Development of a computer vision image recognition tool for underwater wet welding
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Desenvolvimento de uma ferramenta de reconhecimento de imagem em visão computacional para soldagem subaquática
Desarrollo de una herramienta de reconocimiento de imágenes por visión computacional para soldadura submarina
Desarrollo de una herramienta de reconocimiento de imágenes por visión computacional para soldadura submarina
Primeiro orientador
Membros da banca
Alexandre Queiroz Bracarense
Regis Henrique Goncalves e Silva
Regis Henrique Goncalves e Silva
Resumo
O foco deste trabalho é analisar a dinâmica das bolhas resultantes do processo de soldagem,
sobre o efeito de diferentes formulações de eletrodos revestidos, em ambas as polaridades e
variando a corrente de soldagem. As análises visuais da formação de bolhas têm sido aceitas
como uma ferramenta fundamental no estudo do processo de soldagem devido ao seu efeito de
correlação com a estabilidade do processo e, portanto, com o cordão de solda final. Além disso,
o processo de soldagem a arco de metal blindado ainda é a técnica dominante utilizada na
engenharia naval e submarina devido ao seu custo razoável de implementação e desempenho
adequado.
O trabalho proposto inclui o estudo de três diferentes eletrodos em bastão projetados
especificamente para soldagem subaquática úmida, incluindo, dois eletrodos desenvolvidos no
Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação, e um comercial específico para soldagem
subaquática. As diferenças sob polaridade direta e inversa são destacadas pela evolução das
bolhas e análise de estabilidade do arco.
Este trabalho é desenvolvido através da utilização de um sistema de imagem de qualidade, uma
fonte de alimentação, um sistema de aquisição de dados e um algoritmo de detecção e
rastreamento. O algoritmo de processamento de imagem identifica as bolhas geradas nos
experimentos de soldagem subaquática a arco de metal blindado. Além disso, o algoritmo
facilita o cálculo da área projetada da bolha e seu diâmetro equivalente. Em seguida, é capaz de
rastrear as bolhas para fins de monitoramento, bem como calcular sua frequência.
Como o sistema de imagem e o sinal são sincronizados, é possível determinar a relação entre
as bolhas e as características elétricas do arco. Identificou-se que a tensão de soldagem
apresenta um comportamento semelhante a uma onda senoidal e dependendo da inclinação da
curva, seu sinal terá duas direções específicas, podendo ser uma inclinação positiva durante o
crescimento da bolha ou uma inclinação negativa durante o crescimento da bolha. sua separação
da área do arco de soldagem.
Nos experimentos realizados verificou-se que nos momentos em que a tensão diminui para
valores inferiores a 5 Volts, não significa explicitamente que haja um curto-circuito, é
simplesmente uma atenuação do arco.
Uma possível relação inversamente proporcional entre a voltagem média do experimento e a
frequência (em bolhas por segundo (b/s)) também foi identificada. E, uma relação proporcional
entre esta tensão e o diâmetro equivalente calculado. Além disso, é apresentada uma possível
relação entre o coeficiente de variação da corrente e o do diâmetro das bolhas, porém, isso só
poderia ser válido para os consumíveis e parâmetros de soldagem apresentados neste estudo.
A observação dos vídeos do experimento sugere que, diferentemente dos outros experimentos,
durante a formação da bolha, o eletrodo básico, aglomerado com um aglomerante de polímero,
adota uma aparência semelhante a flocos e se expande e se contrai em volume oscilando antes
de se quebrar em vários pedaços menores. bolhas. Este fenômeno de bolha também foi
observado mesmo sem a presença de curtos-circuitos ou quedas de tensão. Além disso, o
aumento do diâmetro das bolhas desse eletrodo pode estar relacionado à presença de partículas
de polímero no material adicional.
Com relação ao fenômeno da formação de bolhas no eletrodo revestido com fluxo de rutilo,
percebeu-se um fenômeno mais suave de formação e desprendimento da bolha, o que pode estar
relacionado à sua maior estabilidade nos parâmetros elétricos do processo.
Abstract
The focus of this work is to analyze the dynamics of the bubbles resulting from the welding
process, on the effect of different formulations of coated electrodes, in both polarities and
varying the welding current. The visual analyses of the bubble formation have been accepted
as a fundamental tool in studying the welding process due to its correlation effect with the
process stability and so, the final weld bead. Also, the shielded metal arc welding process is
still the dominant technique used in marine and submarine engineering due to its reasonable
cost of implementation and suitable performance.
The proposed work includes the study of three different stick electrodes specifically designed
for Underwater wet welding, including, two electrodes developed in the Robotics, Welding,
and Simulation Laboratory, and a commercial one specific for underwater welding. The
differences under direct and inverse polarity are highlighted by bubble evolution and arc
stability analysis.
This work is developed through the use of a quality imaging system, a power supply, a data
acquisition system, and a detection and tracking algorithm. The image processing algorithm
identifies the bubbles generated in the shielded metal arc underwater welding experiments.
Also, the algorithm facilitates the calculation of the projected area of the bubble and its
equivalent diameter. Then, it is able to track the bubbles for monitoring purposes as well as to
calculate their frequency.
As the imaging system and the signal are synchronized, it is possible to determine the
relationship between the bubbles and the electrical characteristics of the arc. It was identified
that the welding voltage presents a behavior similar to a sine wave and depending on the slope
of the curve, its signal will have two specific directions, being able to be a positive slope during
the growth of the bubble or a negative slope during its separation from the welding arc area.
In the experiments carried out it was found that in the moments in which the voltage decreases
to values lower to 5 Volts, it does not explicitly mean that there is a short circuit, it is simply
an attenuation of the arc.
A possible inversely proportional relationship between the mean voltage of the experiment and
the frequency (in bubbles per second (b/s)) was also identified. And, a proportional relationship
between this voltage and the calculated equivalent diameter. Also, there is a possible
relationship is presented between the coefficient of variation of the current and that of the
diameter of the bubbles, however, this could only be valid for the consumables and welding
parameters presented in this study.
The observation of the experiment videos suggests that, unlike the other experiments, during
the formation of the bubble, the basic electrode, agglomerated with a polymer binder, adopts a
flakes-like appearance and it expands and contracts in volume oscillating before breaking into
several smaller bubbles. This bubble phenomenon was also observed even without the presence
of short circuits or voltage drops. Also, the increase in the diameter of the bubbles of this
electrode could be related to the presence of polymer particles in the additional material.
With regard to the phenomenon of the bubble formation in the rutile flux coated electrode, a
smoother phenomenon of formation and detachment of the bubble was perceived, which could
be related to its greater stability in the electrical parameters of the process.
Assunto
Engenharia mecânica, Soldagem subaquática, Arco de soldagem submersa
Palavras-chave
SMAW, UWW, Visual sensing in welding, Bubble phenomenon