Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza
GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO
Etec “JORGE STREET”
ABNER ROVIELO SANTOS
EDUARDO ESCALEIRA CALZA
GUILHERME CARELLA ROMANHOLLI
JOÃO DANILO CAIO RAMIRO
RENAN LUIGI NICOLA
WELLINGTON NASCIMENTO DA CUNHA
BOBINADEIRA
(PROJETO DE MODERNIZAÇÃO DE EQUIPAMENTO PARA
ENROLAMENTO DE TRANSFORMADORES)
São Caetano do Sul / SP
2014
ABNER ROVIELO SANTOS
EDUARDO ESCALEIRA CALZA
GUILHERME CARELLA ROMANHOLLI
JOÃO DANILO CAIO RAMIRO
RENAN LUIGI NICOLA
WELLINGTON NASCIMENTO DA CUNHA
BOBINADEIRA
(PROJETO DE MODERNIZAÇÃO DE EQUIPAMENTO PARA ENROLAMENTO DE
TRANSFORMADORES)
Trabalho de conclusão de curso apresentado
no curso de Mecatrônica integrado, ETEC
Jorge Street, Jardim São Caetano – São
Caetano do Sul para obtenção do titulo de
técnicas em mecatrônica.
Área
de
Concentração:
mecânica e eletrônica.
Programação,
Orientadores: Eduardo C. A. Cruz e Ivo Moreira
de Lastro
São Caetano do Sul / SP
2014
ABNER ROVIELO SANTOS
EDUARDO ESCALEIRA CALZA
GUILHERME CARELLA ROMANHOLLI
JOÃO DANILO CAIO RAMIRO
RENAN LUIGI NICOLA
WELLINGTON NASCIMENTO DA CUNHA
BOBINADEIRA
(PROJETO DE MODERNIZAÇÃO DE EQUIPAMENTO PARA ENROLAMENTO DE
TRANSFORMADORES)
Trabalho de conclusão de curso apresentado no
curso de Mecatrônica integrado, ETEC Jorge Street,
Jardim São Caetano – São Caetano do Sul.
Orientadores: Eduardo C. A. Cruz e Ivo Moreira de
Lastro.
Aprovado em: ____/____/______
Nota: _____________
Profº Eduardo C. A. Cruz
Profº Ivo Moreira de Lastro
São Caetano do Sul / SP
2014
DEDICATÓRIA
Dedicamos este projeto a principalmente
nossos pais e todas as pessoas que nos
ajudaram com críticas, sugestões construtivas e
apoio para seguirmos em frente e chegarmos a
nosso objetivo.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos a todas as pessoas que nos apoiaram e contribuíram neste
projeto de conclusão de curso com ideias e diversas alternativas para a melhoria do
mesmo.
Aos professores e funcionários principalmente da área técnica da escola que
nos orientaram de forma prestativa e com muita atenção para a resolução de
problemas.
Aos colegas de classe que, mesmo atarefados com seus próprios projetos,
estiveram à disposição para nos ajudar.
À empresa Eletrotécnica SACCH Ltda., que entrou com todo o custo do
projeto, com a disponibilização da empresa para o desenvolvimento do mesmo,
apoio experiente em situações de problema fazendo da empresa mais um integrante
de nosso grupo.
A todos citados temos uma carga de gratidão por cada um, pois sem o apoio
desses não seríamos capazes de concluir esse projeto com a mesma eficácia.
RESUMO
O presente projeto tem por objetivo a modernização de um equipamento para
enrolamento de transformadores, visto que os equipamentos atuais não atendem a
demanda do mercado. Apresentam-se algumas mudanças como, ampliação da
mecânica da bobinadeira, alteração da velocidade de enrolamentos, alteração do
passo da rosca do fuso de movimento do carro guia fio, alteração da fonte de
alimentação, alteração da eletrônica, entre outras.
Através da empregabilidade das técnicas aprendidas no decorrer do curso, foi
possível elaborar o projeto e obter bons resultados. O nosso foco é atender a
demanda do mercado de forma eficaz.
Palavras-chave: Enrolamentos. Transformadores. Bobinadeira. Modernização.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Bobinas ..................................................................................................... 12
Figura 2 - Funcionamento de uma bobina ................................................................. 13
Figura 3 - Enrolamento .............................................................................................. 13
Figura 4 - Chave Óptica ............................................................................................ 18
Figura 5 - Fotoacoplador ........................................................................................... 19
Figura 6 - Esquema interno do fotoacoplador ........................................................... 19
Figura 7 - Estrutura física Atmega8a ......................................................................... 21
Figura 8 - Configuração dos pinos ............................................................................ 25
Figura 9 - Diagrama em blocos ................................................................................. 26
Figura 10 - Croqui inicial do projeto ........................................................................... 30
Figura 11 - Eixo do rolamento do carro ..................................................................... 30
Figura 12 - Montagem do eixo................................................................................... 31
Figura 13 - Chapas e Montagem do carro ................................................................. 31
Figura 14 - Barra roscada do carro guia .................................................................... 32
Figura 15 - Espaçadores do eixo tracionador ............................................................ 32
Figura 16 - Montagem do alinhador do guia fio ......................................................... 32
Figura 17 - Montagem do eixo tracionador ................................................................ 33
Figura 18 - Encaixe rápido do eixo tracionador ......................................................... 33
Figura 19 - Contra ponto do eixo tracionador ............................................................ 34
Figura 20 - Eixo do carro guia ................................................................................... 34
Figura 21 - Polia do tensionador do fio ...................................................................... 35
Figura 22 - Montagem do eixo do rolamento do carro guia ....................................... 35
Figura 23 - Montagem das chapas do carro guia ...................................................... 36
Figura 24 - Barra roscada do carro guia .................................................................... 36
Figura 25 - Espaçadores do eixo tracionador ............................................................ 37
Figura 26 - Montagem do alinhador do carro guia ..................................................... 37
Figura 27 - Encaixe rápido do eixo tracionador ......................................................... 38
Figura 28 - Contra ponto do eixo tracionador ............................................................ 38
Figura 29 - Eixo do carro guia ................................................................................... 38
Figura 30 - Polia do tensionador do fio ...................................................................... 39
Figura 31 - Placa processadora - PCI principal ......................................................... 41
Figura 32 - Estrutura física do microcontrolador Atmega8a ...................................... 41
Figura 33 - Placa de funcionamento do motor de passo ........................................... 41
Figura 34 - Placa de funcionamento dos sensores e do botão start/stop .................. 42
Figura 35 - Sensor contador de voltas ...................................................................... 43
Figura 36 - Sensor fim de curso do carro guia .......................................................... 43
Figura 37 - Botão Start/Stop ...................................................................................... 43
Figura 38 - Transformadores de 12V ligados em série ............................................. 44
Figura 39 - Ponte retificadora .................................................................................... 45
Figura 40 - Ligação entre os motores e os transformadores pela ponte retificadora . 45
Figura 41 - Motor tracionador .................................................................................... 45
Figura 42 - Motor de passo ....................................................................................... 46
Figura 43 - Usinagem do eixo feito na escola, com o auxílio do professor Ivo .......... 46
Figura 44 - Eixo do carro finalizado ........................................................................... 46
Figura 45 - Montagem do rolamento do carro finalizado ........................................... 47
Figura 46 - Usinagem do eixo do rolamento do carro feito na escola com o auxílio do
mecânico Edson ........................................................................................................ 47
Figura 47 - Utilização do rolamento no deslocamento do carro ................................ 47
Figura 48 - Montagem das chapas no carro guia e no motor de passo .................... 48
Figura 49 - Montagem da chapa no contra ponto...................................................... 48
Figura 50 - Montagem das chapas no motor tracionador .......................................... 48
Figura 51 - Conjunto do carro guia fio ....................................................................... 49
Figura 52 - Conjunto do alinhador do carro guia fio .................................................. 50
Figura 53 - Barra roscada do carro guia .................................................................... 50
Figura 54 - Eixo tracionador com o lado que se encaixa no contra ponto ................. 51
Figura 55 - Eixo tracionador com o lado que se une ao encaixe rápido .................... 51
Figura 56 - Conjunto do eixo tracionador com os carreteis ...................................... 51
Figura 57 - Conjunto completo dos espaçadores ...................................................... 52
Figura 58 - Espaçadores do eixo tracionador que separam os carreteis .................. 52
Figura 59 - Carretel para ser enrolado ...................................................................... 52
Figura 60 - Contra ponto do eixo tracionador ............................................................ 53
Figura 61 - Encaixe rápido do eixo tracionador ......................................................... 53
Figura 62 - Polia tensionadora do fio ......................................................................... 54
Figura 63 - Conjunto do tensionador dos fios ............................................................ 54
SUMÁRIO
0 - INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 11
1 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA................................................................................. 12
1.1 – Bobina ........................................................................................................................ 12
