El desarrollo de la soldadura remota

La nueva tecnología permite la ejecución remota de procesos de fabricación críticos como la soldadura

Para encontrar la mejor manera de brindar información sobre la unión soldada y el entorno de soldadura a la soldadura remota, EWI investigó digitalizadores portátiles, digitalizadores en tiempo real y tecnologías de escaneo láser 3D. El objetivo era darle al soldador remoto la apariencia y, lo que es igual de importante, la sensación de soldar en el sitio.

¿Qué pasaría si le dijera que puede soldar el interior del casco de un barco, o cualquier cosa en realidad, sin dejar la comodidad de su oficina en casa? Puede que estés pensando: "Sí, claro", ¡pero es verdad! EWI, una organización de ingeniería y tecnología sin fines de lucro, ha pasado los últimos años asociándose con el gobierno y la industria para ayudar a hacer realidad este concepto.

“Este proyecto comenzó en 2018 como un proyecto de investigación conjunto en colaboración con el Programa Nacional de Investigación de Construcción Naval (NSRP)”, dijo Connie LaMorte, ingeniera principal, EWI, Columbus, Ohio. “Estábamos buscando formas de ayudar a los astilleros a evitar que sus trabajadores calificados se jubilaran demasiado pronto. La construcción naval y, en particular la soldadura, puede ser físicamente exigentes, especialmente porque hay muchos casos en los que se requiere que los soldadores se arrastren en espacios extraños o en andamios. Después de décadas de hacer esto, simplemente ya no pueden ocupar estos puestos. Nos preguntamos cómo podemos lograr que los soldadores realicen el trabajo con mayor facilidad. Este fue el ímpetu para desarrollar una forma de ejecutar procesos de fabricación críticos de forma remota como soldadura, mecanizado e inspección a largas distancias”.

LaMorte señaló que el proyecto comenzó antes de los cierres de COVID. Sin embargo, las cosas se aceleraron cuando la pandemia dejó en claro que las personas con trabajos manuales como soldadores y otros técnicos de fabricación, a diferencia de muchos otros trabajadores, no podían trabajar desde casa cuando era necesario.

“En ese momento habíamos estado tratando de encontrar una manera de permitir que las personas soldaran más fácilmente y se involucraran más en la industria”, dijo LaMorte. “Siempre estamos tratando de encontrar formas de lograr que la próxima generación se interese en la soldadura. Cuando todos los factores relacionados con la pandemia golpearon al mismo tiempo, fue aún más claro por qué propusimos la soldadura remota al NSRP”.

Nueva tecnología

Inspirándose en el éxito del robot médico da Vinci, el equipo trabajó para desarrollar un concepto en el que un operador que no estuviera físicamente en el espacio de soldadura pudiera manejar un dispositivo de soldadura. Este concepto se conoce como soldadura remota o soldadura en la nube.

“La soldadura remota brinda a los soldadores el beneficio de maniobrar el sistema mecánico dentro de la comodidad y seguridad de una ubicación remota”, dijo LaMorte. “Y si bien al principio nos enfocamos en la soldadura, luego pudimos aplicar la fabricación remota a otras aplicaciones desafiantes, como el ranurado o el esmerilado, donde retirar al operador de la zona de trabajo puede agregar un nivel de protección”.

La soldadura remota también tiene sentido para la producción de alta mezcla/bajo volumen o estilo taller, especialmente en situaciones donde los talleres no tienen el tiempo o el personal para programar un robot cada vez que entra una nueva pieza.

EWI pasó más de un año investigando diferentes formas de dar vida a la soldadura remota. Al principio, buscó inspiración en los sistemas de capacitación en soldadura existentes. Hubo una idea de usar una antorcha de soldadura y poner objetivos [en la antorcha] con una cámara superior para rastrear los movimientos. Otra opción era usar guantes de datos con una antorcha falsa o simulada y monitoreados por una cámara superior.

Otras opciones de controlador incluyeron un control (joystick), un lápiz óptico y un ratón para PC. EWI dedicó mucho tiempo a investigar cómo transferir con eficacia y precisión el movimiento de la mano del operador al robot que realiza la soldadura. Era importante entender cómo un operador espera que funcionen los movimientos de la mano y cómo operan en el otro extremo del proceso.

“Al final, usar un dispositivo de lápiz manual fue una de las opciones más fáciles y aprovechó mejor lo que un operador de soldadura experimentado ya estaría familiarizado”, dijo LaMorte. “Este dispositivo permitía al operador moverse de la forma que él quería. Y aún podía realizar el movimiento de soldadura observando lo que sucedía en la pantalla, que mostraba al robot moviéndose en respuesta al movimiento de su mano”.

