furação e Rebitagem de Fuselagem de Aeronaves

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1 Anas do 14 O Encontro de Incação Centífca e Pós-Graduação do ITA XIV ENCITA / 2008 Insttuto Tecnológco de Aeronáutca São José dos Campos SP Brasl Outubro 20 a Software para Furação e Rebtagem de Fuselagem de Aeronaves Thago Sampao de Athayde Ermes Ferrera Costa Neto Insttuto Tecnológco de Aeronáutca - ITA Praça Marechal Praça Marechal Eduardo Gomes 50 - Vla das Acácas CEP São José dos Campos SP Brasl Bolssta PIBIC-CNPq th.athayde@gmal.com Resumo: O processo de montagem estrutural aeronáutca exge que a etapa de abertura de furos atenda aos requstos de tolerânca dmensonal de posção forma e senção de rebarbas descrtas no projeto. Quando esta etapa é executada de modo convenconal torna-se dspendosa e requer mão de obra especalzada e de ferramentas dedcados. Neste contexto alguns trabalhos sugerem a automação do processo de furação de estruturas aeronáutcas com a utlzação de manpuladores robótcos e ferramentas adequadas.porém o uso de manpuladores robótcos exge o desenvolvmento de compoentes que garantam o correto posconamento da ferramenta de acordo com os requstos do processo. O presente trabalho apresenta o projeto e a mplementação de um módulo computaconal para correção do posconamento do robô ndustral utlzando vsão computaconal no ambente computaconal LabVIEW. Palavras chave: aeronave fuselagem rebtagem vsão computaconal. 1. Introdução A necessdade de automatzação do processo de montagem de aeronaves está presente na ndústra de aeronáutca naconal. De acordo com Khlman (2005) e Nang (2004) o custo de montagem de uma aeronave consome até 40% do custo de fabrcação da estrutura do avão. Sendo um processo relatvamente lento requer operadores altamente trenados que utlzam ferramentas de alto custo. Atualmente as novações na ndústra aeronáutca são dreconadas para o aumento de capacdade produtva e de flexbldade com redução de custo e garanta de qualdade do produto. Neste cenáro o Centro de Competênca em Manufatura do Insttuto Tecnológco de Aeronáutca (CCM-ITA) apresenta uma proposta de novação que propõe a análse e desenvolvmento do processo de furação orbtal por fresamento em estruturas aeronáutcas (EFORB Efetuador para Furação Orbtal). Devdo à composção de seus movmentos o processo de furação orbtal proporcona melhor qualdade de furos sento de rebarbas elmnando etapas do processo de furação de estruturas de aeronaves devdo à redução dos esforços de corte envolvdos permtndo a automação do processo de fabrcação com a utlzação de robôs ndustras. O EFORB conjuntamente com o manpulador robótco deve se posconar corretamente para a execução da solução proposta. Assm este trabalho apresenta um sstema modular para a correção do posconamento do robô ndustral por meo do uso de vsão computaconal. 2. Descrção do Sstema O sstema proposto para o projeto é composto por uma câmera e sstema óptco sstema de lumnação algortmo computaconal e mensurando (marcação na estrutura aeronáutca). A Fgura 1 adaptada de modelos apresentados por Gonzales (2002) e Ramesh (1995) apresenta de forma esquemátca as etapas envolvdas no processo agrupadas por funções. Fgura 1. Componentes geras do sstema de vsão.

2 Anas do XIV ENCITA 2008 ITA Outubro Câmera São descrtos a segur os prncpas componentes do sstema de vsão. A câmera é um dspostvo que converte os estílumos recebdos do meo externo na forma de energa eletromagnetca (luz vsível) em snas elétrcos ordenados. Sensor: É uma matrz de elementos foto-sensíves que recebem e mapeam o nível de ntensdade lumnosa transformando em snal elétrco analógco proporconal segundo Jähne (1999). Sstema Ótco: Regula os fexes de luz refletdos pelo objeto físco fornecendo ao sensor a quantdade deal de lunnosdade Modelagem da Câmera As câmeras podem ser representadas por modelos que descrevem a forma como os objetos de uma cena são vsualzados. Os modelos defnem a transformação de um ponto no espaço (3D) para uma representação bdmensonal (2D) na magem formada pela câmera Modelagem Geométrca do Sstema Óptco O sstema ótco é formado por um conjunto de lentes e uma câmara escura. A dnâmca do processo é regda pelas les da ótca geométrca.os prncpas parâmetros assocados a esse tpo de sstema são: a geometra das lentes a dstânca focal do sstema de lentes e as varáves geométrcas do sstema como descrto na Fgura 2. Fgura 2. Modelo clássco da geometra de cálculo para lentes fnas. D M = Do (1) Do M F = 1 + M (2) em que M : Amplação da magem; D : o D : F : Ho : H1 : Dstânca da magem; Dstânca do objeto; Dstânca focal; Dmensão do objeto; Dmensão da magem.