1.2 – Motor .......................................................................................................................... 14
1.2.1 - Motor de passo .................................................................................................................. 15
1.3 – Sensores..................................................................................................................... 16
1.3.1 - Chave óptica ...................................................................................................................... 17
1.3.2 - Fotoacoplador .................................................................................................................... 18
1.4 – Corte a Laser .............................................................................................................. 19
1.5 – Microcontrolador AVR Atmega8a ................................................................................ 21
1.5.1 - Memória de programa (Flash) ........................................................................................... 22
1.5.2 – EEPROM .......................................................................................................................... 22
1.5.3 - Mega AVR – Série ATmega .............................................................................................. 22
1.5.4 – Características .................................................................................................................. 23
1.5.5 – Configuração dos pinos .................................................................................................... 25
2 – PLANEJAMENTO DO PROJETO ............................................................................. 26
2.1 - Elétrica e Eletrônica ..................................................................................................... 26
2.1.1 - Diagrama em Blocos ......................................................................................................... 26
2.1.2 - Planilha de custo Elétrica/Eletrônica ................................................................................. 26
2.2 - Parte Lógica ................................................................................................................ 27
2.2.1 - Fluxograma do Processo .................................................................................................. 27
2.2.2 – Fluxograma do botão pré-programado ............................................................................. 28
2.2.3 – Fluxograma para verificação final do processo ................................................................ 29
2.3 – Mecânica .................................................................................................................... 30
2.3.1 – Croquis ............................................................................................................................. 30
2.3.1.1 – Escopo geral ........................................................................................................................................... 30
2.3.1.2 – Eixo do rolamento do carro................................................................................................................... 30
2.3.1.3 – Chapas do carro .....................................................................................................................................31
2.3.1.4 – Barra roscada ......................................................................................................................................... 32
2.3.1.5 – Espaçadores do eixo tracionador ........................................................................................................ 32
2.3.1.6 – Alinhador do guia fio .............................................................................................................................. 32
2.3.1.7 – Eixo do motor tracionador ..................................................................................................................... 33
2.3.1.8 – Encaixe rápido ........................................................................................................................................ 33
2.3.1.9 – Contra ponto ........................................................................................................................................... 34
2.3.1.10 – Eixo do carro guia fio ........................................................................................................................... 34
2.3.1.11 – Polia do tensionador ............................................................................................................................ 35
2.3.2 – Desenhos no AutoCAD .................................................................................................... 35
2.3.2.1 - Eixo do rolamento do carro ................................................................................................................... 35
2.3.2.2 - Chapas do carro...................................................................................................................................... 36
2.3.2.3 - Barra roscada .......................................................................................................................................... 36
2.3.2.4 - Espaçadores do eixo tracionador ......................................................................................................... 37
2.3.2.5 - Alinhador do guia fio ............................................................................................................................... 37
2.3.2.6 - Encaixe rápido ......................................................................................................................................... 38
2.3.2.7 - Contra ponto ............................................................................................................................................ 38
2.3.2.8 - Eixo do carro guia fio .............................................................................................................................. 38
2.3.2.9 - Polia do tensionador ............................................................................................................................... 39
2. 4 - PLANILHA DE CUSTO MECÂNICA ........................................................................... 39
3 – DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ..................................................................... 40
3.1 – Funcionamento Elétrico/Eletrônico .............................................................................. 40
3.1.1 – Placa processadora .......................................................................................................... 40
3.1.2 – Placa drive step motor ...................................................................................................... 41
3.1.3 – Placa dos sensores e botão start/stop ............................................................................. 42
3.1.4 – Sensores ópticos .............................................................................................................. 43
3.1.5 – Botão start/stop................................................................................................................. 43
3.1.6 – Transformadores .............................................................................................................. 44
3.1.7 – Ponte retificadora.............................................................................................................. 44
3.1.8 – Motor elétrico tracionador ................................................................................................. 45
3.1.9 – Motor de passo ................................................................................................................. 46
3.2 – Mecânica do projeto .................................................................................................... 46
3.2.1 – Eixo do carro guia fio ........................................................................................................ 46
3.2.2 – Eixo do rolamento do carro guia fio .................................................................................. 47
3.2.3 – Local de uso do eixo do rolamento do carro guia fio........................................................ 47
3.2.4 – Chapas do projeto ............................................................................................................ 48
3.2.5 – Carro guia fio .................................................................................................................... 49
3.2.6 – Alinhador do carro guia fio ................................................................................................ 49
3.3.7 - Barra roscada .................................................................................................................... 50
3.2.8 – Eixo do motor tracionador ................................................................................................ 51
3.2.9 – Espaçadores do eixo tracionador ..................................................................................... 52
3.2.10 – Carretel ........................................................................................................................... 52
3.2.11 – Contraponto e encaixe do eixo tracionador .................................................................... 52
3.2.12 – Tensionador dos fios ...................................................................................................... 53
3.2.13 – Programação .................................................................................................................. 54
4 – RESULTADOS OBTIDOS.............................................................................................. 55
5 - CONCLUSÃO ................................................................................................................. 56
6 - REFERÊNCIAS .............................................................................................................. 57
7 - APÊNDICE .................................................................................................................... 61
7.1 – ATA’s .......................................................................................................................... 61
0 - Introdução
A presente pesquisa pretende projetar e criar uma bobinadeira capaz de
enrolar 10 carretéis para transformadores, visando à alteração de sua velocidade de
enrolamento para atender o mercado consumidor de uma maneira mais eficaz.