Un oficial de EWI realiza una prueba de soldadura remota.

El dispositivo de lápiz manual, que se adoptó primero, brinda la experiencia más realista. Sin embargo, tiene algunas limitaciones, incluyendo un área finita de movimiento. Por ejemplo, si se espera que el robot realice 2 pies de soldadura, el lápiz tiene solo un rango de 8 a 10 pulgadas, por lo que el método de movimiento del lápiz al robot tuvo que ajustarse para eso.

“El operador tiene que ajustarse para asegurarse de que el movimiento aún ocurra de una manera en la que esté delimitado por el dispositivo de lápiz óptico”, dijo LaMorte. “El tipo de cámara que se usa para la aplicación y dónde está estacionada fueron consideraciones importantes. Inicialmente pensamos que todos querrían muchas cámaras. Parecía bueno en teoría, pero en la práctica era demasiada información para el operador, que estaba acostumbrado a ver a través del casco de soldadura. Si bien aprendimos que los operadores son particulares acerca de cómo quieren ver el entorno de soldadura, no quieren tener que seleccionar entre cámaras. Cuando alguien está soldando, lo que más le interesa es la vista del baño de soldadura y el arco. Necesitábamos ajustar la forma en que un soldador realmente ve el sitio de soldadura”.

Aplicaciones del mundo real

Como organización de I&D aplicada, EWI se dedica a hacer las ideas realidad.

“Trabajamos con socios e integradores para llevar la tecnología al siguiente nivel y llevar los conceptos a un nivel en el que estén listos para ser comercializados”, dijo LaMorte.

De todas las aplicaciones remotas, la soldadura es en la que EWI ha dedicado la mayor parte de su atención. La aplicación de soldadura remota estaba en la etapa de creación de prototipos alfa en 2021 cuando se demostró en el entorno del astillero y la utilizaron los soldadores del astillero. Ahora se encuentra en la segunda de cuatro etapas mientras EWI trabaja para completar un prototipo beta para su instalación en los astilleros.

“El sistema beta se instalará en los astilleros para que lo usen y lo aprovechen”, dijo LaMorte. “Los siguientes pasos son la implementación completa y luego la comercialización. Al mismo tiempo que los astilleros están trabajando para implementar la tecnología remota en su producción, también tratamos de trabajar con socios de equipos comerciales existentes que puedan comercializarla”.

Si bien la soldadura remota es la primera aplicación remota de EWI que avanza a la etapa dos, no es la única aplicación que se está desarrollando. LaMorte agregó que la rectificación y la inspección remotas también son áreas en las que la empresa espera encontrar socios para avanzar y comercializar la tecnología.

Una fuerza laboral cambiante

“Estamos en medio de la Industria 4.0”, dijo LaMorte. “Creo que con Industria 5.0 vamos a ver un cambio importante en la fuerza laboral en el sentido de que la mayoría de los trabajos podrán realizarse de forma remota. Además, con la aceleración de la exploración espacial, necesitaremos poder realizar tareas ya sea desde la Tierra o desde la Estación Espacial. Pero también, para la fabricación general en el mundo, trabajar con algo a lo que básicamente puede llamar cuando esté listo realmente cambia nuestra capacidad de producir y poder aumentar la forma en que producimos las cosas”.

Muchas empresas ya han comenzado a cambiar su forma de trabajar. Muchas personas, especialmente durante la pandemia, se alejaron más de sus empleadores. Desafortunadamente, esto fue particularmente desafiante para las industrias que requerían que sus trabajadores estuvieran en el taller día tras día. La fabricación remota permitirá a las personas poder trabajar donde viven y trabajar donde quieren. Proporcionará un nivel de flexibilidad en el taller que no ha estado disponible antes.

“La otra ventaja es que, en esta economía global, casi siempre habrá alguien que estará listo para iniciar sesión y comenzar el trabajo, ya sea que viva al lado de la planta o si vive en otro país”, dijo. La Morte. “Esto puede cambiar el trabajo por turnos y el flujo de trabajo de cómo se realizan los proyectos. Es una nueva forma de pensar en la fabricación.

“Para hacer que la soldadura remota funcione, usamos la información de los expertos que han estado soldando en el taller durante décadas”, dijo LaMorte. “Necesitamos hacer que [este nuevo método de soldadura remota] sea lo más intuitivo posible y luego, eventualmente, requerirá un nivel diferente de capacitación para aquellos que son nuevos en el oficio. Es una forma diferente de percibir el entorno a la que normalmente están acostumbrados. Ya no es tangible de forma local, es tangible de forma remota”.