Metrologia e CAD
O ITER conta com a PolyWorks® para montar seus componentes gigantes com a máxima precisão
O ITER é um dos projetos de energia mais ambiciosos no mundo hoje. No sul da França, 35 nações estão trabalhando em colaboração para construir o maior tokamak do mundo, um dispositivo de fusão magnética projetado para comprovar a viabilidade da fusão como fonte de energia em grande escala e livre de carbono baseada no mesmo princípio que alimenta o sol e as estrelas.
O desafio
A montagem do reator ITER está em andamento. Os componentes do tokamak, obtidos de centenas de usinas de três continentes, são montados nas instalações do programa internacional. A Organização ITER é responsável pela integração e montagem dos elementos entregues nas instalações pelos sete integrantes do programa. Entretanto, a montagem desses elementos é mais do que um jogo de interligação de peças: os componentes são complexos e numerosos, e as tolerâncias são extremamente apertadas, chegando a milímetros.
A solução
Uma análise baseada em elementos digitais é necessária para garantir que os componentes se encaixarão perfeitamente. A coleta de dados por metrologistas é um passo preliminar essencial. Seu objetivo é oferecer a especialistas em engenharia reversa dados precisos após terem medido cada peça para determinar sua conformidade. Em ambas as fases – metrologia e engenharia reversa – O software PolyWorks é usado.
Digitalização geral do criostato com mapeamento dos desvios em relação à peça nominal.
“Eu já havia usado o PolyWorks|Inspector™ em um projeto grande antes de vir para o ITER. Eu queria continuar usando esse software, que nos permite capturar grandes nuvens de pontos diretamente no software”, diz Lionel Poncet, um engenheiro do grupo de metrologia do ITER. “Outros softwares no mercado são limitados quando se trata de analisar grandes números de pontos. Em vez deles, selecionamos o PolyWorks|Inspector, que atendeu à necessidade de análise rápida de dados que contêm um grande número de pontos”, acrescenta Hani Gagueche, projetista de CAD responsável pela engenharia reversa.
Os benefícios
A instalação da base do criostato no poço de montagem do tokamak foi realizada em maio de 2020: Foram necessários dez anos de trabalho da equipe do ITER e suas equipes parceiras para projetar, construir, entregar, montar e finalmente soldar a base desse criostato. Com cerca de 6 metros de altura e 30 metros de diâmetro, e com um peso de 1.250 toneladas a ser movido e posicionado, a integração da base do criostato exigiu medições e reconstruções 3D para ajustar a unidade.
“No campo da metrologia, usamos o PolyWorks|Inspector diretamente em nosso equipamento de digitalização com laser. Depois de objeto ser digitalizado, temos uma nuvem de pontos e um modelo poligonal muito precisos e de muito boa qualidade, graças às ferramentas disponíveis durante o processo de aquisição”, explica Lionel Poncet. “Quando os dados são recebidos, usando os relatórios em nossa posse indicando áreas críticas de montagem, iniciamos análises que levam em conta os componentes as-built e os componentes localizados no entorno cujas dimensões são conhecidas, para garantir que eles trabalhem bem em conjunto. Para a base do criostato, percebemos rapidamente que havia áreas muito críticas, identificadas com o uso do PolyWorks|Inspector, e que seria necessária uma ferramenta para mover esse componente para o milímetro mais próximo por uma extensão aproximada de trinta centímetros. Várias ferramentas foram desenvolvidas internamente. O PolyWorks|Inspector nos permitiu escolher a mais adequada,” acrescenta Hani Gagueche. Lionel Poncet esclareceu ainda que, nesse caso, o PolyWorks permitiu otimizar a sequência de instalação para menos de 12 horas.
Embora a instalação da base do criostato não tenha sido simples, desafios ainda mais complexos aguardam os especialistas em metrologia e engenharia reversa: reconhecidamente, os próximos componentes são menores, mas a área agora está cheia e as tolerâncias são ainda mais apertadas. E os prazos para a realização das operações também são apertados!
Posicionamento do criostato antes de ser descido no poço do tokamak para a montagem final.
Operações complexas
“Esse verão, a instalação do primeiro setor da câmara de vácuo do tokamak em sua ferramenta de pré-montagem foi complicada", confirma Hani Gagueche. Ímãs, uma blindagem térmica e um setor de câmara de vácuo tiveram que ser montados com uma folga de apenas 20 milímetros nos pontos mais críticos. Para garantir os sensores de integração, foi necessário reposicionar esses elementos em relação uns aos outros usando renderizações do PolyWorks”.
“Os anéis de protensão também foram completamente digitalizados, explicou Lionel Poncet. Foi criado um modelo para integração ao software CAD, antecipando-se futuros pacotes de montagem. As bobinas de correção também foram digitalizadas usando-se o PolyWorks. No modelo obtido, devem ser projetados calços para corresponder a interfaces futuras. Também é necessário caracterizar e medir uma série de tubos para garantir que não haverá colisões com componentes futuros que estão por chegar. Além disso, é possível conhecer a interface para futuras operações de soldagem e corte”.
Montagem da base do criostato no poço do tokamak.
Mapeamento em cores no PolyWorks|Inspector destacando possíveis colisões durante a colocação final no poço do tokamak.
Além das equipes internas, as contratadas também usam o PolyWorks para adquirir nuvens de pontos. “O PolyWorks|Inspector é um módulo universal dedicado à metrologia que permite a conexão de múltiplos dispositivos. Ele está disponível como pacote padrão ou premium, permitindo o pós-processamento de nuvens de pontos densas com a possibilidade de se obter indicações de “qualidade” na aquisição dos dados. Além do aspecto metrológico, o software possibilita obter mapeamentos de liberações, por exemplo”, afirma Thibault Hehlen, um gerente de vendas na PolyWorks Europa, uma subsidiária da InnovMetric, a editora do PolyWorks. “Usar um software como o PolyWorks é como fazer trabalho de relojoaria com caminhões!”, observa Hani Gagueche.
Para obter certas reconstruções em 3D realizadas para casos críticos, especialistas em engenharia reversa usam o PolyWorks|Modeler™, uma solução de modelagem e engenharia reversa. “Esse módulo nos permite reconstruir superfícies a partir de malhas muito precisas e obter um arquivo CAD acessível a todos, mesmo quando os usuários não têm o PolyWorks ou computadores poderosos. Os usuários do CATIA, entre os quais muitos estão no programa ITER, podem assim ter acesso aos arquivos que produzimos", explica Hani Gagueche.
O novo algoritmo de cálculo de área automático no PolyWorks|Modeler logo será testado pelas equipes do ITER. Esse algoritmo pode representar uma economia significativa em termos de tempo de reconstrução!
PolyWorks|Inspector™
PolyWorks|Modeler™