Foram levantadas três situações problema às quais foram caracterizadas
como plano A, plano B e plano C. O A consistia em uma cadeira odontológica
controlada por comando de voz, o B um mercado inteligente e o C um volante antifurto. Porém nenhum dos planos investigados foram viáveis devido às opiniões e
dicas que nos foram dadas pelos professores, sendo sugerido assim pelo
patrocinador, um projeto de maior viabilidade que é o atual projeto.
O protótipo da máquina já existente apresentava problemas diversos, tais
como lentidão do processo, número pequeno de carretéis por operação e sendo
uma máquina muito rústica e antiga. Portanto, nosso maior objetivo na construção
deste projeto, visa realizar a modernização e alteração da antiga em uma melhor e
mais eficiente.
A bobinadeira consiste em uma máquina para enrolamento de bobinas para
transformadores. A modernização será principalmente para que a máquina tenha
uma produção em maior escala, podendo assim suportar a demanda exigida pelo
mercado. Ela se enquadra em todas as áreas de nosso curso, portanto realizando
este projeto, podemos colocar em prática tudo que aprendemos durante os nossos
três anos de estudo.
O projeto foi realizado em dois ambientes que puderam nos fornecer
condições necessárias para realização do trabalho, a oficina técnica da escola ETEC
Jorge Street e a empresa Sacch. Tudo o que foi feito fora do ambiente escolar foi
documentado em ATAs e assinado pelos professores orientadores.
11
1 – Fundamentação Teórica
1.1 – Bobina
Figura 1 - Bobinas
A palavra bobina tem diversos significados, mas em eletrônica, é a palavra
utilizada para se referir a qualquer fio condutor elétrico enrolado em si mesmo, ou
ainda em volta de uma superfície também condutora. Este simples rolo de fios
encontra diversos usos na eletrônica, desde o seus mais antigos desdobramentos.
A sua aplicação mais evidente é a de produzir magnetismo, tornando-se a
bobina num ímã elétrico ou eletroímã. Bobinas são empregadas assim, como
indutor, ou seja, um dispositivo elétrico passivo que tem como utilidade armazenar
energia em forma de um campo magnético.
Seu
funcionamento
parte
do
princípio
de
que,
quando
a corrente
elétrica passa num enrolamento de fios, gera-se um campo magnético e,
inversamente, quando se interrompe um campo magnético, gera-se eletricidade em
qualquer enrolamento de fio dentro das linhas de força do campo magnético. Devido
ao fato de que o campo magnético ao redor de um fio ser circular e perpendicular a
este, uma maneira fácil de amplificar o campo magnético produzido é enrolar o fio
como uma bobina.
Sua potência depende ainda da espessura e da quantidade de fio utilizado em
sua composição. Em fios de maior espessura, a corrente elétrica fluirá melhor, o
mesmo ocorrendo em um conjunto de fio mais extenso, isso é claro, dependendo da
potência que se deseja conseguir.
No entanto, para as pequenas correntes usadas nos casos habituais,
o magnetismo produzido pode ser muito fraco. A solução mais comum para reforçar
12
a potência da bobina é introduzir uma peça de ferro macio em seu interior.
Há diversas aplicações para as bobinas na indústria. Como exemplo, é
possível citar que para o funcionamento das lâmpadas fluorescentes é necessário o
uso de uma bobina no interior dos bulbos de vidro destas. Na maioria dos altofalantes encontramos como elemento central um eletroímã. E as bobinas
eletromagnéticas fora de indutores e transformadores são usadas como captador
magnético
em
instrumentos
musicais
como
guitarras
elétricas.
Um dos usos mais comuns das bobinas se apoia nos transformadores,
máquinas destinadas a transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito
a outro, com outro valor de tensão ou corrente (mais alto ou mais baixo),
encontramos em sua parte principal um conjunto de, pelo menos, duas bobinas.
Inventado em 1831 por Michael Faraday, os transformadores são dispositivos
que funcionam através da indução de corrente de acordo com os princípios
do eletromagnetismo, ou seja, ele funciona baseado nos princípios eletromagnéticos
da Lei de Faraday-Neumann-Lenz e da Lei de Lenz, onde se afirma que é possível
criar uma corrente elétrica em um circuito uma vez que esse seja submetido a um
campo magnético variável, e é por necessitar dessa variação no fluxo, que os
transformadores só funcionam em corrente alternada.
Todos os aparelhos eletrônicos domésticos como: rádios, televisores,
aparelhos de vídeo, etc. têm um transformador. Este é um fator importante para
aumento de peso dos aparelhos, pois os transformadores têm um núcleo de ferro.
Um simples eletroímã e também um simples exemplo de aplicação de uma
bobina é que ela pode ser construída utilizando apenas um parafuso, uma pilha e
um fio metálico (por ser melhor condutor que outro tipo de fio qualquer).
Figura 2 - Enrolamento
Figura 3 - Funcionamento de uma bobina
13
1.2 – Motor
Um motor
elétrico é
uma
máquina
destinada
a
transformar energia
elétrica em mecânica. É o mais usado de todos os tipos de motores, pois combinam
as vantagens da energia elétrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e
simplicidade de comando – com sua construção simples, custo reduzido, grande
versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores
rendimentos.
Onde quer que haja progresso, a presença do motor elétrico é imprescindível.
Desempenhando um importante papel para a sociedade, os motores são o coração
das máquinas modernas, por essa razão é necessário conhecer seus princípios
fundamentais de funcionamento, desde a construção até as aplicações.
A
maioria
dos
motores
elétricos
trabalha
pela
interação
entre
campos eletromagnéticos, mas existem motores baseados em outros fenômenos
eletromecânicos, tais como forças eletrostáticas. O princípio fundamental em que os
motores eletromagnéticos são baseados é que há uma força mecânica em todo o fio
quando está conduzindo corrente elétrica imersa em um campo magnético. A força é
descrita pela lei da força de Lorentz e é perpendicular ao fio e ao campo magnético.
A maioria de motores magnéticos é giratória, mas existem também os tipos
lineares. Em um motor giratório, a parte giratória (geralmente no interior) é chamada
de rotor, e a parte estacionária é chamada de estator. O motor é constituído de
eletroímãs que são posicionados em ranhuras do material ferromagnético que
constitui o corpo do rotor e enroladas e adequadamente dispostas em volta do
material ferromagnético que constitui o estator.
14
1.2.1 - Motor de passo
O motor de passo foi inventado em 1936 por Marius Lavet. Eles são
dispositivos eletromecânicos que convertem pulsos elétricos em movimentos
mecânicos que geram variações angulares discretas. O rotor ou eixo de um motor de
passo é rotacionado em pequenos incrementos angulares, denominados “passos”,
quando pulsos elétricos são aplicados em uma determinada sequência nos terminais
deste.
