López Morillo, María Jimena (2021) Diseño de un módulo robótico para la inspección de soldaduras en superficies cilíndrica / Desing of a robotic module for the inspection of welds on cylindrical surfaces. Maestría en Ingeniería, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
En el presente trabajo se realiza el diseño de un módulo robótico de inspección de soldaduras, por medio de ultrasonido, en superficies cilíndricas y cónicas. La motivación principal es la inspección de las soldaduras externas del recipiente a presión del reactor nuclear argentino CAREM25. Habitualmente, esta tarea se realiza de forma manual, lo que presenta un inconveniente por el difícil acceso a las soldaduras. O también, se inspecciona de forma automática, por medio de módulos robóticos, los cuales son generalmente de gran tamaño y no podrían transitar por algunos cordones de soldadura debido a obstrucciones en el paso. Por ello, se propone como alternativa el diseño de un vehículo compacto. Los principales requerimientos pedidos para este robot son: tamaño compacto, adaptación a distintas superficies cónicas y cilíndricas, liviano, maniobrabilidad y poder inspeccionar con más de una sonda. Después, se elige un problema en concreto para encarar en este trabajo, centrado en el Sistema de Movimientos, que es el encargado del desplazamiento del robot. Se decide realizar el mismo mediantes tres sub-sistemas: Conjunto de Adhesión, encargado de fijar el módulo a la superficie a inspeccionar, el Conjunto de Tracción, responsable del avance del módulo, y el Conjunto de Dirección, encargado de direccionarlo. A su vez, la tesis se centra en un desarrollo con menos profundidad de otros dos sistemas: el Sistema de Inspección, el cual brinda las herramientas necesarias para realizar la inspección en sí y el Sistema de Control, que brinda el control para operar el robot de forma remota. Se analizan con menor profundidad ya que no se construyen prototipos ni se realiza en detalle los esfuerzos a los que se sometan las piezas involucras. En cuanto al Sistema de Movimientos, se opta por utilizar tres ruedas imantadas para poder fijarse a las superficies a investigar, las cuales son ferromagnéticas. También, se decide utilizar un motor de corriente continua para el avance del módulo, el cual, por medio de una correa y poleas dentadas, transmite la potencia mecánica a las ruedas. Para direccionar el robot se decidió utilizar un servomotor, el cual tracciona el eje de la rueda delantera haciendo rotar la misma. De forma similar, se detalla el Sistema de Inspección. El mismo es el encargado de portar una o más sondas. Se divide al sistema en tres partes: el Conjunto de Transmisión, Portasonda y Equipo de Ultrasonido. Dentro del Conjunto de Transmisión, se coloca un sistema de guías para poder trasladar las sondas en el eje perpendicular al avance. También, se añaden estaciones estabilizadoras para garantizar una posición correcta de la sonda. El Conjunto Portasonda cuenta con paletas con las que puede sujetar a sondas de distintas dimensiones y le permiten variar la altura entre la sonda y la superficie a inspeccionar. Se añade un extensor en caso de requerir colocar más de una sonda en distintas posiciones. En el Sistema de Control se describe el sistema responsable de transportar las señales requeridas. Por un lado, un operario dirige al módulo con una palanca de mando. Luego, el microcontrolador toma la señal y envía la información necesaria a los motores para cumplir con dicho pedido. Para suministrar corriente y control al motor de corriente continua se coloca un driver. Por último, en función de los objetivos alcanzados y los aspectos no abarcados en la presente Tesis, se proponen caminos futuros para acercarse al producto ideal para la aplicación final.
Resumen en inglés
In this work, the design of a robotic module for the inspection of welds, by means of ultrasound, on cylindrical and conical surfaces is carried out. The main motivation is the inspection of external welds of the pressure vessel of the Argentinean nuclear reactor CAREM25. Usually, this task is carried out manually which presents a disadvantage due to the difficult access to the welds. Or it is also inspected automatically, by means of robotic modules, which are generally large in size and could not pass through some weld seams due obstruction in the path. Therefore, the design of such a compact vehicle is proposed as an alternative. The main requirements for this robot are compact size, adaptability to different conical and cylindrical surfaces, light weight, maneuverability, and the ability to inspect with more than one probe. Next, a specific problem is chosen to be tackled in this work, centered on the Motion System, which is responsible for the robot’s displacement. It is decided to carry out by means of three sub-systems: The Adhesion Assembly, in charge of fixing the module to the surface to be inspected, the Traction Assembly, responsible for the advancement of the module, and the Steering Assembly, in charge of directing it. In turn, the thesis focuses on the development, in less detail, of two other systems, the Inspection System, which provides the necessary tools to carry out inspection itself, and the Control System, which provides the control to operate the robot remotely. As for the Movement System, it was decided to use three magnetized wheels to be able to attach to the surfaces to be inspected, which are ferromagnetic. It was also decided to use a direct current motor to move the module forward, which, by means of a belt and toothed pulleys, transmits the mechanical power to the front wheel. To steer the robot, it was decided to use a servomotor, which drives the axle of the front wheel, making it rotate. Similarly, the Inspection System is detailed. This is responsible for carrying one or more probes. The system is divided into three parts: the Transmission Assembly, the Probe Carrier and the Ultrasonic Equipment. Inside the Transmission Assembly, a system of guides is placed to be able to move probes in the axis perpendicular to the advance. Stabilizer stations are also added to ensure correct positioning of the probe. The Probe Carried Assembly has paddles with which it can hold probes of different dimensions and allows you vary the height between the probe and the surface to be inspected. An extender is added in case it is required to place more than one probe in various positions. The Control System describes the system responsible for transporting the required signals. On the one hand, an operator controls the module with a joystick. Then, the microcontroller takes the signal and sends the necessary information to the motors to fulfill the order. A driver is installed to supply the DC motor with power and control. Finally, depending on the objectives archived and the aspects not covered in this Thesis, future paths are proposed to get closer to the ideal product for the final application.
| Tipo de objeto: | Tesis (Maestría en Ingeniería) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Welding; Soldadura; Ultrasonic waves; Ondas ultrasonoras; Inspection; Inspección; [Mechanical desing; Diseño mecánico; Robotics; Robótica] |
| Referencias: | [1] Robots para las centrales nucleares. Organismo Internacional de Energía Atómica .Boletín. Otoño, 1985. [2] Reactor argentino CAREM. URL: www.argentina.gob.ar/carem. Julio 2020 [3] Charles Trujillo, Claus Smitt, Alexandre Semine, Matias Robador, Tobias Quispe, Sol Pedre, Alexander Leano, Ignacio Catalano, Evelin Battocchio, Lautaro Acha. Robotic for Nuclear Applications: experience in the CAREM25 Small Modular Reactor. Workshop del International Symposium on Experimental Robotics. Noviembre 2018. [4] Estimación del tiempo máximo de permanencia de un operador en la zona de bridas de los generadores de vapor durante la parada. MEM-CAREM25D-25-r0 [5] Díaz Vargas, Gustavo. Inspección y control de calidad en aplicación de soldaduras de elementos estructurales. Instituto Politécnico Nacional de México. Junio 2009 [6] Estados operativos del Reactor. CAREM. MD-CAREM25R-13-r1. [7] Norma ISO/IEC/IEEE 29148/2018 Sección 9.5. [8] Matías Robador. 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| Materias: | Ingeniería mecánica > Robótica |
| Divisiones: | Presidencia > Gcia. de área CAREM > Departamento de Instrumento y cableado > División Robótica y Automatización |
| Código ID: | 1037 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 09 Jun 2022 11:32 |
| Última Modificación: | 09 Jun 2022 11:32 |
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