O documento apresenta um sistema integrado para processamento de materiais via laser, visando ampliar a área útil de processamento e reduzir problemas de ângulo de incidência. O sistema inclui uma mesa de dois graus de liberdade para deslocamento do material, um laser de CO2 de 50W e um software chamado APL que particiona a área de processamento em sub-regiões. A pesquisa ainda prevê futuras implementações para calibração da mesa e possíveis expansões nas funcionalidades do software.

1. Resumo — Neste trabalho é apresentado um sistema integrado
para a realização de processamento de materiais via LASER. O
objetivo básico é ampliar a área útil de processamento de
materiais e reduzir os problemas com o ângulo de incidência do
LASER com o material que será processado. O sistema é
composto por uma mesa de dois graus de liberdade (plano x-y),
que utilizam motores de passo, para o deslocamento do material a
ser processado, um sistema LASER de CO2 de 50W com vários
graus de liberdade (plano, inclinação e rotação do laser), e um
sistema de software capaz de particionar a área total de
processamento em sub-regiões de tamanho adequado à área útil
de processamento do sistema LASER existente. A ferramenta
computacional é composta por uma interface gráfica simples e
intuitiva.
Palavras Chave: automação, processamento de materiais,
processamento a laser, desenvolvimento de software
I.INTRODUÇÃO
Lasers são utilizados atualmente em muitos campos da Ciência e
Engenharia [1]. Eles são utilizados em Odontologia, para o
processamento de materiais em geral (tratamentos de superfícies,
texturização de superfícies, soldagem e brasagem, microusinagem,
dentre outros), comunicações, armamentos, só para citar alguns
exemplos. O Laboratório de Desenvolvimento de Aplicações de
LASERS e Óptica (Dedalo) localizado no Instituto de Estudos
Avançados, IEAv, conta com estações que permitem realizar
processamentos de materiais visando a pesquisa, definição de
processos e outros desenvolvimentos tecnológicos. Este trabalho,
realizado no âmbito do Dedalo, envolve desenvolvimento de um
sistema integrado para a realização de processamento de materiais via
LASER. O objetivo básico é ampliar a área útil de processamento de
materiais nos experimentos do laboratório, e reduzir os problemas
com o ângulo de incidência do LASER com o material que será
processado. O sistema é composto por uma mesa de dois graus de
liberdade (plano x-y), que utilizam motores de passo, para o
deslocamento do material a ser processado, um sistema LASER de
CO2 de 50W com vários graus de liberdade (plano e inclinação e
rotação do laser) – disponível no laboratório citado acima – e um
sistema de software capaz de particionar a área total de
processamento em sub-regiões de tamanho adequado à área útil de
processamento do sistema LASER existente.
II. O SOFTWARE APL
O software, denominado APL – Automação de Processos por
Laser, foi desenvolvido em linguagem de programação C++,
utilizando o paradigma de programação orientada a objetos para o
desenvolvimento da ferramenta computacional. O software foi
desenvolvido de forma a garantir a legibilidade e facilitar a
manutenção e a evolução da ferramenta.
Para o particionamento da imagem vetorial foi escolhido o
algoritmo Cohen Sutherland Line Clip And Draw [2] devido ao
potencial de otimizações do algoritmo quando utilizado para criar
grade (recorte de regiões vizinhas). Com o uso desse algoritmo, uma
imagem inicial, composta por um conjunto de linhas, no formato
DXF é particionada em tamanhos configuráveis. Cada partição é
enviada separadamente num formato proprietário do fabricante do
equipamento Laser e processada independente. O software controla o
reposicionamento do material a ser processado por meio do
acionamento independente dos motores de passo da mesa de dois
graus de liberdade.
Para o controle dos motores de passo foram implementados os
métodos de acionamento Passo Completo com características de
torque elevado; o método de acionamento por Vaga com
características de baixo consumo de energia; e o método de
acionamento por Meio Passo que tem uma elevada precisão de
deslocamento. As características dos motores e parâmetros da mesa
são dados de entrada do sistema.
III.RESULTADOS OBTIDOS
A Fig.1 corresponde a um desenho vetorial cujas dimensões
originais são de 200x155mm, superior, portanto, à área de
processamento direto do equipamento Laser, que é de 100x100mm.
A imagem também ilustra um particionamento da figura original em
subregiões de 25x25mm. As partições podem ter dimensões
diferentes nas direções x e y. Testes de desenho em papel, com ajuste
adequados da potência do Laser foram efetuados com a utilização de
quatro partições. O tamanho das partições pode ser escolhido de
forma a reduzir as distorções que ocorrem nos limites da região de
processamento direto do equipamento Laser.
FIGURA 1. Imagem vetorial com particionamento, conforme visualisada
no software APL.
IV.TRABALHOS FUTUROS
Apesar de o sistema estar operacional, resta ainda a
implementação de um conjunto de ferramentas (e respectivas
interfaces gráficas) para agilizar a calibração da mesa ou mesmo para
verificar essa calibração periodicamente, uma vez que os parâmetros
podem variar em função de fatores externos, incluindo resíduos de
processamentos anteriores acumulados nas peças mecânicas da mesa.
É importante ressaltar que a inclusão de um terceiro grau de
liberdade na mesa coordenada pode ser facilmente incorporado ao
software desenvolvido.
V. REFERENCIAS
[1] Steam, Willian M. Laser Material Processing, Springer-Verlag, ISBN 3-
540-19670-6 Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York
[2] Foley, James D. Feiner, Steven K. van Dam, Andries. Computer
Graphics: Principles and Practice, 2nd Edition in C, Addison- Wesley,
1995
Software para Automação de Processos por Laser
Bruno Mourão Siqueira*, Nicolau André Silveira Rodrigues **, Angelo Passaro**
** Laboratório de Engenharia Virtual, Instituto de Estudos Avançados, S. J. dos Campos, Brazil – e-mail: angelo@ieav.cta.br
* Universidade Braz Cubas, Mogi das Cruzes, Brazil