A rotação de tais motores é diretamente relacionada aos impulsos elétricos
que são recebidos, bem como a sequência a qual tais pulsos são aplicados reflete
diretamente na direção a qual o motor gira. A velocidade que o rotor gira é dado pela
frequência de pulsos recebidos e o tamanho do ângulo rotacionado é diretamente
relacionado com o número de pulsos aplicados.
Um motor de passo é um tipo de motor elétrico usado quando algo tem que
ser posicionado muito precisamente ou rotacionado em um ângulo exato.
Neste tipo de motor a rotação do balancete é controlado por uma série de
campos eletromagnéticos que são ativados e desativados eletronicamente. Eles
podem ser usados em aplicações onde é necessário controlar vários fatores tais
como: ângulo de rotação, velocidade, posição e sincronismo.
Motores de passo não usam escovas ou comutadores e possuem um número
fixo de pólos magnéticos que determinam o número de passos por revolução. Os
motores de passo mais comuns possuem de 3 a 72 passos/revolução, significando
que ele leva de 3 a 72 passos para completar uma volta.
Os motores de passo são classificados pelo torque que produzem. Para
atingir todo o seu torque, suas bobinas devem receber toda a corrente marcada
durante cada passo. Os seus controladores devem possuir circuitos reguladores de
corrente para poderem fazer isto.
Mas o ponto forte de um motor de passo não é a sua força (torque), tampouco
sua capacidade de desenvolver altas velocidades ao contrário da maioria dos outros
motores elétricos, mas sim a possibilidade de controlar seus movimentos de forma
precisa. Por conta disso este é amplamente usado em impressoras, scanners, robôs,
câmeras de vídeo, brinquedos, automação industrial entre outros dispositivos
eletrônicos que requerem de precisão.
15
Os motores de passo são classificados em relação ao seu tipo construtivo, e
podem ser de três tipos: relutância variável, imã permanente e híbrido com escovas
redundantes.
1.3 – Sensores
Os sensores óticos possuem um princípio de funcionamento baseado num
feixe luminoso, em geral infravermelho e que pode ser polarizado (ou não), gerado
por um dispositivo emissor e captado por outro dispositivo receptor. A presença do
objeto no caminho do raio infravermelho possibilita (ou impede), dependendo do tipo
de sensor, a recepção deste por parte do receptor. Assim, o controlador monitora se
o objeto se encontra (ou não) presente no caminho da luz.
Nos dispositivos mais comuns, o emissor consiste em um LED infravermelho
polarizado adequadamente, o qual emite um raio de um determinado espectro de
frequências. O dispositivo receptor, em geral, consiste em um fototransistor, que
quando está polarizado corretamente (fica em estado de corte ou saturação)
dependendo se sua base está sendo ou não iluminada.
Neste tipo de transdutor, o emissor e o receptor encontram-se em dois
dispositivos diferentes. Eles devem ser colocados em perfeito alinhamento de
maneira tal que a luz emitida chegue ao receptor. Quando um objeto não
transparente se interpõe entre o emissor e o receptor, a luz obviamente não chega,
desativando o receptor, e entregando o estado correspondente na saída.
Em alguns casos o emissor e o receptor encontram-se no mesmo dispositivo,
enfrentados entre eles, e separados por uma fenda que permite a passagem de um
objeto de mínima espessura, tal como uma folha de papel, em cujo caso servirá para
detectar a presença desta, como efetivamente é utilizado nas impressoras.
Os sensores óticos formados por um LED e um fototransistor apresentam
algumas desvantagens, tal como, pela relativamente pouca potência luminosa do
feixe emitido, assim como pelo ângulo de difusão deste, a distância máxima de
recepção é normalmente pequena. Existem versões desses sensores mais precisas
e de maior alcance, entre elas a que utiliza como emissor uma fonte de raio laser e
como receptor um cristal fotossensível. A distância de recepção aumenta, mas com
16
a desvantagem de que este dispositivo exige um alinhamento perfeito entre emissor
e receptor.
Normalmente, o sensor ótico é parte de um sistema maior que integra um
dispositivo de medição, uma fonte de luz e o sensor. Isso geralmente é conectado a
um acionador elétrico, que reage a uma mudança no sinal no sensor de luz.
Outras características de todos os tipos de sensores óticos é a possibilidade
de ser instalado internamente ou externamente em um dispositivo. Os transdutores
externos registram e transmitem a quantidade necessária de luz. Estes produtos são
conhecidos como sensores extrínsecos. Já os sensores intrínsecos são aqueles que
ficam embutidos dentro de um dispositivo. Estes são geralmente utilizados para
medir as variações menores, como uma curva ou uma ligeira mudança na direção
dos feixes de luz.
Além das aplicações habituais, como contagem de peças, proteção do
operador, etc., o sistema pode trabalhar com emissão de luz visível, para sistemas
de alarme tanto em ambientes internos quanto externos, formando uma barreira que
ao ser interrompido, pode causar diversos acionamentos no sistema.
Uma grande quantidade de dispositivos de controle em máquinas industriais e
mesmo de equipamentos de consumo utiliza sensores ópticos. Sem a necessidade
de contatos mecânicos este tipo de dispositivo não sofre desgaste e está sujeito a
um número muito menor de falhas, sendo por isso preferido pelos projetistas.
A disponibilidade de diversos tipos de sensores ópticos sensíveis e rápidos
permite ao projetista de controles eletrônicos de todos os tipos a elaboração de
circuitos de grande eficiência. Estes circuitos podem ser usados para detectar o fim
de curso de partes móveis de uma máquina, controlar a velocidade de rotação de
um volante ou ainda detectar a passagem de um objeto por um determinado local.
17
1.3.1 - Chave óptica
Uma chave óptica geralmente é constituída de um emissor (LED
Infravermelho) e um receptor (Fototransistor). O dispositivo é montado de forma que
entre o Emissor e o Receptor exista uma fenda onde possa ser introduzido algum
objeto. A introdução desse objeto nessa fenda, interrompe o feixe de luz,
provocando uma mudança do estado lógico da chave óptica de um para zero.
As chaves ópticas são rápidas e têm a vantagem de não utilizarem contatos
mecânicos, que com o tempo acabam se desgastando, são muito utilizadas na
automação como fim de curso, em robótica, e em muitas outras aplicações
importantes relacionadas à mecatrônica e optoeletrônica.
Figura 4 - Chave Óptica
1.3.2 - Fotoacoplador
Fotoacoplador, ou também chamado de acoplador ótico e optoacoplador, é
um componente formado basicamente por um LED e um fototransistor dentro de um
CI com a função de transferir uma informação elétrica entre dois circuitos através de
luz, ou seja, sem contato elétrico entre eles.
Conforme se aplica uma tensão nos pinos do LED, este acende e a luz
polariza a base do fototransistor interno. Desta forma, o fototransistor conduz e faz a
corrente circular por outro circuito isolado eletricamente. Estes componentes são
usados como sensores em alarmes, aparelhos de som, videocassetes, eletrônica
18
industrial e em fontes chaveadas são usados para ajudar a regular as tensões de
saída.