3 Anas do XIV ENCITA 2008 ITA Outubro Neste trabalho fo usada a câmera dgtal da marca Pxelnk modelo PL-B774U com resolução 1600x1200 pxel taxa de transmssão da magem 480 Mbps-Usb 2.0 e sstema ótco COSMICAR/PENTAX modelo TV LENS 25 mm. 2.2 Sstema de Ilumnação O sstema de lumnação é responsável por garantr o nível da ntensdade lumnosa recebdo pelo sstema óptco a fm de garantr seu funconamento correto. Segundo Erhardt-Ferron (2000) e Jähne (1999) o sstema de lumnação realça característcas superfcas do objeto tas como geometra estrutura cor transparênca e refletânca vablzando a etapa de processamento de magem. A lumnação utlzada nesse trabalho é descrta como mult-dreconal: há váras fontes de luz posconadas a mesma dstânca do mensurando. A vantegem dessa técnca está no fato de se garantr uma melhor lumunção evtando-se a formação de sombras. A fonte lumnosa é composta por duas lanternas de LED brancos de alta ntesndade com 24 LED cada. 2.3 Undade de Processamento Gonzalez (2002) descreve esta undade como a responsável pelo processamento e a tomada de decsão. Esta é formada por hardware adequado computador hospedero (undade de processamento e memóra) que recebe o snal envado pela câmera e software - para a automação do sstema que contém o algortmo desenvolvdo para a aplcação de medção dmensonal. 3 Método de Medção 3.1 Preparação do Sstema Para que as nformações processadas por meo do sstema proposto sejam confáves deve-se garantr que todas as etapas do processo tenham seus parâmetros stuados dentro de uma faxa de valores adequados. Desta forma a calbração de fatores como a abertura do obturador dstânca ao mensurando focalzação do sstema ótca e ntensdade de lumnação devem ser fetas. 3.2 Algortmo Uma vez que o snal lumnoso chega ao sensor da câmera de forma adequada é transformado em um snal elétrco que é envado ao computador hospedero. Esse snal é processado de acordo com as etapas descrtas a segur gerando como resposta as coordenadas procuradas. 3.3 Aqusção de Imagem Para aqusção da magem utlza-se a ferramenta NI-Vson do aplcatvo LabVIEW. O algortmo é descrto a segur: 1. Incalzar e confgurar uma seção para aqusção das magens. 2. Reservar um espaço na memóra correspondente a um arquvo de magem na mesma resolução daquela fornecda pela câmera ncalzada em Incar à aqusção das magens em tempo real. 4. Mostrar a magem na lnha de dados (a mesma magem que está sendo adqurda em 3). 5. Encerrar a seção após a captura da magem. 6. Transformar a magem capturada em tons de cnza (esse é um requsto das funções subsequentes). 3.4 Tratamento da Imagem As etapas do algortmo de tratamento da magem mplementadas no toolbox NI-Vson do aplcatvo LabVew são descrtas a segur: 1. Aplcar o algortmo de threshold para bnarzação da magem. Os expermentos mostraram que os ntervalos entre 180 e 255 devem ser ajustados para 255 (branco) e o restante para 0 (preto). 2. Abrr a seção de aqusção de magem va USB. 3. Aplcar o algortmo de morfologa matemátca denomnada fechamento descrto por Facon (1996) e Hasan (2000) para elmnar os ruídos da magem. 4. Aplcar a função edge detecton responsável por dentfcar as fronteras da magem. Entenda-se como frontera toda lnha que delmta duas regões separadas da magem.

4 Anas do XIV ENCITA 2008 ITA Outubro Transformar a magem em uma matrz de duas dmensões. 3.5 Determnação do Centro e Rao da Regão Crcular A etapa segunte é a execução de uma rotna de varredura de uma determnada regão que busca fronteras com o formato crcular. Uma vez encontrada a frontera crcular a rotna determna a posção e o tamanho dessa regão. As etapas deste algortmo são descrtas como se segue: 1. Determnar o ponto a partr do qual será ncada a varredura. 2. Informar qual o tamanho aproxmado das regões crculares procuradas. 3. Coletar as nformações sobre o centro e o rao. 4. Processar as nformações obtdas e encontrar o valor que melhor represente os paramêtros rao e centro. 5. Envar as nformações para o sstema de posconamento do robô. 6. Rencar o processo (essa etapa ocorre caso a dferença entre a posção atual e a desejada esteja fora da margem de tolerânca). 4. IHM (nterface homem máquna) A nterface do sstema proposto mostrada na fgura 3 é composta por componentes padrões das bblotecas do LabVew. Esta fgura lustra também a aqusção e a dsponblzação para o usuáro de uma magem de um furo crcular. O processamento desta magem resulta na dentfcação da frontera do furo e na determnação de seu rao e centro conforme lustrado na Fgura 4. As crcunferêncas encontradas são desenhadas em vermelho. No canto superor dreto são apresentados os valores referentes às crcunferêncas. O próxmo passo é usar o valor das coordenadas das crcunferêncas para ajustar a posção do robô. Fgura 3. Captura da magem.

5 Anas do XIV ENCITA 2008 ITA Outubro Fgura 4. Determnação dos valores desejados. Na fguras 3 e 4 podemos ver dos conjuntos de coordenadas (xy) e (x2y2) o prmero corresponde a uma medção feta na regão nterna delmtada pela marcação e a segunda é feta na regão externa. O resultado fnal é a méda entre essas duas medções. 5. Conclusão Devdo à dfculdade em encontrar e confgurar o sstema de lumnação adequado não fo possível até o momento realzar testes na montagem fnal. Os testes realzados em laboratóro demonstraram que o sstema opera de forma adequada e que quando ntegrado ao sstema fnal deve ser capaz de atender os objetvos propostos sendo capaz de auxlar o robô no processo de rebtagem da fuselagem de aeronaves. A automação desses processos é um passo fundamental para a redução dos custos de fabrcação dos avões. 6. Referêncas bblográfcas COSTA NETO E. F.; GOMES V. E. O. SUTERIO R.; TRABASSO L.G. Aplcação do Método de Vsão Computaconal para a Medção Bdmensonal de Furos em Fuselagem Aeronáutca. Anas do CONEM HOUSEMAN O.;TIWARI A.; ROY R. A Methodology for the Selecton of New Technologes n the Avaton Industry Decson Engneerng Report Seres Cranfeld Unversty UK KIHLMAN H. Affordable Automaton for Arframe Assembly PhD thess Lnköpng Unversty Sweden NAING S. Feature Based Desgn for Jgless Assembly PhD thess Cranfeld Unversty UK 2004.