Existem vários tipos de fotoacopladores, alguns com dois LEDs e dois
fototransístores, outros ainda mais complexos, contendo muitos componentes no
interior do CI.
Figura 5 - Fotoacoplador
Figura 6 - Esquema
interno do fotoacoplador
1.4 – Corte a Laser
A palavra LASER é a sigla de Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation, que em português significa “luz amplificada pela emissão estimulada de
radiação”.
A tecnologia foi criada em 1960 por Theodore Maiman. Na ocasião, o físico
americano estimulou átomos de rubi a emitir luz concentrada. Desde então, o laser
evoluiu e atualmente é empregado em aparelhos caseiros, cirúrgicos, industriais,
militares e espaciais. Raios laser já foram usados até para medir a distância entre a
Terra e a Lua. Embora seja possível criar armas para cegar inimigos e para
interceptar mísseis.
O corte a laser é um processo que se dá através da estimulação molecular e
da posterior transmissão das moléculas para níveis mais baixos de energia (o
“esfriamento” do material por um meio ativo, sendo ele sólido, líquido ou gasoso).
19
Inicialmente, ocorre a estimulação radioativa da luz, que é amplificada,
produzindo um potente feixe de luz. Ao ser aplicado, esse feixe (que é energia
luminosa concentrada em um raio único) irá alterar a composição molecular de uma
superfície estável (ou seja, do material a ser trabalhado), possibilitando, então, o
corte perfeito dessa superfície (seguido da etapa de esfriamento).
Geralmente, em um processo de corte a laser típico, são focados de 1000 a
2000 watts de energia – potência suficiente para efetuar o corte nos materiais mais
usuais. A profundidade de corte atingida fica em torno dos 20mm.
Dentre as muitas vantagens oferecidas, é importante destacar que o corte a
laser é um processo que aumenta a qualidade da produção, sendo recomendado
para os projetos que exigem medidas e padrões exatos, que geralmente não seriam
atingidos com a utilização de ferramentas convencionais.
A máquina de corte a laser é um equipamento que utiliza alta tecnologia. Ela
funciona integrada a um sistema CAD/CAM. Nesse sistema, desenvolve-se um
minucioso projeto; depois, é tomado como guia um arquivo do desenho do projeto,
que será executado no material trabalhado. O processo é rápido e eficiente, não
demandando o desenvolvimento de matrizes.
Para que o corte seja executado, um forte gerador produz um raio que é
encaminhado para a cabeça de corte, que direciona o feixe de laser por um caminho
ótico (definido através de espelhos ajustáveis). O raio, que até então apresentava
baixa densidade de energia, atravessa uma lente de foco que ajusta a intensidade e
o tamanho do feixe.
Na sequência, é adicionada uma substância gasosa (dependendo do tipo de
laser), e o feixe focado passa a apresentar uma alta densidade de energia.
Finalmente, o feixe é convergido sobre o material a ser trabalhado, quando então, é
efetuado o corte (a densidade energética do feixe “derrete” o material na linha de
corte). Gases assistentes auxiliam a máquina de corte a laser na “secagem” da peça
trabalhada.
Em milésimos de segundo, a máquina de corte a laser executa o trabalho. O
sistema permite que projetos complexos, cheios de detalhes e ângulos difíceis,
sejam realizados de forma perfeita.
O corte a laser pode ser aplicado em acrílico, madeira, MDF, couro, papel,
plástico, aço carbono, aço inox, alumínio etc. No caso específico do corte industrial,
20
atualmente existem dois tipos de laser, o CO2 e o YAG, que podem ser empregados
em diferentes materiais.
O laser CO2 (o mais empregado no corte industrial) utiliza os seguintes
gases: Hélio (He), Nitrogênio (N2) e o Dióxido de Carbono (CO2). O gás CO2 é
empregado na emissão do laser, o N2 (Nitrogênio) na excitação e o He (Hélio) na
etapa do esfriamento.
Com a utilização do CO2, viabiliza-se um processo de corte a laser versátil,
pois ele pode trabalhar materiais metálicos e não metálicos com alta velocidade e
facilidade de controle. Porém, no caso de material refletivo (alumínio, por exemplo),
o laser CO2 enfrenta dificuldades de corte (dependendo da espessura a ser
trabalhada).
1.5 – Microcontrolador AVR Atmega8a
Figura 7 - Estrutura física Atmega8a
Os microcontroladores AVR da fabricante ATMEL são microcontroladores de
8 bits, desenvolvidos sob a tecnologia RISC - Reduced Instruction Set Computer
(Computador com Set de Instruções Reduzido) e arquitetura HARVARD que separa
a memória de dados da memória de programa.
Foi um dos primeiros da família de microcontroladores a utilizar uma memória
flash com o intuito de armazenar a programação, diferentemente de seus
concorrentes
da
época,
que
utilizavam
memórias
do
tipo PROM, EPROM
ou EEPROM.
21
Desta forma um microcontrolador AVR tem um barramento para dados e
outro para programa. Esta separação de barramentos permite uma maior velocidade
no tratamento dos dados e do programa
1.5.1 - Memória de programa (Flash)
As instruções de programas são armazenadas em memórias flash não
voláteis. Apesar de serem de 8 bits, cada instrução consiste de palavras de 16 bits,
além disso, não há suporte de utilizar os códigos de programas externamente, todas
as instruções devem residir no núcleo do dispositivo.
O tamanho da memória do programa é normalmente indicado no nome do
próprio dispositivo. Por exemplo, a linha ATmega64x tem 64 kbytes de flash, assim
como a ATmega32x tem apenas 32kB.
1.5.2 – EEPROM
Quase todos os microcontroladores AVR possuem EEPROM interna para
armazenamento de dados semipermanentes. Como memória flash, a EEPROM
pode manter seu conteúdo quando a energia é desligada.
Na maioria das variantes da arquitetura AVR, esta memória EEPROM interna
não é mapeada para o espaço de memória endereçável da MCU. Ela só pode ser
acessada da mesma forma que um dispositivo periférico externo, usando
registradores de ponteiros especiais e instruções de leitura/escrita, o que faz o
acesso à EEPROM muito mais lento que outra RAM interna.
1.5.3 - Mega AVR – Série Atmega
- Memória do programa de 4 a 256 kB
- 28 ou 100 pinos
- Conjunto de instruções estendidas (múltiplas instruções e instruções para
gerenciamento de programas com grandes memórias).
- Conjunto extensivo de periféricos
22
1.5.4 – Características
• High-performance, Low-power Atmel®AVR® 8-bit Microcontroller
• Advanced RISC Architecture
– 130 Powerful Instructions – Most Single-clock Cycle Execution
– 32 × 8 General Purpose Working Registers
– Fully Static Operation
– Up to 16MIPS Throughput at 16MHz
– On-chip 2-cycle Multiplier
• High Endurance Non-volatile Memory segments
– 8Kbytes of In-System Self-programmable Flash program memory
– 512Bytes EEPROM
– 1Kbyte Internal SRAM
– Write/Erase Cycles: 10,000 Flash/100,000 EEPROM
– Data retention: 20 years at 85°C/100 years at 25°C(1)
– Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits
In-System Programming by On-chip Boot Program
True Read-While-Write Operation
– Programming Lock for Software Security
• Peripheral Features
– Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescaler, one Compare Mode
– One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and Capture
Mode
– Real Time Counter with Separate Oscillator
– Three PWM Channels
– 8-channel ADC in TQFP and QFN/MLF package
Eight Channels 10-bit Accuracy
– 6-channel ADC in PDIP package
Six Channels 10-bit Accuracy
– Byte-oriented Two-wire Serial Interface
– Programmable Serial USART
– Master/Slave SPI Serial Interface
– Programmable Watchdog Timer with Separate On-chip Oscillator
23
– On-chip Analog Comparator
• Special Microcontroller Features
le Brown-out Detection
– Internal Calibrated RC Oscillator
– External and Internal Interrupt Sources
– Five Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, and
Standby
• I/O and Packages
– 23 Programmable I/O Lines
– 28-lead PDIP, 32-lead TQFP, and 32-pad QFN/MLF
• Operating Voltages
– 2.7V - 5.5V (ATmega8L)
– 4.5V - 5.5V (ATmega8)
• Speed Grades
– 0 - 8MHz (ATmega8L)
– 0 - 16MHz (ATmega8)
• Power Consumption at 4Mhz, 3V, 25 C
– Active: 3.6mA
– Idle Mode: 1.0mA
– Power-down Mode: 0.5μA
24
1.5.5 – Configuração dos pinos
Figura 8 - Configuração dos pinos
25
2 – Planejamento do Projeto
2.1 - Elétrica e Eletrônica
2.1.1 - Diagrama em Blocos
O seguinte diagrama em blocos mostra de forma clara e objetiva o sistema
físico do projeto.
Figura 9 - Diagrama em blocos
2.1.2 - Planilha de custo Elétrica/Eletrônica
Planilha de custos
Ordem
1
2
3
4
Denominação
Placa processadora
Placa Driver Step Motor
Transformadores
Ponte retificadora
TOTAL
Quantidade
1
1
2
1
Unidade
pç
pç
pç
pç
Bobinadora
3ºMecatrônica 2014
Valor(R$)
250,00
150,00
80,00
5,00
R/E
R
R
R
R
R$ 485,00
26
2.2 - Parte Lógica
2.2.1 - Fluxograma do Processo
27
2.2.2 – Fluxograma do botão pré-programado
28
2.2.3 – Fluxograma para verificação final do processo
29
2.3 – Mecânica
2.3.1 – Croquis
2.3.1.1 – Escopo geral
Figura 10 - Croqui inicial do projeto
2.3.1.2 – Eixo do rolamento do carro
Figura 11 - Eixo do rolamento do carro
30
Figura 12 - Montagem do eixo
2.3.1.3 – Chapas do carro
Figura 13 - Chapas e Montagem do carro
31
2.3.1.4 – Barra roscada
Figura 14 - Barra roscada do carro guia
2.3.1.5 – Espaçadores do eixo tracionador
Figura 15 - Espaçadores do eixo tracionador
2.3.1.6 – Alinhador do guia fio
Figura 16 - Montagem do alinhador do guia fio
32
2.3.1.7 – Eixo do motor tracionador
Figura 17 - Montagem do eixo tracionador
2.3.1.8 – Encaixe rápido
Figura 18 - Encaixe rápido do eixo tracionador
33
2.3.1.9 – Contra ponto
Figura 19 - Contra ponto do eixo tracionador
2.3.1.10 – Eixo do carro guia fio
Figura 20 - Eixo do carro guia
34
2.3.1.11 – Polia do tensionador
Figura 21 - Polia do tensionador do fio
2.3.2 – Desenhos no AutoCAD
2.3.2.1 - Eixo do rolamento do carro
Figura 22 - Montagem do eixo do rolamento do carro guia
35
2.3.2.2 - Chapas do carro
Figura 23 - Montagem das chapas do carro guia
2.3.2.3 - Barra roscada
Figura 24 - Barra roscada do carro guia
36
2.3.2.4 - Espaçadores do eixo tracionador
Figura 25 - Espaçadores do eixo tracionador
2.3.2.5 - Alinhador do guia fio
Figura 26 - Montagem do alinhador do carro guia
37
2.3.2.6 - Encaixe rápido
Figura 27 - Encaixe rápido do eixo tracionador
2.3.2.7 - Contra ponto
Figura 28 - Contra ponto do eixo tracionador
2.3.2.8 - Eixo do carro guia fio
Figura 29 - Eixo do carro guia
38
2.3.2.9 - Polia do tensionador
.
Figura 30 - Polia do tensionador do fio
2.4 - Planilha de custo Mecânica
Planilha de custos
Ordem
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Denominação
Motor tracionador
Motor de passo
Chapa corte a laiser
Usinagem contraponto
Usinagem da barra tracionadora
Usinagem alinhadores do guia fio
Usinagem da barra roscada e porca
Usinagem do acoplamento do motor
Gabinete da eletrônica
Mesa de suporte do equipamento
TOTAL
Quantidade
1
1
10
3
1
10
2
1
1
1
Unidade
pç
pç
Chapas
pçs
pç
pç
pçs
pç
pç
Mesa
Bobinadora 3ºMecatrônica
2014
Valor(R$)
250,00
200,00
300,00
200,00
150,00
300,00
400,00
200,00
200,00
300,00
R/E
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R$ 2.500,00
39
3 – Desenvolvimento do Projeto
3.1 – Funcionamento Elétrico/Eletrônico
Assim que a máquina for alimentada com 127 volts, a PCI principal será
ativada, energizando um LCD e as push bottons que serão usadas para programar o
funcionamento da bobinadeira. As push bottons, após serem programadas, irão
enviar um pulso ao botão de start, que depois de fechar seu contato Normal Aberto
libera a passagem desse pulso para a ativação do motor tracionador e o motor de
passo. O motor tracionador será controlado pela quantidade de voltas que efetuar,
ou seja, essa contagem se da através de uma chave óptica contadora de voltas que
envia todas as informações de volta para a PCI principal, já o motor de passo recebe
as informações da mesma pelo controlador do dispositivo (Driver Step Motor) e
efetua o que foi determinado, retornando as informações para a PCI principal. Esta
se subdivide nas seguintes partes:
3.1.1 – Placa processadora
Os componentes existentes na placa junto do microcontrolador AVR
atmega8a, ou também conhecido como PCI principal, tem como função controlar as
ações e funções a serem executadas pela máquina que nela foram programadas. É
ela quem envia, recebe e sabe em que parte do processo a máquina se encontra,
podendo executar várias ações ao mesmo tempo.
Depois de ser energizado, o microcontrolador espera um sinal manual que é
dado através do botão de start, a partir desse instante ele passa a controlar toda a
máquina executando tudo aquilo que lhe foi programado sem que haja a
necessidade de uma interferência humana.
40
Figura 32 - Estrutura física do
microcontrolador Atmega8a
Figura 31 - Placa processadora - PCI principal
3.1.2 – Placa drive step motor
Esta placa é constituída por um circuito independente de acionamento do
motor de passo, que contém um CI lógico que apresenta nele a sequência de
acionamento das fases e um estágio amplificador de saída, sendo assim
interfaceado por um microcontrolador.
A cada pulso de excitação recebido pelo motor, provoca a rotação do eixo que
é caracterizada por um ângulo incremental definido pelo próprio motor. Esse ângulo
é repetido precisamente a cada pulso recebido.
Figura 33 - Placa de funcionamento do motor de passo
41
3.1.3 – Placa dos sensores e botão start/stop
Está placa foi feita para suportar dois sensores ópticos (Chaves ópticas) e um
botão normalmente aberto. Esta recebe da PCI principal as informações que devem
ser executadas, que ficam armazenadas no CI, de forma que todas as informações
que ao serem executadas por está placa voltem para o local de origem para que o
microcontrolador controle todo o processo da máquina.
Figura 34 - Placa de funcionamento dos sensores e do botão start/stop
42
3.1.4 – Sensores ópticos
Figura 35 - Sensor fim de curso do carro guia
Figura 36 - Sensor contador de voltas
3.1.5 – Botão start/stop
O botão start/stop é quem recebe um pulso elétrico do microcontrolador, pois
após fechar seu contato normal aberto, libera a passagem desse pulso para a
máquina começar a efetuar o seu processo programável.
Figura 37 - Botão Start/Stop
43
3.1.6 – Transformadores
Os dois transformadores usados para a fonte de alimentação da máquina
permitem trabalhar com 127 V de entrada e transformar cada um deles uma tensão
de saída igual a 12 V. Estes estão ligados em série para fornecer uma tensão igual a
24 V para a máquina.
Figura 38 - Transformadores de 12V ligados em série
3.1.7 – Ponte retificadora
Essa ponte retificadora é formada por quatro diodos que tem como principal
função permitir a condução de corrente elétrica apenas quando a tensão do ânodo
(lado positivo) for maior do que a do catodo (lado negativo). Portanto, os quatros
diodos juntos transformam a corrente elétrica alternada (AC) em corrente continua
(DC), do transformador para o motor elétrico usado para dar tração ao eixo.
44
Figura 40 - Ponte retificadora
Figura 39 - Ligação entre os motores e os
transformadores pela ponte retificadora
3.1.8 – Motor elétrico tracionador
Especificação do motor Bosch:
Alimentação: 24 V
Potência: 22 W
Rotação: 250 RPM
Corrente Nominal: 4 A
Corrente Máxima: 12 A
Torque Nominal: 0.95 Nm
Torque Máximo: 3.8 Nm
Relação de Redução: 41: 1
Resistente a Respingo: IP44
Peso: 1,100 kg
Figura 41 - Motor tracionador
45
3.1.9 – Motor de passo
Especificação motor de passo:
Marca: Astrosyn
Ângulo do passo: 1.8º
Torque: 50 Ncm
Alimentação: 6 V/fase
Corrente: 0.85 A/fase
Resistencia: 7.1 Ohm/fase
Peso: 0.6 kg
Figura 42 - Motor de passo
3.2 – Mecânica do projeto
A parte mecânica do projeto pode ser dividida em:
3.2.1 – Eixo do carro guia fio
Estes dois eixos têm como função possibilitar o deslocamento do carro guia
fio em cima deles através de rolamentos. O latão é o material destes eixos, que foi
fornecido pelo patrocinador e usinado na oficina da escola. Desenho disponível no
planejamento do projeto.
Figura 43 - Eixo do carro finalizado
Figura 44 - Usinagem do eixo feito na
escola, com o auxílio do professor Ivo
46
3.2.2 – Eixo do rolamento do carro guia fio
É através destes eixos que se torna possível à interligação do eixo do carro
guia fio com o conjunto de chapas que formam o mesmo, e usando o rolamento para
efetuar o movimento. O material usado nestes oito eixos também foi o latão,
fornecido pelo patrocinador e usinado na escola. Desenho disponível no
planejamento do projeto.
Figura 46 - Montagem do
rolamento do carro finalizado
Figura 45 - Usinagem do eixo do rolamento do carro
feito na escola com o auxílio do mecânico Edson
3.2.3 – Local de uso do eixo do rolamento do carro guia fio
Figura 47 - Utilização do rolamento
no deslocamento do carro
47
3.2.4 – Chapas do projeto
Todas as chapas existentes na máquina foram feitas por uma empresa
especializada em corte a laser, onde todas elas foram cortadas e dobradas de
acordo com o que foi pedido. O desenho com cotas e ângulos das chapas foi
desenvolvido pelo grupo no Autocad, que é um programa padrão para que as
máquinas em cima do que é disponibilizado no desenho efetuem os cortes.
As chapas estão sendo utilizadas em três lugares diferente do projeto. Algumas
delas em conjunto compõem o carro guia fio, outras formam o suporte para o motor
tracionador e as restantes são usadas para o contraponto. Desenho disponível no
planejamento do projeto.
Figura 49 - Montagem da chapa no contra
ponto
Figura 48 - Montagem das chapas no carro
guia e no motor de passo
Figura 50 - Montagem das chapas no
motor tracionador
48
3.2.5 – Carro guia fio
A função do carro guia fio, se levada ao “pé da letra”, é provocar o
deslocamento horizontal de ida e volta do carro através de um eixo roscado do motor
de passo que está diretamente ligado à porca que se conecta com as chapas que
constituem o carro. Tudo isso se aplica para que o fio que está sendo bobinado para
o carretel possa preenchê-lo inteiramente.
As partes que compõem o carro guia fio são: Dois eixos do carro guia fio, oito
eixos dos rolamentos, oito rolamentos, nove chapas, duas cantoneiras, uma porca,
um eixo roscado, um alinhador do carro guia fio e um motor de passo de alto torque.
Desenho disponível no planejamento do projeto.
Figura 51 - Conjunto do carro guia fio
3.2.6 – Alinhador do carro guia fio
Este eixo vem acoplado junto ao carro guia fio, onde tem função de fazer o
alinhamento final do fio que está sendo bobinado para o carretel. A execução deste
eixo foi feita pelo patrocinador, pois requeria uma habilidade de torneamento em
diversos materiais e precisão nas medidas do eixo e seus derivados. Desenho
disponível no planejamento do projeto.
49
Figura 52 - Conjunto do alinhador do carro guia fio
3.3.7 - Barra roscada
A barra roscada vem acoplada no carro guia fio, tendo como função provocar
o deslocamento do carro, pois transmite o movimento rotativo do motor de passo em
deslocamento horizontal através de uma porca ligada diretamente na rosca da barra
e conectada ao carro para efetuar o movimento.
Está barra foi usinada pelo patrocinador em sua empresa, pois exigia um nível
de torneamento avançado para efetuar roscas. Desenho disponível no planejamento
do projeto.
Figura 53 - Barra roscada do carro guia
50
3.2.8 – Eixo do motor tracionador
Este eixo foi desenvolvido para suportar 10 carretéis, que estão dispostos
através do eixo, onde todos estão separados por um espaçador, e são bobinados ao
mesmo tempo. O eixo tem suas extremidades usinadas para que ele seja um eixo de
troca rápida, sendo possível desmontar e montar o eixo em poucos segundo.
Portanto, para ter uma produção em larga escala é necessário ter dois ou mais deste
eixo, para assim ter uma velocidade de produção elevada.
O eixo foi usinado pelo patrocinador e os espaçadores pelo grupo. Desenho
disponível no planejamento do projeto.
Figura 55 - Eixo tracionador com o lado
que se encaixa no contra ponto
Figura 54 - Eixo tracionador com o lado
que se une ao encaixe rápido
Figura 56 - Conjunto do eixo tracionador com os carreteis
51
3.2.9 – Espaçadores do eixo tracionador
Desenho disponível no planejamento do projeto.
Figura 58 - Espaçadores do eixo
tracionador que separam os carreteis
Figura 57 - Conjunto completo dos
espaçadores
3.2.10 – Carretel
A dimensão existente de espaço para
bobinar o fio dentro deste carretel é de 26 mm.
Figura 59 - Carretel para ser enrolado
3.2.11 – Contraponto e encaixe do eixo tracionador
O contraponto foi desenvolvido para ajudar e facilitar a troca rápida do eixo
tracionador. Ele evita qualquer transtorno na hora de colocar e retirar o eixo, pois
tem um sistema simples desenvolvido que através de uma mola permite com maior
52
facilidade posicionar o eixo em sua devida posição. O encaixe do eixo na
extremidade em que contém o motor tracionador, também foi desenvolvido um
sistema para facilitar a troca do eixo.
Portanto, o encaixe do eixo tracionador e o contraponto juntos permitem a
troca rápida do eixo, para assim ter uma produção veloz e em larga escala. Desenho
disponível no planejamento do projeto.
Figura 60 - Contra ponto do eixo tracionador
Figura 61 - Encaixe rápido do eixo
tracionador
3.2.12 – Tensionador dos fios
O tensionador do fio é a primeira etapa de onde o fio vai passar para ser
direcionado para o carro guia fio e, além disso, funciona para esticá-lo. O
tensionador é constituído por dez polias e uma estrutura de aço, que levará os dez
fios que serão bobinados para o carro guia fio. Este conjunto foi desenvolvido pelo
patrocinador. Desenho disponível no planejamento do projeto.
53
Figura 62 - Polia tensionadora do fio
Figura 63 - Conjunto do tensionador
dos fios
3.2.13 – Programação
A programação do processo da máquina foi realizada através do
microcontrolador Atmel AVR Atmega8a em linguagem C de programação, sob o
auxílio da empresa patrocinadora. O grau de dificuldade desta etapa foi muito
elevado, pois foi necessário conciliar a contagem de voltas do motor tracionador com
o deslocamento exato do motor de passo, relacionando o diâmetro do fio de cobre
para preencher o carretel por completo.
A vantagem após a modernização é que não será mais necessária a
presença de um programador para modificar o processo da máquina diretamente no
programa, pois agora a programação foi realizada com o intuito de qualquer
operador poder trocar a forma de processo, quanto ao número de voltas e diâmetro
do fio a ser bobinado, através de push bottons que alteram o sistema, e podendo ser
visualizado em um LCD.
54
4 – Resultados Obtidos
O objetivo do projeto foi realizado com êxito. Conseguimos desenvolver tanto
a parte eletrônica quanto a parte mecânica da forma que tínhamos planejado, com
apenas alguns ajustes durante o processo devido às necessidades exigidas para
melhor funcionamento. A programação não muito diferente apresentou problemas
constantes que durante o tempo foram corrigidos até chegarmos a presente
programação existente para a operação da máquina.
A bobinadeira tem a capacidade de até dez carretéis no mesmo ciclo de
produção, podendo assim suportar a demanda exigida pelo mercado. A execução da
máquina é toda controlada por um microcontrolador, o Atmega8a, que através dele é
possível definir quantas voltas de enrolamento será dado, com qual velocidade, o
diâmetro do fio a ser bobinado e de que forma será feito o processo.
55
5 - Conclusão
Com o projeto realizado conseguimos colocar em prática tudo que
aprendemos durante o nosso curso técnico, envolvendo as áreas da mecânica,
eletroeletrônica e programação. O trabalho em conjunto com a empresa
patrocinadora Sacch Eletrotécnica, nos agregou conhecimentos mais diretos de
como funciona uma empresa e seus possíveis problemas, e de como a
modernização da forma de produção gera benefícios tanto para a empresa como
para
os
trabalhadores,
levando-nos
a
adquirir
mais
responsabilidade,
comprometimento, empenho e desejo de inovar cada vez mais.
Como planejado no início deste trabalho, a máquina modernizada apresenta
uma alteração na produção tornando-a mais capaz e eficiente. Então mesmo com
aparição de alguns problemas frequentes, foi possível alcançar todos os objetivos
iniciais apresentados e que futuramente poderão ser incrementados devido às
necessidades que serão impostas pela produção.
Portanto, o desenvolvimento deste projeto nos proporcionou um aprendizado
muito amplo, tanto na parte prática como na parte social, podendo assim, termos
certeza que a missão imposta pelo curso foi concluída.
56
6 - Referências
Site: www.infoescola.com
Link: http://www.infoescola.com/eletricidade/bobina/ - Acessado em 06//05/2014 às
11h30.
Site: www.manutencaoesuprimentos.com.br
Link: http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/conteudo/7317-funcionamento-deuma-bobina-eletromagnetica/ - Acessado em 06/05/2014 às 11h35.
Site: www.sabereletronica.com.br
Link: http://www.sabereletronica.com.br/artigos/1900-como-calcular-bobinas/ Acessado em 06/05/2014 às 11h48.
Site: macao.communications.museum
http://macao.communications.museum/por/exhibition/secondfloor/moreinfo/2_3_6_R
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Site: www.google.com.br
Link:
http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.sindvel.com.br%2Fi
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Link:http://www.maxwellbohr.com.br/downloads/robotica/mec1000_kdr5000/tutorial_
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Site: www.arnerobotics.com.br
Link: http://www.arnerobotics.com.br/eletronica/Microcontroladores_AVR_basico.htm
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Site: www.atmel.com
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7 - Apêndice
7.1 – ATA’s
Todo o processo de desenvolvimento da máquina foi documentado através de
ATA’s. Elas foram feitas de acordo com o que foi feito em cada dia de reunião dos
componentes do grupo com o patrocinador em sua empresa, e assinadas pelos
professores orientadores.
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